【摘要】：我國鹽漬化土壤分布廣泛,水資源嚴(yán)重短缺,氮肥用量過大,限制了農(nóng)業(yè)發(fā)展。提高水氮利用效率和改良鹽漬化土壤是農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展的必由之路。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)大部分耕地為鹽漬化土壤,引黃水量逐年減少,大量施氮肥導(dǎo)致土壤大量積鹽,水氮利用效率低下。由于不合理的水氮制度,造成水資源浪費和環(huán)境污染。目前已有許多關(guān)于水氮耦合的研究,但大部分開展在非鹽漬化土壤上。作物在鹽分脅迫和水氮互虧的共同作用下,水氮耦合的機(jī)理發(fā)生了變化。本文針對不同鹽分水平,設(shè)置了不同的水氮處理,系統(tǒng)研究了不同鹽分下水氮對玉米的生理生態(tài)指標(biāo),農(nóng)田土壤環(huán)境的影響,水氮遷移規(guī)律、水氮利用效率的影響,并建立了玉米水-氮-鹽最終產(chǎn)量、Jensen、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等3種模型,最終提出了適合當(dāng)?shù)氐乃a(chǎn)模式。對提高鹽漬化地區(qū)水氮利用效率、節(jié)約水肥資源,減輕環(huán)境污染,防止次生鹽漬化,提高鹽漬化地區(qū)玉米產(chǎn)量有著重要意義。試驗研究取得主要結(jié)論如下： (1)鹽分的增加明顯抑制了玉米的生長。適當(dāng)?shù)脑黾庸嗨褪┑兄谔岣哂衩椎闹旮�、葉面積、干物質(zhì)的積累,降低根冠比。當(dāng)灌水量超過2250m3/hm2,施肥量超過225kg/hm2玉米的各項生理指標(biāo)增加不明顯或略有下降。水分在鹽漬化土壤對作物生長的作用更明顯。 (2)鹽分的增加降低了玉米的光合能力,改變了玉米的光合特性。不同鹽分土壤水氮處理的玉米光合“午休”原因不同,隨著鹽分的增加“午休”原因由氣孔因素變?yōu)榉菤饪滓蛩�。通徑分析表�?輕度和中度鹽分土壤影響光合日變化的主要因素不同。在鹽漬化土壤上,水分是決定光合速率高低的關(guān)鍵因素。只有灌水量適宜,氮肥才能發(fā)揮作用。在輕度和中度鹽漬化土壤上,中水中氮處理(灌水量2250m3/hm2、施氮量225kg/hm2)即能保持較長時間高的光合速率,午休時間短,又能使葉片水分利用效率達(dá)到最高。通過主成分分析和聚類分析的綜合評價,中水中氮處理能很好的提高玉米的光合能力。綜合評價,灌水量2250m3/hm2、施氮量225kg/hm2的水氮配比更有利于鹽漬化土壤光合速率的提高。 (3)隨著鹽分的增加,水氮利用效率顯著降低,氮肥損失明顯增加。灌水超過2250m3/hn2、施氮超過225kg/hm2后,玉米的水氮利用效率和氮素表觀損失隨之增加。輕度和中度鹽分土壤,灌水量為2250m3/hm2、施氮量為225kg/hm2的中水中氮處理的水氮利用效率也高于其它水氮處理,氮素?fù)p失較少。中水中氮處理在兩種鹽分土壤上產(chǎn)量高于其他處理分別為11581kg/hm2和9015kg/hm2。通過模型尋優(yōu),得到輕度和中度鹽分土壤種植玉米的最佳水氮配比方案相同,全生育期灌水量為1900.95～2509.07m3/hm2,總施氮量為157.79～240.7kg/hm2。優(yōu)化方案的水氮用量分別比當(dāng)?shù)氐拿看喂嗨?2925m3/hm2)節(jié)水18.2%-35%,施氮量(325kg/hm2)節(jié)肥26.0%-46.4%。為鹽漬化地區(qū)種植玉米提供了節(jié)水節(jié)肥的依據(jù)。 (4)水-氮-鹽Jensen模型能夠滿足模擬精度。并且可以顯示不同生于階段水分和鹽分對產(chǎn)量的影響,實用性最強(qiáng)。適用于鹽漬化地區(qū)水氮處理產(chǎn)量的預(yù)測。 (5)不同水氮用量對土壤水氮鹽運移的影響。 兩種鹽分土壤,隨著灌水量的增加,土壤含水率增加。增加氮肥含水率減低,但超過225kg/hm2時含水率增加。 隨著灌水量的增大,各處理的土壤電導(dǎo)率峰值出現(xiàn)的土層加深。相同灌水條件下,同—土層施氮肥多的處理電導(dǎo)率較大。 輕度鹽分土壤中的硝態(tài)氮含量大于中度鹽分土壤的硝態(tài)氮含量。兩種鹽分土壤上,灌水量為2250m3/hm2、施氮量為225kg/hm2硝態(tài)氮主要在40-60cm處積累,而且濃度適宜便于玉米根系吸收。 中度鹽分土壤中銨態(tài)氮的含量高于輕度鹽分土壤。銨態(tài)氮主要積累在0-20cm土層。銨態(tài)氮的含量隨著施氮量的增加而增加,灌水對銨態(tài)氮的影響不大。 HYDRUS-1D模型經(jīng)過率定和檢驗?zāi)軌蚝芎玫啬M各生育階段水分、鹽分和氮素的運移。 綜上,灌水量是影響鹽漬化地區(qū)水氮鹽遷移的主要因素。根據(jù)對玉米生育指標(biāo)、光合作用、產(chǎn)量、水氮利用效率的綜合分析,考慮鹽分對水分和養(yǎng)分的影響,結(jié)合優(yōu)化出的水氮用量范圍,結(jié)合HYDRUS-1D模型確定的兩種鹽分土壤最佳的水氮模式為：輕度鹽分土壤的優(yōu)化的水氮用量為：灌水量2250m3/hm2、施氮量225kg/hm2。中度鹽分土壤的優(yōu)化的水氮用量為：灌水量2329.88m3/hm2、施氮量量207kg/hm2。 研究結(jié)果可初步揭示不同鹽分土壤水氮耦合的機(jī)理,為內(nèi)蒙古河套灌區(qū)提高水氮利用效率、節(jié)約水肥資源,減輕環(huán)境污染,防止次生鹽漬化,提高鹽漬化地區(qū)玉米產(chǎn)量,提供了一定的科學(xué)理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：S513;S156.4

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2617582