收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

玉米/大豆条带间作群体PAR和水分的传输与利用

高阳  
【摘要】: 间作种植具有充分利用多种资源、提高单位面积作物产量的优点。近些年来,随着人口的快速增加、耕地的不断减少和水资源的日益紧缺,我国的粮食供给安全受到了严重的威胁。在这样的背景下,深入研究间作冠层对辐射的截获与利用、间作群体的蒸腾耗散规律、间作模式下根系的分布及吸水规律,对于优化间作群体的组成结构、提高间作模式管理水平、保证间作种植具有较高的资源利用效率和产量水平都具有重要的理论和现实意义。 本项研究于2006-2008年在河南商丘农田生态系统国家野外科学观测研究站进行,选取玉米/大豆间作这种在我国北方地区广泛采用的间作种植模式作为研究对象,设置4个试验处理,分别为玉米单作(SM)、大豆单作(SSB)、玉米/大豆1:3间作(I_(13))和玉米/大豆2:3间作(I_(23)),重复4次。三年间,通过较为系统的田间试验,对玉米/大豆间作群体的光环境特性、土壤蒸发、植株蒸腾、根系分布特征、土壤水分运动以及资源利用等问题进行了试验研究和定量模拟,取得的主要研究结果如下: (1)在生育早期,I_(13)和I_(23)处理的大豆条带边行(与玉米相邻行)底部的PAR透射率高于大豆条带内行底部的PAR透射率,而I_(23)处理玉米行间底部的PAR透射率高于边行;进入生育后期,冠层底部不同位置处的PAR透射率差异不明显,平均透射率均小于7%; 4个试验处理的消光系数(K)的平均值分别为:SM处理0.46、SSB处理0.59、I_(13)处理0.51、I_(23)处理0.50。 (2)在群体生育早期(LAI1),I_(13)和I_(23)处理小区内不同行位置处的土壤蒸发量相差不大。但随着群体的生长发育(LAI≥1),不同位置处的土壤蒸发量呈现出一定的差异。土壤蒸发过程受表层土壤含水率和叶面积指数影响较大,相对土面蒸发强度E/ET0与表土土壤含水率呈指数性正相关关系,与叶面积指数则呈指数性负相关关系。 I_(23)处理间作群体内,玉米和大豆植株的茎流速率在晴天呈单峰曲线,而在阴天则呈多峰曲线。植株的茎流受诸多环境因子的影响,其中太阳辐射是影响植株茎流的最主要的气象因子。玉米和大豆的单株日茎流量与多个气象因子间存在较好的相关关系,达到极显著水平。茎流观测期内(2008年6月1日-6月30日),I_(23)处理玉米植株的日均蒸腾量(茎流量)(1.44 mm d-1)为大豆日均蒸腾量(0.79 mm d~(-1))的1.8倍,玉米和大豆的蒸腾量分别为间作群体总蒸腾量的64%和36%。利用ERIN模型模拟间作群体的土壤蒸发和植株蒸腾时,阻力项的确定是至关重要的。I_(23)处理间作群体内,玉米/大豆间作群体的土壤表面阻力为300 s m~(-1),间作冠层的空气动力学阻力r~a_a和r~s_a分别为4.50和42.41 s m~(-1),冠层边界层阻力分别为12.19和38.89 s m~(-1),玉米和大豆的气孔阻力分别为81.32和64.92 s m~(-1)。模拟结果表明,间作群体内玉米或大豆日蒸腾量的模拟值均高于实测值,土壤蒸发的模拟值为实测值的94.67%。相关分析表明,观测值和模拟值间有较好的相关关系,相关系数在0.8以上。ERIN模型能够较为准确地模拟间作群体的土壤蒸发和作物蒸腾,亦可以较为准确地确定蒸腾量在间作作物间的分配。 (3)采用冲洗土壤剖面法来获取根系的分布模式。结果表明,水分充足条件下,I_(23)处理间作群体内,玉米的根系深度要大于大豆根系;玉米根系不仅分布于玉米条带下方的区域,而且可以扩展到邻近的大豆条带内行下方的区域,而大豆根系则水平分布于大豆行对应的相对有限的区域内。由于犁底层和粘土夹层(深度约为30 cm)的存在,16~22 cm土层内玉米和大豆根系的侧向生长距离最远,而根长密度则主要分布在近地表处(0~30 cm)以及作物行处。拟合结果表明,指数模型可以很好地描述I_(23)处理间作群体内作物根长密度的二维分布状况。 在生长过程中,I_(23)处理间作条带内不同区域的水分状况变化幅度依次为:玉米区域大豆区域条带行间。