發(fā)布時(shí)間：2017-10-03 12:03

  本文關(guān)鍵詞：密植提高玉米間作豌豆氮肥利用率的碳氮協(xié)同機(jī)理

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【摘要】：禾豆間作具有特殊的氮素利用特征,能夠提高單位面積產(chǎn)量和資源利用效率,對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。然而,氮肥利用率低是以施用氮肥追求高產(chǎn)的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中出現(xiàn)的普遍問題,也是禾豆間作規(guī)�；瘧�(yīng)用的主要瓶頸,如何提高氮肥利用率是禾豆間作生產(chǎn)實(shí)踐中亟待解決的重要問題。農(nóng)田植株和土壤中的碳氮協(xié)同變化很大程度上決定著作物生長和氮素利用狀況,而碳氮比作為衡量碳氮協(xié)同的重要指標(biāo),常常用來判斷植物生長過程中對(duì)養(yǎng)分的利用情況和土壤養(yǎng)分水平的高低。在間作模式中,以種植密度為調(diào)控手段對(duì)植株和土壤中碳氮協(xié)同變化及其對(duì)復(fù)合群體產(chǎn)量和氮肥利用的耦合效應(yīng)尚不明晰,探明這一機(jī)理對(duì)通過優(yōu)化禾豆間作農(nóng)田管理措施提高氮肥利用率具有重要指導(dǎo)意義。本試驗(yàn)在地方習(xí)慣施氮水平下,以玉米種植密度為調(diào)控手段,對(duì)玉米間作豌豆體系中植株和土壤碳氮協(xié)同變化規(guī)律,及其對(duì)復(fù)合群體產(chǎn)量及氮肥利用的耦合效應(yīng)進(jìn)行了研究,以期為通過密度調(diào)控提高禾豆間作提高氮素利用效率提供理論和實(shí)踐依據(jù)。得出的主要結(jié)論如下:1、間作玉米、豌豆較相應(yīng)單作具有碳、氮累積優(yōu)勢,玉米密植可以提高間作群體的碳氮累積總量、影響作物莖葉中的碳、氮運(yùn)轉(zhuǎn)及碳氮比。玉米間作豌豆碳當(dāng)量比達(dá)到1.09-1.22;間作群體在高密度處理中,玉米種植密度為60,000株/hm2時(shí),獲得最大碳累積量,達(dá)到8244.8-8895.9 kg/hm2;間作玉米和間作豌豆葉片碳運(yùn)轉(zhuǎn)量和運(yùn)轉(zhuǎn)率均隨玉米種植密度的增大而提高。玉米間作豌豆氮素累積總量分別較單作玉米和單作豌豆高4.7-28.5%和11.1-59.5%,其氮素當(dāng)量比為1.08-1.35;玉米間作豌豆在中、高密度處理(玉米種植密度為52,500株/hm2和60,000株/hm2)中獲得最高氮素累積量,分別為290.7-312.0kg/hm2和313.5-317.2 kg/hm2,較低密度處理分別高1.1-11.9%和1.7-20.1%;間作較單作促進(jìn)了玉米莖鞘、葉片營養(yǎng)器官中累積的氮素向外部的轉(zhuǎn)移,同時(shí)玉米種植密度的增大提高了間作玉米莖鞘、葉片的氮素運(yùn)轉(zhuǎn)量和運(yùn)轉(zhuǎn)率。間作作物群體碳氮比較單作玉米低了19.0-29.1%,較單作豌豆高了25.7-65.2%,間作群體的碳氮比隨玉米種植密度的增大而提高;就間作組成作物而言,整個(gè)生育期玉米和豌豆植株總體碳氮比在各處理中差異不顯著,但是間作相對(duì)于單作提高了玉米和豌豆莖、葉中的碳氮比,而玉米種植密度的增大降低了成熟期間作玉米和間作豌豆莖、葉中的碳氮比。2、間作和不同玉米密度對(duì)土壤有機(jī)碳和全氮含量影響不顯著,但玉米間作豌豆較單作玉米提高了土壤硝、氨形態(tài)氮素水平,降低了土壤硝氨比和有機(jī)碳與硝氨形態(tài)氮素的比值;增大玉米種植密度促進(jìn)了復(fù)合群體對(duì)土壤硝、氨形態(tài)氮素的吸收,提高了土壤有機(jī)碳與硝、氨形態(tài)氮素的比值。