喷灌施氮管理对春玉米产量及水氮利用的影响

为探究东北半湿润区喷灌水肥一体化条件下春玉米最佳施氮管理模式,于2017年在东北地区开展了不同喷灌施氮管理对春玉米生长、产量及水氮利用效率的田间试验研究.试验设置了3个总施氮量:N200(200 kg/hm²),N160(160 kg/hm²)和N120(120 kg/hm²),其中播种时统一埋施氮肥60 kg/hm²,苗期统一喷施氮肥10 kg/hm²,其余在拔节期和灌浆期按照3种施氮比例T1(1∶0),T2(2∶1)和T3(3∶1)通过水肥一体化喷施施入.结果表明:T1获得了最高的氮肥偏生产力、氮素收获指数和水分利用效率.增加施氮量能够促进产量的增加,但N200和N160的平均产量差异不具有统计学意义(P>0.05).所有处理中T1N200的产量最高,为12 489 kg/hm²;T1N160处理的氮收获指数最大,为74.98 kg/kg.施氮量增加,氮肥偏生产力随之降低,0~100 cm土壤内的硝态氮残留量随之增多.T1处理的平均硝态氮残留量最少,降低了氮素淋失的风险.综合考虑,推荐该地区采用总施氮量160~200 kg/hm²,其中播种期施基肥60 kg/hm²,苗期追施10 kg/hm²,其余在拔节期全部追施的施氮管理模式.     

水氮互作对冬小麦水肥利用效率与经济效益的影响

为探索冬小麦最佳的水肥管理制度,采用田间试验方法,在低水I1(60%ET_c,300.0 mm)、中水I2(75%ET_c,370.0 mm)、高水I3 (ET_c,495.0 mm) 3种灌溉下,设置低氮N1(180.0 kg/hm²)、中氮N2(255.0 kg/hm²)、高氮N3(330.0 kg/hm²) 3种施氮水平,测定不同生育期小麦土壤含水率、地上干物质累积量与最终产量指标,并计算农田耗水量、水分利用效率、氮肥偏生产力、经济效益等指标,分析水肥耦合对各指标的影响。结果表明,灌溉量对农田耗水量影响显著,农田耗水量随灌溉定额的增加而增加;适当的水肥配比可获得较高的地上干物质累积量、产量和经济效益,过量的水肥投入并不会使产量和经济效益持续增加;产量、水分利用效率、氮肥偏生产力、经济效益与灌溉量、施氮量的相关性显著,建立了各指标与灌溉量、施氮量的二次回归方程,计算得到各指标最大值对应的水氮量分别为410.0 mm、260.0 kg/hm²,370.0 mm、260.0 kg/hm²,410.0 mm、180.0 kg/hm²,400.0 mm、250.0 kg/hm²;通过回归与空间分析得出,灌溉量为359.8~428.9 mm (72.6%ET_c~87.5%ET_c)、氮肥量为225.4~280.9 kg/hm²时,冬小麦产量、水分利用效率和经济效益可同时达到最大值的95%以上。本研究可为研究区及其他环境相似地区的水肥制度优化与管理提供参考。     

地下水埋深与施氮水平对夏玉米生长及硝态氮量的影响

【目的】探讨华北地区夏玉米-冬小麦轮作体系下氮肥减施与地下水埋深的交互作用。【方法】借助大型地中渗透仪和Logistic作物生长模型,采用二因素完全随机区组设计:地下水埋深(G1:2.0 m、G2:3.0 m、G3:4.0 m),施氮量(N1:减氮20%、N2:常规施氮),以及不施氮不控水作为对照(WN),研究了华北地区地下水埋深和施氮水平组合对夏玉米生长、干物质量积累和硝态氮量的影响。【结果】所有处理夏玉米叶面积指数(LAI)在灌浆期最大,成熟期相同施氮水平,G1处理LAI显著高于G2、G3处理;N2水平下,G1处理玉米株高快速生长时间较G2、G3处理分别增加了3.99%、12.91%,但最大增长速率相对降低了9.69%、14.65%;N1水平下,G1处理籽粒干物质量显著高于G2和G3处理,N2水平下,G3处理籽粒干物质量显著高于G1和G2处理;N2水平下,G1处理硝态氮增量显著高于G2、G3处理,0~20 cm分别高出75.92%、90.03%,20~40 cm分别高出30.56%、130.95%。同一地下水埋深下,成熟期LAI表现为N2处理显著高于N1处理;0~20 cm与20~40 cm土层N2处理下硝态氮增量是N1处理的1.4~5.3倍和2.4~11.2倍;在G1水平下,N2处理株高快速生长期较N1处理增加了7.52%,而N1处理单株籽粒干物质量显著高于N2处理,高出9.13%;Person相关性分析表明,N2水平下,随着地下水埋深变化,0~40 cm土层硝态氮增量与产量显著负相关,R²为0.827~0.883。【结论】高氮与较浅地下水埋深组合促进了玉米营养生长,不利于玉米生殖生长和产量形成;低氮与浅地下水埋深组合有利于产量形成和减氮增效。     

