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《西北农林科技大学》 2011年
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营养型抗旱保水剂与氮肥配施对土壤与作物的效应研究

杨永辉  
【摘要】:保水剂是一种具有保水、抗旱,提高水肥利用效率的农业节水制剂,已逐步应用于农业生产,并具良好应用前景。本研究通过盆栽和田间小区试验相结合的方法,采用河南省农业科学院研制的营养型抗旱保水剂,较为系统地研究了该保水剂与氮肥配合施用对土壤结构特征、持水、供水能力、小麦生理生化特征及作物水肥利用状况的影响。初步得出如下研究结果: 1、对小麦增产效应进行分析表明:田间试验条件下,土壤施用保水剂促进了小麦的生长,增加了小麦叶面积和穗长、提高了小穗数、降低了小麦耗水量、促进了小麦产量和水分利用效率的提高。保水剂与氮配施效果更佳,较对照增产最高达54.8%,水分利用效率提高71.5%。同时,保水剂与氮肥配施后显著提高了氮素生产力。各处理中均以保水剂60kg/hm2与氮肥225kg/hm2配施的处理效果为佳。 盆栽实验表明,不同水分条件下,单施保水剂提高小麦产量不显著,但其与氮肥配施时小麦产量显著提高,以中氮(225kg/hm2)处理最佳,且充分灌水显著高于轻度胁迫的处理。轻度胁迫条件下,较对照最高增产为78.9%,水分利用效率提高77.6%;充分灌水条件下最高增产98.2%,水分利用效率提高97.6%。此外,轻度胁迫条件下的水分利用效率均高于充分灌水的处理。对N肥农学效率、表观回收率及N素生产力而言,轻度胁迫时以氮肥432mg/kg与保水剂配施的处理较高,保水剂处理间差异不显著,而充分灌水时以保水剂54mg/kg与氮肥432mg/kg配施的处理较佳。 2、对土壤结构与孔隙特征进行研究表明:施用保水剂显著提高了土壤的结构的稳定性,降低了土壤容重,而氮肥的施用对土壤结构稳定性的提高有促进作用。田间试验条件下,以保水剂60kg/hm2处理和保水剂60kg/hm2与氮肥225 kg/hm2配施的处理0.25mm土壤水稳性团聚体含量较高,土壤结构较其它处理稳定。而在盆栽实验条件下,随小麦生育期的推进,土壤结构稳定性有所降低。轻度胁迫条件下的土壤结构较充分灌水的处理稳定。各处理中均以保水剂54mg/kg与氮肥配施的处理0.25mm水稳性团聚体含量较高。 利用CT扫描技术对盆栽条件下的土壤孔隙特征进行定量研究表明:施用保水剂与N肥后,土壤大孔隙数、孔隙度及土壤孔隙成圆率均显著提高。与充分灌水相比,轻度胁迫处理的大孔隙数和大孔隙度均较高,且轻度胁迫条件下以保水剂54mg/kg与氮肥432mg/kg配施的处理的总孔隙度和大孔隙度均较高,分别比对照增加57.3%和60.7%,而充分灌水条件下以保水剂54mg/kg与氮肥864mg/kg配施的处理较高,分别比对照增加55.4%和116.7%,表明在不同水分条件下,保水剂与氮肥配施,其用量适宜时对于土壤孔隙的改善效果更佳,有利于土壤中水分与养分被作物吸收利用,促进作物生长。 3、在盆栽实验条件下,土壤水分特征研究表明:保水剂与氮肥配施,其土壤含水量与土壤水吸力均符合方程:θ=a·S-b,且土壤持水能力提高更加显著。轻度胁迫条件下,土壤持水能力随保水剂用量的增加而提高;充分灌水时,对照持水能力最低,而其它处理间差异较小。同时,保水剂的施用提高了土壤的供水能力、导水能力及增加土壤水分的有效性。轻度胁迫条件下的土壤供水能力均小于充分灌水条件下的土壤。轻度胁迫和充分灌水条件下,保水剂所吸持的水分能被作物吸收利用的部分分别较对照增加36.8%(保水剂81mg/kg与氮肥864mg/kg配施)和13.41%(27mg/kg与氮肥864mg/kg配施)。 4、保水剂与N肥配施对小麦生理生化特征的影响反映了其对小麦生长及增产的机理,研究发现: 在田间天然降水条件下,保水剂和N肥配施均提高了小麦叶片相对含水量、叶片叶绿素含量,降低了小麦叶片和根系的可溶性糖含量、脯氨酸含量及细胞质膜透性,增强了小麦的抗旱能力。各处理综合表现为:保水剂用量为60kg/hm2及保水剂60kg/hm2与氮肥225kg/hm2配施的处理效果较为显著;在拔节期,以单施氮肥450kg/hm2和保水剂60kg/hm2与氮肥450kg/hm2配施的处理叶片水分利用效率较高,分别比对照提高60.7%和52.1%。在灌浆期,以保水剂用量为30kg/hm2处理及保水剂60kg/hm2与氮肥225kg/hm2配施的处理较高,较对照提高123.5%和120.4%。说明土壤施用保水剂提高了小麦不同生育阶段的抗旱性能,降低或减缓了因干旱胁迫带来的伤害,促进了干物质的积累。 在盆栽实验条件下,不同水分条件小麦光合生理特征对复水前后的响应表现为:复水前,在拔节期,轻度胁迫条件下以单施高氮处理(864mg/kg)的光合速率、蒸腾速率和气孔导度等较高。而充分灌水条件下,高氮虽降低了光合速率和蒸腾速率,但蒸腾速率降低的幅度更大,因此其叶片WUE却较高,而保水剂与N肥配施的处理光合速率等较低,但均高于对照;在孕穗-扬花期和灌浆期,复水前单施保水剂有利于提高小麦的光合速率、蒸腾速率及气孔导度,且轻度胁迫条件下,均以保水剂的用54mg/kg时效果最佳。而充分灌水条件下,以保水剂27mg/kg处理光合速率等最高。复水后,各处理的光合参数均显著提高,但在不同生育期土壤水分降低到一定程度后,其光合速率、蒸腾速率、气孔导度及叶片WUE又继续增加。综合以上分析:在小麦生长发育的中后期,N肥施用增加了复水前对小麦的胁迫,导致气孔导度等光合参数降低,但复水后其对小麦光合生理的激发效应更为显著,而适度干旱胁迫有利于小麦叶片WUE的提高。 5、对小麦产量与土壤物理、小麦生理及小麦生长各指标等进行通径分析发现:土壤持水能力、供水能力、导水能力及田间持水量成为小麦籽粒产量的影响因子之一,且以轻度胁迫条件下效果较佳。对保水剂经济效益分析表明:60kg/hm2保水剂用量增产效果最显著,最大产投比为7.05,每hm2最大增收1317.6元。
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