玉米膜孔灌农田水氮分布特性和耗水规律试验研究

摘要

随着节水农业发展的需求和由于施用氮肥而引起的地下水环境污染问题的日益突出,研究膜孔灌玉米的耗水规律和农田氮素的分布特性具有十分重要的科学价值和生产实践意义。目前,国内学者主要针对膜孔灌入渗特性、田面水流运动特性、灌水技术要素和灌溉质量评价等进行了一系列研究工作,而这些研究均未涉及膜孔灌的农田氮素分布及作物耗水规律问题。本论文在查阅和总结国内外膜孔灌和土壤氮素运移等相关文献资料的基础上,结合国家自然科学基金项目“膜孔灌农田氮素运移特性与灌溉质量评价方法研究”,采用室外小区试验和理论研究相结合、以试验为主的技术路线,研究了玉米膜孔灌农田水氮分布特性和耗水规律,主要研究成果如下： (1)对膜孔灌不同灌溉制度的农田土壤水氮分布特性进行了试验研究。结果表明：不同灌溉制度的农田土壤水氮在0～60cm土层季节性动态变化较大,土壤硝态氮在膜孔中心垂直剖面各生育期均存在一个集中分布区,距膜孔中心水平距离越远,分布区浓度峰越小。土壤垂直剖面硝态氮季节性含量受灌水次数、灌水定额的影响,在近施肥点影响较大,远施肥点影响较小。灌水次数越多、灌水定额越大,土壤表层硝态氮季节性减小的越快,硝态氮减小的土层越深,深层80～100cm硝态氮累积量越大,灌水定额对其的影响较灌水次数的影响大。本文试验条件下,在玉米生育期中以灌水4次、灌水定额为524.7m3/hm2为最佳。 (2)研究了膜孔灌农田土壤水氮分布与氮素转化特性。结果表明：膜孔灌具有很好的保墒特性,通过覆膜减缓了传统畦灌土壤表层含水率随季节的突变现象,较畦灌节水20.0％左右。膜孔灌消除了畦灌因土壤强烈蒸发对尿素水解及铵态氮硝化的影响,膜孔灌尿素水解速度均匀平缓,本文试验条件下农田土壤中尿素的水解和铵态氮的硝化在20天基本完成。膜孔灌土壤硝态氮主要分布在膜孔附近,膜孔中心垂直剖面土壤硝态氮分布比较均匀,土壤硝态氮含量呈先增加后减小的分布形状；而畦灌的分布则比较集中,在近施肥点垂直剖面土壤硝态氮含量较高,远施肥点很小。本文试验条件下,膜孔灌较畦灌相比,80～100cm深层硝态氮淋溶损失减小27.0％。 (3)研究了玉米膜孔灌耗水规律和水分生产效率。结果表明：膜孔灌玉米生育期中,灌水定额越大、灌水次数越多,玉米生育期耗水量越大。耗水量受灌水次数的影响大小主要体现在增加灌水次数的时间上,受灌水定额的影响作用较灌水次数的大；在一定的灌溉定额和灌水次数条件下,玉米生育期耗水量和耗水强度均与灌水量和灌水次数之间符合线性函数关系；揭示了玉米生育期累积耗水量和耗水强度与生育期天数之间分别满足对数函数和一元二次函数关系；膜孔灌玉米产量、土壤水分生产效率与耗水量之间均满足一元二次函数关系。本文试验条件下,膜孔灌较畦灌相比,水分生产效率提高23.3％,增产15.9％。 (4)研究了玉米膜孔灌的灌溉制度。结果表明：灌水次数和灌水定额对玉米生物指标的影响为在灌水次数较少、灌水定额较小时影响显著,苗期增加灌水对玉米株高和径粗的影响很大,使玉米的抗倒伏能力减小。玉米进入抽穗期生殖生长基本停止,收获后玉米株高、叶面积与抽穗期基本相同；建立了抽穗期玉米株高与同期累积耗水量之间的一元二次函数关系；通过理论分析计算,得到本文试验条件下玉米的高效用水灌溉定额为2111.97m3/hm2,通过试验从节水和高产两方面综合考虑,得到玉米最佳灌溉制度为：灌溉定额为2098.95m3/hm2,灌水4次,分别于拔节期灌水2次,抽穗期灌水1次,灌浆期灌水1次,灌水定额为524.7m3/hm2。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景和意义

