学位论文题目：坡地粮草带状间作种植模式的水土保持效果与作物的生理生态效应
研究生姓名：路海东
专业名称：作物栽培学与耕作学
研究方向：旱区农业
指导教师：贾志宽教授
答辩时间：2010年12月12日9:00
答辩地点：干旱半干旱农业研究中心2120室
主席：杨改河教授 农业生态
委员：
廖允成教授 农学院农业生态
李 军教授 农学院作物栽培学与耕作学
同延安教授 资环学院土壤肥料
吴发启教授 资环学院水土保持
秘书：
韩清芳副教授
摘要：
间作由于具有能充分利用环境资源和增加作物产量的特点，在我国各地广泛应用。在宁夏南部旱区，农业生产主要依赖于天然降水，有效降水不足和降雨时空分布不均是制约作物生长的主要因素。大多数坡耕地因受雨季暴雨的作用，造成大量土壤侵蚀和地表土壤养分损失，导致土壤退化。种植植物篱或实行粮食作物与普通草木隔行带状种植可显著减少水土流失，有很好的水土保持效果。而有关坡地粮食作物与苜蓿条带间作的研究较少，尤其是有关粮（谷子或糜子）草（苜蓿）间作的适宜带比、群体产量性状及水土流失特征的研究鲜有报道。本研究针对宁南旱区坡耕地生产中作物产量和比较效益不高，水肥利用率低，水土流失严重的现状，创建粮食作物与苜蓿等高带状间作种植模式，研究粮食作物与苜蓿不同带比间作模式下的作物产量、水分利用效率和水土流失问题，明确坡耕地上粮草间作种植模式的适宜间作带比和农田土壤水分变化规律、水土流失特征及其群体产量特性，对干旱地区坡耕地粮食作物高产高效的生产实践和可持续发展，具有十分重要的理论意义和现实意义
主要研究内容和结果如下：
1．不同坡度粮草带状间作种植的水土流失特征状况
对不同粮草间作模式的水土流失效果研究表明，坡耕地上采取粮（谷子或糜子）草（苜蓿）带状间作种植能够有效减少农田水土流失和土壤N、P、K养分流失，在5°坡地上，4：2带比间作处理和2：4带比间作处理效果显著，较单作处理减少地表径流量30%以上，减少泥沙流失量98%以上；在15°坡地上，4：4、4：6和6：4 3个带比间作处理的效果显著，较单作处理减少径流量50%以上，减少泥沙流失84%以上。
间作小区条带宽度越窄、越密集，减少地表径流效果越好。不同降雨量比较，强降雨下，地表径流量增大，径流土壤的N、P、K养分流失量增大，但间作处理对水土流失的防治效果和对土壤N、P、K养分的流失减少幅度降低。从本试验粮草条带设置来看，坡底以苜蓿结尾的种植条带均能有效阻止泥沙流失，其泥沙流失量均几乎为零，苜蓿带起到了与植物篱相同的泥沙流失拦截效果。
2.不同坡度粮草带状间作种植对农田土壤水分和养分的影响
在旱区不同坡度耕地上，采取粮（谷子或糜子）草（苜蓿）条带间作模式可有效提高粮带的土壤水分含量，在5°坡耕地上以2：4带比间作种植模式效果最佳，15°坡耕地上以4：4带比间作种植模式效果最佳，其粮食作物的土壤含水率较对照单作处理分别平均提高2.3个百分点和1.08个百分点。坡地粮（谷子或糜子）草（苜蓿）条带间作模式可有效提高粮食作物的水分利用效率（WUE），在5°坡耕地上2：4带比间作种植模式的作物水分利用效率较单作处理平均增加1.92kg?cm-3。15°坡耕地上的4：4带比间作种植模式作物水分利用效率较单作处理增加1.25~1.57 kg?cm-3。
粮（谷子或糜子）草（苜蓿）条带间作种植模式可有效提高粮食作物种植带的土壤有机质含量和土壤全氮及碱解氮的含量，在5°坡耕地上，以2：4带比间作种植模式效果最好，土壤有机质、全氮、碱解氮含量分别较单作处理增加32.41%、25.27%和48.09%；15°坡耕地上以4：4带比间作种植模式效果最好，土壤有机质、全氮、碱解氮含量分别较粮食单作处理增加17.64%、32.08%和47.44%。且粮作物带土壤的有机质、全氮、碱解氮含量随着间作年份的增加明显增加。
3.不同坡度粮草带状间作种植对谷子、糜子产量及其生长发育的影响
