密度和施氮对河西灌区青贮玉米/拉巴豆间作体系饲草产量、品质和水分利用的影响

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论文字数:44525 论文编号:sb2022032315182245494 日期:2022-04-02 来源:硕博论文网
本文是一篇农业论文,本文分析了种植模式、种植密度和施氮水平对饲草作物农艺性状、产量、品质和水分利用的影响。

第一章  前言

1.1  研究背景与意义
河西灌区地广人稀,光照充足,有利于作物的生长发育,但其深居大陆腹地,降水较少且蒸发强烈,植被覆盖率较低(杨君林等,2016)。水资源的不足和降水分配不均严重限制了作物的生产力,并导致作物水分利用效率降低。此外,广大农户为了追求产量,不断加强对化肥等肥料的依赖,2019 年我国化肥施用量达 5404 万吨,化肥施用强度(326 kg hm-2)远超国际安全施用水平(225 kg hm-2)(张福锁,2021)。不合理的施氮不利于保持土壤肥力和提高作物产量,还会造成土壤环境恶化、温室气体排放增加、水体富营养化加剧等生态问题,这严重制约农业生产和生态环境的可持续发展(聂英,2015;郭新荣,2005;王国伟等,2019)。因此,合理施肥对河西灌区绿色农业发展具有重要意义。
近年来,农作物播种面积逐渐减少,水稻(Oryza sativa L.)、小麦(Triticum aestivum L.)和玉米(Zea mays L.)种植面积急剧下降,粮食安全问题面临巨大挑战(胡延斌等,2021)。玉米是我国主要作物之一,种植面积大产量高,其健康发展对我国粮食安全和市场稳定有着重要作用(南纪琴等,2010;Lobell et al.,2014),2021 年中央 1 号文件指出要“发展青贮玉米等优质饲草饲料”。但青贮玉米粗蛋白含量较低,将青贮玉米与豆科作物间作,有利于改善青贮饲料营养品质(李洪影等,2011)。青贮玉米与豆科饲草混作还可以合理利用地上地下资源,提高作物产量(郭郁频等,2015),同时二者间作能实现水肥互补,提高水分利用效率(张海星等,2020)。所以,合理的种植方式是促进河西灌区青贮玉米高产、优质、高效生产的关键。
除种植方式外,种植密度和施肥也是影响玉米产量、品质和水分利用效率的主要因素之一。有研究表明,密度过低会导致资源利用不充分(王楷等,2012),而增加种植密度会提高玉米干物质量、籽粒产量和水分利用效率(张吉旺等,2005;王佳等,2021)。但是,种植密度过高会加剧玉米单株对光热水肥等资源的争夺,导致玉米植株茎秆细弱、抗倒伏能力降低(刘战东等,2010),并使籽粒容重和百粒重下降,进而导致减产(丰光等,2011)。
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1.2  国内外研究进展
1.2.1  禾/豆间作对饲草作物产量、品质和水分利用的影响
禾/豆间作是指禾本科与豆科作物种植在同一块土地上,从而最大限度的利用资源,提高作物的总体产量(王晓维等,2014)。一些研究表明,青贮玉米和秣食豆(Glycine max L. Merr)混播提高了玉米的株高和茎粗(姜胜男等,2018;战海云等,2013)。姜胜男等(2018)研究表明,青贮玉米与豆科作物混播可增加群体叶面积指数。而姬承东等(2015)研究发现,与单播相比,青贮玉米和拉巴豆混播对青贮玉米的株高、茎粗无显著影响。多数研究表明,玉米和豆科作物混播可以显著提高产量(刘昭明等,2010;田应学等,2019;Xu et al.,2020;Fischer et al.,2020)。姜胜男等(2018)研究显示,玉米与秣食豆混播对混播群体中玉米的产量无显著影响,但可以显著提高群体产量。张淑艳等(2014)研究发现,玉米与秣食豆混播使得玉米的产量略有下降,但提高了混播群体产量。柳茜等(2015)研究指出,玉米与拉巴豆混播的鲜草产量较单播提高了 19.96%,干草产量提高了 11.85%。
玉米和豆科作物混播混贮有利于改善饲草品质(张建强,2018)。李洪影等(2011)研究发现,在黑龙江省西部和中南部积温较高地区,青贮玉米和豆科作物以 1∶2 比例混播时,营养品质较好。孙东升和刘成启(2019)研究发现,在辽宁地区野生大豆(Glycine soja Sieb. Zucc.)和玉米混作较玉米单作可提高粗蛋白和粗脂肪含量,降低粗纤维含量。柳茜等(2015)研究发现,在西昌地区青贮玉米与拉巴豆混播提高了粗蛋白含量,但对中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量无显著差异。连露等(2017)研究表明,在黑龙江省青贮玉米与秣食豆混播混贮可以弥补青贮饲料中粗蛋白的不足。褚玉宝和潘微(2013)研究发现,在黑龙江青贮玉米与秣食豆混播能够提高群体粗蛋白产量,改善了饲草营养品质。姬承东等(2015)研究表明,在东北地区青贮玉米与拉巴豆混播处理较单播能提高粗蛋白含量和相对饲用价值,降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量,改善玉米的营养品质。因此,在河西灌区研究禾/豆间作对提高饲草营养品质具有重要意义。
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第二章  材料与方法

