不同覆盖和秸秆还田方式对旱作小麦土壤温度的影响

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土壤温度是影响小麦生长发育和产量形成的重要因素。区域温度很难人工控制,但通过覆盖、秸秆还田等方式可以改变农田微生境的地温,从而影响作物生长。本试验在黄土高原典型雨养农业区以冬、春小麦为研究对象,系统研究了不同覆盖方式及不同秸秆还田方式对农田土壤温度、旗叶温度、产量及产量要素、土壤呼吸及旗叶气孔导度的影响。以期为当地小麦覆盖和秸秆还田栽培技术的改进和研发提供土壤温度变化方面的依据。主要研究结果如下:1.不同覆盖方式对土壤温度的影响覆盖对冬、春小麦农田土壤具有增温和降温的双重效应。对冬小麦来说,覆盖在播种期~返青期具有增温效应,在拔节期~完熟期具有降温效应,增温效应覆膜普遍大于秸秆覆盖,降温效应秸秆覆盖普遍大于覆膜;增温效应以残膜二茬利用最大,全生育期0~25cm土体均温较对照高0.24℃;降温效应以小麦碎秆覆盖最大,全生育期0~25cm土体均温度较对照低0.68℃。对春小麦来说,秸秆覆盖总体为降温效应,且降温效应小麦碎秆覆盖大于小麦整秆覆盖,但在拔节期和蜡熟期表现出增温效应;覆膜总体为增温效应,但在苗期、开花期~蜡熟期有降温效应,以麦秸还田+夏季覆膜处理增温效应最大,较对照高0.57℃。在一天中不同时段覆盖对地温影响也不同。覆盖在早晨对冬小麦为增温效应,0~25cm土体地温较对照高0.36℃,中午和傍晚则为降温效应,分别较对照低0.61和0.63℃。覆盖在早晨对春小麦表现为增温效应,中午和傍晚为降温效应。从全生育期来看,覆盖对冬小麦和春小麦生育期地温波动幅度的影响不同。覆盖可以平抑冬小麦全生育期0~25cm土体均温的变化,平抑效果以夏季覆膜处理最佳,变异系数(CV)较对照低6.25%。覆盖可以加剧春小麦生育期0~20cm土体均温的变化,加剧幅度以麦秆碎段覆盖处理最大,变异系数(CV)较对照高4.93%。地膜和秸秆覆盖具有增温和降温双重效应的主要原因是:气温下降期和气温很低的时期覆盖通过减少热量散失保持温度呈现出增温效果,气温上升期及高温期覆盖通过阻止热量进入土体表现出降温效果。2.不同秸秆还田方式对土壤温度的影响秸秆还田处理对冬、春小麦的土壤温度总体表现为增温效应。对冬小麦0~25cm土体的增温效应小麦秸秆还田大于玉米秸秆还田,对春小麦0~20cm土体则相反。秸秆还田处理冬小麦全生育期0~25cm土体均温较对照高0.41℃,且以小麦秸秆还田+覆膜+镇压处理为最高,平均较对照高0.52℃;春小麦秸秆还田处理全生育期0~20cm土体均温较对照高0.31℃,以玉米秸秆还田+覆膜+镇压处理为最高,平均较对照高0.75℃。秸秆还田在不同时段对地温影响不同。秸秆还田处理对冬小麦0~25cm土体均温在早晨、中午、傍晚均表现为增温效应,增温效果傍晚>早晨>中午,依次较对照高0.76、0.44和0.30℃。秸秆还田处理对春小麦0~20cm土体均温在早晨略有降温效应,而中午和傍晚为增温效应,增温效果中午>傍晚。秸秆还田+覆膜+镇压处理对冬、春小麦地温波动有平抑效应,而秸秆还田+不覆膜处理则表现为加剧效应。