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分类号：S143单位代码：10193密级：学号：硕士学位论文不同水氮耦合方式对玉米氮素吸收积累及利用效率的影响Differentwaterandnitrogencouplingonuptakeandaccumulationmodeandnitrogenutilizationofmaize作者姓名：张萌学位类别：农学硕士专业名称：植物营养学研究方向：植物营养调控指导教师：曹国军所在学院：资源与环境学院2015年5月 独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进行研究所取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢所列内容外，论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得吉林农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本学位论文所有内容若有不实之处，本人愿意承担一切相关法律责任和后果。学位论文作者签名：签字日期：年月日关于论文使用授权的声明1、本人完全了解吉林农业大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间所完成的论文及相关成果的知识产权属吉林农业大学所有，并同意将本论文的版权授权给吉林农业大学，学校有权保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。2、本人（同意/不同意，务必打印后填写）吉林农业大学将本论文版权授权给不同媒体进行电子出版、多媒体出版、网络出版以及其他形式出版（涉密学位论文解密后应遵守此协议）。3、本人声明毕业后若发表在攻读研究生学位期间完成的论文及相关的学术成果，必须以吉林农业大学作为第一署名单位。学位论文作者签名：签字日期：年月日导师签名：签字日期：年月日 摘要近年来由于全球气候变暖，引起东北玉米主产区降雨量分布不均，干旱高温情况连年加剧，造成玉米产量下降，氮素利用不充分，化肥污染严重等现象，因此研发与气候变化相适应的水肥高效利用技术，已成为区域农业可持续发展的关键问题。水肥耦合技术旨在根据不同水分条件，合理设定施肥时间和施肥数量，进而科学高效的促进植物对水分和养分的吸收利用，达到高产高效的目的。本试验主要根据近几年来降雨量条件设定不同水分滴灌量和氮肥施用量阶梯处理试验，对不同水氮耦合方式下玉米产量、干物质积累量、植株氮素吸收利用及土壤氮素的转化和迁移等进行了研究。主要结论如下：1.相同水分滴灌量不同氮肥施用量条件下，适宜的氮肥可显著提高玉米产量，过量则抑制玉米产量。相同氮肥施用量不同水分滴灌量条件下，水分能明显促进玉米生长。水分量和氮肥用量在玉米产量上呈相互促进关系，高肥低水和低肥高水都不利于增加玉米产量，所有试验处理中W2N3处理产量最高，但结合气候条件和水分滴灌量等因素综合考虑建议采用W1N3处理水氮耦合配比方式。22.相同水分滴灌量不同氮肥施用量时，低水条件下，氮肥施用量在240kg/hm以下可促进干物质积累，过量则抑制；高水条件会促进高量氮肥吸收，积累较高的干物质。相同氮肥不同水分条件下，干物质积累量差别不明显。各水分滴灌量条件下干物质积累量从大到小顺序为W3>W2>W1>W0.3.不同水肥耦合方式下玉米植株总氮素吸收积累量有差异。相同水分滴灌量下，玉米氮素吸收积累量与氮肥施用量呈正比关系。相同氮素不同水分滴灌量下，高水有助于玉米植株氮素积累。不同水肥耦合方式对玉米植株各器官氮素吸收积累量也有一定影响，影响趋势和植株总氮素积累量基本一致。不同水肥耦合方式下，玉米氮素利用效率有显著差异，表现为等氮条件下，高水处理氮肥利用效率较高，等水条件下，低氮处理氮肥利用效率较高。4.相同灌水量不同氮肥施用量条件下，土壤全氮含量与氮肥施用量成正比关系，相同氮肥施用量不同灌水量对土壤全氮含量影响不大。土壤0-1m土层全氮含量随土壤深度的增加而降低，同一处理土壤玉米成熟期较出苗期土壤全氮含量有所下降。等水条件下，氮素越高土壤中铵态氮与硝态氮含量越高，等氮条件下，水分对土壤铵态氮含量影响不大，硝态氮随土壤水分含量增加而显著向土壤深层移动且增大淋溶损失。5.等水分滴灌量不同施氮量条件下，氮肥利用效率随施氮量的增加而降低，氮肥最小施用量利用效率最高。等氮素供应不同水分滴灌量条件下，随灌水量增加氮素利用效率有所增高，而且单位氮素增产效率加大。过量的氮素和水分供应将抑制氮素利用效率，氮肥I 2施用量在240kg/hm以上时，氮素利用率较小，氮素浪费较为严重。26.本试验条件下，当降雨量在小于500mm/年时，氮肥施用量为160-240kg/hm时玉2米产量最高；当年降雨量在500-600mm时，氮肥施用量在240kg/hm左右时产量最高；2当年降雨量在600-700mm时，氮肥施用量在240kg/hm时，产量最高；当年降雨量大于2700mm时，氮肥施用量在160kg/hm时产量最高。关键词：水氮耦合，玉米养分吸收积累，氮素利用效率II AbstractRecentyears，withtheglobalwarming，unevendistributionofrainfallinNortheastChina，Hightemperaturesanddroughtexacerbatedbysuccessiveyears，Resultingdeclineinmaizeproduction,nitrogenuseinsufficientandfertilizerpollutionandotherphenomena,sodevelopmenttheadaptationtoclimatechangeandefficientuseofwaterandfertilizertechnology,hasbecomethekeyissueofregionalagriculturalsustainabledevelopment.Waterandfertilizercouplingtechnologyisdesignedaccordingtodifferentwaterconditions,areasonableamountoffertilizationtimeandquantity.andthuspromotescientificandefficientplantsforwaterandnutrientsabsorptionandutilization,achievehighefficiency.Thetestismainlytosetdifferentamountsofwaterandnitrogenfertilizerdripirrigationladdertreatmenttestaccordingtotheyearsofrainfallconditions,thecornyieldunderdifferentwaterandfertilizercoupling,drymatteraccumulationabsorption,transformationandutilizationofplantsnitrogenuptakeandsoilnitrogenstudied.Themainconclusionsareasfollows:1.Thesameamountofwaterdripirrigationanddifferentconditionsofnitrogenfertilizer,suitablefertilizercansignificantlyincreasemaizeproduction,theexcessfertilizerisinhibitionofmaizeproduction.Thesamenitrogenfertilizeranddifferentwaterdripirrigation,watercanpromotethegrowthofcorn.Theamountofwaterandnitrogenfertilizerweremutuallyreinforcingrelationshipinthecornyield,high-fatlow-waterandlowfathighwaterallnotconducivetoincreasemaizeproduction,W2N3treatmentisthehighestyield,butthecombinationofclimaticconditionsandmoisturedripirrigationandotherfactors,W1N3treatmentwaterandfertilizercouplingratiomodeisbetter.2.Thesameamountofwaterdripandnitrogenfertilizeramount,underlowwaterconditions,nitrogenfertilizer240kg/hm2lesscanpromoteddrymatteraccumulation,excessnitrogenissuppressedthedrymatteraccumulation.highwaterconditionswillpromotehighlevelsofnitrogenabsorption,higherdrymatteraccumulation.Thesameamountofnitrogendifferentanddifferentwateramountconditions,nosignificantdifferencebetweendrymatteraccumulation.Eachprocessingdrymatteraccumulationindescendingorderasfollows:W3>W2>W1>W0.3.TherearedifferencesinthecornplantnitrogenuptakeandaccumulationoftotalvolumeunderdifferentwaterandNitrogencoupling.Underthesamewaterdripirrigation,maizenitrogenabsorptionandaccumulationofapositivecorrelationbetweentheamountofnitrogenIII fertilizer.Thesameamountofwaterdripirrigationanddifferentnitrogenamount，highwaterhelpscornplantnitrogenaccumulation.Differentwaterandfertilizercouplingalsohaveanimpactonvariousorgansofmaizeplantsabsorbnitrogenaccumulation.Underdifferentwaterandfertilizercoupling,therearesignificantdifferencesinmaizenitrogenutilizationefficiency.Samenitrogenconditions,highwatertreatmentnitrogenutilizationishigher,samewaterconditions,lownitrogenfertilizernitrogenutilizationishigher.4.Thesameamountofwaterdripirrigationanddifferentconditionsofnitrogenfertilizer,Totalnitrogendirectlyproportionalrelationshipbetweentheamountofnitrogenfertilizer,thereisalittleeffectonthesameamountofnitrogenfertilizerIrrigationonsoilnitrogencontent.Soiltotalnitrogencontentincreasedwithsoildepthdecreasesunder0-1m,inthesametreatment,cornmaturitydecreasedsoilnitrogencontentofsoilnitrogencontentthantheseedlingstage.Underthesameamountofwater,Theamountofnitrogenfertilizerhigher,thesoilNH4+-NandNO3—Nishigher.Nitrogenequal,thereisalittleimpactonsoilNH4+-N,Nitratesignificantlymovedeeperintothesoilandleachinglossesincreasedwithsoilmoisturecontentincreased.5.Thesameamountofwaterdripirrigationanddifferentconditionsofnitrogenfertilizer,Nitrogenutilizationwithincreasingnitrogenratedecreases,theminimumapplicationamountofnitrogenfertilizerwiththehighestutilization.Nitrogenequal,irrigationincreasednitrogenuseefficiencyisincreased,excessnitrogenandwatersupplieswouldinhibitnitrogenutilization,Nitrogenfertilizerabove240kg/hm2,nitrogenutilizationratelessandnitrogenwastemoreserious.6.Undertheexperimentalconditions,Whenrainfallislessthan500mm/year，thenitrogenfertilizerwas160-240kg/hm2isthehighestyield；Whenrainfallisbetween500-600mm/year，thenitrogenfertilizerwas240kg/hm2isthehighestyield；Whenrainfallismorethan700mm/year，thenitrogenfertilizerwas160kg/hm2isthehighestyield.Keywords:Waterandnitrogencoupling;Maizenutrientuptakeandaccumulation;NitrogenuseefficiencyIV 目录摘要...................................................................IAbstract.................................................................III目录...................................................................V第一章前言..............................................................11.1研究背景、目的及意义..................................................11.2研究进展..............................................................21.2.1水氮耦合对作物产量的影响...........................................21.2.2水氮耦合对作物氮素吸收利用的影响...................................31.2.3水氮耦合对土壤氮素的影响...........................................41.2.4水氮耦合对氮素利用效率的影响.......................................51.3本论文研究的主要内容..................................................5第二章材料与方法..........................................................82.1试验材料..............................................................82.1.1研究区域的自然状况..................................................82.1.2供试作物...........................................................82.1.3供试肥料...........................................................92.2试验设计..............................................................92.3取样时期与方法.......................................................102.3.1植株样品采集......................................................102.3.2土壤样品采集方法..................................................112.4测试项目及方法.......................................................112.5数据分析方法.........................................................112.6相关参数计算.........................................................11第三章结果与分析.........................................................123.1不同水氮耦合方式对玉米产量的影响.....................................123.1.1不同水氮耦合方式对玉米产量及产量构成因素的影响...................123.1.2不同水氮耦合方式对氮肥效应的影响.................................163.2不同水氮耦合方式对玉米干物质积累的影响...............................183.2.1不同水氮耦合方式对玉米植株干物质积累的影响........................183.2.2不同水氮耦合方式对玉米干物质阶段积累量的影响......................203.3不同水氮耦合方式对玉米氮素吸收积累的影响.............................213.3.1不同水氮耦合方式对玉米植株总氮素吸收积累的影响...................213.3.2不同水氮耦合方式对玉米各器官氮素吸收积累的影响....................223.4不同水氮耦合方式的氮素利用率.........................................263.5不同水氮耦合方式对土壤全氮含量的影响.................................283.6不同水氮耦合方式对土壤无机氮含量的影响...............................293.6.1不同水氮耦合方式对土壤铵态氮含量的影响...........................293.6.2不同水氮耦合方式对土壤硝态氮含量的影响...........................31第四章讨论.............................................................34V 结论..................................................................36参考文献..................................................................38作者简介..................................................................43致谢..................................................................44VI 吉林农业大学硕士学位论文第一章前言第一章前言1.1研究背景、目的及意义中国人口约占世界人口的1/5左右，由于人口基数大，粮食产量成为影响国民生产生[1]活至关重要的问题。玉米作为世界三大粮食之一，也是我国第一大粮食作物，其应用广泛，不仅可以直接作为粮食食用，还是生产和加工众多工业产品的重要原料，有着不可替代的地位。我国玉米具有种植面积大、产量高等特点，2012年产量达到2.0812亿吨，比预期高出1600万吨。近年来不断深入科学地对玉米高产高效和节水节肥的研究，对提高其综合利用价值等起到了极大的推动作用。但随着社会的不断发展，粮食生产也面临一些[2]问题，质量安全、耕地面积日益缩减和水资源紧缺都加剧了粮食生产的困难。若要提高粮食产量，从扩大耕地退耕还田入手存在较大困难，只能从有限条件下改善种植方式入手。水分供应同样是影响粮食生产的一个重要问题。据统计，我国约有一半左右的耕地年降水[3]量低于500mm，其中包括我国北方地区，这些干旱或半干旱地区粮食种植产量低下，影[4]响了地区经济和国民经济的发展，所以解决干旱和半干旱地区的缺水问题至关重要。缺水会降低作物产量，石羊河流域农业水量供需比为0.81:1，水资源不足严重制约了绿洲农业的可持续发展，还能造成水土流失，加剧土壤的贫瘠化，限制有限水分的利用效率和[5][6]转化效率，使仅有的水分得不到充分利用，对农田生态系统良性循环造成影响。我国水资源短缺且农业用水利用率低等情况也很严重，2008年农业灌溉用水量占全国用水消耗总量的70%以上，但灌溉用水的有效率仅有40%左右。据统计我国农作物水分利用效率[7](WUE)是1kg/m3,仅为发达国家的一半。[8]除水分外，化肥尤其是氮肥施用量是主导粮食产量的又一重要因素。氮素是玉米生长中需求量最大，吸收积累量最多的营养元素，施氮量的多少和施用时期的不同都会对玉米的生长发育和产量造成影响。近年来，氮肥不合理施肥现象存在严重，少施或过量施肥[9][10]造成了我国氮肥利用率呈下降趋势，据统计我国农田氮肥利用率不到40%,华北平原一[11]半以上玉米氮肥利用率只有20%-30%，氮肥施用量少，必然影响作物产量，过量施肥又[12]会造成资源浪费和环境问题，也会加剧土壤负担。施入到土壤中的氮肥不能被植物全部吸收利用而残留在土壤中，随着降水和灌溉等情况淋溶到土壤深层或随径流进入地表水,[13-14]从而污染地表水和地下水,或经氨挥发、硝化、反硝化作用以气体形态进入大气,污染[15]大气环境。所以掌握适宜的氮肥施用量、施用时期和方法是协调氮素供应与作物吸收,减少氮素损失,提高氮肥利用率的有效措施。面对全球环境问题的加剧，很多欧洲国家开始减少氮肥的投放量，农田系统氮素的投放量从1992年-2002年之间下降了30%左右，减1 吉林农业大学硕士学位论文第一章前言量后的氮肥只要配上合理的施肥方式不仅不会降低产量，反而会增加产量。水分和养分是影响农业生产的主要胁迫因子，同时水分和养分两个因子是协同作用的关系，形成了土壤-水分-养分-作物产量相互作用的链条。实践证明,旱田农业中,肥料的[16]增产作用不仅在于肥料本身,更重要的还在于与土壤水分的互作，水肥这两个因子相互[17]作用对作物产量的效应就像一把双刃剑，正负皆有可能，若二者配比不正确，不仅不会增加作物参量，反而造成资源浪费，只有水分和养分投入合理，供应协调，才能产生协同互作效果，表现叠加的增产的效果，这就是它们之间的耦合效应，让水分和养分都能被高效利用。