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稻麦两熟制不同耕作栽培方式对农田生态环境和周年生产力的影响

作　者: 刘世平
导　师: 张洪程
学　校: 扬州大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 麦稻两熟 耕作栽培方式 免耕套作 秸秆还田 农田生态环境 周年生产力
分类号: S181
类　型: 博士论文
年　份: 2006年
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内容摘要


稻麦免耕套种与秸秆还田是一种新型的耕作栽培方式，不同程度地改变了农田生态环境，直接影响稻麦的生长。通过稻麦两熟制不同耕作栽培方式对农田生态环境、稻麦生长发育、产量品质和周年效益的研究，揭示新型耕作栽培方式土壤供肥特征和稻麦吸肥与生长发育规律，为稻麦轻型高产、优质、高效栽培提供技术和理论支撑，为有效地开展免耕、合理轮耕和秸秆还田提供科学依据。本研究通过网室和大田小区3年4种不同耕作栽培方式的定位试验，研究了稻麦两熟条件下，免耕套种与秸秆还田对农田生态环境和周年生产力的影响。主要结果如下：(1)稻田免耕套种小麦留茬高度超过30 cm时，对晴天的透光率影响较大，影响小麦苗期生长。因此，从透光对小麦生长和秸秆自然还田两方面考虑，留茬高度在20～30 cm时较为适宜。免耕与秸秆覆盖麦田苗期高温晴天中午土壤的温度降低，而早晚的土温略高，土温的日较差比较小，日均土温稍有降低，而低温晴天和阴天的日均土温略高。(2)麦田干旱时免耕覆盖土壤含水率较高，下雨后透水性较好。免耕覆盖有助于防止土壤水分蒸发，降低地表径流，增加水分渗透。在网室水泥池不渗漏的情况下，稻田秸秆还田后水体的pH值降低，化学耗氧量(COD)提高。还田30天内，pH值免耕覆盖还田比翻耕不还田最多降低1.0左右；翻耕还田、免耕高茬、免耕覆盖还田的COD分别为翻耕不还田的3倍、8-12倍和11-17倍。大田水体的pH值和COD变化没有这样大，对水稻生长不会产生明显影响。(3)免耕套种的耕层土壤容重和穿透阻力均有所增加，但不会明显影响稻麦的生长。秸秆还田3年后，土壤肥力提高，有机质、全氮、速效磷、速效钾翻耕还田比翻耕不还田分别增加2.0％-8.3％、2.9％-4.7％、0.1％-3.1％、10.7％-23.5％，以速效钾增加的幅度最高。秸秆还田对土壤速效氮有一定的缓冲和调节作用，翻耕秸秆还田处理前期有一定程度的下降，而后期速效氮含量明显上升。秸秆还田为土壤微生物活动繁殖提供了充足的能源和碳源，利于土壤微生物活动，促进磷、钾的有效化，也有利于后期土壤速效磷、钾的提高，微生物生物量N增加，麦收时翻耕秸秆还田处理耕层土壤微生物量N最高，稻收时以免耕覆盖还田微生物量N最高，均为翻耕不还田的1倍。(4)麦田埋在土层7cm和14cm的秸秆腐解速度较快，且以埋深14cm最快，覆盖在表层较慢，说明秸秆与土壤密切接触，有利于秸秆腐解。稻田由于有水层的作用和高温高湿的环境，覆盖在表层秸秆腐解也较快。麦季稻秸覆盖还田一季后秸秆残留率在60％左右，埋在土层的残留率在40％左右；稻季麦秸覆盖还田一季后秸秆残留率在25％左右，而埋在土层的残留率在20％左右。覆盖还田秸秆固定的氮素较多，对稻麦生长供应的氮素没有翻入土壤的多，但可起到很好的调节作用，提高氮肥利用率。随着还田秸秆的腐解，秸秆含氮率逐渐增加，全碳含量逐渐下降，秸秆C／N比降低。麦田稻秸表层C／N比一直较高，而稻田的麦秸表层C／N比最低，7cm最高。麦田和稻田前期不同埋深对秸秆全碳的影响不显著，C／N比主要取决于秸秆的含氮率。一季后麦田稻秸的C／N比在30左右，稻田麦秸的C／N比在15以上，比土壤腐殖质的C／N比高，说明一季后秸秆还都未完成其腐殖化过程。(5)秸秆覆盖会影响小麦种子的发芽出苗，基本苗减少，秸秆较多处小麦冻害较重。小麦累积干物重以翻耕处理较高，免耕处理较低，成熟期免耕比翻耕平均低15％左右，而免耕秸秆覆盖还田与翻耕秸秆覆盖还田、免耕高茬与翻耕不还田差异不显著。由于免耕套种小麦的含N、P率略低，含K率持平，累积N、P、K吸收量比翻耕处理低20％左右。在同期播种，相同播量的情况下，免耕套种小麦穗数较少，千粒重较高，第一年实际产量略低。