对冬、春地温波动的平抑效果均以玉米秸秆还田+覆膜+镇压处理最明显,变异系数(CV)分别较对照低4.33%和1.01%;加剧效应冬小麦以玉米秸秆还田+不覆膜+不镇压处理最明显,变异系数(CV)较对照高0.49%,春小麦以玉米秸秆还田+不覆膜+镇压处理最明显,变异系数(CV)较对照高1.16%。3.不同覆盖方式对土壤呼吸的影响覆盖处理对冬、春小麦田的土壤CO2排放分别具有抑制效应和促进效应,抑制效应秸秆覆盖大于地膜覆盖,促进效应地膜覆盖大于秸秆覆盖。冬小麦抑制效应以麦秆整秆覆盖处理最明显,较对照低5.2%,春小麦促进效应以夏季覆膜处理最明显,较对照高8.3%。覆盖处理提高了冬、春小麦土壤呼吸速率。冬小麦以麦秸还田+夏覆膜处理提高幅度最大,较对照高200.6%;春小麦以秋季覆膜处理提高幅度最大,较对照高134.4%。覆盖处理冬小麦0~25cm土体均温与土壤CO2排放量及土壤呼吸速率一般呈不显著负相关;而春小麦0~20cm土体均温与土壤呼吸速率呈显著负相关(-0.382*),与土壤CO2排放量呈不显著负相关(-0.096)。4.不同秸秆还田对土壤呼吸的影响秸秆还田处理促进了冬、春小麦田的土壤CO2排放,并提高土壤呼吸速率,均以玉米秸秆还田+覆膜+镇压处理为最高,土壤CO2排放量分别较对照高8.4%和9.2%,土壤呼吸速率分别较对照高222.2%、125.4%。秸秆还田处理冬、春小麦耕作层(冬小麦0~25cm土层、春小麦0~20cm土层)土壤均温与土壤呼吸速率及土壤CO2排放量均呈不显著负相关。5.不同覆盖方式对旗叶生理指标的影响覆盖处理多降低了冬、春小麦旗叶温度,冬小麦以残膜二茬利用处理的降低幅度最大,较对照低1.51℃,春小麦以小麦碎秆覆盖处理的降低幅度最大,较对照低0.67℃。覆膜处理总体降低了冬小麦的旗叶气孔导度,以夏覆膜处理的降低幅度最大,较对照低73.4%;秸秆覆盖总体提高了冬小麦的旗叶气孔导度,以小麦碎秆覆盖处理的提高幅度最大,较对照高33.7%。覆盖处理(除春季覆膜)总体提高了春小麦的旗叶气孔导度,以小麦整秆覆盖处理(S5)的提高幅度最大,较对照高45.0%。覆盖处理冬、春小麦耕作层(冬小麦0~25cm土层、春小麦0~20cm土层)土壤均温与旗叶温度均呈极显著正相关(0.879**,0.769**)。6.不同秸秆还田方式对旗叶生理指标的影响秸秆还田处理普遍降低了冬小麦旗叶温度,降温幅度以玉米秸秆还田+覆膜+镇压处理最大,较对照低2.02℃。玉米秸秆还田和小麦秸秆还田处理对春小麦旗叶温度分别表现为提高和降低作用,以玉米秸秆还田+不覆膜+镇压处理的提高幅度最大,较对照高0.61℃,以麦秸还田+覆膜+镇压处理降低幅度最大,较对照低0.62℃。秸秆还田处理降低了冬、春小麦旗叶气孔导度,冬小麦降低幅度以小麦秸秆还田+覆膜+镇压处理最大,较对照低56.9%,春小麦降低幅度以玉米秸秆还田+不覆膜+镇压处理最大,较对照低46.0%。秸秆还田冬、春小麦耕作层(冬小麦0~25cm土层、春小麦0~20cm土层)土壤均温与旗叶温度均呈极显著正相关(0.959**,0.918**)。覆盖和秸秆还田对农田微生境的改变,特别是对地温的改变,直接影响土壤呼吸和CO2排放,也影响气孔导度等生理指标,进而影响生长发育及产量形成;秸秆覆盖在春季有降低地温、不利小麦春季生长的负面影响,但在其它生长时期的增温或降温效应,对小麦生长发育多有正面作用。
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