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水氮管理下夏玉米农田氮素迁移转化思考

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  • 用途: 硕士毕业论文 Master Thesis
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  • 日期:2022-06-24
  • 来源:上海论文网

农学论文哪里有?本论文在研究水氮管理下夏玉米农田氮素迁移转化规律时,通过 2019、2020 两年夏玉米种植试验,设置了灌溉量和施氮量两因素,分析了夏玉米农田中的土壤和淋溶液中氮素含量、农田氨挥发作用、表层土壤无机氮与氨挥发作用相关性、产量指标、氮肥利用指标和夏玉米各器官氮素来源以及氮肥去向。

第一章 绪论

1.2.3 氮素迁移转化进展

1.2.3.1 农田系统氮素输入

氮素输入项包括施肥带入的氮素、大气沉降带入的氮素、降雨灌溉带入的氮素等,其中施肥带入的氮素是氮素输入总量的主要组成部分[39]。赵荣芳等[40]对华北地区冬小麦-夏玉米轮作体系中农田氮素平衡状况进行了分析,研究表明,化学氮肥、农家肥、降雨、灌溉、非生物固氮和种子带入农田的氮分别为 545、68、21、15、15 和 5kg/(hm2∙a),氮素年输入总量为669 kg/(hm2∙a),分别占 81.46%、10.16%、3.14%、2.24%、2.24%和 0.75%;张玉铭等[41]研究了华北平原冬小麦-夏玉米轮作制度下氮素平衡,研究结果表明,施肥带入的氮素、灌溉带入的氮素和降雨带入的氮素分别占氮素总输入量的 76.45%、3.1%和 0.5%。通过对前人对化肥施入土壤与农田氮素输入项占比分析可知,合理控制施加化肥对于减少氮素不必要损失具有重要意义。

1.2.3.2 农田系统氮素输出

氮素输出项主要有三条途径:一是被作物吸收利用,二是以气态、淋失和径流等各种损失,三是残留在土壤中以不同形式存在[42],作物的氮素吸收量是相对固定的,冬小麦在9t/hm2的产量水平下,氮素吸收量在 240kg 左右[39],夏玉米在适水条件下吸氮量波动范围为151.5-234.3kg/hm2[43],因此,增加农田施氮量超过作物吸氮量临界点后,不仅不能增加产量,而且会造成氮素淋溶风险。

第三章 水氮管理下夏玉米农田氮素分布淋失特征分析

3.1 土壤含水率变化特征

3.1.1 2019 年土壤含水率变化

在 2019 年夏玉米生育期内测定含水率 8 次,按照不同水氮管理方案,将 8次 0-60cm 土层的土壤含水率变化绘制如图 3.1。

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如图 3.1 所示,三层深度下土壤含水率变化趋势一致,随夏玉米生长,含水率逐渐降低。以 20-40cm 深度含水率为例,I2 灌水量较 I1 灌水量下土壤含水率变化显著;I1 灌水量条件下,处理 QI1N1、QI1N2、QI1N3 之间基本无差异,I2灌水量条件下,处理 QI2N1、QI2N2、QI2N3之间符合随施氮量增加土壤含水率减小的趋势;在拔节期灌水条件下,水氮对夏玉米相互促进,增加施氮量可提高夏玉米对水分的吸收利用。

在主要生育节点(拔节期、抽雄期和成熟期)以及种植夏玉米之前的背景值测定土壤 0-100cm 不同深度 NO- 3-N 的分布情况。通过分析不同生育节点的同一水氮处理下 NO- 3-N 分布特征和同一生育节点时期的不同水氮处理下的 NO- 3-N分布特征,探究水氮管理在夏玉米生育期内对 NO- 3-N 分布起到的影响作用。

第五章 水氮管理对夏玉米产量和氮素利用的影响

5.1 水氮管理下的夏玉米产量及构成要素

产量是反映作物经济价值的重要指标,本章中通过测定前后两季夏玉米的穗长、穗行数、穗粒数、百粒重等指标,分析水氮管理对产量及构成因素的影响作用,见表 5.1。

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从表 5.1 中可以发现,前后两年水氮管理下夏玉米穗长、穗行数、穗粒数、百粒重四项产量及构成因素增产效果基本保持一致,产量水平与百粒重相关性最高,穗行数与灌溉量、施氮量相关性不显著,穗长和穗粒数与灌溉量相关性较为显著,百粒重和产量与灌溉量、施氮量相关性均较为显著[72-74]。

