探討化學集成調(diào)控土壤水肥因子的機制及最優(yōu)應(yīng)用模式,農(nóng)藝學論文

探討化學集成調(diào)控土壤水肥因子的機制及最優(yōu)應(yīng)用模式,農(nóng)藝學論文旱地農(nóng)業(yè)是我們國家農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要組成部分，是我們國家農(nóng)、林、牧業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)基地，全世界干旱半干旱地區(qū)現(xiàn)有耕地6億多hm2，約占世界總耕地面積的42.9%。大力發(fā)展旱地農(nóng)業(yè)技術(shù)對于緩解全球水資源緊缺和農(nóng)業(yè)面源污染狀況以及促進農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的發(fā)展都具有重大的意義。化學調(diào)控技術(shù)是基于水肥因子調(diào)控的一項旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，是以土壤和作物為調(diào)控對象，以提高水肥利用效率為核心目的，通過典型化學制劑，在保證作物產(chǎn)量的同時，減少灌水和施肥，進而節(jié)約淡水資源，減輕農(nóng)業(yè)面源污染，改善生態(tài)環(huán)境，提升作物品質(zhì)，其在節(jié)水和污染控制方面獲得了較好的效果。研究表示清楚，將土壤改進劑PAM以液體形態(tài)噴施在土表能夠減輕土壤封閉程度，增加水分的有效入滲，其和石膏、粉煤灰等共同施用還能夠提高降雨入滲和抑制重金屬淋洗;保水劑SAP可提高沙子的持水時間和土壤孔隙度，層施SAP后，保水劑層及保水劑下層土壤含水率會普遍增加;而葉面抗蒸騰劑FA能提高春玉米硝酸復原酶活性和游離脯氨酸含量，降低蒸騰強度并促進玉米生長。當前，國內(nèi)外的研究學者多是采用單一化學制劑調(diào)控技術(shù)，將多種制劑集成應(yīng)用于作物生產(chǎn)的試驗研究還比擬少。不同制劑能夠通過作用于土壤-作物系統(tǒng)的不同部位發(fā)揮各自成效，其作用效果優(yōu)于單種制劑的應(yīng)用。然而，集成作用機制和應(yīng)用形式都有待更為深切進入的研究。本文以密云雨養(yǎng)型玉米作為研究對象，選取3種典型化學制劑(土壤改進劑PAM、土壤保水劑SAP、葉面抗蒸騰劑FA)進行集成應(yīng)用，采用正交試驗方式方法，在生育期內(nèi)對土壤水分、養(yǎng)分狀況及作物產(chǎn)量等指標進行動態(tài)監(jiān)測，通過對土壤水氮的調(diào)控以提高作物產(chǎn)量，減輕作物干旱脅迫和農(nóng)業(yè)面源污染壓力，討論化學集成調(diào)控機制及最優(yōu)應(yīng)用形式，為旱地農(nóng)業(yè)發(fā)展提供指導。1、材料與方式方法1.1試驗區(qū)大概情況本試驗在北京市密云縣高嶺鎮(zhèn)石匣小流域監(jiān)測站標準農(nóng)田進行，年均降水量661.3mm，年均溫10.8℃，0～100cm土壤為砂質(zhì)壤土(0～65cm的砂粒、粉粒、粘粒質(zhì)量分數(shù)分別為60.4%、26.6%、13%，65～100cm的砂粒、粉粒、粘粒質(zhì)量分數(shù)分別為78.4%、15.6%、6%)，土壤的基本物理及化學性質(zhì)如表1所示。2020年試驗區(qū)降水量總計為561.1mm。1.2試驗材料與施用方式供試SAP為聚丙烯酰胺-丙烯酸交聯(lián)共聚物摻入凹凸棒粘土的有機-無機復合型土壤保水劑(山東省東營華業(yè)新材料有限公司提供)，淡黃色固體顆粒，粒徑2.0～4.0mm，于玉米播前利用開溝機與基肥一同施入，溝尺寸(寬高)為10cm30cm;供試PAM為聚丙烯酰胺類表土改進劑(山東省東營華業(yè)新材料有限公司提供)，白色顆粒，粒徑為0.5～1.0mm，于2020年6月5日與干土混拌后在地表進行撒施，混拌質(zhì)量比例為1∶2000;供試FA為膜反射型抗蒸騰劑(新疆匯通旱地龍腐植酸有限責任公司提供)，褐色液體，于玉米生育期全經(jīng)過進行噴施，第1次噴施為2020年6月5日，之后每隔15～20d噴1次;供試玉米品種為農(nóng)大86，采用當?shù)亓晳T的均勻壟方式進行種植，2020年5月10日播種，間苗后留苗量為64500株/hm2;供試磷肥和鉀肥采用磷酸二氫鉀(P2O5質(zhì)量分數(shù)為52.2%，K2O質(zhì)量分數(shù)為34.6%)，施用量為180kg/hm2，在播前施入作為基肥，供試氮肥采用尿素(純氮質(zhì)量分數(shù)為46.4%)，根據(jù)試驗設(shè)計分別在播前和大喇叭口期按1∶4進行施用。