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超高产夏玉米氮肥运筹效应及其生理基础研究

作　者: 王宜伦
导　师: 李潮海
学　校: 河南农业大学
专　业: 作物栽培学与耕作学
关键词: 超高产 夏玉米 产量 氮肥用量 氮肥后移 缓/控释氮肥 氮代谢 氮素吸收积累
分类号: S513
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


超高产栽培是提高玉米总产量、保障国家粮食安全的重要战略途径,目前超高产夏玉米生产普遍存在施肥过量（尤其是氮肥）、养分配比不平衡、施肥时期不合理等现象,明确超高产夏玉米养分限制因素,氮磷钾肥增产效应及合理的配比,氮素吸收积累特性、适宜的氮肥用量和施氮时期等,对实现夏玉米高产、高效和简化生产具有重要的理论意义和实践价值。然而,超高产夏玉米需肥规律及合理的施肥技术鲜见报道,本文从20072009年,在河南省浚县夏玉米高产区,通过田间试验（氮磷钾肥平衡施肥效应、氮肥用量、施氮时期、不同品种氮肥效应以及缓控释肥一次性施肥等）,研究了超高产夏玉米养分限制因子及养分吸收积累特性,重点研究了超高产夏玉米氮素吸收积累特性、氮肥经济最佳用量及其效应、氮肥后移增产效果及其生理基础、施氮量对不同超高产夏玉米品种产量及氮素吸收利用的影响、缓/控释氮肥一次性施肥技术及其效果等,以期为超高产夏玉米合理施肥提供理论依据和技术支撑。通过研究获得如下结论。1、超高产夏玉米养分限制因子和植株养分吸收积累特性研究表明,用ASI法推荐的氮磷钾平衡施肥产量最高,分别达到12051.2 kg·hm-2和13246.3 kg·hm-2,施用氮肥平均增产8.92%,钾肥平均增产7.14%,增产效果显著,氮和钾为超高产夏玉米养分主要限制因子。超高产夏玉米植株体内氮、磷、钾的积累量均随生育期的延长而增加,到成熟期达到最大值,养分积累量的大小顺序为氮>钾>磷,每生产100 kg经济产量吸收N:P2O5:K2O比例为2.40:1:2.73。拔节期至吐丝期是养分吸收的关键时期,养分吸收速率大,积累量高,吐丝后植株仍能吸收较多的氮和磷。从出苗到吐丝,叶片是氮、磷的分配中心,生育后期茎叶中氮、磷的转运率较高,而钾转移比例较小。超高产夏玉米整个生育期能持续吸收养分,吐丝后适当追肥保证灌浆期养分充足供应对夏玉米超高产至关重要。氮磷钾平衡施肥有利于夏玉米籽粒品质的改善,提高了夏玉米蛋白质产量。2、超高产夏玉米经济最佳氮肥用量及其效应研究结果表明,随着氮肥用量增加,夏玉米产量呈先增加后降低趋势,以施氮量300 kg·hm-2产量和收益最佳,分别为11753.64 kg·hm-2和13246.32 kg·hm-2、2063.33元·hm-2和2364.84元·hm-2,经济最佳施氮量为255.4 kg·hm-2,超过450 kg·hm-2夏玉米施氮已无经济效益。适宜的施氮量有利于提高硝酸还原酶、蔗糖磷酸合成酶和谷氨酰胺合成酶的活性,促进氮代谢的适宜氮肥用量为300 kg·hm-2,有利于氮素的吸收积累。夏玉米氮肥利用效率随着氮肥用量增加而降低,施氮量300 kg·hm-2的氮肥利用率、农学效率和偏生产力两年平均值分别为16.12%、3.69 kg·kg-1和41.67 kg·kg-1。从产量、经济收益、氮代谢、氮素积累和氮肥利用效率等方面综合考虑,超高产夏玉米合理的氮肥用量为255～300 kg·hm-2。3、超高产夏玉米氮肥运筹研究表明,超高产夏玉米吐丝后氮素吸收积累量占总积累量的40.30%47.78%,保证后期氮素养分充足供应对于夏玉米达到超高产水平至关重要;氮肥后移可维持夏玉米生育后期较高的叶面积指数和叶绿素含量,促进超高产夏玉米后期的氮素吸收积累,降低夏玉米茎和叶片氮素的转运率,显著增强灌浆期夏玉米穗位叶硝酸还原酶活性、蔗糖磷酸合成酶和谷氨酰胺合成酶活性,提高灌浆期叶片游离氨基酸和可溶性糖含量,增加蛋白质产量;氮肥后移比习惯施氮增产2.27%5.33%、氮肥利用率提高1.88%9.70%、农学效率提高0.962.21 kg·kg-1,以“30%苗肥+30%大喇叭口肥+40%吐丝肥”方式施用氮肥的产量和氮肥利用效率最佳。