氮肥施用和地膜覆盖对旱作春玉米氮素吸收及分配的影响

【目的】通过田间试验探究黄土旱塬氮肥施用和地膜覆盖对春玉米干物质累积、产量和氮素吸收利用的影响。【方法】田间试验于2016年和2017年在中国科学院水利部水土保持研究所长武黄土高原农业生态试验站进行。该站位于陕西省咸阳市长武县洪家镇,地貌为高原沟壑区,地带性土壤为黑垆土,供试作物为春玉米。试验采用裂区设计,主区为地膜覆盖和不覆盖,副区为4个施氮水平(0、100、250和400 kg/hm^2)。在玉米六叶期(V6)、十叶期(V10)、吐丝期(R1)、乳熟期(R3)及完熟期(R6) 5个时期采集植株样品,测定生物量并按照需要分为不同部位测定植株全氮含量。【结果】1)氮肥施用和地膜覆盖显著提高春玉米籽粒产量,地膜覆盖条件下氮肥提高春玉米籽粒产量效果更显著。地膜覆盖条件下施氮量250 kg/hm^2和400 kg/hm^2处理春玉米籽粒获得高产,产量达12.8～16.4 t/hm^2,两个施氮量间春玉米籽粒产量差异不显著;不覆盖条件下,施氮量400kg/hm^2处理春玉米籽粒产量显著低于250 kg/hm^2处理。2)氮肥施用和地膜覆盖及二因素互作显著提高春玉米花前和花后氮素累积量,二因素互作对春玉米花后氮素和干物质累积作用较花前更大,地膜覆盖条件下施氮处理花后氮素和干物质累积量比例分别为51.5%～54.9%和51.1%～59.9%,为春玉米籽粒产量提高奠定物质基础,地膜覆盖条件下施氮量250 kg/hm^2和400 kg/hm^2处理可获得高的花前和花后氮素和干物质累积量,但施氮量400 kg/hm^2处理的氮素和干物质累积量与施氮量250 kg/hm^2处理的均差异不显著。3)由于氮肥施用和地膜覆盖互作显著提高花前氮素累积和促进花后的生长发育,二因素协同促进春玉米营养器官氮素转移量,地膜覆盖条件下施氮量250 kg/hm^2和400 kg/hm^2处理均能有效促进花前储存更多的氮素向籽粒转运,提高花后期氮同化量,促进籽粒产量的提高。相同覆盖条件下,施氮量400 kg/hm^2处理营养器官氮素转移量与施氮量250 kg/hm^2差异不显著。4)地膜覆盖显著提高相同施氮量下氮肥农学效率和氮肥偏生产力;地膜覆盖和氮肥用量及二因素互作显著提高氮收获指数,地膜覆盖条件下,施氮量250 kg/hm^2和400 kg/hm^2处理可获得较高的氮收获指数,氮收获指数达65.1%～75.4%,但施氮量250 kg/hm^2和400 kg/hm^2处理氮收获指数差异不显著。【结论】在该试验条件下,氮肥施用和地膜覆盖互作显著提高春玉米花前和花后的氮素吸收和干物质累积,但二因素互作对春玉米花后氮素吸收和干物质累积影响更大,从而促进了营养器官氮素转移,提高了春玉米产量和氮收获指数。     

