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。

适时一次灌溉对8个冬小麦品种产量和生理特性的影响

为了探讨适时一次灌溉的灌溉效果和增产机制,以黄淮海麦区主推的8个小麦品种为材料,在大田和池栽条件下,设置适时一次灌溉和无灌溉(自然降雨)2种处理,测定抽穗期、灌浆前期、灌浆中期、灌浆后期旗叶生理指标和成熟期籽粒产量,研究适时一次灌溉对冬小麦产量和旗叶生理特性的影响。结果表明,适时一次灌溉改善了4个生育时期的旗叶生理特性。大田、池栽条件下适时一次灌溉处理旗叶超氧化物歧化酶(SOD)活性分别较无灌溉处理增加23.63%~39.07%、27.82%~54.53%,过氧化物酶(POD)活性增加16.39%~53.76%、16.93%~38.62%,过氧化氢酶(CAT)活性增加33.74%~51.59%、26.13%~45.06%,可溶性糖含量增加27.73%~46.34%、24.75%~37.31%,脯氨酸含量增加26.29%~37.84%、21.41%~41.33%,可溶性蛋白含量增加16.56%~42.06%、14.85%~31.69%,净光合速率增加11.51%~47.25%、24.36%~43.33%,丙二醛(MDA)含量下降12.32%~18.64%、14.85%~22.79%,小麦籽粒产量平均增加17.95%和29.27%。适时一次灌溉条件下,不同品种间比较,以周麦32和周麦36较无灌溉增产幅度较大,分别为31.50%和28.23%,可作为丰产抗旱性品种在有限灌溉旱作区进行推广。本研究结果为冬小麦适时一次灌溉研究及品种优化布局提供了参考。

秸秆还田和有机肥配合替代1/3化肥对旱地玉-麦产量、蛋白质含量和化肥利用效率影响

为研究长期秸秆还田和有机肥配合替代部分化肥对玉-麦一年两熟种植下产量、品质和化肥效率的影响,2015-2020年,依托中国农业科学院洛阳旱农试验基地始于2007年的长期定位试验,设置不施肥对照(CK)、玉米小麦季均常规施用氮磷钾化肥(NPK)、秸秆还田和有机肥配合替代小麦季1/3氮磷钾化肥(SORF)3个处理,研究2015—2020年玉-麦一年两熟种植下作物产量、化肥利用效率,2019—2020年玉米和小麦籽粒氮磷钾养分含量、蛋白质含量和蛋白质产量,以及2020年小麦籽粒蛋白质及其组分含量。结果表明:(1)SORF处理玉米增产增效作用优于NPK处理,5年平均产量提高10.0%,但二者间小麦和周年产量差异未达显著水平(p>0.05)。(2)施肥显著提高玉米和小麦籽粒氮磷钾含量,其中SORF较NPK处理又显著增加籽粒氮含量,从而使玉米籽粒蛋白质含量和蛋白质产量较NPK分别显著提高6.7%和17.8%,小麦籽粒蛋白质含量和蛋白质产量分别显著提高8.0%和6.3%,周年蛋白质产量显著增加10.8%。(3)SORF和NPK处理较CK均可显著提高小麦籽粒中各蛋白质组分含量及谷醇比,协同提高小麦籽粒蛋白质含量和籽粒品质。SORF较NPK处理还可提高除球蛋白外的其他蛋白组分含量,但谷醇比的增幅不显著。(4)与NPK相比,SORF处理下玉米、小麦和周年的氮肥农学效率分别显著提高54.8%,31.2%和37.3%,氮肥偏生产力分别显著提高10.0%,45.6%和20.7%,小麦、周年的磷(钾)肥农学效率和偏生产力分别提高31.2%,77.3%和45.6%,55.7%。综合来看,秸秆还田和有机肥配合替代1/3化肥(SORF)不仅有利于提高玉米产量,玉米、小麦的籽粒蛋白质含量和蛋白质产量,以及化肥农学效率和偏生产力,而且可提高小麦籽粒蛋白组分含量,是旱地玉-麦一年两熟区兼顾产量品质效率的施肥模式。