4、超高产夏玉米缓/控释氮肥一次性施肥效果研究结果表明,苗期一次性施用缓/控释氮肥的植株氮素积累量比常规2次施氮提高了6%7%,产量提高了3%4%,氮肥利用率提高5%,氮肥农学效率提高了1.261.59 kg·kg-1;施用缓/控释氮肥有利于超高产夏玉米生育后期氮素吸收利用,维持了灌浆期叶片较高的叶绿素含量,有利于籽粒灌浆,显著提高了夏玉米籽粒油分、粗蛋白、粗脂肪含量,同时提高了夏玉米产量和氮肥利用效率。采用夏玉米专用缓/控释肥一次性施肥简化了施肥程序,实现了超高产夏玉米简化、高产、优质和高效施肥。5、施氮对两个超高产夏玉米品种的效应研究表明,郑单958在低氮时产量和收益最高,分别为12051.18 kg·hm-2和1722.40元·hm-2,而浚单20在高氮时产量和收益最佳,分别为13166.00 kg·hm-2和1343.92元·hm-2,在0、240和450 kg·hm-2三个氮水平下比郑单958分别增产9.90%、5.20%和12.00%;浚单20在大喇叭口-吐丝期的氮素吸收积累和吸收速率高于郑单958,灌浆后期高氮水平的氮素吸收速率亦远大于郑单958;高氮水平下浚单20的氮素利用效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力显著高于郑单958,高施氮量有利于浚单20获得较高的蛋白质产量。从产量、氮素吸收、氮素效率及蛋白质产量综合考虑,浚单20是氮肥高效品种。6、氮肥运筹对晚收夏玉米的效应研究表明:氮肥后移和缓/控释氮肥使夏玉米在晚收条件下较习惯施氮增产7.23%9.52%,蛋白质产量增加6.26%10.73%,晚收较习惯收获产量增加2.12%6.42%、蛋白质产量增加1.11%～7.68%、氮积累量增加1.10%3.18%;晚收夏玉米茎和籽粒氮积累量增加,而叶和其它器官中积累量减少;氮肥后移和缓/控释氮肥在晚收条件下氮肥利用率提高了3.52%6.87%,氮肥农学效率提高了0.821.60 kg·kg-1。

全文目录


致谢  4-10
摘要  10-12
第一章 文献综述  12-26
  1.1 玉米超高产研究概况  12-15
    1.1.1 玉米超高产创建情况  12-13
    1.1.2 气候条件与超高产玉米光温生产潜力  13
    1.1.3 超高产玉米碳氮生理特性的研究  13-14
    1.1.4 超高产玉米叶片光合生理特性的研究  14-15
  1.2 氮肥对玉米产量品质效应及其利用效率  15-17
    1.2.1 氮肥对玉米产量和品质的影响  15-16
    1.2.2 氮肥运筹对玉米氮肥利用效率的影响  16-17
  1.3 氮肥影响玉米产量和品质的生理基础  17-19
    1.3.1 氮肥对玉米叶片生理特性的影响  17
    1.3.2 氮肥对玉米氮代谢的影响  17-19
  1.4 玉米氮素的吸收利用  19-21
    1.4.1 夏玉米氮素吸收利用特性  19-20
    1.4.2 春玉米氮素吸收利用特性  20-21
  1.5 氮肥运筹对土壤硝态氮的影响  21-23
    1.5.1 土壤氮素形态与转化过程  21
    1.5.2 施氮量对土壤硝态氮含量的影响  21-23
    1.5.3 施氮时期对土壤硝态氮的影响  23
  1.6 缓/控释肥料在玉米生产中的应用  23-26
    1.6.1 缓/控释肥的概念、特性及意义  23-24
    1.6.2 不同缓/控释肥对玉米产量和品质的影响  24-25
