膜下滴灌条件下土壤氮素和玉米生长对揭膜时间的响应特征及施肥制度优化

发布时间：2020-05-23 21:35

【摘要】：膜下滴灌技术结合了覆膜的增温保墒作用和滴灌的水肥精量调控优势,在我国西北和东北等地取得了广泛的应用。然而,目前有关覆膜对土壤中氮素分布特征及转化过程等的研究未能与滴灌等灌溉技术相结合,对膜下滴灌条件下的氮素动态、转化和吸收等过程缺乏深入的认识,对不同覆膜方式和滴灌施肥技术参数影响氮素行为的机理缺乏深入的研究,未能给膜下滴灌水肥管理提供科学的依据。此外,近年来农用残膜的危害日益显现,膜下滴灌技术的生态环境日益受到重视,采用具有适宜降解时间的可降解膜是膜下滴灌技术今后发展的趋势。为此,急需开展膜下滴灌的适宜揭膜时间和施肥制度优化方面的研究。本文以玉米为研究对象,围绕膜下滴灌条件下的氮素运移分布、转化和吸收过程等开展试验和模拟研究。试验考虑揭膜时间和施氮量两个因素,揭膜时间设置未覆膜、苗期揭膜、抽穗期揭膜和全生育期覆膜四个水平,施氮量设0和250 kgN/hm2两个水平。在玉米各生育阶段取土测定土壤含水率、硝态氮、铵态氮、土壤氧化还原电位值和土壤脲酶活性和天门冬酰胺酶活性,每日按时观测表层土壤温度,定期测定玉米株高、叶面积指数、地上部分干物质量和吸氮量,生育期结束后测定玉米的产量。为了得到不同气候和土壤条件下的适宜膜下滴灌施肥制度,采用DNDC模型开展了膜下滴灌玉米施肥制度优化。主要结论如下:(1)在施肥条件下苗期揭膜处理、抽穗期揭膜处理和全生育期覆膜处理0-20cm土层含水率分别比未覆膜处理高12.2%、13.6%和10.6%,而对20-90cm 土层含水率无影响;在未施肥条件下各揭膜处理对土壤各层含水率均有提高,苗期揭膜处理、抽穗期揭膜处理和全生育期覆膜处理0-90cm 土层含水率分别比未覆膜处理高9.6%、7.9%和9.4%。覆膜可增加玉米生育期内表层土壤温度,且对玉米苗期土壤表层温度增加比较明显,对玉米抽穗期增温幅度最小;苗期揭膜处理、抽穗期揭膜处理和全生育期覆膜处理可分别提高9.2%、12.8%和18.1%的玉米生育期内土壤有效积温。(2)各揭膜处理可增加玉米苗期、拔节期和抽穗期0-90cm 土层硝态氮含量,而未覆膜处理和全生育期覆膜处理可增加玉米灌浆期和成熟期0-90cm 土层硝态氮含量;在未施肥条件下各揭膜可提高0-20cm 土层铵态氮的含量,在施肥条件下各揭膜处理可提高20-50cm 土层铵态氮含量;全生育期覆膜可提高土壤有机氮矿化,而苗期揭膜和抽穗期揭膜则会减少土壤有机氮矿化。(3)未覆膜处理0-30cm 土层氧化还原电位值比各揭膜处理高3.08～57.08mV,且在玉米生育前期提高值较大,在玉米生育后期提高值较小,到生育期末时各处理基本无差别;方差检验结果表明各揭膜处理对土壤氧化还原电位值并无显著影响,可见覆膜不会显著影响土壤通气性。覆膜可显著降低土壤各层脲酶活性,苗期揭膜和抽穗期揭膜并不会提高土壤脲酶活性,相关性分析可得土壤脲酶活性和土壤铵态氮呈显著负相关,可见覆膜后土壤铵态氮升高降低了土壤脲酶活性;覆膜对土壤天门冬酰胺酶活性无显著影响,但其和玉米吸氮量之间呈正相关,在覆膜和施肥条件下它们相关系数为 0.891。(4)覆膜处理可显著提高玉米苗期的株高、叶面积指数、地上部分干物质量和吸氮量,且各揭膜处理之间差异不显著;在未施肥条件全生育期覆膜处理可显著提高玉米的双穗数和百粒重,从而收获了最高的产量,在施肥条件下苗期揭膜处理可显著提高玉米的双穗数而使得玉米产量最大。综合考虑覆膜的增温效果、对氮素转化吸收以及作物产量的影响,东北地区膜下滴灌的适宜采取苗期揭膜的方式。(5)选用DNDC模型开展膜下滴灌施肥制度优化模拟,在参数敏感性分析的基础上对模型进行率定和验证,DNDC模型能够实现对膜下滴灌作物产量和吸氮量的较高精度的模拟。优化结果表明,当土壤初始无机氮含量在60mg/kg左右时,东北半湿润区膜下滴灌玉米的适宜施氮量为150～200kg/hm2,此时在玉米抽穗期和灌浆期以1:3的比例施入氮肥可使氮肥的淋失量减少,且产量也可保持在较高水平。
【图文】：

