覆膜和施肥對(duì)黃土高原旱作春玉米生長(zhǎng)和土壤CO2排放的影響.pdf

1、世界人口快速增長(zhǎng)和耕地面積減少引發(fā)的糧食安全問題和大氣CO2濃度日益增多導(dǎo)致的氣候變暖問題，已經(jīng)成為了世界各國(guó)可持續(xù)發(fā)展的諸多難題。在我國(guó)，旱作雨養(yǎng)農(nóng)田約占總耕地面積的50％，旱作農(nóng)業(yè)對(duì)保障我國(guó)糧食安全至關(guān)重要。玉米是旱作地區(qū)最重要的糧食作物之一，但受水資源短缺的限制，其產(chǎn)量始終維持在較低水平，產(chǎn)量潛力沒有充分挖掘。此外，過量施肥在玉米生產(chǎn)中較為普遍，氮肥利用效率低和氮素?fù)p失量增加容易引發(fā)環(huán)境問題。因此，優(yōu)化旱區(qū)玉米生產(chǎn)方式，提高玉米產(chǎn)

2、量和水肥利用效率，對(duì)保障我國(guó)未來糧食安全、實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。本試驗(yàn)于2013-2014年連續(xù)兩年在黃土高原旱作雨養(yǎng)農(nóng)田進(jìn)行，以春玉米為研究對(duì)象，研究覆膜和施肥（共6個(gè)處理:不覆膜施尿素NU，不覆膜施緩釋肥NC，無色透明覆膜施尿素WU，無色透明覆膜施緩釋肥WC，黑色覆膜施尿素BU和黑色覆膜施緩釋肥BC）對(duì)雨養(yǎng)農(nóng)田春玉米生長(zhǎng)和土壤CO2排放的影響。主要得出以下結(jié)論:
　　(1)覆膜可以增加表層土壤溫度和土壤含水

3、量。播種后早期，土壤溫度的變化呈現(xiàn)以下趨勢(shì):無色透明覆膜(PMw)＞黑色覆膜(PMb)＞不覆膜。無色透明覆膜下的土壤溫度比黑色覆膜下的土壤溫度高0.2-2.2℃;玉米生長(zhǎng)后期，覆膜處理下的土壤溫度反而低于不覆膜處理下的土壤溫度。土壤貯水量的變化呈現(xiàn)以下趨勢(shì):PMb＞PMw＞不覆膜。與播前土壤含水量相比，2013年收獲后0-40cm土層土壤得到了6-20mm的水分補(bǔ)給。但2014年收獲后120cm土層的土壤水分比播前減少。
　　(2

4、)不同覆膜和施肥方式均能顯著影響玉米的株高、LAI和地上生物量(P＜0.05)。試驗(yàn)中玉米株高的變化表現(xiàn)出以下規(guī)律:PMw＞PMb＞不覆膜。LAI隨著玉米的生長(zhǎng)而不斷增加，于7月中旬達(dá)到峰值，之后由于葉子枯萎，呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)?？傮w上，覆膜處理下的LAI值大于不覆膜處理。玉米生育前期，無色透明膜處理下的LAI值最大，但到后期，黑色覆膜下的LAI值最大。生育前期，玉米地上生物量的積累表現(xiàn)出以下規(guī)律:PMw＞PMb＞不覆膜;而到生育后期，黑色覆

5、膜下的生物量則顯著高于無色透明覆膜下的生物量(P＜0.05)，不覆膜處理下的生物量最低。玉米生育前期，兩種施肥處理下玉米的生長(zhǎng)性狀差異不顯著，但在玉米生育后期，緩釋肥處理下玉米的地上生物量和LAI值比尿素處理的高。
　　(3)覆膜可以顯著提高玉米產(chǎn)量和水分利用效率(P＜0.05)。緩釋肥處理下的玉米產(chǎn)量顯著高于尿素施肥下的玉米產(chǎn)量(P＜0.05)，但2013年NC處理例外。各處理2014年的玉米產(chǎn)量總體高于2013年。2013年，

6、WC、BC、BU和WU處理下的玉米產(chǎn)量分別比對(duì)照處理NU(9.18 t ha1)提高34.5％，32.4％，28.5％和13.4％，而NC處理下的玉米產(chǎn)量則比對(duì)照降低了1.5％。2014年，BC處理的玉米產(chǎn)量最高(16.64 t ha1)，對(duì)照處理的產(chǎn)量最低(13.18 t ha1)。黑膜覆蓋下的水分利用效率均顯著高于無色透明覆膜(P＜0.05)。各處理的耗水量ET則無顯著差異(P＞0.05)。
　　(4)各處理下土壤呼吸速率的季

7、節(jié)變化趨勢(shì)基本相似，都隨著玉米生長(zhǎng)緩慢增長(zhǎng)，于8月達(dá)到呼吸峰值，之后出現(xiàn)下降趨勢(shì)。玉米生育早期，各處理下呼吸速率呈現(xiàn)以下趨勢(shì):PMw＞ PMb＞不覆膜，即，覆膜處理下的土壤呼吸速率大于不覆膜處理下的土壤呼吸速率;而在玉米生育后期，土壤呼吸速率則表現(xiàn)出相反趨勢(shì):不覆膜＞PMw＞PMb。施肥僅顯著影響2013年玉米大喇叭口期的土壤呼吸速率(P≤0.01)，2014年玉米苗期(P≤0.05)和開花期(P≤0.01)的土壤呼吸速率。“覆膜+施肥

8、”則顯著影響2013年玉米大喇叭口期和乳熟期的土壤呼吸速率(P≤0.05)，影響2014年玉米苗期、大喇叭口期和開花期的土壤呼吸速率(P≤0.05)?？傮w上，各生育時(shí)期的土壤呼吸速率日變化符合下列順序:吐絲期＞拔節(jié)期＞成熟期＞苗期，均呈單峰曲線趨勢(shì)。與其他處理相比，BC處理下的土壤呼吸速率在苗期、拔節(jié)期和成熟期都最大，但在吐絲期最小。
　　(5)兩年研究結(jié)果表明，除極少數(shù)之外，土壤呼吸速率與各處理下各土層土壤溫度、土壤含水量之間的

9、擬合度均不好(P＞0.05)。分析其他環(huán)境因子發(fā)現(xiàn)，土壤呼吸速率與日平均空氣溫度之間擬合度較好(P＜0.05)，決定系數(shù)R2介于0.249～0.407之間，其擬合關(guān)系都可用指數(shù)方程表示。但是，土壤呼吸速率與空氣日平均相對(duì)濕度和日光合有效輻射之間的擬合度均不好(P＞0.05)。
　　(6)覆膜和施肥方式能顯著影響玉米生育時(shí)期土壤CO2排放總量和單位產(chǎn)量CO2排放量(P＜0.05)，兩者均以無色透明膜覆蓋下最高，黑膜覆蓋下最低。兩年試

10、驗(yàn)中，BC處理下的土壤CO2累計(jì)排放量（2013年18.63 t ha1;2014年26.38 t ha1）分別比當(dāng)年對(duì)照處理下的土壤CO2累積排放量低3.2％和11.2％。WU處理下的單位產(chǎn)量CO2排放量最高（2013年2.27;2014年2.33），BC處理下的單位產(chǎn)量CO2排放量最低(2013年1.53;2014年1.59)，分別比當(dāng)年對(duì)照處理下的土壤CO2累積排放量低27.1％和29.3％。因此，本研究發(fā)現(xiàn)BC處理下玉米產(chǎn)量最高