【摘要】：黑龍江省是我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地,但水資源總量較為匱乏,面對(duì)農(nóng)業(yè)用水量的逐年提高以及干旱趨勢(shì)的加劇,在該地區(qū)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)對(duì)保障我國(guó)糧食安全具有重要意義。本文作者在黑龍江省西部肇州灌溉試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行了噴灌玉米的節(jié)水灌溉試驗(yàn),以CROPWAT模型為研究工具,研究了黑龍江省西部半干旱區(qū)玉米耗水量、有效降雨量和灌溉需水量的年間和各生育期間的變化規(guī)律,分析了不同水文年型作物需水與有效降雨的耦合度并制訂了相應(yīng)的噴灌灌溉制度;采用~(13)C穩(wěn)定同位素質(zhì)譜分析技術(shù),研究了玉米耗水規(guī)律以及葉片和產(chǎn)量水平的水分利用效率的變化規(guī)律,進(jìn)一步探究不同灌溉制度對(duì)寒地黑土區(qū)玉米水分利用效率的影響;通過(guò)在玉米拔節(jié)期施用~(15)N標(biāo)記的尿素作為拔節(jié)肥,研究了不同灌水方案下成熟期玉米對(duì)追肥氮素的吸收利用率以及在地上部各器官中的分配狀況,同時(shí)研究了玉米收獲后追肥氮素在土壤中的殘留情況和最終的損失率。試驗(yàn)研究取得的主要研究結(jié)果如下:(1)不同灌水方案下玉米日耗水強(qiáng)度均均呈拋物線趨勢(shì)變化,在拔節(jié)期—抽穗期達(dá)到峰值,峰值變化范圍為4.21 mm/d~5.89 mm/d。不同處理拔節(jié)期到成熟期玉米WUE_i變化范圍為7.56~29.84μmol/mmol,WUE_n變化范圍為73.15~168.69μmol/mmol,WUE_y變化范圍為2.90~3.74 kg/m~3。選取枯水年、平水年和豐水年分別為2004年、2010年和1992年,噴灌條件下,枯水年和平水年的灌溉凈定額分別為170.2 mm和79.9 mm,灌水次數(shù)分別為3次和1次,為確保玉米穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn),抽雄期和灌漿期必須進(jìn)行補(bǔ)充灌溉。(2)拔節(jié)期玉米葉片碳同位素分辨率(ΔL_B)、成熟期葉片碳同位素分辨率(ΔL_C)和果實(shí)碳同位素分辨率(ΔF)分別為0.451%~0.505%、0.505%~0.598%、0.396%~0.526%,隨著生育期的推進(jìn),葉片ΔL逐漸增加。此外,玉米ΔL對(duì)灌溉定額和灌水次數(shù)變化的響應(yīng)效果要優(yōu)于籽粒ΔF。不同灌水方案條件下玉米ΔL與WUE_i、WUE_n均呈負(fù)相關(guān),且ΔL與WUE_n的相關(guān)性優(yōu)于其與WUE_i的相關(guān)性,玉米ΔF與WUE_y、Y均呈顯著負(fù)相關(guān)。(3)在灌溉定額不變的條件下,玉米地上部干物質(zhì)量均隨灌水次數(shù)的減少呈逐漸下降趨勢(shì)。不同灌水處理下成熟期玉米籽粒氮素積累量、~(15)N積累量分別占兩者總積累量的45.50%~68.80%、47.88%~74.40%,成熟期玉米地上部氮素總積累量的8.14%~13.21%來(lái)自于追肥氮素,其中成熟期玉米籽粒中積累的追肥~(15)N最多,占比47.95~74.4%。不同灌水處理下玉米籽粒積累的總氮素量中來(lái)自追肥氮素的比例約為4.80%~9.83%。(4)玉米收獲后8.81%~24.89%的追肥氮素殘留在土壤中,其中83.25%~95.55%的~(15)N殘留在0~60 cm土層中,60 cm以下~(15)N殘留量?jī)H占4.45%~16.75%,并且施用氮肥對(duì)40 cm以下土層中氮素水平影響較小,對(duì)60 cm以下土層的氮素水平基本不產(chǎn)生影響。在灌溉定額不變的情況下,單次灌水量過(guò)大會(huì)造成土壤中氮素的淋溶損失,適當(dāng)增加灌水次數(shù),減少單次灌水量能夠有效地降低氮肥損失,提高肥料氮素殘留率,在一定程度上起到維持土壤氮平衡的作用。綜上,研究得出符合玉米節(jié)水高產(chǎn)生產(chǎn)要求的灌水方案為全生育期灌水為800 m~3/hm~2,分別在苗期、拔節(jié)期、抽雄期灌水3次,該方案下玉米WUE_y為3.65 kg/m~3,產(chǎn)量為14712kg/hm~2;利用ΔL和ΔF指示玉米不同水平水分利用效率具有一定的可行性,玉米成熟期葉片和籽粒Δ~(13)C可作為量化表征作物葉片和產(chǎn)量水平水分利用效率的重要指標(biāo);玉米地上部分各器官中~(15)N分配比例由大到小依次為籽粒、葉片、莖稈、穗軸、苞葉。抽雄期和灌漿期缺水會(huì)導(dǎo)致植株~(15)N總吸收率顯著下降,抑制玉米吸收肥料氮素,降低氮肥吸收率,同時(shí)單次灌水量過(guò)大增加氮肥淋溶損失,降低肥料利用率。
【圖文】：

