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不同栽培模式及氮肥用量对旱地及半旱地土壤氮素矿化及水分利用的研究

作　者: 董放
导　师: 周建斌
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 植物营养学
关键词: 旱地与半旱地栽培模式施氮量氮素矿化水分利用率
分类号: S344
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

氮素和水分是影响作物产量的两个关键因素。因此,有效地利用有限的水、氮素资源是农业可持续发展的保证。在我国北方一些水资源缺乏,又缺乏灌溉条件的地区,多实施了旱地栽培方式;而在一些灌溉条件的地区,多采用“大水大肥”的种植方式,种植强度相对较高,水、肥和热等矛盾突出,作物产量不稳。从资源利用和可持续发展考虑,采取有限灌溉(非充分灌溉)与旱地蓄水保墒栽培措施相结合的半旱地农业栽培模式是这一地区农业发展的方向。因此,旱地和半旱地农业在我国北方的农业生产中占有十分重要的地位。为此,本研究以陕西关中地区小麦-休闲及冬小麦—夏玉米轮作体系为研究对象,运用田间定位试验与实验室培等方法相结合,研究了不同栽培模式(覆草、垄沟、节水和常规)下施用氮肥对土壤氮素矿化特性,土壤贮水量和水分、氮肥利用效率以及硝态氮在土壤剖面累积等的影响,旨在为该地区冬小麦和夏玉米优质、高产、高效提供理论和实践。取得的主要结果有:1.采用田间原位培养方法比较了旱地不同栽培模式及施用氮肥对土壤水分、温度及氮素矿化的影响。结果表明,与常规栽培模式相比,秸秆覆盖和地膜覆盖均不同程度提高了土壤0～20cm土层水分含量;地膜覆盖明显地提高了0～20cm土层的土壤温度,而秸秆覆盖模式土壤温度一直处在较低水平。施用氮肥显著提高了土壤硝态氮的含量,也提高了从0～20cm土柱淋出的硝态氮数量。施用氮肥显著增加了培养期间土壤氮素矿化量,不同模式相比,覆草模式土壤氮素矿化量最低;覆膜增加了土壤温度,但与常规模式相比,土壤氮素矿化量并未增加。2.对田间原位培养一个月和两个月的土壤进行室内矿化培养,研究了土壤氮素的矿化特性。结果表明,施用氮肥显著增加了培养期间土壤氮素的净矿化数量和矿化速率;随着培养时期的推移土壤氮素矿化量和矿化速率均呈现增加趋势。不同模式相比,不施氮处理和施氮处理土壤氮素的矿化量均为常规>覆草>覆膜;不同栽培模式对土壤呼吸作用的影响为覆草>常规>覆膜。与原位培养相比,室内培养法得到的不同处理土壤氮素矿化量明显增加,平均是田间原位培养的5.61～7.83倍。这与室内培养法为微生物的活动提供了适宜的水分和温度有关。3.利用大田试验研究了关中地区有限灌溉与旱地蓄水保墒栽培相结合的不同栽培模式和施氮量对冬小麦-夏玉米轮作体系中硝态氮残留的影响。结果表明,施用氮肥显著提高了土壤剖面硝态氮的累积量,施用240 kgN/hm~2的作用尤为明显。施用240 kgN/hm~2硝态氮的残留量是施用120 kgN/hm~2硝态氮残留量的4倍。施用120 kg N/hm~2氮肥,累积的硝态氮在土壤剖面分布的变化较小;施用240 kg/hm~2氮肥,第七季作物收获后,除垄沟模式外,常规、节水、覆草模式在0-200cm的剖面上均出现了两个硝态氮的累积峰,大体位置在60cm和160cm,垄沟模式在60cm也有一个累积峰;第九季作物收获后,硝态氮的累积峰迁移到200cm或200cm以下。在干旱年份,垄沟、覆草和节水都可降低土层内硝态氮的残留量,降低幅度垄沟>覆草>节水。在多雨年份垄沟、覆草和节水可增加硝态氮的残留量,增加幅度垄沟>覆草>节水。4.以在陕西关中地区进行的冬小麦-夏玉米轮作田间试验为研究对象,研究了不同栽培模式、施氮量对这一轮作体系中土壤贮水量、作物产量以及水分氮肥利用效率的影响。结果表明,不同种植年限土壤剖面贮水量与降雨量有密切关系。垄沟、覆草和常规等栽培模式虽然对0～2 m土壤剖面贮水量有不同影响,但差异均未达显著水平。施用氮肥显著增加了作物对土壤0～2 m土层,特别是1～2 m土层水分的消耗;施用氮量显著增加了夏玉米的产量和水分利用效率,但当施氮为240 kg/hm~2时作物产量和水分利用效率并未进一步提高。不同栽培模式相比,垄沟栽培模式下夏玉米的产量和水分利用效率最高,覆草栽培模式次之,常规和节水栽培模式最低。干旱年份(2006)夏玉米的水分利用率却高于丰水年(2007)。随着氮肥施用量的增加,氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥生理效率均呈降低趋势。不同模式相比,节水模式下小麦的氮肥利用率、氮肥农学效率以及氮肥生理效率相对较高。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章文献综述  13-23