    1.6.3 缓/控释肥对化肥当季利用率的影响  25-26
第二章 研究背景与方法  26-31
  2.1 研究背景  26
  2.2 主要研究内容  26-27
  2.3 研究目标  27-28
  2.4 技术路线  28
  2.5 试验材料与方法  28-31
    2.5.1 试验区概况  28-29
    2.5.2 田间管理措施  29
    2.5.3 样品采集与分析  29
    2.5.4 生理指标分析  29-30
    2.5.5 调查和计产  30
    2.5.6 子粒品质的测定  30-31
第三章 超高产夏玉米养分限制因子及养分吸收积累特性研究  31-41
  3.1 材料与方法  32-33
    3.1.1 试验地点  32
    3.1.2 试验设计  32
    3.1.3 样品采集分析与计产  32
    3.1.4 有关指标的计算  32-33
  3.2 结果与分析  33-39
    3.2.1 肥料配施对夏玉米产量及其构成因子的影响  33
    3.2.2 超高产夏玉米植株氮磷钾养分含量动态变化  33-34
    3.2.3 超高产夏玉米不同生育阶段植株养分吸收特点  34-35
    3.2.4 超高产夏玉米不同生育阶段养分的积累、分配与运转  35-36
    3.2.5 超高产夏玉米的养分利用效率  36
    3.2.6 肥料配施对超高产夏玉米蛋白质产量的影响  36-37
    3.2.7 肥料配施对超高产夏玉米籽粒品质的影响  37
    3.2.8 肥料配施对超高产夏玉米各生育期叶片SPAD 的影响  37-38
    3.2.9 肥料配施对超高产夏玉米收获指数的影响  38-39
  3.3 讨论与小结  39-41
    3.3.1 明确超高产夏玉米养分限制因子是合理施肥的前提  39
    3.3.2 超高产夏玉米氮磷钾养分吸收积累特性不同于中高产量水平  39
    3.3.3 超高产夏玉米氮磷钾肥利用效率应从多方面综合考虑  39
    3.3.4 氮磷钾平衡施肥有利于超高产夏玉米生长发育和品质的改善  39-40
    3.3.5 ASI 法推荐氮磷钾平衡施肥可实现夏玉米超高产与高效施肥  40
    3.3.6 本章小结  40-41
第四章 超高产夏玉米经济最佳氮肥用量及其效应研究  41-53
  4.1 材料与方法  41-42
    4.1.1 试验地情况  41
    4.1.2 试验设计  41-42
    4.1.3 样品采集分析与计产  42
    4.1.4 有关指标计算与统计方法  42
  4.2 结果与分析  42-51
    4.2.1 氮肥用量对超高产夏玉米产量的影响及经济效益分析  42-44
    4.2.2 氮肥用量对超高产夏玉米植株氮积累量的影响  44
    4.2.3 氮肥用量对超高产夏玉米氮肥利用效率的影响  44-45
    4.2.4 氮肥用量对超高产夏玉米叶面积指数（LAI）的影响  45-46
    4.2.5 氮肥用量对超高产夏玉米籽粒品质的影响  46
    4.2.6 氮肥用量对超高产夏玉米叶片硝酸还原酶活性的影响  46-47
    4.2.7 氮肥用量对超高产夏玉米叶片蔗糖磷酸合成酶影响  47-48
    4.2.8 氮肥用量对超高产夏玉米叶片谷氨酰胺合成酶影响  48-49
    4.2.9 氮肥用量对超高产夏玉米叶片游离氨基酸含量的影响  49
    4.2.10 氮肥用量对超高产夏玉米收获指数的影响  49-50
    4.2.11 氮肥用量对土壤硝态氮含量的影响  50-51
  4.3 讨论与小结  51-53
    4.3.1 超高产夏玉米经济最佳施氮量  51
