玉/豆和玉/薯模式下玉米养分吸收利用特性及氮肥调控机理研究

论文摘要

本研究于2008～2011年在大田试验条件下,以代表性玉米杂交种川单418为材料,在四川两个玉米主产区—川中丘区射洪县和川西山区雅安市对比研究了玉/豆和玉/薯模式中土壤肥力变化规律及玉米养分吸收利用特性、玉米生长和产量差异,两种模式下不同施氮量和氮肥运筹方式对玉米产量、氮素利用特征的影响及其生理机制,主要研究结果如下：1、两种模式下土壤养分变化规律及玉米产量和养分吸收差异经过一年种植后,不同作物带耕层土壤养分含量差异达显著水平,大豆带残留的硝态氮、速效氮、速效钾均显著高于甘薯带,而铵态氮和速效磷甘薯带较大豆带高,两种套作体系中玉米带耕层土壤养分含量差异不显著；第二、三年分带轮作,玉米分别以大豆和甘薯为前茬,由于大豆带和甘薯带土壤养分差异,使玉米氮和钾素吸收积累玉/豆模式显著高于玉/薯模式,磷的吸收积累则相反,不同作物带经玉米轮作后耕层土壤养分含量差异减小,主要表现在玉米对硝态氮、速效氮、磷等养分的均衡吸收上。两种套作模式经过一年种植后,玉/豆模式下玉米产量高于玉/薯模式,但差异未达显著水平；第二、三年分带轮作后,玉/豆模式下玉米产量显著高于玉/薯模式,两年平均分别高出679.5kg/hm2和839.1kg/hm2,增产9.4%和12.6%,穗粒数显著增加是增产的主要原因。2、两种模式下玉米氮肥运筹效应差异两种种植模式不同的施氮量和氮肥运筹处理对玉米的产量影响均达显著水平,且交互效应显著。玉/豆模式下,施氮量雅安试验点以N180处理产量较高,显著高于其它处理,射洪试验点以N180处理最高,但与N270处理差异不显著,玉/薯模式下,以N270处理产量最高。氮肥运筹试验中得出：两种模式中氮肥均以每公顷施纯氮180～270公斤,玉/豆模式中以“30%底肥+20%拔节肥+50%攻苞肥”氮肥运筹方式玉米产量最高,为7710.67kg/hm2,而玉/薯模式以“底肥和穗肥各一半”的氮肥运筹方式玉米产量可达6648.42kg/hm2。玉/豆模式下玉米粗蛋白和赖氨酸显著高于玉/薯模式,玉米籽粒粗脂肪和粗淀粉含量有玉/薯模式高于玉/豆模式的变化趋势,但差异不显著。随施氮量增加两种模式下粗蛋白含量均显著增加,在N360处理达最高,赖氨酸含量0～270kg/hm2之间随施氮量增加,显著提高,360kg/hm2处理赖氨酸反而降低,粗淀粉含量随施氮量提高,均显著下降。施氮时期对两种模式下粗蛋白和赖氨酸的含量的影响均表现为：氮肥后移>氮肥前移>底追均等,且各处理间差异达显著水平,表明增施拔节肥有利于粗蛋白的积累,且多次施肥的提高效果更好。3、两种模式下氮肥对玉米形态指标的影响两种种植模式下施氮量、氮肥运筹方式对玉米形态指标的影响存在显著或极显著的互作作用。在玉米生长前期,中高氮水平均抑制了两种模式下玉米的生长,中期随玉米需氮量的增加,中氮水平显现优势,玉/豆模式中以“N180,30%底肥+20拔节肥+50%攻苞肥”处理株高、茎粗,叶面积指数、SPAD值和干物质量均较高,玉/薯模式中以“N270,50%底肥+50%攻苞肥”处理较高,N360处理反而抑制了玉米生长,氮肥前移的运筹方式,灌浆期缺氮,叶面积指数和SPAD下降较快,不利于产量形成,而在两模式适宜的施氮水平和氮肥运筹方式下,叶面积和SPAD值的下降速率减缓,防止叶片衰老。4、两种模式下氮肥对玉米光合特性及干物质积累分配的影响两个试验点连续二年的研究结果表明,种植模式、施氮量和氮肥运筹方式对玉米各时期穗位叶光合速率、气孔导度、PS Ⅱ最大光化学效率、有效光化学量子产量的影响差异达显著水平。玉/豆模式下玉米在吐丝期和灌浆期穗位叶的净光合速率、气孔导度均比玉/薯高,且到灌浆期的下降率低于玉/薯模式,在此模式下,全生育期施纯氮90～180kg/hm2,采用“30%底肥+20%拔节肥+50%攻苞肥”施肥方式,还能显著提高玉米穗位叶PS Ⅱ最大光化学效率和有效光化学量子产量,有利于灌浆期玉米光合能力的提高和光合产物的积累,同时提高了干物质最大增长速率和平均增长速率,延长了灌浆持续天数,确保适当增加穗长,提高每穗粒数,进而显著提高群体库容量,提高玉米的增产潜能。玉/薯模式下全生育期施纯氮180～270kg/hm2,采用“50%底肥+50%攻苞肥的施肥方式”相对同种模式下其它处理,也具有较明显的优势。氮肥前移处理,吐丝期光合特性的各指标值均较高,但到灌浆期下降速率均较快,氮素胁迫,PS Ⅱ最大光化学效率和有效光化学量子产量值较低,玉米生长后期叶片的光合生产能力减弱,不利于光合产物积累。