【毕业学位论文】（Word原稿）不同覆盖条件对稻-麦轮作系统氮肥去向和水分利用的影响植物营养硕士论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 硕士 学位论文 不同覆盖条件 对 稻 去向 和水分利用的 影响 I 英文缩略图 英文缩写 英文全称 中文名称 麦轮作系统 分利用率 no 统淹水 no 地旱作 膜旱作 秸旱作 秸高密 秸优化 I 摘 要 本文通过田间小区试验与 15利用 15针对稻麦轮作系统正面临着的问题，研究了在水稻季采用不同水分管理措施 （ 传统淹水、干湿交替的间歇灌溉、水稻旱作）以及不同 覆盖条件 （无覆盖、覆盖地膜、覆盖麦秸）对 稻麦轮作 系统 作物产量、氮素去向、水分利用的 影响。 主要结果如下： 1、 水稻和小麦的生物累积 量 在灌浆中期前随着生育期的推进逐步增加 ，之后由于成熟老化有所下降。 稻麦轮作 系统 的年总产量以传统淹水处理最高，其次为覆膜旱作和麦秸 优化，最差的是裸地旱作和麦秸高密 。 麦秸旱作、麦秸高密、麦秸优化与传统淹水相比，水稻产量没有显著 差异 。 2、水稻地上部吸收的 15统淹水处理最低 ；小麦地上部吸收的 15秸优化处理最低，两者之间差异显著，其余各处理间没有显著差异 ； 土壤中残留的 15量水稻季和小麦季均以 麦秸优化处理最低，传统淹水最高， 并且有 差异显著。 3、 稻麦轮作 系统 氮肥的利用率在 35% 55%之间，其中作物回收率 占 15% 25， 麦秸优化处理最高，传统淹水处理最低，二者差异 显著 ； 土壤残留率 为 20% 30 ， 以传统淹水处理高，麦秸优化处理最低 ，两者差异显著 ；稻麦轮作 系统 氮肥的损失率 高 达 50% 55 ，各处理的损失率 没有显著差异 。 4、 水稻实行覆麦秸、 覆膜旱作， 与传统淹水和麦秸优化相比， 可节约用水 50%以上，灌溉水生产效率由 2kg/kg/间水分利用效率提高 5、 在稻麦轮作系统中 ， 覆盖麦秸旱作措施 的 水稻产量稳定，可节水 50%，是一种切实可行的水稻种植方式；麦秸优化处理显著降低了肥料氮素在土壤中的残留，从而降低氮素淋失到水体造成污染的风险，但没有 显著 提高系统的产量 、氮肥利用和水分利用 ，需做进一步的优化。 关键词 稻麦轮作，覆盖旱作，氮素利用，氮肥去向，水分利用效率 of 5N by on -W 5N no 1. s of SL SH no 2. 5N 5N NL NL In 5N to be 3. -W 5% 5% 5N 0% NL -W as 0% 4. 0%, kg/m3 kg/m3 5. In to be 0%, 5N of by to of 录 第一章 绪论 . 1 献综述 . 1 稻 . 1 稻旱作的必要性、可行性及其发展 . 1 物吸收利用氮肥的研究 . 2 田水分利用效率的研究 . 3 究内容 . 3 同覆盖条件对稻麦轮作系统生物累积量和产量的影响 . 3 同覆盖条件对稻麦轮作系统作物氮素利用与去向的影响 . 3 同覆盖条件对稻麦轮作系统作物水分利用的影响 . 3 术路线 . 4 第二章 材料与方法 . 5 验地概况 . 5 验方案 . 5 区试验设计 . 5 5N 微区试验设计 . 6 验样品处理 . 7 验取样 . 7 验样品测定 . 8 验数据处理 . 8 区 15N 计算方法 . 8 壤水分测定与计算方法 . 9 据分析 . 9 第三章 覆盖措施对稻麦轮作体系生物量和产量的影响 . 10 麦轮作体系生物量累积特征 . 10 稻生物量累积特征 . 10 麦生物量累积特征 . 12 盖措施对稻麦轮作系统产量的影响 . 13 盖措施对水稻产量的影响 . 