5.2 氮肥利用特征指标分析

通过 2019、2020 两年夏玉米种植试验,测定了成熟期各器官的干物质量和总氮含量,经过计算得到了两年的氮肥偏生产力、氮肥农学利用效率、氮素利用率和氮素收获指数,如表 5.2 所示。

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5.2.1 氮肥偏生产力

对比前后两年不同水氮管理下氮肥偏生产力可知;(1)灌溉量相同条件下,氮肥偏生产力随施氮量的增加而降低,2019 年处理 QI2N1 下氮肥偏生产力最高,为 57.35kg/kg;2020 年处理 HI2N1 下氮肥偏生产力最高,为 60.24kg/kg。(2)施氮量相同条件下,增加灌溉量可显著提高氮肥偏生产力,2019 年施氮量为145kg/hm2时,121.5mm 灌溉量下较 67.5mm 灌溉量下氮肥偏生产力提高了29.96%;施氮量为 195kg/hm2时,氮肥偏生产力提高了 39.61%;施氮量为245kg/hm2时,氮肥偏生产力提高了 31.14%。2020 年施氮量为 150kg/hm2时,121.5mm 灌溉量下较 67.5mm 灌溉量下氮肥偏生产力提高了 19.38%;施氮量为200kg/hm2时,氮肥偏生产力提高了 5.18%。(3)对比前后两年氮肥偏生产力可知,灌溉量 121.5mm、施氮量 150kg/hm2时,氮肥偏生产力最高,在合理水氮管理条件下,相同氮素可创造较高偏生产力。

第六章 结论与展望

6.1 结论

本论文在研究水氮管理下夏玉米农田氮素迁移转化规律时,通过 2019、2020 两年夏玉米种植试验,设置了灌溉量和施氮量两因素,分析了夏玉米农田中的土壤和淋溶液中氮素含量、农田氨挥发作用、表层土壤无机氮与氨挥发作用相关性、产量指标、氮肥利用指标和夏玉米各器官氮素来源以及氮肥去向。通过氮肥进入农田生态系统后迁移转化分析,探究了土壤氮素分布、夏玉米各器官吸收利用、氨挥发气态损失、液态淋溶损失等路径中氮素含量,结合夏玉米产量分析,筛选出一套保证夏玉米产量基础上有效控制氮素损失、提高氮素利用率的水氮管理方案,具体结论如下:

(1)两年夏玉米农田土壤氮素分布规律基本一致,两种灌溉水平下,土壤中 NO- 3-N、NH+ 4-N含量均随施氮量的增加而增加;I2灌溉水平下各处理土壤 NH+ 4-N 含量变化较 I1 灌溉水平下明显,在拔节期灌水作用下,土壤 NH+ 4-N 向下迁移,累积作用增强,减少了土壤 NH+ 4-N 存留表层土壤,处理 HI2N2 相比处理HI1N2 氨挥发损失降低 20.17%。夏玉米生育期内淋滤液中 NH+ 4-N 浓度变化趋势与淋滤液中 NO- 3-N 浓度变化趋势基本一致;土壤无机氮素损失主要以 NO- 3-N 为主,淋滤液中 NH+ 4-N 浓度变化较淋滤液中 NO- 3-N 浓度变化有迟滞现象。

(2)利用间歇式密闭容器抽气法,相同灌水量条件下,夏玉米种植苗期优化施氮量可显著减少土壤氨挥发损失,处理 HI1N1 相比处理 HI1N2 氨挥发损失降低 36.04%;提高灌水量可以在较大程度上加速氨挥发进程、缩短氨挥发作用时间,减少氨挥发损失。通过 Pearson 相关性分析可得,增施氮素更为显著影响土壤氨挥发通量与表层土壤 pH 之间的相关性,氨挥发通量动态变化特征与表层土壤 NH+ 4-N 浓度变化趋势基本一致。

参考文献(略)

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