耕作方式对玉米生长及田间土壤水分运移的影响及其模拟

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土壤耕作对作物生长有着直接影响,是改善土壤质量、提高玉米产量的一种有效方法。为了筛选出适合东北雨养区的耕作方式,本研究以耐密品种良玉99玉米为试验材料,开展了2020-2021年两年的田间试验,设置翻耕(PT)、免耕(NT)、旋耕(RT)和深松(ST)四种耕作方式,分析不同耕作方式对土壤容重、土壤孔隙度、玉米叶面积指数、玉米干物质积累量、玉米根系生长及产量等的影响,综合评价不同耕作方式对玉米增产的影响;并且在田间试验的基础上利用HYDRUS-2D软件建立不同耕作方式下的土壤水分运动模型,模拟分析了不同耕作方式下土壤水分的变化规律。主要结论如下:(1)ST处理可以有效改善土壤结构,较PT、RT和NT处理能够更好的减小土壤容重,增大土壤孔隙度。不同耕作方式下玉米叶面积指数变化规律呈现先增加后降低的趋势,在玉米全生育期中ST处理的叶面积指数显著高于其他处理;玉米地上部干物质积累量随着玉米的生长呈现逐渐增加的趋势,在玉米成熟期达到最大值;玉米根系干物质积累量和根表面积、根长、根体积、根粗皆呈现出先增大后减小的趋势,在玉米的抽穗灌浆期达到最大值;从玉米的整个生育期来看,两年的玉米干物质积累量和根系指标的趋势皆表现为:ST>PT>RT>NT。(2)ST处理较其他处理能够增加玉米的产量和水分利用效率。2020年ST处理的产量较PT、RT和NT处理分别高出666kg·hm-2、1322kg·hm-2和1752kg·hm-2,2021年ST处理的产量较PT、RT和NT处理分别高出701kg·hm-2、1144kg·hm-2和1574kg·hm-2;2020和2021年ST处理的水分利用效率比其他处理高3.68%-11.88%和2.87%-9.11%。(3)根据HYDRUS-2D模型输出的结果可以看出:土壤剖面含水量的值随着降雨入渗和土壤水分蒸发而进行上下波动,且波动幅度随着土层的加深而减弱,不同处理下的土壤含水率表现为:ST>RT>NT;不同处理之间的蒸发蒸腾规律相同,棵间蒸发均表现出逐渐下降的趋势,植株蒸腾均表现出先增大后减小的趋势,ST处理的蒸腾速率和蒸发速率要大于RT和NT处理。(4)ST处理较RT和NT处理更能促进降雨入渗,降雨入渗补给土壤的水量随着土层的增加逐渐减小;ST处理的深层渗漏量和地下水补给量都要大于RT和NT处理。田间深层渗漏量随着田间降雨的增加而逐渐增大,地下水补给量随着田间降雨的增加而逐渐减小。综上所述,深松处理较其他处理能够更好的改善土壤质量,降低土壤容重,增大土壤孔隙度,促进降雨入渗,从而使得玉米的根系能够更多地向深一层土层发展,促进玉米根系发育,从而能够吸取土壤中更多的养分和水分,增大玉米地上和地下部干物质积累量,进而增大玉米产量。因此深松处理是最适合本研究区的耕作方式。
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