返青后补灌与氮肥用量对旱地小麦产量及水氮利用效率的影响

【目的】基于高标准农田建设改善了旱地麦田灌溉条件,但小麦季通常仅能进行一次灌溉的生产实际,探索返青后补灌与氮肥互作对旱地小麦生产力、水氮利用以及土壤硝态氮残留的影响,为旱地小麦高产高效和环境友好生产提供理论依据和技术支撑。【方法】于2019—2022年,在黄土高原与黄淮海平原交汇处的典型旱地小麦种植区,设置两因素裂区试验,灌溉水平为主处理,分别为全生育期不灌溉(I0)和返青后补灌(I1,小麦返青后0—40 cm土层首次出现土壤含水量低于田间持水量的60%时,补灌至田间持水量的85%,全生育期仅灌溉一次)。施氮量为副处理,分别为0(N0)、120(N120)、180(N180)和240 kg N·hm^(-2)(N240)。分析小麦产量及其构成因素、水分利用效率、氮素吸收利用特征以及0—200 cm土层硝态氮残留量。【结果】与I0相比,I1优化了小麦产量构成要素,增加了氮素吸收能力,籽粒产量和水分利用效率3年平均分别显著提高55.8%和34.7%,0—200 cm土层硝态氮残留显著降低11.6%。随着施氮量增加,I0水平下小麦产量、穗数、穗粒数和水分利用效率均呈现先升高后下降的趋势,以N180处理最高;而I1水平下表现为先增加后保持稳定,N180和N240处理均保持较高水平。两种灌溉水平下,增加施氮量均显著降低了氮素利用效率、氮肥吸收效率和氮肥偏生产力,但N180处理下氮肥农学效率和氮肥表观利用率与N120相比无显著降低(2021—2022年度I1除外)。无论灌溉与否,增加施氮量均提高了成熟期麦田土壤硝态氮残留量,I0水平下各施氮处理硝态氮主要富集在0—60 cm土层,且N180和N240处理在0—200 cm土层出现逐年累积效应;而I1较I0显著降低了0—60 cm土层硝态氮残留量,0—200 cm土层仅在N240处理下出现硝态氮累积。从互作效应看,3年试验中,I1N180和I1N240组合均具有较高的籽粒产量和水分利用效率,但I1N180较I1N240降低了生育期耗水量和土壤硝态氮残留量,并提高了氮效率。【结论】小麦返青后补灌配施氮肥180 kg N·hm^(-2)可以优化产量构成要素,提高植株氮素积累量及积累强度,不仅在提高小麦产量的同时获得最优氮效率,还能降低0—200 cm土层硝态氮残留量,是旱地小麦在灌溉条件改善后兼顾小麦高产高效和环境友好生产的水肥组合。

夏闲季不同耕作方式对豫西旱地小麦旗叶生理特性和产量的影响

2018—2022年度,在豫西典型旱作区洛宁县梅窑村,采用大区设计于夏闲季设置传统翻耕(CP)、一次深翻(DP)、免耕覆盖(NT)和改进深松覆盖(OST)4种耕作方式,分析了不同耕作方式对土壤蓄水量、小麦不同灌浆时期旗叶生理特性、籽粒产量及其构成因素的影响。结果表明,夏闲季不同耕作方式对旱地土壤水分及旗叶生理特性和产量均有显著影响,但对旗叶生理特性的影响效应因灌浆时期而异。与CP相比,DP、NT和OST播种~成熟期0~200 cm土层平均土壤蓄水量分别显著提高4.1%、6.2%和13.2%。OST的旗叶净光合速率(P_(n))较CP、DP和NT增加6.3%~114.4%。OST的旗叶超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性较其他处理分别增加0.3%~39.8%,10.3%~66.7%和5.6%~46.2%,但旗叶可溶性糖(SS)和游离脯氨酸(Pro)含量分别显著降低4.1%~31.8%和3.5%~53.4%。与CP相比,DP、NT和OST的4年小麦平均产量分别显著增加18.5%、11.5%和35.3%,且OST利于提高穗数和千粒重,DP利于提高穗粒数。相关分析结果表明,旱地小麦产量及其构成因素与旗叶生理参数的相关性因生长季、灌浆时期和测定指标而异,增加灌浆期旗叶CAT活性,以及灌浆中期、中后期旗叶P_(n)和SOD活性,降低灌浆期旗叶SS和Pro含量利于提高旱地小麦产量。综合来看,麦收后14 d左右深松并结合秸秆覆盖的耕作方式可提高播种时和生育期内土壤蓄水量,改善旗叶光合特性,提高抗性,进而提高籽粒产量,是利于旱地小麦高产的夏闲季耕作方式。