間作土壤硝態(tài)氮和氨態(tài)氮含量在0-20cm土層中分別較單作玉米高16.5-40.6%和13.8-86.2%,在20-40cm土層中分別高17.4-39.7%和33.5-86.5%;隨玉米種植密度的增大,玉米收獲時(shí)土壤硝態(tài)氮和氨態(tài)氮含量均有降低趨勢。豌豆收獲前間作玉米帶土壤硝態(tài)氮含量高于豌豆帶,豌豆收獲時(shí)豌豆帶與玉米帶硝態(tài)氮比值為0.83-0.96,豌豆收獲后豌豆帶硝態(tài)氮含量逐漸高于玉米帶,至玉米收獲時(shí)豌豆帶與玉米帶硝態(tài)氮比值為1.10-1.31,并且隨著玉米種植密度的增大豌豆帶與玉米帶硝態(tài)氮比值在增大,而整個(gè)生育期間作豌豆帶土壤氨態(tài)氮含量均高于間作玉米帶,豌豆帶與玉米帶不同時(shí)期土壤硝態(tài)氮和氨態(tài)氮含量差異提供了種間氮素互補(bǔ)利用的養(yǎng)分基礎(chǔ)。豌豆的加入降低了間作土壤硝氨比,豌豆收獲時(shí)間作土壤硝氨比較相對(duì)應(yīng)單作玉米在0-20cm和20-40cm土層中分別低18.9-24.4%和23.4-27.0%,玉米收獲時(shí)分別低14.1-23.0%和16.5-26.0%。3、玉米間作豌豆種植模式較組分作物單作具有顯著的產(chǎn)量和氮素利用優(yōu)勢,玉米種植密度的增大提高和促進(jìn)了間作復(fù)合群體產(chǎn)量和氮素利用。玉米間作豌豆基于籽粒產(chǎn)量的土地當(dāng)量比(LER)均大于1,以高密度處理玉米間作豌豆最高,其LER趨于1.27-1.30之間;間作玉米產(chǎn)量占間作總產(chǎn)量的75.4-86.1%,是間作籽粒總產(chǎn)量的主要貢獻(xiàn)者;玉米種植密度的增大提高了間作總產(chǎn)量和間作玉米籽粒產(chǎn)量,而降低了間作豌豆籽粒產(chǎn)量。玉米間作豌豆氮肥利用率較單作玉米提高了14.7-55.5%,增大玉米種植密度能進(jìn)一步提高玉米間作豌豆氮肥利用率。4、玉米和豌豆莖、葉碳氮比可用于衡量碳氮協(xié)同變化及其對(duì)間作玉米和豌豆產(chǎn)量形成的耦合效應(yīng),同時(shí)玉米間作豌豆作物群體籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率與0-20cm土壤有機(jī)碳與硝、氨形態(tài)氮素的比值關(guān)系緊密。開花期適宜的莖鞘、葉片碳氮比有利于獲得較高的間作玉米籽粒產(chǎn)量,而成熟期較低的莖鞘、葉片碳氮比有利于間作玉米籽粒產(chǎn)量的形成和獲得較高的氮素收獲指數(shù);開花期適宜的莖鞘、葉片碳氮比和成熟期較低的莖鞘、葉片碳氮比有利于間作玉米籽粒產(chǎn)量的形成和獲得較高的氮素收獲指數(shù);開花期間作豌豆較低的莖、葉碳氮比、成熟期較高的莖部碳氮比和適宜的葉片碳氮比往往能獲得較高的豌豆籽粒產(chǎn)量和氮素收獲指數(shù)。豌豆開花期、玉米拔節(jié)期/豌豆鼓粒期較高的土壤有機(jī)碳與硝、氨形態(tài)氮素的比值是由作物群體對(duì)土壤氮素較大的吸收強(qiáng)度引起的,復(fù)合群體因此可獲得較高的籽粒產(chǎn)量和氮肥利用率;豌豆收獲時(shí),間作玉米即將進(jìn)入快速生長階段和抽雄吐絲期,該時(shí)期適宜的土壤有機(jī)碳與硝、氨態(tài)氮的比值為間作對(duì)玉米的補(bǔ)償效應(yīng)和玉米后期產(chǎn)量的形成營造了良好的環(huán)境,最終獲得較高的氮肥利用率;作物生長階段對(duì)土壤硝、氨形態(tài)氮素的充分吸收提高了成熟期土壤有機(jī)碳與硝氨形態(tài)氮素的比值,所以成熟期較高的土壤碳氮比往往伴隨著較高的間作產(chǎn)量和氮肥利用率。
