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南方稻田春玉米—晚稻种植模式资源利用效率及生产力优势研究

作　者: 李小勇
导　师: 唐启源
学　校: 湖南农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 春玉米-晚稻 生产力 资源利用效率 稻田 比较优势
分类号: S511.33
类　型: 博士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


为了挖掘南方双季稻田的粮食生产潜力和保障粮食安全,应对因全球气候变暖引发的南方季节性干旱问题,促进南方稻区“粮-经-饲”结构协调发展,提高稻田生产系统的综合效益,促进稻区农业可持续、健康和低碳发展,为稻田种植结构的战略性调整提供科学依据,本研究在高产栽培条件下,以传统双季稻种植模式(R-R)为对照,通过2年大田定位试验和土壤-作物系统相结合的方法,比较系统地研究了稻田“春玉米-晚稻”种植模式(M-R)的生产力、资源利用效率及氮素利用特征；土壤背景供氮对M-R模式土壤养分特征的影响及不同施氮水平和耕作方式对M-R模式中晚稻产量形成的影响,其主要研究结果如下：1.M-R模式的周年生产力和资源利用效率优势显著,与传统R-R模式比较,产量和物质生产效率分别提高了20.0%和23.2%；土地资源利用率,光、温、水资源生产效率和光能利用率分别提高了9.75%,14.7%,20.4%,12.1%和19.1%；周年总产值和产投比分别提高了16.7%和8.04%,体现了M-R模式高产高效和资源高效利用的特点。2.M-R模式的N肥利用效率与R-R模式不同。与传统R-R模式比较,M-R模式的周年氮素收获指数提高3.01%～3.98%；氮肥籽粒和干物质生产效率分别提高10.8%～12.6%和12.7%～20.6%,氮肥吸收利用率(RE)增加13.0%-20.3%,而氮肥偏生产力(PFP)、农学利用率(AE)和生理利用率(PE)偏低,但与R-R模式差异均不显著。3.与R-R模式的连作晚稻比较,采用同一耕作方式,M-R模式的晚稻产量增幅为2.13%～6.47%;增产原因主要是由于叶面积指数增加,抽穗后剑叶的叶绿素含量(SPAD值)和PSⅡ的光化学量子产量(EQY)提高,热耗散(qN)降低,表现出光化学利用效率优势,最终使晚稻总干物质重增加了3.7%～6.8%。与常规翻耕栽培(CT)比较,免耕移栽(NT)使M-R模式的晚稻产量显著增加10.5%,增产效应显著的原因在于单位面积有效穗和颖花量增加(8.53%和6.77%)；采用翻耕+秸秆碳(CTC)、翻耕+秸秆还田(CTS)处理可使M-R模式晚稻产量分别增加6.4%和3.3。4.采用同一耕作方式,M-R模式晚稻收获后土壤全量养分与R-R模式比较,差异不显著；但速效钾、速效磷和碱解氮(CTC除外)有不同程度提高。正常翻耕条件下,与R-R模式比较,M-R模式晚稻收获后土壤有机质含量降低了4.44%,且土壤pH值略有降低；采用免耕、秸秆还田和添加生物碳等措施可使土壤有机质含量分别提高10.8%,3.41%和44.4%。5.与R-R模式的连作晚稻比较,采用同一施氮水平,M-R模式的晚稻产量增加2.41%～6.32%,增产的原因主要是每穗粒数和单位面积颖花量的增加,生育后期(齐穗期后15天)LAI提高了1.34%～17.5%,叶片SPAD值提高0.75%～2.64%,剑叶净光合速率(Pn)提高7.77%～11.1%；同时提高PSⅡ的EQY和电子传递速率(ETR),降低热耗散(qN),辐射利用率(RUE)提高,最终使总干物重增加(1.64%～4.22%)而增产。6.在低土壤背景氮下,与NoNo比较,M-R模式NoN处理的晚稻产量显著增加41.8%,增产原因在于施氮处理显著提高了单位面积有效穗,在生育后期,LAI和叶片的SPAD显著提高了52.0%和13.0%；剑叶Pn明显提高13.2%、EQY、ETR和qP上相对优势较大,qN较低,RUE提高了4.49%；最终导致总干物质积累量显著提高了21.2%；高土壤背景氮下,与NN比较,M-R模式NNM处理的晚稻产量提高了4.73%,增产原因在于单位面积颖花量和有效穗的增加。7.