亞熱帶紅壤-作物系統(tǒng)對季節(jié)性干旱的響應(yīng)與調(diào)控.pdf

1、干旱是造成農(nóng)業(yè)損失最嚴重的自然災(zāi)害之一，即使在濕潤多雨的亞熱帶紅壤區(qū)也頻發(fā)季節(jié)性干旱。人們對季節(jié)性干旱的發(fā)生機制及其調(diào)控進行了深入研究和實踐，然而，多是單一研究土壤或作物對季節(jié)性干旱響應(yīng)，缺乏對土壤-作物系統(tǒng)對季節(jié)性干旱響應(yīng)及緩解季節(jié)性干旱對策的系統(tǒng)探討。本研究在充分認識亞熱帶紅壤區(qū)季節(jié)性干旱時空特征的基礎(chǔ)上，通過設(shè)置不同的作物種植時期、耕作措施，探索從時間和空間上減緩季節(jié)性干旱的途徑。通過設(shè)置不同的施肥措施和秸稈覆蓋等水保措施，分析土

2、壤水分、作物生長及根系分布、土壤結(jié)構(gòu)變化與季節(jié)性干旱的關(guān)系;從土壤、作物、施肥、田間管理多方面探討對土壤-作物系統(tǒng)對季節(jié)性干旱的響應(yīng)及季節(jié)性干旱的發(fā)生機制，得到如下主要結(jié)論:
　　1.亞熱帶紅壤區(qū)季節(jié)性干旱具有鮮明的時空特征。該區(qū)每年7～10月蒸發(fā)量大于降雨量，7～8月份蒸發(fā)量是降雨量的2.1倍，兩者相差達265.8mm，此時段最易發(fā)生干旱。林地、草地、裸地和農(nóng)田四種土地利用方式中，農(nóng)田7～8月份處于作物需水旺盛期，且根系多分布在

3、0-30cm土層。因此，每年7～8月農(nóng)田0-30cm土層易發(fā)生季節(jié)性干旱，且連續(xù)干旱超過12天不利于玉米生長，玉米生長前期遇旱減產(chǎn)風(fēng)險大于后期遇旱。調(diào)整播期或促進根系下扎可能會減少季節(jié)性干旱危害。
　　2.錯開作物需水旺盛期或關(guān)鍵期與季節(jié)性干旱易發(fā)時段將有利于避旱。連續(xù)兩年從5月中旬開始每15天播種一期玉米，每年播種五期。以正常播期6月中旬為參照，播期前移，玉米產(chǎn)量無顯著變化;播期后移，玉米籽粒產(chǎn)量顯著下降，減產(chǎn)達23.3％-52

4、.6％;不同播期間莖葉干重差異不顯著。不同播期玉米成熟期的根系90％以上均分布在0-30cm土層，且無明顯分層，根質(zhì)量密度也無顯著差異。播期前移可能會避開作物后期遇旱，但是改變播期并沒有改善根系分布，也沒有明顯的避旱效果，播期后移作物反而減產(chǎn)。通過調(diào)整播期來減緩季節(jié)性干旱的效果不佳。
　　3.相對于常規(guī)耕作，短期的深耕、免耕和壓實均改善0-40cm土層水分狀況，提高田間持水量3％-5％和有效水含量22％-50％，且主要影響0-20

5、cm土層。與常規(guī)耕作相比，短期的深耕提高玉米籽粒產(chǎn)量25.8％，15cm×40cm土體玉米總根質(zhì)量密度21％;短期的免耕和壓實則分別減產(chǎn)16.7％和21.6％，分別降低玉米總根質(zhì)量密度21％和50.5％;短期的深耕降低了0-10cm表層玉米根系比例約10％，提高30-40cm深度根系比例43％;短期的免耕和壓實分別提高10.5％和6.2％，降低30-40cm深度根系比例10.5％和54.5％。該區(qū)季節(jié)性干旱多發(fā)于0-30cm土層，下層土

6、壤含水量充足，僅提高表層土壤有效水對緩解季節(jié)性干旱作用有限;而短期的深耕促進根系下扎，吸收深層水分。針對時空特征鮮明的亞熱帶紅壤季節(jié)性干旱，短期深耕緩解紅壤干旱效果優(yōu)于其它耕作措施。
　　4.與長期免耕不施肥相比(CK)，長期免耕施用化肥(NPK)、有機肥(雞糞，OM)和化肥配合秸稈覆蓋還田(NPK+S)顯著提高土壤有機質(zhì)含量和土壤氮磷鉀含量;輕微提高（小于7％）0-40cm土層田間持水量、有效含水量和吸水速率，且主要影響0-20