【關(guān)鍵詞】：禾豆間作 氮肥利用率 碳氮比 種植密度
【學(xué)位授予單位】：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：S513;S643.3
【目錄】：

• 摘要2-4
• SUMMARY4-10
• 前言10-12
• 第一章 禾豆間作高效氮素利用機(jī)理研究進(jìn)展綜述12-19
• 1.1 禾豆間作產(chǎn)量和氮素利用優(yōu)勢12-13
• 1.2 禾豆間作氮素高效利用的可能機(jī)理13-14
• 1.2.1 共生固氮和氮素轉(zhuǎn)移是禾豆間作氮素利用優(yōu)勢的基礎(chǔ)13
• 1.2.2 種間競爭互補(bǔ)作用促進(jìn)了復(fù)合群體的氮素利用13-14
• 1.2.3 特殊的地上部時(shí)空結(jié)構(gòu)有利于提高資源利用效率14
• 1.3 陸地生態(tài)系統(tǒng)中碳、氮與植物生長的關(guān)系14-17
• 1.3.1 碳與植物生長的關(guān)系14-15
• 1.3.2 氮素與植物生長的關(guān)系15-16
• 1.3.3 碳、氮耦合與植株氮素有效利用的相關(guān)關(guān)系16-17
• 1.4 禾豆間作高效氮素利用的調(diào)控措施17-19
• 1.4.1 種植密度對(duì)間作群體種間相互作用的影響17
• 1.4.2 養(yǎng)分管理制度對(duì)禾豆間作氮素利用的影響17
• 1.4.3 帶型配置與禾豆間作氮素利用的關(guān)系17-18
• 1.4.4 禾豆間作氮素高效利用的水氮耦合機(jī)制18-19
• 第二章 研究內(nèi)容和方法19-26
• 2.1 研究內(nèi)容19
• 2.2 技術(shù)路線19-20
• 2.3 試區(qū)概況20-21
• 2.4 試驗(yàn)材料與方法21-26
• 2.4.1 試驗(yàn)材料21
• 2.4.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)21-22
• 2.4.3 田間結(jié)構(gòu)22
• 2.4.4 測量指標(biāo)及分析方法22-25
• 2.4.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析25-26
• 第三章 間作和密度處理對(duì)玉米/豌豆植株碳氮累積和分配的影響26-47
• 3.1 間作及密度對(duì)玉米/豌豆植株碳累積分配和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響26-34
• 3.1.1 間作和密度處理對(duì)復(fù)合群體碳累積量的影響26-29
• 3.1.2 作物碳累積的間作優(yōu)勢29-30
• 3.1.3 間作和密度處理對(duì)玉米/豌豆植株碳分配和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響30-34
• 3.2 間作和密度處理對(duì)玉米/豌豆植株氮素累積、分配和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響34-41
• 3.2.1 間作和密度處理對(duì)玉米/豌豆植株氮素累積量的影響34-37
• 3.2.2 玉米間作豌豆的氮素累積優(yōu)勢37
• 3.2.3 間作和密度處理對(duì)玉米/豌豆植株氮素分配和運(yùn)轉(zhuǎn)的影響37-41
• 3.3 間作和密度對(duì)玉米/豌豆植株碳氮比的影響41-45
• 3.3.1 不同處理作物群體碳氮比的表現(xiàn)41-42
• 3.3.2 玉米植株碳氮比對(duì)間作和密度的響應(yīng)42-44
• 3.3.3 豌豆植株碳氮比對(duì)間作和密度的響應(yīng)44-45