晚季不同土壤背景供氮下,采用同一施氮水平,与R-R模式比较,M-R模式晚稻收获后的土壤有机质和全N含量降幅分别为5.44%～15.1%和1.4%～10.3%；土壤pH值略升高；在低土壤背景氮下,碱解氮、速效磷和速效钾含量分别平均降低了4.65%,13.7%%和10.5%；在高土壤背景氮下,碱解氮平均增加2.33%,速效钾平均降低了12.0%。在两季不施氮肥情况下,M-R模式的晚稻土壤碱解氮含量比R-R模式降低了9.30%,晚季增施氮肥能明显提高其土壤有机质和碱解氮含量,但会降低速效钾和速效磷含量,在两季施氮情况下,土壤碱解氮则提高了2.5%,晚季增施有机肥能明显提高其土壤有机质和全N含量,但降低土壤速效养分含量,特别是速效钾的含量。8.整个生育期间,M-R模式晚季稻田土壤养分含量变化表现出与R-R模式一致动态特征：土壤pH呈“先降后升,再略降低”的趋势；有机质含量表现为“先升高后降低,再略升高”的趋势；全量养分含量变化较小；在低土壤背景氮下,速效养分含量均呈“先持续下降,后略升高”的趋势；在高土壤背景氮下,土壤速效钾和速效磷与低土壤背景氮的趋势一样,而碱解氮呈“先持续下降后升高,再略下降”趋势。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-15
第一章 绪论  15-38
  1 研究背景  15-19
  2 国内外研究动态和发展趋势  19-29
    2.1 国外稻田种植模式发展和研究概况  19-20
    2.2 我国稻田种植模式发展概况  20-22
    2.3 南方双季稻区主要种植模式研究  22-25
    2.4 南方稻田水旱轮作研究概况  25-29
  3 研究目的和意义  29-30
  参考文献  30-38
第二章 春玉米-晚稻种植模式周年生产力特征及资源利用效率研究  38-57
  引言  38-39
  1 材料与方法  39-43
    1.1 供试材料  39
    1.2 试验设计  39-41
    1.3 项目测定与方法  41-43
    1.4 数据统计与分析  43
  2 结果与分析  43-51
    2.1 春玉米-晚稻模式的周年生产力特征  43-45
    2.2 春玉米-晚稻模式的周年物质生产特点  45-46
    2.3 春玉米-晚稻模式的周年资源利用效率特征  46-50
    2.4 春玉米-晚稻模式的周年光能利用率比较  50-51
    2.5 春玉米-晚稻模式的周年经济效益分析  51
  3 讨论  51-54
    3.1 南方双季稻区发展春玉米-晚稻复种轮作模式的可行性  51-52
    3.2 稻田春玉米-晚稻复种轮作是资源高效生产种植模式  52-53
    3.3 春玉米-晚稻复种轮作模式为稻田改制提供了一条重要技术途径  53-54
  4 结论  54-55
  参考文献  55-57
第三章 春玉米-晚稻种植模式周年氮肥吸收、转运及利用特征研究  57-76
  引言  57-58
  1 材料与方法  58-60
    1.1 供试材料  58
    1.2 试验设计  58-59
    1.3 项目测定与方法  59-60
    1.4 数据统计与分析  60
  2 结果与分析  60-70
    2.1 不同施氮水平对春玉米-晚稻模式周年氮素积累量的影响  60-61
    2.2 不同施氮水平对春玉米-晚稻周年氮素转运的影响  61-64
    2.3 不同施氮水平对春玉米-晚稻模式周年氮素生产效率的影响  64-67
    2.4 不同施氮水平对春玉米-晚稻模式周年氮素利用率的影响  67-70
  3 讨论  70-73
    3.1 施氮水平对春玉米-晚稻模式周年氮素吸收和转运的影响  70-71
    3.2 施氮水平对春玉米-晚稻模式周年氮素生产效率的影响  71
    3.3 施氮水平对春玉米-晚稻模式周年氮肥利用率的影响  71-72
    3.4 提高稻田生产系统周年氮肥利用率的途径  72-73
  4 结论  73
  参考文献  73-76
第四章 春玉米-晚稻种植模式下耕作方式对晚稻产量及土壤养分的影响  76-101
  引言  76-77
  1 材料与方法  77-79
    1.1 供试材料  77
    1.2 试验设计  77-78
    1.3 项目测定与方法  78-79
    1.4 数据统计与分析  79
  2 结果与分析  79-95
