水分限制条件下旱作覆膜春玉米高产及水氮高效利用研究

To simultaneously realize high yield and high water and nitrogen use efficiency of dryland crops under water-limited conditions is the hotspot and focus area in dryland farming research worldwide. In this project, the climate yield potential of plastic film mulching spring maize under water-limited conditions will be estimated using the modified film-mulching Hybrid-Maize Model. To take the obtained yield potential value as the target, coupling with climate and crop group under the guidance of the modified model, the project intend to establish practicable high yield cultivation system and realize climate yield potential of dryland film-mulching spring maize under water-limiting Loess Plateau. On the basis of these, coupling the film-mulching Hybrid-Maize model with root-zone water-temperature control through plastic film mulching and root-zone nitrogen regulation with real-time nitrogen management to efficiently realize the comprehensive control of climate, crop group and root zone, and to construct dryland spring maize cultivate system with relative solid theoretical basis to simultaneously acquire high yield and high use water and nitrogen efficiency. Long-term field experiments will be established to verify the scientific, reliability and suitability of the cultivation system. This results of the project will not only provide new academic ideas and methods for constructing high yield and high water and nitrogen use efficiency cultivation systems, also has can guide high yield and high efficiency cultivation in dryland farming practice.

实现水分限制条件下旱地作物高产与水氮高效，是国内、外研究的重点和热点领域。本研究在已有工作基础上，以旱作春玉米单作体系为对象，用改进后适宜于覆膜的Hybrid-Maize模型估算获得的水分限制条件下旱作覆膜春玉米气候产量潜力为目标产量，构建覆膜条件下理想作物群体，建立实现水分限制条件下旱作覆膜春玉米气候产量潜力的高产栽培模式，明确旱作不覆膜与覆膜春玉米产量潜力差及根源；在此基础上结合以地膜覆盖为中心的根层水温调控、以氮肥实时管理为中心的根层氮素调控，耦合气候、群体及根层调控，优化高产栽培模式，挖掘覆膜潜力，构建水分限制条件下旱作覆膜春玉米高产及水氮高效栽培体系；通过多年田间实验，可靠回答该栽培体系能否同时实现高产与水氮高效利用，并从理论上阐明其科学性、可靠性及适宜性。本项目不仅将为构建旱地作物高产及水氮高效栽培体系提供较新学术思路及方法，并对指导旱作作物高产高效栽培具有一定科学及实践价值。

以实现水分限制条件下旱地作物高产与水氮高效为目标，采用田间试验和模型模拟的研究方法，以旱作春玉米单作体系为对象，通过以地膜覆盖为中心的根层水温调控、以氮肥实时管理为中心的根层氮素调控，构建了水分限制条件下旱作覆膜春玉米高产及水氮高效栽培体系，在此基础上结合通过不同栽培模式、氮肥用量、分次施氮三个田间定位试验，可靠回答了该栽培体系能否同时实现高产与水氮高效利用，并从理论上阐明其科学性、可靠性及适宜性。取得的主要研究结论有：（1）利用Hybrid-Maize模型对黄土高原春玉米生产的模拟表明，自1980年该地区气温升高、辐射和降雨下降，导致春玉米生育期缩短、水分利用率下降、产量潜力显著下降，并加剧当地雨养生产的水分亏缺；选择晚熟品种加上有效保水措施，可使产量潜力和水分利用效率持续提高。（2）产量与吐丝前氮素累积量同样符合“直线+平台”的相关关系，实现最高产量的最低氮素累积量为132 kg N /ha，三季作物对15N肥料叠加利用效率为47.6%-60.8%，分次施氮显著提高氮肥叠加利用率与显著降低肥料氮NH3挥发损失。（3）砂砾和地膜覆盖明显提高干旱季节土壤贮水量和植株耗水量，降低干期的不利影响，提高水分利用效率，进而显著提高玉米产量14-87%，且能够通过降低丰水年土壤硝态氮淋溶以及干旱年份表层土壤硝态氮累积、大幅度降低单位产量N2O排放、显著提高旱作玉米生产体系的氮肥利用效率。（4）覆盖显著提高玉米总生物量，与全程覆膜相比吐丝后揭膜会进一步增加玉米籽粒产量及收获指数，与砂砾覆盖相比地膜覆盖进一步提高土壤活性有机氮库。（5）在我国西北半干旱地区，地膜覆盖在提高作物产量同时可维持土壤质量，增强土壤氮素有效性。本项目不仅为构建旱地作物高产及水氮高效栽培体系提供较新学术思路及方法，并对指导旱地作物高产高效栽培具有一定科学及实践价值。. 项目发表论文19篇，其中SCI论文17篇；培养博士生5名，硕士生4名。.