黄土高原石灰性土壤不同形态磷组分分布特征

以黄土高原自北向南采集的12个0～20 cm耕层土壤为供试土样,采用Tiessen和Moir修正的Hedley土壤有机无机磷分级方法研究了黄土高原石灰性土壤中不同形态磷组分的分布特征。结果表明:供试土壤各形态P总体分布特征为:HCl-P>Residual-P>NaHCO3-Po>NaHCO3-Pi>NaOH-Po>NaOH-Pi>H2O-P,以HCl-P和Residual-P为主,分别占土壤全磷的54.00%～88.96%和0～39.11%。黄土高原土壤磷含量总体分布表现为南高北低。在各土壤类型间,NaOH-Po、Residual-P和全磷平均含量表现为干润砂质新成土<黄土正常新成土<简育干润均腐土<土垫旱耕人为土,自北向南依次增加;H2O-P和HCl-P表现为简育干润均腐土<黄土正常新成土<干润砂质新成土<土垫旱耕人为土,自北向南先降后升,且上升幅度较大。黄土高原土壤全氮与全磷及各形态磷含量相关性均达显著水平,其中与NaOH-Pi、NaOH-Po、HCl-P及全磷含量达到极显著水平。C/N、pH及砂粒与全磷及各形态磷含量呈负相关关系,其中pH与NaHCO3-Po呈显著负相关,与H2O-P、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi及HCl-P呈极显著负相关;砂粒与NaHCO3-Pi、Residual-P及全磷呈显著负相关。除NaHCO3-Po、NaOH-Po及Residual-P,CaCO3与其他各形态磷含量具有一定程度负相关。除NaOH-Pi和NaOH-Po外黏粒与其他各形态磷及全磷也具有一定程度负相关。土壤各形态磷组分和有效磷的多元回归分析发现,各形态磷中对有效磷贡献最大的是H2O-P,其次为NaOH-Pi和NaHCO3-Po;土壤各形态磷组分和有效磷逐步回归分析结果,进一步说明H2O-P的有效性最高。     

施肥深度对半干旱区冬小麦生物学性状及产量的影响

为给旱地作物合理施肥提供理论依据,以旱地小麦品种长武134为试验材料,采用隔离式上下两层土培装置,模拟黄土高原半干旱区“上干下湿”的土壤水分环境,研究了中度和重度水分胁迫下施肥深度对冬小麦生物学性状及产量的影响。结果表明,两种水分胁迫下施肥深度对冬小麦生物学性状、产量及其构成的影响不同。相同水分胁迫处理下,株高表现为上层施肥处理＞下层施肥处理＞未施肥处理;叶面积表现为下层施肥处理＞上层施肥处理＞未施肥处理;上、下层施肥处理间地上部生物量和籽粒产量差异不明显,但均显著高于未施肥处理;穗数增加是施肥增产的主要原因。上层和下层施肥分别提高和降低了根冠比,但不影响收获指数。说明水分胁迫条件下施肥可促进小麦植株生长和产量提高,不同性状对施肥深度的反应不同。     

黄土旱塬不同水分管理模式对旱作春玉米土壤温度的影响

 【目的】基于春玉米生长季土壤温度动态观测资料,研究黄土高原南部旱作区不同水分管理模式对春玉米（Zea mays）农田土壤温度动态变化和玉米生育期土壤积温（＞10℃）的影响,其结果对理解不同水分管理模式对玉米生长影响具有一定参考价值。【方法】以沈单10为供试作物品种,水分管理模式2007年采用补充灌溉、雨养和地膜覆盖3种处理。在2007年基础上,2008年增加秸秆覆盖,试验采用完全方案,于2007年和2008年连续进行2年田间试验。【结果】地膜覆盖具有明显的增温效应,而秸秆覆盖具有明显降温效应;玉米不同生育阶段＞10℃土壤积温,以出苗阶段（PT-VE）最低,生殖生长阶段（R1-R6）次之,营养生长阶段（VE-R1）最高。不同水分管理模式对不同生育期的土壤积温影响不同：地膜覆盖在PT-VE阶段较低,补充灌溉在VE-R1阶段较低,雨养处理在R1-R6阶段较低。地膜覆盖条件下土壤温度对大气温度变化的响应更为敏感,与大气温度变化最为紧密;而秸秆覆盖土壤温度对大气温度变化的反应最迟钝。补充灌溉和地膜覆盖处理籽粒产量显著高于雨养处理（P＜0.05）,与雨养相比,2007和2008年补充灌溉分别增产30.0%和25.7%,地膜覆盖分别增产18.1%和29.7%。【结论】在黄土旱塬地区,不同水分管理模式不仅影响土壤温度动态变化,而且也影响玉米生长发育和对土壤热量资源利用。     

