基于产量、经济与环境效益的旱地冬小麦氮素合理施用阈值研究

摘要

黄土高原区域幅员广阔，是我国目前粮食生产的主要地区之一，旱地冬小麦作为主要的粮食作物种类对于该地区农业生产活动具有关键意义。基于我国人口数量不断快速增长，解决粮食安全问题的核心就是保障大田作物产量的稳定增长，但由此也导致过量施氮的问题存在普遍。这一现状不仅仅使得氮肥利用效率减小，而且导致过多的氮肥无效施用、土壤面源污染以及土地耕作质量的下降等一系列的问题。为了保证农业的可持续发展活力与绿色发展，现今研究热点已经从作物高产的基础要求转变为探寻环境友好的氮肥合理调控，然而目前为止关于黄土高原地区旱地冬小麦氮肥阈值的研究还是比较缺乏。因此本研究于2017-2018年小麦生长季在西北农林科技大学杨凌曹新庄试验农场采取大田试验，探索冬小麦田高产、高效和环境友好的合理氮肥阈值。本研究共设置了5种氮肥水平：不施氮处理（N0）、每公顷75公斤纯氮（N75）、每公顷150公斤纯氮（N150）、每公顷225公斤纯氮（N225）以及每公顷300公斤纯氮（N300）。在旱地冬小麦生长发育季，采集了小麦植株，于播前与成熟期采集土壤样品，测定不同生育期植株氮素吸收量、土壤矿质氮素含量，小麦收获后测定不同处理的产量及其构成因素等。配置肥料产量效应曲线、经济效益曲线和环境效应（土壤矿质氮残留）曲线等，通过模型模拟计算最佳产量、最佳经济效益和最佳环境效应的氮肥用量及阈值。最终研究的主要结果如下： （1）施氮可显著提高小麦籽粒产量、籽粒库容量、千粒重、穗粒数、公顷穗数、籽粒库容量(P＜0.1)。这些指标随氮肥施入量的增加而增长，随后达到峰值，然后又开始呈现下降趋势。小麦籽粒产量最大值是N225，为8113kg·ha-1。氮肥过量不仅不能使小麦产量提高，甚至会下降。氮肥施用对于小麦收获指数的影响并不显著。 （2）与不施肥对照相比，施氮处理显著提高小麦氮素吸收量（P＜0.1），增多33.48-82.97kg N·ha-1。小麦的氮素吸收量与当氮肥施入量呈正相关关系。小麦的氮肥表观利用随着施氮增多呈递减趋势，表现为负相关。 （3）小麦各器官中叶片对籽粒的转运量最大，其次是茎秆、颖壳。施氮能够显著提高小麦茎秆和叶片氮素转运量（P＜0.1）。小麦茎秆和叶片氮素转运量随施氮量增多先增加后下降，最大值在N225处理。施氮不能显著影响小麦颖壳、茎秆以及叶片的氮素转运效率。施氮可显著提高小麦茎秆、叶片氮素贡献率（P＜0.1）。 （4）小麦农田土壤硝态氮含量规律为0-20cm土壤剖面的硝态氮含量较高，然后下降，60-200cm土层的硝态氮含量又有一定程度的增多。土壤的硝态氮含量整体表现是随氮肥施入的增多而增长。铵态氮与施氮量之间的规律不突出，但施氮处理的铵态氮含量整体上高于不施氮处理。 （5）小麦净收益表现为：N150（5067.58￥·ha-1）＞N225（5001.99￥·ha-1）＞N75（4727.43￥·ha-1）＞N0（4548.65￥·ha-1）＞N300（4377.05￥·ha-1），小麦的产投比与施氮量的关系呈现为负相关。 （6）综合考虑小麦生产活动产量、经济、环境因素后，得出黄土高原地区旱地冬小麦种植的最佳施氮阈值是126.33-147.36kg·ha-1。

目录

声明

第一章 文献综述

1.1研究背景与依据

1.2研究目的与意义

1.3 施氮对小麦产量及产量性状的影响

1.4施氮对小麦氮素吸收的影响

1.5施氮对土壤氮素残留的影响

1.6施氮对小麦经济效益的影响

1.7.1我国氮肥利用现状

1.7.2我国氮肥利用存在问题

1.8农业生产氮阈值的研究

1.8.1氮投入阈值的概念

1.8.2氮投入阈值的研究现状

第二章 研究内容

2.1 研究内容

2.2技术路线

2.3 试验设计

2.3.1研究区概况

2.3.2试验地降雨量及气温

2.3.3 试验材料与试验设计

2.4.1冬小麦植株样品

2.4.2土壤样品

2.5数据处理

第三章 结果与分析

3.1.1施氮量对小麦产量的影响

3.1.2施氮量对小麦产量籽粒库容量和收获指数的影响

3.1.3施氮量对小麦经济效益的影响

3.1.4.小结

3.2施氮量对小麦氮素的影响

3.2.1施氮量对小麦氮素吸收的影响

3.2.2施氮量对小麦氮素利用的影响

3.2.3施氮量对小麦各器官氮素转运量及效率的影响

3.2.4施氮量对小麦各器官氮素贡献率的影响

3.2.5 结论

3.3.1施氮量对土壤含水量的影响

3.3.2施氮量对土壤硝态氮的影响

3.3.3施氮量对土壤铵态氮的影响

3.3.4施氮量对土壤全氮的影响

3.3.5施氮量对土壤水溶性氮的影响

3.3.6施氮量对土壤浸提氮的影响

3.3.7施氮量对土壤微生物生物量氮的影响

3.3.8 小结

3.4小麦施氮量的阈值研究

3.4.1小麦氮肥施用关于产量的阈值研究

3.4.2小麦氮肥施用关于经济效益的阈值研究

3.4.3小麦氮肥施用关于环境的阈值研究

3.4.4 小麦氮肥施用阈值研究

3.4.5 小结

第四章 讨论与结论

4.1讨论

4.1.1施氮对小麦产量及氮素吸收的影响

4.1.2施氮对土壤氮素含量的影响

4.1.3施氮对小麦施氮阈值的影响

4.2主要结论

4.3主要创新点

4.4研究展望

参考文献

致谢

个人简历