水肥耦合对夏玉米叶面积指数的影响

水肥耦合对夏玉米叶面积指数的影响

0土壤水分与施肥在复杂的农业生产中，肥料和水是农业生产的重要资源。现在，农业生产的主要问题是缺乏水和施肥技术。首先,水分匮乏比任何其他环境因子更能限制作物的生长和产量。中国的水资源不仅总量不足而且地域和季节分布不均衡,严重制约了当地经济和地区的发展。因此,国家十分重视节水技术的研究。而水肥耦合技术一直是节水技术研究的重要方面。水肥耦合是指水分和肥料二因素或水分与肥料中的氮、磷、钾等因素之间的相互作用对植物生长及其利用率的影响。水肥耦合是争取作物高产优质,提高水肥料的利用效率以及防止不合理施肥造成的污染的重要途径。不同的土壤水分条件,作物对N、P、K的吸收和利用存在明显差异,不同施肥条件对作物的生长发育同样具有影响。只有合理的水肥配合,才能以水促肥,以肥调水,达到水分和养分的高效利用。关于土壤水分和施肥对玉米生物学性状及产量的影响研究,以往学者已做了不少工作,前人在水肥配合这方面的很多研究结果多以重干旱地区的大田玉米和大棚蔬菜为研究对象,但是在半湿润地区的研究较少,同时在夏玉米的研究中,也忽视了水肥协调对其生长发育和养分吸收的作用。所以在半干旱区,对不同土壤和气候类型的区域进行水肥耦合机理机制研究,对于该地区农业实现可持续发展具有重要的意义。研究基于水肥耦合对夏玉米不同生育期叶面指数和生物量的影响来探明山东省暖温带半湿润季风气候区夏玉米高产栽培的水肥最佳配合,为该地区水肥高效利用和夏玉米高产、高效提供理论依据和技术指导。1试验计划和方法1.1设计参数及处理方法试验在青岛农业大学实验站防雨电动棚内进行,该地区位于东经120.7°,北纬36.9°,属暖温带半湿润季风气候,1月平均气温-4.2℃,8月平均气温为24.9℃,年平均气温11.2℃,无霜期209~243天,年降雨量为779.1mm,大多集中于6、7、8、9月份。供试土壤为非石灰性潮土,pH6.77、有机质含量16.45g/kg、全氮1.14g/kg、碱解氮44.84mg/kg、速效磷29.47mg/kg、速效钾82.00mg/kg。试验设3因素4水平,共14个处理(表1所示),3次重复,随机排列。小区面积4m2,深1.5m,四周用水泥层隔离,每小区又用玻璃钢板平均隔成2个小区。磷肥(P2O5)钾肥(K2O)作基肥一次施入。氮肥1/3做基肥,1/3为玉米拔节期追肥,1/3为玉米孕穗期追肥。水分分3次定量浇灌。玉米品种为青农8号,2013年5月10日播种,行距65cm,株距26cm。播种时浇足相同量的底水,保证出苗齐全。出苗后,每小区定植28株(4行,每行7株)。待干旱时按设计浇水量用水表控制灌溉,田间管理如划锄、除草各小区相同。玉米生长过程中拔节期(6月21日)、大喇叭口期(7月5日)、吐丝期(7月18日)和乳熟期(8月22日)分别测定叶面积指数。在收获期(9月9日)取样测定根系形态和干物质重量。1.2叶面积指数lai的测定叶面积指数的测定:玉米叶片的长度乘以宽度,再乘以经验系数0.75得到玉米的叶面积,然后利用测得的总面积除以植株密度可得叶面积指数(LAI)。根系形态的测定:采样,先进性洗根,用STD4800SCANNER根系扫描仪进行全根扫描,然后对扫描后的根系图片WinRhizoProgram2007根系分析系统进行根系形态的分析及数据输出。2结果与分析2.1影响玉米叶面积指数的影响2.1.1灌草覆盖对lai的影响由表2可见,LAI在各处理整个生育期中总体呈先升后降趋势,拔节期LAI最低,处理间差异不显著。吐丝期LAI最高,各处理间差异显著,乳熟期开始下降。吐丝期以处理4(W2N2K2)的LAI值最大,为6.12,比对照(W0N0K0)高70.95%,处理7(W2N1K2)LAI次之,比对照(W0N0K0)高62.29%。处理2(W2N0K0)的LAI最小,仅仅高于对照5.87%,各个处理间差异达极显著。由处理2、3、4、5(氮钾均处于N2、K2水平)可以看出,除拔节期外各水平没有差异外,其他3个时期由水分引起LAI变化的差异是显著的。随着生育期的推进,灌水量增加,LAI在W0到W2水平的各个时期是显著升高的,W2和W3水平与W0和W1水平的差异都达到了显著水平,但是W2和W3水平的差异都不显著。整个生育期W1、W2、W3水平分别比W0水平LAI平均高8.63%。27.07%,50.04%。得出随灌水量的增加,LAI提高的幅度是迅速增加的。由处理4、6、7、8(水钾均处于W2、K2水平)可以看出在同一生育期内随着施氮量增加,LAI在拔节期没有差异;大口期至乳熟期,N0水平与其他3个水平差异都显著,但3个水平间差异不显著。整个生育内氮肥N1、N2、N3水平分别比N0水平LAI平均高出14.44%,49.23%,53.22%,说明高量氮肥施用对提高玉米LAI有显著作用。2.1.2影大小序影大小顺序从表3可以看出,灌水、施氮、施钾对LAI影响都达到了0.1显著水平,影大小顺序为灌水>施氮>水氮交互>水钾交互>施钾。