2.1  研究区概况
本试验于 2019 年和 2020 年在兰州大学临泽草地农业试验站进行,该地位于甘肃省张掖市临泽县新华镇(100°02′E,39°15′N),属大陆性温带干旱气候。海拔 1390 m,年平均气温在 7.16℃,≥ 0℃平均积温 3548℃,年均日照时数3042 h,年均降水量 113.6 mm,蒸发量 2337.6 mm,无霜期平均 176 d。2019 年试验站全年降水为 167.7  mm,属于降水较多的年份,2020 年全年降水为 122.1 mm,为降水正常年份。播种前我们对 0~30  cm 土层土壤进行了分析,土壤 pH 为 8.65,容重为 1.33 g cm-3,土壤有机质含量为 8.3 g kg-1,碱解氮含量为 30.2 mg kg-1,有效磷含量为 21.5 mg kg-1,速效钾含量为 126.6 mg kg-1。
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2.2  试验设计与田间管理
本试验采用裂区试验设计,以青贮玉米和拉巴豆为试验材料,设置了青贮玉米/拉巴豆间作(I)和青贮玉米单作(M)两种种植模式,每种种植模式下设置3 个种植密度(D1:7.5 万株 hm-2;D2:9.0 万株 hm-2;D3:10.5 万株 hm-2),每个种植密度下设置了 3 个施氮水平(N1:0 kg hm-2;N2:240 kg hm-2;N3:360  kg  hm-2),试验共 18 个处理,每个处理重复 3 次,共 54 个小区,小区面积38.5 m2(7 m×5.5 m),各小区之间设置 1.2 m 隔离带。各处理的玉米行距为 60 cm,D1、D2 和 D3 处理的玉米株距分别为 24.2 cm、20.2 cm 和 17.3 cm,间作处理在两株玉米之间种植 2 株拉巴豆。试验于 2019 年 4 月 22 日播种,10 月 1 日收获,于 2020 年 4 月 29 日播种,10 月 2 日收获。两年所有处理在播种前施磷肥(过磷酸钙)138 kg hm-2,N1 不施氮肥,N2 在播种前和 6 叶期均施氮肥 120 kg hm-2,N3 处理在播种前、6 叶期和 12 叶期均施氮肥 120 kg hm-2。两年在拔节期和开花期各灌水 2000 m3 hm-2,所有处理除草和病虫害防治措施一致。
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第三章   结果与分析 ................................... 11
3.1  农艺性状 ........................................... 11
3.1.1  青贮玉米株高 ............................. 11
3.1.2  青贮玉米茎粗 ......................... 11
第四章   讨论 .................................... 62
4.1  禾/豆间作对饲草作物产量、品质和水分利用的影响 ............................. 62 
4.1.1  禾/豆间作对饲草作物农艺性状和产量的影响 .............................. 62
4.1.2  禾/豆间作对饲草作物品质的影响 .................................................. 62 
第五章   结论与展望 .......................... 68
5.1  主要结论 .................................. 68
5.2  问题与展望 ............................... 69 

