【摘要】：中國南方的紅壤理化性質(zhì)差,養(yǎng)分貧瘠,加上干濕季節(jié)明顯,因而紅壤作物經(jīng)常遭遇季節(jié)性干旱。較差的土壤性質(zhì)和季節(jié)性干旱是限制紅壤作物產(chǎn)量的主要因素。施肥制度對于提高土壤特性和作物生長非常重要,而且土壤和作物的水分關系可以通過長期施肥得以改善。了解長期施肥制度如何影響南方紅壤作物的水分關系很有必要。湖北咸寧的紅壤實驗站從1998年開始,進行了長期施肥制度的大田試驗,用于比較不同的施肥種類對該地區(qū)一種粘質(zhì)紅壤理化性質(zhì)、水力性質(zhì)、玉米作物水分狀況和干旱脅迫狀況、生長狀況和產(chǎn)量的影響。施肥方式包括不施肥對照(CK)、單施氮磷鉀化肥(NPK)、單施有機糞肥(豬糞和雞糞,OM)、氮磷鉀化肥配合秸稈還田(NPK+S),已經(jīng)持續(xù)了16年。大田設計采用隨機化完全區(qū)組設計,包括4個重復,總共16個實驗小區(qū)。玉米和冬小麥進行輪作,通過鐵鍬翻土進行施肥和播種,其余時間大田采取免耕措施。2014年試驗觀測開始之前,采集土壤樣品并分析土壤的基本物理化學性質(zhì),玉米(鄭單958)于2014年7月播種,出苗之后開始田間觀測研究。在玉米生長過程中,分別測量土壤0-10 cm,10-20 cm,20-30 cm, and 30-40 cm深度的水分含量。同時測定土壤的穿透阻力,穿透阻力的測定深度在40 cm,每2.5 cm間隔測定數(shù)值。定水頭法測量土壤飽和導水率。通過測量土壤水分特征曲線和并擬合VG方程,測量土壤水勢。玉米葉子和根系的水勢通過壓力室測定。在玉米生長過程中,葉片溫度,玉米形態(tài)特征,玉米產(chǎn)量和天氣情況定期測量。2014年10月玉米收獲后,田間原位測定了土壤非包和導水率。同時測量地上和地下干物質(zhì)產(chǎn)量和養(yǎng)分含量。主要結果如下：與對照相比,長期施用含有豬糞和雞糞的有機肥處理(OM)在各種水勢范圍內(nèi)都顯著提高了土壤的持水能力,但是提高程度最顯著的位于0-10 cm和10-20 cm深度的低水勢范圍內(nèi)。反之,氮磷鉀化肥(NPK)、氮磷鉀化肥和秸稈還田(NPK+S)降低了土壤持水能力。OM處理的土壤非飽和導水率都明顯低于其他處理,這使得在干旱時間段,OM處理的土壤水分含量顯著高于無機施肥(NPK和NPK+S)。反之,OM處理的土壤近飽和導水率高于其他處理,這有利于土壤水分運動和作物吸收水分。OM處理的土壤在4種施肥處理中具有最低的土壤容重和穿透阻力,以及較高的孔隙度。研究發(fā)現(xiàn)有機肥處理(OM)顯著增加了0-20 cm耕層土壤的含碳量,而無機肥料(NPK)僅提高10 cm土壤的含碳量。統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)土壤有機碳、容重和穿透阻力之間存在非常高的顯著負相關關系。各施肥處理都增加了土壤養(yǎng)分含量,尤其是有機肥(OM)和氮磷鉀和秸稈還田的混合肥(NPK+S)最明顯。結果表明,有機肥和無機肥都有益于提高土壤養(yǎng)分積累,達到了相近的水平,但對土壤物理性質(zhì)和水力性質(zhì)的影響差異巨大。施肥顯著改善了玉米作物株高、莖直徑、葉片面積、葉面積指數(shù),但處理之間存在差異。NPK+S處理玉米籽粒產(chǎn)量最高,其次是OM,而NPK處理產(chǎn)量提高(相對于CK)最少。但是對于玉米生物量的增產(chǎn)效果,OM處理大于NPK+S和單施化肥NPK。研究發(fā)現(xiàn)施肥使玉米葉面積增大,同時提高了根系重量和根系深度。NPK+S對根系干重影響大于OM,NPK和CK處理。研究還顯示,OM處理的玉米植物的N、P吸收量顯著高于NPK+S、NPK和CK處理。土壤水分和穿透阻力受施肥制度顯著影響。土壤水分缺乏的時期,在0-10 cm表層,OM和NPK+S可以提高土壤水分,但是NPK卻降低土壤水分含量；在10-20 cm土層,3種施肥處理都提高了土壤水分含量；而20-40 cm土壤水分的變化趨勢受施肥影響并不明顯。在土壤水分相對較高的降雨集中的雨季,施肥處理對土壤水分并無顯著影響,但是卻顯著影響土壤穿透阻力。NPK+S處理的土壤穿透阻力最低,其次是OM處理。3種施肥處理均降低了土壤0-10和20-40 cm深度穿透阻力的變化幅度,而提高了10-20 cm穿透阻力變化幅度,NPK+S引起的變幅最高,其次是OM和NPK。由于穿透阻力隨土壤水分的降低而急劇升高,紅壤因水分降低引起的較高穿透阻力的改變,這個問題在施肥時應該予以考慮。作物水分脅迫指數(shù)(CWSI)常用于檢測作物水分狀態(tài)。在陰天多云狀態(tài)下,本地區(qū)難以確定該指標的下基線,因為這個時期的空氣飽和水汽壓差(VPD)常常低至1到1.25 KPa。晴天狀態(tài)下,飽和水汽壓差(VPD)可以達到l至3 KPa,因而CWSI可有效地反映作物水分狀況。結果表明施肥顯著影響作物水分脅迫指數(shù)CWSI,NPK+S降低了玉米CWSI中的下基線。雖然作物生長期間CWSI值每天存在變化,但CWSI值隨著水分脅迫增長而增長,對作物水分脅迫指示作用明顯。從低到中等水分脅迫下,三種施肥處理均對CWSI有顯著影響,降低了CWSI平均值。另一方面,作物水分脅迫指數(shù)CWSI和玉米產(chǎn)量存在顯著負相關性。因而施肥可以改善土壤作物水分關系,提高作物對季節(jié)性干旱的抵抗能力。施肥改善了供試紅壤水力性質(zhì),也進一步影響了作物根葉水勢。各種施肥處理的玉米根系水勢大小次序如下,OMNPK+SNPKCK。其作用與施肥增加了土壤含水量,降低了土壤穿透阻力,促進了根系生長有關。施肥制度對葉水勢、葉水分含量也有顯著影響,與對根水勢的影響呈現(xiàn)相同的規(guī)律,其中OM處理比NPK和NPK+S有更高葉水勢、葉水分含量。長期施用含有有機質(zhì)的肥料(OM和NPK+S施肥制度),對于改善紅壤養(yǎng)分、水分、阻力特性以及玉米生長有重要作用,特別是長期施用有機肥提高了土壤水勢,進而提高作物根葉水勢,降低作物水分脅迫指數(shù),改善作物水分關系,這對于減緩紅壤季節(jié)性干旱和提高作物產(chǎn)量有重要影響。
【學位授予單位】：華中農(nóng)業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：S513;S155.25

【參考文獻】

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本文編號：2781967