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分析玉米苗期水氮组合对生长指标的影响,农业基础科学论文黑龙江省 十年九春旱 ,玉米、大豆等旱地作物出苗遭到严重影响。黑龙江省农作物播种、出苗、生长发育普遍不好,全省农作物生育期普遍拖后1015天,严重的拖后1个月以上,苗小、苗弱、苗不齐,苗情极差。为了解决玉米苗期干旱对后续生产的影响,国内很多学者进行过大量的研究。王继凤等对玉米的研究发现,种子或幼苗本身对水分的需求量少,但其对土壤小环境中的水分要求较高。齐健等研究表示清楚,干旱胁迫使玉米根系和地上部的生物量降低,叶片中的叶绿素含量显著降低,叶片光合面积减小,根冠比增大。王智威等研究结果表示清楚,随着水分胁迫程度的加剧,玉米幼苗的生物量显著下降,根冠比及根系活力增加,水分胁迫对玉米幼苗地上部生物量的抑制作用更大。李秧秧等研究表示清楚,不同处理根冠比大小与N吸收和分配有很大关系。人们普遍关注水肥对作物生长发育的影响,进行了大量的研究,结论基本一致。较多的研究工作都放在了水分协迫对作物的影响方面,较少考虑到不同肥分条件下的水分胁迫对作物的影响。为此,将叶面积指数和干物质积累量作为主要控制指标、株高作为次要指标,采用全面试验分析苗期水氮组合对生长指标的影响,保证苗期主要生理指标均到达最优,对保证幼苗在干旱条件下成活具有特别重要的意义。 1、材料与方式方法 1.1试验区大概情况 试验于2020年在东北农业大学园艺试验站培养室内内进行。试验区位于北纬45 42 、东经128 44 ,多年平均降水量为458.5mm,全年平均气温4.9,无霜期143d;属于寒温带大陆性季风气候,雨量集中在7-9月,春季降雨少,枯燥多大风,容易构成春旱。 供试土壤为黑土,基本性状为:有机质28.56g/kg、全氮1.45g/kg、全磷0.78g/kg、全钾20.76g/kg、速效氮115.82mg/kg、速效磷54.3mg/kg、速效钾182.6mg/kg、pH6.52,土壤的最大田间持水量为34.72%。 1.2试验设计 试验设灌水量和施氮水平2个因素。苗期不同灌水量设置为重度干旱(W1)、中度干旱(W2)、轻度干旱(W3)、适水(W4)、丰水(W5)5个处理。不同水分控制如表1所示。施氮水平按施氮量分别为0.05,0.18,0.30,0.43g/kg等4个水平设置,依次以N1,N2,N3,N4表示,记为低氮、中氮、适氮、高氮。所有处理的磷肥与钾肥作为基肥施入,P2O5为0.125g/kg,K2O为0.2g/kg。每个水肥处理进行5次重复。 试验采用深棕色、硬质、不透光塑料试盆:入口内径29cm,桶底内径21.5cm,高29cm。每盆装干土12kg,装盆经过中轻轻振动,使土壤松紧适宜。2020年玉米播种日期为5月6日,试验品种采用 吉单27 ,每盆播种3粒种子。玉米出苗后长至三叶期,每盆选择长势基本一致的幼苗定植1株。将玉米生育期划分为苗期、拔节期、抽雄期和灌浆期4个阶段,生长期间按试验设计要求,当含水量降至或接近该处理水分控制下限时进行灌水,灌水至水分控制上限,灌水量以称重法控制,记录每次灌水量。 1.3采样与测定 土壤基本性状测定:采用农业化学分析方式方法测定土壤中的全氮、全磷、全钾、速效氮、速效磷、速效钾、有机质含量及pH值,采用威尔科克斯环刀法测定土壤田间持水量。玉米生长监测:玉米三叶期后开场用直尺测定株高,游标卡尺测定茎粗,AM-300手持式叶面积仪测定叶面积指数(LAI)。