7、cm土層;NPK和OM分別降低地表非飽和導(dǎo)水率50.7％和67.7％，NPK+S則提高128.0％;NPK、OM和NPK+S分別降低表層土壤第一階段蒸發(fā)失水速率23.7％、36.8％和50.0％，分別提高夏玉米葉面積37.6％、45.1％和46.9％和根質(zhì)量密度47.7％、133.0％和103.4％。玉米各生育期根干重、根深度、深層根系分布比例從高到低依次是NPK+S＞OM＞NPK＞ CK，且根系90％均分布在20 cm以上土層。與CK

8、相比，三種施肥均提高玉米產(chǎn)量和水分利用率3-4倍，但是在發(fā)生持續(xù)干旱時，均增大玉米CWSI1.1-5.2倍。長期免耕施肥雖然促進了根系生長，但是大量根系分布在20cm表層土壤，加之施肥顯著增大葉面積，導(dǎo)致在發(fā)生持續(xù)干旱時，表層土壤失水快，作物CWSI高，加劇表層土壤干旱和作物水分脅迫。
　　5.亞熱帶紅壤區(qū)前期水蝕后期干旱。本研究通過在作物間設(shè)置無水保措施的作物對照(CK)和百喜草帶(B)、秸稈覆蓋(SM)、聚丙烯酰胺表施（PAM

9、）、稻草覆蓋+PAM(SPAM)、百喜草帶+PAM(BPAM)5種水保措施，研究雨蝕地表結(jié)構(gòu)變化對旱季性干旱的響應(yīng)，結(jié)果表明，夏玉米生育期0-30cm土壤儲水量CK與B、PAM和BPAM措施差異在5％以內(nèi)，與SM和SPAM措施差異為7.4％和8.2％。與5種水保措施不同，降雨后作物對照(CK)顯著(p＜0.05)降低0-20cm土壤的WSA0.25和0-30mm土層孔隙率及平均孔徑，顯著(p＜0.01)增加結(jié)皮覆蓋率。CK措施下土壤的W

10、SA0.25是5種水保措施土壤WSA0.25含量的63％-88％，土壤孔隙率是5種水保措施的79％-97％。我們用干旱強度I和干旱程度D量化土壤失水速率和土壤干旱狀況。相關(guān)分析表明，干旱強度I與結(jié)皮大小、結(jié)皮覆蓋率顯著正相關(guān)，與WSA0.25顯著負相關(guān)。干旱程度D與結(jié)皮覆蓋率顯著正相關(guān)，與WSA0.25和0-15mm孔隙率顯著負相關(guān)，且土壤0-15mm孔隙率對I和D的影響最大。CK措施連續(xù)干旱20天的平均I值和最后D值分別是5種水保措施

11、1.2-2.5倍和1.1-1.4倍。水蝕改變地表結(jié)構(gòu)，雖然對土壤儲水量影響很小，但是顯著提高了表層土壤失水速率和干旱程度。雨蝕改變地表結(jié)構(gòu)提高地表失水速率是季節(jié)性干旱形成的原因之一。
　　6.秸稈覆蓋作為一種水保措施被廣泛運用。本試驗通過設(shè)置三個秸稈覆蓋和施氮水平研究土壤-作物系統(tǒng)對土壤水熱狀況的響應(yīng)，結(jié)果表明，秸稈覆蓋輕微提高0-30cm土壤含水量（小于5％），對土壤0-5cm土層最大降溫3.3℃-6℃，最大增溫0.7℃-2.5

12、℃，其降溫效果大于增溫效果。施氮提高玉米產(chǎn)量，施氮加覆蓋增產(chǎn)更多。不施氮時高覆蓋量玉米籽粒產(chǎn)量顯著降低，不施氮時覆蓋10000kg/hm2玉米籽粒減產(chǎn)達21％。覆蓋總體降低土壤NO3--N含量，提高NH4+-N含量;施氮總體提高土壤NO3--N含量，降低NH4+-N含量。覆蓋和施氮總體分別提高玉米吸氮量超過16.9％和23.6％。覆蓋時增施氮肥，氮素生產(chǎn)率提高。低氮水平下覆蓋降低氮素生產(chǎn)率，高氮水平下覆蓋提高氮素生產(chǎn)率。秸稈覆蓋的作用受

13、氮水平限制，覆蓋和施氮相互彌補，既有利于改善田間水熱狀況，又有利于提高作物產(chǎn)量和水分利用率。
　　7.在闡明亞熱帶紅壤區(qū)季節(jié)性干旱時空特征的基礎(chǔ)上，通過不同播期、耕作、施肥和水保措施，對季節(jié)性干旱發(fā)生的原因及對策進行了探討，結(jié)果表明:亞熱帶紅壤農(nóng)田根系分布和地表失水是該區(qū)季節(jié)性干旱發(fā)生的兩個原因。為促進根系下扎和減少地表失水，我們建議每年夏季作物盡量深松耕、早播種、早施肥，耕作深度最好超過30cm，避免6月中旬以后播種，同時有機肥