描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787511628862
依托于973项目、948项目、公益性行业（农业）科研专项项目的支持，研究团队于2003-2015年期间，以小麦、玉米为研究作物，运用室内盆栽和大田长期定位相结合方法，对三类土壤进行了土、肥、水互作试验比较研究，探明不同区域土、肥、水交互效应的异同点，并结合研究小麦、玉米在不同生育阶段的光合指标和主要衰老生理指标的变化规律，揭示不同区域土、肥、水交互效应的生理机制，为实现小麦-玉米种植制度下的高产稳产和土肥水资源高效利用的协调发展提供科学指导。
章研究背景…………………………………………………………………… 1
节研究背景与意义…………………………………………………………1
一、研究背景……………………………………………………………… 1
二、研究意义……………………………………………………………… 3
第二节国内外研究进展……………………………………………………… 5
一、作物生产中的水肥关系机制………………………………………… 5
二、国内外肥料长期定位试验研究情况………………………………… 10
参考文献………………………………………………………………………13
第二章研究内容与方法……………………………………………………………19
节研究目标………………………………………………………………19
第二节研究内容………………………………………………………………19
一、三种土壤类型下小麦玉米水肥交互效应盆栽试验研究…………… 19
二、不同土壤类型下长期定位施肥对小麦玉米生长及生理生化特性的影响………………………………………………………………… 20
第三节技术路线………………………………………………………………21
第四节试验方案与测定指标…………………………………………………21
一、室内盆栽试验研究…………………………………………………… 21
二、长期定位试验研究…………………………………………………… 25
参考文献………………………………………………………………………31
第三章潮土下小麦水氮磷钾互作效应……………………………………………32
节水氮磷钾互作对小麦生长发育的影响………………………………32
一、水氮磷钾互作对小麦株高的影响…………………………………… 33
二、水氮磷钾互作对小麦叶面积的影响………………………………… 34
第二节水氮磷钾互作对小麦光合指标的影响………………………………36
一、水氮磷钾互作对小麦净光合速率的影响…………………………… 37
二、水氮磷钾互作对叶片蒸腾速率和气孔导度的影响………………… 40
第三节水氮磷钾互作对小麦叶片保护酶和丙二醛含量的影响………………44
一、水氮磷钾互作对小麦叶片SOD的影响…………………………… 44
二、水氮磷钾互作对小麦叶片POD的影响…………………………… 45
三、水氮磷钾互作对小麦叶片CAT 的影响……………………………… 46
四、水氮磷钾互作对小麦叶片MDA的影响…………………………… 46
第四节水氮磷钾互作对小麦生物产量的影响………………………………47
一、W1条件下氮磷钾互作对小麦生物产量的影响…………………… 49
二、W2条件下氮磷钾互作对小麦生物产量的影响…………………… 50
第五节水氮磷钾互作对小麦经济产量的影响………………………………52
第六节水氮磷钾互作对小麦氮磷钾吸收状况的影响………………………56
第七节本章小结………………………………………………………………57
参考文献………………………………………………………………………58
第四章潮土下玉米水氮磷钾互作效应……………………………………………60
节水氮磷钾互作对玉米生长发育的影响………………………………60
一、水氮磷钾互作对玉米株高的影响…………………………………… 60
二、水氮磷钾互作对玉米叶面积的影响………………………………… 61
第二节水氮磷钾互作对玉米干物质积累的影响……………………………62
一、水氮磷钾互作对5叶期玉米干物质积累的影响…………………… 62
二、水氮磷钾互作对8叶期玉米干物质积累的影响…………………… 64
三、水氮磷钾互作对12叶期玉米干物质积累的影响………………… 65
四、水氮磷钾互作对15叶期玉米干物质积累的影响……………… 67
五、水氮磷钾互作对18叶期玉米干物质积累的影响………………… 68
六、不同叶龄期水氮磷钾单因子影响综合比较………………………… 69
七、不同叶龄期水氮磷钾双因子影响综合比较………………………… 69
第三节水氮磷钾互作对玉米养分吸收的影响………………………………70