旱区坡地采取粮（谷子或糜子）草（苜蓿）间作种植模式具有明显的增产效果，粮草间作模式的作物产量明显高于粮食单作处理。在5°缓坡地上，2：4粮草间作种植模式的增产效果最佳，与粮食（谷子或糜子）单作处理相比，谷子和糜子的产量分别增产23.88%和21.44%；在15°陡坡地上，4：4、4：6和6：4这3个粮草间作处理模式增产效果较佳，与粮食单作处理相比，谷子增产13.22~15.72%，糜子增产10.31~12.73%，尤其是4：4粮草间作处理的增产效果最为显著。粮（谷子或糜子）草（苜蓿）间作种植模式对粮食作物（谷子和糜子）的株高和拔节期叶面积没有明显影响，但显著提高了粮食作物抽穗期和成熟期的单株绿叶面积，促进了光合物质的积累。在5°缓坡地上，2：4粮草间作处理谷子和糜子抽穗期单株叶面积较单作处理提高86.77cm2/株和27.67cm2/株，成熟期较单作处理提高77.39cm2/株和9.65cm2/株；在15°陡坡地上，4：4间作处理谷子和糜子抽穗期单株叶面积较单作处理分别提高84.74cm2/株和27.41cm2/株，成熟期较单作处理分别提高78.64cm2/株和12.21cm2/株。
粮（谷子或糜子）草（苜蓿）间作种植模式对粮食作物抽穗前的干物质积累影响不大，抽穗后粮草间作模式下谷子和糜子的单株干物质积累量明显增加，在5°缓坡地上，2：4处理模式的粮食作物干物质积累量显著高于粮食单作处理，谷子单株质量较单作处理增加15.75%，糜子单株质量较单作处理增加10.10%。在15°陡坡地上，4：4、6：4和4：6三个处理的干物质积累量明显增加，谷子成熟期的单株质量较单作处理增加25.47%、13.48%和10.79%，糜子成熟期的单株质量较单作处理增加17.26%、13.69%和13.42%。粮草间作模式可提高了粮食作物茎叶鞘中的干物质量积累，明显增加了穗子中的干物质分配比率。谷子和糜子不同器官的干物质分配量大小顺序为雌穗＞叶片＞茎杆＞叶鞘。在5°缓坡地上，粮草间作处理谷子穗子中的干物质积累量较单作处理增加0.43%~9.21%，糜子穗子中的干物质积累量较单作处理增加9.55%~24.24%；在15°陡坡地上，谷子穗子中的干物质积累量较单作处理增加7.5%~40.1%，糜子穗子中的干物质积累量较单作处理增加12.6%~23.6%。
4不同处理对土壤养分的影响
在旱区不同坡度坡地上，谷子和糜子的光合速率日变化均呈“M”型双峰曲线变化，在下午2:00点~4:00之间出现“午休”现象。蒸腾速率和气孔导度的日变化与光合速率日变化表现一致，胞间CO2浓度日变化与光合速率日变化关系不密切，呈现由高到低的变化趋势。与粮食单作相比，粮草间作处理能明显增加粮食作物的蒸腾速率和气孔导度、显著提高谷子和糜子叶片的净光合速率。5°坡地上，2：4粮草间作模式的效果最为明显，谷子叶片的净光合速率平均较单作处理提高1.46µmol?m-2?s-1，糜子叶片的的净光合速率平均较单作处理提高2.41µmol?m-2?s-1；15°坡地上，4：4粮草间作模式的效果最为明显，谷子叶片的净光合速率平均较粮食单作处理提高3.17µmol?m-2?s-1，糜子叶片的的净光合速率平均较粮食单作处理提高1.68µmol?m-2?s-1。
谷子和糜子的LAI从拔节期开始呈低-高-低的变化趋势，抽穗期达到最大；谷子和糜子的快速生长期主要为拔节-抽穗和抽穗至灌浆期2个阶段，其CGR值较大，出苗到拔节期的CGR相对较低，干物质积累缓慢。谷子单位叶面积和时间获得的净同化物最高的时间为拔节-抽穗期和出苗-拔节期，抽穗后NAR开始下降，灌浆-成熟期NAR值最低；糜子在出苗-拔节、拔节-抽穗、抽穗-灌浆3个时期的NAR值均较高，灌浆-成熟期NAR值明显降低。
坡地粮草间作模式能明显提高谷子和糜子群体性状指标，不同生育阶段的叶面积指数、作物生长率和净同化率显著提高。在5°坡地上，2：4粮草间作模式的效果最为明显，抽穗期、灌浆期和成熟期，谷子的LAI值较单作处理平均增大20.05%、25.25%和50.22%，糜子的LAI值较单作处理平均增大30.51%、20.10%和33.69%；在拔节-抽穗和抽穗-灌浆期，谷子的CGR值分别为4.69g?d-1?m-2和6.44g?d-1?m-2，较单作处理分别提高46.90%和54.81%，NAR分别为0.057 g?d-1?m-2和0.015 g?d-1?m-2较单作处理提高26.67%和50.0%；糜子的CGR值分别为0.71 g?d-1?m-2和0.94 g?d-1?m-2，较单作处理分别提高36.54%和16.05%，NAR分别为0.015 g?d-1?m-2和0.012 g?d-1?m-2，较单作处理提高36.36%和20.0%。
