氮肥减量后移改善植株光合特性提高麦-玉周年产量及经济效益

【目的】针对黄淮海平原传统施氮技术下,小麦-玉米两熟体系作物生育后期土壤氮肥供应不足导致籽粒减产等问题,探讨氮肥减量后移对植株光合特性、干物质积累及周年籽粒产量和经济效益的影响,为进一步优化施氮制度提供理论依据。【方法】2020—2023年,于山东济阳典型麦-玉两熟种植区,设置周年施氮400 kg·hm^(-2)传统农户处理(CK,小麦季200 kg·hm^(-2):65%基肥+35%返青肥,玉米季200 kg·hm^(-2):100%基肥)、周年减氮10%(SN,小麦季180 kg·hm^(-2):50%基肥+50%返青肥,玉米季180 kg·hm^(-2):100%基肥)、周年减氮20%(NH,小麦季180 kg·hm^(-2):22.2%基肥+33.3%返青肥+44.5%抽穗肥,玉米季140 kg·hm^(-2):28.6%基肥+71.4%大喇叭口肥)和周年减氮30%(NL,小麦季140 kg·hm^(-2):43%返青肥+57%抽穗肥,玉米季140 kg·hm^(-2):100%大喇叭口肥)4种施氮制度,研究不同施氮制度下麦-玉两熟体系的光合特性、籽粒产量和经济效益。【结果】氮肥后移优化了氮肥减量条件下作物光合特性,其中,叶面积指数3年均值,小麦拔节和开花期NL较CK、SN和NH处理分别显著提高19.0%—40.1%和21.6%—36.7%,夏玉米吐丝期NL较CK和SN处理显著提高6.8%—7.3%;叶片SPAD值3年均值,冬小麦拔节和开花期NL较CK、SN处理分别显著提高7.7%—10.0%和7.4%—12.9%,灌浆中期NL较CK、SN和NH处理显著提高5.2%—16.2%;夏玉米大喇叭口期NL和NH较CK、SN处理3年均值分别显著提高9.0%—9.4%和6.7%—7.1%,吐丝和灌浆中期NL较CK、SN和NH分别显著提高5.1%—9.4%和4.1%—9.2%;净光合速率3年均值,小麦拔节、开花和灌浆中期NL较CK、SN处理分别提高8.9%—13.3%、14.0%—18.1%和20.1%—24.4%;夏玉米大喇叭口、吐丝和灌浆中期NL较CK、SN处理分别提高4.2%—5.7%、8.7%—13.4%和7.7%—12.8%。NL处理通过增加氮肥后移量,改善了各生育阶段地上部干物质积累强度,稳定或提高了各生育时期地上部干物质积累量,冬小麦拔节、开花和成熟期地上部干物质积累量的3年均值较CK分别显著提高26.7%、27.4%和18.1%,夏玉米吐丝期显著提高14.4%。氮肥后移通过改善氮肥减量条件下光合特性,促进了各生育时期地上部干物质积累,最终实现冬小麦、夏玉米及周年籽粒产量的3年均值,NL较CK处理分别显著提高20.5%、18.1%和19.1%,经济效益分别显著提高32.4%、23.8%和27.9%。【结论】黄淮海平原麦-玉两熟体系,周年减氮30%制度下通过增加氮肥后移量,改善了作物光合特性(叶面积指数、叶片SPAD值和净光合速率),优化了各生育阶段地上部干物质积累强度和干物质积累量,从而促进冬小麦、夏玉米及周年总产和经济效益的提高。

土壤不同硒含量对小麦主要产量相关性状和硒吸收利用的影响

为探究不同土壤硒含量对小麦主要产量相关性状和硒吸收利用的影响,以‘普冰151’‘西农黑大穗’‘周黑麦1号’为试验材料,紫阳高硒矿粉为硒源,采用盆栽试验,设置5种不同土壤硒含量,S0(0添加硒矿粉),S1、S2、S3、S4(土壤硒含量分别为4 mg·kg-1、8 mg·kg-1、12 mg·kg-1和16 mg·kg-1)。结果表明:土壤中施加高硒矿粉对小麦分蘖数和穗长无显著影响;但在土壤硒含量S2和S3水平下‘西农黑大穗’的株高显著提高。土壤硒含量增加可显著提高小麦穗粒数、千粒质量和产量。随土壤硒含量的增加,小麦旗叶叶绿素含量与净光合速率较S0均显著增加,呈先升高后降低的趋势。土壤中施加高硒矿粉显著提高小麦籽粒粗蛋白含量,S2、S3和S4水平之间无显著差异,但显著高于S1水平。在土壤硒含量S1和S2水平下,3个小麦材料籽粒有机硒含量均达到富硒小麦标准(GB13105-1991),S2水平为最适宜种植富硒小麦的土壤硒含量。3个小麦材料的籽粒有机硒含量在S2水平下分别为0.258 mg·kg-1、0.288 mg·kg-1和0.273 mg·kg-1,籽粒硒转化率分别为82.958%、84.457%和82.979%,‘西农黑大穗’在3个材料中表现最高。表明土壤中施加一定量硒能有效提高小麦产量、籽粒粗蛋白含量和硒含量。