13 盖措施对小麦产量的影响 . 14 盖措施对轮作系统年总产量的影响 . 14 论 . 15 第四章 覆盖方式对稻麦轮作体系氮素利用、残留与氮 肥去向的影响 . 16 物对 15N 的吸收利用 . 16 稻对 15N 的吸收利用 . 16 麦对 15N 的吸收利用 . 17 麦轮作体系作物对 15N 的吸收利 用 . 18 5N 在土壤中的残留 . 19 稻收获后土壤中 15N 的残留 . 19 麦收获后土壤中 15N 的残留 . 20 麦轮作体系中土壤 15N 的残留 . 21 肥的去向 . 22 稻季氮肥的去向 . 22 麦季氮肥的去向 . 22 作体系氮肥的去向 . 23 结 . 24 第五章 覆盖方式对稻麦轮作体系水分利用效率的影响 . 25 盖方式对水稻水分利用的影响 . 25 002 年水稻季不同时间 0 50壤剖面中各土层 水量变化 . 25 002 年水稻季不同时间 0壤剖面中土壤水量变化 . 27 002 年水稻季水分利用情况 . 28 盖方式对小麦水分利用的影响 . 28 002/2003 年小麦季不同时间 0 50壤中各土层的水量变化 . 28 002/2003 年小麦季不同时间 0 50壤剖面中水量的变化 . 30 002/2003 年小麦耗水量及其利用效率 . 30 盖方式对稻麦轮作体系水分利用的影响 . 30 麦轮作体系 0 50 壤剖面中各土层的水量变化 . 30 麦轮作体系 0 50面中土壤的水量变化 . 32 麦轮作体系的灌溉水量及其利用效率 . 32 论 . 33 第六章 结论与展望 . 34 论 . 34 望 . 35 参考文献 . 36 致 谢 . 39 作者简历 . 40 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 1 第一章 绪论 献综 述 稻 水稻 下简称 “稻麦轮作 ”）是我国 中最重要的 一种，指在同一田块上有序地轮换种植水稻和小麦的一种种植方式（刘巽浩， 1996）。国稻麦轮作面积达约占全国水稻和小麦两者种植面积总和的 1/3， 四川盆地（含重庆市）的稻麦轮作面积约 175万 全省稻田面积的 52 ，耕地面积的 30 （熊凡等， 1998）。 在 我 国粮食供给 中占有十分重要的地位， 起着举足轻重的作用。 然而，稻麦轮作系统正面临着水资源季节性短缺、水分和养分（尤其是氮素）管理不合理、小麦秸秆就地焚烧现象普遍等 严重影响这一系统生产力和可持续发展的问题。 水分和养分（尤其是氮素）是限制稻麦 轮作 持续高产稳产的主要因素。 稻旱作的必要性、可行性及其发展 我国是一个人均淡水资源严重短缺的国家，水资源总量 28120亿 均占有水量 2310在世界第 109位，属 13个贫水国之一（张启舜和沈振荣， 1997；孙景生和康绍忠， 2000）。我国70%的淡水资源用于农业生产，而灌溉水稻用水又占农业总用水量的 65%（司徒松等， 2000）。据统计，我国每年缺水约为 300 400亿 田受旱面积约为 年 全国因缺水直接损失高达 2000亿元，少 收 粮食 700 800亿 资源短缺己成为我国农业发展的首要限制因素，同时也引发了严重的生态环境问题，影响着未来经济的可持续发展 (国家科技部中国农村技术开发中心， 2001)。 水稻种植一般是淹水栽培，其耗水量惊人，达 6000资源浪费严重（徐国郎等， 1990），而我国稻作面积约为 世界稻作面积的 24，占我国粮食面积的 熊振民， 1995；陈庆根， 2003)。 据报道， 水稻能够在旱作条件下正常生长发育 并可获得高产（王一凡和周毓珩， 2000），因此水稻具有非常大的节水潜力。 