干物质的测定:在每个水平随机取2株玉米将根部清洗干净,进行105杀青;持续30min后,于80烘至恒重,称其质量,精到准确到0.01g,得到单株地上部分和根部干质量。 1.4数据统计与分析 试验数据采用SAS( Statistics Analysis System)进行方差分析,采用 Microsoft Excel2003及MATLABR2018a制图。 2、结果与分析 2.1水氮对叶面积指数(LAI)的影响 叶面积是作物的形态指标之一,也是作物光合特性的直接表征因素,其与水分和肥料密切相关。通过图1可知一样灌水量条件下的叶面积指数大小关系:N3 N4 N2 在等施氮水平下的叶面积指数大小关系:W4 W5 W3 W2 W1。通过表2方差分析结果能够看出:土壤水分是影响叶面积指数的最重要的因素,到达极显著水平;其次为氮效应,也到达显著水平。玉米在苗期适水和轻度干旱对叶面积指数的影响在1%水平上差异不显著,中度干旱处理对叶面积指数的影响在1%水平上差异显著。分析表示清楚,苗期土壤持水量在田间持水量的65%以上时,能够考虑不进行灌溉,进而起到保苗的作用。氮素营养充足,可保证有较大的叶面积进行光合作用,提高光合效率,进而增加干物质积累。通过对全部组合比照参照组W4分析,绘制了图2不同灌水下限叶面指数降低率。当叶面指数降低达10%(优秀)时,土壤含水率为田间持水量的62.6%72.6%,即苗期保证土壤含水率在21.13%以上有较好的保苗效果。 2.2水氮及根冠比对干物质的影响 氮素营养可促进作物根、茎、叶等营养器官的生长。试验研究表示清楚,土壤水分条件适宜时,氮对根营养生长有促进作用:轻度水分胁迫W3条件下,施氮对玉米根系的生长发育有促进作用;而重度水分胁迫W1和中度水分胁迫W2,施氮则引起根水势下降,导致根干重明显减小。氮素营养能够使根呼吸作用明显加强,适量施氮可增加总根重,改善根系的水分状况,有助于玉米后期有机物的合成;但过量施氮会导致根细胞膜伤害率明显增加,根系保水能力下降,对根部营养生长有抑制作用。 方差分析表示清楚(见表3),玉米在苗期适水和轻度干旱对干物质积累量的影响在1%水平上差异不显著,中度干旱处理对干物质积累量影响在1%水平上差异显著;在苗期适氮和中氮和对干物质积累量的影响在1%水平上差异显著。分析表示清楚,苗期土壤持水量在田间持水量的65%以上时,能够保证干物质积累量对保苗有利。将W4N3作为参照组,分析水分胁迫和施氮量组合对干物质积累总量的影响:重度水分胁迫组W1N1,W1N2,W1N3,W1N4干物质总积累量分别比对照组减少了37.7%,35.6%,30.4%,31.4%。 这种情况下干物质积总累量减少极其明显,施氮肥能够增加干物质的积累,低水分条件下作用效果不明显,过量氮产生负效应。中度水分胁迫组W2N1,W2N2,W2N3,W2N4干物质总积累量分别比对照组减少了34.6%,24.3%,16.4%,19.4%。轻度水分胁迫组W3N1,W3N2,W3N3,W3N4干物质积累总量分别比对照组减少了23.3%,17.2%,4.9%,5.7%。 能够看出,在轻度水分胁迫下干物质累积总量减少得不明显,施氮量是制约干物质增长的主要因素。 根冠比反响地上部分干物质积累和根部干物质积累的关系,是评价生物量的重要指标。由图3可见,根冠比与干物质的积累量有着密切的关系:在同一水分水平条件下,根冠比先减小后增加,干物质积累量先增加后减少,各水分胁迫状态下变化趋势基本一致;随着水分胁迫程度降低根冠比逐步减小,各施氮水平表现均较明显。水氮对地上部分和根系产生影响,地上部分与根系互相影响。地上部分发育较好,有利于光合作用进行,对根部发育有促进作用;根部发达有利于植物营养的吸收,对地上部分生生长有促进作用。