微喷补灌水肥一体化对冬小麦水分和氮素利用效率的影响

摘要

本试验于2016—2018年小麦生长季在山东省泰安市道朗镇玄庄村(E116°54′，N36°12′)大田进行。山东省当前大面积推广的高产冬小麦品种山农29为试验材料。采用裂区设计，以灌溉方式为主区，设置微喷补灌（MSI）和传统畦灌（BI）2个处理；氮素水平为副区，设置两个施氮量处理，分别为192kg ha-1（N1，比传统施氮减少20%）和240kg ha-1（N2，传统施氮量）。探索不同水氮管理方式对冬小麦水分和氮素利用效率的影响，主要结果如下： 1、水氮管理方式对冬小麦产量及其构成因素的影响 同一施氮水平下，微喷补灌处理的穗数、穗粒数、千粒重和籽粒产量与畦灌处理的无显著差异。同一灌溉方式下，比传统施氮减少20%的施氮量，对冬小麦籽粒产量无显著影响。 2、水氮管理方式对冬小麦耗水特性及水分利用效率的影响 同一施氮水平下，与畦灌处理相比，微喷补灌处理促进冬小麦对深层土壤水的吸收利用，减少了棵间蒸发量，显著提高水分利用效率、灌溉水利用效率及灌溉效益。同一灌溉方式下，减少20%的施氮量，降低冬小麦对土壤水的消耗，减少总耗水量，显著提高土壤水利用效率和灌溉效益。 3、水分管理方式对0~40cm土层土壤物理性状的影响 在同一施氮水平下，与畦灌处理相比，微喷补灌处理降低了0~20cm土层土壤容重，提高了0~15cm甚至0~20cm土层土壤总孔隙度，使0~40cm多数土层土壤毛管孔隙度提高，相应土层的土壤大团聚体比例和田间持水率也随之提高，并能加快返青后地温的回升，说明微喷补灌处理可以改善麦田土壤物理性状，有利于增加主要根层的土壤贮水量，使水、肥、气、热协调。 4、水氮管理方式对冬小麦硝态氮时空分布的影响 拔节期灌水后，在减氮20%的条件下，与畦灌处理相比，微喷补灌处理上部土层土壤硝态氮含量较高。在同一施氮水平下，微喷补灌处理拔节期和开花期土壤硝态氮向深层淋失量小于畦灌处理；成熟期60~160cm土层土壤中硝态氮残留量较少。 5、水氮管理方式对冬小麦根系形态和生理特性的影响 在减氮20%的条件下，与畦灌处理相比，微喷补灌处理0~20cm土层根长密度在拔节期至开花期迅速增加，开花期0~60cm土层根长密度明显提高，在灌浆前中期0~40cm土层根系活力保持较高水平，有利于对主要根层土壤水分和养分的吸收。 6、水氮管理方式对冬小麦群体发育和干物质积累与分配的影响 同一施氮水平下，与畦灌处理相比，微喷补灌处理可减少春季分蘖的发生，促进开花前营养器官贮藏同化物向籽粒的转运，提高花后再分配同化物对籽粒的贡献率。在同一灌溉方式下，减少20%的施氮量提高了开花前营养器官贮藏同化物向籽粒的转运量以及其对籽粒的贡献率。 7、水氮管理方式对冬小麦氮素吸收、积累与分配及氮素利用效率的影响 在减氮20%的条件下，与畦灌处理相比，微喷补灌处理成熟期植株氮素积累量无显著变化，促进花后氮素积累，显著提高籽粒氮素积累量；在传统施氮量条件下，与畦灌处理相比，微喷补灌显著增加花后氮素积累量，弥补花前营养器官氮素转移量的不足，从而获得与畦灌等同的籽粒氮素积累量。同一施氮水平下，与畦灌处理相比，微喷补灌处理氮素收获指数和氮肥农学效率均提高。 8、生态和经济效益 同一施氮水平下，微喷补灌处理减少了灌溉水投入、节约电能，而且减少了用工量和工费投入，并通过增加有效种植面积大幅度提高产值，取得显著的生态和经济效益。

目录

声明

符号说明

1 前言

1.1 目的意义

1.2 国内外节水灌溉技术研究现状

1.2.1 小麦节水灌溉方式

1.2.2 节水灌溉方式对土壤物理性状的影响

1.3 国内外水氮互作研究现状

1.3.1 水氮互作对冬小麦根系分布和耗水特性的影响

1.3.2 水氮互作对冬小麦籽粒产量及其构成因素的影响

1.3.3 作物水肥一体化技术

2 材料与方法

2.1 试验地概况

2.2 试验设计

2.3 测定指标与方法

2.3.1 产量及其构成因素

2.3.2 冬小麦耗水特性

2.3.3 土壤物理性状

2.3.4 根系形态生理特性

2.3.5 植株全氮含量

2.3.6 各生育时期0~200 cm 土层土壤硝态氮的时空分布

2.3.7 植株群体发育动态和干物质积累与分配

2.3.8 水分利用效率和灌溉效益的计算

3 结果与分析

3.1 水氮管理方式对冬小麦产量及其构成因素的影响

3.2 水氮管理方式对冬小麦耗水特性及水分利用效率的影响

3.2.1 冬小麦生长季0~200 cm土层土壤相对含水率变化

3.2.2 冬小麦各生育时期日蒸发量变化

3.2.3 冬小麦全生育期耗水量及耗水来源

3.2.4 冬小麦水分利用效率和灌溉效益

3.3 水分管理方式对0~40 cm土层土壤物理性状的影响

3.3.1 土壤容重

3.3.2 土壤总孔隙度

3.3.3 土壤毛管孔隙度

3.3.4 土壤团聚体结构

3.3.5 田间持水率

3.3.6 土壤积温

3.3.7 土壤团聚体与土壤物理性状间相关性分析

3.4 水氮管理方式对冬小麦硝态氮时空分布的影响

3.4.1 0~200 cm土层土壤硝态氮的时空分布

3.4.2 拔节期灌水后0~100 cm土层土壤硝态氮的时空分布

3.5 水氮管理方式对冬小麦根系形态和生理特性的影响

3.5.1 根系形态特性

3.5.2 根系生理特性

3.6 水氮管理方式对冬小麦群体发育和干物质积累与分配的影响

3.6.1 群体发育动态

3.6.2 干物质积累与分配

3.7 水氮管理方式对冬小麦氮素吸收、积累与分配及氮素利用效率的影响

3.7.1 植株全氮积累动态

3.7.2 花后营养器官氮素积累与分配

3.7.3 氮素利用效率

3.8 生态和经济效益

4 讨论

4.1 土壤物理性状与棵间蒸发的关系

4.2 水分管理方式对土壤物理性状的影响

4.2.1 土壤容重、总孔隙度、毛管孔隙度及田间持水率

4.2.2 土壤团聚体

4.2.3 土壤温度

4.3 水氮管理方式对冬小麦耗水特性的影响

4.4 水氮管理方式对土壤硝态氮时空分布的影响

4.5 水氮管理方式对冬小麦根系形态和生理特性的影响

4.6 水氮管理方式对冬小麦群体发育和干物质积累与分配的影响

4.6.1 冬小麦群体发育动态

4.6.2 干物质积累与分配

4.7 水氮管理方式对冬小麦氮素吸收、积累与分配的影响

4.8 水氮管理方式对冬小麦产量及其构成因素的影响

5 结论

参考文献

致谢

攻读学位期间发表论文情况