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膜下滴灌技术结合了覆膜的增温保墒作用和滴灌的水肥精量调控优势,在我国西北和东北等地取得了广泛的应用。然而,目前有关覆膜对土壤中氮素分布特征及转化过程等的研究未能与滴灌等灌溉技术相结合,对膜下滴灌条件下的氮素动态、转化和吸收等过程缺乏深入的认识,对不同覆膜方式和滴灌施肥技术参数影响氮素行为的机理缺乏深入的研究,未能给膜下滴灌水肥管理提供科学的依据。此外,近年来农用残膜的危害日益显现,膜下滴灌技术的生态环境日益受到重视,采用具有适宜降解时间的可降解膜是膜下滴灌技术今后发展的趋势。为此,急需开展膜下滴灌的适宜揭膜时间和施肥制度优化方面的研究。本文以玉米为研究对象,围绕膜下滴灌条件下的氮素运移分布、转化和吸收过程等开展试验和模拟研究。试验考虑揭膜时间和施氮量两个因素,揭膜时间设置未覆膜、苗期揭膜、抽穗期揭膜和全生育期覆膜四个水平,施氮量设0和250 kgN/hm2两个水平。在玉米各生育阶段取土测定土壤含水率、硝态氮、铵态氮、土壤氧化还原电位值和土壤脲酶活性和天门冬酰胺酶活性,每日按时观测表层土壤温度,定期测定玉米株高、叶面积指数、地上部分干物质量和吸氮量,生育期结束后测定玉米的产量。为了得到不同气候和土壤条件下的适宜膜下滴灌施肥制度,采用DNDC模型开展了膜下滴灌玉米施肥制度优化。主要结论如下:(1)在施肥条件下苗期揭膜处理、抽穗期揭膜处理和全生育期覆膜处理0-20cm土层含水率分别比未覆膜处理高12.2%、13.6%和10.6%,而对20-90cm 土层含水率无影响;在未施肥条件下各揭膜处理对土壤各层含水率均有提高,苗期揭膜处理、抽穗期揭膜处理和全生育期覆膜处理0-90cm 土层含水率分别比未覆膜处理高9.6%、7.9%和9.4%。覆膜可增加玉米生育期内表层土壤温度,且对玉米苗期土壤表层温度增加比较明显,对玉米抽穗期增温幅度最小;苗期揭膜处理、抽穗期揭膜处理和全生育期覆膜处理可分别提高9.2%、12.8%和18.1%的玉米生育期内土壤有效积温。(2)各揭膜处理可增加玉米苗期、拔节期和抽穗期0-90cm 土层硝态氮含量,而未覆膜处理和全生育期覆膜处理可增加玉米灌浆期和成熟期0-90cm 土层硝态氮含量;在未施肥条件下各揭膜可提高0-20cm 土层铵态氮的含量,在施肥条件下各揭膜处理可提高20-50cm 土层铵态氮含量;全生育期覆膜可提高土壤有机氮矿化,而苗期揭膜和抽穗期揭膜则会减少土壤有机氮矿化。(3)未覆膜处理0-30cm 土层氧化还原电位值比各揭膜处理高3.08～57.08mV,且在玉米生育前期提高值较大,在玉米生育后期提高值较小,到生育期末时各处理基本无差别;方差检验结果表明各揭膜处理对土壤氧化还原电位值并无显著影响,可见覆膜不会显著影响土壤通气性。覆膜可显著降低土壤各层脲酶活性,苗期揭膜和抽穗期揭膜并不会提高土壤脲酶活性,相关性分析可得土壤脲酶活性和土壤铵态氮呈显著负相关,可见覆膜后土壤铵态氮升高降低了土壤脲酶活性;覆膜对土壤天门冬酰胺酶活性无显著影响,但其和玉米吸氮量之间呈正相关,在覆膜和施肥条件下它们相关系数为 0.891。(4)覆膜处理可显著提高玉米苗期的株高、叶面积指数、地上部分干物质量和吸氮量,且各揭膜处理之间差异不显著;在未施肥条件全生育期覆膜处理可显著提高玉米的双穗数和百粒重,从而收获了最高的产量,在施肥条件下苗期揭膜处理可显著提高玉米的双穗数而使得玉米产量最大。综合考虑覆膜的增温效果、对氮素转化吸收以及作物产量的影响,东北地区膜下滴灌的适宜采取苗期揭膜的方式。(5)选用DNDC模型开展膜下滴灌施肥制度优化模拟,在参数敏感性分析的基础上对模型进行率定和验证,DNDC模型能够实现对膜下滴灌作物产量和吸氮量的较高精度的模拟。优化结果表明,当土壤初始无机氮含量在60mg/kg左右时,东北半湿润区膜下滴灌玉米的适宜施氮量为150～200kg/hm2,此时在玉米抽穗期和灌浆期以1:3的比例施入氮肥可使氮肥的淋失量减少,且产量也可保持在较高水平。