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新型有机无机复混肥对冬小麦水肥利用及农田固碳效应的影响

作　者: 周立峰
导　师: 冯浩
学　校: 中国科学院研究生院（教育部水土保持与生态环境研究中心）
专　业: 水土保持与荒漠化防治
关键词: 有机无机复混肥土壤养分水分利用效率 NEP
分类号: S512.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

化肥、农药、种子、除草剂、农机等的应用消除了很多作物生长障碍因子,使农作物产量大幅度提高,但土壤地力、土壤结构的改善和提高进展缓慢。使用有机无机复混肥是改善土壤地力的重要途径,对有机无机复混肥施用量的确定以及其对农田碳排放的研究是有意义的。本研究将页岩、油渣、活性炭等固体废料与无机化肥配方制成新型有机无机复混肥,于2009～2010年,通过田间试验设置不同灌水与施肥水平,研究了其对冬小麦水肥利用及农田固碳效应的影响。取得主要研究结果如下:1.有机无机复混肥处理与常规施肥处理在维持田间土壤磷、钾养分方面无显著差异,但其能显著提高农田土壤有机质含量。常规施肥下农田土壤有机质和碱解氮含量均随灌水明显降低,而有机无机复混肥处理土壤有机质降低则不明显,甚至随着其施用量的增大还会升高。高施用量有机无机复混肥处理下灌水增多更有利于土壤有机质和碱解氮水平的提高。灌水对冬小麦氮肥偏生产力（NPEP）影响不大。在不超量施用有机无机复混肥的条件下,有机无机复混肥处理的氮肥偏生产力高于常规施肥处理,有机无机复混肥处理间的NPEP随着施肥量的增大逐渐减小。2.各处理亩穗数与穗粒数差异不大,但是不同施肥处理的穗粒重与千粒重差异较大:各灌水条件下有机无机复混肥处理的穗粒重和千粒重较常规施肥处理大,且有机无机复混肥处理的穗粒重与千粒重随着施肥量的增大呈现先增大后减小的趋势,每公顷施有机无机复混肥1350 kg处理的穗粒重和千粒重达到最大。不灌水、灌一水、灌两水每公顷施有机无机复混肥1350 kg处理的千粒重分别比常规施肥处理高0.37g,0.26g与0.44g,高出23.13%,15.48%与27.67%。从以上结果可以看出,有机无机复混肥主要是通过提高小麦穗粒重和千粒重来提高小麦产量。灌浆过程是影响小麦穗粒重和千粒重的重要因素,有机无机复混肥处理与常规施肥处理的小麦穗粒重和千粒重上的结果与其灌浆过程的表现是一致的:小麦灌浆期越长、灌浆速率越高,产量就越高。各有机无机复混肥处理较常规施肥增产均在10%～30%之间,且随着灌水量的增大,有机无机复混肥最佳施肥量也随之增大:所有处理中,理论最大产量出现在灌一水的有机无机复混肥1350 kg处理中,为8894.11 kg.hm^-2,此时对应的施肥水平为每公顷施有机无机复混肥1350 kg处理。在考虑产投比的前提下,不灌水、灌一水、灌两水下经济最佳有机无机复混肥施肥量分别为656 kg.hm^-2、920.13 kg.hm^-2与872.38 kg.hm^-2。有机无机复混肥处理可明显提高小麦生产水分利用效率与降水利用效率,其变化规律与产量变化基本一致。不灌水、灌一水、灌两水条件下,有机无机复混肥处理较常规施肥处理每方水增产粮食分别为0.616kg、0.56kg、0.46kg,WUE分别提高29.3%、29.32%与27.54%,PUE分别提高21.81%、18.79%、19.71%。3.小麦拔节初期降雨较少,有机无机复混肥处理土壤剖面含水率下降幅度低于常规施肥处理;在小麦灌浆期,有机无机复混肥处理土壤垂直含水率的峰、谷值均推迟于常规施肥处理。各灌水下有机无机复混肥处理土壤耗水均小于常规施肥处理。灌水是造成各处理土壤耗水不同的最关键原因,灌水量越大,土壤耗水量就越大。各灌水下,不同施肥处理间土壤耗水差异较大,其中灌一水条件下不同施肥处理间土壤耗水差异最大,有机无机复混肥1800比常规施肥处理土壤耗水减少36.43mm,达10.02%;不灌水条件下不同施肥处理间土壤耗水差异也较大,每公顷施有机无机复混1800 kg比常规施肥处理土壤耗水减少27.47mm,达8.45%;灌两水条件下有机无机复混肥处理与常规施肥处理土壤耗水差异显著,有机无机复混肥处理较常规施肥处理土壤耗水减少19 mm 31mm,平均减少5.95%,而不同有机无机复混肥施肥处理间土壤耗水差异不明显。4.小麦分蘖期,有机无机复混肥处理使小麦植株相对低矮,根相对粗短。这种趋势随着肥料施用量的增大愈发明显;在灌浆期,中有机无机复混肥处理植株最为低矮,而穗重及地上干物质量最大;中有机无机复混肥的小麦灌浆速率明显高于其余处理,而各处理根冠比无明显规律。5.常规施肥处理农田CO2排放量小于有机无机复混肥处理;在冬小麦农田土壤呼吸作用强烈的拔节及灌浆期,灌水均能显著提高农田土壤CO2排放通量。在考虑作物产量与农田固碳综合效应的前提下,若将产量作为主要判别因子,则每公顷施有机无机复混肥1350 kg处理为最优处理;若偏重考虑农田固碳,则每公顷施有机无机复混肥1800 kg处理最佳。

