旱作玉米水生产力及碳、氮、磷生态化学计量特征研究

发布时间：2018-12-16 23:58

【摘要】：不同垄沟覆盖设计对玉米生长、生物产量、水分利用效率的影响差异较大,但前期研究对水生产力进一步评估及主要营养元素(碳、氮、磷等)的生态化学计量特征研究较少。本研究从土壤水分汇聚效应、土壤温度的变化、土壤质量以及土壤-玉米叶片的生态化学计量特征来解释这个基础的关键科学问题,同时辅以不同水分梯度下的盆栽试验加以验证。以兰州当地玉米品种“金凯3号”作为供试品种,在2015年和2016年两年在兰州大学榆中校区进行了大田和盆栽试验,大田试验有不同的田间微集雨模式(隔沟覆膜垄播RF、平地覆膜FF、全膜双垄沟播DF、平地不覆膜CK),盆栽试验为不同水分梯度和施氮量处理。通过分析测定土壤含水量,土壤温度与土壤养分、玉米生长形态指标、光合特性、叶片营养元素与产量和水分利用效率,得出以下主要结论:一)垄沟覆盖系统的玉米产量形成和生态化学计量特征的研究1.田间微集雨系统下,由于微环境的改善,玉米的茎粗、茎高、叶面积、叶面积指数、茎重、叶重、穗部生物量分配、产量和水分利用效率等都显著高于无垄沟覆盖对照。两年平均而言,在开花吐丝期,DF表现出一般具有最大的株高值217.81cm,比CK高60.5%,最高的叶面积指数为3.28,比CK高66.7%,最高的地上生物量255.92g/plant,比CK高227.0%,RF次之,FF的表现为最低。DF处理的产量、产量水分利用效率、收获指数、地上生物量水分利用效率都是最高的,分别比CK高131.6%、122.1%、33.2%、62.7%。2.在田间微集雨系统下,1m内的土壤贮水量在苗期都显著高于无垄沟覆盖的。与CK的苗期表层土壤贮水量相比,2015年的RF、FF、DF分别提高了63.3%、40.5%、65.4%;2016年分别提高了9.7%、19.8%、24.1%。与CK的苗期中层土壤贮水量相比,2015年的RF、FF、DF分别提高了3.8%、10.2%、1.6%;2016年分别提高了25.3%、22.0%、15.3%。此外,垄沟覆盖可以显著提高整个生长季的土壤温度(约3.53℃~5.03℃),这无疑为作物的出苗、建苗过程提供了有利的条件。3.在整个生育期内,土壤有机碳含量、碳氮比和碳磷比呈下降趋势,土壤全磷含量却呈上升趋势;叶片的有机碳、全磷、全氮含量都呈下降趋势,而叶片C/N比值、叶片C/P比值、叶片N/P比值都呈上升趋势。垄沟覆盖处理大都降低了土壤有机碳,土壤全氮和全磷含量、土壤C/N和C/P值也都呈下降的趋势,但是氮磷比有升高的趋势;叶片的有机碳和全氮含量下降,碳氮比和碳磷比也降低了。氮添加会使叶片的全氮含量升高。植物生长受氮或者磷的限制。二)盆栽控水条件下的玉米产量形成和生态化学计量特征的研究4.在充分供水条件下,开花吐丝期时N3的叶面积最大,比CK(N0)高634%,光合速率最强,比CK高99.09%,地上生物量最大,比CK高1020.34%,但在中度干旱条件下,则是N1或N2的光合作用最强,N2的生物量最高。在水分胁迫下,超过最适施氮量后,玉米的产量和WUE反而有所降低。5.在整个生育期内,土壤有机碳含量、碳氮比、氮磷比都呈下降趋势,土壤全磷含量上升;叶片的有机碳、C/N和C/P、N/P比值都逐渐增高,叶片全氮和全磷含量呈降低的趋势。氮添加会使生长前期的土壤有机碳含量、碳磷比降低,土壤全磷、土壤全氮含量、氮磷比升高;叶片全氮升高,碳氮比和碳磷比降低,氮磷比升高。随着供水量增加,土壤有机碳、全磷含量、碳氮比、碳磷比有升高趋势,土壤全氮含量、氮磷比有降低趋势;叶片有机碳、全氮、全磷含量有降低趋势,叶片的C/N和C/P、N/P比值都表现出升高的趋势。盆栽试验中,玉米生长受氮素限制。
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【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：S513

【参考文献】