第四节水氮磷钾互作对玉米光合生理的影响………………………………71
一、8叶期玉米光合生理………………………………………………… 71
二、15叶期玉米光合生理……………………………………………… 73
第五节水氮磷钾互作对叶片保护系统的影响………………………………76
一、水氮磷钾互作对8叶期玉米叶片保护系统的影响………………… 76
二、水氮磷钾互作对15叶期玉米叶片保护系统的影响……………… 78
第六节本章小结………………………………………………………………81
参考文献………………………………………………………………………82
第五章黑垆土下小麦水氮磷钾互作效应…………………………………………83
节水氮磷钾互作对小麦生长发育的影响………………………………83
一、水氮磷钾互作对小麦株高与叶面积的影响………………………… 83
二、水氮磷钾互作对小麦光合指标的影响……………………………… 87
第二节水氮磷钾互作对小麦叶片保护酶和丙二醛含量的影响……………94
一、水氮磷钾互作对叶片保护酶的影响………………………………… 94
二、水氮磷钾互作对小麦叶片MDA含量的影响……………………… 96
第三节水氮磷钾互作对小麦生物产量的影响………………………………97
一、水氮磷钾互作对W1条件下小麦生物产量的影响………………… 99
二、水氮磷钾互作对W2条件下小麦生物产量的影响……………… 100
第四节水氮磷钾互作对小麦经济产量的影响…………………………… 102
第五节水氮磷钾互作对小麦氮磷钾吸收状况的影响…………………… 105
第六节本章小结…………………………………………………………… 106
参考文献……………………………………………………………………107
第六章黑垆土下玉米水氮磷钾互作效应……………………………………… 109
节水氮磷钾互作对玉米生长发育的影响…………………………… 109
一、水氮磷钾互作对玉米株高的影响………………………………… 109
二、水氮磷钾互作对玉米叶面积的影响……………………………… 111
第二节水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米干物质积累的影响…………… 112
一、水氮磷钾互作对5叶期玉米干物质积累的影响………………… 112
二、水氮磷钾互作对8叶期玉米干物质积累的影响………………… 113
三、水氮磷钾互作对12叶期玉米干物质积累的影响……………… 115
四、水氮磷钾互作对15叶期玉米干物质积累的影响……………… 115
五、水氮磷钾互作对18叶期玉米干物质积累的影响……………… 117
六、不同叶龄期水氮磷钾单因子影响综合比较……………………… 118
七、不同叶龄期水氮磷钾双因子影响综合比较……………………… 118
第三节水氮磷钾互作对玉米养分吸收的影响…………………………… 119
第四节水氮磷钾互作对玉米光合生理的影响…………………………… 119
一、水氮磷钾互作对8叶期玉米光合生理的影响…………………… 120
二、水氮磷钾互作对15叶期玉米光合生理的影响………………… 122
第五节水氮磷钾互作对玉米叶片保护系统的影响……………………… 124
一、水氮磷钾互作对8叶期玉米叶片保护酶和丙二醛含量的影响… 125
二、水氮磷钾互作对15叶期玉米叶片保护酶和丙二醛含量的影响127
第六节本章小结…………………………………………………………… 129
一、水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米株高与叶面积的影响………… 129
二、水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米干物质积累的影响…………… 130
三、水肥互作对玉米养分吸收的影响………………………………… 130
四、水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米光合生理的影响……………… 130
五、水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米叶片保护系统的影响………… 130
参考文献……………………………………………………………………131
第七章红壤下小麦水氮磷钾互作效应………………………………………… 133
节水氮磷钾互作对小麦生长发育的影响…………………………… 133
第二节水氮磷钾互作对小麦光合指标的影响…………………………… 136
一、水氮磷钾互作对小麦叶片净光合速率的影响…………………… 137