    4.3.2 适宜的施氮量有利于超高产夏玉米氮代谢和氮素吸收积累  51
    4.3.3 施氮量对超高产夏玉米氮肥利用效率的影响  51-52
    4.3.4 本章小结  52-53
第五章 氮肥后移对超高产夏玉米产量、氮素吸收和利用的影响及生理基础  53-65
  5.1 材料与方法  54-55
    5.1.1 试验地情况  54
    5.1.2 试验设计  54
    5.1.3 样品采集分析与计产  54
    5.1.4 有关指标计算与统计方法  54-55
  5.2 结果与分析  55-63
    5.2.1 氮肥后移对超高产夏玉米产量及其构成因素的影响  55
    5.2.2 氮肥后移对超高产夏玉米氮素积累与分配的影响  55-56
    5.2.3 氮肥后移对超高产夏玉米氮素阶段吸收的影响  56-57
    5.2.4 氮肥后移对超高产夏玉米氮肥利用效率的影响  57
    5.2.5 氮肥后移对超高产夏玉米叶片硝酸还原酶活性的影响  57-58
    5.2.6 氮肥后移对超高产夏玉米叶片游离氨基酸含量的影响  58-59
    5.2.7 氮肥后移对超高产夏玉米叶片蔗糖磷酸合成酶(SPS) 影响  59
    5.2.8 氮肥后移对超高产夏玉米叶片谷氨酰胺合成酶(GS) 影响  59-60
    5.2.9 氮肥后移对超高产夏玉米叶片可溶性糖含量的影响  60
    5.2.10 氮肥后移对超高产夏玉米叶面积指数的影响  60-61
    5.2.11 氮肥后移对超高产夏玉米叶片SPAD 的影响  61
    5.2.12 氮肥后移对超高产夏玉米蛋白质产量的影响  61-62
    5.2.13 氮肥后移对超高产夏玉米收获指数的影响  62-63
  5.3 讨论与小结  63-65
    5.3.1 氮肥后移有利于超高产夏玉米后期的氮素吸收积累  63
    5.3.2 氮肥后移促进了灌浆期夏玉米氮代谢，实现了高产优质  63
    5.3.3 氮肥后移提高了超高产夏玉米氮肥利用效率  63-64
    5.3.4 本章小结  64-65
第六章 超高产夏玉米缓/控释氮肥一次性施肥效果研究  65-73
  6.1 材料与方法  65-66
    6.1.1 试验安排  65-66
    6.1.2 试验设计  66
    6.1.3 样品采集分析与计产  66
    6.1.4 有关指标计算和统计方法  66
  6.2 结果与分析  66-71
    6.2.1 氮肥施用次数对超高产夏玉米产量及其构成因素的影响  66-67
    6.2.2 氮肥施用次数对超高产夏玉米植株氮积累量的影响  67-68
    6.2.3 氮肥施用次数对超高产夏玉米氮素阶段吸收的影响  68
    6.2.4 氮肥施用次数对超高产夏玉米各器官氮素积累与分配的影响  68
    6.2.5 氮肥施用次数对超高产夏玉米氮肥利用效率的影响  68-69
    6.2.6 氮肥施用次数对超高产夏玉米籽粒品质的影响  69-70
    3.2.7 氮肥施用次数对超高产夏玉米各生育期叶片SPAD 的影响  70-71
    6.2.8 氮肥施用次数对超高产夏玉米蛋白质产量的影响  71
  6.3 讨论与小结  71-73
    6.3.1 缓/控释氮肥有利于超高产夏玉米后期对氮素的吸收利用  71
    6.3.2 缓/控释氮肥较习惯施氮提高了超高产夏玉米的氮肥利用效率  71-72
    6.3.3 超高产夏玉米专用缓/控释氮肥有待于进一步研究和应用  72
    6.3.4 本章小结  72-73
第七章 施氮量对两个超高产夏玉米品种产量及氮素吸收利用的影响  73-82
  7.1 材料与方法  74-75