水肥耦合中，以水氮耦合最为重要，因为氮素淋溶损失量大，对水氮配比要求高。植物的水分代谢是一个平衡的过程，植物通过根系对水分吸收，然后再通过蒸腾作用散失水分达到水分平衡。若水分不足将对作物气孔开闭产生影响，此外施肥还可以加强植物渗[18]透调节能力，尤其表现在是氮肥身上，对抑制蒸腾失水效果显著，提高作物水分利用率，氮肥与水分合理互作，不仅可以使作物高产，还能提高氮肥利用效率，达到二者双赢的效果。因此水氮耦合对作物生长发育、提高作物产量发挥着重要作用。水氮耦合高效利用的[19]研究也是当前水肥利用方面研究的热点之一。20世纪以来，农业种植技术手段虽取得了很大进步，但仍旧摆脱不了不良气象条件[20]对农作物种植的影响，这也是造成农业产量年际波动最大的因素。近年来，随着全球气候变暖，温室效应等环境问题的产生，气温逐渐升高，据统计1906-2005这十年全球平均地面气温升高了（0.74±0.18）℃，这几乎是过去100年温度增高速率的2倍。此外，气候变化还导致降水量分布不均，干旱和高温双重威胁，作物蒸腾量增加，水分利用效率降低等一系列问题。吉林省是农业大省，也是全国粮食的主产区和玉米的黄金生长地带，地处中纬度的温带半干旱地区，近50年来全球气温升高，降水情况分布不均且呈减少趋势，[21]导致蒸发量加大，干旱现象愈发严重。发展北方重点地区农业是中国农业发展的战略性需求，是农业可持续发展的关键问题，具有广阔的发展空间和前景，因此研究重点农业生产地区玉米水肥精量施用技术有着重要的现实意义。本文针对东北玉米主产区气候变化特点，以玉米高产、优质，水肥高效利用为目标，研究不同水分供给量条件下玉米氮肥减量增效水氮精量耦合技术。以便依据气象部门对当年降水量的预测指导科学施肥，实现在不同年份不同降水量条件下东北玉米高产稳产、水肥高效利用。这也是农业领域适应气候变化的重要技术途径，是实现东北玉米主产区可持续发展及保障国家粮食安全的重要技术措施。1.2研究进展1.2.1水氮耦合对作物产量的影响水分和养分是主导农业生产的两大主要因子，二者既相互独立又相互影响，既存在协同作用又存在拮抗作用。在玉米几大养分元素当中，氮素当属第一养分元素。正确的水氮2 吉林农业大学硕士学位论文第一章前言[22]配施比例能提高作物的水、氮利用效率，还能减少生态环境污染。不同水氮耦合条件对[23]玉米产量有明显影响,王艳等认为玉米地上部干物质随施氮水平的提高而提高，尹光华[24]认为氮水耦合对玉米产量存在交互促进作用，当灌溉量固定时,产量随施氮量增加呈先增加后降低的变化趋势;当施氮量固定时,产量随灌溉量增加呈缓慢的先增加后降低的变[25]化趋势。水氮耦合对玉米阶段性产量及性状也有一些影响，氮素营养和水分供给量对作物生长发育和产量皆有很大影响，当两者结合时，情况更为复杂，既取决于土壤干旱程度，[26]也与施肥量有关。在土壤干旱时，施用氮肥可以促进作物对深层土壤水分的利用而增加[27]作物产量，若土壤轻度干旱，增施氮肥后产量提高明显，“以肥调水”作用显著；土壤重度干旱时，“以肥调水”的效应减小，特别是在高氮水平下，“以肥调水”的作用不明[28]显。巫东堂等认为不同的土壤水分条件下，施肥量与产量的响应关系是不同的。不同供水量条件下，供水量和产量成近似直线关系，在相同供水量条件下，氮肥施用量和产量成抛物线关系。水氮耦合也不会无限提高作物产量，水分、氮肥配合存在一个上限，有一个[29]产量最高点，超过这一限度，将会产生负效应。水氮运筹对大麦农艺和产量性状及功能[30]成分含量影响显著，且施氮效应大于灌水效应，在高氮水平下，水、氮互作效应较大。JamesR.Frederick和JamesJ.camberato在美国东南部地区对冬小麦试验研究表明，在[31]不灌溉的条件下施氮量抑制了小麦籽粒产量。大量研究表明，水肥耦合对作物产量在一定范围内有明显正相关效应。在旱田农业中，水肥耦合具有明显相关性，肥料施用后释放出自身的营养成分，还能与土壤中的水分互作为作物生长提供养分。在氮素充足情况下，只依靠施氮，而不补充水分，氮肥的缓效无法发挥，产量受水分的限制无法上升；而氮素情况亏缺情况下，只依靠补充灌溉，产量受到氮肥的限制也无法上升，只有在施氮和灌溉[32-37]同时进行时二者存在着正交互作效应。1.2.2水氮耦合对作物氮素吸收利用的影响水分对促使氮肥发挥效果有着重要的作用，水分是营养元素在土壤中存在的载体。作物对氮素的吸收利用情况直接影响到产量和作物品质，不同水肥耦合方式下作物对氮素的[38]吸收利用情况也有所不同。赵炳梓等对玉米水肥耦合试验研究结果表明玉米的吸氮能力会随氮肥施用量的增加而有所增加，但过高的水分和氮素并不利于N的吸收利用，水分胁迫时，玉米的籽粒吸氮量很低，并且几乎不受氮肥施用量的影响。作物在缺水情况下对蛋白质等一系列氮化物代谢情况影响显著，降低蛋白质含量，并伴有游离氨基酸的积累和转[39][40]移，因此，水分对氮素的吸收和利用起决定性作用。樊小林等对不同供水条件下冬小麦的氮素营养进行研究，发现小麦地上部各营养器官的吸氮量和水氮互作条件呈显著正相关。水分胁迫对小麦的吸氮量减少效果显著，在供水量一定条件下，小麦籽粒和秸秆的吸氮量随氮肥使用量的差异而不同。氮在土壤中的存在形式有很多种，能被植物直接吸收利用的氮多数以无机氮的形式存在，因此土壤当中无机氮对作物生长有很大的影响。无机盐3 吉林农业大学硕士学位论文第一章前言[41]中，以铵盐和硝酸盐形态最为居多，张洁瑕对高寒半干旱区西芹水肥耦合效应的研究表明，西芹硝酸盐积累量与施肥量特别是氮肥成正比关系，与灌水量成反比的关系。不同水氮耦合形式，对西芹硝酸盐的吸收和转化皆存在一定的影响，从而带动西芹硝酸盐积累量[42]的变化。孙文涛的研究表明，氮肥对番茄果实硝态氮含量影响最大，其果实中硝态氮含[43]量随氮肥施用量的增加而增加，而灌水量对番茄果实中硝态氮含量影响不明显。张凤翔等研究水肥耦合对冬小麦吸肥特性的影响结果表明，水氮耦合对冬小麦氮、磷、钾的平衡吸收有协调促进作用，合理的水氮配比方式有利于植株含氮量的提高，而且还能提高磷、[44]钾的含量。氮素吸收对作物蛋白质积累的影响至关重要，谢志良等通过膜下滴灌方式水氮耦合对棉花干物质积累的研究表明，水分充足较水分胁迫条件下，棉花地上部干物质积[45]累量显著增加，且施氮有助于减缓水分胁迫对作物生长的抑制作用。王绍华等对水稻氮代谢的研究结表明,氮过量或水缺失时，稻草中氮滞留增加,营养器官氮转运率降低,导致作物吸氮量减少，水氮适中时,可更充分地利用营养器官中的储存氮素,提高作物中氮素吸收积累量;总之不同的水氮耦合会对作物氮素吸收积累产生影响。1.2.3水氮耦合对土壤氮素的影响土壤中的氮素是作物摄取氮素营养的主要来源，土壤中的氮素主要以有机形态存在，无机形态存在的比例很小[46]。有机态氮不能直接被植物吸收利用，必须经过矿化作用，转化为铵被作物吸收利用。无机态氮包括存在于土壤溶液的硝酸根和吸附在土壤颗粒上的铵离子，作物都能直接吸收。土壤对硝酸根的吸附很弱，因此硝酸根非常容易随水流失。所以研究土壤中的全氮含量以及铵态氮和硝态氮含量是研究土壤氮素的主要内容。土壤中全氮含量反应了土壤整体的含氮情况，是有机氮和无机氮的总称，无机氮主要以NO3--N和NH4+-N形式存在。针对不同水肥耦合方式对土壤当中氮动态的影响，前人已有一些研究，其中于红梅[47]认为在大棚蔬菜作物的整个生育期内，土壤中硝态氮淋失特征与施氮量有密切关系。当氮素供应量超过植物生长吸收利用所需时，过量的氮素就会随水分淋失，且化学氮肥的施用量越多淋失量越大[48-49]，进而造成环境和地下水污染。高强等[50]根据6年观测资料得出结论：在北京地区潮褐土条件下全年施氮量超过200kg/hm2时，施氮量1/6左右的肥料氮可被淋洗到1.5m土层深度下面，对地下水质产生污染。赵竞英[51]进一步证实淋洗到1m土层以下的NO3--N淋失量随施氮量的增加而增加。而在0-1m土层范围内，0-20cm土层NO3—N受灌水影响程度要比施氮程度大,灌水量与0-20cm土层NO3--N含量呈反比例关系,而与施氮量呈正比例。20-60cm土层NO3—N受施氮量影响程度大于灌水量[52]。杨莉琳[53]等人的研究结果也表明，过量施氮是导致土壤中硝态氮淋失的根本原因，硝态氮在土壤剖面中的累积和分布与土壤类型、施肥量还有降雨等因素密切相关。陈林[54]等人研究认为在不同水肥耦合空间下，土壤酸解有机氮和微生物量氮差别幅度较大且无明显规律。崔远来[55]等人研究认为,不同水量供给条件下,水分状况的不同导致土壤养分时空分布差异,4 吉林农业大学硕士学位论文第一章前言从而影响稻田对作物氮素吸收的有效性。1.2.4水氮耦合对氮素利用效率的影响施肥有调水作用,灌水也可以起到调肥效果。肥料能使作物增产不仅在于肥料本身,更重要的是与土壤水分的协同互作关系[56]。水分是影响肥料溶解、水解、吸收、转运、散失的关键因素，所以水肥耦合对提高肥料利用率有很大作用[57]。每个生育时期氮素在土壤中都会有大量未被作物吸收利用的氮素残留在土壤中，巨晓棠[58]等研究北京郊区冬小麦-夏玉米轮作体系中氮肥去向发现，在0-100cm土层夏玉米氮素损失率可达51.1%，表明超过一半的氮肥都残留在土壤中，而残留的肥效低于8%。大量研究表明灌水有显著的调肥作用，水分可提高肥料的利用率[59-62]。邵国庆[63]等研究认为在施用氮肥条件下,提高灌水量时，每克氮的增产效应也显著提高,进而显著提高氮素的农学利用率。宋海星等[64]认为水氮同时供应之所以能提高作物产量是因为合理的水氮能促进养分吸收速率和吸收量，加快营养器官中的养分向籽粒的转移，提高了养分在籽粒中的分配比例，从而提高了产量。王敬锋[65]也认为施氮量和灌水量增加，氮素积累显著增加，他还针对不同氮效率玉米品种进行了研究，证实了高效品种具有明显的氮素积累优势，向籽粒中运转的营养物质多，具有较高的氮素输出率、贡献率和氮素利用率。此外解婷婷[66]对青贮玉米的研究表明同一施氮水平下,均随灌水定额的增加,氮肥利用效率逐渐增加;同一灌水定额条件下,均随施肥量的减少,氮肥利用效率逐渐增加。可见水氮耦合对植株氮素利用效率有一定影响，找到好的水氮耦合模式是提高产量和氮素利用效率的有效方式。水氮在利用效率成协同共进的关系，在土壤缺水条件下随供水量的增加，肥料的生产效率也随之提高，反之增加施肥量，水分利用效率也相应提高。但是水分或氮素含量过高也会抑制水分和氮素的利用效率，Thomas等[67]研究了滴灌条件下不同水氮耦合对花椰菜氮肥吸收利用率的影响,通过3年的试验结果表明氮肥利用率受施氮量和土壤水分含量的影响，在低、中、高不同水分条件下,氮肥平均利用率分别为55%、61%和52%，不同施氮量氮肥利用率也不同，高氮反而使氮肥利用率降低。合理的水氮配比不仅能提高作物产量，也能提高作物水氮利用效率，吴海卿[68]等人就小麦的研究认为合理的水氮配比可显著增加小麦的根系总量，使得根系活力得到提升，减少土壤水肥的散失，进而大幅提高小麦水分利用率。1.3本论文研究的主要内容近年来由于全球气候变化导致平均气温升高，降雨量下降且降雨分布不均对东北春玉米种植带来很大影响。本研究主要为适应降水量变化的东北春玉米水氮耦合栽培技术，通过田间试验与室内分析相结合的研究方法，在自然降水条件下采用滴灌补水措施，研究不同水、氮供给量及其交互作用对玉米经济产量和生物产量、玉米氮素吸收积累特性、水分和氮素利用效率及土壤氮平衡的影响，筛选出不同供水量（降水量）条件下减氮增效、水氮精量耦合技术模式。以便依据气象部门对当年降水量的预测指导科学施用氮肥。5 吉林农业大学硕士学位论文第一章前言主要包括以下几个研究方面：（1）不同水氮耦合方式对玉米产量和干物质的影响（2）不同水氮耦合方式对玉米氮素吸收及利用效率的影响（3）不同水氮耦合对土壤不同形态氮素含量的影响6 吉林农业大学硕士学位论文第一章前言1.4技术路线不同水氮耦合方式对玉米氮素吸收积累及利用效率的影响田间试验滴灌补水氮肥施用田间定期采样生物产量测定室内分析测试数据统计分析最佳水肥耦合方式7 吉林农业大学硕士学位论文第二章材料与方法第二章材料与方法2.1试验材料2.1.1研究区域的自然状况本试验于2014年5月-10月在吉林省梨树县泉眼沟乡中国农业大学试验站进行，地理坐标为东经124°、北纬43°，属于大陆性季风性气候，四季分明，雨热同季，年均日照时数2644.2小时，其中作物生长季节4～9月，日照时数2698.5小时，占全年日照总时数59%，平均每天日照8小时，日照充足，光能源较丰富。