痕量灌溉是当前新兴的一种地下滴灌,它能够小流量缓慢向作物根区供水,针对这种灌溉方式下的不影响作物生长,而且对该项技术的推广应用至关重要。本文通过大田和盆栽试验对痕量灌溉对玉米的生理生长指标进行分析,系统研究痕量灌溉对水分及氮素运移的影响,探究了不同压力水头和施肥量对玉米根系发育、产量和品质的影响以及基于RZWQM模型的灌溉制度优化研究,取得如下研究成果:(1)通过测定痕量灌溉下玉米的株高、株径、干物质和光合速率等指标,可以看出痕量灌溉下,随着生育期的进行,不同施肥处理对株高影响明显,8月10日前施底肥再按0:5:5追肥的处理最高。从干物质累积量来看,施底肥再按0:5:5追肥的处理能增加玉米抽雄期的干物质积累量,其余各处理对于生殖生长有一定的限制作用。(2)通过对痕量灌溉下土壤水分、土壤基质势、土壤氮素运移和土盆内氮素累积量测定结果及氮素利用率的分析可以看出,在连续灌水的灌溉方式下,水分主要影响纵向35cm深度范围内的土壤含水率,而间隔灌水情况下滴头附近含水率较低,可能是由于流量大,水分渗透到下层土壤中。从不同的施肥处理下可以看出,不施底肥再按2:4:4追肥的处理和施底肥再按0:5:5追肥的处理在氮素运移上较为接近,均有利于根系对于氮素的吸收,减少氮素的的深层渗漏。适宜工作水头为2m水头压力灌溉。适宜的灌水基质势范围为-30—-60kPa,在华北平原区,玉米生育期降雨量约为280mm,总灌水量约为80mm。根据铵态氮和硝态氮运移转化规律,适宜的施肥制度为苗期不施底肥,按总肥量的20%施加,拔节期按40%追施氮肥,灌浆期按40%追施氮肥。(3)通过对痕量灌溉下植株和土壤氢氧同位素、玉米根系、产量和品质的测定结果及产量和品质的综合分析可以看出,小流量连续灌水能够增加玉米生苗期及拔节期根系的生长发育,这个时期普通滴灌处理即间隔灌水情况下根系生长发育较为迟缓。痕量灌溉下成熟期不施底肥而后按3:3:3追肥的处理根系表层发育较强,与不施底肥再按2:4:4追肥的处理根系深层发育较强。苗期根系主要利用0-20cm 土层内的水和肥,拔节后期根系主要吸收20-40cm的水和肥,灌浆期为40-80cm的水肥。痕量灌溉在一定程度上使得玉米的根系吸水深度在生育前期出现浅层增加的趋势,生育中期吸水深度在深层有增加趋势,而在生育后期吸水深度和普通地下滴灌没有差异。痕量灌溉灌水采用2m-5m水头的条件下产量和品质综合指标是最高的,因此推荐使用的痕量灌溉水头是2-5m。从施肥方式对玉米产量和品质的影响可以看出,基本上灌水采用0.5N-0.75N的条件下产量和品质综合指标是最高的,因此推荐使用的痕量灌溉小流量施肥模式为0.5-0.75N的施氮水平。(4)通过对RZWQM模型的土壤含水率、土壤贮水量、株高、叶面积、干物质和土壤氮素转化参数率定及验证,可以看出拟合效果较好,表明模型能很好的模拟土壤含水率、土壤贮水量和作物参数、氮素转化等参数。基于三种水文年型的水分模拟情况可以看出表层含水率受到灌水和降雨影响较大,波动较大,而深层土壤含水率受降雨和灌水影响较小,基本呈缓慢下降的趋势。综合水分和氮素利用效率来看120kgN/hm2的施氮量较有利于作物生长。过多的施氮并未增加作物的产量,各水文年型下的氮素利用效率随着施氮量的增加而显著降低,水文年降雨量对玉米氮素渗漏有显著影响,随着水文频率的增加(即降雨量减少)硝态氮渗漏量降低。