水稻旱作指的是水稻在整个生育期内所需水分以自然降水为主，仅在关键需水期适当补水，使水稻在接近旱田条件下生长，因此又称为 “旱田种稻 ”。此种种植水稻的方式打破 “种稻必有水、无水难种稻 ”的传统，能省水、省工（张士功等， 2003）。水稻对水分的需求可以分为 生理需水与生态需水 两部分 。 生理需水是指水稻植株通过根系从土壤吸入体内的水分，以满足个体生长发育和不断进行生理代谢所消耗的水量，其中较大部分的消耗是蒸腾作用。在各种作物中，水稻的生理需水并非最 多 ， 从蒸腾系数 (生成 1克干物质生理所需水分的克数 )看，水稻一般为 250g 354g，而小麦为 513g，玉米为 368g，谷子为 271g， 由此 可见水稻的生理需水并不比其它禾谷类作物多 (赵云江， 2001)。生态需水是指水稻群体间和土壤环境的用水。 用于作为生态因子调节稻田湿度、土壤温 度、改变土壤通气性 、 调节土壤肥力 、 遏制稻田杂草 、 调节渗漏 、 淋洗盐碱 等 。水稻生理需水量占其全生育期需水量的 30 40，生态需水却占 60 70。从水稻的需水特性及水分的生理作用可以看出，在满足水稻生理需水条件下实行旱作栽培是可行的 ，而且能够在旱作条件下中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 2 正常生长发育并可获得高产（王一凡和周毓珩， 2000）。 数百年前， 水稻实行旱作栽培的种植形式在泰国、缅甸、印度、孟加拉、印度尼西尼、斯里兰卡，西非等多雨量地区已 出现 ，澳大利亚、欧洲、南北美州及日本、朝鲜也有种植（王一凡和周毓珩， 2000）。 利用地膜等覆盖的方法实行水稻覆膜旱作，可以 提高水稻旱作的保水、增温、保肥性能，增加作物产量。 20世纪 70年代末至 80年代初，我国辽宁、吉林、黑龙江等地引进日本地膜覆盖水稻旱作栽培技术（赵其良和肖明贤，1982；张矢等， 1983）。 到 20世纪 70年代末至 80年代末，我国东北三省的推广面积达 4万余公顷，水稻每公顷产量达 45007500得了较好的经济效益和社会效益（梁永超等， 2000）。 20世纪80年代末至 90年代末，安徽、江苏、湖北、陕西、山西、浙江、四川、云南等地相继开展了水稻覆膜旱作的研究、示范和推广工作（王寅初等， 1985；梁永超等， 1999；吴良欢等， 1999）。 有研究 表明，水稻覆膜旱作增产节支效果明显，增产 0 20，节水 50 70，节肥 40 60，节除草剂 80 100、节农药 20 40，节种子 50 70， 扣 去投入，水 稻覆膜旱作每公顷大约可增收 1300元，具有良好的社会效益和经济效益 （吴良欢等， 1999） 。 但是， 水稻地膜旱作栽培虽然有明显的节水效应，其分蘖过多，成穗率低，稻株 易 早衰，收获后残膜难以清除，易发生障碍等 (黄义德， 1997，王赔， 1983)。 在水稻旱作栽培中，也有采用作物秸秆进行覆盖栽培的种植方式。 随着社会经济的发展，农民不再依赖作物秸秆为唯一燃料， 就地 焚烧秸秆的现象十分普遍，不仅造成资源浪费，而且对生态环境也造成了严重的影响 。 利用秸秆进行水稻覆盖旱作，节水效果也十分显著 (王甲辰， 2002；杨安中， 2000)。 物 吸收利用 氮 肥的研究 氮 是作物生长发育所必须的大量元素之一，也是构成作物产量的一个重要因素。作物的 氮 素营养是作物吸 氮 特性、土壤供 氮 能力、 氮 肥肥效、作物产量水平等因素的综合反应，受作物种类、土壤类型、气候状况、栽培措施等诸多方面的影响（朱兆良等， 1985）。作物的 氮 素营养又与 氮 肥施用及 氮 素管理直接相关。 