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不同农田生态系统生产力及环境效应

作　者: 郝旺林
导　师: 梁银丽
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 生态学
关键词: 轮作体系定位试验生产效益环境效应土壤呼吸农田杂草
分类号: S181
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

依据系统的田间定位试验数据,对关中平原常见的粮食作物小麦、玉米和蔬菜作物大蒜、辣椒、茄子、芹菜组成的不同轮作体系的经济产值、土地当量比、生物产量、经济系数、速效养分、土壤酶、农田杂草、土壤呼吸特征以及环境因子的响应进行了分析。综合探讨不同轮作体系的生产效益和环境效应,选择较优的轮作组合,为关中平原地区探索、选择优化合理的农田轮作组合以及在“商品经济”背景下以提高农民收入为目的的农业结构与作物布局调整提供参考。试验结果表明:1.不同轮作体系的生产效益就经济效益和土地产出效率而言,小麦和玉米组成的粮-粮轮作体系经济效益和土地产出效率是7种轮作体系中最低的,而由大蒜和辣椒、茄子、芹菜组成的蔬菜—蔬菜体系效益和土地产出效率最佳。从生态学角度分析,大蒜和辣椒、茄子、芹菜组成的各个蔬菜—蔬菜体系生物产量较高,其次是小麦和玉米组成的粮—粮轮作体系,小麦和辣椒、茄子、芹菜组成的各个粮食—蔬菜体系生物产量较低。蔬菜—蔬菜轮作体系的有机物向人类所需品的转化率相对较高,其次是粮食—蔬菜轮作体系,小麦玉米粮-粮轮作体系转化率相对较低。大蒜茬的辣椒净光合速率、水分利用率均大于小麦茬的辣椒,这表明对于辣椒而言,大蒜茬比小麦茬更容易提高其生产能力;而小麦茬的茄子和芹菜的净光合速率、水分利用率均大于大蒜茬,这表明小麦茬对提高芹菜和茄子的光合效率比大蒜茬更有优势。在品质方面:小麦前茬更有利于提高辣椒中辣椒素的含量,小麦茬较大蒜茬更有利于提高辣椒和茄子的VC含量,大蒜茬较小麦茬更有利于辣椒和茄子蛋白质含量的提高。2.不同轮作体系的环境效应不同轮作体系的土壤有机质、有效磷含量随着作物生长有先增后减再增的变化趋势;在各轮作生长期大蒜—芹菜轮作的土壤有机质、有效磷含量相对较高,而小麦—玉米轮作的有机质、有效磷含量相对较低。不同轮作体系碱解氮含量随作物生长有增长的趋势。在轮作前期大蒜—芹菜轮作的碱解氮含量相对较高,而小麦—玉米轮作的碱解氮含量相对较低;在中后期小麦—茄子轮作的碱解氮含量相对较高,而小麦—玉米轮作的碱解氮含量相对较低。不同轮作体系速效钾含量随着作物生长有增长的趋势。大蒜—芹菜轮作的速效钾含量在轮作前期相对较高,而大蒜—辣椒轮作的速效钾含量相对较低;在中后期大蒜—芹菜轮作的速效钾含量相对较高,而小麦—玉米轮作的速效钾含量相对较低。小麦—玉米轮作体系土壤脲酶水解尿素的能力要强于其他体系,小麦—茄子轮作体系水解尿素的能力相对最弱。整个生长期内土壤蔗糖酶的活性呈现先降低后升高的趋势。小麦前茬的轮作体系土壤蔗糖酶总体高于大蒜前茬。不同轮作体系土壤过氧化氢酶活性在整个轮作期呈降低趋势。三个不同时期大蒜—茄子轮作体系土壤过氧化氢酶活性最强,小麦—辣椒轮作体系土壤过氧化氢酶活性相对最弱。在轮作前期也就是小麦和大蒜生长期杂草发生的种类和数量较多。中期各轮作体系发生的杂草种类和数量远远低于第一阶段。轮作后期各轮作体系发生的杂草种类和数量相对较少。芹菜组成的几个轮作体系的杂草发生率均高于其他几个轮作体系,大蒜组成轮作系统的杂草发生率要高于小麦组成的轮作体系。3.不同轮作体系的土壤呼吸特征、环境效应及农田碳平衡轮作体系田CO2平均排放速率表现为:大蒜—辣椒体系>大蒜—茄子体系>小麦—辣椒体系>小麦—芹菜体系>大蒜—芹菜体系>小麦—玉米体系>小麦—茄子体系。各轮作体系土壤呼吸速率在轮作期呈先减后增波浪式循环趋势。有效磷,速效钾,土壤脲酶,土壤温度,土壤水分对土壤呼吸变化的贡献较大,为主要影响因子。通过计算不同轮作体系前茬和后茬作物生长季碳平衡,几种不同轮作体系农田表现为大气碳排放的“汇”,碳“汇”的强度表现:大蒜—辣椒体系>小麦—茄子体系>小麦—芹菜体系>小麦—玉米体系>大蒜—芹菜体系>大蒜—茄子体系>小麦—芹菜体系。依据不同轮作的生产效益、环境效应以及农田碳平衡的各项指标综合评价,粮食—蔬菜轮作模式适宜引入大田生产。本研究中小麦—辣椒轮作和小麦——茄子轮作在提高生产效益和保持地力、改善农田环境方面有较高优势,种植前景较好。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章文献综述  12-25
  1.1 立题背景  12-17
    1.1.1 农田系统概况以及面临的问题  12-13
    1.1.2 研究背景  13-17
