集雨種植模式下施肥和種植密度對(duì)谷子生長及水肥利用效率的影響.pdf

1、水肥是限制旱區(qū)作物產(chǎn)量提升的兩大重要因子，而合理密植是作物高產(chǎn)栽培的基礎(chǔ)。農(nóng)田集雨種植模式是一種適用于西北旱作農(nóng)田的高效用水栽培措施，可有效提高降雨利用效率，改善旱地作物的水分狀況。為完善和拓展集雨種植技術(shù)在旱區(qū)的運(yùn)用，進(jìn)一步挖掘其在旱地農(nóng)田的水分生產(chǎn)潛力，本研究以半干旱區(qū)傳統(tǒng)栽培作物-谷子為對(duì)象，從施肥量優(yōu)化和群體調(diào)控兩方面著手，對(duì)我國西北典型的半干旱區(qū)（寧夏彭陽縣）農(nóng)田集雨種植模式下谷子的高效栽培方案進(jìn)行了探索。通過研究不同種植方式

2、下（集雨種植和平作）施肥量（無肥、低肥、中肥和高肥）和密度（低密度、中密度和高密度）對(duì)農(nóng)田水分養(yǎng)分狀況、谷子生長、產(chǎn)量形成、水肥利用效率的影響，取得如下主要研究結(jié)果:
　　1、不同種植模式下施肥量和密度對(duì)農(nóng)田水分的影響
　　(1)相較于平作，集雨種植方式通過壟面覆膜可有效的蓄積降雨減少農(nóng)田水分的無效損失，無論在豐水年還是平水年，均可提高谷子各生育階段0-200 cm土層的土壤水分含量。在平水年，集雨種植提高了谷子間苗期和孕穗

3、期0-60 cm土層的土壤含水量，分別較平作提高了6.8-7.0％和6.5-30.7％，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，谷子的耗水深度增加，在灌漿和收獲期集雨種植改善了深層土壤水分含量。集雨種植減少了農(nóng)田總蒸散量，在2013-2015年分別平均較平作減少了5.4％(27.7 mm)、11.1％(41.4mm)和8.5％(35.1mm)。
　　(2)增施肥料和加大種植密度均會(huì)增加谷子對(duì)土壤水分的消耗，降低耗水深度土層的土壤水分含量，年際間的表現(xiàn)受

4、降雨特征和農(nóng)田基礎(chǔ)肥力的影響。在2013年，由于拔節(jié)期降雨較多，施肥量和密度處理對(duì)土壤水分的影響主要表現(xiàn)在灌漿期和收獲期，隨施肥量和種植密度的增大，谷子耗水量均呈顯著增加趨勢(shì)，從而導(dǎo)致土壤水分含量的降低;在2014年，施肥處理間的土壤水分差異主要表現(xiàn)在灌漿期和收獲期，各施肥量水平下，土壤水分含量隨種植密度的增加表現(xiàn)為明顯降低趨勢(shì);在2015年，密度對(duì)谷子耗水的影響主要表現(xiàn)在營養(yǎng)生長階段，施肥對(duì)谷子耗水的影響則表現(xiàn)在全生育階段，孕穗和灌漿

5、期的土壤水分隨種植密度和施肥量的增大而降低，但在收獲期，平作模式下土壤水分受種植密度因素的影響不明顯，集雨種植下中密和高密處理間的土壤水分含量差異不明顯，但均小于低密度。
　　2、不同種植模式下施肥量和密度對(duì)谷子生長的影響
　　(1)三年試驗(yàn)均表明施肥可促進(jìn)谷子的生長，顯著增大了谷子的株高、莖粗、單株葉面積和葉面積指數(shù)(LAI)，進(jìn)而提高了個(gè)體和群體的于物質(zhì)積累量，當(dāng)施肥超過中等施肥量(N186 kg·ha-1+ P2O59

6、6 kg·ha-1)后，進(jìn)一步增大施肥量對(duì)谷子植株生長的促進(jìn)效果不明顯。種植密度對(duì)谷子個(gè)體生長指標(biāo)的影響大致表現(xiàn)為顯著的負(fù)效應(yīng)，但群體生長指標(biāo)，如LAI和群體干物質(zhì)積累量均隨密度的增大大致呈增加趨勢(shì)，在2015年由于農(nóng)田水肥條件較差，密度處理對(duì)群體干物質(zhì)積累量的影響不明顯。同一密度水平下，集雨種植促進(jìn)谷子個(gè)體生長，株高、莖粗、單株葉面積均顯著高于平作，但由于單位面積群體數(shù)量低于平作，LAI、群體干物質(zhì)積累量等群體指標(biāo)均顯著低于平作。

7、r>　　(2)在平水年，營養(yǎng)器官干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)移率均隨施肥量的增大大致呈先增加后降低的趨勢(shì)，在低量或中量施肥下達(dá)到最大，過高的施肥量不利于營養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換率的降低。增大密度能夠增大營養(yǎng)器官的群體干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量，轉(zhuǎn)移率和轉(zhuǎn)換率的表現(xiàn)因施肥量不同而異。相較于平作，集雨種植顯著提高了各營養(yǎng)器官的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率，促進(jìn)了干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，營養(yǎng)器官干物質(zhì)的轉(zhuǎn)換率在2014和2015年分別提高了14.7％和61.0％。
　