1.3試驗方式方法試驗小區(qū)規(guī)格為4m10m，華而不實2m10m的區(qū)域用于測試土壤含水率和養(yǎng)分含量，另外2m10m的區(qū)域用于測試作物產(chǎn)量，各小區(qū)之間用土壟進行分隔。試驗考察PAM施用量、FA施用濃度(水與FA溶液質(zhì)量比)、SAP施用量、氮肥施用量這4個因素的作用效應(yīng)，每個因素設(shè)3個水平，不考慮交互作用，選用L9(34)型正交表進行試驗設(shè)計(表2)，共9個處理小區(qū)(分別以P1～P9表示)，每個處理設(shè)置2個重復。全生育期內(nèi)未進行灌溉，土壤水分為天然降雨補充，各小區(qū)基肥、磷肥和鉀肥施用量一樣。在玉米各主要生育期末進行取樣，在小區(qū)0～100cm土層內(nèi)用土鉆每隔20cm取土樣放入鋁盒中用于測試含水率，剩余土壤混合均勻后放入自封袋，于4℃冰箱中保存，用于土壤全氮和速效氮含量的測試。1.4測試方式方法參照(土壤農(nóng)化分析〕進行測試，華而不實土壤質(zhì)量含水率采用枯燥法測試，土壤全氮采用重鉻酸鉀-硫酸消化法測試，土壤速效氮采用堿解擴散法測試。小區(qū)實收測產(chǎn)。1.5數(shù)據(jù)分析采用SPSS15.0進行統(tǒng)計性檢驗分析，其他分析及作圖在MicrosoftExcel2003中完成。2、結(jié)果與分析2.1玉米產(chǎn)量及最佳集成技術(shù)分析玉米產(chǎn)量結(jié)果如表3所示。表中A、B、C、D為PAM施用量、FA施用濃度、SAP施用量、氮肥施用量的編碼值。從表中能夠看出，各小區(qū)產(chǎn)量由大到小為P3、P2、P6、P8、P4、P5、P9、P7、P1，最大產(chǎn)量小區(qū)P3的產(chǎn)量比最小產(chǎn)量小區(qū)P1高出21%。從試驗結(jié)果的方差分析(表4)中能夠看出，因素PAM施用量的F=1.022，因素FA施用濃度的F=10.557，因素SAP施用量的F=7.151，因素氮肥施用量的F=11.53，華而不實FA施用濃度、SAP施用量和氮肥施用量的Sig．值均小于0.05，而PAM施用量的Sig．值大于0.05，講明FA施用濃度、SAP施用量和氮肥施用量對玉米產(chǎn)量有顯著影響(P＜0.05)，而PAM施用量對玉米產(chǎn)量的影響不顯著。從Duncan多重比擬(表5)能夠進一步分析發(fā)現(xiàn)，PAM施用量的3個水平之間差異不顯著，F(xiàn)A施用濃度3水平最好，SAP施用量3水平最好，氮肥施用量3水平最好，從經(jīng)濟性考慮，PAM施用量選用1水平，這與正交試驗中的最大產(chǎn)量組合P3(A1B3C3D3)一致，為1.30kg/m2。2.2土壤含水率規(guī)律分析玉米生育期根系層土壤含水率情況如表6所示。從表中差異顯著性檢驗中能夠看出，集成技術(shù)對土壤含水率影響顯著(P＜0.05)的時期是7月8日(拔節(jié)期末)、8月1日(喇叭口期末)、8月25日(抽雄期末)，這3個時期各小區(qū)含水率相對變化幅度為7%～64%，而6月25日(苗期末)、9月15日(灌漿期末)和10月4日(成熟期末)3個時期沒有發(fā)現(xiàn)集成技術(shù)造成顯著性差異，這3個時期各處理小區(qū)含水率變化幅度為10%～30%。相較于其他小區(qū)，P3小區(qū)的土壤含水率在各個主要生育期均處于較高水平，從整個生育期的平均水平來看，P3小區(qū)的土壤含水率也最高，到達了0.12，為作物的生長提供了較為充足的水分條件，有利于作物產(chǎn)量的增加。通過對玉米生育期土壤含水率進行方差分析(表7)后發(fā)現(xiàn)，PAM(Sig．值0.002)、SAP(Sig．值0.015)和氮肥(Sig．值0.011)處理對土壤平均含水率的影響顯著(P＜0.05)，而FA(Sig．值0.228)處理對含水率的影響并不顯著，這是由于PAM和SAP都是直接作用于土壤，PAM通過改善表土構(gòu)造狀況促進降雨的入滲，而SAP通過對水分的反復吸持能夠減少水分深層滲漏，2種制劑均能夠?qū)ν寥篮十a(chǎn)生直接影響，氮肥通過水肥耦合效應(yīng)對土壤含水率產(chǎn)生一定的影響，可提高土壤儲水含量，而FA是通過降低作物奢侈蒸騰的作用來減少土壤水分的消耗，其作用并不特別明顯。