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致谢 6-7摘要 7-9ABSTRACT 9-14第一章绪论 14-25 1.1 研究背景、目的与意义 14-15 1.1.1 研究背景 14 1.1.2 研究目的与意义 14-15 1.2 国内外研究现状 15-23 1.2.1 复混肥对农田土壤特性的影响 15-18 1.2.1.1 我国有机无机复混肥研究进程 15-16 1.2.1.2 农田土壤结构及水分特性 16-17 1.2.1.3 农田土壤养分 17-18 1.2.2 复混肥对小麦生长及水肥利用的影响 18-20 1.2.2.1 小麦生长及产量 18-19 1.2.2.2 小麦水分利用效率 19-20 1.2.2.3 小麦养分利用效率 20 1.2.3 农田生态系统碳平衡研究进展 20-23 1.3 存在问题 23-25第二章研究内容与方法 25-32 2.1 研究内容 25 2.1.1 新型有机无机复混肥对土壤养分及冬小麦产量的影响 25 2.1.2 新型有机无机复混肥对冬小麦水肥利用效率的影响 25 2.1.3 新型有机无机复混肥对冬小麦农田NEP 综合效应研究 25 2.2 研究思路及技术路线 25-26 2.3 试验方法 26-32 2.3.1 试验材料 26 2.3.2 试验设计 26-28 2.3.3 测定项目与方法 28-31 2.3.3.1 灌水量及土壤水分的测定 28 2.3.3.2 土壤养分 28-29 2.3.3.3 生长状况测定 29 2.3.3.4 产量测量与计算 29 2.3.3.5 灌浆速率测量 29 2.3.3.6 农田小区CO_2 排放量测定及NEP 的测算 29-30 2.3.3.7 产量及水分利用效率的计算 30 2.3.3.8 氮肥偏生产力（NPEP）的计算 30 2.3.3.9 降水等气象资料 30-31 2.3.4 数据处理 31-32第三章冬小麦产量及关键期生长指标变化 32-38 3.1 冬小麦拔节和灌浆期土壤含水量及形态指标的变化 32-35 3.1.1 冬小麦拔节期和灌浆期土壤含水率变化 32-33 3.1.2 各处理土壤耗水 33-34 3.1.3 冬小麦苗期及灌浆期形态变化 34 3.1.4 冬小麦灌浆速率 34-35 3.2 冬小麦产量 35-36 3.3 小结 36-38第四章新型有机无机复混肥对冬小麦水肥利用的影响 38-43 4.1 基于最佳产投比的有机无机复混肥施用量研究 38-39 4.1.1 不同灌水及有机无机复混肥施用量对冬小麦产量的影响 38 4.1.2 基于最佳产投比的有机无机复混肥施用量优选 38-39 4.2 新型有机无机复混肥施用量对冬小麦水肥利用的影响 39-41 4.2.1 冬小麦PUE 和WUE 39-40 4.2.2 冬小麦农田土壤有机质及碱解氮盈余变化 40-41 4.2.3 冬小麦氮肥偏生产力(NPEP)变化 41 4.3 小结 41-43第五章新型有机无机复混肥对冬小麦产量及农田NEP 综合效应研究 43-47 5.1 冬小麦农田CO_2 排放 43-45 5.1.1 冬小麦生长季农田CO_2 排放通量变化 43-44 5.1.2 冬小麦关键期农田CO_2 排放变化 44-45 5.2 冬小麦产量及NEP 综合效应研究 45-46 5.2.1 冬小麦农田NEP 45 5.2.2 基于冬小麦产量与农田 NEP 的 CF 施用量优选 45-46 5.3 小结 46-47第六章结论与讨论 47-49参考文献 49-56作者简介 56

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