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1、1,地膜残留对棉花产量影响的极限研究,姓 名：董合干 方 向：农业生物与生态环境工程 指导教师：刘 彤 教授,石河子大学生命科学学院2010级研究生毕业答辩,2,课题来源,国家十一五科技支撑计划准噶尔盆地南缘荒漠化生态系统恢复与重建技术研究与示范第三子课题准噶尔盆地南缘沙生植被恢复与重建技术，2007年2010年，课题编号：2007BAC17B03。,3,汇报内容,研究背景 研究进展及目的意义 材料方法 结果与分析 结论 致谢,4,1. 研究背景,新疆是我国最大的优质棉基地，也是世界上最大的优质细绒棉种植区和长绒棉生产区之一，据统计，新疆棉花种植面积153万公顷，占新疆总农业种植面积的近一半以
2、上(刘建国等，2010) 。,5,地膜覆盖技术不仅可以提高土地和水分的利用效率，还可以提高农作物的产量，因而被普遍使用。 我国从20世纪80年代才开始将地膜应用于农业生产，目前已成为世界上地膜覆盖栽培规模最大、应用作物种类最多的国家之一，在所有覆膜栽培作物中，以棉花面积为最大，约占全国棉花种植面积的70% (毛任钊等，1997)。 其中，新疆棉花已经实现100%覆膜种植(刘建国等，2010) 。,6,农用地膜这类物质分子结构稳定，在土壤中可以残留200400年（王频等，1998）。 新疆目前已成为我国最大的地膜污染区（刘建国等，2010），其农田地膜残留率在24%左右，覆膜25年的棉田残膜达到
3、380kghm-2 （严昌荣等，2008）。 但是关于长期覆膜状况下棉花的减产程度和土壤状况变化的研究还未曾报道。,7,8,9,10,2.研究进展及目的意义,棉田残膜的时空分布特征 严昌荣（2006）研究得，石河子棉田土壤中地膜残留量很大，平均量在200-400 kghm-2 之间，数量在1400-1800万片hm-2之间，残留地膜主要集中在棉田0-30cm耕层中。,11,刘建国（2008）研究得，随着地膜使用年限增加土壤中残膜每年以11.2 kghm-2速率增加，长期连作棉田残膜主要分布在 0-30cm土层，占到了85%，大于50cm2残膜在土壤中平均占30%，10-50cm2 占 36.5
4、%，小于10cm2占33.4%。 可是土壤中不同面积大小残膜的变化特征以及残膜在土壤深度的空间分布特征还不明确。,12,残膜对棉花产量的影响 Dick R P（1998），吕英敏等（2001），李青军等（2008）等研究了残膜对土壤环境的危害，并得出残膜对土壤物理性状、酶活性、呼吸作用以及农事操作都造成了显著危害。 姜益娟等（2001），孙孝贵等（2005），赵红萍等（2009）研究了残膜对农作物的危害，并得出残膜会造成幼苗死亡 ，产量下降。 但是关于模拟未来棉田残膜残留状况下棉花减产程度的研究还未见报道。,13,棉田持续覆膜的增产时间极限 毕继业等（2008）研究得，湖北省在使用地膜覆盖技术
5、36年后，残膜所造成的农作物减产率将大于由地膜覆盖技术引起的农作物增产率，残膜对农作物产量的负效应再持续16年则可以抵消由于地膜覆盖增温保墒使农作物增加的全部产量。 但是关于棉田覆膜的增产时间极限并未见报道。国外研究进展 国外针对地膜残留及其对作物产量危害的报道还未曾发现。,14,各个棉区棉田残膜调查,设计残膜填埋密度及其残膜大小、层次分布,设计试验区梯度及其面积,棉花的选种及其种植,土壤理化性质,棉花生长状况,各个时期土壤的含水率及其容重,棉花种植前、收获后的试验地土壤理化调查,发芽率,开花数,各个时期的根冠比株高根长,棉桃数,棉花产量的统计,病虫害的统计,二，残膜对棉花产量影响的原因及其减