深耕时间和方式对旱地麦-玉复种体系小麦产量形成的影响

为筛选适于旱地冬小麦-夏玉米复种体系中冬小麦高产的深耕时间和方式,于2019年6月-2021年6月,在豫西典型的旱作麦-玉复种轮作种植区设置夏深翻(SP)、夏深松(SS)、秋深翻(AP)和秋深松(AS)4个处理,研究了2个试验年度的小麦产量、产量构成和穗部性状,以及2020-2021年度的小麦群体茎蘖数、旗叶SPAD值和净光合速率、干物质和氮素积累转运特性。深耕时间和方式对旱地冬小麦产量、产量构成因素、穗部性状、茎蘖数、旗叶SPAD值、净光合速率、干物质和氮素积累转运均有显著影响。与夏深翻相比,秋深松的冬小麦产量、穗数、返青-成熟期地上部干物质积累总量、花前干物质转运量、花后干物质积累量、开花-成熟期氮素积累总量、花前氮素转运量、灌浆中后期旗叶SPAD值和抽穗-灌浆后期旗叶净光合速率分别显著提高18.38%~19.55%,16.85%~26.05%,15.33%~20.28%,16.47%,20.43%,26.11%~33.81%,36.49%,5.24%~9.69%和5.55%~23.70%。秋深松能够增加小麦的茎蘖数、旗叶SPAD值和净光合速率,改善干物质和氮素积累转运特性,最终在增加穗数的同时稳定穗粒数和千粒质量,显著提高籽粒产量,是适宜于旱地麦-玉复种体系小麦生产的耕作模式。

耕作方式对豫西旱地麦-豆轮作田土壤理化特性和酶活性的影响

为探明耕作方式对豫西旱地麦-豆轮作田不同土层土壤理化特性和土壤酶活性的影响,设置免耕(NT)、旋耕(RT)和翻耕(PT)3种耕作方式,分析了定位试验9 a(2009-2019年)后小麦收获期的土壤容重、孔隙度和有机质、全氮、有效磷和速效钾含量,以及土壤脲酶、蛋白酶、转化酶和碱性磷酸酶活性,并运用相关分析和通径分析研究了土壤理化性质与土壤酶活性的关系。结果表明:不同耕作方式对土壤理化特性和酶活性具有显著的调控作用,其调控效应与其作业深度相关。RT较PT有利于降低0~15 cm土层但增加15~35 cm土层容重,NT较RT和PT显著降低了0~5、15~35、35~60 cm土层的土壤容重,土壤孔隙度变化规律与容重相反。各处理间土壤有机质、全氮、有效磷含量以及土壤脲酶、蛋白酶、转化酶和碱性磷酸酶活性在0~5 cm土层和15~35 cm土层规律一致,0~5 cm土层均以NT最优,分别较最低值处理(PT)显著提高16.7%、53.2%、15.9%、23.6%、18.0%、34.7%和29.0%;15~35 cm土层均以PT最优,分别较最低值处理(NT)显著提高18.3%、23.4%、53.4%、5.8%、16.6%、29.0%和21.6%。在5~15 cm土层,土壤有机质、全氮、有效磷含量和土壤蛋白酶活性的规律一致且均以RT最优,分别较最低值处理(NT)显著提高13.8%、23.0%、16.0%和10.7%,土壤速效钾含量及土壤脲酶、转化酶和碱性磷酸酶的活性的规律一致且均以RT最优,分别较最低值处理(PT)显著提高6.8%、14.8%、14.8%和12.8%。相关性分析和通径分析结果表明:土壤容重与土壤酶活性极显著负相关,土壤孔隙度、土壤养分含量与土壤酶活性极显著正相关;土壤有机质对土壤脲酶和转化酶有较大的直接正效应,是土壤蛋白酶和碱性磷酸酶的主要限制因子;土壤全氮是土壤蛋白酶的主要决定因子;土壤有效磷是土壤脲酶和转化酶的主要限制因子;土壤速效钾是土壤脲酶和碱性磷酸酶的主要决定因子。综上可知,NT、RT、PT分别有利于优化0~5、5~15、15~35 cm土层的容重、孔隙度和养分含量,进而调控相应土层的酶活性,且不同养分对土壤酶的调控效应不同。旱作区麦-豆轮作田应因地制宜选用不同耕作方式以实现土壤理化性状和土壤酶的均衡分布。