在水分胁迫下,会影响玉米对钾素的利用和对LAI的促进作用,而充足的水分保证植株对钾离子的吸收,达到以水促肥,以肥调水的目的,二者为正的交互效应。2.2不同施氮量对玉米籽粒重的影响表4结果显示,不同水肥处理对玉米地上部干物质积累有显著差异。对单株籽粒产量的影响表现为处理4最高,处理1最低,高出53.56%;对茎干重的影响表现为处理5最高,比最低的处理1高出24.56%;处理11的叶干物重最高,比最低的1处理高12.56%;处理5的苞叶及穗轴重最高,比最低的处理1高40.51%。由处理2、3、4、5(氮钾均处于N2、K2水平)可以看出,单株玉米籽粒重的增加跟灌水量增加是显著相关的,W2和W3水平间差异不显著,但W3水平的略有下降趋势,说明灌水能增加籽粒产量,但灌水过多并不能显著增加籽粒产量;茎和叶以及苞叶及穗轴重始终是随着灌水的增加而增重的,并且W0水平与其他3个水平差异显著,而W2和W3水平间没有显著差异。由处理4、6、7、8(水钾均处于W2、K2水平)可以看出在随着施氮量增加,籽粒、茎、叶和苞叶及穗轴干重都是增加的,N3水平均显著高于N0水平,N2与N3水平间不显著。由处理4、9、10、11(水氮均处于W2、N2水平)可以看出施钾对地上部各部分干重的影响,K1、K2、K3水平之间差异不显著,K0水平的籽粒和苞叶及穗轴干重与其他3个水平相比差异显著。K2和K3水平对籽粒、茎和叶干重的影响差异不显著。由处理12、13、14可以看出,灌水、施氮和施钾在其中2个因素处于较低水平时,三者之间对地上部干物质各部分的影响没有显著差异。2.3对根系发育的影响由表5可以看出,各根系指标的大部分处理之间达显著差异。根系总长、总表面积、总体积、平均直径和次生根数处理5都是最大的,处理1除次生根数外都是最小的,处理5分别比处理1高79.06%、71.22%、24.04%、45.71%,都呈显著性差异。平均直径最大的是处理4,为2.25mm,与居于第二大的处理5达显著差异,比最小的处理1高70.67%。次生根条数处理1高于处理2,但差异不显著,次生根最多的处理5比最少的处理2多47.36%。由处理2、3、4、5(氮钾均处于N2、K2水平)可以看出,各生根系指标在一定灌水范围内随着灌水量的增加都呈增加的趋势,处理间差异都达显著水平。W1、W2、W3水平的总根长分别是W0水平的2.23、4.22、4.24倍。W0、W1、W2各水平总根长之间都显著,W2和W3水平不显著。W1、W2、W3水平总表面积是W0水平的1.15、1.79、1.89倍。但较低灌水W0和W1水平与较高灌水W2和W3水平之间是显著的,各水平间次生根条数的差异性与此相同。由处理4、6、7、8(水钾均处于W2、K2水平)可以看出根系各指标都因施氮量不同部分水平间而呈现显著差异。总根长在施氮量为N2水平时最长,与其他3个水平都差异都显著,在N0至N2水平上是增加的,而在N3水平由氮肥过量导致的总根长下降是显著的。其他指标也出现类似的现象,总体而言施氮在N2水平时对根系的发育影响较好于其他水平。由处理4、9、10、11(水氮均处于W2、N2水平)可以看出施钾除对次生根条数的影响差异不显著外,其余指标K0水平与其他3个水平都呈现显著差异。但施钾过量也会引起根长、总表面积和平均直径的显著下降。由处理12、13、14可以看出,处理14与12和13相比,在对根的平均直径的影响出现显著差异,并且在对总根长的影响显著大于侧重施钾肥的处理12。其他各指标均不显著。可见灌水对根系的影响大于施氮,施氮大于施钾。2.4玉米生长发育与物质积累的关系从表6可以明显看出,根的平均直径与叶干重相关性显著但没达到极显著水平,其余玉米生长发育及物质积累的各指标间相关性都达到了极显著水平。说明,玉米的生长发育过程中各部分之间相互影响,同时玉米植株的生长过程是一个干物质不断积累的过程,其总干物质的累积是作物产量形成的物质基础,而其积累多少决定着产量的高低。3肥料、基肥和外施水肥耦合对夏玉米叶面积指数(LAI)的影响很大,灌水是对其影响作用最大的因素,其次是施氮和施钾。氮钾施肥量均在2水平时,灌水使LAI最大提高47.46%;水钾均为2水平时,施氮使LAI提高的最大值是37.75%;水氮均在2水平时,施钾使LAI最大提高9.62%。根干重、次生根条数、根平均直径、根系总体积、根系总表面积、根系总长与地上部的籽粒重、苞叶及穗轴重、茎杆重、叶干重均呈显著或极显著相关关系,其中籽粒重和根干重的相关系数达0.97**。水肥耦合能显著影响玉米的叶面积指数,其中高量的氮肥有利用玉米提高LAI,并且长期维持较高的LAI。且随着灌水量的增加,LAI提高的幅度是迅速增加的,但过量的水分会使增幅降低,同时钾在提高LAI方面没有水和氮作用显著。这与魏永华等的研究成果相一致,适当水分供应可以提高水稻的叶面积;氮肥对水稻的叶面积指数起主导作用,磷、钾肥对水稻的叶面积指数的影响作用不显著。温利利等的研究结果也表明,在一定施用氮肥和钾肥用量的范围内,夏玉米的茎粗和叶面积随着灌水量的增加而增加。水肥耦合对地上部物质积累、根系干重和形态有显著性影响。根系指标在一定灌水范围内