河北典型缺水區(qū)作物水土資源高效利用研究.pdf

1、河北省水資源極度匱乏，缺水區(qū)占了全省總面積的一半以上。本文圍繞河北省低平原區(qū)地下咸水和緩坡丘陵區(qū)大氣降水的水資源高效利用，于2010-2013年在河北省農(nóng)林科學(xué)院鹿泉試驗(yàn)站設(shè)置控制試驗(yàn)與田間試驗(yàn)進(jìn)行研究，以求揭示不同水分約束類型下的農(nóng)作生產(chǎn)原理，及以水土為核心的區(qū)域地氣資源高效利用的技術(shù)創(chuàng)新途徑。
　　針對(duì)河北省低平原區(qū)地下淡水匱乏而咸水豐富的資環(huán)背景，試驗(yàn)設(shè)計(jì)利用咸水灌溉進(jìn)行環(huán)控性耐鹽經(jīng)濟(jì)作物生產(chǎn)，以其經(jīng)濟(jì)效益補(bǔ)償設(shè)施成本，實(shí)現(xiàn)

2、對(duì)淡水資源的有效替代。試驗(yàn)通過對(duì)耐鹽蔬菜——番茄各生育期不同土壤基質(zhì)勢(shì)水平下不同濃度的咸水灌溉，揭示日光溫室番茄各時(shí)期生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)土壤基質(zhì)勢(shì)與咸水灌溉濃度的敏感度，確定咸水灌溉的臨界期與適宜濃度，為河北省低平原區(qū)日光溫室蔬菜生產(chǎn)的咸水利用與科學(xué)灌溉提供理論與技術(shù)依據(jù)。
　　針對(duì)河北省緩坡丘陵區(qū)光溫資源充沛而大氣降水不足的資環(huán)背景，試驗(yàn)設(shè)計(jì)以降水資源的土壤保蓄為基礎(chǔ)，采用抗旱作物覆膜壟作、保水集水種植，以及抗旱作物與高產(chǎn)作物田間復(fù)合種

3、植，利用不同作物的水分生態(tài)適應(yīng)性差異，以及作物間對(duì)水土資源的時(shí)空互補(bǔ)性利用機(jī)理，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田降水資源的生長(zhǎng)季高效轉(zhuǎn)化。試驗(yàn)通過對(duì)全覆膜壟作栽培下，春玉米、春甘薯單作系統(tǒng)、春玉米、春甘薯間作系統(tǒng)的土壤水溫效應(yīng)、群落光輻射分布、作物干物質(zhì)累積轉(zhuǎn)運(yùn)，以及氮磷鉀吸收、轉(zhuǎn)化特征的研究，闡明全覆膜壟作春玉米、春甘薯及其間作系統(tǒng)的水土資源轉(zhuǎn)化機(jī)制、群落產(chǎn)量形成規(guī)律，為區(qū)域作物生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與農(nóng)田降水資源的高效利用提供理論指導(dǎo)與技術(shù)支持。
　　本文

4、主要研究結(jié)果如下:
　　1.番茄不同生育期耐鹽能力差異明顯，花果期對(duì)土壤基質(zhì)勢(shì)與鹽分脅迫比較敏感，采收期忍耐性最強(qiáng)。咸水灌溉的鹽分濃度臨界值全生育期與花果期為3g/L，果實(shí)膨大期為5 g/L，采收期可以用較高濃度咸水灌溉。咸水灌溉會(huì)造成溫室生產(chǎn)系統(tǒng)土壤的鹽分積累。適量咸水灌溉，對(duì)株體發(fā)育具有“控上促下”調(diào)節(jié)效應(yīng)，利于降低耗水量、提高番茄產(chǎn)量與水分利用效率。因此，依據(jù)番茄不同生育階段耐鹽性的差異，利用一定濃度的咸水灌溉不僅可替代一定

