盐渍化土壤玉米水氮迁移规律及高效利用研究

【摘要】我国盐渍化土壤分布广泛,水资源严重短缺,氮肥用量过大,限制了农业发展。提高水氮利用效率和改良盐渍化土壤是农业可持续性发展的必由之路。内蒙古河套灌区大部分耕地为盐渍化土壤,引黄水量逐年减少,大量施氮肥导致土壤大量积盐,水氮利用效率低下。由于不合理的水氮制度,造成水资源浪费和环境污染。目前已有许多关于水氮耦合的研究,但大部分开展在非盐渍化土壤上。作物在盐分胁迫和水氮互亏的共同作用下,水氮耦合的机理发生了变化。本文针对不同盐分水平,设置了不同的水氮处理,系统研究了不同盐分下水氮对玉米的生理生态指标,农田土壤环境的影响,水氮迁移规律、水氮利用效率的影响,并建立了玉米水-氮-盐最终产量、Jensen、BP神经网络等3种模型,最终提出了适合当地的水氮生产模式。对提高盐渍化地区水氮利用效率、节约水肥资源,减轻环境污染,防止次生盐渍化,提高盐渍化地区玉米产量有着重要意义。试验研究取得主要结论如下：(1)盐分的增加明显抑制了玉米的生长。适当的增加灌水和施氮有助于提高玉米的株高、叶面积、干物质的积累,降低根冠比。当灌水量超过2250m3/hm2,施肥量超过225kg/hm2玉米的各项生理指标增加不明显或略有下降。水分在盐渍化土壤对作物生长的作用更明显。(2)盐分的增加降低了玉米的光合能力,改变了玉米的光合特性。不同盐分土壤水氮处理的玉米光合“午休”原因不同,随着盐分的增加“午休”原因由气孔因素变为非气孔因素。通径分析表明,轻度和中度盐分土壤影响光合日变化的主要因素不同。在盐渍化土壤上,水分是决定光合速率高低的关键因素。只有灌水量适宜,氮肥才能发挥作用。在轻度和中度盐渍化土壤上,中水中氮处理(灌水量2250m3/hm2、施氮量225kg/hm2)即能保持较长时间高的光合速率,午休时间短,又能使叶片水分利用效率达到最高。通过主成分分析和聚类分析的综合评价,中水中氮处理能很好的提高玉米的光合能力。综合评价,灌水量2250m3/hm2、施氮量225kg/hm2的水氮配比更有利于盐渍化土壤光合速率的提高。(3)随着盐分的增加,水氮利用效率显著降低,氮肥损失明显增加。灌水超过2250m3/hn2、施氮超过225kg/hm2后,玉米的水氮利用效率和氮素表观损失随之增加。轻度和中度盐分土壤,灌水量为2250m3/hm2、施氮量为225kg/hm2的中水中氮处理的水氮利用效率也高于其它水氮处理,氮素损失较少。中水中氮处理在两种盐分土壤上产量高于其他处理分别为11581kg/hm2和9015kg/hm2。通过模型寻优,得到轻度和中度盐分土壤种植玉米的最佳水氮配比方案相同,全生育期灌水量为1900.95～2509.07m3/hm2,总施氮量为157.79～240.7kg/hm2。优化方案的水氮用量分别比当地的每次灌水量(2925m3/hm2)节水18.2%-35%,施氮量(325kg/hm2)节肥26.0%-46.4%。为盐渍化地区种植玉米提供了节水节肥的依据。(4)水-氮-盐Jensen模型能够满足模拟精度。并且可以显示不同生于阶段水分和盐分对产量的影响,实用性最强。适用于盐渍化地区水氮处理产量的预测。(5)不同水氮用量对土壤水氮盐运移的影响。两种盐分土壤,随着灌水量的增加,土壤含水率增加。增加氮肥含水率减低,但超过225kg/hm2时含水率增加。随着灌水量的增大,各处理的土壤电导率峰值出现的土层加深。相同灌水条件下,同—土层施氮肥多的处理电导率较大。轻度盐分土壤中的硝态氮含量大于中度盐分土壤的硝态氮含量。两种盐分土壤上,灌水量为2250m3/hm2、施氮量为225kg/hm2硝态氮主要在40-60cm处积累,而且浓度适宜便于玉米根系吸收。中度盐分土壤中铵态氮的含量高于轻度盐分土壤。铵态氮主要积累在0-20cm土层。