【摘要】：根系是作物獲取土壤資源的重要器官,理想的根系構(gòu)型和分布有利于提高養(yǎng)分和水分的吸收效率。深入理解根系的養(yǎng)分吸收機(jī)制并進(jìn)行合理的調(diào)控對實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的可持續(xù)農(nóng)業(yè)具有重要的意義。本文通過研究根系對土壤機(jī)械阻力和異質(zhì)性養(yǎng)分的響應(yīng),揭示了土壤壓實(shí)限制根系及地上部生長的機(jī)制；通過一種新穎的限根模擬研究方法,闡明了深層根系對玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)；研究了深層根系與淺層根系的協(xié)同效應(yīng)及其對玉米生長、養(yǎng)分吸收和產(chǎn)量的影響。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)并在田間驗(yàn)證了集約化玉米養(yǎng)分高效利用的根層局部深松技術(shù)體系。最后,針對我國集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中勞動力短缺以及農(nóng)機(jī)農(nóng)藝不配套等問題,以最佳養(yǎng)分管理技術(shù)為核心,通過引進(jìn)機(jī)械化技術(shù)的消化和吸收并集成區(qū)域高產(chǎn)高效栽培技術(shù),探討了集約化玉米養(yǎng)分高效利用的根層調(diào)控機(jī)械化實(shí)現(xiàn)途徑。主要結(jié)果和研究進(jìn)展如下：(1)土壤壓實(shí)限制了玉米根系和地上部的生長。當(dāng)土壤中壓實(shí)層的容重達(dá)到或大于1.55 g cm-3時(shí),根系主要被限制在土壤0-20 cm表層,呈現(xiàn)在土壤表層水平方向的生長和分布,導(dǎo)致作物根系與土壤養(yǎng)分、水分在時(shí)間和空間上不匹配,從而引起植株地上部生物量的降低。(2)深層根系有利于玉米生長和獲得高產(chǎn)。深層根系(20-60 cm)與玉米產(chǎn)量的關(guān)系符合線性+平臺模型,獲得最高產(chǎn)量需要的最小深層根系的比例為3.3%(以深層根系干重計(jì))。當(dāng)深層根系的比例小于3.3%時(shí),玉米產(chǎn)量隨著深層根系的增多而增加；當(dāng)深層根系的比例超過3.3%時(shí),玉米的產(chǎn)量不再增加,而是維持在高產(chǎn)水平,表明深層根系對產(chǎn)量的正效應(yīng)變?nèi)酢?3)深耕結(jié)合局部施用硫酸銨加磷既可以促進(jìn)根系在上層土壤中大量增生,又可以促進(jìn)根系下扎,增加深層根系的分布。深耕結(jié)合局部施用硫酸銨加磷促進(jìn)了根系在土壤空間水平和縱向地生長和分布,使根系與土壤氮和水分在時(shí)空上更為匹配,因而顯著促進(jìn)了地上部生長和玉米產(chǎn)量。(4)建立了土壤深松面積與玉米深層根系分布之間的關(guān)系。田間驗(yàn)證結(jié)果表明優(yōu)化土壤耕作(深松)結(jié)合局部施用硫酸銨加磷可以實(shí)現(xiàn)作物產(chǎn)量、氮肥效率和耕作成本的協(xié)同提高,并且與土壤壓實(shí)處理相比,產(chǎn)量顯著提高10.7-19.5%。(5)通過研究和優(yōu)化農(nóng)業(yè)機(jī)械及其配套技術(shù),不斷完善了播種施肥一體化與機(jī)械化追肥技術(shù)。研究表明通過農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合與土地規(guī)�；�(jīng)營,可以實(shí)現(xiàn)集約化玉米產(chǎn)量和氮肥效率的協(xié)同提高,與農(nóng)民習(xí)慣施肥相比,產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力分別提高10-20%和15-25%。既提高了工作效率,又節(jié)約了勞動力成本。根系與土壤養(yǎng)分、水分的時(shí)空匹配是作物高效獲取土壤資源的關(guān)鍵,也是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的核心。本論文系統(tǒng)研究了根系對土壤機(jī)械阻力和異質(zhì)性養(yǎng)分的響應(yīng),揭示了土壤壓實(shí)限制根系和地上部生長的機(jī)制以及深層根系對玉米產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。利用局部深松結(jié)合局部施肥調(diào)控根系在土壤剖面的分布,發(fā)現(xiàn)深層根系和淺層根系的協(xié)同明顯促進(jìn)了根系與土壤養(yǎng)分、水分的時(shí)空匹配,進(jìn)而提高了氮肥效率和玉米產(chǎn)量。通過農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合與區(qū)域大面積示范驗(yàn)證,證明了集約化玉米體系根層機(jī)械化調(diào)控及農(nóng)機(jī)農(nóng)藝結(jié)合在解決我國農(nóng)業(yè)勞動力短缺和實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效的可持續(xù)農(nóng)業(yè)方面的潛力與效果。
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【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：S513
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本文編號：2370341