二、水氮磷钾互作对叶片蒸腾速率和气孔导度的影响……………… 141
第三节水氮磷钾互作对小麦叶片保护酶和丙二醛含量的影响………… 144
一、水氮磷钾互作对叶片保护酶的影响……………………………… 144
二、水氮磷钾互作对小麦叶片丙二醛含量的影响…………………… 146
第四节水氮磷钾互作对小麦生物产量的影响…………………………… 147
一、W1条件下氮磷钾配施对小麦生物产量的影响………………… 149
二、W2条件下氮磷钾配施对小麦生物产量的影响………………… 150
第五节水氮磷钾互作对小麦经济产量的影响…………………………… 152
第六节水氮磷钾互作对小麦氮磷钾吸收状况的影响…………………… 154
第七节本章小结…………………………………………………………… 155
参考文献……………………………………………………………………156
第八章红壤下玉米水氮磷钾互作效应………………………………………… 158
节水氮磷钾互作对玉米生长发育的影响…………………………… 158
一、水氮磷钾互作对玉米株高的影响………………………………… 158
二、水氮磷钾互作对玉米叶面积的影响……………………………… 159
第二节水氮磷钾互作对玉米干物质积累的影响………………………… 160
一、水氮磷钾互作对5叶期玉米干物质积累的影响………………… 160
二、水氮磷钾互作对8叶期玉米干物质积累的影响………………… 162
三、水氮磷钾互作对12叶期玉米干物质积累的影响……………… 163
四、水氮磷钾互作对15叶期玉米干物质积累的影响……………… 163
五、水氮磷钾互作对18叶期玉米干物质积累的影响……………… 164
六、不同叶龄期水、氮、磷、钾单因子影响综合比较……………… 165
七、不同叶龄期水、氮、磷、钾双因子影响综合比较……………… 165
第三节水氮磷钾互作对玉米养分吸收的影响…………………………… 166
第四节水氮磷钾互作对玉米光合生理的影响…………………………… 167
一、8叶期玉米光合生理分析………………………………………… 167
二、15叶期玉米光合生理分析……………………………………… 169
第五节水氮磷钾互作对玉米叶片保护系统的影响……………………… 171
一、红壤下8叶期玉米叶片保护和丙二醛含量分析………………… 172
二、红壤下15叶期玉米叶片保护和丙二醛含量分析……………… 174
第六节本章小结…………………………………………………………… 176
一、水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米株高与叶面积的影响………… 176
二、水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米干物质积累的影响…………… 177
三、水氮磷钾互作对玉米养分吸收的影响…………………………… 177
四、水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米光合生理的影响……………… 177
五、水氮磷钾互作对不同叶龄期玉米叶片保护系统的影响………… 177
参考文献……………………………………………………………………178
第九章三种土壤类型水氮磷钾互作效应比较………………………………… 180
节三种土壤类型小麦水氮磷钾互作效应比较……………………… 180
一、水、氮、磷、钾单因子影响序列比较分析……………………… 180
二、水、氮、磷、钾因子交互影响的比较分析……………………… 183
第二节三种土壤类型玉米水氮磷钾互作效应比较……………………… 191
一、水、氮、磷、钾互作对玉米生长发育的影响比较分析………… 191
二、水、氮、磷、钾互作对不同叶龄期玉米干物质积累的影响比较分析…………………………………………………………… 193
三、水、氮、磷、钾互作对玉米养分吸收的影响比较分析………… 195
四、水、氮、磷、钾互作对玉米光合生理的影响比较分析………… 196
五、水、氮、磷、钾互作对玉米叶片保护系统的影响比较分析…… 196
第三节本章小结…………………………………………………………… 197
一、三种土壤类型小麦水氮磷钾交互效应比较……………………… 197
二、三种土壤类型玉米水氮磷钾交互效应比较……………………… 198
参考文献……………………………………………………………………199
第十章河南封丘潮土长期不同施肥对冬小麦与夏玉米的物质生产及生理特性的影响……………………………………………………………… 201
节长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米生长发育的影响………… 201
