農(nóng)牧交錯帶地膜春玉米生態(tài)特征及其氮肥效應的研究.pdf

1、在黃土高原北部年均降水量437.4mm左右的農(nóng)牧交錯帶，在神木中國科學院水土保持研究所生態(tài)試驗站，以綿沙土為供試土壤進行大田試驗，研究地膜覆蓋(設不覆膜和全生育期覆膜)、不同施氮水平(設不施氮和每公頃施氮90kg等2個水平)、不同補充灌水量(全生育期補充灌溉80mm和160mm等2個水平)對春玉米冠層特征、根冠根系、同化產(chǎn)物分配以及產(chǎn)量、養(yǎng)分和水分利用率的影響。通過研究，所取得的主要研究進展和新見解有： 1.春玉米冠層特征動態(tài)變

2、化隨地膜覆蓋、施氮和補充灌水量而變化 (1)田間觀察表明，地膜覆蓋栽培較常規(guī)栽培出苗提前10d，因此從出苗至收獲，生育期縮短17d，覆膜處理玉米提前進入灌漿期，灌漿期延長，并且使作物提前進入穗分化，利于產(chǎn)量形成。 (2)春玉米株高隨生育期的變化可分為緩慢增長期、快速增高期和穩(wěn)定期等3個階段，10葉期之前春玉米株高增加較緩，由于覆膜栽培株高增長速率比常規(guī)栽培高，導致覆膜栽培株高緩慢增長期與快速增高期無明顯分界。地膜覆蓋在促

3、進春玉米前期株高上效果極其顯著，這種影響主要表現(xiàn)在株高穩(wěn)定期以前。當達到最大株高后，覆膜和不覆膜處理相差不大。施氮能夠顯著增加株高，與栽培方式不同，施氮對株高的影響在苗期不明顯，在中、后期顯著，施氮和不施氮株高的差異一直維持到收獲。在地膜覆蓋和高量灌溉下，氮肥對株高的影響更加顯著：從全生育期平均看，地膜覆蓋施氮高量灌溉處理的株高最高，為164.2cm，顯著高于絕對對照136.2cm。地膜覆蓋和施氮對株高影響的交互作用主要表現(xiàn)在生育中期，

4、高量灌溉可使株高穩(wěn)定期提前到達。 (3)研究發(fā)現(xiàn)，玉米綠葉面積(以下均指綠葉面積)變化可分為迅速上升、高值持續(xù)和緩慢下降3個階段，在生育期內(nèi)呈單峰曲線變化：從5月22(對常規(guī)栽培為4葉期，對地膜覆蓋栽培為6葉期)到6月6日(常規(guī)栽培為8葉期，地膜覆蓋栽培為10葉期)，葉面積增加，但增加趨勢相對緩慢；從7月6日到7月21日，常規(guī)栽培(常規(guī)栽培為抽雄吐絲期)，增加迅速，而對地膜覆蓋栽培，從6月6日到7月6日(地膜覆蓋栽培為抽雄期)增

5、加迅速；常規(guī)栽培大體上在7月12日葉面積達到最大，地膜覆蓋栽培大體上在7月6日左右達到最大。無論常規(guī)栽培，還是地膜覆蓋栽培，葉面積在達到最大值后開始下降，但常規(guī)栽培在最大值附近變化相對平緩，而地膜覆蓋栽培變化快速；兩種栽培模式進入灌漿期后，下降均最為快速。 (4)能夠反映葉綠素相對含量的SPAD值的變化在玉米生長的中后期呈現(xiàn)低-高-低的變化規(guī)律，7月20日(常規(guī)栽培處于抽雄吐絲期，覆膜栽培處于灌漿初期)至8月21日(灌漿期)常規(guī)