6、产程度,棉花品质测定,棉花根系的观测,一，棉田残膜的时空分布特征,数学建模,三，新疆棉田持续覆膜的增产时间极限,15,研究目的： 通过在新疆短绒棉主要生产地区石河子垦区的残膜调查，确定棉田残膜的时空分布特征。 通过人工模拟大田残膜分布状况，确定残膜对棉花产量影响的原因及其减产程度。 通过试验和数学建模确定新疆棉田持续覆膜的增产时间极限。,16,研究意义： 本研究为准确把握未来棉田残膜分布状况以及残膜对棉花的影响过程、量化覆膜对棉花的有效增产时间、提出残膜解决方案提供理论基础，这将为新疆棉花和其他覆膜作物的可持续发展提供参考和帮助。,17,3. 材料方法,研究区概况 大田试验点设在中国新疆细绒棉
7、种植区石河子总场三分场(4426N，8595E)，位于天山北坡扇缘带下游，土壤质地为壤土。,18,北疆主要棉区棉田残膜状况调查 2011年3月份，棉田整地以前，选择石河子农八师146团场、150团场和151团场3个棉花种植区分别进行连续覆膜1年、5年、10年、15年、20年、25年棉田残膜调查。 每个调查样地均采用五点取样法取样，每个样点为0.6m0.6m的正方形样方，深度为40cm，分4层，每层10cm，进行取土，人工收集其中残膜。,19,20,21,将采集到的残膜带回实验室，然后洗净、晾干，每10cm一层，然后根据残膜面积大小(025cm2、25100cm2和大于100cm2)进行分类统计
8、残膜的片数、重量，利用万分之一的电子天平进行称重。,22,人工模拟大田连续覆膜0141年左右的6个残膜密度梯度，分别为：0kghm-2(覆膜0年)、250kghm-2(覆膜13年)、500kghm-2(覆膜31年)、1000kghm-2(覆膜68年)、1500kghm-2(覆膜104年)、2000kghm-2(覆膜141年)，1个无残膜无地膜覆盖梯度。 将残膜分别为A类型(025cm2)、B类型(25100cm2)和C类型(100200cm2)的三种类型，按照质量比为1：1：1均匀的混入到040cm的土壤中。,23,24,25,试验品种为新疆普遍种植的棉花品种新陆早33号(长根系)、新陆早13
9、号(短根系)。 试验地共2个品种(6个残膜梯度+1个无残膜无地膜覆盖梯度)10m2小区面积/重复3次重复=420m2。 其余管理为大田常规管理。,26,收获后(10月28)在各残膜梯度中060cm土层分三层取土，每层20cm，测定土壤pH(梅特勒-托利多pH酸度计)、电导(电导仪)、有机质(K2CrO7-H2SO4外加热法)、碱解氮(碱解扩散法)、有效磷(钼锑钪比色法)、有效钾(醋酸铵法)。每次试验重复三次。于各个生长期，在各残膜梯度中040cm土层分四层取土，每层10cm，测定土壤含水率(烘干法)和孔隙度(环刀法)。每次试验重复三次。,27,28,于各个生长期，统计两个品种在各残膜梯度中棉株
10、生物量（取6株）、根冠比（取6株）和根系表面积（取6株），成苗率（100穴），花数（100株）、棉桃数（100株）和棉桃生物量（10株），每个梯度重复三次。,29,根据棉花成熟情况，吐絮期在无残膜无地膜覆盖梯度和各残膜梯度中每个小区分三次采棉(9月24日、10月10日，10月25日)，进行总产量测定和早熟性分析。,30,覆膜累积增产的极限时间计算假设m年以后将不会再使用地膜覆盖技术，由地膜残留引起的棉花减产负效应仍以(1-A)m延续。 通过J=Y(1-A)m，求出J J 表示第m年以后的每年的棉花产量。通过DY=(n-m)(Y-J)，求出nn 表示覆膜的累积增产量开始被残膜的累积减产平衡的时间
11、；DY 表示(m+1)年不覆膜种植到n年残膜引起的单位面积棉花累积减产量。,31,4. 结果与分析,一、新疆棉田残膜的时空分布特征二、残膜对棉花产量影响的原因及减产程度三、新疆棉田持续覆膜的增产时间极限,32,4.1 新疆棉田残膜的时空分布特征,拟合残膜密度随着覆膜年限变化的方程，Y=13.66X+76.52,不同年数棉田残膜数量和密度的变化规律,33,4.1 新疆棉田残膜的时空分布特征,随着覆膜时间的增加，连续覆膜时间大于5年时，使残膜个数和密度在耕作层中变得均匀。,不同土壤覆膜年限残膜个数和密度土层间分布特征,34,4.1 新疆棉田残膜的时空分布特征,随着覆膜年数的增加，土壤中残膜面积有变
