【摘要】：隨著人口增加和發(fā)展中國家人民生活水平的提高,未來對糧食的需求不斷增加,預(yù)計到2050年糧食需求要增加一倍,但是從1980s開始很多地區(qū)的糧食增加速度開始放緩,在有些地區(qū)甚至出現(xiàn)徘徊不前的情況。與此同時,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料農(nóng)藥等各種資源投入量不斷提高,導(dǎo)致資源利用效率低,難以同時實現(xiàn)作物高產(chǎn)和資源高效利用。因此,在進一步提高作物產(chǎn)量的同時提高資源利用效率是保障國家糧食安全和資源環(huán)境安全的迫切需要。本文通過大樣本數(shù)據(jù)總結(jié),明確了高產(chǎn)夏玉米的地上部生物量累積和氮素吸收動態(tài)變化規(guī)律,并且利用多年長期定位試驗探明了高產(chǎn)夏玉米根層氮素供應(yīng)調(diào)控地上部植株氮營養(yǎng)和葉面積指數(shù)與葉片SPAD的生理機制,從理論上構(gòu)建了華北平原高產(chǎn)高效夏玉米生產(chǎn)體系。然后從品種選擇和密度調(diào)控與氮肥管理互作等方面進一步對該體系進行田間試驗驗證和反饋調(diào)節(jié)。最后應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,從產(chǎn)量、資源利用效率、環(huán)境影響評價和農(nóng)民收入等方面對華北平原各農(nóng)業(yè)生產(chǎn)體系進行綜合評價。取得的主要成果如下： 1.通過對華北平原8個地區(qū)9個試驗點512組數(shù)據(jù)分析研究發(fā)現(xiàn),隨著夏玉米產(chǎn)量水平的提高,生物量累積和氮素吸收量是不斷提高的,這一差異出現(xiàn)在花后灌漿期。隨著產(chǎn)量水平從8Mg ha-1提高到8-10Mg ha-1和10Mg ha-1,花后干物質(zhì)累積分別從5.8Mg ha-1增加到9.2Mg ha-1和11.4Mg ha-1,氮素吸收量從20.1Kg ha-1增加到34.7Kg ha-1和53.1Kg ha-1。從吐絲期到收獲期,10Mgha-1夏玉米能夠維持葉面積指數(shù)高值持續(xù)期到花后42天,而8Mg ha-1和8-10Mg ha-1僅僅維持到花后14天和28天。 2.通過7年長期定位試驗,建立了夏玉米關(guān)鍵生育階段六葉期和抽雄吐絲期地上部群體生物量累積與葉面積指數(shù)、葉片SPAD、植株氮濃度和根層土壤無機氮之間的關(guān)系模型,理解根層氮素供應(yīng)如何調(diào)控地上部氮素營養(yǎng)和群體結(jié)構(gòu)與功能。并且在實際田間試驗中驗證發(fā)現(xiàn),在基于上述理論研究基礎(chǔ)上制定的根層氮素實時監(jiān)控技術(shù)的優(yōu)化氮肥管理下,與農(nóng)民傳統(tǒng)處理相比,氮肥施用量從250kg ha-1下降到166kg ha-1，但是產(chǎn)量從9.88Mg ha-1提高到10.27Mg ha-1,氮肥偏生產(chǎn)力從39.5kg kg-11提高到62.0kg kg-1。 3.通過3個不同年代夏玉米品種掖單13、鄭單958和先玉335與不同氮肥管理互作的研究發(fā)現(xiàn),在優(yōu)化氮肥管理下,鄭單958和先玉335實現(xiàn)最大產(chǎn)量8.90Mg ha-1,顯著高于掖單13的6.10Mgha-1。這主要是因為鄭單958和先玉335花后葉片持綠性更強,干物質(zhì)生產(chǎn)和氮素吸收能力更強。而且,先玉335花后莖葉氮素轉(zhuǎn)移量為82.7kg ha-1,顯著高于鄭單958的70.3kg ha-1,轉(zhuǎn)移效率提高17.6%,從而實現(xiàn)高的籽粒氮濃度。另外,在優(yōu)化氮肥管理下三個品種均能夠?qū)崿F(xiàn)最大產(chǎn)量,同時可以實現(xiàn)最大籽粒氮濃度的95%。 4.通過三個種植密度6.0、7.5和9.0萬株／公頃與不同氮肥管理互作試驗,在7.5萬株／公頃下獲得最大產(chǎn)量和最大氮肥利用效率。隨著密度的增加,6.0、7.5和9.0萬株／公頃的最大產(chǎn)量分別為11.5、12.5和11.8Mg ha-1,獲得最大產(chǎn)量所需要的施氮量分別為131、150和186kg ha-1。這主要是由于從6.0萬株／公頃到7.5萬株／公頃,在增加葉面積指數(shù)的同時單位葉片的光合速率沒有顯著下降,但是從7.5萬株／公頃增加到9.0萬株／公頃,雖然葉面積指數(shù)進一步提高,但是單位葉片的光合生產(chǎn)能力顯著下降,導(dǎo)致群體干物質(zhì)生產(chǎn)能力下降。 5.通過華北平原不同作物綜合生產(chǎn)體系的研究發(fā)現(xiàn),在冬小麥／夏玉米一年兩熟種植體系下,與傳統(tǒng)農(nóng)民習(xí)慣處理相比,經(jīng)過優(yōu)化農(nóng)學(xué)栽培管理和根層養(yǎng)分管理的優(yōu)化體系在產(chǎn)量上能夠提高15.6%,同時減少33.7%的氮肥用量,11.7%的灌溉水消耗和16.7%的溫室氣體排放強度,從而使氮肥偏生產(chǎn)力和水分利用效率分別提高76.0%和20.9%。但是優(yōu)化冬小麥／夏玉米一年兩熟體系每年仍然消耗232mm的地下水,無法實現(xiàn)地下水的長期可持續(xù)利用。減少冬小麥種植的冬小麥／夏玉米-春玉米兩年三熟種植體系能夠在保持相對比較高的產(chǎn)量的同時顯著降低地下水的消耗,減少氮肥等資源投入,降低活性氮等溫室氣體排放,同時實現(xiàn)整個農(nóng)田系統(tǒng)凈的碳固定。一年一熟春玉米處理具有最小的地下水消耗量和肥料投入量,但是產(chǎn)量也最低,未來無法保證糧食安全的需要。
【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】：2015
【分類號】：S513
【圖文】：

圖2-1不同氮肥處理下生物量和氮素累積動態(tài)Figure 2-1 Accumulation of biomass (A) and nitrogen (B) by maize through the growing season as affected by fourlevels of N application: N^CK (n~73), N<OPT (n=77)，N=OPT (n=176), and N>OPT (n=186). V6，VT, and R6refer to the six-leaf stage, flowering stage, and maturity stage, respectively

圖2-2優(yōu)化施氮處理下不同產(chǎn)量水平夏玉米生物量和l#素累積動態(tài)Figure 2-2 Accumulation of biomass (A) and nitrogen (B) by maize through the growing season in N=OPT plots asa function of grain yield (<8 Mg ha"', n=45; 8-10 Mg ha'', n=52; and >10 Mg ha'', n=79). V6，VT, and R6 refer tothe six-ieaf stage, flowering stage, and maturity stage，respectively

高產(chǎn)夏玉米各關(guān)鍵生肓階段地下根層氮素供應(yīng)、地上植株氮營養(yǎng)、地上葉面積指數(shù)、地上群體生物量累積和氮素吸收的理論模型

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2787053