5、淡水資源，還可提高水分利用效率。
　　2.春玉米田覆膜栽培，在生育前期較裸地0-25cm土層增溫1～3℃，全生育期地積溫增加155.2～280.9℃;延長(zhǎng)生長(zhǎng)季約5.9～10.7d。自播種到成苗期覆膜保水效應(yīng)顯著，WUE較裸地提高81.61％～136.43％。春玉米成苗到拔節(jié)期正值區(qū)域穩(wěn)定干旱期，覆膜處理土壤供水層深達(dá)80～100cm，水分脅迫使WUE較對(duì)照降低16.96％～21.64％，產(chǎn)生維生性奢侈耗水。春玉米小喇叭口期后進(jìn)入

6、雨季各處理土體先后復(fù)水，并產(chǎn)生過飽滲漏，終使收獲期土體水分持平播期，貯水豐富。壟作覆膜較裸地增產(chǎn)9.47％;平作覆膜不利降水入滲而致水漬，減產(chǎn)5.00％;壟作裸地與平作裸地產(chǎn)量差異不顯著。以雨季前氣象干旱期的土壤枯水與雨季后的土壤庫水為特征的春玉米田水分供求時(shí)序失衡，限制了春玉米的高產(chǎn)。
　　春甘薯田覆膜處理，自栽秧到封壟期的生育前期土壤增溫顯著，覆膜處理0-25cm土層平均較裸地增溫1.64～3.33℃，全生育期地積溫增加194

7、.8℃，延長(zhǎng)生長(zhǎng)季約8.2d;5cm地溫最高達(dá)40.5℃。覆膜處理自栽植到分枝期間的保水與增溫效應(yīng)，顯著促進(jìn)了甘薯生長(zhǎng)，WUE較裸地提高104.3％。但在接續(xù)的雨季來臨前的干旱期土壤快速蒸散而失水，供水土層深達(dá)100cm，水分脅迫使分枝期到封壟期覆膜和裸地處理甘薯WUE較前期分別降低63％和27％，產(chǎn)生奢侈耗水。進(jìn)入雨季后的各處理土體先后復(fù)水，并產(chǎn)生過飽滲漏;覆膜不利于降水蒸發(fā)同時(shí)阻礙土壤氣體交換，降低了甘薯WUE。覆膜較裸地甘薯減產(chǎn)1

8、.78％，WUE降低3.8％，相當(dāng)于多耗水20.69mm。
　　3.雨養(yǎng)春玉米干物質(zhì)累積進(jìn)程表現(xiàn)典型的“S”曲線型，后期緩速增長(zhǎng)期出現(xiàn)以莖稈為中心的干物質(zhì)再度累積特征;抽雄前植株干物質(zhì)累積達(dá)全生育期的47.02％～53.96％，轉(zhuǎn)運(yùn)至籽粒達(dá)到9.99％～23.01％;其中，苞葉與穗軸積累的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率高達(dá)32.84％～47.48％。地膜覆蓋，使春玉米抽雄期前干物質(zhì)累積較對(duì)照高出17.19％～23.61％，干物質(zhì)快速累積期比對(duì)照提前

9、6.4d，但線性累積持續(xù)期卻縮短2.5～1.5d。
　　春玉米氮素累積表現(xiàn)蠟熟期后對(duì)土壤氮素的再度高速吸收且以莖稈為中心的氮素富集特征;株體蓄貯氮素總量的43.08％～48.05％轉(zhuǎn)入籽粒，對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率49.01％～52.61％;其中，苞葉與穗軸轉(zhuǎn)運(yùn)率最高，達(dá)自身氮素儲(chǔ)存量的65.89％～71.40％。壟作覆膜處理，苗期莖葉氮素積蓄量較對(duì)照增高101.08％，生育前期氮素蓄存莖葉、生育后期轉(zhuǎn)運(yùn)籽粒的“前蓄后轉(zhuǎn)”效應(yīng)，促進(jìn)了籽粒庫