铵态氮的含量随着施氮量的增加而增加,灌水对铵态氮的影响不大。HYDRUS-1D模型经过率定和检验能够很好地模拟各生育阶段水分、盐分和氮素的运移。综上,灌水量是影响盐渍化地区水氮盐迁移的主要因素。根据对玉米生育指标、光合作用、产量、水氮利用效率的综合分析,考虑盐分对水分和养分的影响,结合优化出的水氮用量范围,结合HYDRUS-1D模型确定的两种盐分土壤最佳的水氮模式为：轻度盐分土壤的优化的水氮用量为：灌水量2250m3/hm2、施氮量225kg/hm2。中度盐分土壤的优化的水氮用量为：灌水量2329.88m3/hm2、施氮量量207kg/hm2。研究结果可初步揭示不同盐分土壤水氮耦合的机理,为内蒙古河套灌区提高水氮利用效率、节约水肥资源,减轻环境污染,防止次生盐渍化,提高盐渍化地区玉米产量,提供了一定的科学理论依据。
【作者】闫建文；
【导师】史海滨；
【作者基本信息】内蒙古农业大学，农业水土工程，2014，博士
【关键词】河套灌区；盐分土壤；水氮耦合；水氮效率；作物-水-氮-盐模型；

【参考文献】
[1]王安娜,宁伟.注汽锅炉热效率智能检测监控仪研究[J].控制与决策,2005,06:706-708+712.
[2]何松.初中生情感信号认知的区域特点研究[D].南京师范大学,发展与教育心理学,2012,硕士.
[3]孙强.动态环境下交通基础设施结构的发展规划研究[D].北京交通大学,2012.
[4]姚智清.有限合伙型私募基金之投资者权利保护研究[D].华侨大学,民商法学,2013,硕士.
[5]陈明翔１,周集体１,路达１,２,张玉１.（9）硫酸盐还原菌的脱硫性能和铁还原性能[J].河北大学学报(自然科学版).
[6]颜静.城市小学生课外活动现状的研究[D].湖南师范大学,教育（专业学位）,2013,硕士.
[7]史仁生,王晓卿.中国汉族男性肩胛骨测量值与身长关系的研究[J].江西公安专科学校学报.1999(03)
[8]徐颂华.基于笔划的绘画分解与动画技术[D].浙江大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[9]张海景.《全球儿童文学典藏书系》研究[D].兰州大学,中国现当代文学,2013,硕士.
[10]郭芮.审判委员会制度研究[D].吉林大学,法律,2012,硕士.
[11]刘孔华,陈世龙,罗远芳,贾德民,刘岚.纳米银修饰石墨烯用于增强电子封装用环氧树脂导电复合材料[A].广东省材料研究学会、广东省工业技术研究院.2013广东材料发展论坛——战略性新兴产业发展与新材料科技创新研讨会论文摘要集[C].广东省材料研究学会、广东省工业技术研究院:,2013:3.
[12]陈亨勋.实时多任务操作系统Z80-RTOS的设计[J].冶金自动化,1989,01:37-40.
[13]何志承.SDF-1/CXCR4轴介导功能性电刺激改善脑梗死大鼠神经功能障碍的机制研究[D].广州医科大学,康复医学与理疗学,2014,硕士.
[14]熊云官,冯志良,宣其达.关于JB/TQ538-90《可拆卸板式换热器产品质量分等》标准的几点说明[J].石油化工设备.1991(05)
[15]张玲.当代大学生社团活动的思想政治教育功能发挥现状及对策研究[D].华中师范大学,思想政治教育,2013,硕士.
[16]曾娟.重庆市北碚区永久性基本农田划定和管护研究[D].西南大学,土地资源管理,2014,硕士.
[17]陈伟钱.移动寻迹机器人若干关键技术研究[D].浙江工业大学,计算机技术,2012,硕士.
[18]郭游游.论我国环境行政许可主动听证制度：问题与对策[D].吉林大学,法律,2014,硕士.
[19]左彦鹏.我国高等职业技术教育办学特色问题研究[D].辽宁师范大学,职业技术教育学,2003,硕士.
