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[博士论文] 郭梨锦
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2018(学位年度)
摘要:土壤有机碳与土壤的健康和生产力密切相关。以免耕和秸秆还田是提高土壤有机碳含量的有效措施。尽管有研究报道了不同耕作措施与秸秆还田方式对作物产量、土壤有机碳库和微生物多样性的影响,然而,免耕与秸秆还田下土壤有机碳库的微生物驱动机制尚未明确。因此,研究免耕与秸秆还田对土壤有机碳库、温室气体排放和微生物多样性的影响,以及土壤有机碳库的微生物驱动机制,具有重要意义。本研究于2012-2014年在湖北省武穴市大法寺镇的试验基地进行,以我国长江中下游典型的稻麦种植系统为研究对象。大田试验采用裂区试验设计,其中耕作措施(常规翻耕与免耕)为主区,秸秆还田方式(前茬作物秸秆全量还田和秸秆不还田)为副区,共有4个处理,3个重复,共计12个小区,处理分别为:翻耕+秸秆不还田(Conventional intensive tillage with straw removal,CTNS)、翻耕+秸秆还田(Conventional intensive tillage with straw returning,CTS)、免耕+秸秆不还田(No-tillage with straw removal,NTNS)与免耕+秸秆还田(No-tillage with straw returning,NTS)。经过3年的稻麦种植,主要的试验结果如下:
  (1)耕作措施与秸秆还田方式显著影响表土层(0~5cm)土壤有机碳(Soilorganic carbon,SOC)、可溶性有机碳(Dissolved organic carbon,DOC)、微生物量碳(Microbial biomass carbon,MBC)和土壤团聚体SOC。与翻耕相比,免耕处理下土壤SOC、DOC、MBC、2~1mm和1~0.25mm土壤团聚体SOC含量分别提高了2.3%~15.5%、8.8%~12.6%、15.1%~39.8%、4.6%~19.9%和13.4%~14.6%。与秸秆不还田相比,秸秆还田提高了SOC、DOC、MBC、2~1mm和1~0.25mm土壤团聚体SOC的含量,分别为6.5%~9.5%、13.0%~29.9%、18.1%~33.3%、12.5%~17.4%和6.2%~7.0%。
  (2)耕作措施与秸秆还田方式显著影响表层土(0~5cm)CO2和CH4的累积排放量,然而对土壤N2O排放无显著影响。与翻耕相比,免耕处理CO2排放量和CH4排放量分别降低7.2%~19.8%和5.8%~19.7%。与秸秆不还田相比,秸秆还田处理CO2排放量和CH4排放量分别增加了9.1%~4.1%和18.6%~232.9%。
  (3)耕作措施与秸秆还田方式显著影响表层土(0~5cm)土壤微生物群落结构。与翻耕相比,免耕处理土壤细菌的生物量、辛普森指数和香农指数分别提高了45.4%~74.6%、2.3%~3.4%和6.1%~12.2%,然而,免耕处理革兰氏阳性菌/革兰氏阴性菌(G+/G-)和单不饱和脂肪酸/饱和脂肪酸(MUFA/STFA)分别降低了12.0%~25.4%和28.2%~42.3%。与秸秆不还田相比,秸秆还田处理的土壤细菌生物量、MUFA/STFA、辛普森指数和香农指数提高了20.6%~58.1%、5.9%~30.0%、3.1%和12.8%,然而秸秆还田处理降低了G+/G-9.5%~20.7%。
  (4)耕作措施与秸秆还田方式显著影响表层土(0~5cm)土壤微生物功能多样性。与翻耕相比,免耕处理土壤微生物的香农指数、辛普森指数和均匀度指数分别提高了1.9%~7.1%、0.3%~1.3%和1.3%~2.7%。与秸秆不还田相比,秸秆还田处理土壤微生物的香农指数、辛普森指数和均匀度指数分别增加了17.1%~25.5%、12.0%~27.5%、19.6%~33.7%、1.1%~8.8%、0.2%~1.5%和1.3%~3.8%。
  综上所述,经过3年的稻麦种植,本研究发现免耕与秸秆还田是增加长江中下游稻麦种植系统的土壤有机碳含量的有效途径。耕作措施与秸秆还田方式通过影响细菌群落,改变了2~1mm土壤团聚体有机碳含量和甲烷排放,从而影响土壤有机碳含量。然而,免耕与秸秆还田下土壤(0~20cm)有机碳库微生物驱动机制,还需要长期定位试验进一步研究。
[硕士论文] 董云
作物栽培学与耕作学 河北农业大学 2017(学位年度)
摘要:冀西北坝上地区位于中国华北长城沿线的农牧过渡地带,区域高寒干旱、土壤瘠薄,农牧业生产相对落后。该区由于过度开垦,植被损失严重,导致土壤严重风蚀沙化与干化。在国家京津冀一体化发展的宏观背景下,冀西北坝上地区被定位为华北腹地的生态涵养区,区域传统的种植业需要以农田水养资源高效与可持续利用为核心,进行战略性调整。农田休耕与轮作成为区域农作制改革的重要方向。
  为了明确坝上地区主栽作物以及作物间不同倒茬方式的土壤水分与作物养分积累特征,于2015-2016年在张家口市河北农业大学张北实验站,采用交叉种植方法,在栗钙土与草甸栗钙土两类农田,设置了区域7种主栽作物的倒茬试验,比较不同作物茬口的土壤水分与作物养分积累效应,以为确立水养资源平衡与可持续利用的作物配置方式提供依据。主要研究结果如下。
  1.作物间耗水量差异明显。栗钙土田0-20cm、草甸栗钙土田0-30cm土层土壤含水率极易受环境影响,生长季终期各作物田含水率相近。生长季莜麦、甜菜、谷子田呈耗亏土体贮水趋势,且对30cm以下土层贮水消耗明显;蚕豆田与栗钙土马铃薯田呈累积土体贮水趋势;其他作物耗水量介于之间。冬春非生长季0-30cm土体贮水的大比例非生产性蒸发消耗,降低了土体春播期的供水效果。
  2.作物间水分利用效率差异显著。甜菜、莜麦生育期长,生物产量与水分利用效率均较高;亚麻、蚕豆最低。茬口显著影响了作物水分利用效率。草甸栗钙土田,茬口适应种植的生长季WUE是连作莜麦、甜菜和马铃薯的1.96-3.00倍,是连作蚕豆、饲用玉米的1.11-1.13倍;在栗钙土田,茬口适应种植生长季WUE是连作甜菜和马铃薯的1.36-2.00倍,是连作莜麦、亚麻的1.11-1.22倍.
  3.同一类型作物,株体养分含量年度间与土壤类型间差别较大;不同茬口的马铃薯养分含量、甜菜磷素含量差异较小。莜麦株体养分含量对茬口最为敏感。作物间养分干物质生产效率差异显著。在栗钙土田,甜菜生育期长,生物产量最高,N、P干物质生产效率分别高达54.3-70.74kg kg-1、511.16-779.20kg·kg-1,其他作物的养分干物质生产效率则互有高低。在草甸栗钙土田,甜菜N、P干物质生产效率最高,分别达63.43-75.60kg kg-1、795.86-973.33kg kg-1;蚕豆N、P干物质生产效率最低;其他作物的养分干物质生产效率互有高低。
  4.茬口显著影响了作物产量与养分干物质生产效率,并呈现作物养分积累量高,相应养分干物质生产效率低的相关关系。连作莜麦、马铃薯表现明显的养分积累量劣势,草甸栗钙土田连作甜菜易发生褐斑病害,影响叶面积发育。
  综上,马铃薯是大部分作物的良好前茬,而甜菜除对莜麦外为不良前茬。莜麦与甜菜的茬口适应性较强。在坝上地区农田,莜麦→马铃薯不仅产量高而且养分生产效率也较高;在草甸栗钙土田,蚕豆→莜麦倒茬方式较好;甜菜→莜麦是甜菜产区适宜的倒茬方式。
[博士论文] 郑文魁
土壤学 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:控释氮肥能够调控养分释放,提高作物产量和肥料利用率,成为解决化肥问题理想的选择。目前市场上控释氮肥种类繁多,施用效果良莠不齐,选择合适的控释氮肥类型及施用方法是降低生产成本、提高产量的重要前提。控释尿素与普通尿素配施是农业实际生产中常采用的施肥方式,既达到了控制养分释放的效果,又大大降低了生产成本,研明其对作物的增产机理以及长期施用的效果可为控释氮肥在小麦、玉米上的推广应用提供有力的理论支持。本文在冬小麦-夏玉米轮作体系下,在山东农业大学南校区试验站,通过7年的连续池栽定位试验,以普通尿素分次施肥为对照,研究了树脂包膜尿素、硫包膜尿素和硫加树脂包膜尿素在田间条件下的氮素释放特征以及一次性基施控释尿素对小麦、玉米产量及产量构成因素、氮素利用率、土壤养分和土壤酶活性的影响;在山东农业大学南校区试验站,通过2年定位大田试验研究了控释掺混尿素一次性基施对小麦、玉米生长、产量、氮素利用率及经济效益的影响;在山东省桓台县华北集约化农业生态系统试验站,利用8年长期定位大田试验研究了长期一次性基施控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率、氮素表观平衡、土壤养分状况及经济效益的影响。主要结果如下:
  1.不同包膜类型控释尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率及土壤生化性质的影响
  控释尿素的田间养分释放特征除了受包膜材料的影响以外,还主要受土壤温度的影响,因此在选择合适的控释肥种类时还应考虑到作物的生育期和种植区的土壤温度状况。3种不同包膜类型控释尿素中,硫包膜尿素的养分释放速率最快,硫加树脂包膜尿素次之,树脂包膜尿素的养分释放速率最为缓慢。与普通尿素分次施用相比,长期一次性基施3种不同包膜类型控释尿素的小麦、玉米产量分别显著增加4.9%~11.5%和7.3%~13.0%,氮素利用率分别提高28.7%~34.4%和65.9%~80.3%,其中硫加树脂包膜尿素施用效果最佳,小麦、玉米产量分别增加11.5%和13.0%。即使控释尿素在减少施用量30%的情况下,其获得的小麦、玉米产量与全量普通尿素相比无显著差异。控释尿素能够显著增加小麦、玉米生育中后期土壤的硝铵态氮含量,一次性基施控释尿素满足了小麦、玉米各生育期尤其是生育关键期对氮素的需求。另外,控释尿素处理较普通尿素处理能够显著提高耕层土壤的全氮和有机质含量,缓解土壤酸化。控释尿素在提高土壤酶活性方面优于普通尿素,其中硫加树脂包膜尿素和硫包膜尿素施用效果优于树脂包膜尿素。