但随着连续免耕时间的延长，残留秸秆较多，稻田水绵严重，影响套种小麦出苗，免耕处理产量明显降低，免耕秸秆覆盖还田比翻耕不还田平均降低7.27％，必须改变播种方式或轮耕。耕翻秸秆覆盖还田在麦季的产量有增有减，比翻耕不还田平均减产1％左右。免耕与秸秆还田的小麦容重降低，但出粉率提高，可改善小麦的商品品质。在土壤肥力较低时，免耕处理粗蛋白质和湿面筋含量有降低趋势。而秸秆覆盖还田可提高粗蛋白质和湿面筋含量，有利于改善中、强筋专用小麦的品质。(6)与移栽稻相比，免耕套种水稻株高较低，单茎叶面积略小，生物量低，但生育后期干物质累积量增加迅速。从秸秆还田来看，水稻干物质的积累翻耕秸秆还田低于翻耕不还田，免耕套种覆盖低于免耕高茬，翻耕移栽秸秆还田处理在拔节期表现尤其明显。随着生育期的推进，植株含氮磷钾率逐渐下降，秸秆还田前期与水稻争氮，后期又释放氮素供水稻吸收，植株含氮率成熟期免耕套种与移栽相差不大，但无论是秸秆还是籽粒，免耕和翻耕秸秆还田都显著高于翻耕不还田。成熟期植株含P、K率也以免耕和翻耕秸秆还田处理为高，翻耕不还田较低。累积吸收N、P、K的量均以免耕覆盖和翻耕秸秆还田处理较高，免耕高茬和翻耕不还田较低，免耕覆盖还田与翻耕还田、免耕高茬与翻耕不还田间差异不明显。解决好套种水稻的立苗和草害等问题，套种水稻的产量可与移栽水稻的产量持平或略增。翻耕秸秆还田的水稻产量最高，平均比翻耕不还田增产3％左右。免耕套种覆盖还田也能获得较高产量，比翻耕不还田增产0.8-3.1％。在亩穗数相差不大的情况下，免耕套种水稻每穗实粒数较少，千粒重较高，套种水稻可获得较高产量。主要是水稻后期根系活力强，干物质积累多，抗病抗逆性强。水稻免耕套种可明显改善稻米的加工品质和外观品质，提高其出糙率、精米率和整精米率，降低垩白率和垩白度。翻耕移栽秸秆还田也能提高整精米率，垩白率、垩白度略有降低。水稻免耕套种和秸秆还田可提高稻米蛋白质含量，降低直链淀粉的含量，使其胶稠度变软，稻米品质变优；而水稻移栽秸秆还田条件下蛋白质含量提高，直链淀粉含量略增，胶稠度变硬。(7)土壤肥力数值化综合评价表明，不同处理养分肥力指标(NFI)以免耕秸秆还田最高，耕翻不还田最低；但综合肥力指标(IFI)却以耕翻秸秆还田最高，免耕高茬最低，主要受土壤容重影响。可以认为，综合肥力指标是耕地现实持续生产力的标志，养分肥力指标是耕地潜在持续生产力的标志。翻耕秸秆还田耕地现实持续生产力最好，免耕秸秆还田有较高的耕地潜在持续生产力。免耕套种的小麦产量较低，水稻产量有所增加，考虑节省的秧田种植小麦，则稻麦年产量免耕套种高于翻耕。从技术经济角度分析，在掌握一定的栽培技术后，采用稻麦免耕套种方式，能增加稻麦两熟的周年产量，具有明显的节本增收效果。稻麦周年产量生产力和经济生产力以免耕套种秸秆还田最高，免耕高茬次之，翻耕秸秆还田较低，翻耕不还田最低。翻耕秸秆还田比不还田有一定的增产增收效果，如果考虑到秸秆还田后所带来的土壤肥力效应和减少肥料用量，增产增收效果更为明显。高产、高效、可持续发展是现代农业所追求的目标。运用综合评分法对稻麦两熟制不同耕作栽培方式周年生产力综合评价，选择产量和产值作为高产的指标，选用低成本和纯收入作为高效的指标，选用土壤肥力综合评价指标NFI和IFI作为可持续发展指标。根据高产、高效和可持续等总指标的相对重要性，高产为35％，高效为35％，可持续为30％，确定各指标的权重。高产指标中年产量为20％，总产值为15％：高效指标中总成本为15％，纯收入为20％，可持续指标中NFI为10％，IFI为20％。4个耕作栽培方式综合评分结果：免耕套种秸秆还田得分最高，周年生产力最好，免耕高茬次之，耕翻还田再次，耕翻不还田得分最低，周年生产力最差。

全文目录


中文摘要  4-8
英文摘要  8-12
缩略语表  12-20
第1章 文献综述和研究背景  20-64
  1 研究背景及意义  20-22
    1.1 研究背景  20-21
    1.2 研究意义  21-22
  2 国内外研究现状  22-53
    2.1 稻麦两熟耕作栽培方式的研究概况与进展  22-26
      2.1.1 稻麦两熟耕作栽培方式的研究概况  22-24
      2.1.2 稻麦两熟耕作栽培方式的新特点  24-25