第四章  讨论

4.1  禾/豆间作对饲草作物产量、品质和水分利用的影响
4.1.1  禾/豆间作对饲草作物农艺性状和产量的影响
在农业生产中,玉米和豆科作物间作是一种常用的禾/豆间作方式。与单作相比,玉米/豆科作物间作可以有效利用光能、水分和养分等资源(崔超等,2017),改变玉米植株的个体发育,提高作物产量(唐维民和毛模湛,2003)。战海云等(2013)研究认为,青贮玉米与秣食豆混播可以提高青贮玉米的株高和茎粗,促进玉米的生长。本试验结果表明,两年在开花期和收获期,青贮玉米/拉巴豆间作的株高、茎粗与青贮玉米单作无显著差异,这与姬承东等(2015)、王皓(2020)的研究结果一致。这可能是由于在生育前期土壤水分充足,间作条件下玉米长势良好,生育后期的水分胁迫对玉米生长没有显著影响(王皓,2020),同时可能由于拉巴豆是攀援类,会缠绕玉米,从而阻碍它们的生长发育(Mthembu  and Everson,2018)。崔超等(2017)研究表明,适宜的 LAI 是作物获得较高产量的重要前提。玉米和豆科作物混播,可以有效配置空间资源,增加 LAI,进而提高作物产量(高飞等,2009)。本试验结果表明,与青贮玉米单作相比,青贮玉米/拉巴豆间作显著提高了 LAI。多数研究表明,与单播相比,将青贮玉米与豆科作物混播,可以显著提高总产量(郭郁频等,2015;张淑艳等,2014)。李晶等(2010)和姜胜男等(2018)研究认为,尽管青贮玉米与豆科混播会降低玉米的产量,但加入豆科作物会使得群体的产量提高。王皓(2020)研究结果也表明,青贮玉米与豆科作物混播没有增加玉米的鲜干草产量,但显著提高了混播处理的总产量。这与我们 2020 年的研究结果一致,青贮玉米与拉巴豆间作中的玉米鲜干草产量与单作无显著差异,但由于拉巴豆的加入,间作的总鲜干草产量显著高于单作,且与单作相比,间作增加 LAI,从而提高了间作的总产量。安昊云等(2021)研究发现,青贮玉米与秣食豆和拉巴豆混播较单播显著提高了粗蛋白产量,这与本试验结果相似,与单作相比,间作对玉米粗蛋白产量无显著影响,但由于加入了豆科作物,因而间作的总粗蛋白产量显著高于单作。
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第五章  结论与展望

5.1  主要结论
本文分析了种植模式、种植密度和施氮水平对饲草作物农艺性状、产量、品质和水分利用的影响,主要结论如下:
(1)在收获期间作体系下,青贮玉米的株高、茎粗、SPAD 与单作无显著差异,而间作的 LAI 显著高于单作。由于加入了拉巴豆,从而使间作体系的总鲜干草产量和粗蛋白产量高于单作。两年间作体系下整株玉米的粗蛋白、粗灰分、粗脂肪、NDF 含量与单作无显著差异,间作体系的总体粗蛋白和粗灰分含量及RFV 高于单作,而总体淀粉和 NDF 含量低于单作。两年间作体系的土壤贮水量和耗水量与单作无显著差异,而 WUET高于单作。可见,间作体系较单作提高了鲜干草产量和粗蛋白产量,改善了饲草品质,并提高 WUET。
(2)2019 年收获期 D2 处理的株高显著高于 D1 和 D3,而 D1 的 SPAD 显著高于 D3。两年 D1、D2 处理的茎粗、百粒重、穗粒重显著高于 D3,但 LAI随种植密度的增加而显著增加。两年总鲜干草产量随种植密度的增加而提高,但在 2020 年 D3 的干草产量与 D2 差异不显著。两年 D2 处理下整株玉米及总体的粗蛋白产量显著高于 D1,且 2020 年 D2 显著高于 D3。两年 D1、D2 处理的总体粗蛋白含量显著高于 D3,D1 处理的整株玉米及总体的淀粉含量显著高于 D3,而 NDF 和 ADF 含量显著低于 D3。2019 年 WUEG、WUEB和 WUET随种植密度的增加显著提高,2020 年 D3、D2 处理显著高于 D1,而 D3 与 D2 差异不显著。
(3)两年 N2、N3 处理较 N1 提高了玉米的茎粗、SPAD、百粒重、穗粒重和 LAI,因而显著提高了玉米、拉巴豆和总体的鲜干草产量、淀粉产量和粗蛋白产量。2019 年随施氮量的增加整株玉米和总体的粗蛋白含量显著增加,粗灰分含量逐渐降低,而施氮对淀粉和粗脂肪含量无显著影响。与 N1 相比,2020 年N2、N3 处理显著提高了整株玉米和总体的粗蛋白、淀粉及粗脂肪含量,降低了粗灰分含量。2019 年 N2、N3 处理的 NDF 和 ADF 含量显著低于 N1,而在 2020年各施氮处理的 ADF 含量无显著差异。两年 N2 处理的 WUEB和 WUET显著高于 N1,而与 N3 无显著差异。
参考文献(略)

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