干旱沙区可降解膜覆盖下滴灌农田水氮互作效应及灌溉制度优化

发布时间：2020-04-12 08:33

【摘要】：针对干旱沙区水分缺乏、土壤贫瘠、水肥利用率较低以及农膜残留的现状,本文以玉米为试验对象,在内蒙古乌兰布和沙区通过2a可降解膜覆盖下的滴灌田间试验,研究了可降解地膜覆盖与水氮互作效应对沙区土壤环境变化的影响机制,探索了可降解地膜覆盖下不同水氮供应对干旱沙区玉米产量及水氮利用效率的影响效应,建立了可降解地膜覆盖下滴灌农田玉米水氮耦合模型,且对组合方案进行了优化以及综合评价,并利用Aqua Crop模型对玉米的生长过程、水土环境的变化特征进行了模拟分析以及对干旱沙区的灌溉制度进行了合理优化,提出了适合干旱沙区可降解地膜覆盖下的水肥管理模式,这对于解决农田水土环境问题及提高水肥利用效率具有重要的意义。主要研究结果如下:(1)与普通地膜覆盖相比,可降解地膜覆盖下玉米的株高、茎粗、叶面积指数和地上部分干物质量无显著差异。可降解地膜覆盖下灌水量与施氮量均对玉米的株高、茎粗、叶面积指数和地上部分干物质量有显著影响。一定范围内,玉米各生理指标随灌水施氮量的增加而增加,但过量的灌水施氮都会影响玉米的生长,综合分析高水(2016年:330mm;2017年:390mm)中氮(280kg/hm~2)处理是最有利于玉米植株生长的水氮配比。(2)地膜的覆盖可有效提高土壤上层(0~40cm)土壤温度、含水率和硝态氮的含量,具有保温、保墒和保肥效应。在玉米生育前期,可降解地膜对土壤环境的影响作用与普通地膜无显著差异,随着可降解地膜的降解,差异逐渐增大,在玉米成熟后低于普通地膜。不同水氮处理也对土壤环境有显著影响,灌水量的增加会促进玉米对土壤上层氮的吸收,同样,施氮量的增加也会促进水分的利用。灌水定额影响着0~40cm土壤含水率,随着灌水量的增加,含水率增加,土壤温度降低,下层土壤硝态氮含量增加,淋洗程度增加;随着施氮量的增加,硝态氮含量也随之增加,各土层硝态氮的累积量也增加。(3)由于在生长后期可降解地膜的破损导致水分利用效率(WUE)低于普通塑料地膜覆盖,而在水分充足条件下玉米产量及其构成因素、氮肥偏生产力(PFPN)无显著差异。可降解地膜覆盖下灌水量和施氮量均对玉米的产量及其构成因素、WUE和PFPN有显著影响。灌水量与施氮量存在明显的交互效应,较低的灌溉定额限制了氮素利用,从低水到中水处理2a玉米PFPN和产量平均增长36.87%和37.18%,而从中水到高水其增长仅为5.93%和6.22%;同样较低的施氮量也限制了水分的利用,从低氮到中氮处理2a玉米WUE和产量平均分别增长了7.99%和18.81%,而从中氮到高氮WUE增长为-3.66%,产量仅增长3.35%,而2a最大产量均出现在高水中氮处理,分别为13875.16kg/hm~2、13805.02kg/hm~2。(4)在沙区可降解地膜覆盖下滴灌农田中,灌溉定额、施氮量与玉米产量之间符合二元二次回归模型,该模型预测玉米产量与实际产量呈高度相关(2016及2017年R~2=0.978、0.988),通过主因素分析水氮增产效应的因素,其大小依次为:灌水量施氮量,产量随水氮量的增加均呈先增加后减小的趋势。经模型寻优,得出不同目标产量下的水、氮最佳组合方案,本试验高水中氮处理的水氮配比下的产量在13000~14000kg/hm~2目标范围内,且WUE、PFPN较高,可作为干旱沙区可降解地膜覆盖下较为合理的灌溉制度和水肥管理模式。(5)通过对AquaCrop模型的参数率定,得到了不同地膜覆盖度下产量与生物量的变化曲线,模拟了干旱沙区可降解地膜与普通地膜覆盖下高肥不同灌水处理玉米的冠层覆盖度、土壤体积含水率、玉米的产量和耗水量,并计算了水分利用效率。模拟结果显示相关系数R~2均大于0.9,NRMSE均小于15%,具有较高的模拟精度。表明Aqua Crop模型可较好的模拟干旱沙区可降解地膜覆盖下玉米的生长过程。并利用本地化参数建立了不同灌溉水量玉米水分生产函数,结果分析表明拟合效果较好,相关系数R~2=0.89,求得玉米模拟产量可达到最大值13628.08kg/hm~2,对应灌水量为368.90mm,进一步优化了干旱沙区可降解地膜覆盖下的灌溉制度。
【图文】：

技术路线图

平面图,试验区,平面图,土壤

2 试验区自然条件和试验设计2.1 试验区概况2016 年和 2017 年田间试验在内蒙古自治区河套灌区乌兰布和沙区木垒滩试验站（图 1）（东经 106°9′~107°10′，北纬 40°9′~40°57′）进行。该试验区属中温带干旱气候，干旱少雨，昼夜温差大，风势强烈，光热资源丰富，无霜期年平均 168d，全年日照时长达3181h，，6~8月份大于15℃积温2200℃以上，年平均降雨量为102.9mm，年平均蒸发量为 2258.8mm。2a 试验在同一地块进行，试验田土壤均匀、质地为砂土，0~100cm 平均田间持水量为 14.03%（质量含水率），平均土壤容重为 1.55g/cm3。土壤具体物理性质见表 2。耕作层（0~60cm）土壤总氮、有机质、速效氮、速效钾和速效磷含量分别为 0.32g/kg、2.61g/kg、18.18mg/kg、76.9mg/kg 、5.07mg/kg。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S27

【参考文献】