不同施氮水平和杂草清除时间对氮肥利用及平衡的影响

以半湿润区中等肥力土垫旱耕人为土为供试土壤,在冬小麦不同生育期采集0~100 cm土层土壤样品、作物及杂草的样品,研究不同施肥及杂草处理对半湿润农田生态系统氮肥损失及氮素平衡的影响。试验结果表明,土壤中残留NO3--N累积量均随施氮量增加而增加;NH4 -N累积量随施氮量变化不显著,总矿质氮随施氮量的变化趋势与硝态氮基本一致;农田系统中杂草的存在,能在一定程度上增加土体残留矿质氮(Nmin)累积量,且在高施氮处理下影响较大;在全生育期不清除杂草(A)、越冬前清除杂草(B)、返青期清除杂草(C)和拔节期清除杂草(D)等杂草处理下,杂草吸氮量平均值分别为2.38、1.60、4.72和4.54 kg N/hm2,占农田植物地上部分(作物 杂草)总吸氮量的1.97%、1.38%、3.98%和3.76%,返青期杂草吸氮量最高,其值是越冬期杂草吸氮量的2.94倍;氮肥损失随施氮量增加而呈线性相关,考虑杂草时,相关系数R2=0.9802。不同杂草处理间氮素表观损失量为59.9~96.1 kg/hm2,不同施氮处理间表观损失量为32.9~128.0 kg/hm2;不同时期清除杂草对氮损失和氮肥利用率影响显著,而越冬期清除杂草的影响效果最大;本试验条件下,杂草的存在对氮素平衡影响不显著。     

地膜覆盖、氮肥与密度及其互作对黄土旱塬春玉米氮素吸收、转运及生产效率的影响

【目的】以紧凑型玉米品种先玉335为供试作物,研究地膜覆盖、施氮量、种植密度及其互作对春玉米氮素吸收转运及利用效率的影响,以期为黄土高原半干旱区春玉米高产高效栽培提供理论依据。【方法】2013—2014年春玉米生长季,设置覆盖方式(覆膜和不覆膜)、施氮量(2013年为0、170、200和230 kg N·hm~(-2),2014年为0、170、225和280 kg N·hm~(-2))和种植密度(5.0×10~4、6.5×10~4和8.0×10~4株/hm~2)3个因子,分析不同处理的氮素累积与转运、产量及氮肥生产效率。【结果】地膜覆盖显著增加了玉米吐丝前氮素累积量,促进了吐丝后氮素累积和吐丝前累积氮素的再转移,从而显著提高了籽粒氮素累积量和籽粒产量。覆盖方式与氮肥或密度互作显著影响春玉米氮素吸收、累积和转移。地膜覆盖条件下更多的氮肥(200—230 kg N·hm~(-2))或更高的密度(6.5×10~4—8.0×10~4株/hm~2)投入能有效促进吐丝前储存更多的氮素向籽粒转运,提高吐丝后期氮同化量及其对籽粒的贡献率,从而提高了籽粒氮素累积量;而不覆盖条件下当施氮量超过170 kg N·hm~(-2)或密度超过5.0×104株/hm~2时,吐丝后氮同化量及其对籽粒的贡献显著减少,从而导致吐丝前氮素储备的增加未能有效增加籽粒氮素累积。氮肥与密度互作显著影响氮素累积、吸收和转移。氮肥偏生产力(PFPN)和氮素收获指数(NHI)与吐丝前氮素累积量、氮素转移量、吐丝后氮素累积量及籽粒产量呈正相关,达到了显著水平。从春玉米氮素累积、转移及与产量和氮肥偏生产力关系看,全膜双垄沟播种植技术的合理施氮量为200—230 kg N·hm~(-2)、密度为8.0×10~4株/hm~2,其产量可达13.7—14.6 t·hm~(-2),PFPN可达64.8—68.7 kg·kg~(-1)。【结论】地膜覆盖与适宜的施氮量和种植密度相结合的综合管理实践,有利于促进灌浆期营养器官储存氮向籽粒转移和吐丝后氮同化的协同增加,从而实现高产和高氮肥生产力。     

