减氮适墒对冬小麦土壤生物活性与氮素分布及吸收利用的影响

摘要

试验于2014～2016年在河南农业大学科教示范园区农场进行，以周麦22为试验材料，设自然降水(W1)、适墒（W2，拔节后土壤相对含水量维持在70％±5％）、足墒（W3，拔节后土壤相对含水量维持在80％±5％）3个水分处理和不施氮(N1)、减氮(N2，195kg hm-2)、高氮（N3，270kghm-2）3种氮肥水平，研究了不同水氮条件下冬小麦根际土壤生理特性、土壤有效氮素的动态分布以及植株对氮素的吸收与利用、小麦耗水特性与产量构成因素的变化，旨在为黄淮地区实现小麦高产高效的栽培提供理论依据。主要结论如下:1减氮适墒对冬小麦根际土壤生物活性的影响
　　1.1减氮适墒对冬小麦根际土壤微生物的影响
　　2014-2015和2015-2016两个小麦生长季，土壤微生物总量均呈波动性变化，分别在孕穗和拔节期最高，在成熟期达到最低，其中细菌数量与微生物总量变化基本一致，而真菌和放线菌数量均在开花期较高。细菌、真菌和放线菌在各生育时期均在W2处理最高，两年平均微生物总量分别比W1和W3处理提高了176.32％和51.60％。减量施氮(N2)显著提高了土壤微生物的总量，两年平均比N1和N3分别提高了152.86％和27.28％。同时，连续两年土壤细菌数量以W2N2处理最高，为1.38×108cfu g-1，而真菌和放线菌在W2N3处理达到最大值，两年分别平均为6.53×104cfu g-1和4.0×106cfu g-1。
　　1.2减氮适墒对冬小麦根际土壤酶活性的影响
　　根际土壤酶活性在两个小麦生长季的动态变化表现基本一致，脲酶和蛋白酶活性随生育时期的推进呈先降低后升高，以灌浆期最高;过氧化氢酶呈逐渐升高，以成熟期最高;而磷酸酶呈先升高后降低的趋势，在开花期达到最高。同一生育时期，土壤酶活性随灌溉水平的提高均有不同程度的升高，其中脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性在W2处理较高，两年平均比W3处理提高了9.5％、10.28％和11.07％;同一灌溉水平下，随施氮量的增加，蛋白酶、过氧化氢酶和磷酸酶活性均表现为N2＞N3＞N1，而脲酶活性表现为N3＞N2＞N1;综合发现，脲酶活性以W2N3处理最高，其他三种土壤酶均在W2N2表现最优。
　　2减氮适墒对冬小麦土壤碱解氮含量的影响
　　随生育时期的推进，0～20cm土层碱解氮均在孕穗-开花期出现低谷，花后略有回升，其中N1处理回升幅度最小，限制了小麦的生长和养分的吸收;20～40cm土层碱解氮含量在2014～2015呈先降低后升高的趋势，在2015～2016为逐渐下降，灌浆期达到最低值。土壤碱解氮含量随土层的加深显著降低，施氮明显增加了0～40cm土层中碱解氮含量，尤其在W2条件下，N2和N3处理0～20cm碱解氮含量显著高于N1(P＜0.05)，但N2和N3处理间差异均不显著，2014～2015和2015～2016分别提高了17.35mg kg-1、18.05mg kg-1和14.41mg kg-1、14.24mg kg-1。
　　3减氮适墒对0～100cm土层土壤硝态氮和铵态氮含量的影响
　　施氮和灌水影响土壤中硝态氮(NO3-N)和铵态氮(NH4+-N)的分布，二者含量随施氮量增加均明显提高。减氮处理(N2)促进了NO3-N吸收，成熟期0～20cm土层NO3-N比开花期平均降幅为2.29mg kg-1，但高氮(N3)收获后NO3-N却有更多的富集;足墒(W3)加大了NO3-N下移，N2，N3水平下80～100cm土层W3平均比W1高出了3.84mg kg-1和4.21mgkg-1。
　　N2和N3处理各土层铵态氮含量均明显高于N1处理，在20-40cm土层三者之间差异最大，N2、N3平均分别为0.83mg kg-1和0.67mg kg-1。灌溉提高了表层铵态氮含量，N3水平下，足墒(W3)处理促进铵态氮向土壤下层移动，成熟期W3N360-80cm土层高于W3N2处理0.82mg kg-1。
　　4减氮适墒对冬小麦氮素吸收及转运的影响
　　施氮提高了小麦植株营养器官和籽粒中的氮素积累量，W1和W2条件下，随施氮水平提高呈先增加后降低的趋势，在W3条件下则是逐渐增加;N1和N2处理下，W2相比于W3处理显著提高了营养器官和籽粒中氮素的积累量，但高氮量水平下(N3)，W3处理增加了氮素在成熟期营养器官中的残留，不利于向籽粒中转运，籽粒中氮素积累量亦减少。W2N2处理提高了开花期营养器官贮存氮向籽粒的有效转运，氮素转移量和对籽粒的贡献率平均比适墒高氮处理(W2N3)处理分别增加8.63％和6.59％，籽粒产量和籽粒氮素积累量均明显提高，氮素吸收效率比W2N3处理提高了0.50kg·kg-1、氮肥生产效率增加了9.29％。
　　5减氮适墒对冬小麦产量及耗水特性的影响
　　两年度的穗数、穗粒数和千粒重的变化趋势基本一致，均为同一灌溉水平下，随施氮量的增加先增加后降低，两年的千粒重均在W2N2处理达到最大值;2014～2016两年的产量范围分别为7237.5～9703.5kg·hm-2和6312.5～8899.3kg·hm-2，且分别在W2N2和W2N3组合达到最高，2014～2015年度为9702.77kghm-2，2015～2016年度为8899.31kghm-2，极显著高于其他处理（P＜0.01）。2014～2016年W2处理的平均水分利用效率明显高于W3处理，其中2014～2015年在W2N2处理最高，达28.66kg hm-2mm-1，在2015～2016年W2N3处理最高，达23.58kg hm-2mm-1。

