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考虑内蒙古河套灌区农业生产现状，研究氮磷合理配施模式下，盐渍化灌区小麦玉米套作产量、水肥利用效率、氮素残留的变化过程，从作物角度，揭示不同施肥条件下作物对氮素的吸收、转运规律，并建立作物临界氮稀释曲线，利用作物不同生育阶段的临界氮浓度及氮素营养指数来评价植株氮素营养状况；从土壤角度，揭示不同施肥条件下土壤氮素残留及灌水过程中的氮素淋洗规律，通过对土壤尿酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶等4种土壤酶活性的动态变化规律，进一步分析施肥与土壤酶之间的关系，探讨氮磷配施提高作物养分利用效率及产量的机理；最终，提出基于土壤-作物系统的盐渍化节水灌区最适宜的氮磷配施模式。具体问题如下。
采用当地常规种植模式小麦、玉米套作，研究不同氮磷配施模式下作物的肥料效应，揭示氮磷肥及氮磷交互效应对产量的影响，初步确定套作条件下小麦、玉米的氮磷肥施量，对进一步削减氮磷配施量，改善当地土壤养分平衡，提供一定的理论基础。
针对小麦玉米套作模式，在保证产量的前提下，合理调控当地的氮磷肥配施水平，从源头上减轻农业面源污染，解决土壤肥力不足及不合理施肥对本地区作物产量及水肥利用效率的限制，实现作物高产稳产，为减轻农业面源污提供技术支撑和理论依据。
具体分析了小麦玉米套作全生育期地上部植株的氮素累积规律，并建立作物地上部植株吸氮量随时间变化的Logistic方程，探讨了作物生长后期植株氮素转运规律，通过氮素平衡模型计算了不同施肥模式下的氮素盈余状况，利用氮效率对施肥进行了评价。
根据作物地上部干物质量及相对应的临界氮浓度建立作物全生育期的临界氮稀释曲线，用来评价土壤供氮情况，并构建氮素吸收及氮积累亏缺模型，用来评价作物植株氮素累积状况，引入氮营养指数（NNI）作为精确反映作物植株对氮素的需求状况的指示。
在水分因素固定的条件下，要想从肥料角度解决灌区土壤硝态氮淋溶损失的问题，一方面要增加作物植株对土壤中氮素的吸收，另一方面要减少作物收获后土壤中硝态氮的残留。针对这两方面，既要探寻作物植株对氮素吸收、转运、平衡等机理，又要对作物生育期内农田淋溶水中氮浓度及收获后土壤硝态氮残留等问题展开研究，利用田间张力计定位观测，并结合制备的田间淋溶水观测井，对各次灌水、降雨在耕层土壤造成的硝态氮渗漏量进行估算，提出适合盐渍化节水灌区的作物收获后硝态氮残留的农田土壤环境承受范围。
分析氮磷配施条件下小麦玉米套作在不同生育时期土壤尿酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶、蔗糖酶4种土壤酶活性的动态变化规律，揭示氮、磷及氮磷交互效应与土壤酶活性之间的相关性，阐述施肥促进作物增产的土壤酶学机理，具有重大的现实意义。
主要内容包括：①综合农业节水技术实施条件下，农田“生态地下水位”初步确定；②农田环境保护策略的初步提出；③综合农业节水条件下不同种植模式作物最适灌水量的确定。