秋季耕作方式对旱地麦-玉二熟区小麦产量形成的影响

为明确秋季耕作方式对旱地麦-玉二熟体系小麦籽粒产量形成的影响,于2019年6月至2021年6月,在豫西典型旱作麦-玉二熟区的洛阳市孟津区小浪底镇明达村,选择前茬夏玉米免耕的田块,设置秋深松、秋免耕和秋旋耕3种耕作方式,分析了不同秋季耕作方式下两个试验年度的小麦籽粒产量及其构成因素和穗部性状以及2020-2021年度的小麦群体茎蘖数、孕穗后的旗叶净光合速率(P n)和干物质积累转运特性。结果表明,秋季耕作方式对小麦产量、穗部性状、旗叶P n和干物质积累转运特性均有显著的调节作用。与秋旋耕相比,秋深松的小麦茎蘖数除返青期外均显著增加,穗数增加5.74%~16.06%;秋深松虽然对小麦旗叶P n无显著影响,但提高灌浆中后期的旗叶SPAD值,显著改善了干物质积累转运特性,从而使千粒重增加,其中2019-2020年度使穗长和小穗数分别提高7.50%和9.42%,最终使籽粒产量提高9.77%~19.09%。秋免耕后,小麦孕穗和抽穗期的叶片P n、返青至开花期的干物质积累量、花前干物质转运量及其对籽粒产量的贡献率也较秋旋耕均显著降低,而花后干物质对籽粒产量贡献率提高7.35个百分点,从而保证了籽粒产量无显著下降。与秋免耕相比,秋深松下不同生育时期的茎蘖数均显著增加,孕穗至灌浆中后期的叶片P n,灌浆中后期的旗叶SPAD值,返青-成熟期的干物质积累量,花前干物质转运量、转运效率及其对籽粒产量的贡献率分别提高7.16%~18.41%、10.27%、12.25%~19.97%、42.19%、4.02个百分点和11.95个百分点,其中2019-2020年度穗长和小穗数分别增加7.50%和8.41%,穗数和籽粒产量分别提高16.74%~17.63%和10.31%~23.63%。综上,秋深松不仅可增加小麦穗数,而且可改善旗叶光合及干物质积累转运特性,进而提高籽粒产量,是旱地麦-玉二熟区实现小麦高产的耕作方式。