12、小趋势，连续覆膜10年后，土壤中三种面积类型残膜在单位重量上将不再有差异 。,不同残膜大小在土壤中分布变化规律,35,4.1 新疆棉田残膜的时空分布特征,主要危害残膜类型单位面积的总质量占总残膜质量的百分比有下降趋势，但是下降幅度不大，主要危害残膜类型单位面积的总质量依然是显著直线上升趋势。,36,4.2 残膜对棉花产量影响的原因及减产程度,残膜阻碍水分下渗，造成了土壤水分分布不均，高密度残膜下，3040cm土层含水率的显著降低。在吐絮期，残膜密度大于1000 kghm-2时， 3040 cm土层孔隙度显著减小。,37,4.2 残膜对棉花产量影响的原因及减产程度,下降55.0%,下降60.3%
13、,不同残膜密度对土壤pH、电导率、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的影响,38,4.2 残膜对棉花产量影响的原因及减产程度,分别下降55.8%，44.9%,残膜对不同品种棉花花数、棉桃数和单株棉桃重的影响,39,4.2 残膜对棉花产量影响的原因及减产程度,分别下降38.3%，45.2%,残膜对棉花产量、早熟度和成苗率的影响,40,残膜对棉花生物量、根冠比和根系表面积的影响,41,5. 结论,随着覆膜年数的增加，棉田残膜的数量和密度都以直线上升。残膜片数每年以40.02万片hm-2的趋势递增，残膜密度每年以13.66 kghm-2的趋势递增。随着覆膜年份的增加，残膜分布有向深层土壤迁移的空间分布变
14、化特征。连续覆膜5年后，残膜大小、密度在040cm土壤中将均匀分布。连续覆膜10年后，三种面积类型残膜（025cm2、25100cm2和大于100cm2）在单位重量上将不再有差异。对作物产生显著危害的残膜（大于25cm2）一直占总残膜质量的60%以上。,42,随着残膜密度的升高，2个棉花品种产量均呈下降趋势。当残膜密度为1000kghm-2（覆膜68年左右）时，新陆早33号和新陆早13号产量分别下降18.1%、13.5%，当残膜密度为2000kghm-2（覆膜141年左右）时，产量分别下降38.3%、45.2%。地膜残留长期累积将对棉花产量造成重大影响。,43,随着残膜密度的升高，棉田土壤质量
15、呈现下降趋势。具体表现为：残膜阻碍水分下渗，造成了土壤水分分布不均，某些高密度残膜下，3040cm土层含水率的显著降低。在吐絮期，残膜密度大于1000kghm-2时，3040cm土层孔隙度显著减小，土壤通气性变差；残膜使土壤pH值显著上升，有机质、碱解氮、速效磷和速效钾显著下降，2000 kghm-2残膜密度下碱解氮和有效磷分别下降55.0%，60.3%。,44,通过对比2个品种的生长特征（生物量、根冠比和根系表面积）和产量及性状（产量、早熟性和成苗率），在残膜密度为2000kghm-2时，发现具有较发达根系的新陆早33号比新陆早13号有更好的适应性，其中新陆早13号的产量下降了45.2%，新
16、陆早33号产量下降了38.3%，新陆早13号多下降了6.9%，新陆早13号成苗率下降了21.1%，新陆早33号成苗率下降了13.0%，新陆早13号多下降了8.1%。,45,新陆早33号和新陆早13号的每年的平均减产率为0.34%和0.28%。当连续覆膜75、97年的时候，残膜造成的减产率开始大于覆膜引起的增产率，从第76、98年时候，两个品种开始不覆膜种植，残膜仍然存在，种植到121、157年的时候，残膜造成的单位面积的累积减产量开始大于覆膜造成的单位面积的累积增产量。,46,综上所述，新疆地膜残留对棉花产量和土壤质量产生明显影响，并且得出残膜对棉花产量是有影响极限的，如不及时采取措施，将严重危害棉花可持续发展与农田的可持续利用，所以必须引起足够重视。 同时培育、应用发达根系的棉花品种，快速研究低成本、高效利用的降解地膜，可以一定程度上缓解地膜残留对产量的影响。,