• 3.4 小結(jié)45-47
• 第四章 間作和密度處理對(duì)土壤有機(jī)碳和氮素含量的影響47-77
• 4.1 間作和密度處理對(duì)土壤有機(jī)碳含量的影響47-49
• 4.1.1 土壤有機(jī)碳含量在不同處理中的表現(xiàn)47-48
• 4.1.2 玉米帶土壤有機(jī)碳對(duì)間作和密度響應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化48
• 4.1.3 豌豆帶土壤有機(jī)碳對(duì)間作和密度響應(yīng)的動(dòng)態(tài)變化48-49
• 4.2 土壤氮素含量在間作和不同密度處理中的表現(xiàn)49-63
• 4.2.1 土壤全氮含量在不同處理中的表現(xiàn)49-52
• 4.2.2 間作和密度處理對(duì)土壤硝態(tài)氮的影響52-56
• 4.2.3 間作和密度處理對(duì)土壤氨態(tài)氮的影響56-60
• 4.2.4 土壤硝氨比對(duì)間作和密度的響應(yīng)60-63
• 4.3 間作和密度處理對(duì)土壤碳氮比的影響63-75
• 4.3.1 土壤有機(jī)碳和全氮比值對(duì)間作和密度的響應(yīng)63-66
• 4.3.2 土壤有機(jī)碳和硝態(tài)氮比值對(duì)間作和密度的響應(yīng)66-71
• 4.3.3 土壤有機(jī)碳和氨態(tài)氮比值對(duì)間作和密度的響應(yīng)71-75
• 4.4 小結(jié)75-77
• 第五章 不同密度處理玉米間作豌豆的產(chǎn)量表現(xiàn)與氮素利用特性77-88
• 5.1 間作和密度對(duì)玉米和豌豆產(chǎn)量的影響77-82
• 5.1.1 玉米間作豌豆的土地利用優(yōu)勢77
• 5.1.2 間作和密度處理對(duì)作物籽粒產(chǎn)量的影響77-80
• 5.1.3 間作和密度處理對(duì)玉米間作豌豆生物產(chǎn)量的影響80-82
• 5.2 間作和密度處理對(duì)作物氮素利用特性的影響82-86
• 5.2.1 間作和密度處理對(duì)作物氮素收獲指數(shù)的影響82-83
• 5.2.2 間作和密度處理對(duì)作物氮素利用效率的影響83-85
• 5.2.3 間作和密度處理對(duì)作物氮肥利用率的影響85-86
• 5.3 小結(jié)86-88
• 第六章 碳氮變化對(duì)玉米間作豌豆產(chǎn)量和氮素利用特性的耦合效應(yīng)88-100
• 6.1 植株碳氮協(xié)同變化對(duì)玉米間作豌豆產(chǎn)量和氮素利用特性的耦合效應(yīng)88-94
• 6.1.1 植株碳氮協(xié)同變化對(duì)玉米間作豌豆產(chǎn)量的耦合效應(yīng)88-92
• 6.1.2 植株碳氮協(xié)同變化對(duì)玉米/豌豆間作群體氮素利用特性的耦合效應(yīng)92-94
• 6.2 土壤碳氮協(xié)同變化對(duì)玉米間作豌豆產(chǎn)量和氮肥利用率的耦合效應(yīng)94-99
• 6.2.1 土壤碳氮協(xié)同變化對(duì)玉米間作豌豆產(chǎn)量的耦合效應(yīng)94-96
• 6.2.2 土壤碳、氮變化對(duì)玉米間作豌豆氮肥利用率的耦合效應(yīng)96-99
• 6.3 小結(jié)99-100
• 第七章 討論與結(jié)論100-110
• 7.1 討論100-106
• 7.2 結(jié)論106-110
• 參考文獻(xiàn)110-120
• 致謝120-121
• 個(gè)人簡介121-122
• 導(dǎo)師簡介122-123

【共引文獻(xiàn)】

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