年太阳总辐射每平方厘米122.79千卡，光合有效辐射量每平方厘米60.17千卡。年均降雨量577.2mm，属于半干旱地区，2013年与2012年降雨量分别为755.9mm和716.7mm。2014年全年降雨量为453.2mm，其中玉米生育期（2014年4月28日-2014年9月26日）共计降水量为354.86mm，其中玉米主要生长时期拔节期到灌浆期（2014年6月26日-2014年8月15日）降雨量为128.76mm，具体降水量情况详见图2.1。试验田为玉米连作区，供试土壤为黑土，耕层土壤基本理化性状为：pH6.69，有机质21.54g/kg，全氮0.96g/kg、碱解氮130.55mg/kg，速效磷14.74mg/kg，速效钾183.60mg/kg。图2.1玉米生育期内降雨情况Fig.2.1Rainfallcorngrowingperiod2.1.2供试作物供试玉米品种为良玉11，种植密度为6.5万株/公顷。8 吉林农业大学硕士学位论文第二章材料与方法2.1.3供试肥料供试无机肥为尿素（N46%），磷肥为二铵（N15%，P2O542%）、重过磷酸钙（P2O546%），钾肥为氯化钾（K2O60%）。2.2试验设计试验设灌水量和施氮量2个试验因素，灌水量设4个水平，施氮量设5个水平，共20个处理，每个灌水处理设一个空白试验，共计24个试验处理,详见表2-1。22氮肥用量(N)设5个处理：N0处理施N量0kg/hm、N1处理施N量80kg/hm、N2处222理施N量160kg/hm、N3处理施N量240kg/hm、N4处理施N量320kg/hm。表2-1各处理施N量及灌水量Tab.2-1Eachtreatmentnitrogenfertilizerratesandirrigationamount灌水量(W)施N量(N)处理m3/hm2kg/hm2W0CK00W0N000W0N1080W0N20160W0N30240W0N40320W1CK00W1N010000W1N1100080W1N21000160W1N31000240W1N41000320W2CK00W2N020000W2N1200080W2N22000160W2N32000240W2N42000320W3CK00W3N030000W3N1300080W3N23000160W3N33000240W3N4300032032滴灌灌水定额设为4个处理:W0处理灌溉定额为0m/hm、W1处理灌溉定额为1000323232m/hm（100mm）、W2处理灌溉定额为2000m/hm（200mm）、W3处理灌溉定额为3000m/hm（300mm）。各处理分3次进行灌水，即玉米喇叭口期灌水量为灌溉定额的20%，抽雄吐丝9 吉林农业大学硕士学位论文第二章材料与方法期灌水量占灌溉定额的40%，灌浆期灌水量为灌溉定额的40%。各处理详细灌水量及每个时期灌水量数值见表2-2。（降雨量是1毫米，即1平方米的降雨量是1毫米。每公顷是10000平方米，即是10000×0.001=10立方米）各处理施氮量及灌水量见下表2-1。2W0—W3共20个处理，每个处理三次重复，共60个试验小区，小区面积35m；每个处理均设置一个对照试验CK，小区面积也为35㎡，共计64各试验小区。各处理总施N量的30%作基肥，30%作拔节期追肥，40%作抽雄期追肥。各处理均施P2O5和K2O分别为8022kg/hm和100kg/hm，作基肥一次施入。具体施用量及施用时期和分配比例详见表2-3.表2-2.各试验处理灌水时期及灌水量Tab.2-2Eachtreatmentperiodandirrigationwaterirrigation32处理设计灌水各时期灌水量m/hm自然降雨共计给水年给水量量量量323232（m/hm）喇叭口抽雄灌浆（m/hm/（m/hm/（mm）（20%）（40%）（40%）生育期）生育期）W000003548.63548.6453.2W110002004004003548.63648.6553.2W220004008008003548.63748.6653.2W33000600120012003548.63848.6753.2表2-3.各试验处理养分施用量Tab.2-3Eachtreatmentsnutrientfertilizer总养分量基肥追肥（占总养分量%）2处理养分kg/hm占总养分拔节期抽雄吐丝期量%N0303040N0P2O58010000K2O10010000N80303040N1P2O58010000K2O10010000N160303040N2P2O58010000K2O10010000N240303040N3P2O58010000K2O10010000N320303040N4P2O58010000K2O100100002.3取样时期与方法2.3.1植株样品采集10 吉林农业大学硕士学位论文第二章材料与方法各试验处理均在玉米不同生育期，即苗期（出苗后21天）、拔节期（出苗后39天）、大喇叭口期（出苗后54天）、抽雄吐丝期（出苗后71天）、灌浆期（出苗后89天）、乳熟期（出苗后105天）完熟期（出苗后128天）进行植株样品采集。从各试验小区选取有代表性的植株3-5株（苗期30株），烘干，储存备用，分别测定茎、叶、穗部营养体和籽粒的干物重及氮含量，完熟期测产。2.3.2土壤样品采集方法试验处理在玉米不同生育期分别采用土钻法取土，取土深度为100cm，每20cm一个土层，共计五层。每层土混匀后分成两份，一份为自然风干土，一份为鲜土保存备用。2.4测试项目及方法植株样品和土壤样品全氮含量采用硫酸-过氧化氢消煮，凯氏定氮法测定；土壤含水量采用风干法测定；鲜土用2mol/LKCL浸提后通过流动分析仪测定铵态氮和硝态氮浓度；玉米成熟后，每小区按重量均值法选取10穗进行考种、测产。2.5数据分析方法采用MicrosoftExcel和IBMSPSS19.0软件进行数据处理和统计分析。2.6相关参数计算植株（器官）养分积累量(g/plant)=植株（器官）养分含量(%)*植株（器官）生物量(g/plant)；养分阶段积累量（kg/hm2）=两个相邻生育期养分积累量之差；养分吸收积累速率（kg/hm2·d）=养分阶段积累量/两个生育期间隔天数；养分吸收效率（kg/kg）=植株地上部养分吸收量/施肥量；养分利用效率（kg/kg）=经济产量/植株养分积累量；肥料农学利用率(kg/kg)=(施肥料处理产量-不施肥料处理产量)/施肥量；养分收获指数（%）=籽粒中养分积累量/植株养分积累量×100；肥料利用效率（kg/kg）=（施肥处理地上部养分吸收量-不施肥处理地上部养分吸收量）/施肥量×100；肥料生理效率（kg/kg）=（施肥处理籽粒产量-不施肥处理籽粒产量）/（施肥处理地上部养分吸收量-不施肥处理地上部养分吸收量）；肥料农学效率（kg/kg）=（施肥处理籽粒产量-不施肥处理籽粒产量）/施肥量；肥料偏生产力（kg/kg）=施肥料处理产量/施肥量。11 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析第三章结果与分析3.1不同水氮耦合方式对玉米产量的影响3.1.1不同水氮耦合方式对玉米产量及产量构成因素的影响表3-1为不同水氮耦合方式对玉米产量及产量构成因素的影响，由表中数据可知，在水分供应量相同，施氮量不同的条件下，玉米产量及其它产量构成因素有所差异。在不进2行人工灌溉仅自然降雨条件下（W0），施氮量为160kg/hm的N2处理产量最高，与相同条件下的N3处理差异不大，但与其余各处理差异都较大。各项数值均最低的为CK处理，显著低于其它各处理，产量各构成指标均较高的N2处理在产量上更是达到了CK处理的3.17倍之多，可见施肥对于提高作物产量作用很大。过量氮肥并没有使产量增加，由此说明在缺水或水分不充足的条件下，玉米对氮素的吸收量是有限的，也可以说缺水会抑制玉米对氮素的吸收。各处理产量从大到小的顺序为N2>N3>N4>N1>N0>CK。在W1条件下，产量最高为N3处理，达到亩产987.6kg，但与N2、N4处理差异不显著。千粒重最大的也是N3处理，千粒重是影响产量构成比较大的一个因素。而亩穗数和穗粒数最大的分别为N1处理和N4处理。CK处理各产量构成因素值均最低，而且与其余各处理差异均非常大。相同水分供应条件下的不施氮肥处理N0产量明显低于施氮处理，各产量构成因素与最高产量处理N3均达到显著。此灌水条件下的N0处理较人工降雨条件2下的N0处理亩产提高近140kg/hm，可见增加水分供应量明显提高了产量。在W2给水处理条件下，产量最高为N3处理，亩产达到1000.9kg，这是本次试验中产量最高的处理。千粒重最高的处理也为N3处理，穗粒数最高的为N1处理，各处理产量大小顺序为N3>N4>N1>N2>N0>CK。在W3给水处理条件下，产量最高的为N2处理，达到亩产986.1kg，其千粒重是本次实验中最高的处理，达到378.7g。在高给水量处理W3条件下，各处理产量均较高，不施氮肥处理N0也达到了亩产825.7kg，因此可知水分供应量的多少对玉米产量有很大的影响。各处理产量从大到小的顺序为N2>N4>N3>N1>N0>CK。灌水在一定程度上能显著提高作物产量，尤其是在缺肥的情况下。在不施化肥的条件下（CK），在一定程度上增加水分供应量也能提高玉米产量，但在无化肥的条件下，过量的水分供应反而会影响玉米的生长，也可以说抑制了玉米对水分的吸收，这一点可从W3处理CK产量要低于W2处理CK中看出。各CK处理产量从大到小顺序为W2CK>W3CK>W1CK>W0CK。在无氮肥的条件下，供水能显著提高玉米的产量，且在一定范围内供水量越大产量提高越明显，这一点体现在各水分供应条件下的N0处理上，水分越高12 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析N0产量越高，这也在一定程度上说明了水分可能也会促进玉米对磷钾等养分的吸收。在少量或中量氮肥的条件下，供水量对玉米植物的影响不明显。在高量氮肥条件下，供水量高的处理产量要高于供水量低的处理，说明当氮素供给量较高时，充足的水分能促进作物产量的提高，但是无论是过高的给水处理还是施氮处理对提高玉米产量的效果都不明显，甚至还会降低，这也说明玉米对水分和氮素的吸收都是有限度的，过量供应会造成资源的浪费。总之在玉米产量方面，水分供应量和氮肥施用量二者在一定限度内成协同关系，相互促进，超过这一限度就会产生抑制作用。表3-1.不同水肥耦合方式对玉米产量及产量构成因素的影响Tab.3-1Differentwaterandfertilizercouplingcomponentfactorsoncornyieldandyield给水处理施氮处理亩穗数穗粒数千粒重产量（667㎡）（g）（kg/667㎡）N03689.1a536.1b281.2b541.6cN14022.4a622.9ab353.5a780.9bWON24000.2a681.7a360.9a912.3aN34022.4a660.5a368.7a891.6abN43866.9a631.9ab360.0a797.3bCK3733.2a412.2c232.3c288.1dN03800.2ab621.9bc301.8cd680.0cN14333.6a618.7c334.7bc841.9bcW1N23822.4ab686.3ab368.7a911.6abN34200.2a698.7a369.9a987.6aN43911.3a703.1a355.3ab966.0abCK3333.5b451.3d280.1d323.3dN03822.4ab649.9a303.7b633.6cN14089.1a650.7a358.7a865.1bW2N23711.3b679.2a355.2a935.3bN33978.0ab695.6a372.6a1000.9aN43622.4b688.1a370.8a945.6bCK3733.2b500.2b270.0c471.0dN03978.0ab647.5a363.1a629.0cN13866.9ab672.6a336.5a865.6abW3N24155.8a660.4a378.7a986.1aN33711.3ab709.3a374.6a954.5aN44089.1ab661.1a370.0a938.9aCK3533.2b482.3b279.0b445.4d注：1.产量(公斤/亩)＝亩穗干重（公斤／亩）×干出籽率（%）×［1－测千粒重时所对应的籽粒含水率（%）］÷（1-14%）。