滴灌水氮耦合对水氮利用及冬小麦产量的影响

以华北地区冬小麦为试验对象,参考直径20 cm标准蒸发皿的累计水面蒸发量E,通过2 a的大田试验(2012—2013),研究了大田地表滴灌条件下水氮耦合制度对作物耗水量、作物生理指标、产量、氮残留及水氮利用效率的影响,结果表明,冬小麦生育期内的耗水量、叶面积指数及产量受灌水定额的影响更为显著(P<0.05);滴灌条件下,当施氮量在120~290 kg/hm²时,水氮耦合效应对冬小麦耗水量的影响不具有统计学意义;在滴灌灌水定额为0.80E,施氮量为140~190 kg/hm²的水氮耦合模式下,冬小麦的产量较高,土壤硝态氮的当季残留较少,且进一步显著增加灌水定额和氮肥投入量将导致产量的明显下降;综合考虑冬小麦水氮利用效率和对地下水的潜在淋失风险,华北典型区滴灌水氮耦合的优化组合范围宜为灌水定额为0.80E,施氮量为140~190 kg/hm².     

喷灌水肥与种植密度互作对水氮利用效率和冬小麦产量的影响

为研究豫北地区喷灌水肥一体化条件下不同种植密度和施氮频次对土壤水分、硝态氮含量及冬小麦产量的影响,开展田间试验.试验设置了2个种植密度(D1:187 kg/hm²、D2:262 kg/hm²)和3个施氮频次(F1:返青后追肥1次、F2:返青后追肥2次、F3:返青后追肥3次).试验结果表明:种植密度和施氮频次均显著影响冬小麦籽粒产量, 且两者间存在明显的互作效应.种植密度增大,冬小麦生育期0~100 cm土层土壤贮水量显著提高.主要生育期的根系生长层土壤含水量显著增加,其中孕穗期在100 cm土层深度的含水量D2较D1分别提高29.42%,3.10%和32.04%,灌浆期在80 cm土层深度的含水量D2较D1分别提高29.69%,27.52%和25.71%.当种植密度为262 kg/hm²,施氮频次为1次时,冬小麦产量较高,深层土层的土壤硝态氮当季残留较少.综合分析表明,该种植密度和施氮频次为当地冬小麦生育期的最优措施.     

拔节期水氮处理对冬小麦耗水特性和水分利用效率的影响

【目的】探索黄淮地区冬小麦适宜水氮管理模式。【方法】通过田间小区试验,研究了不同灌水量(90 mm (W1)、60 mm (W2)、0 mm (W3))和施氮量(300 kg/hm2(N1)、225 kg/hm2(N2)、150 kg/hm2(N3))对冬小麦耗水特性、产量和水分利用效率的影响。【结果】灌水量从0增加到90 mm,冬小麦耗水量增加了67～106 mm,降水和土壤供水量占耗水量的比例降低;随施氮量增加,冬小麦耗水量和土壤供水占耗水量的比例增加,降水所占比例降低。相同灌水条件下,灌水量和降水量占总耗水量比例随施氮量增加而降低;施氮量从150 kg/hm2增加到300 kg/hm2,土壤贮水量消耗占总耗水量的比例从1.6%～4.9%增加到8.3%～9.9%。拔节期灌水、追施氮肥提高了拔节—开花期、开花—成熟期阶段耗水量和平均日耗水强度;与W3N3处理相比,随灌水和施氮量的增加,拔节—成熟期的耗水量增加了7.4%～63.5%;增加灌水量降低了冬小麦水分利用效率、土壤水利用效率和灌溉水利用效率,提高了降水利用效率。在W1条件下,N1、N2处理的水分利用效率、降水利用效率和灌溉水利用效率分别比N3提高了18.18%～22.98%、24.66%～26.32%和24.68%～26.32%;在W2、W3条件下,水分利用效率、降水利用效率、灌溉水利用效率随施氮量的增加逐渐增加,土壤水利用效率随着施氮量增加逐渐减小。【结论】在试验条件下,综合考虑籽粒产量和水分利用效率,拔节期灌水90 mm、施氮225 kg/hm2和拔节期灌水60 mm、施氮300 kg/hm2为产量和水分利用效率兼优的灌溉施肥组合。     