  1.1 试验研究的依据和意义  13-14
  1.2 节水模式  14-16
  1.3 秸秆覆盖  16-20
    1.3.1 改善土壤水分状况  16-17
    1.3.2 调节土壤温度  17
    1.3.3 秸秆覆盖对土壤微生物、养分的影响  17-18
    1.3.4 秸秆覆盖对作物生育和产量的影响  18-19
    1.3.5 秸秆覆盖的其它作用  19
    1.3.6 秸秆覆盖存在的主要问题  19-20
  1.4 垄沟栽培的研究  20-22
    1.4.1 垄沟栽培对土壤水分的影响  20-21
    1.4.2 起垄覆膜微集水技术的增温效应  21
    1.4.3 起垄覆膜微集水技术对农作物产量的影响  21-22
  1.5 存在的问题及研究展望  22-23
第二章不同覆盖栽培对旱地土壤氮素  23-31
  2.1 材料与方法  24-25
    2.1.1 试验区概  24
    2.1.2 田间试验设计与管理  24
    2.1.3 试验方法  24-25
    2.1.4 测定方法  25
    2.1.5 数据处理及计算公式  25
  2.2 结果与讨论  25-29
    2.2.1 不同栽培模式对土壤含水量的影响  25-26
    2.2.2 不同栽培模式对土壤温度的影响  26-27
    2.2.3 不同栽培模式对土壤氮素矿化的影响  27-29
  2.3 结论  29-31
第三章不同栽培模式对旱地土壤氮素矿化  31-38
  3.1 材料与方法  31-32
    3.1.1 试验区概况  31
    3.1.2 田间试验设计  31-32
    3.1.3 试验方法  32
    3.1.4 测定方法及数据处理方法  32
  3.2 结果与分析  32-37
    3.2.1 原位培养一个月土壤培养过程中氮素净矿化量及矿化速率的变化  32-34
    3.2.2 原位培养两个月土壤培养过程中氮素净矿化量及矿化速率的变化  34-35
    3.2.3 室内培养与原位培养土壤氮素矿化量的比较  35-36
    3.2.4 不同栽培模式对土壤呼吸强度的影响  36-37
  3.3 讨论  37-38
第四章不同栽培模式对小麦-玉米轮作体系土壤  38-47
  4.1 材料与方法  39-40
    4.1.1 试验区概况  39
    4.1.2 试验设计  39
    4.1.3 测定项目与方法  39
    4.1.4 数据处理及计算公式  39-40
  4.2 结果与讨论  40-45
    4.2.1 休闲土壤剖面硝态氮累积量的变化  40
    4.2.2 不同栽培模式及施氮量对土壤残留硝态氮分布的影响  40-43
    4.2.3 不同栽培模式对土壤剖面硝态氮残留量的影响  43-44
    4.2.4 不同施氮量对土壤硝态氮残留量的影响  44-45
  4.3 讨论  45-47
第五章不同栽培模式对土壤贮水量及水分和氮肥利用率的影响  47-53
  5.1 材料与方法  47-48
    5.1.1 试验区概况  47-48
    5.1.2 试验设计  48
    5.1.3 试验方法  48
    5.1.4 数据处理及计算公式  48
  5.2 结果与讨论  48-51
    5.2.1 不同栽培模式对0～2 米土壤剖面贮水量的影响  48-49
    5.2.2 不同施氮量对 0～2 米土壤剖面贮水量的影响  49-50
    5.2.3 不同栽培模式及施氮量对夏玉米水分利用效率的影响  50-51
    5.2.4 不同栽培模式及施氮量对冬小麦氮肥利用效率的影响  51
  5.3 结论  51-53
第六章讨论与结论  53-57
  6.1 讨论  53-55
    6.1.1 不同栽培模式及施氮量对土壤氮素矿化特性的影响  53
    6.1.2 不同栽培模式对半旱地小麦—玉米轮作体系土壤硝态氮残留的影响  53-54
    6.1.3 不同栽培模式及施氮量对土壤水分贮量和作物水分氮肥利用率的影响  54-55
  6.2 结论  55-57
参考文献  57-66
致谢  66-67
作者简介  67

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