2.不同字母表示在alpha=0.05的范围内差异不显著。3.表中CK处理为不施肥处理，N0处理为不施氮肥，与其他处理磷钾肥施用量一致处理。图3.1至图3.5为相同氮肥施用量不同水分供应量条件下的玉米产量。图中灌水量为0是指自然降雨条件下的处理。图3.1为不施氮肥时各灌水量处理的产量，从图中可以清晰看出灌水处理明显较不灌水处理产量要高，灌水量为100mm的处理产量达到13 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析2210199.9kg/hm，而不灌水处理产量仅为8123.6kg/hm，差异显著，由此可说明灌水对提高产量效果明显。各处理产量由大到小的顺序为100mm(W1)>200mm(W2)>300mm(W3)>0mm(W0),灌水处理间横向比较，灌水量越大处理产量反而有所降低，这主要是因为氮肥胁迫会抑制玉米水分的吸收，降低玉米植株水分的吸收能2力，进而造成产量下降。从图3.2中可看出在N1（N80kg/hm）条件下玉米产量随灌水量2增加有所增加，灌水量超过200mm时，产量略有下降。图3.3为N2（N160kg/hm）条件下各灌水量处理的产量，图中四种水分条件下产量值均较高，产量最高为W3处理，达到2214790.8kg/hm，但较前几种水分条件差异不显著。从图3.4中可看出N3（240kg/hm）条件下灌水量100mm和200mm两个处理产量较高，其中灌水量为200mm的W2N3处理产量2最高，达到15013.5kg/hm，该处理也是本次试验产量最高的处理。从施氮量较多的N4（3202kg/hm）处理图3.5可知，灌水量100mm处理产量最大，而后随灌水量增加产量逐渐下降，由此说明过量氮肥也会抑制水分吸收。综上所述可知，玉米产量会受到氮肥施用量和水分量两方面因素影响，施氮和灌水都能增加玉米产量。氮素胁迫会抑制水分的吸收，水分充裕时过量氮肥可导致减产，因此可以适当减少氮肥施用量。图3.1N0条件下灌水量对玉米产量的影响Fig.3.1TheimpactofirrigationoncornyieldunderN0图3.2N1条件下灌水量对玉米产量的影响Fig.3.2TheimpactofirrigationoncornyieldunderN114 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析图3.3N2条件下灌水量对玉米产量的影响Fig.3.3TheimpactofirrigationoncornyieldunderN2图3.4N3条件下灌水量对玉米产量的影响Fig.3.4TheimpactofirrigationoncornyieldunderN3图3.5N4条件下灌水量对玉米产量的影响Fig.3.5TheimpactofirrigationoncornyieldunderN4结合上述分析可知，玉米产量受施氮量影响明显，相同水分情况下氮肥施用量在15 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析220-240kg/hm左右时，玉米产量随氮肥施用量增加而增加，超过240kg/hm时玉米产量会有所下降。水分供应量对玉米产量也有一定影响，本试验条件下，玉米产量随水量增加有所增加，但当灌水量超过200mm时，增加幅度逐渐减小，且最大产量处理出现在灌水量200mm条件下，过量灌水对提高产量意义不大且造成资源浪费。本试验条件下得出最为适22宜玉米生长的水肥耦合方式为灌水量2000m³/hm、施氮量240kg/hm的W2N3处理，其次222为灌水量1000m³/hm、施氮量240kg/hm的W1N3处理和灌水量3000m³/hm、施氮量2160kg/hmW3N2处理。本试验为模拟气候变化中年降雨量分布不均情况的试验，试验中最高产量的W2N3处理年给水量约为653.2mm，而W1N3和W3N2分别为553.2mm和753.mm。该地区年均降雨2量为577.2mm，该水分条件下较为适宜的氮肥施用量为240kg/hm。2014年降雨量为2453.2mm，该水分条件下施肥量在160-240kg/hm较为适宜。而该地区2013年和2012年降雨量均在700mm以上，分别为755.9mm和716.7mm,都属于丰雨年型，充足的水分可减2少氮肥的施用量，即氮肥施用量在160kg/hm时即可获得高产。3.1.2不同水氮耦合方式对氮肥效应的影响图3.6至图3.9为不同水分供应量条件下玉米产量对氮肥施用量的反应曲线。根据氮肥施用量和产量间的关系将二者用肥料效应方程y=a+bx±cx2进行拟合，即将产量（y）与施胆量（x）拟合成一元二次回归方程，得到产量对施氮量的反应曲线，当x=b/2c时，y取得最大值。在自然降雨W0条件下求得回归方程为y=-0.137x2+55.55x+8144，根据回归方程的拟合优度检验可知，R2取值在0-1之间，R2越接近1，说明回归方程对样本数据点的拟合优度越高，本方程中相关系数R2=0.996，达到显著水平，表明方程拟合很好。分析图中曲线可知，玉米产量在水分供应量和磷钾肥施用量相同的条件下，随着氮肥施用量的增加呈现出先增高后降低的趋势。人工滴灌补水处理W1、W2和W3的肥料效应曲线变化趋势也基本如此。在W0条件下，经计算当X=202时，y取得最大值13773，即当氮肥施用量为202kg/hm2时，所取得产量最高，为13773kg/hm2，超过此氮肥施用量，产量便会逐渐下降。同理求得W1条件施氮量为271kg/hm2时，产量最高为14684kg/hm2，W2条件下施氮量为234kg/hm2时，得到最大产量14903kg/hm2，W3条件下施氮量为220kg/hm2时，得到最高产量14929kg/hm2。由此可知当水分供应量逐渐增大时，取得最高玉米产量的氮肥施用量在逐渐减小，且产量逐渐升高，可以说明水分对提高玉米产量的作用明显，在水分充裕的条件下，减少氮肥施用量反而能得到更高的产量。16 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析图3.6WO水分条件下玉米产量对施氮量的反应曲线Fig.3.6CornyieldresponsecurvefortheamountofnitrogenunderW0图3.7W1水分条件下玉米产量对施氮量的反应曲线Fig.3.7CornyieldresponsecurvefortheamountofnitrogenunderW1图3.8W2水分条件下玉米产量对施氮量的反应曲线Fig.3.8CornyieldresponsecurvefortheamountofnitrogenunderW217 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析图3.9W3水分条件下玉米产量对施氮量的反应Fig.3.9Cornyieldresponsecurvefortheamountofnitrogenunde3.2不同水氮耦合方式对玉米干物质积累的影响3.2.1不同水氮耦合方式对玉米植株干物质积累的影响图3.10为自然降雨条件下植株干物质积累动态变化，由图可知除CK处理外，其余各处理干物质积累趋势大致相同，均表现为前期增长缓慢，喇叭口期之后生长速度加快，至乳熟期生长速率再次放缓。而CK处理干物质积累速率则表现为整个生育时期皆较为缓慢，尤其是灌浆期之后几乎趋于平稳，CK处理与其余各处理差异均显著。施肥处理之间干物质积累量也有明显差异，N3处理干物质积累最高，到成熟期时达到466.8g/株，而ck处理成熟期干物质量仅为166g/株，N0处理成熟期干物质积累量为291.6g/株，N3处理相对于CK处理提高了181%，相对于N0、N1、N2、N4处理分别提高了60.1%、28.9%、13.3%和3%，由此可见在水分缺失的情况下，给予一定量的氮素养分有助于玉米干物质的形成，但不会无限增长。图3.10W0条件下植株干物质吸收积累动态变化Fig.3.10DrymatteruptakeandaccumulationofdynamicchangesunderW0conditions2图3.11为人工补水量1000（m³/hm/生育期）条件下不同氮肥供应量玉米植株干物质18 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析积累动态，图中不同施氮量植株干物质积累趋势有所差别，前期增加均较为缓慢，但除CK处理外，其余各处理在喇叭期（出苗后54天）开始迅速积累干物质，这可能是因为这一生育时期同时进行氮肥追施和灌水，水分与氮素相互促进玉米吸收的原因。灌浆期后除不施氮肥处理（NO）和CK处理外，其余各处理干物质积累速率仍较快，这主要是因为对玉米生育后期进行了追肥。干物质积累量最大处理N3到完熟期干物质积累量达到496.2g/株，明显高于其余各处理，N4处理成熟期干物质积累量为459.0g/株，仅次于N3处理，这说明过量的氮肥玉米没有吸收利用。NO处理和CK处理到完熟期干物质积累量分别为309.6g/株和179.6g/株，二者差异显著，这说明磷钾养分对玉米生长也起到很大作用。图3.11W1条件下植株干物质吸收积累动态Fig.3.11DrymatteruptakeandaccumulationofdynamicchangesunderW1conditions从图3.12中可知各处理干物质积累趋势大致分为两种，N0处理与CK处理吸收积累趋势基本一致，表现为从出苗开始到乳熟期（出苗后105天）一直缓慢增长，乳熟期之后趋于平缓；其余各处理积累趋势较为相同，表现为前期增长缓慢，到了喇叭口期（出苗后54天）之后迅速增长，乳熟期之后再次放缓。由图还可知N1处理到N4处理积累过程有几个拐点，较为明显的就是灌浆期到乳熟期这一段，增长速率较之前明显加快，这可能是由于这一时期自然气候干旱，人工补水产生的结果。到完熟期N3处理干物质积累量达到509.6g/株，明显高于其余处理，N4处理紧随其后，达到485.1g/株，而最低的CK处理为235.8，与最高处理差异很大，N0处理为323.5g/株。各处理完熟期干物质积累量较氮肥供应相同条件下的W1处理均有所提高，可见在氮肥供应量相同时，充足的水分更有助于玉米生长。19 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析图3.12W2条件下植株干物质吸收积累动态Fig.3.12DrymatteruptakeandaccumulationofdynamicchangesunderW2conditions从图3.13可知植株干物质积动态变化趋势大致相似，在乳熟期（出苗后105天）之前基本属于持续增长趋势，增长速率变化不大，到乳熟期之后增长速率变缓，NO处理和CK处理基本已停止积累。干物质积累量最高的是N4处理，在成熟期是干物质达到483.2g/株，但与N2和N3差异不大，N2和N3处理完熟期干物质积累量分别为476.8g/株和460.6g/株。干物质积累量较低的CK处理和N0处理完熟期干物质积累量分别为267.2g/株和346.1g/株，较之前同等施肥条件下的处理均有所提高，这也进一步证实在缺肥条件下水分供应可能促进玉米生长。本水分供应量下各处理干物质积累量都较高，成熟期干物质积累量平均值为407.9g/株，而W2给水条件下平均值为407.6g/株，与W3处理差异很小，2但灌水量差异为1000m³/hm，W3没有W2处理水分利用充分，说明充足的水分供应只能在一定程度上帮助玉米植株干物质积累，水分继续增加则干物质不再累积。图3.13W3条件下植株干物质吸收积累动态Fig.3.13DrymatteruptakeandaccumulationofdynamicchangesunderW3conditions3.2.2不同水氮耦合方式对玉米干物质阶段积累量的影响20 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析从图3.14中可知各处理玉米干物质阶段积累的情况，干物质大量积累主要在两个阶段，一个是喇叭口期到抽雄吐丝期(TS-SS)，这时期干物质积累量较大主要是因为底肥的释放再加上适当的追肥，而且这一时期也进行了人工滴灌补水。另一个干物质积累量较大的时期是灌浆期至乳熟期（FS-MK），这一时期是玉米果实生长的主要时期，也是影响玉米产量的关键时期，所以干物质积累量较大。