  1.2 研究目的及意义  17
  1.3 国内外研究现状  17-23
    1.3.1 农田轮作的研究  17-21
      1.3.1.1 轮作的概念  17
      1.3.1.2 轮作研究的历史  17-18
      1.3.1.3 不同作物的轮作生产研究  18
      1.3.1.4 不同种植模式的轮作  18-19
      1.3.1.5 轮作系统中作物产量和品质的研究  19
      1.3.1.6 轮作系统养分运移的研究  19-20
      1.3.1.7 轮作系统土壤理化特性的研究  20
      1.3.1.8 轮作系统的土壤微生物特性的研究  20-21
      1.3.1.9 轮作系统土壤水分特性的研究  21
      1.3.1.10 轮作系统杂草群落的演变和防治  21
    1.3.2 农田系统碳排放的研究  21-23
      1.3.2.1 农田耕作、管理措施对农田土壤呼吸的研究  21-22
      1.3.2.2 水、热等气象因子对农田土壤呼吸特征影响的研究  22-23
      1.3.2.3 农田复合系统土壤呼吸特征的研究  23
  1.4 研究内容与实验设计  23-25
    1.4.1 研究内容  23-24
      1.4.1.1 不同农田生态系统生产力综合评估  23
      1.4.1.2 不同农田生态系统的土壤理化环境效应  23
      1.4.1.3 不同农田生态系统的杂草特征分析  23-24
      1.4.1.4 不同农田系统碳平衡研究  24
    1.4.2 试验区概况  24
    1.4.3 试验设计  24
    1.4.4 田间管理  24-25
第二章不同农田轮作体系的生产效益  25-32
  2.1 测定指标与方法  25
    2.1.1 经济产量  25
    2.1.2 生物学产量  25
    2.1.3 光合作用的测定  25
    2.1.4 果菜品质的测定  25
  2.2 数据分析  25-26
    2.2.1 产值及效益分析  25
    2.2.2 经济系数测算  25-26
  2.3 结果与分析  26-30
    2.3.1 不同轮作体系经济产量及效益  26-27
    2.3.2 各轮作体系的生物学产量  27-28
    2.3.3 各轮作体系的经济系数  28
    2.3.4 不同前茬处理下蔬菜的光合作用  28-29
    2.3.5 不同前茬处理下蔬菜的光合作用  29-30
  2.4. 小结与讨论  30-32
    2.4.1 小结  30-31
    2.4.2 讨论  31-32
第三章不同农田轮作系统的环境效应  32-42
  3.1 测定指标和方法  32
    3.1.1 土壤速效养分的测定  32
    3.1.2 土壤酶测定  32
    3.1.3 农田非目标植物的测定  32
  3.2 数据分析  32
  3.3 结果分析  32-39
    3.3.1 不同轮作体系的土壤速效养分  32-35
    3.3.2 不同轮作体系土壤酶活性  35-36
    3.3.3 不同轮作体系农田非目标植物  36-39
  3.4 小结与讨论  39-42
    3.4.1 小结  39-41
    3.4.2 讨论  41-42
第四章不同农田轮作系统的土壤呼吸特征及影响因子分析  42-49
  4.1 测定指标和方法  42
    4.1.1 土壤呼吸测定  42
    4.1.2 环境因子的测定  42
  4.2 数据分析  42-43
    4.2.1 土壤呼吸各影响因子通径分析  42
    4.2.2 温度敏感系数Q_(10) 计算  42
    4.2.3 碳平衡计算  42-43
  4.3 结果分析  43-47
    4.3.1 不同农田轮作体系土壤呼吸速率的变化特征  43
    4.3.2 土壤呼吸速率与土壤温度的关系  43-45
    4.3.3 土壤呼吸速率与土壤水分的关系  45
    4.3.4 不同轮作体系土壤呼吸速率各影响因子贡献率分析  45-46
    4.3.5 不同轮作体系农田田碳平衡  46-47
  4.4 小结与讨论  47-49
    4.4.1 讨论  47-48
    4.4.2 小结  48-49
第五章结论与展望  49-52
  5.1 结论  49-51
  5.2 进展  51
  5.3 展望  51-52
参考文献  52-59
致谢  59-60
个人简介  60

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