10、容構(gòu)建，使壟作覆膜玉米增產(chǎn)9.47％。華北旱地一熟種植，促發(fā)了玉米蠟熟期后的干物質(zhì)和氮素生產(chǎn)，釋放了玉米高產(chǎn)潛力;而覆膜處理加速了玉米干物質(zhì)與氮素生產(chǎn)進(jìn)程，但縮短了干物質(zhì)與氮素線性累積持續(xù)期;旱地春玉米進(jìn)一步高產(chǎn)的突破，需要以籽粒為核心的更大庫容品種的突破。
　　雨養(yǎng)春甘薯的干物質(zhì)生產(chǎn)表現(xiàn)為前期和后期積累快，中間慢的臺(tái)階式變化，氮素積累表現(xiàn)為前期快速積累，后期出現(xiàn)流失的特征。地膜覆蓋甘薯，氮素積累量較裸地增加達(dá)20.56％，但氮素

11、薯塊轉(zhuǎn)運(yùn)率較裸地降低7.97個(gè)百分點(diǎn)。覆膜處理促進(jìn)了甘薯的干物質(zhì)積累，但降低干物質(zhì)向薯塊轉(zhuǎn)運(yùn)量達(dá)28.27％，最終覆膜甘薯較裸地減產(chǎn)1.86％。
　　4.春玉米對(duì)磷素的吸收呈現(xiàn)單峰型累積特征;大喇叭口-抽雄期苞葉與穗軸表現(xiàn)對(duì)株體磷素的掠取式累積;完熟期全株磷素累積呈現(xiàn)回升性增長(zhǎng)趨勢(shì)和以莖稈為中心的富集特征。春玉米鉀素吸收呈現(xiàn)生長(zhǎng)前期高額累積，完熟期鉀素流失特征;株體鉀素轉(zhuǎn)移率在6.64％～17.87％，葉片、苞葉與穗軸等器官是向籽

12、粒轉(zhuǎn)運(yùn)的主體。壟作覆膜處理的全株磷素、鉀素向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)率最高。
　　春甘薯對(duì)磷素的吸收呈現(xiàn)以結(jié)薯期和封壟期為高峰期的單峰型累積特征。覆膜處理在甘薯生育前期顯著提高了磷素積累量，后期影響較小。甘薯覆膜提高了莖蔓器官磷素向塊莖的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率。甘薯對(duì)鉀素的吸收表現(xiàn)出在薯塊盛長(zhǎng)期前持續(xù)性快速積累特征，而收獲期則出現(xiàn)鉀流失。覆膜甘薯的鉀素積累量始終高于裸地甘薯，覆膜處理甘薯鉀素轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率分別高于裸地42.45％和9.24個(gè)百分點(diǎn)，但是鉀

13、素轉(zhuǎn)移到薯塊的比例卻低于裸地處理18.22個(gè)百分點(diǎn)。
　　5.玉米‖甘薯群落中，玉米處于間作上位優(yōu)勢(shì)，間作玉米帶25cm高處平均日光合有效輻射為單作田的3.82-4.40倍，而間作甘薯田只有單作甘薯的68.41％-69.07％。群落光合干物質(zhì)累積在苗期土地當(dāng)量比(LER)為1.19～1.32;穩(wěn)定干旱期，高密度的間作結(jié)構(gòu)加劇了群落內(nèi)的水分競(jìng)爭(zhēng)，土壤貯水量急劇下降至最低谷，期間各處理0-100cm土層含水接近萎蔫濕度，干旱脅迫使群落

14、表現(xiàn)資源利用的低效率，LER只有0.66～0.93。群落以水分、光照為核心的資源強(qiáng)烈競(jìng)爭(zhēng)一直持續(xù)到玉米灌漿期，隨著玉米生長(zhǎng)速率下降及葉面積減小，對(duì)甘薯的生長(zhǎng)抑制減弱，間作甘薯出現(xiàn)超補(bǔ)償性生產(chǎn)。階段水分當(dāng)量比高達(dá)3.06～3.96，LER達(dá)3.30～2.08。
　　玉米‖甘薯群落全生長(zhǎng)季分析，甘薯與玉米2∶1覆膜種植(FMT1)，間作群體較單作土地利用效率提高了20％;甘薯與玉米2∶2覆膜種植(FMT2)，間作群體土地利用效率提高了