基于Nmin的棉田氮素养分实时监测和推荐施肥技术研究

论文摘要

目的:目前,棉花已成为新疆经济支柱产业,其中氮肥发挥着重要作用,棉田氮素养分资源优化管理是提高经济效益、环境效益和社会效益必由之路。本研究试图通过田间试验以土壤Nmin为指标,氮素平衡为基础的优化施氮推荐技术,结合数字图像识别和分析技术,初步建立基于Nmin的棉田氮素养分实时监测和推荐施肥技术体系,以期为新疆精准农业精准施肥及棉花高产栽培水肥管理提供理论依据。方法:通过田间试验,建立基于土壤Nmin的棉田氮肥推荐体系,结合数字图像识别和分析技术、建立基于Nmin的棉田氮素养分实时监测和推荐施肥技术体系,进行验证,并评价质量及效果。结果:本研究于2005-2007年顺利完成了乌兰乌苏气象站的棉田氮素优化管理试验,及基于此的147农场、150农场、乌兰乌苏气象站的验证和质量评价。结论:1)运用Logistic模型对棉花干物质,吸氮量和土壤氮素矿化进行模拟,决定系数可达到0.9508-0.9990。2)基于Nmin的棉田氮素优化管理,100%优化氮素管理棉花生物量,产量及产量结构,吸氮量与常规没有差异,在保证当地目标产量下,能够在现有施氮水平下大幅度的减少施氮量,减少幅度可达21-33%。3)棉田氮素表观平衡计算结果表明,常规、140%和180%施氮处理,收获后0-60 cm土壤中氮素盈余量高达380 kg/hm2,无机氮和表观损失分别高达187 kg/hm2和193 kg/hm2,显著高于100%优化处理。4)在本试验条件下,采用0-20、0-40、0-60 cm不同土层供氮量为供氮指标时,最大供氮量分别为250.5、270.5、293.5 kg/hm2。随着土壤深度的增加,土壤剖面无机氮累积量增加,土壤供氮能力增强,不同土层最大供氮量也逐渐增加。5)以土壤Nmin棉田氮素管理体系和数字图像识别分析技术的氮素诊断体系为基础,开发的ImageExp1.0棉田氮素动态监测与管理系统,在乌兰乌苏气象站、147农场和150农场验证结果表明:采用该系统比对照增产5%-12%,节肥下降25%-60%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 棉田氮素养分资源管理的必要性
• 1.1 养分资源综合管理概念与内涵
• 1.2 棉田氮素养分资源管理中存在的问题及意义
• 2 氮素养分管理研究进展
• 2.1 基于区域尺度的氮素优化管理的原理和技术
• 2.2 基于田块尺度的氮素优化管理的理论与技术
• 2.2.1 养分平衡法
• 2.2.2 植株测试技术在氮素资源管理中的应用
• 2.2.3 肥料效应函数法
• 2.2.4 土壤Nmin 测试技术在氮素资源管理中的应用
• 3 本文研究目标和研究内容
• 3.1 研究思路
• 3.2 技术路线
• 3.3 研究内容
• 第二章 农田氮素养分资源综合管理研究
• 1 氮肥在土壤中的空间分布规律
• 1.1 材料与方法
• 1.2 结果与分析
• 1.2.1 同一氮肥用量下土壤剖面硝酸盐的空间变异
• 1.2.2 不同氮肥用量对土壤剖面硝酸盐空间分布的影响
• 1.2.3 收获后硝酸盐累积
• 1.3 小结与讨论
• 2 基于土壤无机氮的氮肥推荐
• 2.1 材料与方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 基于土壤的Nmin 棉田氮素优化管理体系质量评价
• 2.2.1.1 不同氮肥处理对产量及产量结构的影响
• 2.2.1.2 不同氮肥处理棉花干物质积累的动态变化
• 2.2.1.3 不同氮肥处理棉花氮素吸收规律
• 2.2.1.4 不同氮肥处理对土壤-作物体系中氮素表观平衡的影响
• 2.2.1.5 不同氮肥处理对棉花不同时期土壤剖面无机氮的影响
• 2.2.1.6 不同氮肥处理土壤剖面无机氮的动态变化
• 2.2.1.7 不同氮肥处理条件下无机氮在土壤中的分布及残留特点
• 2.2.1.8 不同肥力土壤氮素矿化与模拟
• 2.2.2 基于土壤Nmin 棉田氮肥推荐量的确定
• 2.2.2.1 肥料效应模型
• 2.2.2.2 棉花产量与供氮量的关系及最大供氮量的确定
• 2.2.2.3 棉花各生育期氮肥追肥推荐指标的建立
• 2.2.2.4 分期优化施氮量的确定
• 2.2.3 小结与讨论
• 3 农田氮素养分动态监测和管理的验证
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验点基本概况
• 3.1.2 验证内容
• 3.1.3 目标
• 3.1.4 试验处理
• 3.1.5 图像获取与分析
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 作物产量
• 3.2.2 氮肥投入
• 3.2.3 土壤剖面硝态氮变化
• 3.3 小结与讨论
• 第三章 结论与展望
• 3.1 主要结论
• 3.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介
• 导师评阅表