[20]赵斌.胆固醇修饰pH响应聚合物的合成及其胶束的药物控制释放[D].华南理工大学,应用化学,2014,硕士.
[21]蔡秀锦.我国区域大气污染联防联控法律制度研究[D].苏州大学,环境与资源保护法学,2014,硕士.
[22]黄慧君.中韩汉语教师协同教学模式存在的问题及对策[D].广西师范大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[23]倪素红.社会性别视角下我国农村妇女有序政治参与研究[D].浙江海洋学院,农业推广（专业学位）,2013,硕士.
[24]董成林.多功能岩心驱替仪的研制[D].扬州大学,机械制造及其自动化,2012,硕士.
[25]张前进.髂内动脉导管化疗对膀胱尿路上皮癌组织中HIF-1α、Ki-67和VEGF表达的影响[D].青岛大学,外科学,2013,硕士.
[26]乐志,朱道萸.自然是园林的主体——朱有玠大师园林设计思想和实践[J].中国园林.2004(01)
[27]韩莹莹.河北省三类结构失衡家庭分布特征研究[D].河北师范大学,应用数学,2014,硕士.
[28]刘晨辰.低山丘陵地区休闲农业生态园规划设计研究[D].南京农业大学,风景园林,2013,硕士.
[29]郑维华.常德移动通信公司集团客户市场营销策略[D].长沙理工大学,工商管理（专业学位）,2012,硕士.
[30]苏日娜.提高蒙医工作者职业道德途径研究[D].内蒙古师范大学,思想政治教育,2013,硕士.
[31]本报记者李阳丹.部分公司频发利好掩护股东套现[N].中国证券报,2013-03-20A11.
[32]罗广东,石幼莲.东贝公司信息化建设可行性分析[J].当代经济,2005,S1:62-71.
[33]张天英.柿子酒发酵过程中营养组分及单宁的变化研究[D].河南科技学院,农产品加工及贮藏工程,2012,硕士.
[34]权衡.多核处理器运算及核间通讯模块设计研究[D].复旦大学,微电子学与固体电子学,2012,硕士.
[35]李佳璐.小学教育电视媒体资源应用实效性问题研究[D].宁夏大学,现代教育技术（专业学位）,2014,硕士.
[36]张小婧,赵梓俨,熊倬,陈梦露,王芳,周莹.石墨烯-铋系氧化物复合光催化材料[J].功能材料,2014,16:16001-16008+16013.
[37]牛龙.中国全要素生产率的测算与分析[D].浙江工商大学,统计学,2013,硕士.
[38]秦忠宝,何卫平,彭文利,余媛芳.面向产品设计定位的客户信息分析[J].计算机工程与应用,2003,19:43-46.
[39]许艳娜.雍正朝瓷器的美学风格研究[D].景德镇陶瓷学院,美学,2014,硕士.
[40]侯鹏.智能机器人运动控制系统及算法研究[D].北京交通大学,电路与系统,2013,硕士.
[41]赵晋娟.低RCS及宽频微带平面反射阵天线的设计[D].西安电子科技大学,电磁场与微波技术,2012,硕士.
[42]余兵浩.基于CT图像的人体腰椎反求建模及有限元分析研究[D].广西科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[43]张晓.承德平泉县王土房乡旅游规划研究[D].河北师范大学,人文地理学,2012,硕士.
[44]李增光.GMDH算法的改进及煤炭市场系统的预测与预警研究[D].南京航空航天大学,系统工程,2013,硕士.
[45]越智林.审理农村土地补偿费分配纠纷案件的若干法律问题[D].内蒙古大学,法律,2013,硕士.
[46]吴迪.等离子喷涂Al/BN可磨耗封严涂层孔隙状况超声表征[D].大连理工大学,材料工程（专业学位）,2013,硕士.
[47]王振华.浅析纳米材料新进展[J].生物技术世界,2013,03:150.
[48]和欢.IL-12基因多态性及相关炎症因子血浆水平与慢性HCV感染及治疗应答关系的研究[D].河北医科大学,内科学（专业学位）,2014,硕士.
[49]张凯,李振春,周卿.三维共散射点道集叠前时间偏移速度分析[J].石油地球物理勘探,2013,04:531-535+676+500.
[50]早报实习记者施颖楠.中国宝安因信披遭立案调查[N].东方早报,2012-02-28A30.