  2.控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率及经济效益的影响
  控释掺混尿素的氮素释放规律能够与小麦、玉米的氮素吸收相吻合,并且两者呈显著的线性正相关。2年试验结果表明,一次性基施控释掺混尿素较普通尿素分次施用,小麦、玉米产量分别显著增加4.8%~16.8%和4.0%~21.0%,氮素利用率分别提高33.7%~56.4%和16.7%~48.5%,年平均净收益增加14.5%~19.9%。即使控释掺混尿素在减氮1/3的情况下,其获得的小麦、玉米产量与常量普通尿素相比无显著差异,而普通尿素在减氮1/3的情况下,与全量施肥相比,小麦、玉米产量分别显著降低6.4%~11.1%和7.2%~9.4%。施用控释掺混尿素显著增加了小麦有效穗数、小麦穗粒数及玉米行粒数,对小麦千粒重、玉米穗数和玉米穗行数没有显著影响,因此控释肥掺混尿素增产主要是通过增加小麦的有效分蘖数和增加玉米的行粒数实现的。控释掺混尿素显著增加了小麦、玉米生育中后期耕层土壤的硝铵态氮含量。在玉米收获期,控释掺混尿素较普通尿素可显著提高0-40 cm土层的土壤硝态氮含量,有效减少硝态氮向深层土壤的淋溶。施用控释掺混尿素能够有效显著提高玉米植株的株高、茎粗以及玉米生育中后期叶片的叶绿素SPAD值,提高玉米在生育中后期的光合能力。
  3.长期施用控释掺混尿素对小麦、玉米产量、氮素利用率、氮素表观平衡、土壤肥力及经济效益的影响
  8年的连续定位试验结果表明,与相同施氮量的常规尿素分次施肥相比,长期一次性基施控释掺混尿素小麦、玉米多年平均产量分别显著增加8.2%~11.9%和6.8%~9.8%,农田经济效益提高15.4%~21.8%,小麦、玉米氮素利用率分别提高35.7%~37.6%和13.2%~14.3%。控释掺混尿素较普通尿素可提高0-60 cm土层的土壤硝铵态氮含量,有效减少硝态氮向60-200 cm土层的淋溶。与相同施氮量的常规尿素分次施肥相比,控释掺混尿素的氮素表观损失量减少6.8%~11.3%。长期一次性施用普通尿素显著降低土壤中交换性阳离子(Ca2+和Mg2+)的含量,从而降低了土壤pH,导致土壤酸化。与常规尿素分次施肥相比,长期一次性基施控释掺混尿素显著提高了耕层土壤的全氮和有机质含量,提高了土壤肥力。
[硕士论文] 刘文茹
作物 山东农业大学 2017(学位年度)
摘要:本文在气候变化大背景下,以长江中下游地区水稻和小麦为研究对象,运用联合国政府间气候变化委员会(IPCC)AR5提出的模拟能力较强的 BCC-CSM1-1(Beijing Climate Center Climate System Model version1-1)气候系统模式,基于典型浓度情景RCP(Representative Concentration Pathway)输出的主要气象要素的逐日模式模拟数据资料,应用双线性内插法降尺度到长江中下游及邻近区域62个基本气象站点,并利用方差订正法对2021—2050年模式模拟数据进行误差订正,以获得更加真实可信的模拟数据。采用经验模型(潜力衰减)和机理模型(DSSAT)预估长江中下游地区稻麦生产潜力,并利用 Theil-Sen斜率估计和 MK检验等方法对未来30年研究区域内稻麦气候生产潜力的年际变化趋势和空间分布特征进行分析,明确主要影响因子,制定适应气候变化的措施,以期为未来作物生产提供理论依据。主要研究结论如下:
  (1)长江中下游地区2021—2050年平均气温、太阳总辐射量呈显著上升趋势,降水量总体增加,幅度较小并未达到显著性水平。全年和春、夏、秋、冬四季太阳总辐射量、降水量在时间上均呈现显著的增加趋势(春夏季>秋冬季)。RCP8.5情景下,研究区域年平均气温呈现自中部向东西递减,春夏季增温幅度高于秋季和冬季。研究区域中部太阳总辐射量较高,而江苏省南部、安徽省中东部及湖北湖南少部地区属于低值区域,季节上表现出春季>夏季>秋季>秋冬的特征。降水量的年际变化不显著,大部分地区有所降低,但也未通过显著性检验。冬季降水量最小,夏季大部分地区降水量最大。RCP4.5情景下,研究区年平均气温自北向南逐渐降低,变化倾向率则表现为北部大于南部,夏季较大,冬季较小且未通过显著性检验。太阳总辐射量的空间分布较 RCP8.5情景相似,春夏季太阳总辐射量高于冬秋季,仅春季江苏省南部地区通过显著性检验,其余地区大都未通过显著性检验。2034年以前太阳总辐射量的较平均低,之后则高于平均值,说明未来30年长江中下游地区20世纪30年代后太阳总辐射量将以更大的速率持续增加。
  (2)应用经验模型模拟基准气候时段长江中下游地区稻麦气候生产潜力分别介于10000~12000 kg/hm2和8000~10500 kg/hm2之间,水稻气候生产潜力总体呈现上升趋势而小麦呈现下降趋势。水稻气候生产潜力在空间上表现为自研究区域中部向南北逐渐增加,冬小麦则呈现北高南低的分布特征;未来两种气候情景下,稻麦气候生产潜力总体均呈现显著线性增加趋势,表现为RCP8.5>RCP4.5。水稻气候生产潜力的增加速率较冬小麦大两倍左右,且年际波动较小,稳定性强。RCP4.5气候情景下,东部沿海地区、两湖平原地区和江西为稻麦气候生产潜力高值区域。冬小麦气候生产潜力与基准时段相反呈现出由就南向北递减趋势,水稻则表现为自中西部向东南部沿海逐渐增加。在 RCP8.5情景下,呈现自东向西逐渐减少的趋势,长江三角洲、南阳盆地和两湖平原为高值区,庐山周边区域(近鄱湖阳湖)变化率高达80 kghm-2·a-1(P<0.05)。长江中下游地区稻麦气候生产潜力受气候变化和地理位置的双重影响。作物生育期内≥10℃积温为主导因子,其次为太阳总辐射,而降水量的影响较小。平原地区作物气候生产潜力较同一纬度地区大。区域农业气候资源在保证足够数量的同时相互协调更是获得高气候生产潜力重要条件。
  (3)DSSAE-CERES模型模拟值与观测值的模拟结果较好,表明品种可较准确地进行模拟研究。分析可知,2021—2050年稻麦生育期内的平均最高、最低温度、≥10℃积温、降雨量和太阳总辐射量的变化将会导致产量的改变。冬小麦和水稻开花期和成熟期日序较基准年均有所推迟,且表现为RCP8.5>RCP4.5,开花期到成熟期天数则随之缩短。表明一定范围内冬小麦产量随积温的增加逐渐增加,超过一定阈值时则逐渐减少,其他气候因子增加或减少并不能弥补积温过高产生的负效应。
  水稻的产量潜力较基准年降低(除钟祥外)。且总体表现为2030s<2040s<2050s, RCP8.5情景下水稻产量下降幅度大于RCP4.5情景。水稻产量降低幅度随着≥10℃积温、平均最高温度的增加而逐渐增大,由于在水稻不同生育期受到高温胁迫会影响水稻的光合速率、呼吸速率等,表明,水稻关键生育时期如若遇到高温灾害,将影响水稻的产量。
  适当推迟冬小麦、水稻的播期,培育耐高温的水稻新品种,增大小麦品种光周期系数,以及加强作物栽培管理措施及加强农业基础设施系统工程的建设,减少温室气体的排放和增加植被的覆盖率,完善气候灾害监测预警及分析系统等,可以减轻气候变化对农业省产造成的影响。
[硕士论文] 贾源旭
自然地理学 延边大学 2017(学位年度)
摘要:图们江口地处中国、朝鲜、俄罗斯三国交界,该区域河湖众多,湿地动植物种类极为丰富,湿地研究和保护价值巨大。区位特点使对朝鲜和俄罗斯境内的湿地调查困难,因此,遥感是进行该地区湿地分类的最佳途径。高光谱遥感数据的光谱分辨率高,具有对地物类型进行精细研究的潜力,但其也有空间分辨率较低、数据冗余、数据质量等问题。针对上述问题,本文利用重访周期长,较易获取的国产HJ-1A卫星高光谱数据开展影像融合、包络线去除、特征光谱提取等研究。针对图们江口地区湿地分类需求,利用发展成熟,应用广泛的支持向量机方法开展湿地分类研究,主要研究成果如下:
  (1)针对国产HJ-1A卫星高光谱遥感影像空间分辨率较低的不足,应用Landsat-8全色影像开展了主成分(PC)变换、Gram-Schmidt Pan Sharping两种融合方法的光谱保真性分析。结果表明:Gram-Schmidt Pan Sharping融合方法对水田、水体、林地和草地的光谱保真更好,主成分(PC)变换融合方法对裸地的光谱保真更好,两种融合方法对沼泽的光谱保真相近。在460~516nm波段Gram-Schmidt Pan Sharpening融合影像的光谱保真性更优,516~952nm波段主成分(PC)变换融合影像的光谱保真性表现较好。
  (2)采用基于光谱标准差阈值的特征光谱提取方法提取了融合前、后HJ-1A高光谱影像中湿地的特征光谱。融合前影像中,包络线去除前水体的特征光谱较多,在可见光和近红外范围都有分布,水田的特征光谱较少,只在可见光范围分布,沼泽没有特征光谱;包络线去除后,只有水体仍存在特征光谱,全部分布在近红外范围,并且数量也减少。融合后影像中,包络线去除前水体的特征光谱较多,沼泽和水田的特征光谱较少,全部分布在可见光范围;包络线去除后水田、水体和沼泽都不再有特征光谱。
  (3)采用支持向量机方法进行分类实验,对比分析HJ-1A高光谱影像在经过融合前、后;包络线去除前、后;应用全部波段或特征波段分类8种处理情况下的分类结果后发现:影像在经过包络线去除处理后总体分类精度和kappa系数均明显下降,原因是包络线去除扩大了条带噪声,降低了信噪比,水田和沼泽的分类效果有提高有降低;影像在经过与Landsat-8全色影像融合处理后,以及应用影像的特征光谱波段分类时总体分类精度和kappa系数,水田和沼泽的分类效果有提高有下降。水体的分类效果在各情况下变化不明显。基于融合前包络线去除前的HJ-1A高光谱影像,应用湿地的特征光谱波段分类得到的总体分类精度及水田、水体和沼泽的分类精度最高。
