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喀斯特石漠化治理农草间作水肥配置互馈机制与优化调控

喀斯特石漠化治理农草间作水肥配置互馈机制与优化调控

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作者：许勤勤贵州师范大学

学位级别：硕士

中共中央“十四五”规划指出要科学推进石漠化综合治理,着力提高生态系统质量和稳定性,推动经济高质量发展和生态环境高水平保护。生态修复是喀斯特地区石漠化治理的关键,加快发展种养有机结合的生产方式,实施可持续发展战略,对促进石... 详细信息

中共中央“十四五”规划指出要科学推进石漠化综合治理,着力提高生态系统质量和稳定性,推动经济高质量发展和生态环境高水平保护。生态修复是喀斯特地区石漠化治理的关键,加快发展种养有机结合的生产方式,实施可持续发展战略,对促进石漠化治理与生态文明建设、推动经济社会发展绿色转型具有重要意义。根据地理学、土壤学、草地科学的人地关系、水土保持、生态位互补等理论,针对喀斯特地区水土流失综合治理与资源循环利用等科学问题与科技需求,在2019-2022年,选取以代表中国南方喀斯特石漠化总体结构的毕节撒拉溪、关岭-贞丰花江和施秉喀斯特为研究区,通过农草间作野外种植试验,运用相关性分析、方差分析等分析方法,围绕石漠化治理中“粮经饲草”四元结构与农牧循环发展的科学理念、共性关键技术研发、应用示范与产业化推广,进行全链条设计、一体化部署、分模块推进的系统研究。重点阐明石漠化地区农草间作种植模式与土壤水肥的互馈机制与优化调控,揭示石漠化治理生态畜牧业与环境友好发展的协同机制,提出石漠化治理与绿色农牧业发展模式并进行应用示范和验证推广,为石漠化治理区农牧业发展方式的绿色转型提供科技参考。（1）发现了喀斯特地区不同农草间作模式下土壤水肥的空间分布格局,阐明了喀斯特地区不同种植模式下土壤水肥因子随作物生长季节的变化发生相应变化:土壤水分的空间分布格局呈现间作大于单作,且随生长期的推进,土壤含水量、田间持水量和毛管持水量的平均含量呈现先下降后上升的趋势,在作物结果初期的土壤含水量低于幼苗期和结果末期,而土壤总孔隙度呈现逐渐增加的趋势,且间作种植的土壤总孔隙度大于单作种植。土壤p H在不同生育期内呈现一个波动下降的趋势,而土壤有机质含量则呈现一个波动上升的趋势,土壤氮磷钾含量表现为在作物幼苗期和成熟期高于坐果期,而不同间作模式下土壤养分含量的表现不一致。农草间作模式具有良好的环境效益,一定程度上改变了土壤水肥环境,必须重视农草间作种植与石漠化治理的相关性及作用机理。（2）阐明了基于植物营养品质的农草间作,具有提质增效的科学机理:单作的辣椒产量要低于间作的辣椒产量,间作辣椒的品质要在结果末期大于结果初期,间作紫花苜蓿种植的辣椒产量要高于间作混播牧草和黑麦草的产量。农作物间作混播紫花苜蓿的粗蛋白、粗灰分、粗脂肪和相对饲用价值要高于间作紫花苜蓿单作的含量,而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维则低于间作紫花苜蓿单作的含量;与之相反农作物间作黑麦草的粗蛋白、粗灰分、粗脂肪和相对饲用价值要高于间作混播牧草的黑麦草含量,而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维则低于间作混播牧草的黑麦草含量,第一茬牧草的粗蛋白、粗灰分、粗脂肪和相对饲用价值普遍高于第二茬,而中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维又普遍低于第二茬。石漠化治理与农牧循环发展共同推进,实现种植方式的绿色可持续转型和农民增产增收。（3）揭示了农草间作系统下土壤水肥及作物品质的基本分布特征,以及它们分布格局之间的耦合关系,阐明了农草间作系统下土壤水肥与作物品质之间的互馈机制:土壤中的氮和钾元素对于牧草粗蛋白的影响呈极度的正相关关系,而磷元素与粗蛋白呈负相关关系,而在土壤水分因素中,毛管持水量和田间持水量与其呈显著的正相关关系,说明当土壤中氮和钾含量的提升与毛管持水量和田间持水量的升高时,牧草的粗蛋白含量也会随之增加,而牧草的粗脂肪含量则与土壤碳氮含量呈显著的负相关关系,而土壤水分含量则与其呈现微弱的正相关关系。对于牧草产量来说,土壤中的有机质含量与其呈现微弱的正相关关系,产量与容重和贮水量呈现显著的正相关关系,与田间持水量和总孔隙度之间呈现显著的负相关关系。在石漠化治理模式中将当地特色农业与草地畜牧业种植方式相结合,兼顾经济效益和环境效益,实现区域经济与环境的共同发展。（4）提出了喀斯特地区农草复合种植的关键技术并进行应用示范与验证。根据作物的生理生态特征的差异性,与喀斯特地区的立地条件相结合,合理选择与调配农草间作种植的作物品种,采取适宜的配置方式和配置比例,综合田间的管理措施,研发了光能与水肥高效利用技术、田间管理收割技术,在三个示范区进行示范,充分利用地下地上的空间资源,发挥资源利用最大化。通过灰色关联度法对不同种植方式下作物品质进行分析,研究结果表明,在辣椒品质方面,间作的辣椒品质要优于单作,且以间作紫花苜蓿的综合效果最好,在牧草营养品质方面,间作单播牧草的效果要优于间作混播的牧草,且紫花苜蓿的营养品质要优于黑麦草。因此,石漠化农草间作种植中应加强对豆科作物的利用,发挥其生物固氮的能力,尽可能的减少外部化学品的使用,利用生物循环,实现土壤健康,为石漠化地区的生态友好型农业生产提供可行的技术参考。

关键词：喀斯特农草间作土壤水肥互馈优化调控

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