集雨種植模式下施肥和種植密度對(duì)谷子生長(zhǎng)及水肥利用效率的影響.pdf

1、水肥是限制旱區(qū)作物產(chǎn)量提升的兩大重要因子，而合理密植是作物高產(chǎn)栽培的基礎(chǔ)。農(nóng)田集雨種植模式是一種適用于西北旱作農(nóng)田的高效用水栽培措施，可有效提高降雨利用效率，改善旱地作物的水分狀況。為完善和拓展集雨種植技術(shù)在旱區(qū)的運(yùn)用，進(jìn)一步挖掘其在旱地農(nóng)田的水分生產(chǎn)潛力，本研究以半干旱區(qū)傳統(tǒng)栽培作物-谷子為對(duì)象，從施肥量?jī)?yōu)化和群體調(diào)控兩方面著手，對(duì)我國(guó)西北典型的半干旱區(qū)（寧夏彭陽(yáng)縣）農(nóng)田集雨種植模式下谷子的高效栽培方案進(jìn)行了探索。通過(guò)研究不同種植方式

2、下（集雨種植和平作）施肥量（無(wú)肥、低肥、中肥和高肥）和密度（低密度、中密度和高密度）對(duì)農(nóng)田水分養(yǎng)分狀況、谷子生長(zhǎng)、產(chǎn)量形成、水肥利用效率的影響，取得如下主要研究結(jié)果:
　　1、不同種植模式下施肥量和密度對(duì)農(nóng)田水分的影響
　　(1)相較于平作，集雨種植方式通過(guò)壟面覆膜可有效的蓄積降雨減少農(nóng)田水分的無(wú)效損失，無(wú)論在豐水年還是平水年，均可提高谷子各生育階段0-200 cm土層的土壤水分含量。在平水年，集雨種植提高了谷子間苗期和孕穗

3、期0-60 cm土層的土壤含水量，分別較平作提高了6.8-7.0％和6.5-30.7％，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，谷子的耗水深度增加，在灌漿和收獲期集雨種植改善了深層土壤水分含量。集雨種植減少了農(nóng)田總蒸散量，在2013-2015年分別平均較平作減少了5.4％(27.7 mm)、11.1％(41.4mm)和8.5％(35.1mm)。
　　(2)增施肥料和加大種植密度均會(huì)增加谷子對(duì)土壤水分的消耗，降低耗水深度土層的土壤水分含量，年際間的表現(xiàn)受

4、降雨特征和農(nóng)田基礎(chǔ)肥力的影響。在2013年，由于拔節(jié)期降雨較多，施肥量和密度處理對(duì)土壤水分的影響主要表現(xiàn)在灌漿期和收獲期，隨施肥量和種植密度的增大，谷子耗水量均呈顯著增加趨勢(shì)，從而導(dǎo)致土壤水分含量的降低;在2014年，施肥處理間的土壤水分差異主要表現(xiàn)在灌漿期和收獲期，各施肥量水平下，土壤水分含量隨種植密度的增加表現(xiàn)為明顯降低趨勢(shì);在2015年，密度對(duì)谷子耗水的影響主要表現(xiàn)在營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，施肥對(duì)谷子耗水的影響則表現(xiàn)在全生育階段，孕穗和灌漿

5、期的土壤水分隨種植密度和施肥量的增大而降低，但在收獲期，平作模式下土壤水分受種植密度因素的影響不明顯，集雨種植下中密和高密處理間的土壤水分含量差異不明顯，但均小于低密度。
　　2、不同種植模式下施肥量和密度對(duì)谷子生長(zhǎng)的影響
　　(1)三年試驗(yàn)均表明施肥可促進(jìn)谷子的生長(zhǎng)，顯著增大了谷子的株高、莖粗、單株葉面積和葉面積指數(shù)(LAI)，進(jìn)而提高了個(gè)體和群體的于物質(zhì)積累量，當(dāng)施肥超過(guò)中等施肥量(N186 kg·ha-1+ P2O59

6、6 kg·ha-1)后，進(jìn)一步增大施肥量對(duì)谷子植株生長(zhǎng)的促進(jìn)效果不明顯。種植密度對(duì)谷子個(gè)體生長(zhǎng)指標(biāo)的影響大致表現(xiàn)為顯著的負(fù)效應(yīng)，但群體生長(zhǎng)指標(biāo)，如LAI和群體干物質(zhì)積累量均隨密度的增大大致呈增加趨勢(shì)，在2015年由于農(nóng)田水肥條件較差，密度處理對(duì)群體干物質(zhì)積累量的影響不明顯。同一密度水平下，集雨種植促進(jìn)谷子個(gè)體生長(zhǎng)，株高、莖粗、單株葉面積均顯著高于平作，但由于單位面積群體數(shù)量低于平作，LAI、群體干物質(zhì)積累量等群體指標(biāo)均顯著低于平作。

7、r>　　(2)在平水年，營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)移率均隨施肥量的增大大致呈先增加后降低的趨勢(shì)，在低量或中量施肥下達(dá)到最大，過(guò)高的施肥量不利于營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)換率的降低。增大密度能夠增大營(yíng)養(yǎng)器官的群體干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量，轉(zhuǎn)移率和轉(zhuǎn)換率的表現(xiàn)因施肥量不同而異。相較于平作，集雨種植顯著提高了各營(yíng)養(yǎng)器官的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移率，促進(jìn)了干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)的轉(zhuǎn)換率在2014和2015年分別提高了14.7％和61.0％。
　