氮 肥的合理施用及 氮 素的科学管理不仅可充分发挥 氮 肥在提高作物产量、改善作物品质方面的作用，而且还可有效减少 氮 素损失对环境的污染与危害（朱兆良， 2002；张福锁和巨晓棠， 2002；吕殿青等， 1998）。氮肥的表面流失和渗漏直接导致地下水污染和江河湖泊的富营养化作用 ， 尤其是氮、磷的富集 会 促进藻类和其它水生植物的大量生长繁殖。中国水面富营养化作用的面积正在逐年增加，其原因之一就是作物氮肥利用率低所致 (李荣刚 ,2000)。反硝化作用由于释放出温室气体氧化亚氮 (能导致全球气候变暖。从全球范围来看，农业生产过程中释放的 大气排放总量的 70%(996)。大气中 速率递增。 农田系统中化肥氮的去向 大体可分为 三 个方面：作物吸收、土壤残留（无机 氮 有机 氮 态 氮 ）、损 失（气态、淋溶和径流损失）（ 989；朱兆良， 2002）。一般用 氮 肥利用率来表示作物吸收化肥 氮 的情况 ，氮 肥利用率 就 是作物吸收的肥料 氮 占施 用 肥料总 氮的百分率 （刘巽浩和陈阜， 1990）。通用的氮肥利用率的定量指标有：氮肥吸收利用率 (指施肥区作物氮素积累量与空白区氮素积累量的差占施用氮肥总氮量的百分数 ，这就是表观利用率 。同位素示踪法可以在无干扰因素情况下精确地计算出肥料 氮 被作物吸收利用的程度（孙传范等， 2001； 1988）。作物 氮 肥利用率受土壤性质、作物种类、 氮 肥品种、施肥方法、气候状况等多种因素的影响。研究表明，水稻、小麦、大麦对氮肥的中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 3 当季表观利用率平均在 28 41之间，我国农业生产中 氮 肥的当季表观利用率约为 30 35，高产地区可能低于 30，但不同地区不同作物的 氮 肥利用率可能相差很大（朱兆良， 2002）。 田水分利用效率的研究 水是一切生命过程中不可替代的基本要素，也是维系国民经济和社会发展的重要基础资源。水分是作物所必需的一种资源，水分利用效率 作为衡量水分利用程度的指标也被视为一种资源效益。通常所指水分利用效率是以 1公顷 稻田实际灌溉的单位水量（ 生产的干物质 (稻谷 )量（ 为灌溉水的生产效率，而以总用水量（ 生产的干物质（稻谷）量（ 为田间水分利用效率。计算公式为：灌溉水生产效率单位面积产量（ （ 田间水分利用效率（ 单位面积产量 位面积耗水量 水量 +降雨量。两种效率表示方式在衡量水资源利用方面同样都很重要，而后者能更好的 反映水的有效利用情况（梁满中等， 2000）。 由于 我国 普遍采用 “土渠输水，大水漫灌 ”的灌溉方式，灌溉水的有效利用率只有 30 45，而发达国家已达 70 80，甚至更高。我国农田水的利用率也很低，单方水生产粮食只有 以色列已达到 些发达国家大体都在 2景生等 ， 2000； 陈家宙等， 2000）。段爱旺等利用多样点、多作物灌溉试验资料，初步计算出全国灌溉农田粮食作物平均水分利用效率约为 爱旺等， 2000)。由此可见，我国的水利用率与世界发达国家的差距很大 ，农业节水的潜力很大。 究内容 同覆 盖 条件 对稻麦轮作系统 生物 累积 量 和 产量 的影响 在水稻返青期、孕穗期、灌浆期、收获期，小麦的分蘖期、拔节期、抽穗期、收获期在试验小区内取 105下杀青半小时， 65下 烘干后称重， 得 出生物量。对两年的结果进行比较看年度间的变化。 成熟后，在试验小区里取 20 同覆盖 条件 对稻麦轮作系统作物 氮素 利用 与去向 的影响 在每季作物收获时，通过对田间试验微区植株籽粒和茎叶、土壤取样分析含氮量、 15结合产量， 计算出作物籽粒和茎叶吸氮量、吸收 15壤残留 15料利用率，明确稻麦轮作体系氮肥的去向及利用效率。 