2.3土壤氮素養(yǎng)分含量規(guī)律分析玉米生育期根系層土壤全氮、速效氮含量情況分別如表8和表9所示。從表中差異顯著性檢驗中能夠看出，集成技術(shù)對土壤全氮含量影響顯著(P＜0.05)的時期是7月8日(拔節(jié)期末)、8月1日(喇叭口期末)、9月15日(灌漿期末)、10月4日(成熟期末)，而6月25日(苗期末)和8月25日(抽雄期末)這2個時期沒有發(fā)現(xiàn)集成技術(shù)造成顯著性差異。從生育期全氮平均質(zhì)量比來看，P3小區(qū)為0.54g/kg，是9個試驗小區(qū)中最小的，比其他小區(qū)低3.7%～9.3%。而從速效氮平均質(zhì)量比來看，P3小區(qū)是9個小區(qū)中最大的，到達45.44mg/kg，比其他小區(qū)高13%～23%。從數(shù)據(jù)中能夠分析發(fā)現(xiàn)，P3小區(qū)土壤較高的速效氮含量有利于作物對氮素的吸收利用，促進了氮素更多地合成干物質(zhì)，土壤中氮素利用充分，使得土壤全氮含量小于其他小區(qū)。玉米生育期土壤全氮和速效氮含量的方差分析如表10和表11所示。就全氮而言，PAM、FA、SAP和氮肥這4個因素對土壤全氮含量均產(chǎn)生顯著影響(P＜0.05);就速效氮而言，PAM、SAP和氮肥這3個因素對土壤速效氮含量產(chǎn)生顯著影響(P＜0.05)，華而不實PAM和SAP通過作用于土壤構(gòu)造影響土壤速效氮，施肥通過直接補充氮素影響速效氮含量，F(xiàn)A主要起調(diào)控作物生長的作用，其對土壤速效氮的影響并不顯著。3、討論本文聯(lián)合應(yīng)用3種制劑，通過在土壤外表使用PAM來改善表土構(gòu)造狀況，促進水分入滲，在土壤根層施入SAP以保蓄水肥，在作物葉面噴施FA來提升作物生理機能，促進作物對水肥的吸收利用。集成技術(shù)提升了水肥利用效率，增加了作物產(chǎn)量，本文中P3(A1B3C3D3)小區(qū)相較于未施加制劑的P1小區(qū)，產(chǎn)量提升了21%，與莊文化等在冬小麥上單獨應(yīng)用SAP增產(chǎn)10.14%和韓玉國等在蘋果上單獨應(yīng)用FA增產(chǎn)4.88%～7.32%相比，產(chǎn)量提高更多，可見化學集成調(diào)控效果明顯。除此之外，氮肥對作物產(chǎn)量也產(chǎn)生顯著性影響，且施肥量越大產(chǎn)量越高，但比擬同為270kg/hm2施氮條件下的P3、P4、P8這3個小區(qū)產(chǎn)量能夠發(fā)現(xiàn)，P3小區(qū)仍增產(chǎn)4.7%～5.2%，講明P3小區(qū)3種制劑的應(yīng)用形式對于促進作物產(chǎn)量更為有利。固然集成技術(shù)提高了作物產(chǎn)量，但顯著性檢驗表示清楚3種制劑對作物產(chǎn)量及土壤水氮的影響效應(yīng)并不一致，不同制劑所產(chǎn)生的作用效應(yīng)有所區(qū)別，華而不實PAM和SAP直接作用于土壤，對于土壤含水率和速效氮影響明顯，F(xiàn)A作用于作物葉面，則對作物產(chǎn)量構(gòu)成和氮素利用的影響更大。在本文的化學制劑施用量水平下，從Duncan多重比擬來看，并不是用量越多產(chǎn)量越高，華而不實PAM施用水平對產(chǎn)量的影響不顯著，SAP用量為越大越好，F(xiàn)A的400倍液低濃度施用水平要優(yōu)于200倍液高濃度施用水平。這可能是由于SAP直接作用于作物根系，可將水氮保蓄在根層區(qū)供作物持續(xù)利用，對作物的生長促進作用明顯，且當干旱脅迫發(fā)生時，SAP能夠提高作物對水分的利用效率;而FA一方面起到抑制作物奢侈蒸騰的作用，另一方面起到提升作物生理機能的作用，當FA用量較大時，其對于作物蒸騰作用抑制過大，可能會影響其光合作用，進而減少作物產(chǎn)量，就本文而言，400倍液的FA施用量能夠更好地促進作物產(chǎn)量的構(gòu)成。4、結(jié)論(1)4個試驗因素對土壤水分的影響效應(yīng)不一致，PAM、SAP和氮肥對土壤含水率的影響顯著，而FA的影響不顯著，P3小區(qū)的集成處理形式提供的土壤質(zhì)量含水率最為充足，平均為0.12。(2)4個試驗因素均顯著影響土壤全氮含量，就速效氮