發(fā)布時間：2017-12-20 00:12

  本文關(guān)鍵詞：密度和有機肥提高覆膜春玉米水分利用效率的生理基礎(chǔ)　出處：《中國科學院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：化肥、地膜覆蓋和高密度栽培的應(yīng)用,促使黃土塬區(qū)玉米產(chǎn)量得到大幅度的提高。然而,長期的、大量的化肥投入、地膜應(yīng)用和高密度栽培導致了土壤結(jié)構(gòu)和養(yǎng)分環(huán)境惡化,基礎(chǔ)地力逐年降低,造成玉米產(chǎn)量停滯不前。合適的品種,配合科學的施肥管理措施,能夠更大限度地發(fā)掘玉米的產(chǎn)量潛力和穩(wěn)定產(chǎn)出。通過對比玉米品種的形態(tài)和競爭特性,為發(fā)掘玉米產(chǎn)量和WUE潛力提供生態(tài)學理論支持。將植株個體生長特性與土壤-植物-大氣水分連續(xù)體中水分平衡理論相結(jié)合,通過對傳統(tǒng)耕作方式中栽培密度、化肥管理技術(shù)和有機肥配施方式的優(yōu)化,深層次地發(fā)掘優(yōu)化模式對土壤基礎(chǔ)肥力的固持能力,對玉米生理、生態(tài)特性的促進能力及產(chǎn)量穩(wěn)定、可持續(xù)提升的潛力,以期為旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定理論和實踐基礎(chǔ),主要結(jié)論如下:(1)、品種混作優(yōu)化玉米根系發(fā)育,增強根系導水率(Kr),促進根系對土壤水分、養(yǎng)分的吸收和運輸能力。地下生長的相互作用促進玉米0-30 cm土層根長密度(RLD)的增加,限制根系冗余生長,促進地上部干物質(zhì)積累及向籽粒轉(zhuǎn)移�；熳髅芏仁钱a(chǎn)量(10-16%)和WUE(5-14%)波動性增長的主要原因。在黃土旱塬區(qū),品種互作有利于耐旱性玉米Z958的植株生長和籽粒發(fā)育。(2)、混作密度增加是品種間相互作用強度增加的主因,且S16具有較強的資源獲取能力和空間侵占力,導致其在高密度混作中較高的AYL和增產(chǎn)潛力。而且,高密度混作下群體LER大于1,AYL保持正值,表明Z958和S16具有明顯的混作優(yōu)勢和較高的土地利用效率,具有保障玉米產(chǎn)量和WUE穩(wěn)定增長的潛力。S16較強的競爭力,促成較高的地上部生物量和龐大的根系,但單株籽粒產(chǎn)量存在一定程度的損失。Z958具有更加靈活的混作適應(yīng)性,較小的種內(nèi)競爭和耐旱性,是高密度栽培下產(chǎn)量和WUE穩(wěn)定可持續(xù)增加的基礎(chǔ)。(3)、連續(xù)配施有機肥,顯著降低表層土壤SBD,有利于玉米根系對50-150 cm土壤水分吸收和利用。有效保存生育期后期土壤表層殘留養(yǎng)分,促成年際間N、P和SOM 38.3%、330.4%和50.2%最大增長率。(4)、配施有機肥形成良好的土壤養(yǎng)分、水分環(huán)境,促進0-40 cm土層RLD的顯著增加,有助于玉米根系對土壤水分的有效吸收即Kr的顯著提升,為莖流速率的增加,葉片光合水分需求奠定充足的水分基礎(chǔ)。有機肥增強單株玉米水分利用能力,促進植株生物量積累與分配,有助于玉米單株干物質(zhì)從莖稈到籽粒的轉(zhuǎn)化速率,最終,實現(xiàn)產(chǎn)量5-10%和WUE 3-8%的連續(xù)穩(wěn)定增加。充分證實有機肥具有改善土壤水、肥時效性,促進水分在玉米植株中的高效循環(huán),保障高密度玉米栽培下植株生產(chǎn)力的可持續(xù)增加。(5)、栽培密度、化肥管理技術(shù)結(jié)合有機肥配施(SY-O和EY-O)有效緩解化肥對土壤結(jié)構(gòu)和環(huán)境的副作用,為SOM、N和P的有效儲存提供優(yōu)越的土壤環(huán)境,降低N、P的淋溶流失,提高土壤養(yǎng)分利用效率。優(yōu)化后的化肥管理策略配施有機肥,增加了玉米對中層土壤(50-150 cm)水分的高效吸收和利用,同時保證淺層(0-50 cm)土壤對雨水資源的保存、下滲,保證深層(150 cm以下)土壤穩(wěn)定的水分收支平衡。(6)、土壤水分、養(yǎng)分環(huán)境的改善,促進0-40 cm土層中的根系分布,同時,伴隨單株玉米葉面積(LA)和地上部生物量顯著增加,為光合產(chǎn)物合成和籽粒灌漿奠定堅實的生物學基礎(chǔ)。有機肥對根系生長和冠層發(fā)育的巨大影響,優(yōu)化了植株地上部、地下部的生長格局。有機肥連續(xù)配施相對于單獨化肥施用,可有效維持灌漿期Kr的穩(wěn)定增加。結(jié)合SY-O和EY-O中莖流速率(SFR)的增加和較長的輸水活力,有機肥有效改善了植株中的水分過程,從而調(diào)節(jié)營養(yǎng)和生殖生長之間同化物的合理分配。(7)、長期的傳統(tǒng)栽培(TP)和單施化肥模式(HY)栽培,破壞土壤結(jié)構(gòu),影響土壤水分、養(yǎng)分儲存和利用,造成土壤退化及基礎(chǔ)地力降低�；使芾砑夹g(shù)配施有機肥栽培(SY-O和EY-O),產(chǎn)量逐年顯著增加,且EY-O增加幅度略高于SY-O。較高的栽培密度配施有機肥,通過優(yōu)化土壤環(huán)境,提升玉米根系對土壤水分和養(yǎng)分的吸收,保證了玉米產(chǎn)量可持續(xù)、穩(wěn)定增加的同時,保障土壤環(huán)境和土壤生產(chǎn)能力的恒定。較高的栽培密度、化肥管理策略和有機肥配施合理配合,降低高密度栽培下單株玉米的產(chǎn)量損失,實現(xiàn)玉米群體產(chǎn)量、WUE相對于傳統(tǒng)模式75%和71%的平均增長率,同時優(yōu)化土壤基礎(chǔ)肥力和土壤環(huán)境。EY-O模式可作為參考,解決黃土塬區(qū)半干旱農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中由于長期施用化肥造成的產(chǎn)量、WUE停滯不前問題,充分發(fā)揮密度、化肥管理和有機肥配施的增產(chǎn)增效潛力,實現(xiàn)糧食增產(chǎn)與土壤環(huán)境優(yōu)化的雙贏,保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。
【學位授予單位】：中國科學院研究生院(教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心)
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：S513
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本文編號：1309983