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半干旱黄土区地膜覆盖对玉米生长及土壤生态环境的影响

孔猛  
【摘要】:在黄土高原半干旱地区,干旱和低温是限制农作物生产的主要因素。地膜覆盖能显著提高土壤温度和含水量,而被广泛运用在该地区以提高农作物的生产力。然而,我们对地膜覆盖通过改善土壤水热环境来克服干旱和低温胁迫进而提高产量的机理还不是十分清楚,尤其是关于作物生育期水热分布和作物生长响应过程以及土壤微生物功能多样性方面。本研究以我国西北黄土高原旱作农业区主要作物玉米(Zea mays L.)为研究对象,在2014和2015年进行了田间试验,包括地膜覆盖(M)和对照(CK)两个处理。研究了地膜覆盖对土壤水热环境、生育期热量分布、玉米生长发育、土壤养分、土壤微生物功能多样性以及产量的影响。主要研究结果如下:1.地膜覆盖加速了玉米的生长发育,增加了玉米的株高和茎粗,促进了干物质的积累,使各生育期提前了8-21天,大大缩短了玉米营养生长期,延长了生殖生长期。地膜覆盖显著提高了玉米产量,2014和2015年籽粒产量较对照分别提高了140%和179%。2.地膜覆盖显著提高了土壤温度,生育期前期可使5-50cm深土壤增温2.84-3.37°C,但随着玉米冠层的生长,增温效果逐渐减弱,整个生育期5-50cm深土壤温度可提高1.07-2.14°C。地膜覆盖显著提高了土壤含水量,保水效果良好。此外,地膜覆盖加强了玉米对水热资源的利用,两年水分利用效率较对照分别提高了141%、131%,同时还提高了热量利用效率。3.地膜覆盖改变了玉米生育期内热量分布:由于地膜覆盖显著提高播种到6叶期土壤温度,加快了土壤生长度日(GDDsoil)的积累,满足了玉米出苗和苗期生长的热量需要,补偿了大气生长度日(GDDair)不足,提前到达各生育期,减小了GDDair徒耗。与对照相比,地膜覆盖使两年GDDair分别多了112.1、145.4°C·d用于玉米生殖生长。生殖生长期热量的增加基本满足了玉米产量形成期间对热量的需求,促进干物质向籽粒转移,使籽粒充分灌浆,提高了收获指数,显著增产。4.两年两处理玉米生育期表层土壤有机碳、全氮、全磷变化都不显著。地膜覆盖显著降低土壤速效磷含量,增加了速效磷的消耗;显著提高了硝态氮的含量,增加了氮素的矿化。5.地膜覆盖提高了土壤微生物群落碳源代谢活性和功能多样性指数,在苗期和收获时效果更为明显。碳水化合物类、氨基酸类、脂类是微生物群落利用的主要碳源。通过主成分分析发现,不同生育时期不同处理土壤微生物群落在31种碳源利用上存在显著差异,地膜覆盖引起了各生育期土壤微生物代谢功能群落结构的明显改变。此外,土壤微生物群落在对根系分泌物类碳源的利用上也有差异。


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