EffectofIrrigationandFertilizationRegimesonGrainYield,WaterandNitrogenProductivityofMulchingCultivatedMaize(ZeamaysL.)intheHetaoIrrigationDistrictofChina
灌溉和施肥制度对中国河套灌区地膜覆盖栽培的玉米产量、水分和氮素生产力的影响
1
介绍
灌溉和施肥管理对干旱和半干旱地区农业可持续发展至关重要。农民经常通过过度灌溉和施肥来获得高产，这导致了一系列环境问题，特别是在浅层地下水地区。该研究在河套灌区进行了为期两年的田间试验，在粉质壤土中，采用滴灌和畦灌两种不同的灌溉方式（畦灌包括两个/三个不同的水位，滴灌由位于25cm深处的张力计触发，具有不同的基质势(15、25和35kpa)和三种不同的氮肥施用水平(、和kg·ha?1)，研究了灌溉和施肥制度对地膜覆盖栽培的玉米产量、水分和氮素生产力的影响。该研究的目的：(1)研究灌溉和施肥制度对粉质壤土的水分状况和玉米生长的影响；(2)量化干旱区不同灌溉和施肥制度下氮素的去向；(3)分析不同灌溉和施肥制度下的水氮生产力，并提出合理的玉米生产应用策略。
2
材料方法
田间试验于年和年在内蒙古河套地区进行。研究区为半干旱温带大陆性气候，降雨量少，蒸发量大。玉米生长季节的月气象数据见Table1。试验地土壤的详细物理和化学性质见Table2。在生长季节，受到周围农场灌溉的影响，地下水深度从0.7米到2.3米不等(Fig.2)。
玉米叶面积指数用AccuPARL80测量。在收获之前，在每个地块中选取三株植物来测量地上生物量。首先在℃下干燥1小时以灭酶（inactivateenzyme），然后在75℃下干燥至恒重。在每个小区中取30株植物样品以评估产量及其组成(包括每公顷穗数、每穗粒数、穗重、每株谷物产量和玉米的百粒重)。含水量为14%的籽粒被认为是玉米的标准产量。土壤含水量用重量法测定。土壤中的有效氮(铵和硝酸盐)在48小时内用连续流动分析仪测量。使用直径为40cm的钢桶(称为渗滤桶)收集深度渗滤的土壤溶液。水桶由一个cm的圆筒和底部一个20cm的锥形容器组成。在cm的桶中填充与田间相同体积密度的土壤，并清空锥形部分以收集渗滤的土壤溶液(Fig.3)。在每次灌溉和降水后，用泵抽取渗滤溶液，并测量水的体积和无机氮的浓度。
通过土壤水分平衡方程估算实际蒸散量(ETa)：
利用60-80cm和80-cm的土壤含水量，用达西公式估算了80cm深度的垂直土壤水通量。垂直水通量由以下方程计算：
K（θ）和土壤水分特征曲线都是RETC利用土壤颗粒分布（Table2）进行回归得到的。
累积淋溶氮通过下式计算：
作物水分生产率(CWP)用于定义作物产量和作物生产所涉及的水量之间的关系。作物水分生产率可以用实际蒸散量(CWPET)和灌溉供水量(CWPIrrig)来表示，即：
要素生产率（PFP）是衡量农业生产中养分利用效率的有用指标。通过下式计算氮肥的要素生产率（PFPn）：
净利润是作物生产和农业活动的重要指标。成本包括用于耕作、播种和收获的农业机械投资、田间管理的人工成本、肥料、种子和杀虫剂、滴灌带和灌溉用水。只有出售玉米的收益才被认为是收益。收益是根据当前价格和粮食产量计算的。
3
结果
1、土壤湿度
Fig.5说明了生长季节土壤剖面含水量的变化。不同的灌溉和施肥制度对土壤贮水量的变化有不同的影响。畦灌处理土壤水分的变化主要集中在35-60cm深度，不同灌溉深度的贮水量变化无明显差异。相比之下，所有滴灌处理的土壤湿度变化主要发生在25-45cm的深度。滴灌区土壤贮水量的变化随基质势的变化而变化，即基质势高的样地土壤贮水量的变化较小。在相同的灌溉制度下，氮肥对贮水变化的影响随施肥量的不同而不同。kg·ha?1施氮量的样地变化相对较小(约70mm)，而和kg·ha?1施氮量的样地中(约mm)没有明显差异。土壤贮水量的变化是灌溉、降水、蒸发、渗漏和根系吸收等的平衡。土壤水分影响根的分布，根的分布影响水分的吸收和分布。由于两次灌溉之间的间隔很长，在畦灌处理的样地中，上部区域的土壤总是干燥的，因此根从更深的土壤中提取水分。相比之下，滴灌处理的样地上部的含水量较高，因此根系从土壤上部吸收水分。因此，滴灌样地蓄水变化深度高于畦灌样地。
2、土壤氮素淋失和残留