从图中可以明显的看出W1、W2和W3处理在这一时期干物质积累量要明显高于W0处理，这主要是因为灌浆这一生育时期滴灌了额定灌水的40%，满足了玉米那个时期对水分的较大需求量，因此可以说明水分对玉米生长影响较大，尤其在玉米生育后期适当给水，效果更加明显。除上述两个阶段外，苗期到拔节期（SD-JS）各处理差别均不大，这主要是因为土地原有养分差别不大且苗期也没有进行人工滴灌补水。拔节期到喇叭口期（JS-TS）差别仍不明显，但CK处理和其它处理差异比较显著。抽雄吐丝期到灌浆期（SS-FS）各处理干物质积累都较为缓慢，相比之下W0处理在这一阶段干物质积累量还是较大的。从最后一个阶段乳熟期到完熟期（MK-MS）可以看出，CK处理和不施氮肥处理（NO）在这一阶段基本已停止生长，而施氮肥处理虽积累量不大，但也有所积累，这主要是因为抽雄吐丝期进行追肥的主要原因，由此可见在玉米生育后期追肥有助于玉米干物质积累。从积累量数值来看，W2N3处理整个生育时期各阶段干物质积累量之和最大，达到507.28g/株，而最少的是WOCK处理，为164.02，差距较大。图3.14不同水肥耦合方式对玉米阶段干物质积累量的影响Fig.3.14Effectsofdifferentwaterandfertilizercouplingonmaizedrymatteraccumulationphase3.3不同水氮耦合方式对玉米氮素吸收积累的影响3.3.1不同水氮耦合方式对玉米植株总氮素吸收积累的影响表3-2为玉米植株在各阶段的总氮素积累量，由表中数据可知，不同水肥耦合方式处理植株总氮素吸收积累量趋势基本一致，在整个生育时期玉米植株总氮素都在不断积累。21 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析增长速率表现为抽雄期（出苗后71天）前较快，抽雄期之后有所放缓，但仍在持续增长。到抽雄期时，已经吸收积累了整个生育时期的60%-70%的氮素。从相同供水量不同施氮量方面比较，施氮肥处理氮素积累量明显高于不施氮处理N0和CK处理，而且随氮肥量的增加，玉米氮素积累量也随之增加，其中W0、W1、W2供水条件下完熟期氮素积累量最大的处理都为N3，而W3供水条件下完熟期氮素积累量最大的处理都为N4，这可能是因为水分量的增加，促进了玉米对氮素的吸收，即在氮肥供给量充足或过量的情况下，给予水分能促进植株氮素吸收。在相同施氮量不同供水量方面，水分对玉米植株氮素吸收有促进作用，但不明显。CK处理植株氮素吸收积累量随给水量的增加而增加，这说明在无氮肥的条件下，充足的水分能促进玉米对土地原有氮素肥力的吸收。2表3-2不同水肥耦合方式下玉米植株总氮素吸收积累量（kg/hm）Tab.3-2Totalnitrogenabsorbaccumulationonmaizeplantsunderdifferentwaterandfertilizercoupling给水处施氮处出苗后天数（day）理理2139547189105128CK6.419.135.563.568.169.472.1N010.039.276.6121.1136.9175.6193.6W0N111.254.0103.7187.8214.0262.4279.4N211.562.4141.4232.2249.3300.5335.4N312.462.1156.3253.7258.7357.1391.1N411.053.9130.7213.4235.3293.8348.8CK7.032.055.485.889.189.492.6N09.351.497.0162.2167.4170.5199.5W1N110.867.0137.3218.5241.4255.0291.5N210.872.2138.1218.3250.8287.1314.6N310.768.7153.6263.5277.7354.7375.4N411.171.4160.7248.1266.0340.5359.7CK8.653.275.8134.4139.6140.5143.4N08.459.5113.4178.8185.3204.9224.0W2N110.259.4132.5207.5208.3322.2325.9N210.261.7143.9239.5247.4318.3328.7N310.075.8158.7264.2278.2377.0413.9N49.970.6138.8218.0234.1352.0386.3CK6.544.267.4120.7125.5131.0144.9N07.164.8101.9171.3173.6230.8244.4W3N19.970.8115.9221.8227.7286.8308.6N211.379.6143.6256.4275.7373.6376.5N310.174.2130.8250.8277.5359.1367.0N48.776.1124.5261.7270.3412.4424.23.3.2不同水氮耦合方式对玉米各器官氮素吸收积累的影响从表3-3中可知不同水氮耦合方式下玉米叶片的氮素吸收积累趋势，玉米叶片氮素前期迅速积累，大喇叭口期（出苗后54天）到抽雄吐丝期（出苗后71天）这一期间达到积22 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析累峰值，而后开始下降。从增长速率方面来看，出苗后到大喇叭口期这是增长最快的阶段，大喇叭口期到抽雄吐丝期增长速度下降，但仍保持增长状态。抽雄吐丝期之后，玉米叶片中的氮素含量开始降低，这主要是因为这一时期开始形成籽粒，叶片中的氮素营养向籽粒转移的原因。相同供水量不同施氮量方面来看，随着施氮量的增加玉米叶片氮素积累量呈增加趋势，W0条件下的N4处理氮素含量要低于N3处理，说明在水分胁迫条件下过量氮肥抑制了玉米叶片氮素的吸收积累，W1、W2和W3给水条件下N3处理和N4处理均保持较高的氮素积累量，说明充足的水分能促进玉米叶片氮素的吸收积累。从相同施氮量不同供水量方面来看，人工滴灌处理（W1、W2、W3）玉米叶片氮素积累量在生育中期整体要高于自然降雨处理W0，而且差值较为明显，而到了生育后期氮素积累量下降数值较自然降雨条件下的W0处理大，这可能是因为玉米叶片中氮素向籽粒中转移更加充分。由此可说明充足的水分能促进玉米叶片中氮素向籽粒的转移。2表3-3不同水肥耦合方式下玉米叶片氮素吸收积累量（kg/hm）Tab.3-3Totalnitrogenabsorbaccumulationonmaizeleavesunderdifferentwaterandfertilizercoupling给水处施氮处出苗后天数理理2139547189105128ck6.419.122.523.727.026.323.1N010.039.250.349.357.345.041.3W0N111.254.074.073.080.262.446.2N211.562.4105.3107.787.670.159.1N312.462.1115.2126.194.490.771.0N411.053.9100.4106.888.364.857.8CK7.032.039.642.536.820.825.2N09.351.473.978.049.829.340.4W1N110.867.0110.1102.078.448.749.5N210.872.2111.6104.594.860.659.5N310.768.7120.2129.598.867.457.4N411.171.4125.1125.390.170.667.1CK8.653.256.075.062.840.036.3N08.459.579.988.773.750.648.2W2N110.259.4101.298.491.767.057.6N210.261.7108.0113.795.069.060.6N310.075.8118.0125.8108.996.373.2N49.970.6106.5114.397.476.662.9CK6.544.250.877.936.532.931.8N07.164.875.497.257.049.439.7W3N19.970.882.8109.386.275.549.5N211.379.6104.0127.399.990.454.1N310.174.291.6124.599.482.752.2N48.776.184.9121.487.384.360.4从表3-4中可看出不同水肥耦合方式下玉米茎秆氮素吸收积累量，明显小于叶片23 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析中氮素的含量。不同水肥耦合方式下玉米茎秆中氮素吸收积累趋势基本一致。自玉米茎秆形成之后，玉米茎干中氮素开始迅速积累，到抽雄吐丝期（出苗后71天）左右达到峰值，而后又开始急速下降。玉米茎秆中氮素含量最高时在抽雄吐丝期左右，此后玉米便开始形成籽粒，各器官中氮素都开始向籽粒中转移，因此开始下降。相同水分供应量条件下，茎秆中氮素含量基本上和施肥量成正比关系，W0、W1、W2处理最高值多数出现在N3处理上，N4处理氮肥施用量虽然更高，但氮素积累量反而略有降低，而W3水分条件下N4处理氮素积累量要高于N3处理，说明水分对玉米茎秆氮素吸收积累是有影响的，随着水分含量的增加玉米茎秆对氮素的吸收积累量也有所增加。相同氮肥施用量条件下，水分供应量和玉米茎秆中氮素呈正相关趋势，说明水分能在一定程度上促进玉米茎秆氮素吸收。2表3-4不同水肥耦合方式下玉米茎秆氮素吸收积累量（kg/hm）Tab.3-4Totalnitrogenabsorbaccumulationonmaizestalksunderdifferentwaterandfertilizercoupling给水处理施氮处理出苗后天数（day）547189105128ck13.019.512.310.16.6N026.337.614.212.97.2W0N129.750.218.215.610.2N236.153.234.518.514.8N341.147.328.015.48.9N430.343.925.517.610.9CK15.919.410.910.47.1N023.144.426.215.19.7W1N127.252.138.820.816.9N226.548.132.522.817.0N333.452.444.821.817.9N435.655.746.519.821.3CK19.725.922.611.59.2N033.540.231.416.210.0W2N131.442.631.221.110.7N235.957.340.917.814.6N340.757.939.825.415.8N432.345.031.226.510.2CK16.615.415.19.98.4N026.528.622.516.414.8W3N133.041.029.421.718.9N239.654.044.326.322.1N339.247.842.729.917.9N439.656.548.136.923.0从表3-5可以看出玉米穗部营养体中氮素的含量一直是处于下降趋势的，出穗时氮素含量基本已达到积累峰值。从抽雄吐丝期到灌浆期（出苗后89天）这一期间穗部营养体24 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析中的氮素含量急速下降，灌浆期之后下降变为缓慢，但仍持续下降。相同水分供应量不同施氮量处理之间，表现为施氮量较高的N3处理各时期穗部营养体中氮素含量也较高，N4施氮量的个别处理氮素积累量要高于N3，但不明显，说明在本试验条件下各处理对N4氮肥吸收不充分，这也说明水分不足时，过高的氮肥也无法令玉米吸收。相同施氮量不同水分供应量处理之间，穗部营养体中氮素含量有差别，但不明显，说明穗部营养体中氮素含量主要还是取决于氮肥的施用量。