农田水肥效应及其生理机制研究

【摘要】： 自从认识到水和矿质元素对植物的重要作用以来，人类一直在探索通过施肥和灌水来提高植物生产力的技术和方法。前人在农田水肥的产量效应研究方面作了不少工作，但结果有许多矛盾之处。对水肥效应的生理机制研究，大多以水分胁迫为条件，着眼于作物对干旱的适应性及其调节作用，而结合生育时期及养分供应等因素，研究水肥在各生育期的作用效果及其后效，深入探讨水肥耦合机理等方面报道较少。本研究以冬小麦和夏(春)玉米为供试作物，以田间和土培条件下的生物试验为基础，研究了不同生育期水肥配合对作物生长发育、水分利用及一些生理特性的影响，为阐明旱地农田水肥效应、揭示水肥耦合的生理机制，从而做到高效利用水肥资源提供科学依据。取得的主要研究结果如下： 1．通过模拟试验得到的水肥效应结果与实际情况相差较大；田间试验研究表明肥料的增产作用大于灌水；在现有的水资源条件下，增加氮肥供应水平是黄土高原地区大部分农田作物增产和提高有限水资源利用效率的主要途径；加强夏闲期降水的蓄积、提高土壤底墒是冬麦区作物高产的重要条件；作物生育期间的灌水关键期与土壤底墒、作物生育期降水量和降水的时间分布等因素有关；只要水肥科学配合，提高冬小麦和夏玉米的产量和水分利用效率有着巨大的潜力。 2．秸秆覆盖改变了农田水氮的产量效应。秸秆覆盖使土壤水分状况明显改善，从而补充灌水的效果相应减小，氮肥的作用更加突出。秸秆覆盖条件下小麦增产是有条件的：生育期间没有补充灌水时，覆盖增产主要取决于氮肥用量，氮肥投入较少时覆盖小麦能显著增产。在不同氮肥用量前提下，覆盖的增产效果除了与生育期总灌水量有关外，还与灌水量在各生育期间的分配有关。 3．秸秆覆盖对小麦根系生长的影响与水氮供应有关。不灌水或少量补充灌水及适量氮肥是秸秆覆盖促根的条件；补充灌水在不同生育时期的分配也影响秸秆覆盖的促根作用。无覆盖时小麦根量随灌水量呈先升后降的变化趋势，秸秆覆盖时根量则随灌水量持续降低；无覆盖条件下，随施氮量的增加，小麦根系总量基本呈降低的大趋势；秸秆覆盖时适量氮肥(112.5kg/hm~2或150kg/hm~2)有利于增加土壤剖面中的总根量，但施氮量继续增加时根量也呈降低趋势。秸秆覆盖也改变了小麦根系在土壤剖面中的分布规律。 4．水分胁迫使玉米的发育显著受阻，生育期明显滞后，玉米株高、茎粗和叶面积显著减小，地上部干物质量下降。早期水分胁迫造成的影响在后期水分供应适宜时仍然存在，但玉米生长有一定恢复，恢复程度与养分供应有关。抽雄期是玉米的水分敏感期，此期干旱不仅影响玉米株高、干物质量及籽粒产量，而且显著降低收获指数。养分供应不足时水分的增产作用会受到限制；充足的养分供应在一定程度上有助于缓 解水分胁迫对玉米生长发育产生的影响，而且显著提高玉米收获指数。肥水的合理配 合不仅能显著提高同化产物的数量，还有利于同化产物更多地向经济产品中转运。 5．玉米光合速率的日变化呈单峰曲线，高峰出现的时间与土壤水肥状况和生育 期有关。苗期水分亏缺时，光合速率的高峰趋于消失。苗期玉米叶片气孔导度与光合 速率具有显著的正相关关系，其日变化规律与光合速率的一致：拔节期玉米叶片气孔 导度与光合速率的相关性大小与水肥供应有关。玉米叶肉细胞间隙CO。浓度的日变化 呈“ U”型曲线。最低值出现的时间与生育期和水肥供应状况有关。土壤水分供应充 足时，玉米叶片能保持较高的气孔导度，光合速率提高。水分过多时光合速率有下降 趋势。养分亏缺状态下，水分对促进气孔开张的作用有限。增加养分供应有助于提高 玉米光合速率，效果大小与生育期和土壤含水量有关。水分亏缺对玉米光合的影响主 要受非气孔因素控制。苗期水分亏缺条件下，养分促进光合的作用较明显；拔节期在 适中的含水量范围内养分的效果最突出。 6．随着土壤含水量的增加，玉米水分生产效率增高，含水量过高时WUE变化不 大甚至降低。随着玉米生长发育的进程，WUE与土壤含水量的相关性在减小。抽雄期 水分亏缺对玉米水分生产效率影响最大。肥料有提高水分生产效率的作用，但在生育 前期比后期效果更明显。玉米单叶水分生产效率的R变化规律因生育期和水肥供应不 同而有明显差异。养分对苗期单叶WUE的影响不显著，拔节期较明显。前期水分亏缺 的玉米后期增水后单叶水分利用效率显著增高。 7．玉米根系生物量不仅与生育期间总灌水量有关，还与灌水在各生育期的分配 有关。土壤水分亏缺和过多时都能促进玉米根系生长。土壤含水量较高时，玉米根系 的分枝性增强，较粗的分枝少，较细的分枝显著增多。高肥条件下，在低含水量范围 内，根干重随土壤含水量的增加变化不大或下降，在高含水量范围内，根干重则随土 壤含水量的增加而增加。低肥条件下，根干重与玉米生育前期土壤含水量关系更密切。 水分亏缺对玉米根系生长的影响不仅与生育期有关，还与养分供应状况有关：低肥条 件下，苗期干旱对玉米根重的影响最大；高肥条件下，干旱具有一定的增根作用，其 中以灌浆期最明显。盆栽条件?

【关键词】：水分 氮肥 产量 水分利用效率 光合特性 根系 秸秆覆盖
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：S311
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