水氮耦合及种植密度对垄膜沟灌制种玉米产量和种子活力的调控效应

为了确定水氮耦合及种植密度对垄膜沟灌制种玉米产量及种子活力的影响,提出适宜高活力种子的最佳水氮耦合群体构建模式。2016-2017年,在甘肃省农业科学院张掖节水试验站进行了3因素3水平的正交试验,研究不同处理对种子发芽率、活力指数和玉米产量等指标的影响。结果表明,灌溉定额、施氮量和种植密度对制种玉米的产量、水分利用效率(WUE)和种子活力有显著影响。在灌溉量因素中,灌溉定额W2(4800 m³/hm²)产量比W1、W3分别增产14%、15%,发芽率、活力指数在W2水平下效果最佳,发芽率比低灌溉量和高灌溉量分别高2.22和0.27个百分点,活力指数高8.62%和41.52%;在施氮量因素中,施氮量N2(240 kg/hm²)产量较N1、N3分别高0.5%、5.3%,发芽率比低灌溉量和高灌溉量分别高3.61和2.88个百分点,活力指数高13.50%和19.60%;在种植密度因素中,密度D16(12.5万株/hm²)产量较其他两处理分别高28.8%、29.7%,水分利用效率高1.49~8.67个百分点。综合来看,本试验条件下,制种玉米产量和种子活力在W2N2D16处理下是最强的。采用水肥耦合(灌溉定额为4800 m³/hm²,施氮量(N)240 kg/hm²)及种植密度(密度12.50万株/hm²)的最优模式,可为提高制种玉米产量和种子活力提供技术指导。     

不同水氮管理模式下玉米光合特征和水氮利用效率试验研究

【目的】提高水氮利用效率、玉米产量和经济效益。【方法】设置3个灌水定额水平(W0:0 mm、W1:40 mm、W2:80 mm),4个施氮量水平(N0:0 kg/hm2、N1:180 kg/hm2、N2:230 kg/hm2、N3:280 kg/hm2),分析比较了不同水氮管理模式对拔节期春玉米光合速率、叶片瞬时水分利用效率(WUEi)、成熟期地上部分干物质量、产量、水分利用效率(WUE)、氮素积累量以及对氮素利用的影响。【结果】施氮可以显著提高拔节期光合速率,当施氮量由230 kg/hm2提高到280 kg/hm2,光合速率的增幅减小。施氮对WUEi有促进作用,而灌水定额在40～80 mm之间时,增加灌水定额不利于WUEi提高。N2W1处理的成熟期地上部分干物质累积量和产量较N0W0处理分别提高54.27%和78.36%。玉米水分利用效率在2.31～3.61 kg/m3之间,在各施氮水平下WUE表现为W0水平W1水平W2水平。灌水施氮处理植株和籽粒的氮素累积量明显高于N0W0处理的,施氮对成熟期籽粒和植株的氮素累积均有显著影响(P0.05)。W1水平下植株氮素积累量与W0水平差异显著,但与W2水平差异不大。W1水平下的籽粒氮素积累量最大,与W0水平差异显著。氮肥偏生产力随施氮量的升高而减小,在同一个施氮水平下,氮肥偏生产力表现为W1水平W2水平W0水平。N2W1处理的氮素籽粒生产效率最高,除N3处理外,当灌水定额增加时,氮素籽粒生产效率有所增加,但增幅变小。【结论】增加施氮量可以提高产量和干物质量积累,提升水分利用效率,而氮素利用效率随着施氮量的增加呈先增加后减小的趋势,氮肥偏生产力与施氮量负相关。建议当地采取灌水定额40 mm,施氮量230 kg/hm2的灌水施氮方式。     

