寒地黑土直播稻的水肥耦合对产量和光合特性的调控研究
作者单位：东北农业大学
学位级别：硕士
导师姓名：张忠学
授予年度：2018年
摘 要：水稻是黑龙江省主要的粮食作物之一。黑龙江省平原辽阔,土地资源丰富,但农村劳动力匮乏,典型的秧田育苗、大田插秧方式越来越不能适应现阶段农业生产的新需求,水稻直播技术成为目前亟待研究的项目之一。且黑龙江省的水稻种植和生产方式目前仍比较粗放,存在着大水淹灌、大量施肥等问题,不仅造成资源浪费,而且会引起严重的面源污染,破坏生态环境。因此,依据直播水稻在不同水氮条件下生长状况、耗水量、产量和光合特性的研究分析,找出最优的水肥方案,可以为寒地黑土区直播水稻高效环保、节水增产提供有效的理论依据,对当地农业可持续发展具有重要意义。本文通过测坑试验的实测数据,运用理论分析、统计分析、模型评价等方法,分析了不同水氮条件对直播水稻的生长发育指标、水分利用效率、产量及光合特性的影响规律,研究主要结论如下:(1)研究不同水氮条件下直播水稻株高的变化规律,发现同一施氮水平时,控制灌溉处理株高小于淹灌处理,但差异不大;相同灌水方式下,施氮处理比不施氮处理株高显著增加,且在035 kg/hm范围内,株高随施氮量的增加而升高。表明淹灌处理和提高施氮肥量有助于水稻株高的增长。氮肥亏缺会抑制直播水稻的营养生长,迫使水稻提前进入生殖生长阶段。(2)与淹灌处理的水稻相比,控制灌溉处理的水稻更早开始分蘖。分蘖前期以后淹灌处理的分蘖速率较控制灌溉提高,茎蘖数逐渐高于控制灌溉处理,但控制灌溉有效分蘖率较淹水灌溉高8.44%。对不同施氮水平间对比发现,施氮量越高,直播水稻茎蘖数越多,分蘖期分蘖速率越快,而有效分蘖率越低,因而氮肥过量容易造成氮肥浪费,不利于促进水稻的有效分蘖。(3)水稻分蘖期和拔节孕穗期耗水量最大,具有很大的节水潜力;抽穗开花期耗水强度最大,是直播稻的需水敏感期。从分蘖期到乳熟期,水稻耗水量和耗水强度均随施氮量增加而增大。控制灌溉处理的水分利用效率明显高于淹灌处理,施氮量为85 kg/hm时节水潜力最大。随着施氮水平的上升,淹灌处理水分利用效率逐渐提升,控制灌溉处理的水分利用效率则呈现抛物线形变化,在110 kg/hm的施氮条件下达到最大,此时的水氮处理既极大程度地节约了水资源,避免了过量施氮,又提高了水稻产量,有利于现代农业的经济绿色发展。(4)同等施氮量时,控制灌溉处理的直播水稻产量高于淹灌处理。在淹灌条件下,水稻产量与施氮量呈正相关,控制灌溉条件下,水稻产量与施氮量的关系呈二次曲线,在010kg/hm范围增加,11035 kg/hm范围内降低。所有水氮处理中,控制灌溉下110 kg/hm施氮处理的直播水稻产量最高。增施氮肥的增产效果在控制灌溉模式下表现得更明显。控制灌溉的水分条件不仅满足直播水稻生长发育所需水分,而且有提升产量的作用,达到了节水增产的功效。施氮量对产量的提升有一定的阈值(010 kg/hm),超出这个范围后增产效果减弱甚至可能减产,因此农业生产中氮肥施用量需要控制在适宜的范围内。产量的各个构成因素与对其影响皆显著,从大到小依次为:每平米有效穗数结实率每穗粒数千粒重。(5)淹灌条件下,直播稻净光合速率与施氮水平呈正相关关系;控制灌溉条件下,净光合速率随施氮量的增长呈二次曲线变化,施氮水平为110 kg/hm时净光合速率最大。施氮量为0 kg/hm和135 kg/hm时,全生育期内淹灌处理的净光合速率大于控制灌溉处理,而施氮量为85 kg/hm和110 kg/hm时,控制灌溉处理的净光合速率在前三个生育期均高于淹灌,而乳熟期低于淹灌,但差异不明显。增施氮肥对控制灌溉处理净光合速率提升的作用大于淹灌处理。淹灌条件下,气孔导度与施氮水平呈正相关;控制灌溉条件下,气孔导度随施氮水平的上升成倒“V字变化,在110 kg/hm的施氮水平处达到最高。除不施氮肥处理外,其余施氮水平处理下,控制灌溉的气孔导度均高于淹灌。各个施氮水平下,控制灌溉直播稻的气孔限制值基本都大于淹灌,但差异不显著。不同施氮量对气孔限制值的影响无显著规律。(6)直播水稻在分蘖期和抽穗开花期功能叶片的P、α、LSP均随施氮量的增加而上升,LCP基本随施氮量的增加而降低。同施氮量条件下,控制灌溉的P、α、LSP均大于淹灌,LCP值基本为控制灌溉小于淹灌。035 kg/hm范围内增加施氮量和控制灌溉有利于提升直播水稻分蘖期和抽穗开花期的光合光响应水平,增强水稻叶片对弱光和强光的转化利用能力,更有利于水稻进行光合作用。(7)通过改进的熵权TOPSIS模型综合评价不同水氮方案的优劣,得到各处理的优劣顺序为:C110C135C85F135F110C0F85F0。C110(即控制灌溉条件下,施氮量为110 kg/hm)处理是最佳的水氮配比方案。
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