8、　3、不同種植模式下施肥量和密度對(duì)谷子產(chǎn)量形成及水分利用效率的影響
　　(1)施肥可顯著提高谷子產(chǎn)量和水分利用效率(WUE)，當(dāng)施肥量超過(guò)中肥(N186kg·ha-1+ P2O596 kg·ha-1)后，收獲指數(shù)呈下降趨勢(shì)，肥料的農(nóng)學(xué)利用效率和偏生產(chǎn)力均顯著下降，兩種種植模式下的谷子產(chǎn)量和WUE在平水年的增幅不顯著，而平作模式下的谷子產(chǎn)量和WUE在豐水年增幅顯著(P＜0.05)。施肥較不施肥顯著提高谷子千粒質(zhì)量，但進(jìn)一步增大施肥量

9、主要是通過(guò)提高穗粒數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的。
　　(2)在養(yǎng)分充足的條件下，增大種植密度可顯著提高豐水年型下谷子的產(chǎn)量、WUE及肥料利用效率;在平水年，過(guò)高的種植密度會(huì)導(dǎo)致?tīng)I(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)對(duì)土壤水分的過(guò)度消耗，不利于最終谷子籽粒產(chǎn)量的形成，導(dǎo)致收獲指數(shù)和WUE的顯著下降。同一種植密度水平下，本研究集雨種植下單位面積的留苗株數(shù)較平作減少了25％，在施肥量充足的條件下，應(yīng)通過(guò)適當(dāng)增大種植密度來(lái)增加集雨種植下單位面積的成穗數(shù)來(lái)提高產(chǎn)量和WUE，豐水年建議

10、采取高密度種植(行距30 cm、株距5.5 cm)，平水年應(yīng)適當(dāng)降低種植密度，以中密度（行距30 cm、株距7.5 cm）為宜;對(duì)平作種植而言，種植密度超過(guò)中密度后，進(jìn)一步增密對(duì)產(chǎn)量和WUE的提升效果不顯著，在地力偏差的農(nóng)田甚至減產(chǎn)。
　　(3)在豐水年，集雨種植較平作呈減產(chǎn)趨勢(shì)，隨施肥量和密度的增大，產(chǎn)量及WUE的減幅呈增大趨勢(shì)，在高肥高密水平下，R較T的產(chǎn)量和WUE分別降低14.3％和11.4％;在平水年，在適宜的種植密度下，

11、集雨種植表現(xiàn)為增產(chǎn)趨勢(shì)，在中量施肥和公頃留苗株數(shù)均為33.3萬(wàn)株的種植密度下，2014和2015年產(chǎn)量較平作分別提高了8.0％和6.1％。
　　4、不同施肥量對(duì)集雨種植和平作模式下谷子養(yǎng)分吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)及利用效率的影響
　　(1)隨施肥量的增大，谷子植株各器官的氮磷養(yǎng)分積累量均呈增大趨勢(shì)，而氮磷素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率呈先增加后降低的趨勢(shì)，在低量或中量施肥下達(dá)到最大;花前氮磷素的轉(zhuǎn)移率、氮磷素的吸收效率(NupE/PupE)、收獲指數(shù)(

12、NHI/PHI)和利用效率(NUE/PUE)均呈降低趨勢(shì)。
　　(2)在單位面積留苗株數(shù)一致的水平下（33.33萬(wàn)株/公頃），在平水年，集雨種植較平作提高了開(kāi)花期谷子植株各器官的氮磷素積累量及氮磷素的花前轉(zhuǎn)移率;在收獲期，集雨種植下各營(yíng)養(yǎng)器官的氮磷素積累量均低于平作，籽粒的氮磷素積累量顯著高于平作，提高了花前氮磷素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，但兩種種植方式下的植株總氮磷素的積累量差異不顯著;集雨種植下的氮磷素吸收效率、收獲指數(shù)和利用效率均高于

13、平作。在豐水年，兩種種植模式間的氮磷素積累量和利用效率差異不明顯。
　　5、不同施肥量對(duì)集雨種植和平作模式下速效養(yǎng)分殘留的影響
　　(1)施肥可增加谷子抽穗期土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅?，為生殖生長(zhǎng)提供充足的養(yǎng)分環(huán)境。硝態(tài)氮淋溶深度隨生育期降雨量的增多而加深，收獲期硝態(tài)氮淋溶的最大積累峰均在60cm以下土層，豐水年可達(dá)120 cm，當(dāng)施肥量超過(guò)中肥水平后，硝態(tài)氮的殘留濃度呈明顯的增加趨勢(shì);相較于平作，在中高施肥量水平下，集雨種植下土壤硝

14、態(tài)氮的殘留濃度明顯增大，淋溶深度較平作增加了20 cm左右，過(guò)量施肥會(huì)相對(duì)增大集雨種植模式下土壤硝態(tài)氮的深層淋溶風(fēng)險(xiǎn)。
　　(2)收獲期土壤有效磷主要集中在0-20 cm土層，隨施肥量的增加含量呈顯著增加趨勢(shì)，在中量施肥水平下，有效磷的含量即可達(dá)到5.0 mg kg-1以上，能夠維持土壤磷素的平衡。
　　通過(guò)施肥量?jī)?yōu)化和種植密度調(diào)控可有效提升谷子集雨種植模式下的產(chǎn)量及水肥利用效率，綜合分析認(rèn)為，在年降雨量為400 mm左右的