示意图,试验站,地理位置,示意图

位于吉林省水利科学研究院乐山镇灌溉试验站（Ｅ１２５°１９＇８〃，Ｎ４３°置如图２．１所以，该站位于北半球中yN地带，欧亚大陆东岸的中国２４７．５ｍ，属于中温带大陆性季风气候，多年平均气温为４．８°Ｃ，多？６１５ｍｍ，降雨量不仅年变化大，而且在季节间的分配也不均勾，全年的６０％以上。土壤类型为黑土，根据国际制土壤质地分类标土壤主要物理性质沿深度变化比较小，０？９０ｃｍ邋土层平均容重（３，平均饱和含水率（环刀法）为０．４５邋ｃｍ３／ｃｍ３，平均田间持水率０．３２邋ｃｍ３／ｃｍ３。取吸力１．５ＭＰａ下的含水率作为凋萎系数，采用高ＣＲ２１Ｇ，ＨＩＴＡＣＨＩ，日本）测定，结果为０．２０邋ｃｍ３／ｃｍ３，邋土壤主站位置如图２．１所示。逡逑表２．１供试土壤基本物理特性土壤干容重逦凋萎系数逦田间持水率逦饱和含水率逦土（ｇ／ｃｍ３）逦（ｃｍ３／ｃｍ３）逦（ｃｍ３／ｃｍ３）逦（ｃｍ３／ｃｍ３）逦（Ｌ３６逦０２０逦０３２逦０４５逦１

总平面图,总平面布置图

（ＮＯ）和施肥（Ｎ１）因素，采用全组合设计，共８个处理，每个处理设置３个重复，逡逑共２４个小区。每个小区尺寸为２ｍｘ２．５ｍｘ３ｍ邋（长Ｘ宽Ｘ深），按区组式随机排列，试逡逑验组合设计和小区号见表２．２，总平面图见图２．２，首部枢纽布置见附录图２．２。逡逑试验供试作物为玉米，根据当地的种植习惯，选用玉米品种为吉东５９。玉米播种逡逑日期为４月２８日，采用单垄栽培方式，，相邻垄间的间距是６５ｃｍ，玉米播种深度为２ｃｍ，逡逑每个位置播种２颗玉米，玉米的播种间距为２５ｃｍ，种植密度为６１５３８株／ｈｍ２。播种后逡逑在覆膜前会对土壤表明喷施除草剂进行封闭灭草，在铺设好滴灌带后开始覆膜，地膜逡逑采用透明塑料薄膜，宽为１．３ｍ，厚为０．０８＿。覆膜开始时间为５月１２日，玉米的收逡逑获时间为９月２１日。滴灌带采用的是北京绿源公司生产的内嵌式滴灌带，Ｏ．ＩＭＰａ下滴逡逑头的流量是１．３６Ｌ／ｈ，滴头的间距是３０ｃｍ，每垄铺设一条滴灌带。逡逑逦表２．２试验设计组合逦逦逡逑处理编号逦处理设置逦施氮量（ｋｇ／ｈｍ２）逦小区
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513;S275.6

【参考文献】