渭北旱地春玉米保护性耕作综合栽培模式产量与水分效应研究

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土壤水是影响旱区作物生产的主要因素,土壤水的直接来源为自然降水,因此充分利用自然降水是旱区作物生产的主要研究课题。耕作显著影响土壤水分,以免耕、深松等为主的保护性耕作技术结合地表秸秆残茬覆盖,能有效提高降水就地入渗率,同时减少土壤水分的无效蒸散,进而提高自然降水的利用。旱区作物生产中,种植密度也是影响土壤水分利用的关键因素,种植密度过低,地表裸露,增加了土壤水分的无效蒸散,种植密度过高会引起土壤水分过耗,不利于水分的可持续利用,也会直接影响当季作物产量。同时不合理施氮也是影响作物产量与水分利用的关键因素。并且耕作、施氮与密度对作物生产存在协同作用,并且相互关联。鉴于此,本研究于2017年在渭北旱地玉米田实施了耕作、施氮和密度综合栽培模式比较试验。其中,设置3种耕作方式处理:秸秆还田翻耕(CT)、秸秆覆盖免耕(NT)、秸秆覆盖深松(ST)。设置3种施氮量处理:无氮(Z):N:0 kg/hm~2;中氮(M):N:150 kg/hm~2;高氮(H):N:225 kg/hm~2,统一配施磷肥:120 kg/hm~2;钾肥:75 kg/hm~2。设置2种种植密度处理:D1:52500株/hm~2;D2:67500株/hm~2。耕作、施氮和密度处理组合共计形成18种玉米综合栽培模式,重复2次,共36个小区。在2017年玉米生育中期严重干旱气候条件下,研究揭示了不同玉米综合栽培模式的水分、养分、农艺性状和产量效应,取得了如下研究进展:(1)不同栽培模式对玉米田土壤水分的影响。休闲期秸秆覆盖保护性耕作能显著提高土壤的蓄水保墒能力,耕作蓄水能力NT最佳,ST次之,CT最差。NT和ST休闲末期土壤蓄水量较CT分别增加23.4mm、12.2mm,蓄墒率分别提高37.2%、17.4%,平均蒸发抑制率分别提高70%、32.4%,可见保护性耕作技术更能适应该地区降雨特征。在玉米生育期内,在同一耕作方式下水分利用效率随密度和施氮量的增加而增加,CT处理下生育期平均土壤蓄水量随密度的增加而减少;而NT和ST正好相反,D2密度的土壤蓄水量较D1密度高0.7%和3.5%。同一耕作方式下,生育时期平均土壤蓄水量随着施氮量的增加而减少,Z氮肥处理下的平均土壤蓄水量较M氮肥和H氮肥处理高1.7%和2%。(2)不同栽培模式对玉米田收获期土壤养分的影响。不同耕作处理相比较,ST能有效提高土壤养分含量,ST处理下的土壤全氮、全磷、速效磷、速效钾和有机质含量分别较CT和NT高出5%和3.7%、2.7%和1.8%、4.4%和2.7%、18.4%和10.3%、10.8%和4.2%。种植密度对土壤全氮含量无明显影响,但D1密度下的平均土壤全磷含量较D2密度高4.1%,而D2密度下的平均土壤速效磷、速效钾和有机质含量较D1密度分别高1.7%、26.4%和1.4%。不同施氮处理相比较,在同一耕作方式下土壤全氮和有机质含量随施氮量的增加而增加,M氮肥处理的平均土壤全氮和有机质含量较Z处理高9.9%和8.9%,全磷、速效磷和速效钾正好相反,Z氮肥处理的土壤全磷、速效磷和速效钾含量较M氮肥高2.8%、4.0%和9.7%,但M氮肥和H氮肥处理无明显差异。(3)不同栽培模式对春玉米农艺性状的影响。NT和ST处理下玉米株高和茎粗较CT提高5%、8.2%和12.7%、16.7%,说明ST更有利于春玉米的生长,NT和ST处理下的春玉米株高、茎粗、叶面积指数和地上部干物质积累量一直随密度的增加而增加,对不同施氮量进行比较,株高、茎粗和叶面积指数随施氮量增加呈现出先增加后减少的趋势,M氮肥处理的株高、茎粗和叶面积指数较Z氮肥处理提高17.1cm、0.23mm、14.3%,且各处理地上部干物质随施氮量的增加而增加,M氮肥处理下的地上部干物质积累量较Z氮肥处理高19.6%,M氮肥和H氮肥处理无明显差异。(4)不同栽培模式对春玉米产量及经济效益的影响。ST能有效提高春玉米产量,ST处理下平均产量为3372kg/hm~2,与CT和NT进行比较,增产率分别为27.8%和15.3%。在同一耕作方式下,产量随着密度和施氮量的增加而增加,D2密度下的平均增产率较D1密度高29.2%,同时M氮肥处理较Z氮肥处理平均增产率高30.7%。对净收益进行分析,ST处理下平均净收益最高为212元/hm~2,较CT和NT提高了1498元/hm~2和826元/hm~2。D2密度下的平均净收益要较D1密度高出438元/hm~2,同时M氮肥处理较Z氮肥处理平均净收益增加1075元/hm~2,但M氮肥与H氮肥处理无明显差异。综上所述,深松(ST)与M氮肥(N150kg/hm~2)和D2密度(67500株/hm~2)综合栽培模式可改善旱地玉米田土壤水分状况,促进作物生长,提高土壤肥力和肥料利用效率,同时保持较高的产量与经济水平,是旱地玉米生产的优势综合栽培模式。
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