促进地下滴灌玉米出苗和生长的开沟播种关键技术机理研究

发布时间：2017-12-16 04:15

  本文关键词：促进地下滴灌玉米出苗和生长的开沟播种关键技术机理研究

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【摘要】：地下滴灌是一种先进的节水灌溉技术,滴灌带一般铺设在耕作层以下。为了给种子提供适合出苗的水分环境,常采用大额地下滴灌灌溉或喷灌灌溉,但会造成水分深层渗漏或灌溉系统投资增加。在春旱严重地区作物出苗难是阻碍地下滴灌技术推广应用的世界性难题,对此关键技术的研究具有重要的科学意义和实用价值。本文基于2015～2016年在内蒙古赤峰市进行的两年田间试验,对适合于地下滴灌春玉米出苗的播种方式、与播种方式相应的出苗水灌水量、灌溉施氮制度以及设计参数进行了系统的试验研究和数值模拟,取得如下主要成果:(1)提出了一种可显著提高玉米出苗率的地下滴灌播种方式——开沟播种(沟槽底部深10 cm,种子播于沟底以下5 cm处),与传统平地播种相比较,灌相同出苗水(25 mm)后,开沟播种显著改善了种子处土壤水分环境,在两种滴灌带埋深(30和35 cm)条件下,种子处土壤含水率提高了 20.0%～98.8%,出苗率提高了 9.2%～25.1%。(2)分析了出苗水灌水量对出苗率的影响,得到了玉米出苗率和种子处土壤相对湿度以及土壤有效饱和度的定量关系。当播种前土壤初始含水率为40%～60%田持,土质为砂壤土时,开沟播种的出苗率随出苗水灌水量增加而先增大后减小,当出苗水灌水量为45 mm时,滴灌带埋深30 cm的开沟播种的出苗率为100%;开沟播种出苗率和灌水结束后土壤水再分布24 h的种子处土壤相对湿度(R24)呈二次函数关系,与灌水刚结束时的种子处土壤有效饱和度(Se)呈线性关系。出苗率达到900%～95%时,Se需达到0.77,R24需达到85%。(3)与平地播种相比较,开沟播种既能提高玉米出苗率,又能集蓄雨水,生育期内玉米根区土壤蓄水量增大了 1.5%～3.5%,产量增大了 11.9%～40.9%,水分利用效率增大了 3.0%～25.8%。(4)灌水、施氮量影响土壤硝态氮的动态变化。当施氮量为240 kg/hm2时,生育期内土壤硝态氮含量围绕初始值上下浮动。硝态氮随土壤水向地埋滴头(埋深30 cm)四周扩散,灌水定额越大,滴头附近土壤硝态氮含量越低,20～40 cm 土层的土壤硝态氮含量随灌水定额增大而减小,0～20和40-60 cm 土层的土壤硝态氮含量随灌水定额增大而增大。当灌水定额由70%ET'增大到100%ET'时,玉米收获季土壤硝态氮集中位置由20～50 cm下移到50～110 cm 土层,增大氮素淋溶的风险。(5)增大灌水量能促进玉米对氮肥的吸收利用,有利于生长和产量的提高,但基于氮肥效应函数模型,综合考虑水氮利用效率和土壤水氮运移分布特征,地下滴灌开沟播种适宜的施氮量为240～259 kg/hm2,灌水定额为85%ET'。按70%和85%ET'灌水时,施氮量超过290 kg/hm2会抑制玉米生长,造成减产,按100%ET'灌水时,产量随施氮量增加(0～340 kg/hm2)而增大;玉米水分利用效率和氮素利用效率均随灌水、施氮量增加而先增大后减小,当灌水定额为85%ET',施氮量为240和290 kg/hm2时,水分利用效率和氮素利用效率分别取得最优值。(6)构建了地下滴灌开沟播种HYDRUS-2D模型,研究了不同土壤和初始水分情况下,开沟播种设计参数(开沟深度、滴灌带埋深和灌水量)对种子处土壤水分的影响。综合考虑玉米出苗、土质、玉米根系分布、机械作业、耗能、耕作深度、深层渗漏和初始土壤含水率,提出滴灌带埋深拟为30～35 cm,开沟深度拟为10～15 cm,灌水量范围为25～67 mm。
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S513

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本文编号：1294650