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旱地一膜两年用胡麻农田生态效应及增产机理研究

吴兵  
【摘要】:在中国北方干旱半干旱区,随着地膜的普及应用,“白色污染”问题日益凸显,针对北方胡麻主产区-甘肃省“全膜双垄沟播玉米”大面积推广后残留田间旧地膜的污染问题,结合胡麻产量低而不稳的生产实际,研究农田旧地膜的持续利用,对当前生态安全和循环农业发展具有重要的理论和实践意义。本文于2011~2012年,从当年全膜双垄沟播玉米收获后残留旧膜的再次利用出发,通过田间试验研究了旱地胡麻生长发育状况、灌浆特征、生理生态特性、土壤水热变化特征、籽粒产量及水分利用效率等,以期为旧膜利用多样化及旱地胡麻高产栽培技术提供理论依据和技术支持。取得的主要结果如下: 1、不同旧膜覆盖方式的保水效果主要集中在胡麻现蕾期前0~60cm耕层内,生育前期(播种-苗期)表现为:旧膜新膜露地;生育中期(枞形期-花期)呈现为:新膜旧膜露地,成熟期土壤贮水量差异不显著。前茬收获后留旧膜,翌年揭旧膜覆新膜播种(T4)具有显著的“蓄集墒情”效果,集中体现到播前、苗期及枞形期内,现蕾期后减弱消逝。秸秆(T3)与薄土覆盖旧膜(T2)处理与旧膜直播(T1)土壤含水量并无显著差异,对水分维持效应不明显。旧膜对土壤积温的影响,随生育时期推进及土层加深逐渐减弱,播种、苗期差异出现在15cm土层内,枞形期则上移10cm土层内。处理间对土层温度维持效应的差异主要表现为:新膜旧膜露地(T6,CK)。收后除旧覆新膜播种(T5)、播前除旧膜覆新膜播种(T4)、旧膜直播(T1)、旧膜覆土直播(T2)和旧膜覆秸秆播种(T3)分别比露地播种对照增加216.53℃、172.21℃、110.06℃、112.98℃和94.66℃,全生育期天数缩短15.6d、17.4d、10.9d、5.8d和10.1d,旧膜利用较对照平均缩短11.1d。 2、旧膜利用后胡麻植株相对生长率、净同化率上升,干物质积累量显著增加。此最优效应花后由T5取代,但仍显著优于CK。花后干物质同化量对籽粒的贡献率各处理依次为:播前除旧膜覆新膜播种(T4)收获后整地覆新膜翌年播种(T5)旧膜直播(T1)旧膜覆土直播(T2)旧膜覆秸秆播种(T3)露地播种(CK),分别为71.93%、68.10%、65.16%、64.23%、61.01%和57.11%。播前除旧膜覆新膜(T4)对提高胡麻叶片SOD活性及维持较高水平可溶性蛋白含量有显著正效应,且当年覆膜优于上年覆膜。成熟后期,叶片SOD活性差异缩小及收获后整地覆新膜翌年播种(T5)叶片MDA含量与其他旧膜再利用方式处理差异明显加大。旧膜覆土(T2)处理叶片生长前期SOD活性及可溶性蛋白含量下降。脯氨酸含量处理间各生育时期脯氨酸含量均趋于一致,仅在枞形期以播前除旧膜覆新膜(T4)、收获后整地覆新膜翌年播种(T5)和旧膜覆秸秆播种(T3)较高。可见,旧膜利用具有一定的延缓衰老、增进渗透调节及提高抗氧化能力的作用,但又因利用时间长短、旧膜与土层及秸秆相互作用和生育时期等而有所差异。 3、一膜两年用胡麻在播量300~1200万粒.hm-2、成株数150~415万株.hm-2条件下,稀播有利于干物质积累、籽粒干重增加和产量获得。各生育时期单株总干物质积累量、成熟期籽粒、叶片干重及主茎+分枝+果壳干重均随密度增加而降低。花前贮藏同化物转运量及其对籽粒的贡献率随密度增加而减小,差异变幅较大,为79.09kg·hm2~508.69kg·hm2;花后处理间变化趋势相反,差异变幅较小,为55.58kg·hm2~272.99kg·hm2,最终产量形成对低密度的较优响应体现在花前积累量上。净同化率(NAR)亦与此趋势相似。相对生长率(RGR)则在现蕾期后随密度的上升而下降。一膜两年用胡麻籽粒灌浆进程用Logistic方程(r0.99)拟合后,可划分为渐增期、快增期、缓增期3个阶段,分别为花后3~6d、6~31d、28~38d,3个时期籽粒干质量积累分别可达到7.89%~15.79%、57.89%~65.79%、18.42%~26.32%,花后6~31d对籽粒质量增加贡献最大。达到最大灌浆速率的时间以750万粒.hm-2处理为界,低密度时间缩短,高密度延长。灌浆期种植密度与产量构成相关的分茎数、分枝数、蒴果数呈负相关,与株高无明显相关关系。 4、旧膜再利用后均有显著增产效应和降低耗水量的作用。籽粒产量前茬收获后留旧膜,翌年春天揭旧膜免耕覆盖新膜(T4)方式最高,达1509.52kg·hm2,其次为前茬收获后揭旧膜,整地覆盖新膜翌年播种方式(T5),为1370.77kg·hm2,二者与旧膜直播(T1)、旧膜覆土播种(T2)及旧膜覆盖秸秆播种(T3)分别较露地栽培(CK)显著增产143.26%、120.91%、88.84%、86.69%和62.98%。水分利用效率与产量变化趋势基本一致,分别是对照的2.53、2.29、1.97、1.85和1.64倍。 5、一膜两年用胡麻密度效应中,在本研究300~1200万粒.hm-2的密度处理范围内,密度对一膜两年用胡麻土壤不同土层含水量及0~100cm耕层土壤贮水量的影响主要集中在胡麻由营养生长阶段进入生殖阶段前,土层含水量各生育时期基本都呈现出低密度优于高密度态势,贮水量此态势主要体现在现蕾期。籽粒产量及水分利用效率均同密度处理呈负效应,300万粒.hm-2(D1)下获得了最高产量1837.95kg.hm-2和最高水分利用效率11.71kg.hm-2.mm-1,分别比1200万粒.hm-2(D7)处理增加27.47%和30.69%。说明,稀播利于一膜两年用胡麻高产。结合甘肃中东部年均降水条件,以及试验中胡麻灌浆期籽粒灌浆特性和该地区实际条件,300~450万粒.hm-2的种植密度适宜于该地区一膜两年用生产条件。


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