    2.1 不同耕作方式对晚稻产量及产量构成因子的影响  79-81
    2.2 不同耕作方式对晚稻干物质生产特性的影响  81-83
    2.3 不同耕作方式对晚稻光合生理特性的影响  83-87
    2.4 不同耕作方式对剑叶荧光参数特征的影响  87-91
    2.5 不同耕作方式对土壤理化特性的影响  91-95
  3 讨论  95-98
    3.1 春玉米-晚稻模式下对耕作方式对晚稻产量结构影响  95-96
    3.2 春玉米-晚稻模式下耕作方式对晚稻光合生理指标的影响  96
    3.3 春玉米-晚稻模式下耕作方式对叶绿素荧光参数的影响  96-97
    3.4 春玉米-晚稻模式下耕作方式对土壤理化性状的影响  97-98
  4 结论  98-99
  参考文献  99-101
第五章 春玉米-晚稻种植模式下施氮对晚稻产量及辐射利用率的影响  101-125
  引言  101
  1 材料与方法  101-104
    1.1 供试材料  101-102
    1.2 试验设计  102
    1.3 项目测定与方法  102-104
    1.4 数据统计与分析  104
  2 结果与分析  104-119
    2.1 不同施氮水平对晚稻产量及产量构成因子的影响  104-106
    2.2 不同施氮水平对晚稻干物质积累特性的影响  106-108
    2.3 不同施氮水平对晚稻光合特性指标的影响  108-113
    2.4 不同施氮水平对晚稻剑叶叶绿素荧光参数的影响  113-117
    2.5 不同施氮水平对晚稻光合辐射特征指标的影响  117-119
  3 讨论  119-123
    3.1 春玉米-晚稻模式下施氮水平对晚稻产量的影响  119-120
    3.2 春玉米-晚稻模式下施氮水平对晚稻光合生理指标的影响  120-121
    3.3 春玉米-晚稻模式下施氮水平对晚稻光合作用参数的影响  121
    3.4 春玉米-晚稻模式下施氮水平对晚稻剑叶叶绿素荧光参数的影响  121-122
    3.5 春玉米-晚稻模式下施氮水平对晚稻群体辐射利用率的影响  122-123
  4 结论  123
  参考文献  123-125
第六章 春玉米-晚稻种植模式下土壤背景氮对土壤养分特性的影响  125-139
  引言  125-126
  1 材料与方法  126-127
    1.1 供试材料  126
    1.2 试验设计  126
    1.3 项目测定与方法  126-127
    1.4 数据统计与分析  127
  2 结果与分析  127-134
    2.1 不同土壤背景氮对土壤养分含量的影响  127-129
    2.2 土壤背景氮对晚稻不同生育时期土壤pH值和有机质的影响  129-131
    2.3 土壤背景氮对晚稻不同生育时期土壤养分供应潜力的影响  131-134
  3 讨论  134-136
    3.1 土壤背景氮供应对土壤养分含量影响  134-135
    3.2 土壤背景氮供应对土壤养分动态变化的影响  135-136
  4 结论  136-137
  参考文献  137-139
第七章 结论及创新点  139-142
  1 全文结论  139-141
    1.1 春玉米-晚稻种植模式周年生产力特征及资源利用效率研究  139
    1.2 春玉米-晚稻种植模式周年氮肥吸收、转运及利用特征研究  139
    1.3 春玉米-晚稻种植模式下耕作方式对晚稻产量及土壤养分的影响  139-140
    1.4 春玉米-晚稻种植模式下施氮对晚稻产量及辐射利用率的影响  140-141
    1.5 土壤背景供氮对春玉米-晚稻种植模式土壤理化特性的影响  141
  2 主要创新点  141-142
缩写符号列表  142-143
致谢  143-145
作者简历  145

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中图分类: > 农业科学 > 农作物 > 禾谷类作物 > 稻 > 按成熟时期早迟分 > 晚稻
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