6、栽培葉片的SPAD值逐漸增加并且達到最大值，之后逐漸減小。 地膜覆蓋影響葉片SPAD值的變化，其影響程度與施氮與否有關。在不施氮時，7月20到8月21日地膜覆蓋顯著降低了葉片SPAD值，而在施氮時地膜覆蓋與常規(guī)栽培葉片SPAD值無顯著差異；施氮能夠顯著增加葉片的SPAD值，從平均看，施氮的SPAD值比不施氮的高10.58(29.2﹪)；灌水對SPAD值的影響在不同的栽培模式和施肥條件下表現(xiàn)不同。 2.春玉米不同器官干物質

7、累積是冠層特征變化的綜合體系，隨地膜覆蓋、施氮和補充灌水量不同而異 (1)根系生物量的累積規(guī)律基本上遵循Logistic方程—S型曲線，即苗期緩慢增長，中期直線上升，后期穩(wěn)定增長。隨生育期推進，根系生物量增加，在抽雄—灌溉初期達到最大值，之后下降。覆膜在各個生育期均極顯著影響根系生物量，但影響方向不同，生育前期覆膜處理生物量大于常規(guī)栽培，而在生育后期，覆膜處理生物量小于常規(guī)栽培，總體上覆膜處理根系生物量略高于常規(guī)栽培：覆膜后增加

8、5.28g/m2(6.4﹪)。覆膜對根系生物量的影響由因施氮與否和灌水量不同而異：在不施氮條件下，覆膜栽培根系最大生長量明顯低于常規(guī)栽培。施氮對根系生物量的影響也在各個生育期表現(xiàn)顯著或者極顯著。與地膜覆蓋不同，施氮對根系生物量在各個生育期的影響為單一方向：即施氮條件下根系生物量始終大于不施氮處理，從全生育期平均看，不施氮時根系生物量為78.2g/m2，施氮時為90.8g/m2，施氮增加12.6g/m2(16.1﹪)。灌水處理對根系生物量

9、的影響主要在生育中、后期，從全生育期平均看，高量灌溉比低量灌溉根系生物量增加8.6g/m2(10.7﹪)。 (2)玉米地上部分生物量累積規(guī)律基本上遵循Logistic方程—S型曲線，即苗期緩慢增長，中期直線上升，后期穩(wěn)定增長。地上部分生物量累積在整個生育期均極顯著的受施氮，覆膜及灌水三因素的影響。覆膜處理地上部分生物量始終大于常規(guī)栽培：覆膜栽培為930.5g/m2，常規(guī)栽培為762.1g/m2，覆膜后增加168.4g/m2(22

10、.1﹪)。覆膜對地上部分生物量的影響由因施氮與否和灌水量不同而異，在施氮的基礎上覆膜，其效果更加顯著。施氮條件下地上部生物量始終大于不施氮處理，從全生育期平均看，施氮增加216.0g/m2(29.3﹪)，施氮和灌溉處理在灌漿期對地上生物量有正的交互作用。灌水處理對地上部的影響主要在生育中、后期。春玉米總生物量(包括根系)累積規(guī)律同地上部生物量累積規(guī)律相似。 (3)在整個生育期根冠比是由大到小逐漸遞，在生育前期下降快，中期緩慢，后

11、期趨于穩(wěn)定。常規(guī)栽培的春玉米根冠比變化幅度大，苗期是根冠比最大的時期，說明根系在前期生長較快，中后期地上部發(fā)育較快。在生育期覆膜極顯著影響春玉米根冠比。從兩種栽培模式生育期的平均值看，常規(guī)栽培根冠比為0.26，覆膜栽培的為0.15，覆膜根冠比減小0.11(42.3﹪)，。從全生育期根冠比變化規(guī)律看，覆膜處理的根冠比在生育期內(nèi)變化平緩，而常規(guī)栽培的根冠比在生育前期變幅很大。施氮對根冠比的影響主要在灌漿期，施氮后根冠比顯著下降，在生育前期和

