山西典型旱地玉米产量及水分利用效率对长期不同施肥模式的响应.pdf
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1、第 卷第 期 年 月干 旱 地 区 农 业 研 究 .文章编号:():./.山西典型旱地玉米产量及水分利用效率对长期不同施肥模式的响应刘志平马晓楠解文艳杨振兴周怀平徐明岗(.山西农业大学资源环境学院省部共建有机旱作农业国家重点实验室(筹)山西 太原.山西农业大学生态环境产业技术研究院山西 太原)摘 要:为明确旱地玉米产量和水分利用效率对长期不同施肥措施的响应有效指导旱地合理施肥在山西寿阳半湿润偏旱区开展 长期定位施肥试验设 个单施氮磷化肥处理()、个氮磷化肥和有机肥配施处理()、个单施有机肥处理()以不施肥()为对照分析了近 年(年)玉米产量及其构成、玉米水分利用效率及其地力贡献率的变化特征
2、结果表明:随着肥料投入量的增加不同降水年型下单施氮磷化肥处理玉米产量及其构成因素(穗数、穗粒数及百粒重)均为先增加后降低的趋势其中处理表现最优即氮、磷施用量分别为 和 与单施化肥相比有机无机肥配施处理玉米平均增产.产量变异系数下降了.水分利用效率对施肥措施的响应与玉米产量表现出相同的趋势与单施化肥相比有机无机肥配施处理水分利用效率增加.水分利用效率与玉米产量和土壤有机质含量呈显著正相关关系与生育期耗水量呈极显著负相关关系 当土壤有机质含量大于 时水分利用效率的地力贡献力降低 综上可知有机无机肥配施可以提高水分利用效率保障玉米高产稳产是山西旱地玉米最佳施肥模式关键词:有机肥氮磷化肥玉米产量水分利
3、用效率地力贡献率中图分类号:.文献标志码:(.().):().()()()().().:()收稿日期:修回日期:基金项目:国家科技基础资源调查专项课题()山西农业大学学术恢复专项()国家重点研发计划子课题()山西农业大学省部共建有机旱作农业国家重点实验室自主研发项目()山西省农业科学院博士研究基金()山西省基础研究计划面上项目()作者简介:刘志平()女山西繁峙人博士副研究员主要从事土壤微生物生态学研究:.通信作者:周怀平()男山西昔阳人研究员主要从事耕地质量保育研究:.徐明岗()男陕西杨凌人研究员主要从事土壤肥力与农业可持续发展研究:.:旱区面积占我国国土面积的 水资源不足和土壤肥力低下是限制
4、旱区农业发展的主要因素 降水是中国北方旱作农业区的主要水资源但由于降水时空分布不均、降水期与作物需水期错位的季节性水分亏缺等原因缺水严重制约着干旱和半干旱地区的农业生产 旱区农业的宗旨是最大限度储存土壤水分减少无效蒸发充分利用有限的降水来保障作物的生长 山西省地处黄土高原东部境内大部分地区被深厚的黄土覆盖旱地面积占耕地总面积的.是中国北方典型的旱作农业区 该地区年降水总量不足且年内分布不均年际变化大干旱频繁发生导致农业生产波动较大 如何有效利用深厚黄土的蓄水能力调节水分平衡供给同时持续利用自然降水资源稳定提高作物产量是山西旱作农业发展亟待解决的关键问题玉米是山西旱区的主要粮食作物之一据统计 年
5、全省玉米种植面积为.占粮食播种面积的.玉米总产量约.占全省粮食总产量的/山西省褐土农田玉米的平均产量为 而高产记录达到 造成产量差异如此大的主要原因便是“水”和“肥”的不同 作物水分利用效率是影响玉米产量的重要因素也是反映玉米经济产量与水分耗散之间关系的重要指标提高水分利用效率的技术措施有集雨种植、抑蒸减耗(地膜覆盖、秸秆覆盖、填闲作物覆盖)、深松耕作等 此外研究表明有机物料的投入可以改善土壤团聚体结构抑制土壤水分的蒸发增加土壤的持水性能施用有机肥可将作物水分利用效率提高 起到“以肥调水以水促肥”的作用 可见提升土壤有机质含量对于提高玉米产量和土壤蓄水能力意义重大 有研究发现长期过量施用化肥会
6、造成养分分布不均、土壤酸化板结等问题而有机无机配施可以有效缓解这些现象促进作物增产 因此合理施肥是培肥土壤、提高旱地作物水分利用的主要途径 目前旱地水分利用效率与施肥关系的研究以短期试验居多关于长期不同有机肥和无机肥施肥模式下作物产量和水分利用效率变化的研究尚不多见水肥耦合的长期定位试验结果有助于更科学、准确地研究水分利用效率与施肥措施、土壤肥力之间的关系 因此本研究基于 的长期定位施肥试验观测和分析了化肥和有机肥不同配施比例对旱地春玉米产量和水分利用效率的影响探讨水分利用效率与地力的关系为提高旱地玉米产量和农田水分利用效率、制定合理的施肥方案提供理论依据 材料与方法.研究区概况试验于 年在山