2表3-5不同水肥耦合方式下玉米穗部营养体氮素吸收积累量（kg/hm）Tab.3-5TotalnitrogenabsorbaccumulationonmaizeEarvegetativesunderdifferentwaterandfertilizercoupling给水处理施氮处理出苗后天数（day）7189105128ck20.413.010.87.1N034.215.011.68.0W0N164.519.714.412.2N271.221.516.214.4N380.322.717.913.9N462.716.615.212.1CK23.911.610.69.6N039.917.813.213.3W1N164.324.119.816.8N265.724.721.216.6N381.628.422.519.5N467.123.622.219.1CK33.611.29.77.2N049.812.412.411.8W2N166.613.514.613.4N268.519.517.613.9N380.528.819.914.8N458.714.919.315.7CK27.410.49.68.0N045.516.915.515.1W3N171.524.319.915.1N275.123.321.916.5N378.529.124.317.0N483.827.022.619.4从表3-6中能够看出玉米从籽粒长出开始，氮素便迅速积累，尤其是从出粒到乳熟期（出苗后105天）这段时间，乳熟期之后虽然籽粒中氮素吸收积累速率有所下降，但仍在不断积累。籽粒中氮素含量也是玉米各器官中最高的，前期其它器官的氮素吸收积累都是为了更好的转运到籽粒中来。相同供水量不同氮肥施用量条件下，CK处理明显较施肥处理籽粒中氮素含量低很多；不施氮肥处理N0与施氮肥各处理籽粒中氮素含量相比差距也25 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析较大，W0条件下N3处理完熟期（出苗后128天）籽粒中氮素含量与N0处理差值达2倍以上。W0、W1和W2条件下完熟期籽粒中氮素最高的均为N3处理，W3条件下完熟期籽粒中氮素含量最高的均为N4处理，由此可知在水分不足条件下，过量氮肥也不利于玉米籽粒的吸收，但是在水分充足时，水分能促进玉米籽粒对氮素的进一步吸收。在相同氮肥施用量不同水分供应条件下，当玉米缺肥时，籽粒中氮素含量随水分供应量的增加而增加，从CK处理和N0处理都能看出这一规律，而在氮肥供应量适中时，水分对玉米籽粒中氮素含量影响不大。2表3-6不同水肥耦合方式下玉米籽粒氮素吸收积累量（kg/hm）Tab.3-6Totalnitrogenabsorbaccumulationonmaizegrainsunderdifferentwaterandfertilizercoupling给水处理施氮处理出苗后天数（day）89105128ck15.822.135.2N050.5106.1137.1W0N195.8170.1210.8N2105.7195.7247.0N3113.6233.1297.3N4104.9196.2268.0CK29.847.750.6N073.6112.9136.2W1N1100.2165.7208.3N298.8182.6221.5N3105.7242.9280.6N4105.9227.9252.2CK43.079.490.6N067.8125.7154.0W2N171.9219.5244.1N291.9213.9239.6N3100.7235.5310.2N490.6229.6297.5CK63.578.796.8N077.1149.4174.8W3N187.8169.7225.1N2108.1234.9283.7N3106.3222.1279.9N4107.9268.6321.33.4不同水氮耦合方式的氮素利用率不同水肥耦合方式氮素利用情况也有所不同，表3-7中列出玉米成熟时期各处理植株氮素吸收效率、氮素利用效率的情况。26 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析表3-7不同水肥耦合方式下玉米氮素生理效率Tab.3-7Maizenitrogenuptakeandutilizationunderdifferentwaterandfertilizercoupling处理氮素吸收效率氮素利用效率TreatmentNE（kg/kg）NUE（kg/kg）W0N13.7647.5W0N22.2744.0W0N31.7637.5W0N41.2237.8W1N13.6446.1W1N22.0850.6W1N31.6140.5W1N41.1843.0W2N14.1445.8W2N22.4040.8W2N31.8837.1W2N41.4336.3W3N14.1842.9W3N22.2545.1W3N31.5541.3W3N41.4135.3比较表中各项数据可知，氮素吸收效率有所差异，相同灌水量时表现为氮肥施用量越高氮素吸收效率越低，且差距较明显。相同施氮量不同灌水量方向比较，灌水量越大氮素吸收效率越高，说明水分能促进玉米氮素吸收。相同水分条件下氮素利用效率NUE随氮肥施用量增加而降低，相同氮肥施用量不同灌水量方面表现为低氮肥处理N1随水量增加逐渐降低，说明氮肥施用量低时过多的水分会抑制氮素吸收；高氮肥处理N4在W2水分条件下利用率最高，说明过量的水分也不能使氮素利用效率明显增加，适宜的水量才能使氮素利用效率最高。由表3-8可知氮肥农学效率和氮肥偏生产力均表现为相同水分条件下随氮肥施用量的增加而降低，且降低明显。氮肥农学效率在施氮量相同水分不同时表现为供水量越高处理氮肥农学效率值相对较低。W3处理的氮肥偏生产力均保持较高的水平，说明充足水分有助于氮肥吸收。27 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析表3-8不同水肥耦合方式下玉米氮肥利用效率Tab.3-8Cornnitrogenuseefficiencyunderdifferentwaterandfertilizercoupling氮肥农学效率氮肥偏生产力处理TreatmentAEN（kg/kg）PFPN（kg/kg）W0N144.9146.3W0N234.785.5W0N321.955.7W0N412.037.4W1N133.9152.0W1N226.485.4W1N322.361.7W1N415.745.3W2N134.0152.7W2N220.079.4W2N322.962.5W2N412.342.0W3N122.0162.2W3N222.392.4W3N310.257.0W3N48.944.03.5不同水氮耦合方式对土壤全氮含量的影响从表3-9中可知不同水肥耦合方式条件下土壤出苗时期和收获时期0-1m土层的全氮含量。表中数据可知，不同水肥耦合方式下土壤全氮含量0-20cm耕层土壤全氮含量最高，随着土层的加深全氮含量呈逐渐降低的趋势。相同水分供应量条件下，土壤全氮含量随氮肥施用量增加而增加。相同氮肥施用量条件下，不同供水量对土壤全氮含量存在一定影响，主要表现为供水量增加，全氮含量在一定程度上有所增加，但是增加幅度不大，这说明水分能影响土壤全氮含量，但土壤全氮含量主要还是由氮肥施用量决定。同一区域土壤出苗时期土壤全氮含量与收获时期土壤全氮含量有明显差异，表现为出苗时期全氮含量要高于收获时期，出苗时期土壤全氮含量较高主要是因为播种时施入底肥的关系，在整个玉米生长时期土壤中氮素是玉米植株氮素吸收积累的主要来源，所以土壤中一部分氮素转移到了玉米植株中，造成收获时期土壤中氮素较播种时期明显减少。出苗时期土壤0-20cm土层全氮含量最高的为W3N4处理，最低的为W2CK处理，W3N4处理的土壤全氮含量比W2CK处理高61.05%。20-40cm土层全氮含量最高的也为W3N4处理，比该处理0-20cm土层全氮含量低了30.87%，该土层全氮含量最低的为W1CK处理。40-60cm土层全氮含量最高的处理仍为W3N4，60-80cm土层最高同时为W2N4和W3N4，80-100cm土层全氮含量最高为W1N4，处理，最低为WOCK处理。收获时期各土层全氮含量规律也大致如此。28 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析相同处理出苗时期和收获时期相比较，以灌水量和施氮量均处于中等水平的W1N2和W2N2处理为例，出苗时期0-20cm土层全氮含量分别为0.973g/kg和0.988g/kg，收获时期为0.847g/kg和0.878g/kg，下降约为0.126g/kg和0.11g/kg；W1N2和W2N2处理的20-40cm土层收获时期较出苗时期全氮含量分别下降0.059g/kg和0.079g/kg；40-60cm土层分别下降0.047g/kg和0.045g/kg；60-80cm土层分别下降0.035g/kg和0.026g/kg；80-100cm土层分别下降0.021g/kg和0.024g/kg，由此可见土层深度和全氮含量减少量呈反比关系，土层越深，出苗期和收获期全氮含量减少量越小。表3-9不同水肥耦合方式对土壤全氮含量的影响Tab.3-9Effectsofdifferentwaterandfertilizercouplingonthenitrogencontentofthesoil处理出苗时期全氮含量（g/kg）收获时期全氮含量（g/kg）土层（cm）土层（cm）0-2020-4040-6060-8080-1000-2020-4040-6060-8080-100W0CK0.7050.5410.3590.3060.2940.6010.4930.3170.3020.258W0N00.8650.6580.4060.3640.3080.7390.5540.3030.3280.301W0N10.8710.6640.4290.3830.3320.8330.5210.3830.3630.291W0N20.9190.6360.5150.4000.3390.8710.6010.4050.3930.299W0N30.9550.7080.5190.4120.3740.8730.5940.4620.4010.300W0N40.9620.7170.5280.4390.3970.7430.5410.4640.4100.304W1CK0.7790.5240.4090.3160.3080.6290.5030.3630.3050.273W1N00.9230.6990.4750.3650.3370.8020.5600.4010.3330.293W1N10.9730.6670.5030.3840.3500.8200.6260.4530.3720.297W1N20.9730.6790.5110.4140.3380.8470.6200.4640.3790.317W1N31.0690.7400.5380.4200.3690.9010.6020.4710.3920.299W1N41.0810.7340.5460.4460.3890.8990.6210.4820.3990.331W2CK0.6880.5290.4160.3440.3180.6040.4830.3270.3160.275W2N00.8840.6850.4700.3680.3260.7220.5240.4090.3280.279W2N10.8900.7030.4850.3860.3310.7390.5810.4300.3390.291W2N20.9880.7040.5170.4160.3400.8780.6250.4720.3900.306W2N31.0840.7180.5480.4220.3730.9120.6070.4810.4100.301W2N41.0810.7450.5460.4690.3830.9130.6660.4880.4170.288W3CK0.7850.6890.3930.3650.3240.6290.5080.3640.3100.278W3N00.8160.6970.4370.3730.3390.7160.5280.4130.3250.281W3N10.8940.7090.4820.4150.3380.7770.5440.4220.3490.287W3N20.9710.7640.5560.4160.3620.8690.6150.5020.3870.301W3N31.0740.7570.5610.4370.3820.8380.6290.5180.4110.311W3N41.1080.7660.5760.4690.3950.9120.7230.5500.4130.3193.6不同水氮耦合方式对土壤无机氮含量的影响3.6.1不同水氮耦合方式对土壤铵态氮含量的影响29 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析图3.15不同水肥耦合方式下土壤铵态氮含量变化Fig.3.15NH+4-Ncontentinsoilunderdifferentwaterandfertilizercoupling[69-70]相关研究表明玉米不同生育时期土壤中氨态氮含量变化不明显，以完熟期不同水30 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析肥耦合方式对土壤中铵态氮含量的影响来讨论土壤铵态氮的变化规律。