【摘要】：為使蔬菜生長(zhǎng)迅速、產(chǎn)量最大化,投入過(guò)量氮肥的現(xiàn)象非常普遍,使得菜地土壤環(huán)境不斷惡化,同時(shí)對(duì)設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。近年來(lái),隨著人民生活水平的提高,甜椒因其高營(yíng)養(yǎng)價(jià)值而深受人們喜愛(ài),在設(shè)施蔬菜中占重要地位。甜椒對(duì)水分和氮素營(yíng)養(yǎng)成分的要求較為嚴(yán)格,但農(nóng)民仍然憑經(jīng)驗(yàn)灌水施氮,因此優(yōu)化水氮管理,提高產(chǎn)量和水肥利用效率,是甜椒規(guī)�；a(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。在缺水的西北地區(qū),優(yōu)化水氮管理,充分發(fā)揮水氮激勵(lì)機(jī)制和協(xié)同效應(yīng),對(duì)提高甜椒經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、水氮利用效率、果實(shí)品質(zhì),以及保護(hù)水土環(huán)境有十分重要的意義。本文以美國(guó)甜椒品種“馬可力”(Capsicum annuum L.var.grossumMarcomi F1)為試驗(yàn)材料,于2014和2015年4-7月在西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了甜椒栽培試驗(yàn)。在日光溫室環(huán)境下,根據(jù)溫室內(nèi)的氣象資料,采用FAO推薦的Penman-Monteith修正公式確定灌水量,設(shè)置4個(gè)灌溉水平(105%ET0:W1、90%ET0:W2、75%ET0:W3、60%ET0:W4),其中ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量;依據(jù)當(dāng)?shù)赝扑]施氮量300 kg/ha,設(shè)置4個(gè)施氮水平:100%(300 kg/ha:N1)、75%(225 kg/ha:N2)、50%(150 kg/ha:N3)和25%(75kg/ha:N4)。通過(guò)分析滴灌施肥條件下不同水氮供應(yīng)對(duì)甜椒生長(zhǎng)、生理、產(chǎn)量及構(gòu)成要素、水分利用效率、氮肥偏生產(chǎn)力、植株氮累積量、土壤殘留氮累積量和土壤水分的影響,研究西北地區(qū)溫室環(huán)境下不同水氮供應(yīng)下甜椒生長(zhǎng)特性、干物質(zhì)積累、水氮消耗機(jī)制,以及土壤水分和硝態(tài)氮運(yùn)移規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,使用HYDRUS-3D軟件模擬和驗(yàn)證了甜椒根系吸水和土壤水分運(yùn)移,探討了植株根區(qū)土壤水分運(yùn)動(dòng)特性;建立和驗(yàn)證了西北地區(qū)不同水分條件下溫室甜椒的臨界氮濃度稀釋曲線模型,基于模型探討了植株生物量對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng),并結(jié)合氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)模型和氮素吸收模型對(duì)甜椒進(jìn)行了氮素營(yíng)養(yǎng)診斷。具體結(jié)果如下:(1)一定范圍內(nèi)提高施氮水平可促進(jìn)溫室甜椒植株生長(zhǎng)發(fā)育,施氮過(guò)量易造成氮素營(yíng)養(yǎng)供過(guò)于求,改變根區(qū)土壤微環(huán)境,不利于植株吸收利用。本試驗(yàn)條件下,W2、W3灌溉水平和N2、N3施氮水平組合,可供給植株一定的水分脅迫鍛煉和適宜的養(yǎng)分條件,能較好維持甜椒的“源—庫(kù)”關(guān)系,植株葉片葉綠素含量較高,能較好的維持葉片功能,促進(jìn)葉面積指數(shù)和生物量增長(zhǎng),從而使單株果數(shù)、單果重和單株產(chǎn)量增加,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量得以提高。施肥處理對(duì)植株各器官干物質(zhì)累積量的影響大于灌溉處理,收獲期各器官干物質(zhì)累積分配比例由大到小依次為:果實(shí)莖葉根。低水低肥條件下,作物根系的“覓食性”表現(xiàn)更為明顯。