西北雨养旱作区覆膜和施肥对不同品种玉米氮素转运机理及调控途径

Maize (Zea mays L.) is one of the important crops in the Northwest rain-fed area. In practice, the high grain yield is pursuit by farmers with much nitrogen fertilizer applied that cause of lower nitrogen use efficiency, it also brings a series of environmental problems. There are a lot of research work on precision fertilization and field management that aim to improve the nitrogen use efficiency, however, the nitrogen use efficiency is still low. Field experiments were conducted to study the effects of mulching and nitrogen fertilizer application rates on maize growth and yield. The objectives of this study were to (1) to clarify the complex membrane and nitrogen application rate on the influence law of different varieties of maize growth and yield; (2) to reveal the distribution regularity and migration mechanism of soil water, nitrate, microorganism and enzyme activity of maize root layers; (3) to explore the nitrogen transport characteristics of maize organs at different growth stages; (4) to distinguish the coupling mechanism between maize growth and nitrogen transport and root soil environment. Then, a field management strategy for high nitrogen use efficiency in this region was proposed, and a field yield prediction model based on mulching, nitrogen application and different maize varieties was established. So, this project can provide a scientific basis for high yield, high quality and efficient production of maize.

玉米是西北雨养旱作区的重要作物之一，在实践中，因追求高产等原因，使氮肥投入量持续增加，造成氮肥利用效率呈下降趋势，同时引发一系列环境问题，国内外学者在精细施肥和田间管理方面开展了大量的研究工作，提高了氮肥利用效率，但目前仍然偏低。本项目以不同玉米品种为研究对象，采用覆膜和施肥等田间管理技术，通过大田试验和理论分析相结合的方法，具体内容包括：阐明覆膜和施氮量对不同玉米品种生长和产量的影响规律；揭示覆膜和施氮量对不同玉米品种根层土壤水分、硝态氮、微生物和酶活性分布规律和迁移机理的影响；探索玉米各器官在不同生长发育阶段的氮素转运特性；明晰玉米生长和氮素转运与根层土壤环境间的耦合机理；提出适用于该地区具有较高氮肥利用效率的田间管理策略，建立基于覆膜、施氮量和不同玉米品种的田间产量预测模型。为实现高产、高效生产提供科学依据。

项目的背景：覆膜配施氮肥是一种常用的农艺技术在最佳种植条件下，雨养玉米(Zea mays L.)的生产以获得更高的产量密度和充足的氮供应。然而，覆盖、种植密度和氮肥的综合效应施氮量对植株氮素吸收和转运效率的影响尚不清楚。.主要研究内容：本研究的目的是定量地膜覆盖、种植密度和施氮量对玉米籽粒产量的交互作用氮吸收，氮转运和氮转运效率。实验采用完全随机的方式进行复制三因素(2覆盖水平× 2种植密度× 4施氮量)小区设计四次。.重要结果：地膜覆盖、密度和氮肥用量对玉米籽粒产量和籽粒含量均有显著的交互作用每穗轴数、氮素吸收、氮素转运和氮素转运效率。在3年的研究中，平均下来，吐丝期植株全氮吸收量为79 ~ 149 kg hm-2和76 ~ 178 kg hm-2覆盖物。植物吐丝过程中各器官对氮的吸收以叶片>茎叶>穗轴>包叶。平均在所有结果表明，叶片氮素转运率最高，分别比对照高59.4和88.7%分别是茎和耳。平均营养器官氮转运效率平均覆盖、种植密度、施氮量和施氮量依次为叶片>茎叶>穗轴>包叶。.结论：地膜覆盖、种植密度、氮肥施用量均有显著的增产效果玉米籽粒产量和氮素利用率，以及氮素吸收、氮素转运和氮素转运效率。我们的研究结果显示结果表明，在高种植密度条件下，覆盖与中施氮量的组合可显著提高土壤肥力提高玉米籽粒产量和氮利用效率的最优策略。.科学意义：研究不同施氮量和该地区主要玉米品种对氮素吸收、转运和转运效率的影响，明确玉米各器官在各生长发育阶段的氮素积累、分配与再分配特性及不同玉米品种对不同施氮水平的响应，揭示覆膜和施肥处理下土壤含水量、土壤养分、土壤微生物和酶活性对玉米氮素转运的影响机理，以期为该地区玉米合理施肥和品种选择，优化协调各器官功能与氮素利用特性，为实现高产、优质、高效生产提供理论参考。