1.2膜孔灌研究现状

1.2.1膜孔灌水分入渗研究

1.2.2膜孔灌田间灌水试验研究

1.2.3膜孔灌肥液入渗研究

1.3滴灌土壤水分、肥液入渗研究现状

1.3.1滴灌土壤水分入渗研究

1.3.2滴灌土壤溶质运移研究

1.4氮素研究现状

1.4.1氮素淋洗损失

1.4.2氮素反硝化损失

1.4.3氮素运移转化研究

1.5作物覆膜耗水规律研究现状

1.6研究目标和内容

1.6.1研究目标

1.6.2主要研究内容

2膜孔灌不同灌溉制度下农田土壤水氮分布特性

2.1试验方法

2.1.1试验条件

2.1.2试验设计

2.1.3观测项目与方法

2.2不同灌水次数的土壤水氮季节变化特性

2.2.1土壤水分季节变化特性

2.2.2土壤氮素季节变化特性

2.3不同灌水定额下土壤水氮分布特性

2.3.1苗期不同灌水定额土壤水氮分布特性

2.3.2拔节期不同灌水定额土壤水氮分布特性

2.4不同灌水定额土壤水氮季节变化特性

2.4.1土壤水分季节变化特性

2.4.2土壤氮素季节变化特性

2.5不同灌水处理的硝态氮累积量

2.5.1不同灌水次数的土壤硝态氮累积量

2.5.2不同灌水定额的土壤硝态氮累积量

2.6本章小结

3膜孔灌农阳土壤水氮分布与氮素转化特性

3.1试验方法

3.1.1试验条件

3.1.2试验设计

3.1.3观测项目与方法

3.2抽穗前期追施肥料及灌水对农田硝态氮分布的影响

3.2.1抽穗前期追肥、灌水对抽穗后期土壤中硝态氮分布的影响

3.2.2抽穗前期追施肥料及灌水对收获后硝态氮累积量的影响

3.3膜孔灌农田土壤水分和氮素动态分布特性

3.3.1膜孔灌播前土壤水氮分布特性

3.3.2膜孔灌土壤水分分布特性

3.4膜孔灌农田土壤氮素转化分布特性

3.4.1土壤铵态氮变化特性

3.4.2土壤硝念氮变化特性

3.5膜孔灌农田土壤硝态氮淋洗特性

3.5.1膜孔灌玉米拔节期灌水的土壤水氮分布特性

3.5.2膜孔灌农田土壤硝态氮淋洗分布特性

3.6膜孔灌玉米生育期土壤水氮的季节变化特性

3.6.1季节性变化特性

3.6.2土壤垂直剖面水分和氮素季节性分布特性

3.6.3膜孔灌农田玉米收获后土壤硝态氮累积量

3.7本章小结

4玉米膜孔灌耗水规律和水分生产效率试验研究

4.1试验方法

4.1.1试验条件

4.1.2试验设计

4.1.3观测项目与方法

4.2玉米膜孔灌耗水规律分析

4.2.1不同灌水处理玉米生育期耗水规律

4.2.2不同灌水处理对玉米生育期耗水规律的影响

4.2.3玉米产量及水分生产效率(WUE)与耗水量的关系

4.2.4灌溉水边际效应分析

4.3膜孔灌玉米产量构成指标分析

4.3.1不同灌水处理的玉米产量指标

4.3.2产量构成指标与耗水量相关性分析

4.4膜孔灌玉米生物指标分析

4.4.1玉米株高

4.4.2玉米叶面积

4.4.3玉米茎粗、生物重

4.5膜孔灌玉米灌溉制度

4.5.1玉米高效用水灌溉定额

4.5.2玉米高产灌溉制度

4.6膜孔灌和畦灌土壤水分生产效率及增产效果分析

4.6.1土壤水分生产率

4.6.2膜孔灌增产效果分析

4.7膜孔灌的节水、保肥、增产机理

4.8本章小结

5结论与建议

5.1结论

5.2建议

致谢

参考文献

附录