2 a平均情況下,與W1灌溉水平相比較,W2和W3灌溉水平的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別提高了9.16%和2.06%,W4灌溉水平的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量則降低了28.04%;與N1氮素水平相比較,N2和N3氮素水平的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量提高了33.99%和30.39%,N4氮素水平下降低了2.21%。在西北地區(qū)設(shè)施栽培模式下,w2灌溉水平(90%et0)和n2施n水平(225kg/ha)下甜椒平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高,為35.41t/ha;w3灌溉水平(75%et0)和n2施n水平(225kg/ha)下,平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量第二,為33.11t/ha;w3灌溉水平(75%et0),n3施n水平(150kg/ha)下,平均經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量第三,為31.79t/ha。(2)不同灌溉和施n水平對(duì)溫室甜椒全生育期土壤剖面硝態(tài)氮累積量影響顯著。全生育期土壤剖面硝態(tài)氮的累積量既受植株吸收利用的影響,又受灌水和施氮的影響。植株苗期根系較淺,吸收利用水分和養(yǎng)分能力較小,增加施氮量,尤其在灌水量充分條件下,易促使硝態(tài)氮向深層土壤滲漏,污染土壤環(huán)境。在本試驗(yàn)條件下,w2、w3灌溉水平和n2、n3施n水平組合下,甜椒植株消耗水分較多,耗水量較大,生長(zhǎng)發(fā)育較快,生物量累積較快,為高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。2a平均情況下,w3n3處理的水分利用效率最高,為17.84kg/m3,w2n3處理次之,為17.26kg/m3,w3n2處理第三,為16.57kg/m3。開(kāi)花坐果期是營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)并進(jìn)期,植株根系較發(fā)達(dá),水分和養(yǎng)分吸收能力加大,水肥需求較大,不同深度的土壤硝態(tài)氮含量差異較苗期減小。在果實(shí)轉(zhuǎn)色期,甜椒營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)減弱,水分對(duì)果實(shí)著色的影響大于養(yǎng)分,果實(shí)進(jìn)入生理成熟期。收獲期植株對(duì)水分和養(yǎng)分的需求減弱,施氮量顯著影響土壤硝態(tài)氮的總累積量,灌水則影響顯著硝態(tài)氮的剖面分布。相同灌溉條件下,隨著施n水平的提高,氮利用效率、氮吸收效率和氮肥偏生產(chǎn)力均呈增大趨勢(shì)。(3)植株各器官氮累積量表現(xiàn)為果實(shí)葉莖根。適宜的水氮供應(yīng)(w2、w3灌溉水平和n2、n3施n水平)促使植株各器官氮吸收累積量增加較快,從而促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育和果實(shí)發(fā)育,在產(chǎn)量無(wú)明顯下降時(shí)顯著提高果實(shí)品質(zhì)�；谥鞒煞址治龇ňC合評(píng)價(jià)甜椒果實(shí)品質(zhì),結(jié)果表明,n3水平下各處理的果實(shí)品質(zhì)最優(yōu),w3n3處理排名第一,w4n4處理下植株因受嚴(yán)重的水分脅迫和養(yǎng)分脅迫而使果實(shí)品質(zhì)較劣,排名在最后。(4)灌溉和施n水平顯著影響甜椒根系的生長(zhǎng)和分布,滴灌施肥條件下隨著灌溉水平和施氮水平的降低,甜椒根尖數(shù)和分叉數(shù)明顯增加,根表面積減少。隨著灌水量的減少,淺層土壤(0 40cm土層)內(nèi)根長(zhǎng)所占比例減小,深層土壤(40 80cm土層)內(nèi)根長(zhǎng)所占比例增加,根尖數(shù)和分叉數(shù)明顯增加。在逆境(水分和養(yǎng)分脅迫條件下)生長(zhǎng)中,植株根系自我調(diào)節(jié)功能加速了根系向深層土壤的生長(zhǎng),根尖數(shù)和分叉數(shù)增加。