      2.1.3 稻麦两熟耕作栽培方式的发展趋势  25-26
    2.2 国内外免耕研究概况与进展  26-36
      2.2.1 国外免耕研究概况  26-28
      2.2.2 国内免耕研究概况与进展  28-35
        2.2.2.1 免耕研究取得的成就  28-34
        2.2.2.2 免耕技术发展趋势  34-35
      2.2.3 轮耕研究进展  35-36
    2.3 稻麦秸秆还田的研究进展  36-52
      2.3.1 秸秆还田的国内外研究概况  36-37
      2.3.2 秸秆还田技术的研究  37-39
      2.3.3 秸秆还田的分解特征及影响因素  39-40
      2.3.4 秸秆还田的效应研究  40-52
    2.4 稻麦免耕套种秸秆还田农作制的研究概况  52-53
      2.4.1 稻套麦的研究概况  52
      2.4.2 麦套稻的研究概况  52-53
  3 本研究的主要内容  53-54
  参考文献  54-64
第2章 稻麦两熟制不同耕作栽培方式对农田生态环境的影响  64-84
  1 引言  64
  2 材料与方法  64-67
    2.1 供试地点  64-65
    2.2 试验设计  65
    2.3 供试品种与种植方式  65
      2.3.1 供试品种  65
      2.3.2 种植方式  65
    2.4 测定项目及方法  65-67
      2.4.1 透光率测定  65
      2.4.2 土壤温度测定  65-66
      2.4.3 土壤水分测定  66
      2.4.4 稻田水体pH值、化学耗氧量测定  66
      2.4.5 土壤容重和穿透阻力测定  66
      2.4.6 土壤有机质利土壤养分含量测定  66
      2.4.7 土壤微生物量氮含量测定  66-67
  3 结果与分析  67-81
    3.1 不同留茬高度对光照强度的影响  67
    3.2 不同耕作方式处理对土壤物理性质的影响  67-71
      3.2.1 对麦田土壤温度的影响  67-69
      3.2.2 对麦田土壤水分的影响  69
      3.2.3 不同耕作方式处理对土壤容重和穿透阻力的影响  69-71
        3.2.3.1 对麦田土壤容重和穿透阻力的影响  69-70
        3.2.3.2 对稻田土壤容重和穿透阻力的影响  70-71
    3.3 不同耕作方式处理对土壤化学性质的影响  71-79
      3.3.1 不同耕作方式处理对土壤有机质含量的影响  71-73
      3.3.2 不同耕作方式处理对土壤全氮含量的影响  73-75
      3.3.3 不同耕作方式处理对土壤供肥特性的影响  75-79
        3.3.3.1 麦田土壤的供肥特性  75-77
        3.3.3.2 稻田土壤的供肥特性  77-79
    3.4 不同耕作方式处理对稻田水体pH值和化学耗氧量(COD)的影响  79-80
    3.5 不同耕作方式处理对土壤微生物量氮的影响  80-81
  4 结论  81-82
  参考文献  82-84
第3章 稻麦两熟制条件下秸秆还田若干效应研究  84-96
  1 引言  84-85
  2 材料与方法  85-86
    2.1 试验一 稻麦秸秆浸提液对种子发芽率和幼芽、幼根生长的影响  85-86
      2.1.1 供试地点  85
      2.1.2 供试品种  85
      2.1.3 试验设计  85-86
      2.1.4 测定项目与方法  86
    2.2 试验二 麦稻两熟地区秸秆不同埋深对还田秸秆腐解进程的影响  86
      2.2.1 供试地点  86
      2.2.2 试验设计  86
      2.2.3 测定项目与方法  86
        2.2.3.1 秸秆腐解速度的测定  86
        2.2.3.1 秸秆全氮和全碳含量的测定  86