水氮耦合条件下冬小麦生长和氮素营养诊断

基于2年大田试验,对比研究了不同施氮量(N1:80 kg/hm2,N2:160 kg/hm2,N3:240 kg/hm2)和水分(W1:拔节期和抽穗期分别补灌30 mm,W0:不灌溉)处理对冬小麦地上部生物量累积、产量和水氮利用效率的影响。此外,构建了2种水分条件下的冬小麦临界氮浓度稀释曲线模型,并据此建立氮营养指数模型对冬小麦进行氮素营养诊断。结果表明,一定水分条件下,中氮处理的地上部生物量显著高于低氮处理,且与高氮处理差异不显著;一定施氮水平下,适当补充灌溉可提高冬小麦地上部生物量累积。2种水分处理的冬小麦地上部最大生物量与临界氮浓度间符合幂函数关系,拟合度均达到极显著水平,且在年际间具有较好的稳定性。综合氮营养指数和施氮量与产量的拟合曲线得出,W0和W1条件下,冬小麦获得最高产量时对应的施氮量分别为171和186 kg/hm2。2个冬小麦生长季,W1N2处理的平均水分利用效率分别较W0N2和W1N3处理提高10.57%和14.01%;平均氮肥利用效率分别较W0N2和W1N3处理提高10.97%和55.77%,是合理的灌水施肥处理。     

水氮磷钾耦合效应对旱区马铃薯增产增效的研究

为探寻宁夏干旱区马铃薯高产高效的模式,通过设置水、氮、磷、钾4个因素交互作用对膜下滴灌马铃薯的生长发育特性进行研究。结果表明:随着灌水量的增加,旱区马铃薯茎粗和干物质积累量越大,各生育时期马铃薯的茎粗和干物质积累量均为T9处理(灌水量1500 m³/hm²、施氮量240 kg/hm²、施磷量150 kg/hm²、施钾量30 kg/hm²)最大,累计最大量分别为22.60 mm和15.63 g/株。随着灌水量和施氮量的增加马铃薯产量逐渐增加,随着施磷量和施钾量的增加逐渐降低;随着灌水量和施氮量的增加水分利用效率先增加后降低,随着施磷量和施钾量的增加先降低后增加。T9处理马铃薯产量最大为30.21 t/hm²,与其他处理均存在显著差异,T8处理(灌水量1500 m³/hm²、施氮量180 kg/hm²、施磷量90 kg/hm²、施钾量150 kg/hm²)水分利用效率最高11.06 kg/m³,与T6、T5处理无显著差异,与其他处理均存在显著差异;因此,T8处理可作为干旱地区马铃薯高产高效水肥管理组合。     

水肥一体化对小麦干物质和氮素积累转运及产量的影响

为探讨滴灌水肥一体化对小麦干物质和氮素积累、转运与产量的影响,于2016—2018年2个小麦生长季进行田间试验,设置3个氮(N)肥水平N1(180 kg/hm²)、N2(240 kg/hm²)、N3(270 kg/hm²)和3个水分(W)水平W1(生育期不灌水)、W2(生育期灌2次水)、W3(生育期灌3次水),9个处理分别为:W1N1、W1N2、W1N3、W2N1、W2N2、W2N3、W3N1、W3N2、W3N3。结果表明:连续2年,小麦植株干物质积累量在开花期和成熟期达到最大,与W1N1处理相比,W3N2处理下小麦开花期植株平均干物质积累量、成熟期植株平均干物质积累量、营养器官平均干物质转运量、平均干物质转运率和干物质转运对籽粒平均贡献率分别增加32.11%、13.34%、48.66%、56.34%、42.93%;连续2年,小麦植株氮素积累量在小麦开花期和成熟期达到最大,与W1N1处理相比,W3N2处理下小麦开花期和成熟期植株平均氮素积累量分别增加21.98%和20.30%;在小麦成熟期,与W1N1处理相比,W3N2处理下小麦茎+叶鞘平均氮素积累量、穗轴+颖壳平均氮素积累量、籽粒平均氮素积累量、营养器官平均氮素转运量、平均氮素转运率和营养器官氮素转运对籽粒平均贡献率分别增加20.19%、27.65%、35.99%、47.51%、20.91%和6.04%;连续2年,与W1N1处理相比,W3N2和W3N3处理下小麦平均产量分别增加31.88%和15.28%。研究表明,滴灌水肥一体化下W3N2处理是本试验的最优处理,能够促进营养器官干物质和氮素的积累与转运,有利于实现小麦高产高效。     

