现代农业中栽培技术论文提纲

论文题目：沟垄覆盖栽培模式下糜子农田光、温、水效应及群体特征研究

摘要：糜子抗旱、耐瘠,生育期与雨季同步,在黄土高原旱作农业区具有明显的地域优势和生产优势。但目前旱地糜子栽培技术较为落后,产量较低且不稳定,相关研究也较少。因此,探索高效的黄土高原旱地糜子栽培技术对该地区农业生产具有重要意义。本试验于2014~2016年在陕西榆林现代农业示范园进行,以“榆糜2号”为材料,采用随机区组设计,设置了垄、沟均不覆盖（NM）、垄上覆盖地膜+沟内覆盖生物降解膜（JM）、垄上覆盖地膜+沟内覆盖液态地膜（YM）、垄上覆盖地膜+沟内覆盖地膜（DM）、垄上覆盖地膜+沟内不覆盖（BU）及垄上覆盖地膜+沟内覆盖玉米秸秆（JG）,共6种不同的沟垄覆盖处理,以传统平作无覆盖为对照（CK）,探讨不同沟垄覆盖栽培模式下糜子农田光、温、水效应及糜子群体特征,并从土壤水温效应、小气候特征、群体结构、叶片生理代谢及物质生产的角度阐明沟垄覆盖栽培模式下糜子产量形成的机理,进一步确定适宜黄土高原旱地糜子生产的栽培模式。主要结果如下:（1）沟垄覆盖栽培模式可有效改善糜子农田土壤水分状况。2014和2015年（干旱年）沟垄覆盖栽培模式下0~200 cm土层全生育期平均土壤含水量较CK分别提高3.2%~13.3%和4.0%~18.4%;其蓄水保墒效应呈现随覆盖面积的增加而增加的趋势,其中JG、DM及JM处理下蓄水保墒效应较好,NM处理下蓄水保墒效应较差。DM和JM处理可有效提升糜子农田土壤温度,JG处理下呈降温效应,而NM、YM和BU处理下土壤温度无明显变化。0~200 cm土层糜子拔节期、灌浆期及全生育期平均土壤含水量分别与拔节期、灌浆期地上部分干物质量及产量间呈极显著正相关关系（P＜0.001）;糜子灌浆期0~25 cm土层平均土壤温度与灌浆期地上部分干物质量呈极显著正相关关系（P=0.001）。改善糜子农田土壤水分状况、提升灌浆期土壤温度对促进糜子产量增收具有重要意义。在2014和2015年（干旱年）,DM处理对糜子农田土壤增温保墒的效果更好,JM处理次之。（2）沟垄覆盖栽培模式有效降低了糜子冠层温度和株间温度,提升了株间湿度,为糜子提供相对“冷、湿”的小环境。糜子开花对农田水温环境较为敏感,2015和2016年沟垄覆盖栽培模式下糜子花后平均冠层温度较CK分别降低0.7℃~2.0℃和0.6℃~1.7℃,开花期各冠层高度处糜子株间温度较CK分别降低0.4℃~2.4℃和0℃~1.9℃,平均株间相对湿度较CK分别提升0.1%~6.5%和0~3.4%,DM处理下效果更为明显。同时,沟垄覆盖栽培模式有效改善了糜子冠层内光分布状况,提升了群体光能转化效率。与2014和2015年（干旱年）有所不同,2016年（丰水年）DM处理下花后冠层光照拦截率及拦截辐射量并非最高。2014~2016年沟垄覆盖栽培模式下抽穗后糜子冠层光能转化效率较CK分别增加1.7%~41.5%、15.1%~64.6%和0.6%~27.1%。从整体上看,沟垄覆盖栽培模式可有效改善糜子农田小气候环境,在干旱年,DM处理下效果最佳,而在丰水年其优势有所减弱。（3）沟垄覆盖栽培模式可有效提高糜子株高及叶面积指数（LAI）,且在干旱年生育后期具有较低的K值,使糜子具有较好的群体特征;同时,沟垄覆盖栽培模式可有效降低花后叶片丙二醛（MDA）和超氧阴离子自由基（O2-·）的积累,减缓糜子花后LAI及叶片SPAD值衰减的速度。2014~2016年沟垄覆盖栽培模式下全生育期平均LAI较CK分别增加14.4%~39.8%、19.9%~65.2%和14.9%~35.1%,花后LAI较CK分别增加21.8%~59.2%、22.1%~77.9%和21.0%~44.5%,全生育期平均叶片SPAD值较CK分别增加3.3%~16.8%、2.2%~13.4%和2.4%~9.4%,花后叶片SPAD值较CK分别增加2.7%~20.9%、2.0%~17.4%和2.6%~9.9%。