本文關鍵詞：覆膜滴灌對大棚作物根區(qū)土壤微環(huán)境及作物生長的影響

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【摘要】：“土壤—根系—微生物及酶”根區(qū)土壤微環(huán)境是一個復雜的系統(tǒng),各因素相互作用共同決定了土壤與地面植株之間的物質交換和能量流動,最終影響作物的生長發(fā)育與產量。在一定的肥力、氣候、土壤基質條件下,特別是在干旱、半干旱缺水地區(qū)的大棚作物種植中,灌溉方式對土壤根區(qū)微環(huán)境變化具有不可忽視的影響,因此,研究不同覆膜滴灌模式條件下土壤微環(huán)境的變化過程,可揭示根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”的作用機理,為大棚作物合理配置灌溉技術與管理模式提供理論基礎。本研究以大棚甜瓜和番茄根區(qū)土壤為對象,設置了不同的覆膜滴灌布設方式(覆膜方式、滴灌毛管密度、灌水下限)和滴灌供水方式(地上滴灌、地下滴灌、交替滴灌)等控制措施,應用高通量測序技術和傳統(tǒng)微生物培養(yǎng)相結合的方法,研究了根區(qū)土壤微生物、細菌群落結構,以及根區(qū)土壤微生物、土壤酶、作物根系三者交互作用對根區(qū)土壤水熱環(huán)境變化的響應,分析了根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”動態(tài)變化對土壤氮、磷等養(yǎng)分活化和吸收、作物生長、光合產物分配、產量和品質、土壤溫室氣體排放等的影響,探討了大棚覆膜滴灌影響作物產量和品質的土壤內在機理,主要取得以下結論:(1)半膜覆蓋可以提高土壤養(yǎng)分活性,促進作物生長,提高產量。半膜覆蓋顯著促進作物全生育期內根區(qū)土壤細菌、放線菌增長,保持較高根系活力,顯著提高土壤酶活性,地上植株鮮質量和干質量分別比無膜覆蓋顯著提高12.45%和7.57%,根鮮質量分別比無膜和全膜覆蓋顯著高22.77%和10.83%,根冠比分別比無膜和全膜覆蓋顯著提高14.36%和16.92%。半膜覆蓋有利于光合產物向果實分配,植株重比分別比無膜和全膜覆蓋降低11.03%和8.34%,果實重比分別比無膜和全膜覆蓋提高4.79%和3.31%,氮肥偏生產力比無膜和全膜覆蓋顯著提高22.64%和7.4%,甜瓜產量分別比無膜和全膜覆蓋高29.26%和7.99%。(2)灌水量下限顯著影響光合產物分配。60%F(Field capacity,F)根區(qū)土壤處在一定的干旱脅迫下,使光合產物更有利于向根系和植株分配,根重比分別比70%F和80%F顯著增加13.74%和9.5%,植株重比比70%F顯著增加13.92%,果實重比比70%F顯著減少5.18%,氮肥偏生產力分別比70%F和80%F顯著降低18.42%和16.45%;80%F根區(qū)土壤較高的土壤含水率使光合產物更多向植株分配,80%F植株重比比70%F顯著增加13.12%;70%F根區(qū)土壤適中的土壤含水率,促進土壤養(yǎng)分活化利用,土壤全氮和有機質消耗比80%F顯著增加151.8%和9.7%,使光合產物更多分配到果實,果實重比比80%F顯著增加4.96%,甜瓜產量分別比60%和80%F顯著高22.58%和2.42%。(3)毛管密度過大限制產量提升。3管4行毛管布設顯著提高了甜瓜生育期根區(qū)土壤脲酶活性,促進根系生長,根冠比分別比1管2行和1管1行高17.75%和48.72%,光合產物更多向果實分配,果實重比比1管1行顯著增加14.20%,甜瓜產量分別比1管2行和1管1行高3.37%和8.56%;1管2行毛管布設的開花坐果期根區(qū)土壤脲酶活性比3管4行顯著高17.14%,果實膨大期和成熟期的根區(qū)土壤磷酸酶比3管4行分別高31.99%和15.06%,根冠比僅次于3管4行,也促進了光合產物向果實分配,果實重比比1管1行顯著增加12.29%,甜瓜產量和氮肥偏生產力與3管4行無顯著差異;1管1行毛管布設的根面積和根體積顯著低于3管4行,根系活力劣于1管2行,甜瓜產量和氮肥偏生產力最低。(4)適宜灌水下限的交替滴灌促進根系生長,優(yōu)化土壤細菌群落結構、促進土壤養(yǎng)分吸收,顯著提高產量。