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。

氮素精准管理对小麦产量和氮素利用的影响

为实现氮素高效利用与小麦籽粒产量协同提高的目标,于2017-2018和2018-2019年在山东省泰安市和德州市两地进行了基于小麦氮肥需求特征的氮肥精准管理试验,设传统农户施肥(FN)和氮肥精准管理(PN)2个处理。结果表明,与传统农户施肥相比,氮肥精准管理可以在氮肥用量减少30.2%~44.8%的情况下,使小麦籽粒产量增加7.9%~11.6%,使氮素吸收效率提高43.4%~63.3%,使氮素表观利用率增加30.7%~68.7%,使氮素农学效率提高50.6%~81.3%,使氮肥偏生产力增加84.0%~103.2%。这说明,基于小麦需肥特征的氮肥精准管理能在显著降低氮肥投入量的同时取得较高产量,这为减氮增效协同目标的实现奠定了理论基础。

不同耕作方式对小麦叶片净光合速率的影响

为了明确少耕和翻耕对小麦产量水平发挥的影响。采用4个不同基因型小麦品种:中大穗型品种泰农18和山农24,多穗型品种济麦23和济麦44,对比研究了少耕播种(Less-tillage sowing,LT)和传统翻耕播种(Ploughing sowing,PS)对小麦群体光照强度及小麦叶片净光合速率的影响。与PS处理相比,LT处理显著改善了多穗型品种小麦群体内的光分布状况,显著增加了中下位叶片的可受光照量和叶片光合速率;比较不同穗型小麦品种冠层温度发现,LT处理下多穗型品种济麦23和济麦44群体的冠层温度较PS处理显著降低,中大穗型品种泰农18和山农24在2种耕作方式下冠层温度差距不明显,说明中大穗型小麦品种更适宜采用少耕播种技术;LT处理能够显著提高中大穗型小麦品种山农24生育中后期的植被归一化指数(NDVI),充分发挥小麦群体的后期光合生产优势;LT处理较PS处理可显著提高多穗型品种济麦23和济麦44的产量。LT处理能够显著改善多穗型小麦品种的群体光分布特性,较PS处理更易发挥该技术的增产效果;选用分蘖成穗率较高、群体相对较大的多穗型品种更容易发挥LT处理的节本增效作用。

优化施氮对夏玉米产量及水氮利用的影响

通过两年田间试验,以玉米品种郑单958(ZD958)和登海605(DH605)为材料,研究农户传统施氮、专家施氮和优化施氮3个施氮处理对夏玉米产量和水氮利用的影响。结果表明,优化施氮处理优于农户传统施氮处理和专家施氮处理,可以明显提高夏玉米的干物质积累、产量、氮肥偏生产力和水分利用率等指标。其具体的施肥措施为:基施氮磷钾复合肥(26-11-11)300kg/hm^2,大喇叭口期追施尿素75kg/hm^2,吐丝期追施尿素120kg/hm^2,总施纯氮量为168.0kg/hm^2。可见,初期少施基肥、之后于合适的生育期追加氮肥的科学施肥方式,不仅可以提高作物产量还可提高水肥的利用效率,对于减少肥料污染也具有重要意义。

苗带少耕对黄淮海夏玉米产量形成与根冠特征的影响

为探讨苗带少耕方式对夏玉米根冠特征和产量的影响,于2019年玉米季分别在泰安市马庄镇岳洋农业专业合作社和德州市农业科学院试验田进行玉米贴茬直播(CK)和苗带少耕(MT)两种耕作方式对比试验。结果表明,耕作方式影响吐丝期和灌浆中期的单株玉米根系总干重,泰安点和德州点均表现为MT> CK,吐丝期MT较CK分别增加8.92%、7.38%,灌浆中期分别增加5.40%、5.44%,且苗带少耕较CK能够显著增加21~60 cm土层根系干重。两试点,21~40 cm土层MT根长比CK分别增加7.16%、9.95%,根表面积分别增加9.66%、10.94%;41~60 cm土层MT根长比CK分别增加17.79%、6.76%,根表面积分别增加26.54%、33.07%。两试点叶面积指数灌浆中期分别提升5.15%、10.23%。两试点大喇叭口期单株干物质积累量分别增加44.0%、32.8%,吐丝期分别增加5.78%、8.21%,灌浆中期分别增加24.96%、16.15%,成熟期分别增加11.64%、15.02%。上述农学指标的改善在保障玉米群体密度的同时,两试点穗粒数分别增加14.92%、14.44%,千粒重分别增加19.96%、10.46%,产量分别增加8.57%、11.48%。本研究表明,玉米苗带少耕能够改善土壤理化性状、促进根系下扎和伸长、提升干物质积累量,从而增加穗粒数和千粒重,进而提高产量。

不同播种方式对冬小麦产量构成和旗叶光合特性的影响

探究不同播种方式对冬小麦光合特性以及籽粒产量的影响,为进一步提高冬小麦产量提供理论依据。以‘济麦44’为试验材料,于2018—2019年和2019—2020年在潍坊市农业科学院昌邑试验农场和山东省泰安市岱岳区岳洋专业合作社进行,在大田条件下设置了4种播种方式:冬小麦精播半精播(PS)、冬小麦宽幅精播(WPS)、冬小麦苗带少耕播种(LTS)和冬小麦耙压一体单粒匀播(SUS)。分别于小麦苗期、返青期、拔节期、灌浆期和成熟期测定不同播种方式下冬小麦分蘖成穗率、叶片SPAD值、叶面积指数、净光合速率、有效光强辐射以及产量,并分析不同播种方式下,冬小麦种群结构和生理特性之间的差异。试验表明,2年2点SUS平均分蘖成穗率相较于PS、WPS和LTS分别提高了14.94%、29.37%和15.03%;旗叶叶绿素含量于扬花期和灌浆中期分别提高了7.54%、7.06%、5.79%和8.30%、8.15%、5.50%;叶面积指数于扬花期分别提高了13.8%、8.88%和6.32%;旗叶净光合速率于扬花期分别提高了13.15%、11.50%和12.23%;冠层光合有效辐射量于扬花期分别提高了17.10%、18.96%和10.73%;产量方面,SUS相较于其他3种播种方式,2年2点穗数、千粒重和产量分别增加了5.17%~8.93%、5.33%~9.52%和6.11%~14.86%。综合来看,SUS相较于PS、WPS和LTS可显著提升小麦的分蘖成穗率和旗叶光合特性,并最终通过穗数和千粒重的增加,实现了籽粒产量的增加。冬小麦耙压一体单粒匀播方式(SUS)可显著改善冬小麦的光合能力,增加冠层截获的有效光辐射量,是实现冬小麦高产较合理的播种模式。