不同水分供应对小麦氮素积累、分配和产量的影响

为探究不同水分供应对小麦花后氮素积累和分配的调控作用,以‘普冰151’‘晋麦47’和‘普冰9946’为试验材料,田间模拟旱作栽培(W0)、少雨年(W1)、平雨年(W2)和多雨年(W3)环境,研究不同水分环境下小麦开花前后植株不同器官氮素吸收、积累和转运的异同。结果表明,与W0相比,小麦营养器官在W1、W2和W3环境下开花期氮素积累量以及花后转运氮素量均高于W0(除W2环境下的‘晋麦47’),小麦营养器官氮素转运量分别比W0提高2.4%~22.9%、9.5%~10.5%和16.2%~30.2%,水分供应促进小麦营养器官花前积累氮素在花后再分配至籽粒。W1环境下‘晋麦47’营养器官氮素的平均转运效率显著高于W0;而‘普冰151’和‘普冰9946’在W1环境下显著小于W0。说明水分增加对小麦氮素转运能力的影响在品种间存在较大差异。与W0相比,‘普冰151’和‘普冰9946’产量在水分处理条件下显著增加,但水分处理之间差异不显著;‘晋麦47’则表现为W3较W0减产但不显著,W2产量显著高于W0;水分供应主要通过提高单位面积穗数进而提高产量。

灌水对黑小麦产量和籽粒微量元素含量的影响

以7个黑小麦品种为试验材料,以普通白麦‘西农979’为对照,进行二因素裂区试验,设全生育期不灌水(W0)、越冬期灌1次水(W1)、越冬期和拔节期各灌1次水(W2)3种灌水处理,研究灌水对黑小麦旗叶净光合速率、产量和籽粒Fe、Mn、Zn、Cu和Se含量的影响。结果表明:与W0相比,W1和W2处理显著提高小麦旗叶净光合速率和产量;在3种灌水处理下,‘周黑麦1号’产量最高,表明‘周黑麦1号’可作为不同水分条件下黑小麦高产品种。与W0相比,W1处理显著提高小麦籽粒Se含量,W2处理对黑小麦籽粒Se含量无显著影响,但显著降低白麦籽粒Se含量,表明越冬期灌1次水可提高黑小麦籽粒Se含量。灌水处理对小麦籽粒Fe、Zn和Mn含量影响存在品种间差异。增加灌水次数显著降低小麦籽粒Cu含量,黑小麦籽粒Cu含量下降幅度大于白麦。与白麦相比,黑小麦籽粒的Fe、Mn和Se富集能力较强。在3种灌水处理下,‘西农黑大穗’籽粒Fe、Mn、Se、Zn含量较其他品种高,是开发利用潜力较高的营养食品资源。

灌水次数对小麦A、B淀粉和总淀粉含量及产量的影响

为探究不同灌水次数对小麦淀粉含量、淀粉粒径和籽粒产量的影响,以‘普冰151’‘普冰9946’‘扬麦13’‘豫麦58’为试验材料,设全生育期不灌水(W0)、拔节期灌1次水(W1)、拔节期和灌浆期各灌1次水(W2)3种灌水处理,研究不同灌水次数对小麦支直链淀粉累积,A型、B型淀粉含量以及籽粒产量的影响。结果表明:与W0相比,‘普冰151’‘普冰9946’‘豫麦58’在W2条件下,支链淀粉含量显著提高;‘扬麦13’在W2条件下,支链淀粉含量显著降低。‘普冰151’在W2条件下,总淀粉含量显著提高。与W0相比,W1和W2处理均提高4个小麦品种籽粒B型(粒径<10.51μm)淀粉含量,降低‘普冰151’‘普冰9946’‘豫麦58’籽粒中A型(10.51μm<粒径<40.24μm)淀粉的含量。W2灌水条件显著增加‘普冰9946’的表面积平均粒径;增加灌水次数有利于B型淀粉含量的提高,其中‘普冰151’在W2条件下达到最大值,‘普冰9946’‘扬麦13’‘豫麦58’的B型淀粉含量均表现为W1>W2>W0。与W0相比,‘普冰151’和‘普冰9946’在W1条件下产量显著提高,分别提高9.61%和15.84%;‘扬麦13’和‘豫麦58’在W2条件下产量显著提高,分别提高23.58%和11.59%。综上所述,支链淀粉比直链淀粉更容易受水分影响,适当灌水有利于调节小麦籽粒支链淀粉含量,增加灌水次数可增加B型淀粉含量,同时减少A型淀粉含量。拔节期灌1次水条件下,‘普冰151’和‘普冰9946’籽粒产量可达最高,‘扬麦13’和‘豫麦58’在拔节期和灌浆期各灌1次水的条件下产量最高,表明抗旱品种与常规品种产量达到较高水平时的需水要求存在较大差异,因此,可以根据各地区灌溉条件的差异选择不同小麦品种,最终实现产量与品质协同提高的目标。