冬小麦/夏玉米轮作系统夏玉米季不同水氮管理模式肥料氮的去向

作     者：耿晨鸣 

作者单位：西北农林科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：胡田田

授予年度：2022年

学科分类：09[农学] 0901[农学-作物学] 

主      题：15N 冬小麦/夏玉米轮作 水氮管理 施氮时期 氮肥去向 

摘      要：冬小麦/夏玉米轮作是关中地区主要种植模式,明确水氮管理对肥料氮在轮作系统中去向的影响,可为科学合理制定水氮管理措施提供重要的理论依据。为定量研究不同水氮管理模式下夏玉米季施入的氮肥在轮作体系的去向,本研究利用N示踪技术,于2019～2021年进行了为期2年的田间微区轮作试验。试验一,设置4种灌水施氮模式,分别为:M1传统基施,施氮量为210 kg/hm,在拔节期畦灌90 mm;M2传统追施(播前和大喇叭口期各50%),施氮量为210 kg/hm,在拔节期畦灌90 mm;M3滴灌施氮,施氮量为210 kg/hm,在苗期、拔节期、抽雄期和灌浆期施氮比例为2∶3∶3∶2,全生育期根据蒸发蒸腾量进行充分滴灌;M4滴灌施氮,施氮量为150kg/hm,相比M3施氮量减少28.6%,其余灌水施氮与M3一致;试验二,对于试验一中M4模式下苗期、拔节期、抽雄期和灌浆期施入氮肥分别进行标记追踪。两个试验在后茬冬小麦季继续对上茬标记肥料氮残留进行追踪。冬小麦均采用滴灌施氮方式,施氮量分别为255 kg/hm和175 kg/hm,分别对应夏玉米季施氮量为210 kg/hm和150kg/hm的小区,根据蒸发蒸腾量确定灌水量进行充分滴灌。研究冬小麦/夏玉米轮作系统中夏玉米季不同灌水施氮模式及不同时期所施肥料氮的吸收分配、转运及损失与残留及其后效情况,以期为夏玉米/冬小麦轮作系统水氮管理优化提供理论依据与技术支撑。取得如下主要成果:(1)研究了不同灌水施氮模式对夏玉米干物质量及氮累积量的影响,明确了不同灌水施氮模式下夏玉米季肥料氮的当季去向。与两个撒施模式相比,滴灌施氮显著增加了夏玉米地上部植株干物质量、氮累积量和肥料氮累积量。滴灌条件下,减氮28.6%对夏玉米干物质量、氮累积量的减少不显著,而肥料氮累积量显著减小,这可能是样品误差较大对显著性造成的影响。夏玉米收获后,各处理0～20 cm土层中残留肥料氮量较下层土壤显著增加,土壤肥料氮残留量随土层深度增加而减少,但传统基施模式下80～100 cm土层中残留肥料氮量显著增加。滴灌施肥方式可减少氮肥向土壤深层的淋失,使肥料氮残留保持在土壤上层。追施模式夏玉米当季肥料氮残留量最高;滴灌施氮可显著减少肥料氮残留。滴灌条件下,减氮28.6%对土壤中肥料氮残留量无显著影响。试验两年,施氮量为210 kg/hm滴灌施氮模式的夏玉米肥料氮当季利用率分别为45.58%和46.01%,较两个撒施模式显著提高。夏玉米肥料氮当季损失率以基施模式最高,分别为36.91%和38.50%。滴灌施氮条件下,减氮28.6%可显著提高肥料氮当季利用率,达50.96%和55.22%,当季损失率不足20%。(2)揭示了不同灌水施氮模式下夏玉米肥料氮在后茬及冬小麦/夏玉米轮作周期中的去向。滴灌施氮模式的轮作周期利用率较两个撒施模式显著提高。滴灌施氮条件下,减氮28.6%对轮作周期利用率无显著影响。夏玉米肥料氮在追施模式的当季残留率和轮作周期最终残留率最高,基施模式的轮作周期损失率较其他处理显著增高。就夏玉米季残留肥料氮而言,冬小麦对上茬残留肥料氮的吸收量以追施模式最高,对残留肥料氮的后茬利用率以滴灌施氮模式最高;由于上茬基施模式肥料氮残留在80～100 cm土层中较多,在冬小麦季被淋溶至100 cm以下,导致其损失率较其他处理显著增高。夏玉米不同灌水施氮模式残留肥料氮在冬小麦季的残留率无显著差异。(3)研究了滴灌施氮条件下夏玉米对不同时期施入肥料氮的吸收分配、转运及残留情况,探明了夏玉米生长过程中不同时期施用氮肥的去向。在同一生育期,夏玉米植株地上部对不同时期施入氮肥的吸收累积量表现为:抽雄肥≥拔节肥苗肥灌浆肥。与其他时期所施肥料氮相比,夏玉米对灌浆肥的吸收累积量显著减小。夏玉米苗肥、拔节肥和抽雄肥的当季利用率均大于50%,残留率和损失率不足30%。试验两年间,不同时期所施肥料氮在土壤的残留量均随土层深度增加而减少,且0～20 cm土层残留量较下层土壤显著增加。灌浆肥当季残留率最大,分别达66.85%和56.00%,较其他时期所施氮肥显著增加,且在0～20cm土层内突出。(4)明确了滴灌施氮条件下夏玉米季不同时期施入肥料氮在冬小麦/夏玉米轮作周期中的去向。冬小麦地上部各器官对上茬不同时期所施肥料氮残留的吸收累积量以灌浆肥残留最高,较苗肥、拔节肥和抽雄肥均显著增加。冬小麦收获后,灌浆肥在0～100 cm土层残留量仍最大。夏玉米不同时期所施肥料氮在夏玉米/冬小麦轮作周期的去向表现为,夏玉米不同时期所施肥料氮的轮作周期利用率、残留率、损失率分别变化在43.54%～74.11%、6.30%～16.01%、17.26%～40.45%之间。抽雄肥的轮作周期利用率最高,灌浆肥轮作周期利用率最低。综上所述,夏玉米季采用滴灌施氮方式可显著提高肥料氮在冬小麦/夏