花后地上部分干物质积累量与LAI间呈显著（P＜0.05）正相关,与叶片SPAD值间呈极显著（P＜0.01）正相关关系。维持花后较高的LAI及叶片SPAD值,可促进糜子花后干物质积累。在干旱年,沟垄覆盖栽培模式可有效改善糜子群体特征,相较而言,DM处理下效果最为明显;而从整体上看,在丰水年沟垄覆盖栽培模式的优势有所减弱。（4）沟垄覆盖栽培处理下,糜子具有合理的群体及健壮的个体,进而获得更高的糜子单株地上部分干物质量、花前及花后干物质积累量、千粒重、穗粒数及穗长,最终获得更高的产量（2014年JG处理除外）,但其增产效果受降雨量影响较大,丰水年（2016年）的增产幅度低于干旱年（2014和2015年）。2014~2016年沟垄覆盖栽培模式下糜子单株干物质量较CK分别增加1.4%~73.7%、19.5%~94.3%和14.8%~58.9%,花前干物质积累量较CK分别增加2.2%~72.8%、13.4%~88.0%和25.2%~70.5%,花后干物质积累量较CK分别增加4.8%~99.6%、80.4%~142.5%和3.7%~83%,产量较CK分别增加3.7%~31.3%（2014年JG处理除外）、6.8%~35.3%和6.8%~16.4%。提升糜子花前、花后干物质积累量、粒重及穗粒数可促进糜子产量增收;沟垄覆盖栽培模式下较高的LAI及较低的LAI和SPAD衰减速度,较低的MDA和O2-·积累是沟垄覆盖栽培模式下糜子产量增收的重要生理因素。相较CK及其余处理而言,DM处理下糜子单株地上部分干物质量、花前干物质积累量及产量连续3年均为最高,但2016年（丰水年）DM处理下糜子单株地上部分干物质量、花前干物质积累量及产量的增幅相对2014和2015年（干旱年）均有所降低;而DM处理下花后干物质积累量仅在2014和2015年（干旱年）为最高。主要归因于在干旱年DM处理相较CK及其余处理而言具有更好的水、温、光环境及群体特征,从而获得更高的干物质量、粒重及穗粒数,进而收获更高的产量,但其优势在丰水年有所降低。垄、沟均覆地膜的DM模式更适宜在黄土高原旱作农区干旱年糜子生产中应用和推广。（5）基于沟垄覆盖栽培模式下糜子LAI、TPARm及IPAR与光谱变量的相关性,初步构建并验证了沟垄覆盖栽培模式下糜子LAI、TPARm及IPAR的高光谱遥感监测模型。其中,y=0.387 x0.869(x=R750/R470)较适合用于不同沟垄覆盖模式下抽穗至成熟期糜子叶面积指数的统一监测;y=-0.711x+1.259(x=R1065/R1200)、y=1.318 x-0.749(x=R1275/R1065)、y=-1.987 x+0.591[x=(R1065-R1200)/(R1065+R1200)]和y=-2.110 x+0.543[x=(R1065-R1275)/(R1065+R1275)]较适合用于不同沟垄覆盖模式下抽穗至成熟期糜子TPARm的统一监测;y=-0.0985 x~2-0.2693 x+0.9914(x=R675/R550)和y=-0.5092 x~2-0.7638 x+0.6346[x=(R675-R550)/(R675+R550)]较适合用于沟垄覆盖模式下抽穗至成熟期糜子IPAR的统一监测。利用构建的LAI、TPARm及IPAR的高光谱遥感监测模型,可为实时监控沟垄覆盖栽培模式下旱地糜子长势及产量预测提供重要参考。相较而言,构建的LAI的高光谱遥感监测模型更适合辅助黄土高原地区沟垄覆盖栽培模式下旱地糜子抽穗期干物质积累量的预测及辅助生育期间糜子农田土壤含水量的实时监控,构建的TPARm的高光谱遥感监测模型更适合辅助黄土高原旱作农业区沟垄覆盖栽培模式下开花期至成熟期糜子干物质积累量及糜子产量的预测。