一、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米株高的影响……………… 201
二、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶面积指数的影响……… 202
三、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米干物质积累的影响……… 204
第二节长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片光合生理特性的影响205
一、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片叶绿素含量的影响205
二、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片光合速率的影响…207
三、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片气孔导度的影响…… 208
四、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片胞间CO2浓度的影响………………………………………………………………………209
五、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片蒸腾速率的影响…… 211
第三节长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片保护酶系统的影响…………………………………………………………………………212
一、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片POD活性的影响… 212
二、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片CAT 活性的影响…… 214
三、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片SOD活性的影… 215
四、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片MDA含量的影响… 216
五、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米叶片可溶性蛋白含量的影响………………………………………………………………… 217
第四节长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米产量及产量构成因素的影响…………………………………………………………………219
一、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米产量性状的影响………… 219
二、长期不同施肥处理对冬小麦、夏玉米周年产量的影响………… 220
三、产量构成因素与冬小麦、夏玉米产量的通径分析……………… 221
第五节本章小结…………………………………………………………… 222
参考文献……………………………………………………………………223
土、肥、水是“农业八字宪法”的前三位要素，说明其在农业生产中的重要性。我国地域广阔，土壤类型多样，不同土壤对水肥的利用状况必然有一定的差异。因此，深入研究我国不同土壤条件下的水肥互作效应，并探明其机制，不仅可以提高水肥利用效率，而且还可以为从宏观上把握水肥投入的区域性差异提供决策依据。依托于国家973项目、948项目、公益性行业（农业）科研专项、中央级公益性科研院所专项基金等项目的支持，研究团队于2003—2011 年，以小麦、玉米为研究作物，运用室内盆栽和大田长期定位相结合方法，对三类土壤进行了土、肥、水互作试验比较研究，探明不同区域土、肥、水交互效应的异同点，并结合研究小麦、玉米在不同生育阶段的光合指标和主要衰老生理指标的变化规律，揭示不同区域土、肥、水交互效应的生理机制，为实现小麦—玉米种植制度下的高产稳产和土肥水资源高效利用的协调发展提供科学指导。
一、研究背景
粮食是关系国计民生的重要战略物资，近几年我国粮食连续丰收，供需基本平衡，但随着将来人口的快速增长和耕地的减少，粮食供需有可能出现较大的缺口（封志明等，2007），提高粮食产量仍是目前我国亟待解决的问题。从长远来看，我国耕地面积的增加有限（赵晓丽，张增祥等，2014）