Fig.6显示了不同处理在整个生长季1m土层的土壤水和无机氮累积渗漏。无一例外，畦灌小区的氮素累积渗漏量远大于滴灌小区。最大灌溉深度为mm(指农民的灌溉)，渗漏量约为70mm，占灌溉水的15.6%。减少灌溉(和mm)样地的渗漏量分别为55和35mm，分别占灌溉量的17.4%和19.4%。整个生长季滴灌的深层渗漏量只有几毫米，各处理间差异不显著(P0.05)。因此，滴灌处理下深层渗漏是可以忽略不计的。
土壤氮素随着土壤水分的渗漏而从根区流失。硝态氮占土壤溶液中无机氮含量的96%以上。NH4+-N的流动性较低，因为它带正电荷，被粘土强烈吸附。因此NH4+-N的淋溶可以忽略不计。随着灌溉深度的增加，硝态氮的累积渗漏量增加(Fig.6b)。滴灌处理下硝态氮的累积渗漏量远低于畦灌处理。
玉米收获后土壤中的硝态氮残留如Fig.7所示。残留的硝态氮占土壤剖面无机氮的85%以上。对于畦灌地，不同灌溉处理的覆膜区硝态氮含量差异不明显。行间残留硝态氮随土壤深度的增加而减少。非覆盖区0-40cm深度的平均土壤硝态氮（95mg·kg-1）远远大于地膜覆盖区(约20mg·kg-1)。相比之下，滴灌农田覆盖区土壤硝态氮含量高于非覆盖区。在垂直剖面上，覆盖区土壤硝态氮随深度增加而减少。但在相同灌溉条件下(基质势为-25kpa)，氮肥对土壤硝态氮浓度的影响随施氮量的增加而增加。
3、植物生长和生物量
Fig.8显示了不同灌溉和施肥制度下玉米的叶面积指数。所有处理的叶面积指数在灌浆期前稳步上升，在成熟期后下降。抽穗前叶面积指数无明显差异。对于畦灌样地，在灌溉深度较大的样地中，叶面积指数相对较大。滴灌条件下，叶面积指数随灌溉深度和频率以及施肥量的变化而略有变化。抽穗期后，在相同施氮条件下，高基质势处理的叶面积指数较大。在相同灌溉条件下(基质势为-25kpa)，叶面积指数随施氮量的增加而增加。
成熟期后期的地上干生物量如Fig.9所示。畦灌条件下，地上干生物量随年灌溉深度而变化。一般来说，灌溉深度较深的样地可获得的地上干生物量较多。滴灌条件下，基质势高的地块具有较多的干生物量。
4、粮食产量、水和肥料生产率
滴灌控制的基质势对玉米产量有显著影响(Table4)。15kpa的基质势处理的样地获得的最高谷物产量。Table5显示了不同灌溉和氮肥处理的产量构成特征。穗粒数、穗重和单株籽粒产量随基质势的增加而增加，但每公顷穗数和百粒重差异不显著。就畦灌而言，谷物产量因灌溉量而异。对于相同的滴灌处理(基质势为25kpa)，籽粒产量随氮肥施用量的增加而略有增加。穗粒数、单株籽粒产量和百粒重随着氮肥用量的增加而增加，但对每公顷穗数的影响不显著。
无论是滴灌还是畦灌，随着灌溉量的增加，玉米的PFPn普遍增加(表4)。净光合速率随施氮量的变化而变化，即较低施氮量的地块净光合速率较高。低氮施肥提高了光合速率，但降低了籽粒产量。因此，只有合理施肥才能提高产量和肥料利用率。
4
结论
通过两年田间试验，研究了灌溉和施肥制度对覆盖栽培玉米产量、水分和氮素生产力的影响。传统的畦灌在玉米生长季造成大量深层渗漏和氮素淋失。在农民目前实施的灌溉和施肥制度下，地下水很有可能受到污染。灌溉和施肥策略需要改进，以保持农业和生态的可持续发展。滴灌能有效减少深层渗漏和氮素淋失，从而提高水氮利用效率。如果可以进行滴灌，建议在25cm深的地方使用基于土壤基质势的灌溉触发值?15kPa，在玉米种植中施用氮肥kg·ha?1。如果无法进行滴灌，建议在HID的粉壤土中用mm的水进行畦灌。
Reference:
LiC,XiongY,CuiZ,etal.Effectofirrigationandfertilizationregimesongrainyield,waterandnitrogenproductivityofmulchingcultivatedmaize(ZeamaysL.)intheHetaoIrrigationDistrictofChina[J].AgriculturalWaterManagement,,.
本期编辑：
北林森培19级学硕
焦马倩
PlantationWaterRelationLab:针对人工林开展SPAC水分传输过程与机制、高效利用与调控研究，推送国内外最新研究进展，涉及土壤水分运移过程与模拟、根系系统结构与功能、木质部水分高效传输机制、冠层水分散失特征等。
欢迎投稿，投稿请发送稿件至邮箱benyexi
bjfu.edu.cn预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