  上述研究成果可成为今后进一步研究国产高光谱影像质量提升方法,提高国产高光谱影像的湿地自动分类精度,图们江口地区湿地遥感监测和国产高光谱影像的应用提供基础研究支撑。
[硕士论文] 肖求清
作物栽培学与耕作学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:稻虾共作(RC)是应用食物链理论、生态位理论和种间互利共生理论,将水稻种植和小龙虾养殖有机结合的新型生态农业模式。RC充分利用稻田光、热、水及生物资源,具有很好的社会、经济和生态效益,应用前景广阔。RC生态系统中,水稻为小龙虾提供庇护场所、合适的水温、氧气和食物,小龙虾通过取食稻田虫子和杂草,减轻稻田虫害和草害,减少了除草剂、杀虫剂等农药的使用。
  为了明确稻虾共作对稻田二化螟为害的影响,探明稻虾共作对稻田昆虫多样性和稻田植物多样性的影响,本研究通过设置大田小区试验和调查试验进行研究。
  大田小区试验于2015年、2016年两年在湖北省潜江市后湖农场军垦队进行;调查试验于2015年在潜江市白鹭湖农场研究常规稻作(CK)和不同RC年限(RC1、RC2、RC3、RC4、RC9)对稻田昆虫多样性和植物多样性的影响,于2016年在后湖农场调查不同RC年限(CK、RC1、RC2、RC5、RC10)对稻田昆虫多样性的影响;同时2015年、2016年在潜江市后湖农场、白鹭湖农场、积玉口镇调查RC对稻田二化螟为害的影响。取得的主要研究结果如下:
  (1)稻虾共作对稻田二化螟为害的影响分析表明:RC模式经过冬、春两季田面覆水极显著降低稻田二化螟幼虫越冬基数,减少第二年稻田内二化螟虫源,从而影响后期二化螟世代的发生为害。对比CK稻田,RC稻田越冬代二化螟幼虫减少100%,第二代二化螟幼虫减少46.6%,第三代二化螟幼虫减少71.8%,枯心率减少31.0%,二化螟蛾高峰期晚10天,说明RC显著减轻稻田二化螟的危害,推迟二化螟的发育进度。
  (2)稻虾共作对稻田昆虫多样性的影响分析表明:大田试验显示经过一年完整的RC模式后,稻田昆虫总数下降41.0%,其中植食性昆虫下降42.5%,捕食性昆虫下降47.0%,中性昆虫下降37.7%,寄生性昆虫下降57.1%。调查数据表明RC稻田各类昆虫数量随稻虾共作年限越长呈先减少后增加的趋势。2016年调查数据结果显示稻虾共作1年限(RC1)昆虫数量最少,2015年调查数据结果显示稻虾共作2年限(RC2)昆虫数量最少;虽然RC年限越长植食性害虫增加,但捕食性天敌相应也增加,因此整体虫害不会加重。
  (3)稻虾共作对稻田植物多样性的影响分析表明:大田试验显示经过一年完整的RC模式后,稻田田内和田埂杂草种类、个体数和盖度都极显著下降,田内杂草种类、个体数和盖度分别下降54.5%、50.5%和62.6%,田埂杂草种类、个体数和盖度分别下降33.3%、50.6%和28.4%。2015年调查试验数据的分析结果为:植物多样性随RC年限越长呈先降后升的趋势,RC4时稻田杂草种类和数量均最少。结合大田数据和调查数据表明:RC改变了稻田杂草优势种,影响稻田植物多样性。
  总之,对比常规稻田,稻虾共作能显著减轻稻田二化螟的危害,改变稻田杂草和昆虫的组成及结构,杂草和昆虫多样性随稻虾共作年限越长表现为先增加后减少的趋势。
[硕士论文] 冯腾腾
蔬菜学 扬州大学 2017(学位年度)
摘要:近年来,我国的设施园艺发展非常迅速,栽培面积逐年增加,形成了不同区域特色的设施类型、生产模式和技术体系,但设施蔬菜生产多为连作,一些老的产区蔬菜连作障碍日益严重,制约了设施蔬菜的可持续发展。本试验针对设施园艺作物连作障碍发生的严峻现状,采用连年种植黄瓜方式,以“津春5号”黄瓜为试材,设定不同的施肥处理,重点研究蚓粪以及水稻秸秆生物炭两种经过处理的农业有机固废对连作黄瓜的调控效果,以期通过合理的施肥方式缓解黄瓜连作障碍,实现高产优质高效的目的,为蔬菜连作障碍的研究奠定一定的理论基础。试验共分为两个部分:蚯蚓粪和秸秆生物炭对连作黄瓜的调控效果,分别测定了不同处理连作不同年份黄瓜苗期植株性状、产量性状、果实品质性状以及土壤的理化性质。主要研究结果如下:
  1.蚯蚓粪、秸秆生物炭、普通生物有机肥处理的连作黄瓜的营养生长较好,且两年之间相比差别较小;而其他肥料处理均有不同程度的下降,其中以无机复合肥(CK)下降幅度最大。
  2.蚯蚓粪、秸秆生物炭处理可以显著提升连作黄瓜的产量,VP3、VP2处理的单株产量较高,极显著高于CK;秸秆生物炭处理产量也比较高,极显著高于CK。
  3.蚯蚓粪可以显著提升连作黄瓜的可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白质以及维生素C的含量;秸秆生物炭对于改善连作黄瓜的品质的作用不明显。
  4.蚯蚓粪可以显著提升连作黄瓜土壤的有机质、微生物氮、全磷的含量,减缓pH值的下降和EC值的上升;生物炭可以显著提升连作黄瓜土壤的氨氮、微生物氮、全磷的含量,减缓pH值的下降和EC值的上升。
[硕士论文] 庞荔丹
农业资源与环境;植物营养学 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:我国是一个农业大国,根据2016年底的土地调查结果显示,我国的耕地面积大约有20.3亿亩左右。在这些农用耕地上,每年会产生7亿吨左右的各类农作物秸秆。而玉米则是我国东北地区的主要粮食作物之一,黑龙江每年有约3600万吨的玉米秸秆产生,在这3600万吨中,却有将近40%的秸秆都以焚烧或废弃的方式被无端浪费掉了,还田率只达到了10%。因此,在东北的黑土地区推广进行玉米秸秆还田措施,不仅可以阻止东北黑土的进一步退化,还可以减少秸秆焚烧带来的能源浪费和环境污染。还田后的玉米秸秆在增加土壤肥力、丰富土壤养分,改善土壤性状等方面扮演着重要的角色。在此对秸秆还田后,土壤中发生的一系列养分指标的变化进行探究,可以为秸秆还田的生产实践供理论指导。本文采用田间试验与室内培养相配合的方式,田间试验主要分析玉米秸秆还田后,秸秆腐解率以及对土壤理化性质的影响,室内培养则是模拟粉末状秸秆与不同浓度氮肥搭配还田后,对土壤的呼吸状况,土壤酶以及微生物量碳的影响。
  本研究主要内容包括:⑴各处理秸秆通过一年的还田时间,腐解率为57.9%-74.4%,其中长度为3-5厘米秸秆腐解率要高于长度5-10厘米的秸秆处理;在同一还田时间内,相同的埋深下,玉米秸秆腐解率随着所施氮肥的增加而增大;在同一还田时间内,相同的氮素水平下,15厘米埋深的秸秆腐解率大予30厘米埋深的秸秆。且处理当中的氮水平越高,玉米秸秆的腐解速率越快。玉米秸秆还田土壤当中后,可有效减少土壤容重,改善土壤孔隙状况。还田后,土壤容重的减少了2.24%-5.46%,孔隙度增幅为2.66%-6.06%,相同还田量与同一秸秆长度下,埋深为15cm各组处理的容重和孔隙状况优于埋深为30cm组。⑵玉米秸秆还田可有效增加土壤当中各类营养元素的含量,各组处理中,土壤全氮的增幅为1.71%-7.46%、土壤全磷的增幅为2.1%-3.54%、土壤缓效钾的增幅达到了3.8%-23.73%,有机质的增幅为0.67%-4.46%。玉米秸秆还田后,各处理的碳氮比和CK相较均出现不同程度的降低,其中L3W2D2处理降低幅度最小,为0.016; L1W1D1降低幅度最大,为0.38,各组处理之间差异并不显著。土壤碱解氮的含量变化表现为,随着秸秆的加入先增高后降低,在还田150天后,各处理当中碱解氮增加量最大的处理是L2W1D1,增幅为28%,约16.54mg/kg,且与其他处理差异显著。土壤速效磷含量变化表现为,随秸秆还田后称M型动态变化,在前0-60天里逐渐增加至最大值随后降低,在还田150天后,各处理当中土壤速效磷增加量最大的处理是L1W1D1,增幅为14.7%,约13.57mg/kg,但与L2W1D1、L2W1D2差异不显著。土壤速效钾含量在还田30天时就已增幅明显,部分处理达到还田期间最大值,经过随后4个月的还田过程,最终逐渐降低,各处理当中土壤速效钾增加量最大的是L2W1 D2,增幅为23.46%,约39.31mg/kg。⑶玉米秸秆搭配一定浓度的氮素还田可以增加土壤当中微生物量碳含量,并能够使土壤脲酶,土壤蔗糖酶和土壤过氧化氢酶的活性得到显著提升;相同氮肥施用水平下,土壤微生物量碳与三种酶活性会随着还田秸秆量的增加而增强。在相同的还田秸秆量下,处理C1N2与C2N1为最优。这种还田方式对土壤多酚氧化酶活性表现出一定的抑制性。未加入秸秆与氮肥的对照处理C0N0当中,土壤多酚氧化酶活性显著高于其他处理。玉米秸秆搭配一定浓度的氮素还田可以显著增加土壤的呼吸总量,其中C1N0,C1N1,C2N1处理较对照处理C0N0相比,土壤呼吸量增加近4倍。土壤微生物量碳含量,土壤脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶活性与土壤的呼吸量均表现为显著正相关,土壤多酚氧化酶活性与土壤呼吸量表现为负相关。
[博士论文] 王峰
土壤学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:干旱是造成农业损失最严重的自然灾害之一,即使在湿润多雨的亚热带红壤区也频发季节性干旱。人们对季节性干旱的发生机制及其调控进行了深入研究和实践,然而,多是单一研究土壤或作物对季节性干旱响应,缺乏对土壤-作物系统对季节性干旱响应及缓解季节性干旱对策的系统探讨。本研究在充分认识亚热带红壤区季节性干旱时空特征的基础上,通过设置不同的作物种植时期、耕作措施,探索从时间和空间上减缓季节性干旱的途径。通过设置不同的施肥措施和秸秆覆盖等水保措施,分析土壤水分、作物生长及根系分布、土壤结构变化与季节性干旱的关系;从土壤、作物、施肥、田间管理多方面探讨对土壤-作物系统对季节性干旱的响应及季节性干旱的发生机制,得到如下主要结论:
  1.亚热带红壤区季节性干旱具有鲜明的时空特征。该区每年7~10月蒸发量大于降雨量,7~8月份蒸发量是降雨量的2.1倍,两者相差达265.8mm,此时段最易发生干旱。林地、草地、裸地和农田四种土地利用方式中,农田7~8月份处于作物需水旺盛期,且根系多分布在0-30cm土层。因此,每年7~8月农田0-30cm土层易发生季节性干旱,且连续干旱超过12天不利于玉米生长,玉米生长前期遇旱减产风险大于后期遇旱。调整播期或促进根系下扎可能会减少季节性干旱危害。
  2.错开作物需水旺盛期或关键期与季节性干旱易发时段将有利于避旱。连续两年从5月中旬开始每15天播种一期玉米,每年播种五期。以正常播期6月中旬为参照,播期前移,玉米产量无显著变化;播期后移,玉米籽粒产量显著下降,减产达23.3%-52.6%;不同播期间茎叶干重差异不显著。不同播期玉米成熟期的根系90%以上均分布在0-30cm土层,且无明显分层,根质量密度也无显著差异。播期前移可能会避开作物后期遇旱,但是改变播期并没有改善根系分布,也没有明显的避旱效果,播期后移作物反而减产。通过调整播期来减缓季节性干旱的效果不佳。
  3.相对于常规耕作,短期的深耕、免耕和压实均改善0-40cm土层水分状况,提高田间持水量3%-5%和有效水含量22%-50%,且主要影响0-20cm土层。与常规耕作相比,短期的深耕提高玉米籽粒产量25.8%,15cm×40cm土体玉米总根质量密度21%;短期的免耕和压实则分别减产16.7%和21.6%,分别降低玉米总根质量密度21%和50.5%;短期的深耕降低了0-10cm表层玉米根系比例约10%,提高30-40cm深度根系比例43%;短期的免耕和压实分别提高10.5%和6.2%,降低30-40cm深度根系比例10.5%和54.5%。该区季节性干旱多发于0-30cm土层,下层土壤含水量充足,仅提高表层土壤有效水对缓解季节性干旱作用有限;而短期的深耕促进根系下扎,吸收深层水分。针对时空特征鲜明的亚热带红壤季节性干旱,短期深耕缓解红壤干旱效果优于其它耕作措施。
  4.与长期免耕不施肥相比(CK),长期免耕施用化肥(NPK)、有机肥(鸡粪,OM)和化肥配合秸秆覆盖还田(NPK+S)显著提高土壤有机质含量和土壤氮磷钾含量;轻微提高(小于7%)0-40cm土层田间持水量、有效含水量和吸水速率,且主要影响0-20cm土层;NPK和OM分别降低地表非饱和导水率50.7%和67.7%,NPK+S则提高128.0%;NPK、OM和NPK+S分别降低表层土壤第一阶段蒸发失水速率23.7%、36.8%和50.0%,分别提高夏玉米叶面积37.6%、45.1%和46.9%和根质量密度47.7%、133.0%和103.4%。玉米各生育期根干重、根深度、深层根系分布比例从高到低依次是NPK+S>OM>NPK> CK,且根系90%均分布在20 cm以上土层。与CK相比,三种施肥均提高玉米产量和水分利用率3-4倍,但是在发生持续干旱时,均增大玉米CWSI1.1-5.2倍。长期免耕施肥虽然促进了根系生长,但是大量根系分布在20cm表层土壤,加之施肥显著增大叶面积,导致在发生持续干旱时,表层土壤失水快,作物CWSI高,加剧表层土壤干旱和作物水分胁迫。
  5.亚热带红壤区前期水蚀后期干旱。本研究通过在作物间设置无水保措施的作物对照(CK)和百喜草带(B)、秸秆覆盖(SM)、聚丙烯酰胺表施(PAM)、稻草覆盖+PAM(SPAM)、百喜草带+PAM(BPAM)5种水保措施,研究雨蚀地表结构变化对旱季性干旱的响应,结果表明,夏玉米生育期0-30cm土壤储水量CK与B、PAM和BPAM措施差异在5%以内,与SM和SPAM措施差异为7.4%和8.2%。与5种水保措施不同,降雨后作物对照(CK)显著(p<0.05)降低0-20cm土壤的WSA0.25和0-30mm土层孔隙率及平均孔径,显著(p<0.01)增加结皮覆盖率。CK措施下土壤的WSA0.25是5种水保措施土壤WSA0.25含量的63%-88%,土壤孔隙率是5种水保措施的79%-97%。我们用干旱强度I和干旱程度D量化土壤失水速率和土壤干旱状况。相关分析表明,干旱强度I与结皮大小、结皮覆盖率显著正相关,与WSA0.25显著负相关。干旱程度D与结皮覆盖率显著正相关,与WSA0.25和0-15mm孔隙率显著负相关,且土壤0-15mm孔隙率对I和D的影响最大。CK措施连续干旱20天的平均I值和最后D值分别是5种水保措施1.2-2.5倍和1.1-1.4倍。水蚀改变地表结构,虽然对土壤储水量影响很小,但是显著提高了表层土壤失水速率和干旱程度。雨蚀改变地表结构提高地表失水速率是季节性干旱形成的原因之一。
  6.秸秆覆盖作为一种水保措施被广泛运用。本试验通过设置三个秸秆覆盖和施氮水平研究土壤-作物系统对土壤水热状况的响应,结果表明,秸秆覆盖轻微提高0-30cm土壤含水量(小于5%),对土壤0-5cm土层最大降温3.3℃-6℃,最大增温0.7℃-2.5℃,其降温效果大于增温效果。施氮提高玉米产量,施氮加覆盖增产更多。不施氮时高覆盖量玉米籽粒产量显著降低,不施氮时覆盖10000kg/hm2玉米籽粒减产达21%。覆盖总体降低土壤NO3--N含量,提高NH4+-N含量;施氮总体提高土壤NO3--N含量,降低NH4+-N含量。覆盖和施氮总体分别提高玉米吸氮量超过16.9%和23.6%。覆盖时增施氮肥,氮素生产率提高。低氮水平下覆盖降低氮素生产率,高氮水平下覆盖提高氮素生产率。秸秆覆盖的作用受氮水平限制,覆盖和施氮相互弥补,既有利于改善田间水热状况,又有利于提高作物产量和水分利用率。
  7.在阐明亚热带红壤区季节性干旱时空特征的基础上,通过不同播期、耕作、施肥和水保措施,对季节性干旱发生的原因及对策进行了探讨,结果表明:亚热带红壤农田根系分布和地表失水是该区季节性干旱发生的两个原因。为促进根系下扎和减少地表失水,我们建议每年夏季作物尽量深松耕、早播种、早施肥,耕作深度最好超过30cm,避免6月中旬以后播种,同时有机肥配合化肥作为基肥深施土壤;尽量保持全年秸秆覆盖。
[博士论文] 卜容燕
植物营养学 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:氮是长江流域冬油菜产量的重要限制因子,前期文献调研的结果表明水旱轮作中冬油菜的产量低于旱地轮作,水旱轮作中油菜季土壤氮素供应低于旱地轮作。因此针对不同轮作制度下冬油菜产量和土壤氮素供应差异,本研究以水稻-油菜(水旱轮作)和棉花-油菜(旱地轮作)轮作同田对比定位试验为研究对象,研究两种轮作模式中冬油菜的氮素吸收规律和土壤氮素矿化特征;并借助15N双标记稀释法分析油菜不同生育期土壤氮素的转化特点,比较两种轮作模式中油菜季土壤氮素转化的差异。在上述研究基础上,进一步结合不同轮作模式中土壤有机质组分以及水分的变化特点,采用室内模拟的方式,研究去除活性有机质对土壤氮素转化的影响,分析由轮作制度的差异引起的有机质组分、水分和土壤氮素相互作用的机理,探索水旱轮作和旱地轮作中油菜季土壤氮素转化差异的关键影响因素,研究结果为制定不同轮作模式下油菜的高效施肥技术,实现冬油菜的高产高效提供理论依据和技术支撑。主要研究结果如下:
  1、轮作方式不同,冬油菜的产量和氮肥利用效率明显不同。在相同氮肥投入情况下,稻油轮作中油菜产量水平比棉油轮作平均低15.4%。前季氮肥对冬油菜的产量产生影响,与前季不施氮处理相比,水稻季和棉花季氮肥分别增加油菜产量0-402和0-308kg/hm2。当季氮肥投入是影响产量的主要因素,均以施氮225kg N/hm2处理产量最高。轮作方式不同,油菜当季氮肥利用效率也存在明显差异,主要表现为棉油轮作中油菜季的氮肥表观利用率比稻油轮作平均高13.5%;稻油轮作中油菜季氮肥贡献率比棉油轮作平均高7.7%。这表明棉油轮作中冬油菜当季施氮的增产效果要优于稻油轮作,但是稻油轮作中冬油菜对氮肥依存度更高,对氮肥的需求量更大。
  2、油菜前季作物氮肥残留可以促进冬油菜的产量和氮素吸收量。15N同位素微区试验研究表明水稻季和棉花季施氮150kgN/hm2时,水稻季氮肥损失率和残留率分别为36.9%和29.3%;棉花季氮肥损失率和残留率分别为27.6%和43.4%。由于棉油轮作中棉花季较高的氮素残留,提高了油菜季土壤氮素供应能力,棉油轮作中油菜地上部生物量和氮素积累量均明显高于稻油轮作,油菜收获时地上部吸收氮素有7.8%来自棉花季氮肥残留,高于水稻季氮肥残留利用率(4.2%)。
  3、土壤氮素供应与作物氮素吸收不协调导致稻油轮作油菜产量和氮素吸收量低于棉油轮作。在油菜当季不施氮条件下,稻油和棉油轮作中油菜季土壤氮素净矿化量分别为30.1和33.2kg/hm2。两种轮作模式在油菜不同生育阶段土壤氮素净矿化特征明显不同,在油菜生长前期(移栽-花期)棉油轮作土壤氮素净矿化量为21.4kg/hm2,显著高于稻油轮作(15.7kg/hm2);而在花期后则表现为稻油轮作高于棉油轮作。这是因为在苗期稻油轮作油菜田土壤总矿化速率和总的硝化速率分别为2.37和6.91mg/kg·d,明显低于棉油轮作,而进入花期后,稻油轮作油菜田土壤总矿化速率和总的硝化速率明显增加,分别达到7.76和13.65mg/kg·d,显著高于棉油轮作。而土壤总的固定速率则表现为在苗期稻油轮作大于棉油轮作,在花期均呈现降低的趋势,总体来看,稻油轮作油菜田土壤总固定速率高于棉油轮作。油菜当季施氮是增加土壤氮素净矿化累积量主要影响因素,油菜前季氮素残留对土壤氮素净矿化量影响较小。油菜氮素吸收规律与土壤氮素供应变化相一致,不论油菜当季是否施氮肥,棉油轮作下油菜氮素吸收量均高于稻油轮作。从不同生育期氮素积累上看,油菜生长前期(移栽-花期)棉油轮作油菜氮素吸收量比稻油轮作高35.9kg/hm2;而花期以后稻油轮作比棉油轮作多吸收氮素21.1kg/hm2,虽然在花期以后稻油轮作氮素积累的速率高于棉油轮作,但前期养分积累不足,导致最后收获时油菜的干物质和氮素积累明显低于棉油轮作。