5、两种模式下氮肥对玉米氮素代谢、吸收利用和土壤硝态氮积累的影响及相互关系种植模式、施氮量和氮肥运筹对玉米各生育时期氮代谢酶活性及氮素吸收利用、土层硝态氮的积累均有显著效应,玉/豆模式中玉米各生育阶段积累氮素均显著高于玉/薯模式,同时提高了氮素收获指数和氮素利用效率,玉/豆模式中玉米成熟期籽粒有47.29%～55.48%来自开花前贮存在营养器官中的氮素,有44.52%～52.71%来自花后同化,而玉/薯模式中玉米成熟期籽粒有51.88%～61.75%来自花前积累,38.25%～48.12%来自花后同化,玉米收获后玉/豆模式下硝态氮的积累量显著高于玉/薯模式,且主要集中在0-60cm土层,60-120cm的土层中玉/薯模式略高于玉/豆模式。合理的氮肥用量和氮肥施用时期能有效提高氮素吸收利用,促进氮素代谢,减轻硝态氮的淋溶损失,两种模式下180～270kg/hm2施氮处理相对于其他施氮水平有助于抽雄期至成熟期玉米吸氮量的增加,提高氮素农艺生产效率,而且玉/豆模式与氮肥后移,玉/薯模式中与底追均等的氮肥运筹方式结合,能达到提高氮代谢酶活性、提高氮肥利用效率的目的,两种模式下氮肥前移处理均显著降低土层中硝态氮的积累量,但由于玉米前期需肥量少,残留在土壤中的硝态氮大部分发生了氮淋溶损失和反硝化作用,随水淋溶到了60cm以下,造成了氮的损失。硝态氮的积累随施氮量的增加显著提高,且过高的氮肥用量和氮肥前移施肥方式,不利于两种模式下玉米生长后期穗位叶硝酸还原酶（NR）、谷氨酞胺合成酶（GS）和蔗糖磷酸合成酶（SPS）活性的提高,还会导致氮效率的下降。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 作物间套效应研究
• 1.2.2 玉米施氮技术研究
• 1.2.3 需要进一步研究的问题
• 2 材料与方法
• 2.1 试验材料与种植方法
• 2.2 试验设计
• 2.3 测定项目与方法
• 2.3.1 土壤样品的采集与测定
• 2.3.2 玉米形态指标和SPAD值动态测定
• 2.3.3 玉米干物质积累的测定
• 2.3.4 玉米植株养分含量的测定
• 2.3.5 玉米茎叶碳氮含量的测定
• 2.3.6 碳氮代谢关键酶的测定
• 2.3.7 荧光参数测定
• 2.3.8 棒三叶叶片光合特征
• 2.3.9 产量测定
• 2.3.10 品质测定
• 2.4 数据分析与处理方法
• 3 结果与分析
• 3.1 两种套作体系对土壤肥力的影响
• 3.1.1 两种套作模式不同作物带土壤养分累积特性
• 3.1.2 两种套作模式对土壤培肥效应的差异
• 3.1.3 玉米吸收--土壤养分相关性
• 3.2 种植模式、施氮量和氮肥运筹对玉米生长及产量品质的影响
• 3.2.1 叶面积
• 3.2.2 SPAD值
• 3.2.3 株高
• 3.2.4 茎粗
• 3.2.5 地上部分干物质积累、转移与分配
• 3.2.6 产量
• 3.2.7 品质
• 3.3 种植模式、施氮量和氮肥运筹对玉米养分吸收利用的影响
• 3.3.1 两种模式下养分吸收利用的差异
• 3.3.2 种植模式、施氮量和氮肥运筹对氮素吸收、转运及分配的影响
• 3.3.4 种植模式、施氮量和氮肥运筹对硝态氮积累
• 3.4 种植模式、施氮量和氮肥运筹对玉米碳氮代谢的影响
• 3.4.1 茎鞘碳氮代谢
• 3.4.2 叶片碳氮代谢
• 3.4.3 碳氮代谢关键酶
• 3.5 种植模式、氮肥运筹和施氮量对玉米光合特性的影响
• 3.5.1 净光合速率（Pn）和气孔导度（Cond）
• 3.5.2 叶荧光参数Fv/Fm、ΦPS Ⅱ
• 4 讨论
• 4.1 两种套作模式下玉米产量差异及玉/豆模式下玉米增产机理
• 4.2 两种套作模式下玉米氮肥运筹效应差异及土壤和环境状况对其的影响机理
• 4.3 两种套作模式下氮肥运筹对玉米氮效率和氮素吸收转运效应差异及机理
• 4.4 玉/豆和玉/薯模式下玉米合理氮肥施肥时期和经济最佳施氮量
• 5 结语
• 5.1 本研究的主要结果
• 5.1.1 玉/豆和玉/薯模式下玉米产量、养分吸收和土壤养分的差异
• 5.1.2 两种模式下氮肥对玉米产量和品质的影响
• 5.1.3 两种模式下氮肥对玉米植株形态指标影响
• 5.1.4 两种模式下氮肥对玉米氮素利用和氮代谢酶的影响
• 5.1.5 两种模式下氮肥对玉米光合特性和干物质积累分配的的影响
• 5.1.6 两种模式下氮肥对玉米收获后硝态氮残留的影响
• 5.2 本研究的创新点
• 5.2.1 揭示了玉/豆和玉/薯体系中土壤养分变化规律和玉米养分吸收利用特性
• 5.2.2 阐明了玉/豆和玉/薯模式下玉米生长动态、产量差异及其机理
• 5.2.3 明确了玉/豆和玉/薯模式中玉米氮肥运筹效应差异,提出了玉/豆和玉/薯模式下玉米氮肥管理模式
• 5.3 本研究存在的问题及进一步研究设想
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间科研学术成果目录