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《西北农林科技大学》 2008年
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半湿润农田生态系统作物—杂草体系氮素营养研究

范亚宁  
【摘要】: 在对农田生态系统作物氮素利用效率以及氮素平衡方面,前人已经做了不少研究。但是这些研究没有考虑杂草时农田生态系统作物对养分的吸收利用。在农田生态系统中,田间除作物外,还存在杂草,杂草与作物争夺养分、水分和生长空间等,杂草的存在对土壤矿质氮残留累积、作物产量、氮素利用、氮素损失以及对植物吸氮量等可能产生的影响。本试验结合前人研究结果,以黄土高原南部半湿润区为背景,以土垫旱耕人为土为供试土壤,选择夏玉米/冬小麦连种体系,试验因子包括施肥、杂草处理、密度(冬小麦)等:杂草处理设4种方式:夏玉米季,设成熟期清除杂草(A区),拔节期清除杂草(B区),喇叭口期清除杂草(C区)和灌浆期清除杂草(D区);施肥处理设5个施氮水平,即在施磷的基础上每公顷施氮0kg(PN_0)、45kg(PN_(45))、90kg(PN_(90))、135kg(PN_(135))和180kg(PN_(180));冬小麦季,设常规种植密度和低种植密度。常规密度:设成熟期清除杂草(A区),越冬前清除杂草(B区),返青期清除杂草(C区)和拔节期清除杂草(D区),施肥处理设7个施肥水平,不施肥(CK)、单施氮肥(P0N135),在施磷的基础上每公顷施氮0kg(PN_0)、45kg(PN_(45))、90kg(PN_(90))、135kg(PN_(135))和180kg(PN_(180));低种植密度:杂草处理与常规密度相同,施肥处理为,不施肥(CK)、单施磷(PN_0)、单施氮(P_0N_(135))和氮肥磷配施(PN_(135)),低密度中杂草处理与常规密度相同。通过以上田间实验和室内测定,研究得出以下主要进展: 1.播种密度及施肥不仅显著影响冬小麦生物学特征,而且也显著影响作物同化能力。研究发现,适当降低种植密度有利于提高分蘖数;在施P条件下,植株分蘖数和叶面积随施氮量增加而增加;两种种植密度下,不同施肥处理冬小麦整个生育期叶面积指数和透光率呈相反的变化趋势,透光率最小值出现在开花期,叶面积指数最高值也出现在开花期,透光率和叶面积指数与籽粒产量密切相关(P0.01);低密度不同施肥处理SPAD值均高于相同施肥处理下的常规密度,降低种植密度能增加冬小麦SPAD值;SPAD值以冬小麦扬花期最大,此后显著降低;低密度不同施肥处理Pn值高于常规密度;Pn与SPAD呈极显著线性关系;基础荧光(F0)与SPAD的相关关系极显著;最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)及PSII潜在活性(Fv/F0)与施氮量呈二次曲线关系;可变荧光(Fv)、最大荧光Fm、基础荧光(F0)及PSII潜在活性(Fv/F0)与籽粒产量相关关系显著或者极显著;对冬小麦而言, PSII光化学效率(Fv/Fm)及PSII潜在活性(Fv/F0)随生育期推进先增大,在扬花期达到最大,扬花期后又显著减小。 2.研究表明,玉米田间杂草在生育前期(拔节期和喇叭口期)主要优势种群为香附子和打碗花,而生育后期,主要优势种为马唐和狗尾草;单施P能增加玉米田杂草密度;杂草吸氮量与施氮量相关关系达显著水平;玉米田杂草三个多样性指数均以处理PN180最高,多样性指数与施氮量相关关系不显著。两种密度下,冬小麦田间主要优势杂草种为播娘蒿;常规密度下,施磷时,随施氮量增加,杂草密度和生物量增加,但杂草吸氮量的增加不显著;低密度下,不同处理杂草密度、生物量和吸氮量均高于相同施肥处理下常规密度;在常规密度和施磷条件下,多样性指数和均匀度指数随施氮量的增加而减小。 3.杂草清除时间显著影响作物产量。在两季作物中,施氮后作物冠层生物量和籽粒产量显著增加。冬小麦拔节期清除杂草时,籽粒平均产量最高,为4487.6kg/hm~2,而整个生育期不清除杂草时,籽粒产量最低,为3646.0kg/hm~2,整个生育期不清除杂草,籽粒产量的平均损失率最大。冬小麦季在常规密度下,以越冬期清除杂草时籽粒产量最高,平均为5733.9kg/hm~2,而整个生育期不清除杂草时,籽粒产量最低,平均仅为4247.7kg/hm~2,说明小麦生育期的最佳除草期在越冬前;常规密度不同施肥处理籽粒产量均高于低密度相同施肥处理下籽粒产量。低密度下,DMT(干物质转移量)、DMTE(干物质转移效率)和DMTP(转移干物质对籽粒的贡献率)比常规密度分别减少0.017g/株、3.96%和4.71%,说明合理种植密度更有利于同化产物向籽粒输送。 4.土壤剖面矿质氮含量及累积量与施氮量及种植密度密切相关。研究表明,在夏玉米季,土壤剖面NO_3~--N含量随施氮量增加而增加,NO_3~--N含量与施氮量呈线性相关;夏玉米生长过程中,土体NO_3~--N累积量和NH_4~+-N累积量在喇叭口期最高,而在灌浆期最低;夏玉米收获后,土壤中的矿质氮随施氮量增加而增加,二者之间呈极显著的线性相关关系(P0.01)。在冬小麦季,两种冬小麦种植密度下,NO_3~--N累积量均在越冬期达到最大,收获后最小;冬小麦收获后,随施氮量增加,土壤中残留矿质氮也呈现增加的趋势;研究还表明,小麦低种植密度下,相同施肥处理下NO_3~--N和NH_4~+-N平均累积量高于常规种植密度相同施肥处理,降低种植密度后土壤矿质氮残留量增加。 5.杂草吸氮量影响农田生态系统氮素损失评估。结果表明,夏玉米季,整个生育期不清除杂草,玉米的氮肥利用率最低,平均为23.75%,喇叭口期清除杂草时氮素利用率最高,平均为30.77%。冬小麦季,氮肥利用率随着施氮量的增加而呈现增加趋势,越冬前清除杂草,冬小麦的氮素利用率最高,平均为45.67%。夏玉米季,不考虑杂草吸氮量时,PN_(45)、PN_(90)、PN_(135)和PN_(180)处理氮素损失量比考虑杂草吸氮量时分别增加7.85%、6.54%、4.82%和6.93%。在冬小麦季,不考虑杂草吸氮量时,PN_(45)、PN_(90)、PN_(135)和PN180处理氮素损失比考虑杂草吸氮量时分别增加5.12%、7.49%、9.64%和18.39%。以上结果说明,在估算农田生态系统氮素平衡时,应该考虑杂草吸氮量。
【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】:2008
【分类号】:S181

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