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冬小麦—夏大豆种植方式与全年水分利用关系的研究

刘岩  
【摘要】:2008–2010年,在山东农业大学农学实验站,以冬小麦、夏大豆两种类型作物为供试材料进行大田试验研究,探讨种植方式和灌溉对冬小麦-夏大豆全年水分利用效率的影响及其在生产中的应用价值。冬小麦在1.8×106株·hm-2密度下,设置种植方式和灌水两种处理,种植方式分别为25 cm等行距、“20+40”大小行、“20+40”沟播三种;每种种植方式设三个灌水水平,分别为90 mm、135 mm、180 mm,分别在拔节期、抽穗期和灌浆期进行灌溉,每个时期的灌水量均为总量的1/3。夏大豆在冬小麦不同灌水处理基础上,在3.09×105株·hm-2密度下设置30 cm等行距、“20+40”大小行、“20+40”垄作三种种植方式。研究表明,种植方式能明显影响作物的产量和全年水分利用效率,有效改善作物的群体发育动态、农田小气候、生理生态特性及耗水规律。具体结果如下: 1.种植方式对群体发育动态的影响 冬小麦试验中,“20+40”处理较等行距处理群体茎蘖数量少,但二者个体发育健壮,LAI分别比等行距处理高12.47%和7.25%,干物质比等行距处理分别高13.71%和6.11%,达显著差异(P0.05);灌溉明显影响冬小麦发育动态,其影响程度高于种植方式,随着灌溉量的增多,群体单茎数量、LAI、干物质总量逐渐升高,增幅逐渐较小。夏大豆试验中,“20+40”垄作豆荚重分别比等行距、“20+40”平作高9.51%和15.91%,差异显著(P0.05);底墒明显影响夏大豆群体发育动态,影响程度比种植方式明显;夏大豆LAI、干物质积累总量、豆荚重均随底墒的增加而增大,增幅逐渐较小。 2.种植方式对农田小气候的影响 冬小麦“20+40”沟播处理增加了PAR透射率,减少了反射率,增加了冠层中下部叶片的光能利用率,提高了总光能利用率。灌溉进一步改善了近地面农田小气候状况,不仅提高了冬小麦的光能利用率,而且降低了田间空气温度和地表温度、提高了空气相对湿度,有利于保持凉爽、湿润的田间小气候,增强作物抵御干热风等环境胁迫能力。 3.种植方式对叶片生理特性的影响 冬小麦“20+40”处理能够显著提高旗叶水分利用效率、净光合速率和叶绿素荧光特性,维持较好的叶片持水能力和光合生理特性。灌溉可显著提高和改善冬小麦旗叶片相对含水量、水势和光合、荧光参数等生理特性。各叶片生理参数均随冬小麦灌水量的增加而增大(叶片水分利用效率除外),增幅逐渐缩小。 夏大豆叶片相对含水量、水势和光合、荧光参数叶片生理在三种种植方式下均表现为“20+40”垄作30 cm等行距“20+40”平作。三种底墒条件下,135 mm和180 mm处理叶片相对含水量、净光合速率、叶绿素相对含量指数及ΦPSⅡ均显著高于90 mm处理,且135 mm和180 mm处理间差异不显著(P0.05)。叶片水分利用效率以冬小麦135 mm灌水处理条件下,冬小麦沟播-夏大豆垄作处理组合最高。 4.种植方式对农田耗水规律及WUE的影响 冬小麦“20+40”沟播处理能够明显提高了各层次土壤含水量和总贮水量,降低了农田蒸散量;灌溉提高了土壤水分和总蒸散量,减小了种植方式之间的差距。夏大豆垄作处理显著提高了浅层土壤水分。三种底墒条件下,135 mm和180 mm处理均可使夏大豆表层保持较高的土壤水分含量,40–60 cm范围内各处理土壤水分含量相差不大;同时135 mm处理对土壤水分含量具有“上高下低”的调节作用,有利于减少土壤水分的渗漏量,提高土壤水分利用效率。 冬小麦种植方式间WUE表现为“20+40”沟播“20+40”大小行25 cm等行距,其中,“20+40”大小行和“20+40”沟播显著分别高于等行距处理为5.24%和6.40%,但“20+40”大小行和“20+40”沟播处理间差异不显著(P5%)。夏大豆种植方式间WUE表现为“20+40”垄作30 cm等行距“20+40”大小行。冬小麦灌135 mm处理不仅能使自身有效发挥土壤水分的作用,而且还可提高夏大豆水分利用效率。相关分析表明,冬小麦WUE与总耗水量呈显著负相关(R=-0.749*),与灌水量呈极显著负相关(R=-0.894**)。种植方式和灌溉(底墒)都可以影响冬小麦(夏大豆)的WUE,二者不仅存在单独作用,还存在交互效应。 5.种植方式与作物农田总蒸散量、总产量及全年WUE的关系 三种种植方式下,作物农田总蒸散量、产量及全年WUE以沟垄处理最高,大小行处理居中,等行距处理最低。导致产量降低的直接原因是穗粒数和千粒重下降(冬小麦)或主茎荚数和分枝粒数的显著减少(夏大豆);灌溉影响冬小麦-夏大豆农田总蒸散量、总产量和全年WUE,农田总蒸散量及总产量随灌水量的增加而显著增大(p5%),全年WUE 135 mm处理比90 mm、180 mm处理分别高5.49%和10.28%,差异显著(p5%),且灌溉对全年WUE的影响比种植方式明显;两因素方差分析表明,种植方式与灌溉对冬小麦-夏大豆全年水分利用效率存在明显的互作效应(F=13.17**);综合考虑经济效益和生态效益,冬小麦135 mm+冬小麦沟播-夏大豆垄作组合为最优栽培模式。


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