12、中期施氮對根冠比基本沒有影響，不同生育期灌水量對根冠比的影響缺乏規(guī)律性。 (4)地膜覆蓋、施氮和補充灌水對春玉米干物質在不同器官分配的影響比較復雜。葉片生物量在整個生育期均極顯著的受施氮，覆膜及灌水三因素的影響。從苗期到抽雄期(葉片發(fā)育成熟)覆膜均極顯著增加了葉片的生物量，后期對葉片生物量影響不顯著；施氮條件下葉片生物量始終大于不施氮處理。灌水處理對葉片生物量的影響主要在生育中、后期。覆膜處理莖桿發(fā)育早，大約提前15d莖桿進入成

13、熟穩(wěn)定期。從全生育期看，覆膜莖桿生物量增加16.1g/m2(5.6﹪)。施氮在各時期均能夠極顯著增加莖桿生物量。施氮后莖稈增加57.7(21.6﹪)。高量灌水處理莖桿生物量始終大于低量灌水處理。雄花發(fā)育規(guī)律表現(xiàn)為在抽雄吐絲期達到最大生物量15d的穩(wěn)定期后，生物量逐漸下降。施氮極能夠顯著增加吐絲楊花期雄花生物量，覆膜能夠極顯著增加抽雄期雄花生物量。施氮和覆膜能夠顯著降低灌漿期雄花生物量；在生育期內(nèi)，灌水量對雄花的生物量無顯著影響。常規(guī)和地

14、膜覆蓋栽培，春玉米穗部生物量幾乎在同一時期達到最大。覆膜能夠極顯著增加果穗生物量。在施氮條件下，覆膜效果表現(xiàn)更加明顯。覆膜和施氮對穗生物量有極顯著的正交互作用。施氮也顯著增加了果穗生物量。施氮平均生物量為716.6g/m2，不施為498.6g/m2，施氮增加218.0g/m2(43.7﹪)。灌水量對穗的效果沒有覆膜和施氮顯著。 3.地膜覆蓋、施氮和補充灌溉對玉米收獲指數(shù)、產(chǎn)量、氮素和水分利用效率具有顯著的正交互作用 (1

15、)由收獲的籽粒產(chǎn)量來看，增加灌水量80mm，籽粒產(chǎn)量增加14.8﹪，覆膜可增產(chǎn)31.6﹪，每公頃施氮90kg可增產(chǎn)40.1﹪，覆膜并增加灌水量可增產(chǎn)43.3﹪，施氮并增加灌水量可增產(chǎn)81.3﹪，施氮并覆膜可增產(chǎn)81.5﹪，施氮、覆膜及增加灌水量等措施可使春玉米增產(chǎn)109.1﹪。從覆膜、施氮、灌水三因素平均增產(chǎn)效果來看，覆膜平均增產(chǎn)1564.4kg/hm2(24.1﹪)；施氮平均增產(chǎn)2688.1kg/hm2(45.4﹪)，高量灌水平均產(chǎn)量

16、增加1151.7kg/hm2(17.2﹪)。不同試驗因子對吸氮量和吸磷量的影響與對產(chǎn)量和收獲時地上部生物量累積影響基本一致。 (2)覆膜栽培和增加灌水量均能夠極顯著增加氮肥利用率，并且二者存在正的交互作用。在春玉米的三個灌水階段水分利用率由低到高再到緩慢下降。在春玉米的苗期，玉米生長速度較慢，因此這一時期日平均水分利用效率很低，在常規(guī)栽培的條件下，日平均水分利用效率平均為0.13kg/hm2.mm.d，覆膜栽培條件下為0.33k

17、g/hm2.mm.d，覆膜栽培比常規(guī)栽培日平均水分利用效率高2.5倍。在營養(yǎng)快速生長期，常規(guī)栽培的日平均水分利用效率平均為1.38kg/hm2.mm.d，覆膜栽培為1.92kg/hm2.mm.d。在生殖生長期，日平均水分利用效率與快速生長期的基本相近，只有不施氮覆膜栽培水分利用效率下降很快，平均值由1.87kg/hm2.mm.d下降到了0.78kg/hm2.mm.d，日平均水分利用效率下降了2/3。 (3)從籽粒收獲指數(shù)、產(chǎn)量、