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灌溉制度和施肥对作物生长和水肥利用的影响

田建柯  
【摘要】:本研究于2014年6月~2015年6月,在西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院移动式遮雨棚内蒸渗桶中进行,共包括两个试验。试验一:以“郑单958”玉米为研究对象,在相同施肥水平下,设置3个灌水量水平[W1(120%ETc)、W2(100%ETc)和W3(80%ETc)]和3个灌水频率[D1(3d)、D2(6d)和D3(9d)]共9个处理。试验二:以“西农979”小麦为研究对象,设置了3个灌水下限水平[W1(60%θF)、W2(70%θF)和W3(80%θF)]和2个施肥水平[F1(0.15gNkg.-1风干土)和F2(0.3gN.kg-1风干土)],氮磷钾比例为1.0:0.8:1.0,共6个处理。研究了水分和肥料对玉米/小麦生长、产量、水分和养分吸收利用及土壤水肥环境等的影响,结果表明:(1)随着生育期的推进,玉米株高、茎粗、叶面积均呈现出增加的趋势,且在成熟期达到最大。灌水量对成熟期玉米株高、茎粗、叶面积和干物质量均达到极显著影响,其变化随着灌水量的增加而增加,表现为W1W2W3;灌水频率对成熟期玉米株高的影响达到显著水平,对茎粗、叶面积和干物质量均达到极显著影响,其变化随着灌水频率的增加而呈现出下降趋势,表现为D1D2D3。(2)灌水量和灌水频率对单株玉米产量达到极显著影响。玉米产量随灌水量的增加而增加,随灌水频率的增加而降低,在W1D3处理达到最大值,为83.25g。除穗长、秃尖长和穗行数外,玉米的穗粗、行粒数和百粒重也随着灌水量的增加、灌水频率的降低而增加,其影响规律和产量类似。玉米干物质与产量之间的拟合关系呈现为线性拟合关系,R2为0.969,表明增加干物质量对提高玉米产量具有重要作用。(3)水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE)随着灌水量的增加先增大后减小;随着灌水频率的增加,均呈现为下降的趋势。WUE和IWUE的最大值均出现在W2D3处理,分别为1.84kg/m3和1.62kg/m3。W2D3处理水分利用效率比W1D3增加了4.26%,但产量却减少了13.25%。在本试验条件下,W1D3处理为最佳选择。(4)灌水量和灌水频率显著影响成熟期玉米对养分的吸收,氮、磷和钾素累积吸收量均随着灌水量的增加而显著增加,随着灌水频率的增加显著下降。养分(氮、磷、钾素)利用效率表现为:磷氮钾。增加灌水量,氮、磷和钾素利用效率均呈下降趋势;增加灌水频率,氮、磷和钾素利用效率均呈增加趋势。养分(氮、磷、钾素)吸收效率表现为钾氮磷。氮、磷和钾素吸收效率和肥料偏生产力(PFP)均随着灌水量的增加而增大,随着灌水频率的增加而降低。PFP最大值出现在W1D3处理,为2.56kg/kg,最小值出现在W3D1处理,仅为1.60kg/kg。(5)在施肥一致的情况下,灌水量和灌水频率对成熟期土壤硝态氮分布有不同影响。相同灌水水平下,除W2D3处理14cm土层外,所有处理的土壤硝态氮含量随着土层深度的增加呈现出增大的趋势,均在35cm土层处达到最大值。土壤垂直剖面硝态氮累积量随着灌水量的增加而减少,随着灌水频率的增加而增加。(6)小麦株高和叶面积随着生育期的推进均呈现出先增加后降低的趋势,小麦株高在灌浆期达到峰值,叶面积则在开花期达到峰值。不同生育期小麦株高、叶面积和地上部干物质量均随着灌水下限的增大和施肥量的降低而增大,其最大值均在W3F1处理获得。小麦叶绿素含量随着生育期的推进呈现出先增加后减小的趋势,叶绿素a、叶绿素b和叶绿素总含量均在开花期达到最大值,胡萝卜素则在灌浆期达到峰值。小麦叶绿素含量均随着灌水下限的增加和施肥量的增加而增加,在W3F2处理获得最大值。(7)小麦产量随灌水下限的增加显著增加,随施肥量的增加显著下降,表现为W1W2W3,F1F2。其中W3F1处理小麦产量最大,为88.98g,W1F2处理最小,仅为51.64g。小麦成穗数和百粒重的影响规律和产量类似,且小麦成穗数与产量、百粒重与产量之间的拟合关系均呈现线性拟合关系,R2分别为0.917和0.973,拟合度较好。小麦地上部干物质与产量之间的拟合关系也呈现线性拟合关系,R2为0.978,表明干物质量对增加小麦产量具有重要作用。(8)灌水下限和施肥对水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE)均有显著影响。WUE和IWUE随着灌水下限的增加先增大后减小,随着施肥量的增加而减小。WUE最大值出现W2F1处理,为1.94kg/m3,其次为W3F1处理,为1.93kg/m3,两者之间无显著差异,但W3F1处理的小麦产量比W2F1处理增加了10.33%。IWUE在W2F1处理获得最大值为1.91kg/m3,其次为W3F1处理,为1.90kg/m3,两者之间无显著差异。分析比较产量和水分利用效率,在本试验条件下,W3F1处理为更佳的选择。(9)随着小麦生育期的推进,氮、磷和钾素在植株体中的累积总量不断增大,并在成熟期达到最大值。氮、磷和钾素逐渐从小麦茎、叶向穗中转移,成熟期穗中氮、磷和钾素吸收量最大。灌水下限和施肥量显著影响小麦地上部氮、磷和钾素累积量,且在不同生育期均随着灌水下限的增加而增加,随着施肥量的增加而下降。养分(氮、磷、钾素)利用效率表现为:磷钾氮。整体上,增加灌水下限,磷和钾素利用效率有下降的趋势,氮素利用效率呈现出先增加后降低的趋势;增加施肥量,氮、磷和钾素利用效率均有下降的趋势。养分(氮、磷、钾素)吸收效率表现为氮钾磷。氮、磷和钾素吸收效率和肥料偏生产力(PFP)均随着灌水下限的增加而增大,随着施肥量的增加而降低,均在W3F1处理达到最大值。PFP最大值为4.17kg/kg,最小值出现在W1F2处理,仅为1.21kg/kg,差异极显著。


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