水氮调控对不同耕作方式下盐碱地水氮盐分布及作物生长的影响

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针对我国干旱半干旱地区淡水资源匮乏,盐碱地水肥资源利用效率低下,不合理的灌溉和施氮造成土壤次生盐渍化等现状,本试验于2016年-2017年在位于山西省朔州市怀仁县的盐碱地改良试验示范基地开展田间灌溉试验,研究不同水氮量和不同耕作方式下土壤水氮盐分布规律、青贮玉米耗水特性及水氮利用效率、作物生长指标和产量变化规律,最终提出适宜当地的水肥生产模式,对提高当地水分利用效率、减少施肥量及提高玉米产量有重要的意义。试验选取大同盆地典型盐碱地,以青贮玉米、燕麦为研究对象,燕麦盆栽试验设水分和氮素两个因素控制,水分因素为高水W1(灌溉定额140mm)、低水W2(灌溉定额100mm),供氮水平为N90(90kg/hm2)、N60(60kg/hm2)、N30(30kg/hm2)、N10(10kg/hm2)和不施氮N0。青贮玉米大田试验设三个因素:水分、氮素和耕作方式,耕作方式采用全膜双垄沟播、全膜平作(QP)、不覆膜平作(P);水分设置两个处理,灌水上限分别为田间持水率的90%(W1)和田间持水率的80%(W2),灌水下限为田间持水率的55%-65%,施氮量设置N1(270kg/hm2)和N2(225kg/hm2),2017年增设N3(315kg/hm2),并且设置不施氮对照N0,共18个处理,每个处理3组重复。研究结论主要有:(1)燕麦盆栽试验研究表明,合理的水氮措施能有效的降低燕麦生育期的盐分积累量,减少生育期的盐分胁迫,也能有效降低氮素损失,减缓硝态氮向土壤深层迁移,其中,W1N10、W1N60处理的土壤电导率,成熟期与出苗期相比分别降低了7.91%、5.72%;当施氮量保持在1030 kg/hm2时,灌水量由140mm减少到100mm,燕麦鲜产量和干产量不会明显降低,施氮量及灌水量对燕麦产量、产量构成因素(穗粒数、千粒重及穗粒重)均没有显著影响。考虑水氮双重影响,节水减氮W2N30处理方案最佳,对环境造成的潜在危险小,也节省了水肥的投入。(2)通过研究不同水氮组合及耕作方式对玉米土壤水盐运移规律发现:土壤电导率在0-100cm土层中具有明显的分层现象,0-40cm土层土壤电导率明显高于40-100cm土层,且越接近表层,电导率越大;相同灌水量条件下,施氮量越多,土壤表层的电导率越高,盐分积累越明显,例如,2017年W1N1、W2N1处理0-20cm土层的电导率分别比2016年高49.6%和23.2%;相同施氮量条件下,增加一定的灌水量可以显著降低土壤表层盐分,但充分灌溉并不能有效的降低土壤表层盐分,W充与W1处理相比,土壤表层电导率仅下降3.7%。相同水氮条件下,全膜双垄沟播较全膜平作和不覆膜平作,对降低土壤表层盐分和蓄水保墒具有明显优势,其中,全膜双垄沟播处理W1N1比QP-W1N1处理土壤表层电导率低57.4%,而且,可以保证在三种灌水量下(W充、W1、W2)青贮玉米根区含水量维持在田间持水量的60%80%。(3)施用氮肥可以显著增加土壤中的硝态氮含量(p<0.05);随着灌水量的增加,土壤中的硝态氮有减少趋势。在W1水平下,2016年出苗期的硝态氮含量在20-40cm处出现第一个峰值,其中,W1N2处理的硝态氮含量最大,可达34.33mg/kg。随着生育期的递进和灌水次数的增加,土壤硝态氮出现峰值的土层明显下移,其中,W充N1处理的土壤硝态氮峰值出现在80-100cm土层中,且到100cm土层中也没有显著的下降趋势,这严重威胁地下水的安全。铵态氮随水分迁移量少,多集中在0-20cm土层中,相同灌水量条件下,施氮量较少的处理土壤表层铵态氮较多,其中W1N2处理的铵态氮含量在出苗期可达16.62mg/kg。相同施氮条件下,增加一定的灌水量,可以显著降低大喇叭口期土壤铵态氮的含量,其中,W1N1处理0-10cm土层土壤铵态氮含量比W2N1处理低78%。全膜双垄沟播可以显著提高玉米生育期前期吸收铵态氮的能力,其中,相同水氮条件下玉米的出苗期和大喇叭口期的0-20cm土层铵态氮的含量具有显著差异(p<0.05),铵态氮含量表现为全膜平作>不覆膜平作>全膜双垄沟播。(4)适宜的施氮量和灌水量可以提升玉米产量,促进玉米生长,尤其当玉米受水及土壤盐分双重胁迫时,提高灌水量及施氮量,并改变耕作方式,可以促进玉米生长,其中全膜双垄沟播W1N1处理比全膜平作W2N2处理的玉米株高高28.1%,但充分灌溉对玉米LAI、产量提升作用不大,非充分灌溉也不会使玉米LAI明显降低,其中,在2016年玉米成熟期,W1N1处理仅比W充N1处理下的玉米LAI低2.2%。作物水分利用效率主要受灌水量及不同耕作模式的双重影响,在一定程度上提升灌水量,可以提升水分利用效率,但当灌水量过多,会导致水分利用效率降低。施氮量是影响氮肥农学利用率及氮肥偏生产力的的主要因素,水分对氮肥农学利用率及氮肥偏生产力影响不大,其中2016年W充N1处理下的氮肥农学利用率仅比W1N1高2.9%。综上所述,本地玉米种植宜采用全膜双垄沟播耕作方式,水氮制度采用节水90%,施氮量为225-270kg/hm2
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