不同栽培模式对半旱地轮作体系下作物水肥利用效应的研究

水分和养分是影响作物产量的两个关键因素,有效地利用有限的水、肥资源是农业可持续发展的保证。我国北方冬小麦—夏玉米轮作的广大地区,目前多采用“大水大肥”的种植方式,种植强度相对较高,水、肥和热等矛盾突出,作物产量不稳。从资源利用和可持续发展考虑,采取有限灌溉(非充分灌溉)与旱地蓄水保墒栽培措施相结合的半旱地农业栽培模式是北方冬小麦—夏玉米轮作地区农业发展的方向。因此,本研究以陕西关中地区冬小麦—夏玉米轮作体系为研究对象,采用定位试验的方法研究了不同栽培模式(覆草、垄沟、节水和常规)下施用氮肥对冬小麦和夏玉米不同生长时期的干物质累积量和籽粒产量,冬小麦不同生长时期的氮素累积和转移,土壤贮水量和水分利用效率以及硝态氮在土壤剖面累积等的影响,旨在为该地区冬小麦和夏玉米优质、高产、高效提供理论和实践。取得的主要结果有: 1.施用氮肥显著增加了冬小麦地上部分干物质的累积量和籽粒产量,但当施氮量由120 kg/hm2增加到240 kg/hm2时,冬小麦地上部分干物质的累积量和籽粒产量并未继续增加。与施用氮肥相比,不同栽培模式对冬小麦生长期间地上部分干物质累积量的影响相对较小,且效应因小麦生长时期的不同而异。四种栽培模式之间相比较,拔节期至灌浆期垄沟栽培模式地上部分干物质的累积量最大;而灌浆期至收获期,覆草栽培模式地上部分干物质累积量的增加最大。施用氮肥虽然增加了夏玉米地上部分干物质的累积量和籽粒产量,但未达差异显著水平。在夏玉米生长期间,垄沟和覆草这两种栽培模式始终高于常规和节水栽培模式,但是随着玉米生长时期的延长,这种差距呈缩小趋势。 2.与施用氮肥相比,不同栽培模式对冬小麦生长的各时期氮素累积量的影响相对较小;节水模式下2004和2005年小麦叶片和茎秆残留的氮素量较其他模式低,残留氮的比例也相对较低,而籽粒中氮素累积量占地上部分氮素累积量的比例却相对较高。施用氮肥显著增加了小麦叶片、茎秆、颖壳和穗轴以及籽粒等器官各生长时期氮素的累积量;当氮肥施用量由120 kg/hm2增加到240 kg/hm2,收获时小麦叶片、茎秆、颖壳+穗轴的氮素残留量随之明显增加,但籽粒氮素累积量并未明显增加;施用氮肥对氮素在不同器官分配的影响相对较小。随着氮肥施用量的增加,氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥生理效率均呈降低趋势。不同模式相比,连续两年中节水模式下小麦的氮肥利用率、氮肥农学效率以及氮肥生理效率相对较高,而其他三种栽培模式下这三个指标年际间的变化较大。 3.随着冬小麦生育时期的延长,不同栽培模式土壤0—1米贮水量均呈减小趋势;随着种植年限的增加,不同栽培模式表现出了不同的保水、蓄水效果,大小依次为:垄沟﹥覆草﹥常规和节水栽培模式。夏玉米生长期间不同栽培模式之间土壤0—1米贮水量没有明显的差异,这与夏玉米生长期间正好是该地区的雨季有关。随着种植年限的增加,不同栽培模式土壤0—2米的保水、蓄水的能力逐渐呈现出一定的规律性,即垄沟﹥覆草﹥常规和节水栽培模式。施用氮肥增加了作物对土壤0—2米土壤水分的消耗,其中对冬小麦收获后土壤1—2米贮水量的影响达显著水平。在一定施氮水平下,随着施氮量的增加,冬小麦和夏玉米的产量和水分利用效率均呈增加趋势;覆草栽培模式下冬小麦的产量和水分利用效率均最高,垄沟栽培模式次之,常规和节水栽培模式最低;而垄沟栽培模式下夏玉米的产量和水分利用效率最高,覆草栽培模式次之,常规和节水栽培模式最低。 4.种植五季作物后不同栽培模式0～200 cm土壤剖面残留硝态氮平均在218～329 kg/hm2之间,且残留的硝态氮主要集中在100～200 cm土层。不同栽培模式相比,垄沟模式0～200 cm土层的硝态氮残留量最高。随着种植年限和施氮量的增加,0～200 cm土层硝态氮残留量随之显著增加。施用240 kg/hm2氮肥,第五季作物收获后0～200 cm土层硝态氮的残留量达477 kg/hm2;从第三季作物收获到第五季作物收获,残留硝态氮的增加量占这一时期氮肥施用量的比例高达51.6%。种植作物五季后,常规、节水和覆草模式在0～80 cm土层硝态氮残留量相对较低,而80 cm以下土层硝态氮残留量随着施氮量的增加明显增加。垄沟栽培模式在0～200 cm土壤剖面残留硝态氮的量随施氮量增加显著增加,且在0～120 cm土层硝态氮残留量明显高于其它模式。