夏玉米水、氮、钾耦合效应的量化指标研究

【摘要】：河北平原地区是全国最缺水的地区之一,并且年降水量不断减少,水资源的亏缺已成为河北平原农业高效持续发展的重要限制性因素。水资源不足限制了该地区的农业生产,施肥不合理是制约水分潜力发挥的主要原因之一。在一定条件下,施肥可以大幅度提高作物的水分利用效率,因此农业中水分和养分的关系问题当前农业的研究热点。水肥耦合是争取作物高产优质高效的必由之路。因地制宜调节水分和肥料,使水肥产生协同作用,达到“以水促肥”和“以肥促水”的目的,是实现河北平原区农业生产节水节肥和高产高效的主要途径。 本文通过在河北省石家庄市辛集试验基地进行的盆栽试验,以华北山前平原区夏玉米为研究对象,采用盆栽试验和室内分析相结合的方法,探讨了水肥耦合效应的一些特点和规律,重点研究了旱棚条件下,不同水分,氮肥和钾肥配合对玉米的生长发育和产量的影响,并提出了实现一定产量目标的最佳水肥投入指标,可作为指导实践的参考。 研究水分,氮肥和钾肥耦合作用时,设计全生育期极丰水年型、丰水年型、平水年型、贫水年型、欠水年型五种水分年型,分别与五种氮钾肥水平按照三因素五水平二次通用旋转回归设计,试验共20个处理。分析了不同水分处理、不同氮钾肥处理以及水肥耦合对玉米生长发育和产量的影响。建立了产量与水分、氮肥和钾肥三因子的数学回归模型,表明水、氮和钾对玉米增产具有显著的正耦合效应。其研究结果表明: (1)在玉米生长发育各个时期,水分对其株高,单株叶面积及茎粗的影响极显著正相关。对玉米影响顺序为:水分钾氮,而N效应不显著。 (2)在不同水肥耦合条件下,夏玉米每个时期的株高,单株叶面积及茎粗各处理影响差异显著。以平水年中等氮钾处理玉米最高,处理欠水年中等氮钾最低。当水分增加到W4(450mm)、W5(520mm)时,玉米的株高,单株叶面积及茎粗反而降低。由此表明在氮、钾肥用量一定时,玉米株高、单株叶面积及茎粗在一定范围内随着水分的增加而增加,但是当水分过大时,玉米生长会因为土壤湿度大导致通气性不良,植株生长受到限制,株高降低。 (3)不同水肥耦合条件下,夏玉米生物量与水肥的回归模型分析,求得玉米生物量与各因素回归方程为:Y=-28.03+53.10W+8.92N+17.53K,回归系数显著性检验结果表明,W、N、K对玉米生物量的影响为正效应,各因素效应系数大小依次为WKN。 (4)在玉米的营养生长时期,以欠水年中等氮钾处理根冠比最高,极丰水年中等氮钾处理次之,平水年中等氮钾处理条件下的根冠比最低。在玉米的生殖生长阶段,根冠比的总体趋势和营养生长阶段的趋于相同,与平水年中等氮钾处理根冠比相比,欠水年中等氮钾处理和极丰水年中等氮钾处理的根冠比分别增加了87.64%和86%。 (5)不同水氮钾条件下对玉米各处理间的产量、穗重、穗长和百粒重的影响差异比较显著。其中平水年中等氮钾处理在产量、穗重、穗长和百粒重都是最高。 (6)以产量为目标变量,以水分,氮和钾三因子为因变量,得到夏玉米产量对三因变量的回归模型:Y=81.96+3.75W+2.75N+1.13K-1.08W~2-3.68N2-1.65K2+0.03WN-0.05WK-1.95NK,回归模型偏回归系数表明,水分与N、K肥施用量均对玉米具有明显增产作用,其影响显著性依次为水NK(3.752.751.13),表明水,氮,钾三因素是对夏玉米产量影响的主要因素,但影响作用相异。 (7)水分,氮和钾与夏玉米产量之间均呈开口向下抛物线关系。得知Yi到极大值时,三因子单独施用的最适量,表明夏玉米对需水量较敏感,并且对氮钾也有一定最适合的需求量。 (8)水和氮对玉米产量效应呈抛物线性,符合报酬递减定律。然而水和钾肥的交互效应远远不如水氮交互明显,呈平稳抛物线曲面。氮、钾交互作用对玉米产量的影响的曲面呈缓斜坡状,即水氮水钾氮钾。当水肥配合施用时,令灌水量为0码值(中等水平350mm)时,N=0,即180 kg/hm~2,K=0,即120 kg/hm~2,玉米产量达到最高,此时为最佳水肥配比。 (9)最高产量选优回归分析水,氮,钾三因素取值分别为(1、0、0),其相对应水分、N、K分别为450mm、180 kg·hm~(-2)、120 kg·hm~(-2)时才能使夏玉米产量达到最高值Ymax=84.63g/pot。