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《湖南农业大学》 2011年
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南方稻田春玉米—晚稻种植模式资源利用效率及生产力优势研究

李小勇  
【摘要】:为了挖掘南方双季稻田的粮食生产潜力和保障粮食安全,应对因全球气候变暖引发的南方季节性干旱问题,促进南方稻区“粮-经-饲”结构协调发展,提高稻田生产系统的综合效益,促进稻区农业可持续、健康和低碳发展,为稻田种植结构的战略性调整提供科学依据,本研究在高产栽培条件下,以传统双季稻种植模式(R-R)为对照,通过2年大田定位试验和土壤-作物系统相结合的方法,比较系统地研究了稻田“春玉米-晚稻”种植模式(M-R)的生产力、资源利用效率及氮素利用特征;土壤背景供氮对M-R模式土壤养分特征的影响及不同施氮水平和耕作方式对M-R模式中晚稻产量形成的影响,其主要研究结果如下: 1.M-R模式的周年生产力和资源利用效率优势显著,与传统R-R模式比较,产量和物质生产效率分别提高了20.0%和23.2%;土地资源利用率,光、温、水资源生产效率和光能利用率分别提高了9.75%,14.7%,20.4%,12.1%和19.1%;周年总产值和产投比分别提高了16.7%和8.04%,体现了M-R模式高产高效和资源高效利用的特点。 2.M-R模式的N肥利用效率与R-R模式不同。与传统R-R模式比较,M-R模式的周年氮素收获指数提高3.01%~3.98%;氮肥籽粒和干物质生产效率分别提高10.8%~12.6%和12.7%~20.6%,氮肥吸收利用率(RE)增加13.0%-20.3%,而氮肥偏生产力(PFP)、农学利用率(AE)和生理利用率(PE)偏低,但与R-R模式差异均不显著。 3.与R-R模式的连作晚稻比较,采用同一耕作方式,M-R模式的晚稻产量增幅为2.13%~6.47%;增产原因主要是由于叶面积指数增加,抽穗后剑叶的叶绿素含量(SPAD值)和PSⅡ的光化学量子产量(EQY)提高,热耗散(qN)降低,表现出光化学利用效率优势,最终使晚稻总干物质重增加了3.7%~6.8%。与常规翻耕栽培(CT)比较,免耕移栽(NT)使M-R模式的晚稻产量显著增加10.5%,增产效应显著的原因在于单位面积有效穗和颖花量增加(8.53%和6.77%);采用翻耕+秸秆碳(CTC)、翻耕+秸秆还田(CTS)处理可使M-R模式晚稻产量分别增加6.4%和3.3。 4.采用同一耕作方式,M-R模式晚稻收获后土壤全量养分与R-R模式比较,差异不显著;但速效钾、速效磷和碱解氮(CTC除外)有不同程度提高。正常翻耕条件下,与R-R模式比较,M-R模式晚稻收获后土壤有机质含量降低了4.44%,且土壤pH值略有降低;采用免耕、秸秆还田和添加生物碳等措施可使土壤有机质含量分别提高10.8%,3.41%和44.4%。 5.与R-R模式的连作晚稻比较,采用同一施氮水平,M-R模式的晚稻产量增加2.41%~6.32%,增产的原因主要是每穗粒数和单位面积颖花量的增加,生育后期(齐穗期后15天)LAI提高了1.34%~17.5%,叶片SPAD值提高0.75%~2.64%,剑叶净光合速率(Pn)提高7.77%~11.1%;同时提高PSⅡ的EQY和电子传递速率(ETR),降低热耗散(qN),辐射利用率(RUE)提高,最终使总干物重增加(1.64%~4.22%)而增产。 6.在低土壤背景氮下,与NoNo比较,M-R模式NoN处理的晚稻产量显著增加41.8%,增产原因在于施氮处理显著提高了单位面积有效穗,在生育后期,LAI和叶片的SPAD显著提高了52.0%和13.0%;剑叶Pn明显提高13.2%、EQY、ETR和qP上相对优势较大,qN较低,RUE提高了4.49%;最终导致总干物质积累量显著提高了21.2%;高土壤背景氮下,与NN比较,M-R模式NNM处理的晚稻产量提高了4.73%,增产原因在于单位面积颖花量和有效穗的增加。 7.晚季不同土壤背景供氮下,采用同一施氮水平,与R-R模式比较,M-R模式晚稻收获后的土壤有机质和全N含量降幅分别为5.44%~15.1%和1.4%~10.3%;土壤pH值略升高;在低土壤背景氮下,碱解氮、速效磷和速效钾含量分别平均降低了4.65%,13.7%%和10.5%;在高土壤背景氮下,碱解氮平均增加2.33%,速效钾平均降低了12.0%。在两季不施氮肥情况下,M-R模式的晚稻土壤碱解氮含量比R-R模式降低了9.30%,晚季增施氮肥能明显提高其土壤有机质和碱解氮含量,但会降低速效钾和速效磷含量,在两季施氮情况下,土壤碱解氮则提高了2.5%,晚季增施有机肥能明显提高其土壤有机质和全N含量,但降低土壤速效养分含量,特别是速效钾的含量。 8.整个生育期间,M-R模式晚季稻田土壤养分含量变化表现出与R-R模式一致动态特征:土壤pH呈“先降后升,再略降低”的趋势;有机质含量表现为“先升高后降低,再略升高”的趋势;全量养分含量变化较小;在低土壤背景氮下,速效养分含量均呈“先持续下降,后略升高”的趋势;在高土壤背景氮下,土壤速效钾和速效磷与低土壤背景氮的趋势一样,而碱解氮呈“先持续下降后升高,再略下降”趋势。
【学位授予单位】:湖南农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S513;S511.33

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