    7.1.1 试验安排  74
    7.1.2 试验设计  74
    7.1.3 样品采集与分析  74
    7.1.4 调查和计产  74
    7.1.5 有关指标的计算方法  74-75
    7.1.6 数据处理方法  75
  7.2 结果与分析  75-80
    7.2.1 施氮量对两个超高产夏玉米品种产量及其构成因子的影响  75
    7.2.2 施氮量对两个超高产夏玉米品种各生育期各器官氮素积累的影响  75-77
    7.2.3 施氮量对两个超高产夏玉米品种植株氮素阶段吸收的影响  77-78
    7.2.4 施氮量对两个超高产夏玉米品种氮素（肥）利用效率的影响  78
    7.2.5 施氮量对两个超高产夏玉米品种蛋白质产量的影响  78-79
    7.2.6 施氮量对两个超高产夏玉米品种叶面积指数的影响  79
    7.2.7 施氮量对两个超高产夏玉米品种收获指数的影响  79-80
  7.3 讨论与小结  80-82
    7.3.1 两个超高产夏玉米品种在不同施氮量下增产增收效果不同  80
    7.3.2 两个超高产夏玉米品种的氮素吸收利用存在阶段性差异  80-81
    7.3.3 两个超高产夏玉米品种的氮素和氮肥利用效率存在差异  81
    7.3.4 两个超高产夏玉米品种的叶面积、收获指数和蛋白质产量的差异  81
    7.3.5 本章小结  81-82
第八章 氮肥运筹对晚收夏玉米产量、品质及氮素吸收利用的影响  82-89
  8.1 材料与方法  82-84
    8.1.1 试验安排  82-83
    8.1.2 试验设计  83
    8.1.3 样品采集与分析  83
    8.1.4 调查和计产  83
    8.1.5 有关指标计算与统计方法  83-84
  8.2 结果与分析  84-87
    8.2.1 不同施氮处理对晚收夏玉米产量和百粒重的影响  84
    8.2.2 不同施氮处理对晚收夏玉米蛋白质产量的影响  84-85
    8.2.3 不同施氮处理对晚收夏玉米收获指数的影响  85-86
    8.2.4 不同施氮处理对晚收夏玉米植株氮素积累和分配的影响  86
    8.2.5 不同施氮处理对晚收夏玉米氮肥利用效率的影响  86-87
  8.3 讨论与小结  87-89
    8.3.1 氮肥后移促进晚收夏玉米对氮素的吸收利用而增产  87
    8.3.2 缓/控释氮肥可实现氮肥后移促进晚收夏玉米增产  87-88
    8.3.4 本章小结  88-89
第九章 结论及创新点  89-91
  9.1 结论  89-90
    9.1.1 超高产夏玉米养分限制因子和植株养分吸收积累特性研究  89
    9.1.2 超高产夏玉米经济最佳氮肥用量及其效应研究  89
    9.1.3 氮肥后移对超高产夏玉米产量、氮素吸收和利用的影响及生理基础研究  89
    9.1.4 超高产夏玉米缓/控释氮肥一次性施肥效果研究  89-90
    9.1.5 施氮对两个超高产夏玉米品种产量及氮素吸收利用的影响  90
    9.1.6 氮肥运筹对晚收夏玉米产量、品质及氮素吸收利用的影响  90
  9.2 创新点  90-91
    9.2.1 明确了氮、钾是超高产夏玉米主要养分限制因子  90
    9.2.2 “氮肥后移”氮肥运筹模式实现了超高产夏玉米增产增效  90
    9.2.3 通过夏玉米专用缓/控释氮肥实现了氮肥后移和简化施肥技术  90-91
参考文献  91-106
ABSTRACT  106-109
攻读博士期间取得的科研教学成果  109-110

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