  4、轮作制度的不同引起土壤有机质及其组分在数量和质量上的改变是导致土壤氮素供应差异的主要原因。通过对多年多点相邻的水旱轮作和旱地轮作中土壤进行调查研究发现水旱轮作条件下土壤有机碳和全氮含量分别比旱地轮作平均高19.9%和16.3%。水旱轮作条件下土壤易氧化有机碳、颗粒态有机碳(POM-C)和颗粒态有机氮(POM-N)含量比旱地轮作分别平均高35.6%、31.4%和35.9%。土壤有机氮矿化潜势(PMN)与土壤活性有机氮含量显著正相关。去除活性有机质组分后稻油轮作和棉油轮作中土壤PMN分别显著下降了38.0%和45.6%;土壤微生物量氮(MBN)含量分别降低了16.3%和19.5%;活性有机质组分导致土壤微生物量下降是土壤PMN下降的主要原因。对土壤活性有机质进行红外光谱分析表明水旱轮作条件下活性有机质组分积累了难以分解的芳香族化合物,降低了生物活性,从而影响了土壤供氮能力。
  5、有机物的种类和数量显著影响土壤活性有机质组分的数量和质量,从而影响了土壤氮素供应。添加水稻根茬和棉花落叶处理土壤有机碳和全氮含量都有所增加。在相同投入量情况下,两种有机物料处理间土壤有机碳和全氮含量并无明显差异,但是土壤活性有机质组分含量增加显著。其中添加水稻根茬处理,土壤POM-C和POM-N分别增加了93.2%和69.0%;添加棉花叶片处理土壤POM-C和POM-N分别增加了39.9%和29.9%,低于水稻根茬处理。经过180d厌气培养,水稻根茬中有35.6%-48.7%碳参与矿化,明显低于棉花落叶(58.3%-65.3%)。添加棉花叶片处理土壤有机氮矿化量比对照处理高9.5-42.3kg/hm2;添加水稻根茬处理土壤有机氮矿化量比对照处理低2.7-14.8kg/hm2。
  6、土壤水分和有机质组分对氮素转化具有明显交互作用。土壤水分状况是有机氮矿化的非常重要的影响因素,适宜水分(60%WHC)处理土壤易矿化有机氮含量明显高于淹水(120%WHC)处理和模拟落干处理,尽管模拟落干处理土壤在培养最后一周土壤含水量与适宜水分处理土壤含水量相同,但整个培养过程中其易矿化有机氮含量明显低于适宜水分处理;土壤颗粒有机质组分的差异主要影响了土壤氮素矿化速率,低POM处理土壤氮素矿化速率明显高于高POM处理土壤。与净矿化速率相似,适宜水分处理土壤总矿化速率和总的硝化速率最高;而模拟落干处理和模拟淹水处理土壤总矿化速率并无明显差异;但是模拟落干处理土壤总硝化速率明显高于模拟淹水处理;而从土壤总固定速率来看,模拟落干处理土壤的总固定速率则明显高于其它两个处理。土壤活性有机质组分含量和土壤水分存在明显交互作用,高POM处理土壤表现出高的总矿化速率和总固定速率,而高POM处理土壤和低POM处理土壤总硝化速率并无明显差异。
  综上所述,由于轮作制度的不同引起的土壤物理、化学和生物学性质的差异均会影响油菜季土壤氮素的转化和供应。水旱轮作有利于土壤有机质组分积累,但是会导致生物有效性低的组分在土壤有机质中积累,进而引起油菜生长前期(苗期-花期)土壤有机氮矿化能力降低,不利于油菜生长前期氮素积累,因此在稻油轮作中油菜生长前期要增加氮肥投入,进而保证油菜前期物质和氮素积累。并且鉴于水旱轮作土壤质地粘重,不易于矿化的特点,应提前耕翻晾晒土壤,促进土壤氮素矿化。在油菜生长后期(花期-成熟期)随着土壤温度的升高以及有机质分解,土壤有机氮矿化能力增强,并且考虑生育后期油菜体内氮素转移再利用是油菜获得高产的关键,因此可以适当降低油菜生长后期的氮肥投入。因此在对冬油菜氮肥管理时应该充分考虑轮作模式对土壤氮素供应的影响,根据土壤氮素供应特点进行合理的氮肥分配,才可以实现冬油菜高产高效。
[硕士论文] 王敬婼
生态学 河南师范大学 2017(学位年度)
摘要:针对目前中原经济区农业资源不均、环境污染日益严重以及可持续性发展不足等问题,本研究以传统农业生产模式(“麦-玉”复种,秸秆焚烧)为对照,应用能值评价法(EMA)和生命周期评价法(LCA),对中原经济区不同农业循环模式即农田循环模式(秸秆直接还田)、农牧循环模式(粮-牛-粮)和农菌循环模式(粮-菌-粮)下的农田系统进行了分析研究。
  本研究主要内容包括:⑴通过能值评价发现,三种循环农业模式均优化了能值投入结构,其不可更新资源投入较传统农业生产模式分别降低了4.42%-6.00%;循环农业模式增加了总能值产出,其较传统农业生产模式高0.50%-6.35%;循环农业的能值指标较传统农业生产模式更优,其中可更新比率较传统农业生产模式增加了642.72%-730.06%,环境负载率较传统农业生产模式降低了86.51%-88.87%,净能值产出率较传统农业生产模式高0.91%-9.17%,可持续性指标比传统农业生产模式高704.68%-848.25%。综合来讲,三种循环农业模式具有更优的能值投入结构、更高的能值产出和更好的可持续发展性,其中又以农牧循环模式和农菌循环模式更优。⑵通过生命周期评价发现,三种循环农业模式降低了“麦-玉”两熟制种植模式的环境总影响,其中全球增温潜势较传统农业生产模式降低了50.88%-51.45%,环境酸化潜势较传统农业生产模式降低了10.98%-14.04%,富营养化潜势较传统农业生产模式降低了0.04%-1.93%;对环境和人体毒性影响较传统农业生产模式降低了2.90%-13.62%。综合来看,三种循环农业的各项环境影响均小于传统农业,其中又以农牧循环模式和农田循环模式最优,但在实际生产中仍应注意优化施肥和病虫害治理方式,减少化肥和农药的过量施用,进一步降低农业生产对环境造成的负面影响。⑶结合循环农业的发展特点,通过EMA-LCA综合评价发现,三种循环农业模式的综合效益均优于传统农业生产模式,其中资源减量化指标较传统农业生产模式提高1.45%-53.36%,再循环利用指标较传统农业生产模式提高38.67%-45.94%,经济竞争力指标较传统农业生产模式提高11.11%-730.06%,污染减排指标较传统农业生产模式提高2.53%-51.15%,可持续发展指标较传统农业生产模式提高642.72%-848.25%。综上可知,三种农业循环模式体现了循环农业的“减量化、再循环、再利用、可控化”的原则,达到了节能减排的目的。三种循环农业模式中又以农牧循环模式的综合指标更好。
[硕士论文] 顾超
土壤学 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:目前,厌氧氨氧化(Anammox)过程作为公认的脱氮途径,广泛存在缺氧的自然环境中,但它在稻田土壤氮素循环的作用和地位仍缺乏深入了解。本项研究在借鉴国内外在陆地生态系统中Anammox活性等方面的研究成果的基础上,以水旱轮作稻田土壤Anammox过程为主线,联合室内培养和长期定位肥料试验基础,运用15N同位素示踪技术、荧光定量PCR、DNA-SIP、克隆文库和高通量测序等先进技术,探究水旱轮作体系土壤Anammox对氮气产生的贡献、Anammox微生物丰度和群落结构及其影响因素等。主要研究结果如下:
  1)结果表明:无论是小麦季还是水稻季均检测到了Anammox活性,而且种植季节之间存在显著差异,其中水稻季Anammox速率为0.96 nmol N2·g-1·h-1,小麦季为0.46 nmol N2·g-1·h-1,不同施肥处理之间差异不显著。从全年来看,水旱轮作过程中土壤中通过Anammox反应流失的氮含量占总氮气生成量的3.15%-9.62%。进一步对Anammox细菌丰度进行分析,发现水稻和小麦季均测检到了高丰度的Anammox细菌,长期不同施肥处理条件下Anammox细菌的丰度表现为:猪粪堆肥配施化学肥料(PMCF)>秸秆还田配施化学肥料(SRCF)和化学肥料(CF)>不施肥(CK)。Anammox肼合成酶β亚基(hzs-β)基因序列分析表明,在水稻种植季节,Anammox细菌与Ca.Brocadia,Ca.Scalindua和Ca.Jettenia属同源性较高。相比之下,所有的Anammox肼氧化酶(hzo)基因仅与Ca.Brocadia属表现出较高的同源性,表明hzs基因比hzo基因有更高的敏感性。PMCF处理中的序列与Ca.Jettenia和Ca.Brocadia有较高的同源性,并显示出最高的多样性。
  2)通过实验室培养实验研究了不同有机碳源(无外源碳施用(CK)、施用尿素(UR)、施用秸秆(SR)、施用猪粪(PM)、施用淀粉(ST)和施用葡萄糖(GL))对Anammox过程和活性的影响。结果显示,添加不同有机碳源进行培养之后,Anammox过程的氮气产生速率和对氮气的贡献率在1.04-3.19 nmol N2·g-1·h-1和4.22%-22.25%。虽然所有处理中均能检测到Anammox活性,但各处理产生氮气量不同,CK处理Anammox速率最高,其他添加有机碳源之后的Anammox速率较低,差异显著,说明有机碳源的添加对Anammox活性具有显著的抑制作用,同时有机碳对反硝化活性具有显著的促进作用。碳源添加对Anammox速率的影响如下:GL> ST,UR> SR。定量PCR结果表明,不同有机碳源均对Anammox微生物丰度具有一定的抑制作用,但PM处理对Anammox丰度的影响最小。选取活性最高的PM和CK处理的13C-Anammox肼合成酶β亚基(hzs-β)功能基因序列进行DNA-SIP分析,发现活性厌氧氨氧化细菌与Ca.Brocadia属具有较高的同源性。
  3)利用长期定位试验土壤,通过室内培养试验,研究了不同水分状态及溶解氧浓度(70% FC、干湿交替(淹水7天,落干7天)、淹水Ⅰ:溶解氧浓度为5.8mg·L-1、淹水Ⅱ:溶解氧浓度为2.6 mg·L-1)对土壤Anammox过程的影响。结果表明,Anammox速率范围在0.56-1.47 nmol N2·g-1·h-1之间。70%田间持水量(70%FC)处理中的Anammox速率最低(0.61 nmol N2·g-1·h-1),淹水Ⅱ处理最高(1.14 nmolN2·g-1·h-1);说明溶解氧含量较高时会降低Anammox速率。水分处理会明显增加Anammox细菌数量,不论是干湿交替还是淹水处理,Anammox细菌丰度较高,不同施肥处理中,CF和SRCF处理中Anammox细菌hzs-β基因拷贝数较高。Anammox细菌群落结构在不同水分处理后差异并不明显,绝大部分Anammox细菌与Ca.Brocadia属具有较高的同源性,Ca.Jettenia属数量较少。
