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不同灌溉方式下民勤荒漠绿洲区棉花水氮耦合效应研究

李培岭  
【摘要】:在我国西部水资源短缺和农田水肥利用率低是限制该地区农业生产的主要因素。近年来,随着节水灌溉理论技术的推广和应用,有效改善了该地区作物水分环境,显著提高灌溉水利用效率。但在节水的同时如何提高作物的养分利用效率,特别是节水灌溉条件下水分和氮素的耦合效应,近年来成为学术研究的热点问题,截止目前虽取得一些研究成果,但在荒漠绿洲区研究还比较少。本文通过对甘肃民勤荒漠绿洲区大田棉花灌溉试验,系统研究和分析不同灌溉方式下棉花水氮耦合效应,对于有效提高该地区棉花水氮利用效率、改善农田土壤环境有着重要意义。试验研究取得主要结论如下: (1)不同沟灌方式棉花的水氮耦合效应研究表明,棉花产量效应表明,三种沟灌方式增加施氮量和灌水量均有利于棉花产量的提高,但FFI限制了水氮效应的发挥,AFI与CFI的棉花产量效应差异不显著。棉花NUE效应表明,三种沟灌方式增加灌水量和控制施肥量均能够明显提高,其中AFI促进了氮肥效应的发挥,而FFI限制了氮素效应。棉花WUE效应表明,三种沟灌方式增加施氮量和控制灌水量能够促进WUE提高,相对于CFI,AFI促进水氮效应发挥,FFI降低水氮效应的发挥。棉花产量、NUE、WUE水氮耦合效应在不同沟灌方式中,AFI最能够促进水氮耦合效应发挥,促进棉花水氮高效利用。 (2)不同沟灌方式棉花群体生理指标的变化规律研究表明,叶片光和势(LAD)、作物生长率(CGR)、群体净同化率(NAR)、叶面积指数(LAI)采用模型f=a*exp(-0.5*((T-T0)/b)2)模拟变化趋势,模型参数稳定且模拟精度较高。不同沟灌方式棉花LAD、CGR、NAR、LAI均随施氮量和灌水量增加而显著提高,其中AFI的LAD、CGR、NAR提升幅度最大,但在高肥高水处理下各指标受到一定抑制。CFI的LAI提升幅度最大。FFI的各群体指标均明显受到抑制。根据棉花群体生理指标变化规律以及群体指标与生物量、产量的关系,得出棉花群体性能在低肥、低水情况下CFI优于AFI和FFI,中肥、中水情况下AFI和CFI优于FFI,高肥、高水情况下AFI优于CFI和FFI。 (3)不同沟灌方式棉花氮素吸收变化情况,通过模型(f=a*exp(-0.5*((T-T0)/b)2)模拟棉花各器官氮素含量,以及棉花氮素吸收指标变化趋势,表明模型参数稳定且拟合精度较高。不同沟灌方式之间,与CFI相比较, AFI棉花各器官全氮含量(N),氮肥吸收比例(Ndff)和氮肥吸收率(NAR)均差异不显著,说明在AFI对棉花的氮素吸收影响较小,实现了节水灌溉同时,促进了棉花水氮吸收。FFI方式下棉花各器官氮素含量和氮素吸收指标均显著降低,限制了氮素吸收,降低了水氮利用效率。综合比较,在适中施肥量和灌水量条件下,AFI最能有效促进棉花氮素吸收,发挥棉花水氮耦合效应。提高水氮利用效率。 (4)不同沟灌方式棉花根区水氮运移研究表明,根区土壤硝态氮含量变化表明,AFI各剖面硝态氮含量随灌水量和施氮量增加而提高,随土壤剖面深度增加而下降。CFI灌各剖面硝态氮含量随灌水量增加明显降低,并且随着土壤剖面深度的增加而升高。FFI未灌水沟硝态氮含量变化不显著,灌水沟硝态氮含量随灌水量增加而显著提升。沟灌棉花根区铵态氮变化表明:AFI各剖面含量随灌水量增加而增长,随剖面深度变化不显著。