滴灌条件下氮素迁移转化对土壤水热条件变化的响应机理及调控方法

Aiming at an accurate water and nitrogen management of drip irriagtion for varieties of water-heat conditions, we will conduct extensive laboratory and field experiments in the proposed project. The influence of water-heat conditions on nitrogen transport, transformation, crop uptake terms will be investigated. The ratio between uptake and residual of nitrogen originated from fertigaion or transformation under different water-heat conditions will be analyzed. The mechanism of water-heat conditions affecting nitrogen cycle in soil-crop sysyem will be studied. The effectiveness of drip technical parameters for water and nitrogen management under water-heat conditions will be evaluated. The adaptability of drip technical parameters for different water-heat conditions will be studied. The model of regulating the behaviors of nitrogen under water-heat conditions will be established. The methods of regulating the behaviors of nitrogen for drip irrigation fitting to different water-heat conditions will be established. The expected results of the project can add new knowladge to the regulation theory of water and nitrogen and will be a contribution to enhancing the scientific regulating of water and nitrogen under different water-heat conditions.

针对滴灌技术规模化应用过程中，对于土壤水热条件变化影响氮素迁移转化过程的机制认识不清、滴灌水氮调控措施在不同土壤水热条件下制定依据不足等问题，本项目拟通过开展盆栽和田间试验，研究不同土壤水热条件下的氮素运移分布、转化和作物吸收过程，分析土壤水热条件变化对施入和有机氮转化等不同来源氮素的吸收利用程度及残留状况的影响，揭示土壤-作物系统中氮素迁移转化和吸收过程对水热条件变化的响应机制；研究滴灌水氮调控措施在不同土壤水热条件下的有效性，探索滴灌水氮调控对土壤水热条件变化的适应机制，建立滴灌水氮热和作物生长联合调控模型，提出与土壤水热条件相适应的滴灌水氮调控技术参数确定方法及组合模式。预期研究结果对丰富滴灌水氮调控理论、实现不同土壤水热条件下滴灌水氮的科学调控具有重要意义。

土壤水热条件是影响作物生长和产量的重要因素，也是近年来灌溉调控和管理研究的关注热点。目前，针对土壤水热条件变化对滴灌施氮过程及氮素吸收利用影响的研究还很少涉及，对于利用灌溉水温改变土壤水热条件、调节作物生长及养分吸收和产量的研究也很缺乏。为此，项目选取华北和东北两个不同的气候区，分别以设施白菜和大田玉米为对象，连续开展4年滴灌水肥热调控试验和模拟研究，重点考虑了不同的土壤水热调控方式、覆膜方式、揭膜时间和施肥制度等因素，系统研究氮素迁移、转化、吸收以及作物生长对水热调控的响应机理。.在华北地区连续开展两年设施白菜滴灌试验，采用覆膜和灌溉水温调节两种土壤水热调控方式，得出覆膜与增加灌溉水温的结合可以明显提高白菜生育后期的土壤温度，可以使0~20cm表层土壤脲酶活性和天门冬酰胺酶活性明显增强，有机氮矿化量提高5.7%~38.7%，增温和增产效果更明显。在东北地区，利用24组非称重式蒸渗仪连续开展两年膜下滴灌玉米水肥热调控试验，得出不同揭膜时间处理可使玉米生育期内土壤有效积温提高9.2%-18.1%，对土壤通气性影响不显著，苗期揭膜和抽穗期揭膜会减少土壤有机氮矿化，各揭膜时间处理间作物生长和产量差异也不显著。在东北地区同时开展了两年大田滴灌水肥热调控试验，定量研究了不同覆膜方式和施肥比例对土壤水热气状况的影响，明晰了滴灌水氮调控措施在不同土壤水热条件下的有效性，阐明膜下滴灌技术的节肥增产机理，确定了最佳的覆膜方法和滴灌水氮调控措施组合。.建立了基于Hybrid-Maize的滴灌水热和作物生长联合调控模拟模型，利用建立的模型模拟了东北半湿润环境下的膜下滴灌玉米不同生育阶段的灌溉需求，评价了使用滴灌系统补充灌溉对不同农业气候区玉米产量的影响。建立了基于DNDC模型的东北地区膜下滴灌玉米施肥制度优化模型，模拟优化得出东北地区最佳的施肥量和施肥次数，为滴灌应用决策和水肥管理优化提供了工具。