圖 4-1 CROPWAT 初始化界面Fig.4-1 CROPWAT initialization interfaceCROPWAT 模型是聯(lián)合國(guó)糧食與農(nóng)業(yè)組織（FAO）于 1991 年開(kāi)發(fā)的作物水分計(jì)算軟過(guò)計(jì)算作物蒸發(fā)量，結(jié)合不同水文年氣象數(shù)據(jù)及作物水分要求，模擬雨養(yǎng)和灌溉條件下產(chǎn)量、需水量和土壤水分變化，，設(shè)計(jì)供水和灌溉制度。CROPWAT 模型包含以下數(shù)據(jù)輸塊：（1）氣候數(shù)據(jù)及對(duì)應(yīng)的參考作物騰發(fā)量 ET0；（2）降雨量數(shù)據(jù)；（3）作物與種植模式括作物生育時(shí)期、作物系數(shù)、根系吸水深度等；（4）研究區(qū)土壤數(shù)據(jù)，包括土壤種類，含水率、降水入滲率等。結(jié)果輸出模塊：（1）作物需水量（CWR）；（2）灌溉制度及評(píng)價(jià).2 CROPWAT 模型數(shù)據(jù)輸入.2.1 典型年降雨設(shè)計(jì)本研究采用黑龍江西部地區(qū)肇州灌溉試驗(yàn)站 1986~2015 年的逐日氣象數(shù)據(jù)，主要包括量、最高氣溫、最低氣溫、平均相對(duì)濕度、風(fēng)速等。數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)氣象數(shù)據(jù)ttp://data.cma.cn/site/index.html)。對(duì)肇州試驗(yàn)站 30 年年降水量數(shù)據(jù)進(jìn)行降序排列，計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率，并繪制出 P3 型水文

圖 4-2 CROPWAT 模型氣象數(shù)據(jù)輸入界面Fig.4-2 Input interface of CROPWAT model meteorological data圖 4-3 CROPWAT 模型有效降雨量計(jì)算界面Fig.4-3 CROPWAT model effective rainfall calculating interface算 ET0所需要的 3 個(gè)典型年的氣象資料（表 4-2、表 4-3、表 4-4）輸入到T 模型中，計(jì)算出各典型年的月 ET0值如圖 4-4 所示。
【學(xué)位授予單位】：東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：S513;S274

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