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供水条件下施氮对作物产量及生理特性的影响

翟丙年

  旱农地区降水变动不定,灌溉区也常常难以按作物需求理想供水,水、肥配合很难如愿以偿。要充分发挥水分和养分的增产作用,必须确定水分、养分投入的关键期、高效期和迟钝期,特别是水分、养分亏缺后的补偿效应,以便复水后及时补救,这样才能适应多变的降水条件。要做到这一点,就必须查明不同阶段水分养分亏缺对作物所造成的影响,亏缺所造成的生理伤害,明确补偿的有效条件及机制,而这一方面的研究尚非常缺乏。本研究通过盆栽和大田试验,采用完全设计和通用旋转组合设计(1/2实施)方案,在严格控制水分条件下,系统地研究了不同水分状况下不同生育阶段施氮对冬小麦和夏玉米的效应及机理。取得如下主要结果:1.在正常灌水条件下,越冬期和拔节期氮素亏缺明显减少了冬小麦分蘖数和地上地下生物量,特别是对冬小麦根系生长发育产生显著影响,不仅明显减小根长、根条数和根体积,而且对根总吸收面积、活跃吸收面积、活跃吸收面积百分比、根比表面及根系活力也产生较大影响,因而能显著降低冬小麦产量。冬小麦对氮素的亏缺敏感期在越冬期和拔节期,补偿有效期在拔节期。2.干旱胁迫严重影响了氮肥效果,只有在水氮配合时,氮肥作用才得到了充分发挥,冬小麦产量大幅度提高,并能改善其品质。拔节期是冬小麦对水氮反应的关键期和亏缺敏感期,供水供氮增加了穗粒数和千粒重,显著地提高了产量和籽粒中游离氨基酸及蛋白质含量。原因在于拔节期供水供氮可以促进作物地上部的迅速生长和发育,增强了作物吸收和利用N、P、K的能力,同时还可延缓根系衰老,保持后期旺盛的根系活力。3.生育期、氮肥和水分三因素不同水平间对夏玉米的效应达显著或极显著水平。生育期以拔节期最为重要,而氮肥和水分均以最高水平效果最好。苗期和拔节期水氮配合表现出明显的正交互作用,而喇叭口期不甚明显。本试验条件下,氮肥的效应大于水分的效应;从不同水氮状况下的生育期组合看,水分以拔节期和喇叭口期组合最好,氮肥以苗期和拔节期组合最佳,而水氮配合时,仍以苗期和拔节期最好,其次为拔节期和喇叭口期。全面分析,拔节期是夏玉米需水需氮的关键期。4.通过盆栽试验采用五因素五水平通用旋转组合设计(1/2实施)方案系统研究不同供水条件下氮肥用量和施用时期对夏玉米水分利用效率的影响。结果表明,施氮对夏玉米水分利用效率的影响大于水分,但WUE籽粒和WUE生物学对施氮时期的要求不尽相同,苗期和灌浆期施氮对WUE籽粒的影响较显著,而苗期和拔节期施氮对WUE生物学的影响更突出。从单因素效应看,并非施氮量和土壤含水量越高越好,而是以施氮量0.2gN/kg土和土壤含水量21%效果最好;水氮高效配合的关键期是拔节期,且存在阈值反应,其阈值是N为0.2gN/kg土,土壤含水量为21%。低于阈值水平,水氮交互作用不明显,高于阈值水平,水氮互作效应显著。5. 通过盆栽试验采用五因素五水平通用旋转组合设计(1/2实施),在控制条件下系统研究了不同水分状况下氮肥施用时期及用量对夏玉米产量和根生物量的影响。结果表明,在本试验条件下水分的效应大于氮肥的效应。在拔节期无论N处于何种水平,产量均随供水量的增大而增加,且随N水平的提高增加幅度更大。低量供水,在一定范围内(施N量小于0.2gN/kg土时)随施氮量增大,产量也在增加,但超出一定用量,则随施氮量的增加而迅速减小。高量供水,随施氮量增加,产量明显增加,高水高氮时产量最大,表现出明显的正交互作用。拔节期施氮与土壤含水量在一定范围内对根系影响具有较明显的互代作用:施氮量较小,根干重随土壤含水量增加而迅速增加;供水较低,根干重随施氮量的增加也明显增加。在土壤含水量较高或拔节期施氮较多时,任一因素变化对根系干重影响不大,甚至有所降低,表现出较明显的负交互作用。由此可见,低水条件下施氮可以促进玉米根系生长发育,扩大其觅取水分的空间,提高其抗旱能力。6.采用五因素五水平二次通用旋转组合设计方案(1/2实施)研究了不同水分状况下氮素对冬小麦产量的影响。通过建立回归模型及对其进行解析和寻优分析可以看出,各试验因素对冬小麦籽粒产量影响的大小顺序为土壤含水量(x5)>越冬期施氮(x2)>拔节期施氮(x3)>灌浆期施氮(x4)>苗期施氮(x1)。施氮关键时期为越冬期和拔节期;苗期施氮和土壤含水量(x1 x5)及越冬期施氮和土壤含水量(x2 x5)交互效应显著,其中后者比前者交互作用更显著。在前人研究的基础上,本文有以下创新及新见解:1.在研究水肥耦合效应的思路和方法上有新的突破。水肥配合的作用效果不仅与其用量有关,而且也与其配合时期有密切的关系。但过去大多研究只考虑水分和养分在量上的配合,并未考虑其配合的关键时期及影响因素,得到的结论也就不尽相同。本文在考虑用量的基础上更加重视确定水肥配合的关键期、高效期和迟钝期。2.在试验方案设计上有新意。在确定冬小麦需氮的关键期上,过去通常是采用等氮量在不同生育期的分配方案,习惯上又称为氮肥运筹试验,也有采用氮肥分期叠增的方法。本试验在严格控制土壤水分的情况下,选用速效氮含量较低的土壤,并将氮肥分配到各个生育时期研究?……   
[关键词]:水分;氮素;亏缺敏感期;补偿有效期;冬小麦;夏玉米;耦合效应及机理
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:西北农林科技大学2001年