基于ETc节水补灌和控释掺混肥对夏玉米水氮高效利用的机理研究

A resource- conservation-oriented sustainable summer maize production mode is a necessary way to actualize continuate improvement of corn yield and efficiency under the worsening conditions of shortage of water resources, frequent drought and inefficiency of fertilizer high investment in North China Plain. Water saving irrigation coupled with controlled-release mixing fertilizer (CRMF), a new type of fertilizer, is an effective measurement to improve the utilization of irrigation and nitrogen (N) fertilizer. Based on weather data of 1980-2013 and the crop actual evapotranspiration (ETc, equal to crop water requirement) , this study set up 4 levels of water-saving irrigation amount coupled with three kind of N fertilizer management patterns to research the effect of different treatments on water and N absorption, operation and use characteristics, ecophysiology and function of plant aboveground and root, ratio of stable carbon isotope, dynamic of water and mineral N in soil profile, water and N use efficiency and grain yield of summer maize. The aim of this study are exploring the physiological, ecological and enzymological mechanism of the saving irrigation couples with CRMF on water and N use efficiency and yield of summer maize, and ascertain the effective coupling effect between the saving irrigation and CRMF, and then integrating a water and fertilizer management system, which could effectively reduce water and N fertilizer input, ultimately, providing theoretical and technical support for realizing equential improvement of corn yield and efficiency.

在华北地区水资源短缺、干旱频发、化肥投入高效率低的严峻形势下，资源节约的可持续型夏玉米生产模式是实现玉米持续增产增效的必要途径。节水灌溉与新型控释掺混肥料是提高水氮利用效率的有效途径。本项目结合历史气象数据在计算玉米腾发量（ETc）和需水量的条件下，通过设置不同补灌水平和氮肥运筹模式，采用大田和旱棚研究池栽培相结合的方法，通过分析不同水氮处理组合对夏玉米水分和氮素吸收、运转与利用特性、植株地上部和根系生态生理功能、稳定碳同位素比值、土壤剖面水分与矿质氮动态、水氮利用效率和籽粒产量的影响，明确基于ETc的节水补灌和控释掺混肥提高夏玉米水分、氮素利用效率和产量形成的生理生态和酶学机理，探明夏玉米节水补灌和控释掺混肥高效耦合效应，初步形成夏玉米减氮节水增效的水肥管理体系，为玉米可持续增产增效提供理论和技术支撑。

在黄淮流域水资源短缺、干旱频发、化肥投入高效率低的严峻形势下，资源节约的可持续型玉米生产模式是实现该地区持续增产增效的必要途径。为了研究ETc节水补灌和氮素运筹对夏玉米水分利用效率和氮肥利用效率的影响，设置4个补灌水平（自然降雨、33%WR、67%WR和100%WR共4个水平，分别用W0、W1、W2、和W3表示）和4个氮肥运筹模式，不施氮肥、施普通尿素 240kg N hm-2、施等量控释掺混肥(和施减量控释掺混肥 200 kg N hm-2，分别用N0、NU、NC和NR表示），在抗旱棚和大田中开展试验。.主要研究结果如下：I 三个玉米生产季，W3处理叶面积指数、穗位叶片SPAD、20-40 cm根系干重及其比例、产量和干物质最高，其次是W2处理，W0和W1处理最低；W2处理水分利用效率最高，W3和W2水分利用效率间无显著差异。与W1和W0处理相比，W2和W3处理提高了20-60 cm土层根系比例，促进了13C光合同化物和氮素向籽粒的分配，增加了蜡熟期籽粒中13C同化物和氮素含量，显著提高了收获指数。II 产量和水分利用效率均随施氮量增加而增加。NC处理的籽粒产量、干物质和水分利用效率平均比NU处理高9.3%，10.5%和7.0%，比NR处理高9.2%、7.5%和4.3%。NU和NR处理的产量、干物质和水利用效率间无显著差异。然而，NR处理通过较高的13C光合同化物和氮素向籽粒的分配率，与NC和NU相比显著增加了氮素农学效率。玉米根系总干重、20-40 cm和40-60 cm土层根系所占比例随灌溉量增加而增加，而0-20 cm干重所占比例随灌溉量增加而显著降低。与尿素相比，等量和减量12.5%掺混控释肥显著提高了产量、水分利用效率和氮肥农学效率。III补灌水平和氮肥运筹间存在显著的交互作用；氮肥增产效果在水分严重亏缺条件下显著降低，不施用氮肥降低了适宜补灌的增产增效效果。综合考虑产量、氮肥农学效率、灌溉水利用效率，在水分充足的地区，W3NC较优，在水分紧缺地方，W2RC较优。