几种测定条件下土壤尿素水解速率的差异

分别用测定残留尿素（直接法）和矿质氮累积量（间接法）的方法，测定了土壤的尿素水解速率，并比较通气培养和淹水培养期间尿素水解的异同。结果表明：虽然这两种方法在反映土壤脲酶活性和尿素水解速率上有相同趋势，但直接法测定的结果显著高于间接法。用直接法测定尿素水解速率，既不考虑水解产物的转化，也不考虑氮素损失，因此，具有矿化量法难以比拟的优点。用通气培养法测定的尿素水解速率虽然极显著地高于淹水培养，但两者之间仍呈高度正相关，说明它们在表征土壤尿素水解状况上有相似趋势。对旱地土壤，通气培养法更切合实际。培养期间加入甲苯，使尿素水解速率大幅度增加。     

不同氮效率基因型冬小麦物质生产对CO2浓度升高的响应研究

采用开顶式气室,以不同氮效率基因型冬小麦品种"小偃6号"(氮低效)和"小偃22号"(氮高效)为供试材料,通过盆栽方法,研究不同施氮水平下大气CO2浓度倍增对冬小麦叶面积、株高、生物量和产量的影响。结果表明,在CO2浓度倍增条件下,施氮后氮高效小麦基因型"小偃22号"穗长、株高显著高于氮低效小麦"小偃6号",但叶面积、茎长则相反。施氮水平、基因型和大气CO2浓度水平均不同程度地影响冬小麦生物量、产量及产量构成。同一施氮条件下,大气CO2浓度倍增使两种氮效率基因型冬小麦产量均显著增加,但增加量不尽一致:N1[0.15 g(N).kg-1(土)]处理时,氮低效"小偃6号"和氮高效"小偃22号"产量分别增加90.5%和52.9%,N2[0.30 g(N).kg-1(土)]处理时分别增加73.9%和93.6%。同一施氮条件下,大气CO2浓度倍增使两种氮效率基因型冬小麦地上部、根系、总生物量、每盆穗数、穗粒数和产量也均显著增加。从不同施氮水平看,大气CO2浓度倍增下(750μmol.mol–1)两种氮效率基因型冬小麦地上部、总生物量、穗粒数和产量均表现为N2>N1>N0。说明在该试验条件下,CO2浓度倍增及氮肥投入对作物生长及产量形成存在显著正交互效应。因此,在未来大气CO2浓度增加条件下,增加氮肥投入应有利于促进作物对大气CO2浓度升高的正效应,增加冬小麦的物质生产及提高产量。     

半干旱农田生态系统地膜覆盖的土壤生态效应

在年降水量415mm的黄土高原中部黄绵土和年降水量632mm的黄土高原南部红油土上,分别以春小麦和冬小麦为供试作物进行大田试验,研究地膜覆盖(春小麦设不覆膜、播种后覆膜30d、覆膜60d和全程覆膜4个水平;冬小麦设不覆膜、播种后覆膜75d、覆膜150d和全程覆膜4个水平)和施氮(春小麦设不施氮和每公顷施氮75kg2个水平;冬小麦设不施氮和每公顷施氮225kg2个水平)对土壤水分、温度、氮素有效性、土壤中CO2和N2O释放量的影响。结果表明,在2年的春小麦试验中,覆膜对2m深土层的贮水量基本没有影响,但能显著提高0～20cm土层的含水量;覆膜对5cm土层土壤温度的影响呈"U"型变化,即在作物生长前期和后期影响显著,中期影响较小;覆膜后虽然土壤微生物体氮有下降趋势,但由于覆膜能够增加土壤呼吸和有机氮的矿化,从而显著影响收获后0～100cm土层中NO-3-N的累积。从2个施氮水平和底墒平均值看,1999年覆膜30,60d和全程覆膜(126d)处理土层中累积的NO-3-N分别比不覆膜的对照增加-23.0,-10.1和49.7kg/hm2;2000年覆膜30,60d和全程覆膜处理土层中累积的NO-3-N分别比不覆膜的对照增加4.6,-5.0和8.2kg/hm2。可见,全生育期覆膜能够显著增加作物收获后土壤剖面中的残留NO-3-N。不同覆膜进程对作物收获后土壤剖面中的矿质氮,特别是NO-3-