作物水肥利用过程及调控试验研究

【摘要】：如何充分利用自然降水和更大限度发挥有限灌溉作用,实现同步提高作物产量和作物水肥利用效率及减少氮、磷肥污染是现代农业发展过程中急待研究的重要课题之一。本研究以夏玉米、冬小麦为供试作物,采用田间试验和土柱模拟试验相结合的方法,研究了水、氮、磷调控措施对夏玉米/冬小麦生长的影响,揭示了作物养分吸收累积和转运规律,调控措施对作物水肥利用效率和玉米根系特性的影响,得出以下主要结论: 1、在无灌溉条件下,氮、磷肥均能提高夏玉米叶面积指数和干物质累积量,随生育期推进,增长趋势逐渐明显,均以氮、磷肥用量分别为240、120 kg.hm-2水平时最好。氮、磷调控未改变茎、叶对氮、磷累积的单峰型动态变化规律,但能增加玉米植株各器官氮、磷累积量,且氮、磷肥配施效果更好。夏玉米植株对氮、磷吸收规律相似,拔节和灌浆期是两个高峰期,氮累积量随施氮量增加而增大。氮、磷调控措施下,夏玉米磷素累积最大速率出现时间较氮素晚,且氮、磷分别为240、120 kg.hm-2水平时最高,分别为1.66和0.29 g·d-1·m-2。 2、夏玉米土壤剖面水分和硝态氮随深度的变化趋势基本一致,0~50 cm土层水分和硝态氮含量高,且呈降低趋势,50~110 cm土层含量低且波动小,灌浆期两者均达到最低值。随施氮量增加,成熟期土壤中硝态氮含量急剧上升;随施磷量增加,土壤硝态氮呈先增后减趋势。0~50 cm土层含水量施氮低于不施氮处理,50~110 cm土层则相反。氮、磷肥能提高夏玉米水分利用效率,并以氮、磷肥用量分别为240、120 kg.hm-2水平时最好。 3、氮、磷肥能显著提高夏玉米产量,随施氮量增加其增幅呈先增后减趋势。当施磷量增至120 kg.hm-2水平时,产量有下降趋势。夏玉米达到最高产量时的氮、磷肥用量分别为:259.40、116.92 kg.hm-2,且氮肥对产量影响大于磷肥。氮、磷配施亦能提高玉米植株吸氮量和氮收获指数,氮、磷肥用量分别为240、120 kg.hm-2时最高,并可减小土壤氮素损失,提高籽粒品质。氮肥利用率与氮素利用效率均随施氮量增加而减小。 4、水、氮及以秸秆为主要原料的新型土壤改良剂均能提高冬小麦干物质累积量,秸秆改良剂与288 kg.hm-2氮肥配施时可提高37.8 %,但未改变其累积规律,拔节和灌浆期是两个累积高峰期,分别占16.7 %~25.5 %、49.8 %~58.7 %。施加秸秆改良剂可提高冬小麦光合速率和叶片水分利用效率。冬小麦茎、叶中氮、磷含量随生长期延续减小,成熟时钾大量贮存于茎秆中。秸秆改良剂和氮肥均能显著提高氮、磷在茎叶和籽粒中的含量以及植株氮、磷累积量,对钾含量影响不明显,且两者配施再配以灌水效果更好。氮、磷出现最大累积速率时间较对照早,无灌水条件下氮素最大累积速率出现时间随施氮量增加而提前,灌水则反之。氮素最大累积速率出现时间较磷早。灌水条件下秸秆改良剂与288 kg.hm-2氮肥配施处理和其与160 kg.hm-2氮肥配施处理氮、磷最大累积速率最高。叶对氮、磷转运量和转运效率均小于茎杆,氮素转运量较磷素多。 5、高氮肥与秸秆改良剂配施冬小麦增产效果显著,配以灌水后增产10.77 %。水、氮及秸秆改良剂能改善冬小麦返青和成熟期土壤水分和硝态氮含量,返青期0~100 cm土层水分变化剧烈,成熟期反之。秸秆改良剂与氮肥配施后0~200 cm土层蓄水量增幅较大,配以灌水更为显著。施氮量越多土壤中硝态氮累积量增幅越大,且对0~30 cm土层影响较大,灌溉后此层含量稍有降低。冬小麦氮素利用效率、氮肥利用率及氮素生产力均随氮施入量增加而降低。单施秸秆改良剂或氮肥对冬小麦水分利用效率影响不大,两者配施能使其显著提高,且秸秆改良剂与288 kg.hm-2氮肥配施处理最好。 6、夏玉米土柱模拟试验结果发现,水分对根系干重、根系活力、根系表面积的影响较氮、磷肥大。根系干重随土层深度增加而减小,0~10 cm土层尤为明显。0~20 cm根长密度较高,根长密度随土层深度增加先减小后上升。根系干重和根长密度随施氮量增加而降低,随施磷量增加一直增长,且玉米根冠比有减小趋势。氮肥和磷肥能提高玉米根系活力,在水分较好情况下其对磷肥更为敏感。 7、由籽粒产量和根系各指标之间相关分析可知,根干重、根长密度、根表面积和根系活力与籽粒产量和玉米地上部分干物质量均呈极显著相关关系。根冠比只与地上部分相关。根表面积和根系活力之间呈极显著相关关系。根系活力和根系吸氮能力对玉米生长和籽粒的形成有很重要的作用,存在显著正相关性。 8、结合各种调控措施对夏玉米/冬小麦籽粒产量及水肥利用效率影响,从控制土壤硝态氮积累量和减小氮素损失综合考虑,夏玉米适宜施氮量范围是120~240 kg.hm-2,施磷水平为120 kg.hm-2;在有限的灌水条件下,秸秆改良剂和氮肥配施能有效地为冬小麦生长提供良好的生长环境。