  3 结果与分析  86-93
    3.1 稻麦秸秆浸出液对小麦发芽率和幼芽、幼根生长的影响  86-88
      3.1.1 稻麦秸秆浸出液对小麦发芽率和幼芽、幼根生长的影响  86-87
      3.1.2 稻麦秸秆浸出液对水稻发芽率和幼芽、幼根生长的影响  87-88
    3.2 麦田稻秸的腐解进程  88-90
      3.2.1 不同埋深对稻秸腐解速率的影响  88
      3.2.2 秸秆含氮率与残留氮量  88-89
      3.2.3 秸秆全碳含量  89-90
      3.2.4 秸秆C/N比  90
    3.3 稻田麦秸的腐解进程  90-93
      3.3.1 不同埋深对麦秸腐解速率的影响  90-91
      3.3.2 秸秆含氮率与残留氮量  91-92
      3.3.3 秸秆全碳含量  92
      3.3.4 秸秆C/N比  92-93
  4 结论与讨论  93-94
  参考文献  94-96
第4章 稻麦两熟制不同耕作栽培方式对小麦生长、产量和品质的影响  96-110
  1 引言  96
  2 材料与方法  96-98
    2.1 试验地点  96
    2.2 试验设计  96-97
    2.3 供试品种与种植方式  97
      2.3.1 供试品种  97
      2.3.2 种植方式  97
    2.4 测定项目及方法  97-98
      2.4.1 小麦植株生长的测定与调查  97
      2.4.2 植株氮磷钾含量的测定  97
      2.4.3 小麦产量及构成因素的测定  97
      2.4.4 小麦品质的测定  97-98
  3 结果与分析  98-107
    3.1 不同耕作方式处理对小麦植株生长的影响  98-100
      3.1.1 株高  98
      3.1.2 节间长度  98-99
      3.1.3 叶面积  99
      3.1.4 根系  99-100
      3.1.5 干物质积累  100
    3.2 不同耕作方式处理对小麦氮磷钾吸收量的影响  100-104
      3.2.1 植株含氮率和累积吸氮量  101-102
      3.2.2 植株含磷率和累积吸磷量  102-103
      3.2.3 植株含钾率和累积吸钾量  103-104
    3.3 不同耕作方式处理对小麦安全性的影响  104
    3.4 不同耕作方式处理对小麦产量及品质的影响  104-107
      3.4.1 对小麦产量及构成因素的影响  104-105
      3.4.2 对小麦品质的影响  105-106
      3.4.3 对小麦淀粉粘滞性RVA的影响  106-107
  4 结论与讨论  107-108
  参考文献  108-110
第5章 稻麦两熟制不同耕作栽培方式对水稻生长和稻米品质的影响  110-126
  1 引言  110
  2 材料与方法  110-112
    2.1 供试地点  110
    2.2 试验设计  110-111
    2.3 供试品种与种植方式  111
      2.3.1 供试品种  111
      2.3.2 种植方式  111
    2.4 测定项目和方法  111-112
      2.4.1 水稻植株生长的测定  111
      2.4.2 水稻根系生长与活力测定  111
      2.4.3 植株氮磷钾含量的测定  111
      2.4.4 水稻产量及构成因素  111-112
      2.4.5 稻米品质测定  112
  3 结果与分析  112-122
    3.1 不同耕作方式处理对水稻植株生长的影响  112-115
      3.1.1 对株高的影响  112
      3.1.2 对水稻伸长节间长度的影响  112-113
      3.1.3 对上三叶叶片大小和叶绿素含量的影响  113-114
        3.1.3.1 对上三叶叶片大小的影响  113
        3.1.3.2 对上三叶叶绿素含量的影响  113-114