从图3.15中可知不同水肥耦合方式下0-1m土层的NH4+-N含量均在1.0-3.5mg/kg这个范围内，变化趋势表现为随深度的增加而减少。以20cm为一个土层划分，0-20cm耕层土NH4+-N含量最高，但与20-40cm土层差异不显著，40cm-1m区间NH4+-N含量随深度增加减少明显。四种不同水分供应量条件下土壤中NH4+-N含量有所差异，但不显著，说明水分供应量不同对土壤中NH4+-N含量影响不大，这可能是因为铵态氮在土壤中被土壤胶体吸附固定，不易随水迁移的原因。土壤中NH4+-N含量主要取决于氮肥施用量，相同水分供应条件下，CK处理各土层NH4+-N含量都较低，随着氮肥施用量的增加NH4+-N含量也相应增加。3.6.2不同水氮耦合方式对土壤硝态氮含量的影响—由图3.16可以看出各生育时期玉米不同水肥耦合方式下土壤中NO3N含量变化趋势。—苗期在水分供应量相同的条件下0-1m土层土壤中NO3N含量随施肥量的增加而增加。土——壤中NO3N含量主要集中在0-40cm范围内，以0-20cm表层土NO3N含量最高，随土壤深—度的增加NO3N含量呈递减的趋势。相同施氮量不同灌水量条件下此时期没有明显差异，—主要是因为此时期还没有进行人工滴灌补水的原因。这一时期土壤中NO3N含量主要在5-20mg/kg范围内。—不同水氮耦合方式下玉米拔节期土壤NO3N含量表现为相同水分供应量条件下随氮肥—施用量的增加而增加，NO3N含量主要集中在0-40cm范围内，以0-20cm土层含量最高。——相同施氮量不同水分供应量条件下各处理NO3N含量差异不明显。此时各处理NO3N含量与出苗时期相比略微有所下降。—抽雄吐丝期各处理土壤NO3N含量表现为水分供应量相同的条件下随氮肥施用量的增—加而增加。土壤中NO3N主要仍集中在0-40cm范围内，在W0供水条件下，0-20cm表层土——NO3N含量最高，20-40cm次之；在W1供水条件下，0-20cm与20-40cm范围内NO3N含量—不相上下；W2和W3供水条件下20-40cm土层NO3N含量最高，此时期自然气候为连续干—旱，人工滴灌补水了额定灌水量的40%，说明土壤水分含量大时NO3N逐渐向深层土壤移—动。在玉米同一生育时期，氮肥施用量相同水分供应量不同条件下NO3N含量有明显差异，——NO3N含量随水分供应量的增加而增加，说明土壤水分含量增高加剧了NO3N的淋溶损失。——灌浆期土壤中NO3N含量表现为随氮肥施用量的增加而增加，NO3N含量主要集中在—0-40cm土层，60-100cm范围内随土壤深度的增加NO3N含量逐渐减少。W0条件下0-20cm——土层NO3N含量要高于20-40cm土层;W1和W2处理20-40cm土层NO3N含量最高，W3处理——40-60cm土层NO3N含量最高，这也进一步说明土壤水分含量越大，NO3N向深层土移动越明显。——完熟期不同氮肥施用量处理土壤中NO3N含量差异没有之前明显，且NO3N含量较前—几个时期相比有所降低。各处理NO3N含量主要都集中在0-60cm土层，以20-40cm范围内含量最高。31 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析32 吉林农业大学硕士学位论文第三章结果与分析图3.16不同水肥耦合方式下0-1m土层硝态氮含量变化Fig.3.160-1mNO-3-Ncontentinthesoilunderdifferentwaterandfertilizercoupling33 吉林农业大学硕士学位论文第四章讨论第四章讨论大量研究表明，灌水和施肥都能显著增加玉米的产量，但适宜的水肥配比是关键，郭[71]丽研究认为水分和肥料过多会对产量产生负面作用，也会造成环境污染。本试验研究结果表明在该试验地区自然降雨（354.86mm/生育期，453.2mm/年）条件下，氮肥施用量160kg/hm2时亩产最高，氮肥240kg/hm2施用量产量次之，说明在水分不充足条件下玉[65]米植株对氮素的吸收是有限的，这与王敬锋等人的研究结果一致，认为在干旱时氮肥施用过量会导致减产。本试验W1（454.86mm/生育期，553.2mm/年）供水条件下，氮肥240kg/hm2时玉米产量最高，说明水分供应量增加促进了玉米植株氮素吸收。本试验条件下供水554.86mm/生育期（653.2mm/年）和施氮240kg/hm2条件下处理玉米产量最高，说明这个水分和氮素配施比例条件最有利于玉米生长，过高或过低都会降低玉米产量。形成玉米高产的原因有很多，水分和肥料是最主要的两个因素，肥料中又以氮肥最为重要，[72]Goyal等研究认为作物的产量和土壤中有效营养元素的数量密切相关，尤其是氮素，此在自然降雨量难以控制的条件下，把握好氮肥施用量是形成玉米高产行之有效的途经。玉米干物质累积是产量形成的基础，干物质积累量的多少和向玉米籽粒转移量的多少是影响[64]玉米产量的关键因素。宋海星研究认为水氮供应促进养分吸收和干物质积累，有效改善玉米生育后期营养体养分向籽粒中的转移，从而增加籽粒中营养物质的含量。本实验结果也进一步表明不同的水氮耦合方式对玉米植株干物质是有影响的，灌水量和施氮量适宜的[73]处理干物质积累量也较高，同时干物质积累量较高的处理产量也高，这与Hirzel的研究结果也一致。分析产量和干物质积累量等结果也可以看出玉米植株氮素吸收积累的规律也与上述两项类似，均表现为较高的水氮施用量配比下的处理植株各营养体器官内氮素含量也相对较高，同时本试验也结果也进一步表明水氮是协同关系，相互促进吸收的。高水[74]量配比低施氮量和低水量配比高施氮量都是不利于玉米植株生长的耦合方式，石多琴的研究也证明了这一点。因此在降雨量难以控制的自然环境中，可以根据年降雨情况配比最适宜的施氮方式，在合理的施肥条件下保证最高的产量而且避免了资源的浪费。玉米生长的大部分营养物质和水分都来自土壤当中，因此土壤中养分含量和水分含量是影响玉米生长至关重要的因素，研究土壤中各类养分和水分含量情况是保障玉米高产优[54]质的前提。能被玉米根系吸收的氮素主要来自0-20cm表层土，陈林研究认为施氮能明显增加耕层有机氮及无机氮含量，这与本试验结果也相同，均表明施肥能显著影响0-20cm表层土的全氮含量，施氮量越高全氮含量也越高，随土层的加深，含量逐渐减小。能被植物吸收的主要为NH4+-N和NO3—N形式的氮，NH4+-N在土壤中不易移动，水分对其含量34 吉林农业大学硕士学位论文第四章讨论影响不大，NO3—N随灌水量增加向深层移动明显，水量越大，越向深层移动，深层土壤[75]中的NO3—N不易被玉米吸收而造成氮素损失，甚至加重了对地下水的污染。本试验条件下，W1和W2处理NO3—N都主要集中在0-40cm土层，较易被植物吸收，而W3处理NO3—N明显向深层移动，不易被植物吸收而造成浪费和地下水污染。提高水氮利用效率有助于提高产量和农业资源的合理化利用。灌水量的增加有助于提高氮素的利用效率,但过量的灌水会造成氮素利用效率的下降，水分胁迫和过量都会降低[76-78][79]氮素的利用效率，由此可以说明水氮耦合对氮素利用效率呈互作效应。李培岭对棉花氮素利用的研究表明棉花氮肥吸收比例和表观利用效率随灌水量和施氮量增加而显著提高，且灌水量和施氮量均是由低水平到中水平调控作用更显著。本试验结果与前人试验结论基本一致，本试验条件下结果表明相同水分条件下施氮量越高氮素利用效率越低，但能在一定程度上提高产量。相同氮肥施用量条件下，高水处理较低水处理氮肥利用率有所提高，且每克氮的增产效应显著提高。最高水处理和最高肥处理均不利于玉米产量提高，同时也影响玉米水氮利用效率，中水中肥条件较为适宜玉米生长且氮素利用也较为充分。35 吉林农业大学硕士学位论文结论结论1.本试验地区位于吉林省中部区域四平市梨树县，该地区夏季多雨，全年降水总量平均为578.5毫米，基本可以满足一年一生作物生长需求，但若为应对干旱或提高产量等因素而考虑，可以采用滴灌的补水方式，可采用生育期共计补水量1000m³/hm2（100mm）并配合氮肥施用量160-240kg/hm2的施肥方式，来提高作物产量和水氮利用效率。2.施氮和灌水可以显著增加玉米的干物质积累量，水氮过量或水氮耦合方式不合理可能会造成玉米干物质积累量降低，本试验中，W2N3处理（灌水2000m³/hm2、N240kg/hm2）处理得到最大干物质积累量，由此可见这种水肥耦合方式较为适宜干物质积累。玉米生育后期是果实成熟的重要时期，对水分有较大的需求，因此在玉米生育后期适当进行人工滴灌补水，有利于玉米干物质的形成，进而有利于提高玉米产量。3.不同水肥耦合方式下玉米植株总氮素和各营养器官氮素吸收积趋势大致相同，均表现为前期增长缓慢，到大喇叭口期之后开始迅速积累，植株总氮素吸收积累量和各器官氮素吸收积累量有所差异，总体表现为玉米籽粒中氮素含量最高，穗部营养体中氮素含量最低。成熟期W3N4处理（灌水3000m³/hm2、N320kg/hm2）植株氮素总量最高，可见充足的水分有助于植株氮素吸收积累。4.不同水氮耦合方式下玉米氮素生理效率和氮肥利用效率有所差异，表现为在水分供应量相同施氮量不同时，氮肥施用量越高氮素生理效率和氮肥利用效率越低，且差异较为明显。当施氮量相同水分供应量不同时，充足的水分对提高氮素生理效率和氮肥利用率有一定作用。5.不同水肥耦合方式对土壤中氮素含量也有一定影响，不同水肥耦合方式间土壤全氮差异不大，相同灌水量条件下随氮肥施入量的增加土壤中氮素含量有所增加，相同氮肥施用量条件下，不同灌水量处理间土壤全氮随水分增加略有增加，但不明显。不同水肥耦合方式中土壤铵态氮含量随氮肥施用量的增加有所增加，相同施氮量不同灌水量间差异不明显。不同水肥耦合方式下土壤硝态氮含量随灌水量的增加而显著增加，灌水量越大随土壤向下迁移的趋势越明显，这说明灌水量过大易造成硝态氮淋溶损失，本试验中，玉米生育阶段的中后期（抽雄吐丝期之后），由于灌水量较大，W3条件下各处理硝态氮含量表现为20-40cm含量最大，由此可知，当灌水量继续增大时，硝态氮会随水流失到不易被玉米植株吸收的深层土壤当中，进而造成淋溶损失和环境污染。本试验为应对气候变化的玉米水氮耦合技术模式研究试验，试验设计灌水量为模拟自然降雨量。本试验条件下，当年降雨量在小于500mm时，氮肥施用量为160-240kg/hm2时玉米产量最高；当年降雨量在500-600mm时，氮肥施用量在240kg/hm2左右时产量最36 吉林农业大学硕士学位论文结论高；当年降雨量在600-700mm时，氮肥施用量在240kg/hm2时，产量最高；当年降雨量大于700mm时，氮肥施用量在160kg/hm2时产量最高。37 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吉林农业大学硕士学位论文致谢致谢在我的毕业论文即将完成之际，我要向所有在学习和生活上给予我关心帮助的老师、同学和家人致以最诚挚的感谢！我的论文是在曹国军教授的悉心指导下完成的，在过去的三年里，曹老师在试验的选题、课题的开展以及论文的写作与修改上给予了我支持与信任，不仅如此，老师在待人接物方面的处世哲学也使我受益匪浅，我将以老师为榜样，更好的完善自己，实现自己的价值；同时，我还要感谢我的同伴：师兄王聪宇、师姐王朦、李佳，同学王振华、王阳，没有他们的帮助与指导，我的论文无法顺利完成，在此向他们致以诚挚的感谢！其次，我要感谢我的师弟：车明、华伟、刘昊、黄岩，师妹韩圆圆、郭佳羽、任赫等。由于我的试验工作量相对较大，无法独自完成，是他们用辛勤的汗水换来试验的顺利完成，我十分感激。最后，我要感谢我的家人，在我三年研究生学习生活中一直给予我支持和鼓励，让我能够专心学业，顺利毕业。虽然留下的更多是感动与不舍，但是我相信这份感动会使我在以后的生活中更加感恩、更加珍惜，这份遗憾会使我在以后的生活中更加努力、更加勤奋，相信有一天我会以更好的姿态站在大家面前！最后，对审阅和评议本论文以及答辩委员会的全体专家和教授致以崇高的敬意和诚挚的感谢！44