60%f交替滴灌的根長、根面積和根分叉數分別為地面滴灌的1.41、1.33和2.26倍,根系活力顯著提高45.81%;70%f交替滴灌根長、根面積和根分叉數分別為地面滴灌的1.27、1.29和2.86倍,根系活力顯著提高48.60%。根系活力、根分叉數的提高顯著增加了氮磷代謝等相關細菌豐度,優(yōu)化了土壤細菌群落組成,促進土壤氮磷等養(yǎng)分活化和吸收,60%f、70%f交替滴灌的土壤速效氮分別是地面滴灌的2.19、1.91倍,土壤速效磷分別是地面滴灌的1.65、2.91倍,番茄根系全氮含量分別是地面滴灌的1.07、1.14倍,根系全磷含量分別是地面滴灌1.94、1.59倍,莖中全氮含量分別是地面滴灌的1.21、1.12倍,莖中全磷含量分別是地面滴灌的1.75、2.84倍,番茄單株產量分別比地面滴灌高12.77%、24.23%。(5)適中毛管埋深的地下滴灌改善土壤孔隙度,促進根系生長,提高土壤氮磷代謝、干物質累積和產量。毛管埋深20cm地下滴灌0-40cm土層內土壤孔隙度顯著增加,毛管埋深30cm的0-10cm土壤孔隙度顯著增加。土壤結構的改善,促進了作物根系生長,毛管埋深20cm的根長、根面積比地面滴灌顯著高43.21%、20.82%,根分叉數為地面滴灌的2.76倍;毛管埋深30cm的根長比地面滴灌顯著高46.10%,根分叉數為地面滴灌的2.22倍。根系生長提高土壤養(yǎng)分吸收利用,毛管埋深20cm、30cm的土壤速效氮分別是地面滴灌的2.28、1.54倍,土壤速效磷分別是地面滴灌的1.49、1.38倍,番茄根系全氮含量分別是地面滴灌的1.18、1.19倍,根系全磷含量分別是地面滴灌的1.47、1.20倍,莖中全氮含量分別是地面的1.11、1.03倍,莖中全磷含量分別是地面滴灌的1.66、1.07倍。土壤養(yǎng)分吸收的增加最終影響植株干物質累積、光合產物分配和產量提高,毛管埋深20cm的番茄莖干重、產量比地面滴灌顯著高11.13%、22.35%。毛管埋深30cm的番茄干物質量、莖干重、葉干重、產量分別比地面滴灌顯著高50.73%、92.67%、57.54%和19.53%。(6)適宜覆膜滴灌提高水分利用效率和改善果實品質。全膜和半膜覆蓋處理的水分利用效率(iwue)分別比無膜高57.21%和56.41%,3管4行處理的iwue分別比1管1行和1管2行高3.54%和0.80%;半膜覆蓋處理的甜瓜糖酸比分別為全膜和無膜覆蓋的1.72和1.74倍,80%F處理的甜瓜糖酸比分別為60%F和70%F的1.61和2.08倍,1管2行處理的甜瓜糖酸比分別為1管1行和3管4行的1.57和1.5倍。70%F交替滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著提高17.05%,番茄果實有機酸顯著降低43.75%、糖酸比為其1.97倍。60%F交替滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著提高19.54%,番茄果實可溶性糖、可溶性固形物、可溶性蛋白、番茄紅素、糖酸比分別是地面滴灌的2.06、1.26、1.61、1.4、3.2倍。毛管埋深20 cm地下滴灌水分利用效率比地面滴灌顯著高35.91%,番茄果實可溶性固形物、可溶性蛋白、維生素C、番茄紅素含量及糖酸比分別顯著提高10.86%、32.34%、35.66%、33.97%、53.01%。不同的覆膜方式、毛管布設密度、灌水量下限、滴灌供水方式(常規(guī)地面滴灌、地下滴灌、交替滴灌)顯著改變了根區(qū)“土壤—根系—微生物及酶”,進而顯著影響了作物生長。綜合考慮土壤水分利用效率、土壤養(yǎng)分有效性、作物植株生長、果實產量及品質等因素,大棚種植覆膜滴灌設置中,半膜覆蓋、1管2行毛管密度布設為適宜的布設方式,滴灌供水方式為常規(guī)地面滴灌,灌水下限采用苗期70%F、其他生育階段80%F。交替滴灌顯著促進根系生長,灌水下限60%F顯著增加干物質累積、提高產量、改善果實品質,是可供選擇的適宜灌水下限。毛管埋深20 cm、灌水下限60%F地下滴灌提高產量、改善品質,顯著提高水分利用效率,也值得推薦。
【學位授予單位】：西北農林科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：S275.6
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本文編號：1267375