不同施氮量对滴灌加工番茄根系构型的影响

为了探讨施氮量对加工番茄根系构型及产量品质的响应机制,基于临界氮浓度模型的施肥方案,设置不施氮(N0)、施氮200 kg/hm²(N1)、施氮300 kg/hm²(N2)和施氮400 kg/hm²(N3)4个处理,结果表明:0-60 cm土层中的加工番茄根系总干质量、总长度、总表面积和总体积都随生育期的推进呈先增加后降低的趋势,根系干质量和长度的增长速率均呈“缓慢增加-快速增加-缓慢增加-缓慢下降”的变化趋势.在定植至开花阶段,加工番茄根系干质量和根系长度在各土层中差异不具有统计学意义,开花后,处理N2促进了根系总干质量、总长度、总表面积和总体积的增加,主要体现在开花后0-20 cm土层中根系干质量和拉秧期20-40 cm土层中根系长度的增加.N2相比其他处理可以显著提高加工番茄的产量,且具有较高的可溶性糖和番茄红素.在基于临界氮浓度模型的施氮比例下,加工番茄定植至开花阶段可减氮施肥按处理N1施44 kg/hm²,在坐果期、红熟期、拉秧期施氮按处理N2施234 kg/hm²便可保证根系的最佳生长状态.     

基于无人机多时相植被指数的冬小麦产量估测

通过无人机搭载多光谱相机,对不同水分亏缺条件下冬小麦多个生育期进行遥感监测,采用不同种类多光谱植被指数表征冬小麦的生长特征,分析了植被指数与冬小麦产量的相关关系,并利用多时相植被指数构建产量估测数据集,采用偏最小二乘回归、支持向量机回归和随机森林回归3种机器学习算法进行冬小麦产量估测。结果表明,随着冬小麦的生长,多个植被指数与产量的相关性不断增强,灌浆末期相关系数达到0.7,植被指数与产量的线性回归决定系数也达到最大。多时相植被指数反映了冬小麦生长的变化特征,进一步提高了冬小麦产量估测精度,采用开花期和灌浆初期的多时相植被指数进行估产比采用单个生育期的植被指数估测产量的精度高,采用偏最小二乘回归模型的估测精度R²提高约0.021,支持向量机回归模型R²提高约0.015,随机森林回归模型R²提高约0.051。采用灌浆末期的多时相植被指数,3种模型均有较高的估测精度,偏最小二乘回归模型估测精度最高时的R²、RMSE分别为0.459、1 822.746 kg/hm²,支持向量机回归模型估测精度最高时的R²、RMSE分别为0.540、1 676.520 kg/hm²,随机森林回归模型估测精度最高时的R²、RMSE分别为0.560、1 633.896 kg/hm²,本文数据集训练的随机森林回归模型估测精度最高,且稳定性更好。     

喷灌施氮对马铃薯氮素积累及土壤硝态氮影响

喷灌水肥一体化是提高中国东北半湿润区作物养分利用效率的重要措施.为探索圆形喷灌机水肥一体化条件下,施氮肥对马铃薯产量、氮素积累以及土壤硝态氮分布的影响,试验设置3个施氮量水平:115,165,215 kg/hm²(分别以F1,F2,F3表示);3个施氮频次:2,4,6次(分别以C2,C4,C6表示);选择传统沟施追肥作为对照区.结果表明:处理F2C6的马铃薯块茎产量和商品薯率均最高;相同施氮量条件下,马铃薯块茎氮素积累量随施氮频次增加而增加;相同施氮频次下,随施氮量增加,块茎氮素积累量先增加后减少;马铃薯块茎膨大期在相同施氮量条件下,20~40 cm土层的土壤硝态氮含量随施氮频次增加而减小.综合比较,建议黑龙江半湿润地区马铃薯种植采用中肥(165 kg/hm²)、高频次(追施氮肥6次)的喷灌水肥一体化方案.     

