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《中国农业科学院》 2018年
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玉米种植体系生态集约化管理的农学与环境效应

赵蓉蓉  
【摘要】:面对人口快速增长带来对粮食的巨大需求以及保持社会发展和环境友好的多重目标,合理的田间管理措施对提高作物产量和保持作物体系的完整和可持续发展至关重要。本研究引入生态集约化管理的理念,以东北春玉米和华北夏玉米-冬小麦轮作体系为研究对象,从玉米产量、氮素利用率、土壤氮素残留和温室气体排放等方面,揭示生态集约化在不同玉米种植体系的管理优势,明确其在增加作物产量潜力和减少生态环境恶化风险的重要作用。主要结果如下:1)东北春玉米体系生态集约化(Ecological intensification,EI)处理七季平均产量为 11.8 tha~(-1),农民习惯处理(Farmers' practices,FP)平均产量为 11.2 tha~(-1)(2009年除外);本研究采用Hybrid Maize模型模拟春玉米在限制水分条件下的产量潜力,综合气象条件的平均春玉米作物潜力产量为15.5 t ha~(-1),EI处理平均六季的春玉米产量与FP处理相比更接近模拟的潜力产量。EI处理通过调节氮肥的施用量、施用时间和合适的种植密度,提高氮肥利用率并降低对生态环境的影响。植株含氮量结果表明,当施氮量为180kgha~(-1)时,可以充分保证整个春玉米生育期的生长需要,EI处理的植株吸氮量与FP处理相当。氮素养分利用率结果表明,EI处理的氮素农学效率、回收率和偏生产力(39.7 kg kg~(-1) 66.1%和 66.2 kg kg-])普遍高于 FP 处理(26.9 kg kg~(-1),42.5%和50.4 kg kg~(-1))。氮素养分效率的提高对减少环境中氮素残留至关重要,EI处理的土壤氮素残留、表观氮素损失和温室气体排放比FP处理相对应的各参数值分别减少37.5%、34.3%和29.8%;2)华北夏玉米-冬小麦轮作体系下,EI处理的夏玉米和冬小麦平均产量为8.7和7.1 t ha~(-1) FP处理下的夏玉米和冬小麦平均产量为8.2和7.2 t ha~(-1),同样地,EI处理的田间管理措施以4R养分管理理念为核心,通过调整施氮量、施用时间和合适的种植密度,以此提高夏玉米和冬小麦的氮肥利用率并以此降低氮素残留对环境的危害。夏玉米氮素养分利用率结果表明,EI处理的氮素农学效率、回收率和偏生产力(9.8 kg kg~(-1) 35.7%和49.8 kg kg~(-1))都明显高于FP处理(6.3kgkg~(-1),17.2%和32.6kgkg~(-1));同样地,冬小麦EI处理的氮素农学效率、回收率和偏生产力(11.8 kgkg~(-1),48.7%,43.3 kgkg~(-1))也明显高于FP处理(9.8 kg kg~(-1),40.7%,33.3 kg kg~(-1))。与FP处理相比,EI处理下夏玉米和冬小麦轮作体系每年平均减少土壤氮残留93.1 kgha~(-1)。同时,与FP处理相比,夏玉米和冬小麦季各减少23%和37%的温室气体排放。生态集约化玉米养分管理是以遵循施肥的4R养分管理理念(正确的施肥量、施肥时间、施肥位置和施肥品种)并结合优化的种植密度和玉米新品种的选择,可以有效提高玉米产量、地上部氮素吸收和利用率,并有效降低土壤中氮素残留和对环境温室气体的排放。
【学位授予单位】:中国农业科学院
【学位级别】:博士后
【学位授予年份】:2018
【分类号】:S513

【参考文献】
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