[博士论文] 高建民
作物栽培学与耕作学 河南农业大学 2017(学位年度)
摘要:人类活动产生的N2O主要来源于农田土壤,氮素是农田N2O排放最主要的驱动因素。为了增加小麦和玉米产量,在华北平原小麦-玉米轮作农田,氮肥普遍被过量施用。近年来,随着中国政府对秸秆禁烧力度的加大,小麦、玉米秸秆还田面积逐年扩大。目前,有关小麦-玉米轮作农田土壤N2O排放的机理及其影响因素,还没有得出一致的结论。为在小麦-玉米轮作农田探索出既能稳定作物产量又可减少N2O排放的水氮供应模式和秸秆还田方式,本研究设置了田间和室内培养两个试验。田间试验设传统施肥(250kg.hm-2)和优化施肥(200kg.hm-2,)2个氮水平;开沟20cm深施(K)和表面撒施(S)2种施氮方式;传统灌溉量(C相当于90mm.hm-2)和推荐灌溉量(T相当于60mm.hm-2)2个灌水量,共8个处理,分别为TK200、TS200、CK200、CS200、TK250、TS250、CS250、CK250,每个处理3次重复。室内培养试验以华北平原小麦-玉米轮作农田面积较大的潮土和砂姜黑土为供试土壤,每种土壤分别设置对照(CK,N0)、施肥200kgNhm-2(N200),250kgNhm-2(N250)、玉米秸秆+200kgNhm-2氮肥混施(MN200)、玉米秸秆+250kgNhm-2氮肥混施(MN250)、小麦秸秆+200kgNhm-2氮肥混施(WN200)和小麦秸秆+200kgN hm-2氮肥混施(WN250)共8个处理,每个处理3次重复。在保持土壤WFPS为80%的条件下连续培养30d。
  田间试验结果表明:(1)施肥后灌溉或遇强降雨均可导致农田土壤N2O排放量短暂急速增加并形成排放峰,两个周年试验期间共产生9个N2O排放峰,其中7个与施肥后强降雨或灌溉事件有关。(2)作物各生长季间、年际间N2O累积排放量差异显著。在其它条件相同的情况下,撒施处理N2O累积排放量均高于开沟施肥处理。在玉米季,N2O累积排放量随施氮量的增加而增加,而小麦季则未发现类似的规律。(3)两个灌水量处理间作物籽粒产量和N2O排放均没有明显影响;两个氮肥用量处理间小麦、玉米籽粒产量也无明显差异。(4)在所有处理中,年均N2O累积排放量以CS250处理最高,达到3.39kg.hm-2;CK200处理最低(1.9kg.hm-2),较CS250处理减少了44%,而年均籽粒产量则以TK250处理最高(14659kg.hm-2),其次为CK200处理(14379kg.hm-2)。综合各方面因素考虑,在传统灌溉条件下按照200kg N hm-2,进行开沟施肥是华北平原小麦-玉米轮作农田较为科学的水氮供应模式,既能保持相对高产又能减少氮肥用量和N2O排放。
  室内试验结果显示:(1)在两种供试土壤中,施氮处理的N2O累积排放量显著高于不施氮肥的处理。在砂姜黑土中,当施氮量为250kg N hm-2时,玉米或小麦秸秆与氮肥混施处理的N2O累积排放量,较相应仅施用氮肥的处理分别增加60%和30%;当施氮量为200kg N hm-2时,玉米或小麦秸秆与氮肥混施处理的N2O累积排放量,分别较相应仅施氮肥的处理减少20%和50%。在潮土中,不管施氮量高低,小麦秸秆与氮肥混施较相应仅施氮肥的处理,N2O累积排放量增加40%~50%,而玉米秸秆与氮肥混施较相应仅施氮肥的处理,N2O累积排放量减少10%~20%。(2)在两种土壤中,氮肥与同一种农作物秸秆混施时,施氮量为250kgN hm-2处理的N2O累积排放量较施氮量为200kg N hm-2处理高1.1~3.3倍。(3)对于两种土壤来说,所有处理16S rRNA的基因丰度在培养过程中均没有发生明显变化,而秸秆与氮肥混施处理的nosZ和nirS基因的平均丰度,均高于对照和仅施用氮肥的相应处理。然而,经方差分析发现,含有nosZ和nirS基因的反硝化细菌丰度与土壤N2O的排放没有显著相关性。
  综上所述,本研究丰富了水氮供应对华北平原地区小麦-玉米轮作农田N2O排放的影响以及小麦、玉米秸秆与氮肥混施对此轮作体系下农田潮土和砂姜黑土N2O排放、反硝化细菌丰度影响的理论,探索出了一种在保持周年两熟作物相对高产的前提下,减少农田N2O排放较为科学的水氮供应模式。若在华北平原小麦-玉米轮作农田全部推广此水氮供应模式,每年可以减少N2O排放量约1.2万吨,节约氮肥(以尿素计算)约40万吨。本研究首次明确了在土壤高含水量条件下,秸秆与氮肥混施时,氮肥用量和所用秸秆的种类是影响土壤N2O排放的重要因素。
[硕士论文] 张露洋
公共管理学;土地资源管理 东北农业大学 2017(学位年度)
摘要:近年来气候变化显著,气候变化通过改变耕地的水热条件进而对耕地种植界限、物候期、生产潜力和种植结构布局影响深远。三江平原作为我国重要的商品粮基地,气候变化和耕地布局变化显著。因此,分析近年来三江平原气候变化特征、耕地变化特征以及气候变化对耕地的影响较有科研意义和实践意义。本文利用2000-2015年间三江平原耕作期(5月-9月)的均气温和降水量数据分析耕作期气候月间差异、年际差异、空间分布差异、距平和累积距平特征以及气候趋势系数差异,以期对研究区气候现状及变化进行简要分析;利用2000、2005、2010以及2015年的土地利用数据分析研究区耕地数量与规模的变化、内部结构变化、空间差异与演变以及景观特征,以期对研究区耕地的变化与现状进行简要分析;进而分析不同气候条件下耕地的分布特征以及气候变化对耕地及其内部结构的影响。
  本研究主要内容包括:⑴耕作期气候因子变化分析。2000-2015年三江平原耕作期均温平均值为18.05℃,温差最大为1.62℃,气候倾向率为0.075℃/10a,长期形成偏冷期—波动期—偏暖期的变化趋势。时间差异小而空间差异大,低温区主要集中在高程较大的区域。气候趋势系数和倾向率在空间上呈现较为明显的经向地带性,同时呈由东向西递减的规律。农区和垦区耕作期均温变化趋势相似,且垦区的均温优势随着时间的推移呈增长态势。2000-2015年三江平原耕作期降水量平均值为428.25mm,差值最大为198.51mm,气候倾向率为88.12mm/10a,长期形成少雨期—多雨期的变化趋势。空间差异显著,有较明显的经向地带差异。农区和垦区耕作期降水量均值变化趋势相似,农区降水量优势随着时间的推移呈减少态势。抚远县、富锦市部分区域、饶河县部分区域和宝清县部分区域的增加趋势较为明显。⑵耕地利用变化分析。2000-2015年间耕地面积略有增加,但内部结构快速调整。耕地总面积由568.35万hm2增至579.91万hm2,旱地面积持续减少同时水田面积持续增加,二者比例由3.8∶1变至1.2∶1,同时水田的变化较旱地和耕地总量相比更为显著。耕地重心变化较小,旱地大之,水田重心变化最大。2000-2015年垦区垦殖指数均值约为农区的1.75倍。农区旱地与水田的比例由6.35减至2.43,垦区旱地与水田的比例由2.32减至0.50。2000-2015年间垦区旱改水面积约为农区的1.85倍,水改旱面积差异不大,其中建三江管理局和牡丹江管理局旱改水趋势明显。对垦区而言,水田较旱地比更为聚集,人为干扰程度更低,但是斑块面积差异更大,而农区则相反。⑶气候变化对耕地利用的影响分析。气温对耕地分布优势度的影响要大于降水对其的影响,降水量的缺失可以通过灌溉进行弥补,同时降水过量不利于耕作,气候条件较差(低温少雨)的地区耕地面积较少。降水和气温的变化对旱地的优势种植影响较小,气温变化对水田的优势种植影响较大。垦区不论在气候变化幅度还是耕地变化幅度上都高于农区,但是耕作期气温升高幅度对农区耕地(旱地和水田)面积变化幅度影响的效率高于垦区,耕作期降水量升高幅度对农区和垦区耕地(旱地和水田)面积变化幅度影响的效率相差不大。随着耕作期降水量增加(增温)幅度的增加,耕地和水田动态度表现出增加的趋势,同时水田动态度的增加幅度较大,而旱地动态度表现出减少的趋势。耕作期气温变化幅度对耕地、旱地和水田动态度的影响在强度和程度上大于降水量对其的影响。随着区域耕作期降水量增加(增温)幅度的升高,旱改水面积变化度表现出增加的趋势,而水改旱面积变化度表现不显著。
[硕士论文] 任晓静
环境工程 华中农业大学 2017(学位年度)
摘要:甲烷(CH4)是仅次于CO2的重要温室气体,CH4的主要排放源来自农业活动,在各种农业排放源中,稻田是CH4最重要的农业源。从农田管理的角度寻求CH4减排成为当前研究的一个重要方向。因此,本研究依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站,以川中丘陵地区典型冬水田为研究对象,采用静态暗箱-气相色谱法,在2012~2015年对冬水田(RF)和冬水田转稻麦轮作(RW)的CH4排放通量进行了连续三年的定位观测,研究了冬水田转为稻麦轮作后对CH4排放的影响。主要研究结果如下:
  1.冬水田和稻麦轮作处理的CH4排放通量均整体表现出“冬春低、夏秋高”的季节规律。冬水田转稻麦轮作处理后,CH4累积排放量减少43%,其中稻季减少量占总减少量的39%,非稻季占61%,并多出一季小麦产出,说明将冬水田转为稻麦轮作能显著降低CH4排放通量,其中非稻季CH4减排量大于稻季,同时增加了作物产量。
  2.冬水田的休闲期水分排干种植小麦后,其麦季CH4排放通量比冬水田在该时段的排放通量减少70%~81%,因此,冬水田转稻麦轮作能显著减少休闲期的CH4排放通量;在2012~2015年,RF处理的休闲期CH4平均排放通量比RW处理麦季高3~80倍,相应的累积排放量高3~6倍,非稻季CH4排放量冬水田明显高于稻麦轮作;在RF处理的非稻季,三年间的CH4平均排放通量分别为0.8、1.62和3.65mg Cm-2 h-1,RW处理相应的通量分别为0.01、0.1和1.05mg Cm-2 h-1,三年间RF、RW处理非稻季的CH4排放通量均在逐年增加。
