控释尿素与水分互作对夏玉米生理特性的影响及氮高效利用机理研究

发布时间：2020-07-21 19:26

【摘要】：水分和氮素运筹是调控玉米生长发育、提高产量的关键措施。本试验采用大田生产与土柱栽培相结合方式,于2015-2017年在山东省玉米科技示范园和山东农业大学作物生物学国家重点实验室进行,试验选用大面积推广的夏玉米品种郑单958为供试材料,大田试验设置2个灌溉水平(525 mm、263 mm)和5个氮素处理(普通尿素315 kg N hm~(-2),控释尿素315、210、105 kg N hm~(-2),不施氮),土柱试验设置3个水分水平(重度水分胁迫、轻度水分胁迫、正常水分条件)和4个控释尿素施氮水平(控释尿素315、210、105 kg N hm~(-2),不施氮)。重点研究控释尿素与水分互作对夏玉米产量及氮素利用的影响,从干物质积累与分配规律、光合生理特性、叶片衰老特性、根系特性及氮素在地上植株和地下根系内的吸收运转与分配规律方面,深入探讨控释尿素与水分互作对夏玉米生长发育和氮代谢的调控机制,以期为夏玉米高产高效栽培提供理论和技术支撑,为节水高产型夏玉米生产的氮肥运筹提供理论依据。研究结果如下:1控释尿素与水分对促进夏玉米干物质积累量和增加籽粒产量具有显著互作效应干旱胁迫条件下玉米植株生长受阻,对干物质积累造成不利影响。施氮可显著促进夏玉米植株地上部干物质地积累,相同水分条件下随控释尿素增加干物质积累量呈增加的趋势,在水分充足条件下过量施氮干物质和产量增加不显著。控释尿素与水分互作显著提高了夏玉米干物质积累量和产量。重度干旱条件下,植株干物质生产能力降低,光合产物向籽粒运转和分配减少,产量降低,增施氮肥对胁迫有所缓解;轻度干旱胁迫下施控释尿素315 kg hm~(-2)的产量为184.5 g plant~(-1),显著高于其他处理,且与正常水分条件下产量187.4 g plant~(-1)差异不显著,控释尿素与水分的互作效应有效缓解了轻度干旱胁迫对干物质积累的不利影响,产量增加最显著。正常灌溉条件下施控释尿素315 kg hm~(-2)处理产量12336 kg hm~(-2)与210 kg hm~(-2)处理下产量12976 kg hm~(-2)差异不显著,表明在适宜的水分和控释尿素基础上增施氮肥,对提高植株干物质生产能力和产量效果不显著。2控释尿素与水分互作提高了夏玉米光合性能适当增施氮肥可以减缓水分胁迫对夏玉米光合特性的不利影响,提高穗位叶净光合速率和叶绿素含量,延长高光合持续时间。光合速率、气孔导度和穗位叶叶绿素含量表现出随水分增加都而增加的趋势。增施氮肥能够显著提高叶片的ΦPSⅡ和PSⅡ反应中心的最大光能转换效率,增加光化学猝灭系数,而非光化学猝灭系数显著下降。控释尿素与水分互作对夏玉米光合特性的影响达到了极显著水平,水分为主效应,控释尿素为次效应,轻度水分胁迫条件下施控释尿素315 kg hm~(-2)处理与正常水分条件下施控释尿素210 kg hm~(-2)处理的叶绿素含量在开花后维持了较高水平,这为其提高穗位叶的光合生产能力,进而提高产量奠定了基础。本试验控释尿素施氮量210 kg hm~(-2)+水分含量75±5%及施氮量315 kg hm~(-2)+水分含量55±5%土壤条件下互作效应最佳,夏玉米叶绿素含量和光合速率显著提高,使生育后期保持较高光合性能,从而提高了光能利用率,有利于获得高产。3控释尿素与水分对延缓夏玉米叶片的衰老有显著互作效应正常灌溉水平下,当施氮量超过210 kg hm~(-2)后,继续增施氮肥对提高保护酶活性和可溶性蛋白含量以及降低MDA含量方面作用并不显著。水分胁迫条件下,施控释尿素315 kg hm~(-2)与210 kg hm~(-2)处理之间差异极显著,说明玉米在受到水分胁迫时,增施控释尿素对于提高保护酶活性和可溶性蛋白含量以及降低MDA含量方面效果显著,存在显著的互作效应。重度水分胁迫条件下增施氮肥的效果显著低于轻度胁迫条件下,说明玉米在受到严重水分胁迫时,叶片衰老加剧,即使增施氮肥,玉米也很难获得较高产量。控释尿素施氮量210 kg hm~(-2)+水分含量75±5%及施氮量315 kg hm~(-2)+水分含量55±5%土壤条件下叶片保护酶活性和可溶性蛋白含量均维持较高水平,MDA含量显著降低,说明玉米在受到轻度水分胁迫时,增施氮肥作用显著。控释尿素与水分互作对夏玉米叶片衰老特性的影响达到显著水平,且水分为主效应,控释尿素为次效应。4控释尿素与水分互作对根系生长的影响水分胁迫降低了花后各时期根系吸收土壤中水分和营养物质的速率,限制了根系的正常生长发育,最终减少了根系和地上部的干物质积累量。不同水分条件下控释尿素对夏玉米的根干重、根长、根长密度以及根系的活跃吸收面积具有显著的影响:重度水分条件下,根系正常生长发育受到抑制,增施控释尿素缓解作用不显著;轻度水分胁迫条件下,根长、根长密度、根系总吸收面积及根系活跃吸收面积均随施氮量的增加而增加,水分与控释尿素互作效应显著;正常水分条件下,施控释尿素210 kg hm~(-2)处理的根系生长与施氮量315 kg hm~(-2)处理差异不显著。5控释尿素与水分互作对氮素吸收、运转及氮效率的影响重度干旱条件下,地下根系吸收能力受到限制,同时氮素在土壤中的有效性降低,导致玉米生育关键期氮素吸收减少,植株生长发育受到限制,不利于氮素的吸收和运转,最终降低氮素利用效率。轻度干旱条件下控释尿素施用量的增加使土壤中的有效氮提高,有效缓解了轻度干旱胁迫对植株造成的不利影响,提高了氮素吸收运转能力及氮素利用效率。正常水分条件下控释尿素释放契合夏玉米生长规律的氮素,氮素移动较快,有利于玉米对氮素的吸收和氮素在植株中的分配、运转,同时根系保持较高的活力,有助于构建高产群体。水分和控释尿素能在氮素的吸收、运转、分配上表现出协同促进作用。水分胁迫条件下,控释尿素表现补偿效应,正常水分条件下表现促进效应,尤其在叶和茎鞘向穗的运转量上更为显著。此外,正常水分条件下施控释尿素315 kg hm~(-2)与210 kg hm~(-2)处理在植株对氮素的吸收和氮素在各器官中的分配、运转上差异不显著,但是氮肥农学效率,氮素利用率以及氮肥生理效率后者显著优于前者。
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513

【参考文献】