目录

声明

致谢

摘要

1 文献综述

1．1 根际土壤微环境的研究现状

1．1．1 根际的概念

1．1．2 根际土壤微生物的研究

1．1．3 根际土壤酶的研究

1．1．4 灌溉和施氮对根际微环境的影响

1．2 土壤有效氮含量的研究现状

1．3 灌溉和施氮条件下冬小麦氮素吸收及转运的研究现状

1．4 灌溉和施氮条件下冬小麦产量和水分利用的研究现状

2 引言

3 材料与方法

3．1 试验地概况

3．2 试验设计

3．3 测定项目

3．3．1 土壤水分情况测定

3．3．2 根际土壤微生物和土壤酶活性的测定’

3．3．3 土壤有效氮和植株氮素的测定

3．3．4 籽粒产量及其构成因素的测定

3．4 数据处理

4 结果与分析

4．1 连续两个小麦生长季试验田的气候状况与水分管理

4．1．1 冬小麦生长季的降水与温度变化

4．1．2 小麦生育期耕层土壤含水量的动态变化

4．2 减氮适墒对冬小麦根际土壤微生物的影响

4．2．1 根际细菌数量的变化

4．2．2 根际真菌数量的变化

4．2．3 根际放线菌数量的变化

4．3 减氮适墒对冬小麦根际土壤酶活性的影响

4．3．1 土壤脲酶活性的变化

4．3．2 土壤蛋白酶活性的变化

4．3．3 土壤过氧化氢酶活性的变化

4．3．4 土壤磷酸酶活性的变化

4．4 减氮适墒对冬小麦生长季土壤有效氮含量的影响

4．4．1 0～40 cm土层中碱解氮含量的变化

4．4．2 0～100 cm土层中硝态氮含量的变化

4．4．3 0～100 cm土层中铵态氮含量的变化

4．5 减氮适墒对冬小麦植株氮素积累与转运的影响

4．5．1 开花期氮素在小麦植株不同器官的积累与分配

4．5．2 成熟期氮素在小麦植株不同器官的积累与分配

4．5．3 营养器官氮素的转移和对籽粒的贡献

4．5．4 减氮适墒对小麦氮素利用率的影响

4．6 减氮适墒对冬小麦籽粒产量及水分利用效率的影响

4．6．1 连续两个生长季籽粒产量及其构成因素的变化

4．6．2 小麦生育时期的总耗水量和水分利用效率

5 结论与讨论

5．1 减氮适墒对冬小麦根际土壤微生物和土壤酶活性的影响

5．2 减氮适墒对0～40 cm土层土壤碱解氮含量的影响

5．3 减氮适墒对0～100 cm土层土壤硝态氮和铵态氮含量的影响

5．4 减氮适墒对冬小麦氮素积累与转运的影响

5．4．1 减氮适墒对小麦氮素积累、分配及转运的影响

5．4．2 减氮适墒对小麦籽粒产量和氮素利用的影响

5．5 减氮适墒条件下小麦籽粒产量与耗水特性

参考文献

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