关键词：糜子;沟垄覆盖;水温效应;农田小气候特征;群体特征

学科专业：作物栽培学与耕作学

摘要

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第一章 绪论

1.1 沟垄覆盖栽培技术

1.1.1 沟垄覆盖集雨系统的设计

1.1.2 沟垄覆盖系统下土壤水分的变化

1.1.3 沟垄覆盖系统下土壤特性效应

1.1.4 沟垄覆盖系统下作物生理的特性及产量效应

1.2 农田小气候

1.2.1 冠层温度

1.2.2 空气温度

1.2.3 相对湿度

1.2.4 冠层内光分布

1.2.5 光谱成分

1.3 高光谱遥感技术

1.4 本研究主要内容及拟解决的关键问题

1.5 技术路线

第二章 材料与方法

2.1 试验区概况

2.2 试验设计

2.3 测定项目与方法

2.3.1 土壤水温效应

2.3.2 农田小气候特征

2.3.3 群体特征

2.3.4 干物质积累与产量形成

2.4 数据处理

2.4.1 冠层光谱数据处理

2.4.2 高光谱数据特征参量选择

2.4.3 高光谱遥感监测模型的建立与验证

2.4.4 数据处理

第三章 沟垄覆盖栽培模式下糜子农田土壤水温效应

3.1 沟垄覆盖栽培模式下糜子生育期土壤含水量的变化规律

3.1.1 糜子农田0～200cm土层平均土壤含水量的变化

3.1.2 糜子农田不同土层土壤含水量的变化

3.1.3 土壤贮水量的变化

3.2 沟垄覆盖栽培模式下糜子生育期土壤温度的变化规律

3.3 讨论

3.4 小结

第四章 沟垄覆盖栽培模式下糜子农田小气候特征

4.1 冠层温度的变化

4.2 株间气温的变化

4.3 株间相对湿度的变化

4.4 冠层内PAR的垂直分布特征

4.5 沟垄覆盖栽培模式对糜子冠层光照辐射拦截和利用的影响

4.5.1 糜子冠层光照辐射拦截率的变化动态

4.5.2 糜子冠层光照辐射拦截量的变化动态

4.5.3 糜子冠层光能转化效率的变化特征

4.6 相关性分析

4.7 讨论

4.8 小结

第五章 沟垄覆盖栽培模式对糜子群体特征的影响

5.1 株高动态

5.2 叶绿素含量变化特征

5.3 叶面积指数变化特征

5.4 消光系数变化特征

5.5 叶片生理特征

5.5.1 花后旗叶丙二醛含量的变化

5.5.2 花后旗叶超氧阴离子自由基含量的变化

5.6 讨论

5.7 小结

第六章 沟垄覆盖栽培模式对糜子干物质积累及产量形成的影响

6.1 地上部分干物质量的变化

6.2 花前干物质积累的特性

6.3 花后干物质积累与光能利用

6.4 产量及其构成因素

6.5 相关性分析

6.6 讨论

6.7 小结

第七章 糜子冠层光谱特征及LAI、TPAR与IPAR监测模型的初步构建

7.1 糜子冠层光谱特征

7.1.1 沟垄覆盖栽培模式下糜子冠层光谱特征

7.1.2 不同生育期糜子冠层可见光区光谱特征

7.1.3 糜子冠层光谱的红边参数

7.2 叶面积指数监测模型的初步构建

7.2.1 LAI与光谱反射率的相关性

7.2.2 沟垄覆盖模式下糜子LAI统一监测模型的初步构建与验证

7.3 糜子冠层平均PAR透光率监测模型的初步构建

7.3.1 平均PAR透光率与光谱反射率的相关性

7.3.2 沟垄覆盖模式下糜子冠层平均TPAR统一监测模型的初步构建与验证

7.4 冠层PAR截获率监测模型的初步构建

7.4.1 IPAR与光谱反射率的相关性

7.4.2 沟垄覆盖模式下糜子冠层IPAR统一监测模型的初步构建与验证

7.4.3 沟垄覆盖模式下糜子冠层平均IPAR统一监测模型的初步构建与验证

7.5 讨论

7.6 小结

第八章 结论与讨论

8.1 主要结论

8.1.1 沟垄覆盖栽培模式下糜子农田土壤水温效应

8.1.2 沟垄覆盖栽培模式下糜子农田小气候特征

8.1.3 沟垄覆盖栽培模式下糜子的群体特征

8.1.4 沟垄覆盖栽培模式下糜子的产量效应

8.1.5 沟垄覆盖栽培模式下糜子LAI、PAR透光率及截获率的监测模型

8.2 主要创新点

8.3 存在的问题及展望

参考文献

致谢