这表明在水分充足条件下,即使根系在大部分土体中都有分布,但同一时间内并非所有根区都具有等效的吸水作用,作物会优先在间作群体中相应的土壤区域内吸水,而后才会从根系混合区域内吸收水分。 间作群体内,不同作物生长到一定程度后根系会出现混合交叉分布,要准确地确定间作群体中不同作物的根系密度分布状况是比较困难的。本文利用较为容易获得的参数建立了I_(23)处理间作作物根系的二维分布模式,并依据所建立的二维根系吸水模型,利用用HYDRUS-2D软件模拟了I_(23)处理间作条件下的土壤水分运动。模拟结果表明,所建立的二维根系吸水模型能够比较好的模拟间作群体的土壤水分运动规律。 (4)利用Logistic方程拟合了单作和间作条件下玉米和大豆单株干物质积累的动态过程,相关性均达到极显著水平。由于边际效应的作用,I_(13)和I_(23)处理间作群体内单株玉米的地上部干物质量和籽粒产量都要明显高于单作玉米,I_(13)和I_(23)处理间的差异并不显著。然而不同种植模式下单株大豆的地上部干物质量和籽粒产量的差异并不显著。I_(13)和I_(23)处理内玉米的干物质转换率高于SM处理,而SSB处理大豆的干物质转换率则高于间作处理,I_(13)和I_(23)处理间的差异并不显著。I_(13)和I_(23)处理玉米的籽粒产量分别为SM处理的83%和95%,表明在间作种植模式下,玉米的增产效果并不足以弥补大豆占用面积所引起的籽粒产量下降。I_(13)和I_(23)处理大豆的籽粒产量分别为SSB处理的82%和76%,表明当大豆与玉米间作时,玉米的遮荫导致大豆籽粒产量下降。但是,玉米/大豆间作的总籽粒产量仍要明显高于单作玉米和单作大豆,表明间作种植能够增加群体的干物质积累量,提高群体总产量。 (5)利用辐射截获率(F)、辐射利用效率(RUE)和收获指数(HI)3个指标,评价了玉米/大豆间作群体对辐射的截获与利用状况。3个生育期内,SM、I_(13)和I_(23)处理玉米收获指数(HI)的平均值分别为0.42、0.45和0.44;SSB、I_(13)和I_(23)处理大豆的收获指数(HI)的平均值分别为0.40、0.35和0.36;I_(13)和I_(23)处理玉米的RUE分别为3.14和3.13 g MJ~(-1),略低于SM处理的RUE(3.18 g MJ~(-1))。I_(13)和I_(23)处理大豆的RUE分别为1.65和1.63 g MJ~(-1),略高于SSB处理的RUE(1.55 g MJ~(-1))。I_(13)处理的RUE(2.82 g MJ~(-1))略高于和I_(23)处理(2.78 g MJ~(-1))。I_(13)和I_(23)处理群体的RUE比SM处理低11%和13%,但要比SSB处理高82%和79%。数据显示,间作种植模式能够通过更有效地利用辐射来增加群体的产量。 3个生长季内,I_(13)处理ETc的平均值(495.84 mm)略低于I_(23)处理(506.16 mm)。I_(13)处理的ETc分别比SM和SSB处理高15%和6%;I_(23)处理的ETc分别比SM和SSB处理高17%和9%。I_(13)和I_(23)处理间作群体的WUE(I_(13):20.24 kg ha~(-1) mm~(-1);I_(23):21.97 kg ha~(-1) mm~(-1) )略低于SM处理( 22.67 kg ha~(-1) mm~(-1)),但明显高于SSB处理(5.07 kg ha~(-1) mm~(-1))。 I_(13)和I_(23)处理的土地当量比(LER)分别为1.65和1.71,表明单作种植要多利用65%和71%的土地才能得到与I_(13)和I_(23)处理间作种植相同的产量。试验数据同时指出,玉米/大豆条带间作种植具有明显的产量优势,可以显著提高土地利用效率。


知网文化
【相似文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 高阳;玉米/大豆条带间作群体PAR和水分的传输与利用[D];中国农业科学院;2009年
中国知网广告投放
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978