7、西省晋中市寿阳县宗艾镇国家农业环境寿阳观测试验站()进行 该区属于半湿润偏旱区多年平均降水量.年蒸发量约为 .土壤类型为褐土性土系统分类为简育干润雏形土 土壤质地为轻壤总孔隙度为 左右以砂粒和粉粒为主试验地土壤剖面物理性质见表 试验开始前耕层()土壤主要化学性质:土壤有机质含量.全氮含量.干旱地区农业研究 第 卷全磷含量.碱解氮含量.有效磷含量.速效钾含量.试验地土壤相关化学性质和生物性质见本团队相关论文.试验设计试验采用氮、磷、有机肥三因素四水平正交试验另设不施肥和高量单施有机肥共 个处理本研究选择其中 个处理进行分析分别为:不施肥()单施化肥(、)化肥有机肥配施(、)和单施高量有机肥()供
8、试氮肥为尿素()磷肥为过磷酸钙()有机肥为堆沤腐熟牛粪(有机质.、全氮.、全磷.、全钾.)各处理具体施肥量见表 每个处理 个重复共 个小区小区面积为.种植作物为春玉米(每年大约 月下旬播种 月上旬收获)一年一熟 研究选取 年进行分析 个年份生育期(月)降水量分别为.、.和.参考干燥指数法结合当年年降水情况将这 年分别划分为欠水年、平水年和丰水年 年逐月、生育期及全年降水量见图 表 试验地土壤剖面的物理性质 土层深度/容重/()孔隙度/粒径分布 /.凋萎湿度/田间持水量/.表 不同施肥处理及其施肥量 处理氮肥/()磷肥/()有机肥/().测定项目和方法.土壤贮水量和生育期耗水量年每年玉米播种前和
9、收获后用土钻按“”形采集各小区样地 土层(每 为一层)土壤样品每层取 点为一个混合土样用烘干法测定土壤含水率土壤贮水量和生育期耗水量计算公式如下:/()()式中 为土壤贮水量()为土壤质量含水率()为第 层土壤容重()为土层图 年降水量.第 期 刘志平等:山西典型旱地玉米产量及水分利用效率对长期不同施肥模式的响应深度()为生育期耗水量()为播前土壤贮水量()为收获后土壤贮水量()为生育期降水量()耗水量及贮水量以 土体计算.玉米产量及产量构成因素 年于每年成熟期各处理分 个裂区进行样品采集每个裂区采集 株玉米植株脱粒后称重以 的含水率折算单位面积籽粒产量同时取样测算穗数、穗粒数和百粒重 各处理
10、 个裂区的测定数据作为试验重复.玉米水分利用效率/()式中 为水分利用效率()为玉米产量()为玉米生育期耗水量().土壤有机质 年用土钻法采集各小区样地 土层土壤样品风干后用重铬酸钾容量法测定土壤有机质含量.数据统计使用 进行数据整理采用 软件进行统计分析 结果与分析.不同施肥处理对玉米产量的影响由图 可知各处理 年玉米平均产量范围为.施肥普遍提高了玉米产量 随着化肥施用量的增加单施化肥的 个处理(、)玉米产量呈先增加后降低的趋势 年均为 处理最高 年处理玉米产量显著高于其余 个处理 与单施化肥处理相比有机无机配施(、)均显著增加了玉米产量(.)各年平均增产量分别为 .、.和 .平均增产率分别
11、为.、.和.单施高量有机肥处理的玉米产量低于有机无机配施处理(年 玉米产量显著低于 个有机无机配施处理 年和 年 玉米产量显著低于处理)但均高于单施化肥处理 与欠水年(年)相比玉米产量在平水年(年)和丰水年(年)分别提高.和.注:柱上不同小写字母表示同一年份不同施肥处理间差异显著(.)下同:(.).图 年不同施肥处理对玉米产量的影响.不施肥处理()玉米产量年际变化显著低于其他施肥处理(图)但其产量最低(图)即表现为稳产但低产 与单施化肥相比有机无机配施处理的玉米产量变异系数降低了.其中和 两处理玉米产量的变异系数显著低于 个单施化肥处理 可见有机无机配施不仅有利于玉米高产也能显著提升玉米的稳产
12、性.不同施肥处理对玉米产量构成的影响玉米的产量是由穗数、穗粒数和百粒重 个因素决定的由表 可知不同施肥处理下玉米的穗数、穗粒数和百粒重范围分别为:穗、个和.施肥整体上增加了玉米的穗数、穗粒数及百粒重 与 相比单施化肥处理玉米的穗数、穗粒数和百粒重分别平均增加了.、.和.有机无机配施 干旱地区农业研究 第 卷及单施高量有机肥处理的玉米穗数、穗粒数和百粒重分别平均增加了.、.和.与单施化肥相比有机无机配施及单施高量有机肥处理的玉米穗数、穗粒数和百粒重分别增加了.、.和.通过双因素方差分析研究了施肥处理、降水年型及而二者的交互作用对玉米穗数、穗粒数及百粒重的影响(表)方差分析的模型检验 分别为.和.
13、均为.说明所图 不同施肥处理玉米产量年际变异系数.用的模型有统计学意义 结果表明施肥处理、降水年型及二者的交互作用对玉米的穗数、穗粒数及百粒重均有极显著的影响(施肥交互作用.不同施肥处理对玉米水分利用效率的影响玉米水分利用效率与产量的变化趋势相似(图)各处理 年平均水分利用效率介于.整体而言施肥可增加玉米的水分利用效率 单施化肥的 个处理下随着化肥施用量的增加水分利用效率先增加后降低最高 年和 年处理玉米水分利用效率显著高于其他 个处理 有机肥的施入整体上提高了玉米的水分利用效率与单施化肥处理相比有机无机配施处理水分利用效率平均增加.配施处理之间在欠水年无显著差异平水年和丰水年则为 表现较优
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