  3.冬水田转为稻麦轮作后,其稻季CH4排放通量比冬水田稻季减少24%~33%,因此,冬水田转稻麦轮作不仅在冬季休闲期,在稻季也能显著降低CH4排放通量;在2013年和2014年的稻季,RF处理的CH4平均排放通量比RW处理高2倍,相应的累积排放量高1.4倍,稻季CH4排放量RF处理明显高于RW处理;2013年和2014年的稻季,RF处理的CH4平均排放通量分别为10.22和11.78mg Cm-2 h-1,RW处理相应的通量分别为5.64和6.89mg Cm-2 h-1,两年的RF、RW处理在稻季的CH4排放通量均在逐年增加。
  4.在RF处理2013年的稻季,常规施肥与无氮肥处理的CH4排放通量之间差异不显著(p<0.05),而在2014年稻季常规施肥处理的CH4排放通量大于无氮肥处理,差异显著(p>0.05),在2014~2015年的休闲期,常规施肥处理的CH4排放通量明显高于无氮肥,氮肥对RF处理的CH4排放整体表现为促进作用;在2012~2015年,RW处理麦季常规施肥处理的CH4累积排放量分别是无氮肥处理的2.3、1.7和1.0倍,稻季常规施肥处理分别是无氮肥处理的1.1和1.3倍,RW处理麦季和稻季的常规施肥处理CH4排放通量均大于无氮肥处理的,氮肥对RW处理的CH4排放有促进作用。
  5.在2012~2015年,不管是RF还是RW的稻季有植株处理的CH4排放通量均大于无植株处理的,差异显著(p<0.05);在2013年和2014年稻季,RF处理有植株处理的CH4累积排放量分别是无植株处理的2.2和3.1倍,RW处理有植株处理的CH4累积排放量分别是无植株处理的2.7和1.8倍。但RW处理麦季,有植株与无植株处理的CH4排放通量差异不显著(p>0.05)。整体而言,植株对RF和RW处理的稻季CH4排放有明显的促进作用,对麦季CH4排放影响不显著。
  6.RF和RW处理的CH4排放通量均与5cm土壤温度之间呈显著正相关关系(p<0.05);当RF的土壤温度高于10℃左右,RW处理的土壤温度高于15℃左右时,CH4排放通量随着温度的升高而增加。综合分析影响CH4排放的环境因子,得到RW处理的CH4排放受铵态氮、硝态氮、可溶态总氮和土壤温度这4个因子影响较大,其中土壤温度是主要影响因子;但在RF处理的休闲期,田间水深是影响CH4排放的主要因子。
  7.土壤水分与RW处理CH4排放量之间关系不显著(p>0.05),田间水深与RF处理CH4排放量之间呈显著正相关关系(p<0.05),且主要集中1~5cm水层。RF处理的土壤有机碳与CH4通量之间关系不显著(p>0.05),铵态氮、硝态氮和可溶态总氮含量与CH4通量之间关系关系不显著(p>0.05); RW处理的土壤有机碳与CH4通量之间关系均不显著(p>0.05),铵态氮和可溶态总氮含量与CH4通量之间关系不显著(p>0.05),硝态氮含量与CH4通量之间呈极显著负相关关系(p<0.01)。
  综上,在冬水田转稻麦轮作的过程中,土壤水分状态的改变、温度和可溶态氮含量的变化是影响CH4排放的主要因子,冬水田转稻麦轮作在减少CH4排放的同时增加了农作物产出。因此,冬水田转稻麦轮作对环境和农户都是有利的。
[硕士论文] 赵权
遗传学 贵州师范大学 2017(学位年度)
摘要:连作障碍是影响荞麦产量的重要因素之一,针对这一实际生产问题,本研究以高产甜荞品种丰甜1号为材料,利用盆栽试验研究连作对甜荞根际土壤理化性质、土壤微生物、土壤酶活性和叶片生理生化指标、植株农艺性状、根系形态、产量等的影响。同时进行肥料调控试验,并从根际土壤理化性质、土壤微生物、土壤酶活性以及植株农艺性状、根系形态和产量等角度分析不同肥料调控对甜荞连作障碍的缓解效应。主要研究结果如下:
  1.连作根际土壤速效养分、土壤酶活性均显著低于对照(正茬),pH值均显著高于对照,且差异随着连作茬数的增加其程度进一步加大。土壤各种酶活性在各生育期活性表现不一致,土壤碱性磷酸酶在开花期和灌浆期活性最高;土壤脲酶活性总体在灌浆期最高;土壤蔗糖酶在灌浆期和成熟期活性最高;土壤过氧化氢酶活性在苗期最高。连作根际土壤细菌和真菌量均显著高于对照,土壤放线菌量显著低于对照,随着连作茬数的增加,土壤细菌先增加后降低,土壤放线菌表现为总体下降趋势,土壤真菌量则随着连作茬数的增加而增加。连作根际土壤细菌量在开花期最多,土壤放线菌量在开花期和灌浆期最多,土壤真菌量在开花期最多。速效氮、速效磷、速效钾、有机质、磷酸酶、脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶和放线菌量与连作茬数之间呈极显著负相关关系;pH值与连作茬数之间呈极显著正相关关系;真菌量与连作茬数之间呈显著正相关关系。
  2.连作叶片叶绿素和可溶性蛋白含量均显著低于对照,在生育期
  中叶绿素含量花后7d最高,之后逐渐降低,可溶性蛋白含量在花后7 d到28 d呈先增加后降低趋势。连作叶片过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性在7 d和14 d显著低于对照,21 d和28 d显著高于对照,两种酶活性均随着生育期的推进而升高;连作叶片超氧化物歧化酶(SOD)活性显著高于对照,在14 d时其酶活性最高,呈先增加后降低趋势。连作茬数与叶绿素含量、可溶性蛋白含量、过氧化物酶活性、过氧化氢酶活性和超氧化物歧化酶活性之间呈极显著正相关关系,叶片生理生化指标之间存在不同程度的相关性。
  3.连作株高、主茎分枝数、主茎节数、1,2节节间粗度、百粒重、产量、叶面积和根系形态中根系长度、根系表面积、根系体积均显著低于对照,且随着连作茬数的增加而进一步加大。产量、株高、主茎分枝数、主茎节数、叶面积、百粒重、根系长度和根系体积与连作茬数之间呈极显著负相关;1,2节节间粗度和根系体积与连作茬数之间呈负相关关系,在5%水平差异显著。
  4.施用化肥对土壤速效养分、土壤酶活性、土壤微生物量和农艺性状、产量、叶面积以及根系形态中根系长度、根系表面积、根系体积均有提高作用,对土壤pH值有降低作用。施用化肥对甜荞连作障碍都具有一定的缓解作用,其中,施用复合肥效果好于其他肥料。
[硕士论文] 马少帅
水利工程 太原理工大学 2017(学位年度)
摘要:我国土地盐渍化现象较为严重,且分布广泛,农业用水短缺且分布不均匀,再加上农业生产过程中肥料的滥用,严重影响了我国农业的发展,因此改良盐碱地、提高盐渍化土地的利用率以及提高水分利用率、节约水资源,合理施用肥料是发展农业生产过程中必不可少的一步。大同盆地盐碱地较多,盐渍化耕地利用率小,水资源短缺,属严重缺水地区,且受日照影响较为严重,大量的不合理的施肥造成土壤盐渍化现象加剧,由于水肥制度的不合理,不仅降低了水肥利用率,还浪费水资源以及污染环境。目前已经有很多人进行水肥耦合的研究,但大多说是针对于非盐碱地的,本试验是在盐碱地的基础上,通过对青贮玉米进行水肥控制管理来进行研究的。试验设两个因素:灌水量3个水平,上限控制田间持水量的100%,90%和80%(W1,W2,W3),下限控制在田间持水量的60%左右,施肥量设置900、750、600和450 kg/hm2(F1,F2,F3,F4)四个施肥水平。通过试验,研究了盐碱地不同水肥处理对青贮玉米株高、叶面积指数等生长性状的影响、对玉米产量、水分利用效率以及耗水量的影响、对土壤水盐分布和氮素的影响,最终提出最适宜当地的水肥生产模式,对提高当地水分利用效率、节约用水资源、减少施肥量、减少环境污染、提高玉米产量有重要的意义。试验研究取得的结论如下:
  ⑴在整个生育过程,不同水肥处理下0-40cm土层含水率变化较为频繁,40-100cm土层含水率受水肥的影响不大。土壤剖面全生育期平均含水率与灌水量呈正相关,与施肥量呈负相关;不同水肥处理下,0-40cm土层电导率变化较为频繁,0-10cm土层出现盐分聚集的现象,40-100cm土层电导率基本不受水肥的影响。灌水量对电导率的影响主要表现在0-40cm,灌水量相同时,降低施肥量有利于降低表层的电导率。
  ⑵在玉米整个生育期中,灌水量对土壤铵态氮影响不显著,在玉米生育前期,施肥量对硝态氮的影响不显著,在生育中后期,适当增加灌水量有利于提高硝态氮的浓度,W1处理对硝态氮没有太大的影响,W2处理下,施肥量对硝态氮浓度影响不显著。
  ⑶灌水量对玉米耗水量的影响显著,耗水量与灌水量呈正相关关系,施肥量对耗水量的影响不显著;灌水量一定时,适当的降低施肥量有利于提高作物水分利用效率,施肥量过低会导致水分利用效率减小。试验表明施肥量为600-750kg/hm2时,最有利于提高水分利用效率,水分利用效率能达到1.63-2.06,施肥量为F4(450kg/hm2)时,玉米水分利用效率最低,保持在1.24-1.41范围内。除F1外,其它施肥水平下,非充分灌溉玉米水分利用效率高于充分灌溉,且随着亏水程度的加剧,水分利用效率降低的幅度减小。
  ⑷在生育前期,灌水量对玉米株高、叶面积指数等生长指标影响不大,生育中后期,适当增加水肥用量,能够提高青贮玉米的株高、叶面积指数、产量以及干物质的累积量,灌水量对株高、产量的影响差异显著,对叶面积指数的影响没有显著性差异;施肥量在450-750kg/hm2时,玉米干物质的积累、产量和株高均与施肥量成正相关,施肥量从750增加到900kg/hm2时,玉米的各个生长指标以及产量等均略有下降;施肥量相同时,W2处理下玉米鲜重最大,灌水量相同时,在一定的施肥量范围内,玉米鲜重与施肥量呈正相关关系。
[博士论文] 丁晋利
水土保持与荒漠化防治 西北农林科技大学 2017(学位年度)
摘要:水资源短缺,水肥利用效率低是限制河南省农业发展的主要因素。保护性耕作是一项先进的农业耕作技术,能够提高土壤蓄水保墒能力和土壤肥力。结合河南省实际情况研究多年保护性耕作对土壤水、碳氮的影响,制定适宜的耕作模式对保护性耕作的推广具有重要意义。然而,以往受大田试验方法限制,传统耕作转变为保护性耕作方式后土壤水、碳氮的变化如何?耕作方式转变的最佳方案是什么?这些问题仍有待进一步研究。因此,本研究利用长期定位耕作试验研究保护性耕作(免耕、深松和双季秸秆还田处理)下土壤水碳氮的年际变化及冬小麦不同生育期土壤水分、碳素和氮素的垂直分布特征,并利用RZWQM2(Root Zone Water Quality Model)模拟传统耕作转变为保护性耕作方式(免耕、免耕+秸秆、深松和深松+秸秆)后土壤水、碳氮的变化特征,筛选最佳的耕作方式转变方案,旨在为河南省适宜保护性耕作方式推广提供科学理论依据。本研究的主要结果如下:
  (1)与传统耕作相比,免耕和双季秸秆还田处理均显著提高了冬小麦关键生育期土壤水分和土壤贮水量(0-100 cm),干旱年份双季秸秆还田和免耕处理蓄水保墒效果优于深松耕作。保护性耕作措施能够显著增加冬小麦株高、叶面积及冬小麦地上部生物量和产量,穗粒数和千粒重是影响冬小麦产量的主要因素。在降水量较少年份,免耕增产优势明显并显著提高水分利用效率,优于深松耕作和双季秸秆还田处理,而在降雨量较多年份,双季秸秆还田处理增产效果最优。
  (2)与传统耕作相比,免耕和双季秸秆还田处理均能够提高试验期间有机碳平均年变化量、相对年变化量和周年累积率,其中,双季秸杆还田处理的相对年变化量和周年累积率分别为0.23 g·kg-1和0.45 kg·m-2·a-1,优于免耕。与试验开始年份的土壤有机碳相比,免耕、深松和双季秸秆还田处理均不同程度地提高了土壤有机碳含量和土壤表层(0-20 cm)有机碳储量,且双季秸秆还田处理提高土壤有机碳和土壤表层有机碳储量幅度最大。
  (3)不同耕作措施下土壤有机碳和全氮含量均表现出明显的表层富集效应。与传统耕作相比,免耕和双季秸秆还田处理显著提高耕层(0-40 cm)土壤有机碳和全氮含量。免耕处理较传统耕作显著提高冬小麦拔节期和灌浆期0-100 cm土壤硝态氮积累量,说明免耕有利于硝态氮积累,能够减轻淋溶到地下水造成的环境污染。4种耕作处理下土层0-20、20-40、40-60、60-80和80-100 cm冬小麦苗期至拔节期铵态氮浓度值较低且保持稳定,拔节期之后,铵态氮浓度值大幅升高且不同耕作处理差异显著。与传统耕作相比,双季秸秆处理显著提高冬小麦拔节期0-40 cm铵态氮含量。
  (4)从冬小麦整个生育期来看,氮素积累量呈先增加后降低的趋势,在拔节期达到最大值。与传统耕作相比,连续2年免耕在扬花期分别提高茎、叶和穗的平均氮素积累量44.3%、80.5%、70.9%,成熟期降低了茎的平均氮素积累量14.1%,而显著增加了穗和籽粒的平均氮素积累量;免耕和双季秸秆还田处理较传统耕作显著提高营养器官氮素转移量、转移率和对籽粒的贡献率(P<0.05)。深松耕作并不能持续促进氮素向籽粒中的转运与吸收,就小麦植株氮素转运持续性效果来看,免耕>双季秸秆还田>深松耕作。
  (5) RZWQM2模型对不同耕作措施土壤分层水分(0-100cm)、冬小麦生物量和产量的率定验证效果较好,而对不同耕作措施土壤剖面硝态氮(0-100 cm)和土壤表层有机碳的率定验证效果较差。利用RZWQM2模型对耕作方式转变前后土壤水分、氮素和有机碳变化比较结果表明,当传统耕作转变为免耕处理后显著提高了土壤0-100cm贮水量,降低了土壤水分损失,提高了水氮利用效率和土壤表层有机碳含量及冬小麦产量。因此,该模拟条件下传统耕作转变为免耕后土壤蓄水保肥增产效果最佳。
[硕士论文] 胡乃月
生物学 河南师范大学 2017(学位年度)
摘要:在秸秆全量还田条件下,针对氮肥用量过大而引发的肥料损失严重、资源利用率低、环境污染、农业生态环境不可持续发展等现存问题,本研究通过夏玉米-冬小麦轮作周年的田间试验,在秸秆全量还田条件下,玉米季施加氮肥433.80kg·hm-2,小麦季分别施加氮肥0、160、220和280kg·hm-2,研究秸秆还田条件下不同施氮水平对冬小麦氮养分利用和产量的影响,评估玉-麦两熟农田周年氮素循环平衡。结果表明:
  1.在越冬期、返青期、拔节期,小麦植株群体数、植株干物质积累量均表现为施氮处理显著高于不施氮处理。在开花期和成熟期,小麦植株群体数、植株干物质积累量随追氮量的增加而增加,220kg·hm-2施氮量下最高,继续增加追氮量,小麦植株群体数、植株干物质积累量不增加,有下降趋势。可见施加氮肥能够提高小麦植株分蘖能力,对植株干物质积累有促进作用,但过量追加氮肥,小麦植株群体数、植株干物质积累量并不随之增加。
  2.小麦生育期植株氮含量呈现单峰曲线变化,在返青期出现高峰。植株氮含量、植株氮积累量均随施氮量的增加而增加,在280kg·hm-2施氮量下最高,但氮素养分利用率和氮肥偏生产力均显著降低。不同施氮处理对氮肥农学利用率、氮素利用效率和氮素收获指数的影响未达显著水平。施加氮肥,小麦成穗数、穗粒数和结实小穗数能够有效提高,从而提高产量。施加氮肥280、220 kg·hm-2时小麦籽粒产量较高,分别比不施加氮肥处理提高24.44%、19.38%。
  3.冬小麦土壤氮含量、氮积累量、硝态氮含量、硝态氮积累量均随着施氮量的增加而增加,在280kg·hm-2施氮量下最高。玉米成熟期、小麦成熟期0~200cm土层土壤硝态氮含量和积累量以表层土最高。
  4.玉米季基肥、第1次追肥前发生降雨,显著减少氨挥发积累量;第2次追肥氨挥发积累量分别是基肥和第1次追肥的4.32、1.37倍。小麦季拔节期追施氮肥后进行灌溉导致氨挥发速率迅速降低,氨挥发积累量显著低于基肥;拔节期160、220、280kg· hm-2施氮量下氨挥发积累量分别为不施肥的1.59、3.14、6.16倍。玉米季氨挥发速率、氨挥发积累量显著高于小麦季。
  5.玉麦周年共施氮433.8kg·hm-2时,氮盈余-58.35kg·hm-2,耗竭土壤氮素资源;施氮593.8kg·hm-2时,氮盈余35.01kg·hm-2,但籽粒产量较低,有耗竭土壤资源的风险;施氮653.8kg·hm-2时,氮盈余63.39kg·hm-2,氮素投入与氮素输出保持平衡;施氮713.8kg·hm-2时,氮盈余69.25kg·hm-2,投入成本高且损失高,浪费资源且污染环境。综合来看,在豫北玉麦轮作地区秸秆全量还田条件下,为有效控制氮素淋溶损失、氨挥发损失同时节约生产成本、维持农田系统氮素可持续发展,推荐周年施氮量为653.8kg·hm-2。
[硕士论文] 张艳艳
生物学 河南师范大学 2017(学位年度)
摘要:为寻找适当的耕作与培肥模式,改善耕层土壤结构及肥力水平,提高土壤供给力,并以耕层促进植株冠层生长,提高生产力,达到高产之目的特设本试验。试验在河南省许昌县陈曹乡史庄村长期定位耕作试验田进行,以百农207为材料,设置6个处理:深耕、浅耕、免耕、深耕+有机肥、浅耕+有机肥和免耕+有机肥,研究耕层调控与增施有机肥对土壤结构的改善、水肥分布的调节、根系生长的影响,并通过多元统计和通径分析研究耕层供给力对小麦植株生长状况的影响。
  本研究主要内容包括:⑴不同耕作与增施有机肥模式对土壤结构与含水量的影响差异显著。土壤容重以越冬期的深耕处理、拔节期的浅耕+有机肥处理、开花和成熟期的深耕+有机肥处理显著低于其它处理(P<0.05)。除越冬期20-40 cm土层和成熟期0-20 cm土层外,越冬期至成熟期以深耕+有机肥处理土壤含水量显著高于其它处理(P<0.05)。⑵增施有机肥能够改善土壤肥力水平,提高各土层土壤的养分含量。0-20 cm土层,越冬期至成熟期浅耕+有机肥处理土壤有机质含量显著高于其它处理(P<0.05);20-40cm土层,越冬期至开花期的免耕+有机肥处理土壤有机质含量显著高于其它处理(P<0.05)。免耕和免耕+有机肥处理有利于0-20 cm土层土壤速效磷含量的积累,浅耕+有机肥有利于20-40 cm和40-60 cm土壤速效磷含量的积累。越冬期免耕+有机肥处理土壤脲酶活性显著高于其它处理(P<0.05),拔节期至成熟期深耕+有机肥处理土壤脲酶活性最高;越冬期和成熟期浅耕+有机肥处理土壤蔗糖酶活性显著高于其它处理,拔节期和开花期深耕+有机肥处理显著高于其它处理(P<0.05)。⑶增施有机肥可促进小麦生长,提高冠层光合速率。浅耕+有机肥处理植株叶面积指数最高,与其它处理间差显著(P<0.05)。施加有机肥处理下,叶片角度指数较小,叶片与主茎夹角由上至下逐渐增大,减少了叶片间的相互遮挡,叶片叶绿素含量和荧光参数高,可延缓叶片衰老,延长叶片光合时间,以浅耕+有机肥与深耕+有机肥处理效果最佳;小麦灌浆中后期的茎秆抗折力增强,倒伏指数降低,抗倒性提高,小麦茎秆抗倒性均以深耕+有机肥处理效果最好,浅耕+有机肥次之。⑷增施有机肥能够提高小麦的穗长,增加每穗小麦的有效小穗数,提高穗粒重及小麦总产量,以浅耕+有机肥处理(STF)显著高于其它处理(P<0.05)。⑸增施有机肥能够提高植株地上冠层与地下根系的干物质积累量,提高植株氮素积累量和土壤全氮含量,提高花后各时期旗叶净光合速率及根系呼吸速率。浅耕+有机肥处理有利于茎秆及叶片的干物质积累,提高成熟期穗部的干物质积累量;根系干物质积累在开花期和成熟期0-20cm土层免耕+有机肥处理、20-40 cm土层浅耕+有机肥处理和40-60cm土层深耕+有机肥处理显著高于其它处理(P<0.05)。浅耕+有机肥处理下叶片和穗部氮素积累量显著高于其它处理(P<0.05),0-20 cm土层全氮含量最高;免耕+有机肥处理40-60 cm土层土壤全氮含量显著高于其它处理(P<0.05)。花后各时期深耕(有机肥)处理的旗叶净光合速率高,根系呼吸速率低,碳分配给植株的比例高于根系,根效率最高。⑹不同耕作与有机肥处理下,土壤容重与孔隙度差异显著,相关分析表明土壤养分、酶活性和根系生物量与土壤容重和孔隙度之间存在显著相关关系(P<0.05);多元回归分析和通径分析发现,土壤脲酶活性和根系干物质积累量有利于株高的生长,一定范围的土壤含水量和容重能够促进叶片的生长,提高叶面积指数,提高土壤含水量能够影响叶片角度指数,提高冠层不同层次的受光率,旗叶净光合速率受脲酶活性的影响最大,脲酶活性和根系干物质积累量提高促使叶片叶绿素荧光参数的提高。
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