， 只有通过提高粮食单产才能满足这种需求。而作物产量的形成，不仅与作物本身的遗传特性和生理机能等内在因素有关，而且与水、土、肥等外界环境因素密切相关。众多研究表明，在作物增产中，土肥水等条件是关键，而一定条件下，养分和水分是容易人为调控的因素（高卫，2015；韩霜，
2012）。长期以来，提高农田生产力水平一直是世界各国普遍关注的问题。通过水肥综合措施，改善土壤水分和营养状况，实现水肥交互，达到高产稳产，已成为共识。水肥的正确、合理使用不仅关系到国家的粮食安全、生态环境改善等宏观问题，而且与千家万户农民的切身利益密切相关。“有收无
收在于水，收多收少在于肥”这一传统经验道出了水肥是农业生产基本要素的实质。据有关专家研究，我国因不合理水肥管理致使水肥利用率低下。水资源紧缺已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈（张依章，刘孟雨等，2007）。农业是我国的用水大户，全年用水总量4 000亿m3，占全国总
用水量的70%，其中农田灌溉用水量3 600亿~3 800亿m3，占农业用水量的90%~95%，农业用水中的浪费现象相当严重（李保国，黄峰，2010）。首先是农田灌溉水的利用率低，灌溉水的利用率仅30%~40%，而先进发达国家达到70%~80%；其次是农田对自然降水的利用率低，仅56%；后是农业用水的效率不高，其中农田灌溉水的利用效率仅为1.0kg/m3左右，旱地农田水分
利用效率为0.60~0.75kg/m3，而发达国家为2.0kg/m3，以色列达到2.35kg/m3 （张明生，王丰等，2005）。化肥作为粮食增产的决定因子在我国农业生产中发挥了举足轻重的作用，但近20多年来，我国化肥用量持续高速增长，粮食产量却始终增加缓慢。张福锁等（2008）总结了近年来在全国粮食主产区进行的1 333个田间试验结果，分析了目前条件下中国主要粮食作物水稻、小麦和玉米氮磷钾肥
的偏生产力、农学效率、肥料利用率和生理利用率等，发现小麦和玉米的氮肥农学效率分别为8.0kg/kg和9.8kg/kg，氮肥利用率分别为28.2%和26.1， 远低于国际水平，与20世纪80年代相比呈下降趋势。造成肥料利用率低的主要原因包括高产农田过量施肥，忽视土壤和环境养分的利用，作物产量潜力未得到充分发挥以及养分损失未能得到有效阻控等（杨青林，桑利民
等，2011 ）。目前，我国化肥的施用量和生产量均居世界首位，在占世界9%的耕地上施用了占世界32%的化肥，单位面积施肥量是世界平均水平的2.6倍，但化肥利用效率比发达国家低10%~20%。当前，我国按可耕地面积计算的施肥水平为266kg/hm2，远超过世界平均水平的91kg/hm2，在FAO 所
统计的162个国家中居第10位。2001—2008年小麦和玉米的单位面积化肥用
量分别增加5.4%和29.0%，而水稻减少4.3%，全国粮食作物化肥消费总量
增加1.3×106t，但占全国化肥消费总量的比重从68% 下降到50% （李红莉，
张卫峰等，2010）。根据我国化肥网5 000多个田间试验结果表明，我国土
壤磷素和钾素营养状况正向两个相反的方向发展：自20世纪70年代中期以
来，土壤磷素开始积累有所盈余，土壤中钾素则因每年施用大量氮、磷化
肥，产量不断提高，而钾素投入少，产出多，土壤钾肥呈亏缺趋势，目前
N、K2O肥配比为1∶0.16。此外，我国目前各种微量元素缺乏面积累计达
?6?9
1.575 亿hm2，其中缺锌面积达4 866 万hm2，缺硼面积3 280 万hm2，缺钼面积
4 453.3万hm2。由于所缺养分限制作物对其他养分的吸收，造成了化肥利用
率和肥效的下降。从2005年以来，在生产成本增加导致化肥价格上涨的客观
条件下，过量施肥、肥料利用率低等因素直接导致每亩土地施肥成本增加十
几元。肥料利用率不高，不仅造成了施肥的增产效果和经济效益下降，而且
也对生态环境造成了威胁。
在过去的几十年中，人们已经对农田生态系统中的养分、水分循环观
测做了大量的研究工作，提出了许多针对性的养分、水分管理措施。随着粮
食、资源、环境压力的加大，需要在原有工作的基础上，加强针对不同区域
土壤类型的水分、养分供给之间的交互影响研究，以实现作物高产稳产和资
源高效利用的协调发展。小麦、玉米是目前我国主要的粮食作物，在我国具
有重要的战略意义。我国地域广阔，土壤类型多样，不同土壤对小麦、玉米
水肥的利用状况必然有一定的差异。因此，结合长期定位施肥试验和联网观
测的方法，从不同时空尺度开展土肥水交互效应研究，并从微观角度揭示其
机制，对指导合理施肥、提高作物产量和资源利用效率具有重要研究意义。
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