CFI各剖面表层含量随灌水量增加而增长,深层含量变化不显著。FFI各剖面表层铵态氮含量较高,深层含量较低。综合分析,AFI最能有效降低棉花根区硝态氮损失,使硝态氮和铵态氮含量主要分布在棉花根系有效吸收范围内,有利于棉花氮素吸收和利用。 (5)不同滴灌模式棉花水氮耦合效应表明,1带4行模式受水分胁迫影响,抑制了肥效发挥,而2带4行和2带6行在水分适宜时,2带4行促进了肥效的发挥,2带6行则限制了肥效的发挥。棉花产量效应表明,1带4行和2带4行增加施氮量和灌水量有利于提高产量,2带6行则增加灌水量和控制施肥量有利于提高产量。棉花NUE水氮效应表明,三种滴灌模式增加灌水量和控制施氮量有利于提高NUE。棉花WUE的水氮效应表明,1带4行和2带4行增加施氮量和减少灌水量有利于棉花WUE提高,2带6行则需控制施氮量和减少灌水量。根据不同滴灌模式棉花水氮耦合效应,以及棉花产量、NUE和WUE的回归分析得出,2带4行滴灌模式在棉花产量、WUE、NUE最能促进水氮耦合效应发挥。 (6)不同滴灌模式下棉花生长发育、生物量变化研究表明,棉花叶面积指数通过模型f=a*exp(-0.5*((T-T0)/b)2)模拟变化趋势,参数稳定且拟合精度较高。棉花LAI受灌水量影响大于施氮量,增加施氮量和灌水量均可显著提高,三种滴灌模式棉花内行、边行LAI比较:2带6行2带4行1带4行。1带4行模式下棉花受水分胁迫的影响,根系、地上干物质、单株铃数、籽棉产量等均明显2带4行。2带4行增加施肥量能够有效促进棉花养分吸收和干物质累积,单株铃数、籽棉产量等均显著高于1带4行和2带6行。2带6行棉花地上干物质、单株铃数、籽棉产量等均随水肥水平增加而提高,但群体生长发育受通气性和透光性影响,棉花生物量受到一定程度抑制。 (7)不同滴灌模式棉花氮素吸收变化研究表明,通过模型f=a*exp(-0.5*((T-T0)/b)2)模拟各器官氮素含量及氮素吸收指标变化趋势,模型参数稳定且拟合精度较高。1带4行模式棉花根系氮素含量随施氮量增加而降低,棉花茎、叶、蕾铃氮素含量随施肥量的增加趋势逐渐降低,棉花各器官氮素含量随灌水量增加而明显增长,说明1带4行棉花根系发展和水氮传输受到抑制,影响棉花地上部分的氮素利用。2带4行模式棉花各器官氮素含量,随着施肥量和灌水量增加而显著提高,2带4行模式促进棉花根系发展,增强了棉花水氮传输功能,各器官氮素利用效率显著提升。2带6行棉花相比于2带4行,棉花各器官氮素含量降低,增加施肥量和灌水量能够促进棉花各器官氮素含量,但受群体性能的影响,根系发展受到抑制,各器官氮素吸收量显著降低。 (8)不同滴灌模式棉花根区水氮运移研究表明,三种滴灌模式根区土壤含水量分布均匀性随灌水量增加而显著提高,整体氮素含量随施肥量增加而增长。棉花根区土壤硝态氮含量,1带4行膜中硝态氮含量随灌水量增加而下降,随施肥量增加而提高,膜边硝态氮含量随灌水量和施氮量变化不明显。2带4行、2带6行膜中、膜边硝态氮含量均随施肥量和灌水量增加而显著提高。根区铵态氮含量受施肥量影响大于受灌水量。三种滴灌模式根区铵态氮含量,膜中、膜边均随施肥量增加而提高,随灌水量增加1带4行变化不显著,2带4行、2带6行表层含量下降,深层含量明显增加。综合分析得出,2带4行最有利于提高棉花根区土壤氮素含量分布均匀性,有利于棉花根系养分吸收。


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