种植模式和覆盖方式对土壤水分和玉米生长指标的影响及效益分析

目前农田水土流失、缺水干旱和生态环境退化已经成为制约世界农业可持续发展的主要原因。同时由于自然灾害以及人类耕作方式的不当对农田生态环境产生的危害也正日益加剧。其中保护性耕作是以减轻水土流失和保护土壤为目标,不仅可以强化土壤有机质积累、调节土壤水热,而且还能改善土壤肥力,提高根系活力。同时间作不仅可以充分利用光、温、水等养分资源,从而提高资源和土地的利用率,还可以有效防治病虫害,降低农业生产中对化肥农药的依赖,进而再降低生产成本和减轻环境污染,尤其是豆科作物与禾本科作物的间套作效应十分明显,作物间可以相互促进、共生。本研究将免耕秸秆覆盖、地膜覆盖技术集成到玉米间作大豆模式中,以期实现资源减投和循环利用,并充分利用种间互作效应提高自然资源利用效率。研究为建立适用于东北干旱雨养地区光热资源、水资源高效利用特征的覆盖种植模式提供理论依据。采用小区试验并结合3种覆盖方式(秸秆覆盖、地膜覆盖和传统耕作)和2种种植模式(玉米单作、玉米间作大豆)研究其对土壤水热调控效应、玉米生长指标、光合特性、干物质累积、品质和产量的影响以及综合效益模式评价。结果显示:(1)对于同一种植模式来说,秸秆覆盖可以显著提高土壤根区贮水量,地膜覆盖对土壤增温效果最显著,而同一覆盖方式下土壤水分和温度受间作影响不明显。玉米产量明显受到覆盖和间作模式的影响,覆盖和间作可增加玉米产量,其中单作模式下,DM处理下玉米的产量比JM和CM分别提高19.34%、11.39%;间作模式下,DI处理下玉米的产量比JI和CI分别提高19.71%、13.74%。(2)同一种植模式下出苗率、株高、茎粗和叶面积受覆盖方式和种植模式的影响规律相似,表现为地膜覆盖>秸秆覆盖>传统耕作,同一覆盖方式下出苗率表现为间作大于单作。(3)在玉米的拔节期,对于同一种种植模式来说,叶片光合速率、气孔导度和蒸腾速率规律相似,均表现为地膜覆盖处理的最高,传统耕作最低,对于同一种覆盖方式来说,间作大于单作。叶片水分利用率随覆盖方式和种植模式不同而变化。对于同一种种植模式来说,JM和DM的日平均叶片水分利用率比CM分别高12.03%、16.63%,JI和DI的日平均叶片水分利用率比CI分别高11.37%、15.90%;对于同一种覆盖方式来说,JI的日平均叶片水分利用率比JM高1.36%,DI的日平均叶片水分利用率比DM高1.32%,CM的日平均叶片水分利用率比CI高1.96%。(4)玉米粗蛋白和粗淀粉含量的大小顺序都为DI>DM>JM>JI>CI>CM,玉米粗灰分含量的大小顺序为CM>CI>JM>JI>DM>DI,玉米水分含量的大小顺序为CM>CI>DM>JM>JI>DI。从玉米的玉米产量来看,DI的玉米产量较JI和CI处理分别提高了7.1%、19.3%,DM的玉米产量较JM和CM处理分别提高了5.2%、19.7%。(5)CM、CI、JM、JI、DM、DI各处理的综合适用性指数由小到大依次为:0.141、0.275、0.393、0.610、0.648、0.825,表明覆盖和间作都能使其综合适用性指数提高,而地膜覆盖条件下玉米间作大豆(DI)的值最大,因此其为最优的种植效益模式。