(5)本研究通過(guò)溫室小區(qū)試驗(yàn),基于hydrus-3d軟件模擬和驗(yàn)證了滴灌施肥條件下甜椒果實(shí)膨大期根系吸水和土壤水分運(yùn)移數(shù)值模擬。結(jié)果表明,hydrus-3d模擬根系吸水和土壤水分運(yùn)移效果較好,果實(shí)膨大期不同深度土壤含水率實(shí)測(cè)值均勻分布在模擬曲線兩側(cè)。t檢驗(yàn)結(jié)果表明土壤含水率模擬值和實(shí)測(cè)值無(wú)顯著差異,模型精度較好。(6)依據(jù)2a溫室小區(qū)試驗(yàn)資料,構(gòu)建和驗(yàn)證了西北地區(qū)不同水分條件下日光溫室甜椒的臨界氮濃度稀釋曲線經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ�。分析結(jié)果表明,提高灌溉水平,植株的氮素吸收量、地上部生物量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和水分利用效率呈先增加后減小的趨勢(shì)。基于氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)模型與氮素吸收模型的氮素營(yíng)養(yǎng)診斷結(jié)果一致:各灌溉水平下最佳施n量均介于150~225 kg/ha之間,且更接近225 kg/ha。氮素營(yíng)養(yǎng)對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和水分利用效率的效應(yīng)分析結(jié)果表明,W3灌溉水平(75%ET0)和W2灌溉水平(90%ET0)較有利于甜椒的植株對(duì)氮素營(yíng)養(yǎng)的吸收利用,地上部生物量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和WUE較高�；诮�(jīng)濟(jì)產(chǎn)量考慮,75%ET0和90%ET0灌溉水平下適宜施氮量分別為192.69和194.00 kg/ha,對(duì)應(yīng)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別為34.14和35.33 t/ha;基于WUE考慮,75%ET0和90%ET0灌溉水平下適宜施氮量分別為191.13和191.83 kg/ha,對(duì)應(yīng)WUE分別為17.07和15.30 kg/m3。在適宜施氮量無(wú)顯著差異的情況下,W3灌溉水平(75%ET0)時(shí)可獲得僅低W2灌溉水平(90%ET0)約3%的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量,但可提高約11%的水分利用效率�？紤]到研究區(qū)水資源比較短缺,灌水量為75%ET0施氮量為190 kg/ha左右為最佳滴灌策略。(7)基于理想點(diǎn)法綜合評(píng)價(jià)水氮耦合效應(yīng),分析結(jié)果表明,N2施氮處理較有利于促進(jìn)多目標(biāo)綜合水平,N4施氮處理則較不利于各目標(biāo)達(dá)到綜合最優(yōu),所有處理中W3N2處理最優(yōu),W2N2處理次之�；谧钚《朔ㄔ�,運(yùn)用采用Mathematica 9.0分析綜合效益,得出2014和2015年甜椒經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、WUE和Vc含量三個(gè)指標(biāo)同時(shí)達(dá)到≥85%最大值的灌水區(qū)間分別為195.9~212.9(即為78.2~85.0%ET0)和190.5~167.8(即為71.3~80.8%)mm,施氮區(qū)間分別為160.7~185.1和164.5~189.5 kg/ha。綜合不同年型,本試驗(yàn)條件下,甜椒經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、WUE和Vc含量三個(gè)指標(biāo)同時(shí)達(dá)到≥85%最大值的灌水施氮區(qū)間為78.2~80.8%ET0和164.5~185.1 kg/ha。該區(qū)域范圍的確定可為溫室甜椒高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的水氮管理提供科學(xué)依據(jù)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S626;S641.3

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本文編號(hào)：2449261