      3.1.4 对干物质积累的影响  114-115
    3.2 不同耕作方式处理对水稻根系分布和根系活力的影响  115-116
      3.2.1 对水稻根系分布的影响  115-116
      3.2.2 对水稻根系活力的影响  116
    3.3 不同耕作方式处理对水稻氮磷钾吸收量的影响  116-119
      3.3.1 对水稻植株含氮率和累积吸氮量的影响  116-117
      3.3.2 对水稻植株含磷率和累积吸磷量的影响  117-118
      3.3.3 对水稻植株含钾率和累积吸钾量的影响  118-119
    3.4 不同耕作方式处理对水稻产量构成因素的影响  119-121
    3.5 不同耕作方式处理对稻米品质的影响  121-122
      3.5.1 对稻米加工和外观品质的影响  121
      3.5.2 对稻米营养和蒸煮品质的影响  121-122
      3.5.3 对米粉粘滞性特征值的影响  122
  4 结论与讨论  122-124
  参考文献  124-126
第6章 稻麦两熟制不同耕作栽培方式土壤肥力和周年生产力的综合评价  126-140
  1 引言  126
  2 研究材料和指标选择  126-129
    2.1 稻麦两熟制不同耕作栽培方式土壤肥力数值化综合评价  126-129
    2.2 稻麦两熟制不同耕作栽培方式周年生产力的分析  129
  3 结果与分析  129-136
    3.1 稻麦两熟制不同耕作栽培方式土壤肥力数值化综合评价  129-133
      3.1.1 对评价指标值的处理  129-131
      3.1.2 单项肥力权重的确定  131
      3.1.3 土壤肥力综合指标值计算  131-133
    3.2 稻麦两熟制不同耕作栽培方式稻麦周年生产力的分析  133-135
      3.2.1 不同耕作方式处理的稻麦周年产量生产力  133
      3.2.2 不同耕作方式处理的稻麦周年经济生产力  133-135
        3.2.2.1 稻麦周年投入结构的分析  133-134
        3.2.2.2 稻麦周年经济效益分析  134-135
    3.3 稻麦两熟制不同耕作栽培方式周年生产力综合评价  135-136
  4 结论与讨论  136-137
  参考文献  137-140
第7章 主要结论与讨论  140-151
  1 主要结论  140-144
    1.1 稻麦两熟制不同耕作栽培方式对农田生态环境的影响  140-141
    1.2 稻麦两熟制还田秸秆的腐解进程和C、N矿化  141
    1.3 稻麦两熟制不同耕作栽培方式对稻麦生长的影响  141-143
      1.3.1 稻麦两熟制不同耕作栽培方式对小麦生长的影响  141-142
      1.3.2 稻麦两熟制不同耕作栽培方式对水稻生长的影响  142-143
    1.4 稻麦两熟制不同耕作栽培方式土壤肥力和周年生产力的综合评价  143-144
  2 讨论  144-149
    2.1 关于稻麦两熟制不同耕作栽培方式与农田生态环境的问题  144
    2.2 关于秸秆还田的效应和技术问题  144-145
    2.3 关于麦套稻的问题  145-146
    2.4 关于稻麦两熟制土壤可持续耕作问题  146-149
      2.4.1 稻麦两熟制传统土壤耕作与少免耕的利弊  146-147
      2.4.2 轮耕是稻麦两熟农田可持续利用的重要技术措施  147-148
      2.4.3 稻麦两熟制土壤耕作需进一步研究和解决的问题  148-149
  3 主要创新点与本研究的不足之处  149-150
    3.1 主要创新点  149
    3.2 本研究的不足之处  149-150
  参考文献  150-151
致谢  151-152
附:攻读学位期间发表的论文目录  152
攻读学位期间的科研成果  152

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