根冠比拟低时对干物质积累量最为有利,试验组表现非常显著。 2.3水肥生产函数 用干物质总积累量建立水氮两因素交互作用的回归模型为 模型中的线性及二次回归均显著( =0.05),各水氮处理与干物质积累量之间的回归关系均到达显著水平。由回归模型一次项系数能够看出,水、氮两因素对苗期干物质积累呈显正效应,大小顺序为水 氮。这讲明,在试验条件下,水分对促进干物质积累的作用最大,氮肥次之;二次项系数均为负值,讲明水、氮过量的投入会对干物质积累产生负效应;交相互系数为正值,讲明水与氮耦合有协同作用,对干物质积累量增加具有互相促进作用。下面进一步讨论水氮两因素的单独效应,对回归模型(1)降阶处理,并令其等于0,则 分析表示清楚,干物质积累量到达最大时,土壤含水率为田间含水量的91.64%,即土壤含水率为31.81%,氮的最佳施入量为4.23g/kg。当施入量低于最适施入量时,干物质积累量随着施入量的增加而增加;到达最适施入量时,干物质积累量最大,施入量继续增大,干物质积累量反而减小。通过计算机模拟的图形(如此图4所示)与分析数学模型可知,得出的结果表现形式一致。 上述分析讲明,氮肥的投入量要根据土壤含水率而定;同样,灌水量的多少要根据施氮量的高低来确定。施氮量和灌水量缺乏均达不到保苗最好的效果,而施氮量和灌水量太多不仅浪费水氮资源,而且会抑制生长。只要合理的水氮耦合,才能发挥出最佳耦合效果,实现水氮资源高效利用。 3、结论 1)叶面指数是作物光合特性的直接表征因素,保证一定的叶面积指数十分重要。苗期过度干旱,无法通过复水补偿增加叶面指数,对后期光合作用合成有机物产生负效应。因而,要保证土壤含水率在21.13%以上才具有较好的保苗效果。 2)苗期应保证一定的干物质积累量,不影响后期有机物的合成,此时土壤含水率应控制在22.56%以上。施氮有利于干物质早期充分积累,保证一定氮肥施入量有利于保苗。 3)根冠比与干物质积累量之间存在负相关关系,苗期随着施氮量增加根冠比明显减小,干物质积累量显著增加,根冠比拟低时对干物质积累量最为有利。 4)在生产实践中,采取适宜的水肥管理措施,保证春旱条件下苗期正常生长, 以肥促水,以水调肥 ,确保半干旱区农业的可持续发展。 以下为参考文献: 1王继凤,杨玉辉,田建全,等.玉米苗期水肥耦合效应研究J.农业科技与装备,2018(4):11-14. 2齐健,宋凤斌,刘胜群.苗期玉米根叶对干旱胁迫的生理响应J.生态环境,2006,15(6):1264-1268. 3王智威,牟思维,闫丽丽,等.水分胁迫对春播玉米苗期生长及其生理生化特性的影响J.西北植物学报,2020,33(2):343-351. 4李秧秧,刘文兆.土壤水分与氮肥对玉米根系生长的影响J.中国生态农业学报,2001,9(1):13-15. 5谢萌,付强,汪可欣,等.东北黑土区覆膜种植对土壤水分及玉米产量的影响J.中国农村水利水电,2008(11):38-42. 6王聪翔,孙文涛,孙占祥,等.辽西半干旱区水肥耦合对春玉米产量的影响J.灌溉排水报,2020,27(2):103-105. 7刘作新,郑昭佩,王建.辽西半干早区小麦、玉米水肥耦合效应研究J.应用生态学报,2000,11(4):540-544. 8鲍巨松,杨成书,薛吉全,等.不同生育期水分胁迫对玉米生理特性的影响J.作物学报,1991,17(4):261-265. 9李严坤,张忠学,仲爽,等.水肥处理对玉米叶片水分利用效率及其光合特性的影J.东北农业大学学报,2008,39(10):15-19.