水氮耦合对固定道垄作栽培春小麦根长密度和产量的影响

【摘要】：【研究背景】甘肃河西灌区传统小麦生产以翻耕加大水漫灌为主,为追求高产而盲目氮肥施用量高,灌溉不科学。不合理的耕作方式、灌溉制度和施肥技术导致土壤质量下降、水氮利用效率低下、水资源供求矛盾加剧。高量灌溉和高施肥量容易产生地下养分淋溶,导致环境污染等问题。根系是作物重要的水分和养分吸收器官,根系大小与分布受水分与养分的制约,其分布又会影响土壤水分与养分的吸收和运移。固定道垄作(permanent raised bed,PRB)是一种新的耕作栽培方式,将垄作、沟灌和保护性耕作有机结合。因此,研究水氮耦合对根长密度和产量的关系对提高春小麦的水氮利用率和产量具有重要意义。【材料与方法】试验在甘肃省农业科学院张掖节水试验站进行,始于2011年。试验地土壤为石灰性灌漠土,年平均蒸发量2029 mm,2014、2015年小麦生育期降水分别为65.4 mm和77.7 mm。2014～2015年,采用二因素裂区设计,以3种灌溉定额(1200、2400和3600 m~3 hm~(-2))为主区,以4种施氮水平(0、90、180和270kg hm~(-2))为副区,研究水氮耦合下小麦不同生育期根长密度及产量的变化。【结果与分析】相同施氮条件下,随灌溉定额的增加,根长密度先增后减(W2400W3600W1200),轻度干旱可促进春小麦根系生长,过量灌溉或者过于干旱不利于春小麦根系生长。相同灌水条件下,根长密度对氮肥的响应主要取决于灌水水平,随施氮量的增加先增后减,适量施氮有利于根系生长,过量施氮会抑制根系生长,灌溉定额对根长密度的效应大于施氮量的效应。开花、灌浆和成熟期的根长密度与籽粒产量呈正相关。回归分析显示,根长密度最大值的水氮耦合组合是灌溉定额2850m~3 hm~(-2)和施氮量196～207kg hm~(-2)。中等灌溉定额(2400 m~3hm~(-2))下,小麦主要生育时期根长密度显著增加,提高了根长密度在40～80cm土层的分配比例,增加了水分利用效率和氮肥农学利用效率。高灌溉定额(3600 m~3hm~(-2))下,根长密度随施氮量的增加而增加,增加灌溉定额可缓解高氮对根系生长的抑制作用,表现为"以水促肥",各生育时期根长密度对水氮供应量响应一致。综合评价小麦籽粒产量、水分利用效率和氮肥农学利用效率,中等灌溉定额与中等施氮水平(180 kg hm~(-2))是最优水氮耦合模式,可用于河西灌区小麦固定道垄作栽培模式。加大灌溉定额至3600 m~3 hm~(-2)时,产量没有显著增加,水分利用效率和氮肥农学利用效率显著下降,主要因为小麦主要生育时期根长密度降低,且根长密度在0～40cm土层的比例升高,在40～80 cm土层的比例下降。【结论】春小麦85%以上的根系集中分布在0～40 cm土层,随土层深度的增加遵循指数递减分布规律。灌溉定额、施氮量与根长密度呈极显著的二元二次非线性关系,且灌溉定额的作用大于施氮量。灌水2400 m~3 hm~(-2)、施氮180 kg hm~(-2)处理可显著促进小麦根系生长,增加40～80cm土层根系分布,提高籽粒产量,改善水分利用效率和氮肥利用率,是小麦固定道垄作栽培方式下的最优水氮组合。