【摘要】：黑龍江省是我國重要的糧食生產(chǎn)基地,但水資源總量較為匱乏,面對農(nóng)業(yè)用水量的逐年提高以及干旱趨勢的加劇,在該地區(qū)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)對保障我國糧食安全具有重要意義。本文作者在黑龍江省西部肇州灌溉試驗站內(nèi)進行了噴灌玉米的節(jié)水灌溉試驗,以CROPWAT模型為研究工具,研究了黑龍江省西部半干旱區(qū)玉米耗水量、有效降雨量和灌溉需水量的年間和各生育期間的變化規(guī)律,分析了不同水文年型作物需水與有效降雨的耦合度并制訂了相應的噴灌灌溉制度;采用~(13)C穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析技術(shù),研究了玉米耗水規(guī)律以及葉片和產(chǎn)量水平的水分利用效率的變化規(guī)律,進一步探究不同灌溉制度對寒地黑土區(qū)玉米水分利用效率的影響;通過在玉米拔節(jié)期施用~(15)N標記的尿素作為拔節(jié)肥,研究了不同灌水方案下成熟期玉米對追肥氮素的吸收利用率以及在地上部各器官中的分配狀況,同時研究了玉米收獲后追肥氮素在土壤中的殘留情況和最終的損失率。試驗研究取得的主要研究結(jié)果如下:(1)不同灌水方案下玉米日耗水強度均均呈拋物線趨勢變化,在拔節(jié)期—抽穗期達到峰值,峰值變化范圍為4.21 mm/d~5.89 mm/d。不同處理拔節(jié)期到成熟期玉米WUE_i變化范圍為7.56~29.84μmol/mmol,WUE_n變化范圍為73.15~168.69μmol/mmol,WUE_y變化范圍為2.90~3.74 kg/m~3。選取枯水年、平水年和豐水年分別為2004年、2010年和1992年,噴灌條件下,枯水年和平水年的灌溉凈定額分別為170.2 mm和79.9 mm,灌水次數(shù)分別為3次和1次,為確保玉米穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn),抽雄期和灌漿期必須進行補充灌溉。(2)拔節(jié)期玉米葉片碳同位素分辨率(ΔL_B)、成熟期葉片碳同位素分辨率(ΔL_C)和果實碳同位素分辨率(ΔF)分別為0.451%~0.505%、0.505%~0.598%、0.396%~0.526%,隨著生育期的推進,葉片ΔL逐漸增加。此外,玉米ΔL對灌溉定額和灌水次數(shù)變化的響應效果要優(yōu)于籽粒ΔF。不同灌水方案條件下玉米ΔL與WUE_i、WUE_n均呈負相關,且ΔL與WUE_n的相關性優(yōu)于其與WUE_i的相關性,玉米ΔF與WUE_y、Y均呈顯著負相關。(3)在灌溉定額不變的條件下,玉米地上部干物質(zhì)量均隨灌水次數(shù)的減少呈逐漸下降趨勢。不同灌水處理下成熟期玉米籽粒氮素積累量、~(15)N積累量分別占兩者總積累量的45.50%~68.80%、47.88%~74.40%,成熟期玉米地上部氮素總積累量的8.14%~13.21%來自于追肥氮素,其中成熟期玉米籽粒中積累的追肥~(15)N最多,占比47.95~74.4%。不同灌水處理下玉米籽粒積累的總氮素量中來自追肥氮素的比例約為4.80%~9.83%。(4)玉米收獲后8.81%~24.89%的追肥氮素殘留在土壤中,其中83.25%~95.55%的~(15)N殘留在0~60 cm土層中,60 cm以下~(15)N殘留量僅占4.45%~16.75%,并且施用氮肥對40 cm以下土層中氮素水平影響較小,對60 cm以下土層的氮素水平基本不產(chǎn)生影響。在灌溉定額不變的情況下,單次灌水量過大會造成土壤中氮素的淋溶損失,適當增加灌水次數(shù),減少單次灌水量能夠有效地降低氮肥損失,提高肥料氮素殘留率,在一定程度上起到維持土壤氮平衡的作用。綜上,研究得出符合玉米節(jié)水高產(chǎn)生產(chǎn)要求的灌水方案為全生育期灌水為800 m~3/hm~2,分別在苗期、拔節(jié)期、抽雄期灌水3次,該方案下玉米WUE_y為3.65 kg/m~3,產(chǎn)量為14712kg/hm~2;利用ΔL和ΔF指示玉米不同水平水分利用效率具有一定的可行性,玉米成熟期葉片和籽粒Δ~(13)C可作為量化表征作物葉片和產(chǎn)量水平水分利用效率的重要指標;玉米地上部分各器官中~(15)N分配比例由大到小依次為籽粒、葉片、莖稈、穗軸、苞葉。抽雄期和灌漿期缺水會導致植株~(15)N總吸收率顯著下降,抑制玉米吸收肥料氮素,降低氮肥吸收率,同時單次灌水量過大增加氮肥淋溶損失,降低肥料利用率。
【圖文】：

圖 4-1 CROPWAT 初始化界面Fig.4-1 CROPWAT initialization interfaceCROPWAT 模型是聯(lián)合國糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）于 1991 年開發(fā)的作物水分計算軟過計算作物蒸發(fā)量，結(jié)合不同水文年氣象數(shù)據(jù)及作物水分要求，模擬雨養(yǎng)和灌溉條件下產(chǎn)量、需水量和土壤水分變化，，設計供水和灌溉制度。CROPWAT 模型包含以下數(shù)據(jù)輸塊：（1）氣候數(shù)據(jù)及對應的參考作物騰發(fā)量 ET0；（2）降雨量數(shù)據(jù)；（3）作物與種植模式括作物生育時期、作物系數(shù)、根系吸水深度等；（4）研究區(qū)土壤數(shù)據(jù)，包括土壤種類，含水率、降水入滲率等。結(jié)果輸出模塊：（1）作物需水量（CWR）；（2）灌溉制度及評價.2 CROPWAT 模型數(shù)據(jù)輸入.2.1 典型年降雨設計本研究采用黑龍江西部地區(qū)肇州灌溉試驗站 1986~2015 年的逐日氣象數(shù)據(jù)，主要包括量、最高氣溫、最低氣溫、平均相對濕度、風速等。數(shù)據(jù)來源于中國氣象數(shù)據(jù)ttp://data.cma.cn/site/index.html)。對肇州試驗站 30 年年降水量數(shù)據(jù)進行降序排列，計算經(jīng)驗頻率，并繪制出 P3 型水文

圖 4-2 CROPWAT 模型氣象數(shù)據(jù)輸入界面Fig.4-2 Input interface of CROPWAT model meteorological data圖 4-3 CROPWAT 模型有效降雨量計算界面Fig.4-3 CROPWAT model effective rainfall calculating interface算 ET0所需要的 3 個典型年的氣象資料（表 4-2、表 4-3、表 4-4）輸入到T 模型中，計算出各典型年的月 ET0值如圖 4-4 所示。
【學位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：S513;S274

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本文編號：2707431