施氮量对扬黄灌区土壤水分、温度、碳氮及玉米产量的影响

针对宁夏扬黄灌区降水少、春季低温不利于玉米出苗和生长,而作物生育中后期高温胁迫导致玉米生产力低下等问题,在滴灌条件下设置秸秆全量还田(9 000 kg/hm²)配施3个不同纯氮用量:150,300,450 kg/hm²(即处理N1,N2,N3),并以秸秆还田不施氮肥为对照处理(CK),研究不同施氮量对土壤水分、土壤温度、土壤碳氮(土壤有机碳和全氮含量及碳氮比C/N)、玉米产量及水分生产率的影响.结果表明,N3处理对提高0~40 cm层土壤有机碳、全氮含量效果最佳,分别较CK处理显著提高41.5%和41.7%,而N2处理对调控土壤C/N效果最显著,较CK处理显著增加5.2%.秸秆还田配施氮肥均可提高玉米苗期(播后20 d)0~25 cm土层土壤的温度,且对玉米生育期内0~100 cm土层土壤具有很好的保水作用,以N2处理对土壤调温保水效果最佳.处理N1和N2能显著影响玉米的产量构成,较CK处理可显著增产46.2%~63.7%.同时,N2处理可显著提高玉米水分生产率,与CK处理相比,N2处理可显著促进玉米水分生产率提高36.1%.可见,秸秆配施300 kg/hm²氮肥还田在宁夏扬黄灌区对调控土壤水热环境和土壤碳氮比、促进玉米产量和水分生产率增加方面,效果最佳.     

水氮盐调控对膜下滴灌棉花产量的影响及耦合模型

为探讨水、盐、氮三因素对棉花生长的耦合效应及最优水肥制度,分别设置了4种灌溉定额(1 575,2 100,2 625,3 150 m³/hm²)、4种施氮量(0,150,300,450 kg/hm²)和4种土壤盐分(非盐化土、轻度、中度和重度盐化土),通过盆栽试验,研究了水、氮、盐对膜下滴灌棉花产量的影响.结果表明:灌溉定额、施氮量和土壤盐分与棉花产量之间符合回归模型,模型对水氮盐的耦合效果较好;单因素对棉花产量影响按因素排序由大到小为灌水量,土壤含盐量,施氮量;耦合作用的影响按因素排序由大到小为盐氮,水氮,水盐;水氮施加量对棉花产量的影响均存在阈值,低于此阈值,棉花增产效果较为明显;中、重度土壤盐分含量明显抑制棉花生长;通过回归模型进行耦合分析,最适合研究区的水肥盐耦合方式为轻盐土壤、灌溉定额2 677 m³/hm²和施氮量202 kg/hm².本研究将为盐碱区棉田水肥高效利用提供科学依据.     

不同降水年型地下滴灌追氮对玉米产量的影响

采用完全组合设计,在长期试验基础上探讨了枯、丰2种降水年型滴灌追氮对玉米产量的影响.结果表明:丰水年整体产量高于枯水年,高水高氮和高水低氮处理在丰、枯水年间产量差异不具有统计学意义.枯水年滴灌对产量影响具有统计学意义(P<0.01),水氮互作对产量影响具有统计学意义(P<0.05),追氮对产量影响不具有统计学意义.丰水年滴灌对产量影响具有统计学意义(P<0.05),追氮对产量影响具有统计学意义(P<0.01),水氮互作对产量影响不具有统计学意义.不同降水年型间产量随滴灌量的增大而增大,枯水年滴灌对产量的提高幅度大于丰水年;随追氮量的增加先增大后减小,丰水年增加追氮量对产量的影响均大于枯水年.通过分析,确定了不同降水年型适宜的水肥施用模式:播种期沟施复合肥(N∶P₂O₅∶K₂O=15∶15∶15)450 kg/hm²后,在枯水年滴灌48 mm、追氮120 kg/hm²,丰水年滴灌36 mm、追氮240 kg/hm².