同覆盖 条件 对稻麦轮作系统作物水分利用的影响 对水稻移栽至大田后的每次灌水都进行测量记录，得出不同水分管理下的总耗水量， 结合产量 算出水分利用效率。弄清不同覆盖 条件 对稻麦轮作体系水分利用的影响。 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪论 4 术路线 在稻麦轮作系统中 ，水稻季采用不同覆盖措施和水分管理，对稻麦轮作系统施肥优化等方式，通过 连续两年四个轮作季 的田间小区试验和 15研究 对 稻麦轮作系统产量、水分、氮肥去向的 影响，根据研究结果总结出稻麦轮作系统的肥水优化措施以用于指导实际生产 。具体技术路线见图 1 1。 图 1究思路 of 田间 15产量、水分利用 水分管理 (水稻季 ) 不同覆盖措施 (水稻季 ) 施肥优化 田间小区试验 氮肥去向 稻麦轮作系统的肥水优化措施 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 材料与方法 5 第二章 材料与方法 验地概况 试验点位于四川省温江县天府镇临江村，地处成都平原中部， 具体 地理位置：北纬 30东经 103平均海拔 539m， 属于湿润亚热带气候。土壤为灰色冲积性水稻土，发育于岷江的河流沉积物。田间试验于 2002年 5月 月采 用水稻 壤的基本理化性状见表 2 表 2壤基本理化状况 in 层深度 土壤质地 （ g/ 全氮 （ g/ 有效磷mg/ 交换性钾 mg/ 0土 41 20土 01 40壤 0 1 试验期间月平均降水量 ,每月平均温度以及月日照时数如表 2因属于湿润亚热带气候，雨热同季的特点十分明显 ， 每年的 5雨 的 主要 季节， 一般降雨量达 700 800占全年降雨量的 80以上 ； 气温 较高，月均温 在 20日照也相对丰富，在 500小时以上，占全年日照时数的 60左右。 在 成都平原的稻作区域里，水稻一般在 5月下旬移栽， 9月中旬收获， 因此 这种气候特点对 于喜温喜 光的水稻而言非常 利 于其生长发育 。 然而， 每年的 11月到第二年的 4月， 降水量少， 月平均气温低， 日照时数相对较短 。 验方案 区试验设计 小区试验设 6个处理： 水稻季 ： 传统密度淹水（以下简称 “传统淹水 ”） no 缩写下同 ：水稻大田生长期间按当地习惯进行灌溉，绝大部分时间 田面水 保持 在 5 250 传统密度无覆盖旱作（以下简称 “裸地旱作 ”） no ： 水稻移栽时土壤表面不作任何覆盖 ， 田面水保持 5自返青 后田面水自然落干直到收获均不作任何浇灌 ，按 250 传统密度覆膜旱作（以下简称 “覆膜旱作 ”） ：水稻移栽前用地膜覆盖于土壤表面，田面水保持 5返青后田面水自然落干直到收获均不作任何浇灌， 按 250 中国农业科学院硕士学位论文 第二章 材料与方法 6 传统密度覆麦秸旱作（以下简称 “麦秸旱作 ”） ： 水稻移栽前用 7500kg/盖于土壤表面，田面水保持 5返青后田面水自然落干直到收获均不作任何浇灌，按 250 高密度覆麦秸旱作（以下简称 “麦秸高密 ”） ： 水稻移栽前用 7500kg/盖于土壤表面，田面水保持 5返青后田面水自然落干直到收获均不作任何浇灌，按 255 肥水优化管理高密度覆麦秸湿润栽培（以下简称 “麦秸优化 ”） ：增加氮肥用量及施用次数， 水稻移栽前用 7500kg/盖于土壤表面，水稻大田生长期 间实行浇一次 5此反复，按 255 小麦季 : 除水稻季的麦秸优化处理所施氮肥减少 25%外，磷钾肥与其余处理一致，其它耕作管理措施完全一致。 试验采用 3次重复随机区组设计。 小区为边长 6周筑有 5030埂中间用塑料薄膜纵向间隔，膜