8、　3、不同種植模式下施肥量和密度對(duì)谷子產(chǎn)量形成及水分利用效率的影響
　　(1)施肥可顯著提高谷子產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)，當(dāng)施肥量超過中肥(N186kg·ha-1+ P2O596 kg·ha-1)后，收獲指數(shù)呈下降趨勢(shì)，肥料的農(nóng)學(xué)利用效率和偏生產(chǎn)力均顯著下降，兩種種植模式下的谷子產(chǎn)量和WUE在平水年的增幅不顯著，而平作模式下的谷子產(chǎn)量和WUE在豐水年增幅顯著(P＜0.05)。施肥較不施肥顯著提高谷子千粒質(zhì)量，但進(jìn)一步增大施肥量

9、主要是通過提高穗粒數(shù)來實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的。
　　(2)在養(yǎng)分充足的條件下，增大種植密度可顯著提高豐水年型下谷子的產(chǎn)量、WUE及肥料利用效率;在平水年，過高的種植密度會(huì)導(dǎo)致營養(yǎng)生長對(duì)土壤水分的過度消耗，不利于最終谷子籽粒產(chǎn)量的形成，導(dǎo)致收獲指數(shù)和WUE的顯著下降。同一種植密度水平下，本研究集雨種植下單位面積的留苗株數(shù)較平作減少了25％，在施肥量充足的條件下，應(yīng)通過適當(dāng)增大種植密度來增加集雨種植下單位面積的成穗數(shù)來提高產(chǎn)量和WUE，豐水年建議

10、采取高密度種植(行距30 cm、株距5.5 cm)，平水年應(yīng)適當(dāng)降低種植密度，以中密度（行距30 cm、株距7.5 cm）為宜;對(duì)平作種植而言，種植密度超過中密度后，進(jìn)一步增密對(duì)產(chǎn)量和WUE的提升效果不顯著，在地力偏差的農(nóng)田甚至減產(chǎn)。
　　(3)在豐水年，集雨種植較平作呈減產(chǎn)趨勢(shì)，隨施肥量和密度的增大，產(chǎn)量及WUE的減幅呈增大趨勢(shì)，在高肥高密水平下，R較T的產(chǎn)量和WUE分別降低14.3％和11.4％;在平水年，在適宜的種植密度下，

11、集雨種植表現(xiàn)為增產(chǎn)趨勢(shì)，在中量施肥和公頃留苗株數(shù)均為33.3萬株的種植密度下，2014和2015年產(chǎn)量較平作分別提高了8.0％和6.1％。
　　4、不同施肥量對(duì)集雨種植和平作模式下谷子養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及利用效率的影響
　　(1)隨施肥量的增大，谷子植株各器官的氮磷養(yǎng)分積累量均呈增大趨勢(shì)，而氮磷素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率呈先增加后降低的趨勢(shì)，在低量或中量施肥下達(dá)到最大;花前氮磷素的轉(zhuǎn)移率、氮磷素的吸收效率(NupE/PupE)、收獲指數(shù)(

12、NHI/PHI)和利用效率(NUE/PUE)均呈降低趨勢(shì)。
　　(2)在單位面積留苗株數(shù)一致的水平下（33.33萬株/公頃），在平水年，集雨種植較平作提高了開花期谷子植株各器官的氮磷素積累量及氮磷素的花前轉(zhuǎn)移率;在收獲期，集雨種植下各營養(yǎng)器官的氮磷素積累量均低于平作，籽粒的氮磷素積累量顯著高于平作，提高了花前氮磷素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，但兩種種植方式下的植株總氮磷素的積累量差異不顯著;集雨種植下的氮磷素吸收效率、收獲指數(shù)和利用效率均高于

13、平作。在豐水年，兩種種植模式間的氮磷素積累量和利用效率差異不明顯。
　　5、不同施肥量對(duì)集雨種植和平作模式下速效養(yǎng)分殘留的影響
　　(1)施肥可增加谷子抽穗期土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅浚瑸樯成L提供充足的養(yǎng)分環(huán)境。硝態(tài)氮淋溶深度隨生育期降雨量的增多而加深，收獲期硝態(tài)氮淋溶的最大積累峰均在60cm以下土層，豐水年可達(dá)120 cm，當(dāng)施肥量超過中肥水平后，硝態(tài)氮的殘留濃度呈明顯的增加趨勢(shì);相較于平作，在中高施肥量水平下，集雨種植下土壤硝

14、態(tài)氮的殘留濃度明顯增大，淋溶深度較平作增加了20 cm左右，過量施肥會(huì)相對(duì)增大集雨種植模式下土壤硝態(tài)氮的深層淋溶風(fēng)險(xiǎn)。
　　(2)收獲期土壤有效磷主要集中在0-20 cm土層，隨施肥量的增加含量呈顯著增加趨勢(shì)，在中量施肥水平下，有效磷的含量即可達(dá)到5.0 mg kg-1以上，能夠維持土壤磷素的平衡。
　　通過施肥量優(yōu)化和種植密度調(diào)控可有效提升谷子集雨種植模式下的產(chǎn)量及水肥利用效率，綜合分析認(rèn)為，在年降雨量為400 mm左右的