耕作方式和氮肥用量对旱地小麦产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响

【目的】明确旱地小麦增产提质和环境友好协同的耕作与氮肥组合模式。【方法】2016—2017年(欠水年)和2017—2018年(丰水年),在豫西典型旱地小麦种植区设置夏闲季深松(ST,麦收后2周左右并隔年进行)和翻耕(PT,传统的7月底8月初等雨连年进行)2种耕作方式为主处理和小麦播种前施氮0(N0)、120 kg·hm^(-2)(N120)、180 kg·hm^(-2)(N180)和240 kg·hm^(-2)(N240)4个氮肥用量为副处理的二因素裂区田间定位试验,研究其对旱地小麦产量、籽粒蛋白质含量及其产量、植株氮素吸收利用和收获期0—200 cm土层硝态氮残留的影响。【结果】降水年型、耕作方式和氮肥用量及后二者互作对旱地小麦拔节后氮素积累量、籽粒产量、蛋白质产量、氮效率和土壤硝态氮残留量均有显著影响。深松与翻耕相比,显著提高了拔节后植株氮素积累量、花前氮素转运量及N240下的氮收获指数,不同氮肥处理的平均氮肥吸收效率、氮肥农学效率、氮肥利用率和氮肥偏生产力分别显著提高8.6%—15.3%、23.9%—86.5%、8.1%—26.1%和9.1%—20.3%,最终在不降低籽粒蛋白质含量的同时,使产量在欠水年和丰水年分别提高11.9%和12.4%,蛋白质产量提高12.4%和13.5%,收获期0—200 cm土层硝态氮残留量降低11.9%和25.4%。相同耕作方式下,随着氮肥用量的增加,植株氮素积累量、花前氮素转运量、花后氮素对籽粒的贡献率、籽粒蛋白质含量和收获期土壤硝态氮残留量显著增加,花前氮素对籽粒的贡献率、氮素籽粒生产效率、氮肥吸收效率和氮肥偏生产力逐渐降低,氮肥农学效率、氮肥利用率、籽粒产量和蛋白质产量的变化因降水年型和耕作方式而异。从互作效应看,两年中STN240处理的植株氮素积累量最高,其产量和蛋白质产量(除欠水年与ST180处理外)、蛋白质含量(除丰水年与PTN240处理外)均显著高于其他处理,氮肥利用率及其丰水年的氮肥农学效率不低于或显著高于翻耕下的所有施氮处理,收获期的土壤硝态氮残留量较PT240处理降低16.4%。从整体效应看,翻耕配施氮肥180 kg·hm^(-2)可获得最高的籽粒产量以及较优的蛋白质产量、氮肥农学效率和氮肥利用率;深松配施氮肥240 kg·hm 2可通过深松提高氮效率并降低土壤硝态氮残留,通过增加氮肥用量提高蛋白质含量,最终使产量和蛋白质产量较其他处理分别提高2.6%—45.0%和7.3%—81.4%。【结论】深松有利于提高旱地小麦产量、蛋白质产量和氮效率,降低土壤硝态氮残留,但其适宜的氮肥用量高于翻耕。翻耕配施氮肥180 kg·hm^(-2)是兼顾高产高效,深松配施氮肥240 kg·hm^(-2)是兼顾高产优质高效和低硝态氮残留的耕作与氮肥组合。

耕作方式和氮肥用量对旱地小麦产量、水分利用效率和种植效益的影响

为探索旱地小麦增产增效增收协同的耕作方式及其配套施氮技术。2016—2017(欠水年)和2017—2018(丰水年)年度,在豫西典型旱区洛宁县设置夏闲期深松(ST,麦收后2周左右隔年进行)和翻耕(PT,传统的7月或底8月初连年进行)2种耕作方式为主区,设置4个氮肥用量为副区(播前基施纯氮0(N0),120(N120),180(N180),240(N240)kg/hm^(2))的田间定位试验,分析了土壤水分以及小麦产量、水分利用效率和种植效益。结果表明:与翻耕相比,深松提高了休闲效率,播前、开花期和成熟期0—200 cm土壤蓄水量分别提高6.5%~11.7%,5.0%~8.5%,4.7%~8.2%,使欠水年的千粒重、丰水年的穗数和穗粒数显著提高(P<0.05),从而使欠水年的产量和经济效益分别提高7.1%~17.8%和5.5%~30.2%,丰水年施氮处理的产量、水分利用效率和经济效益分别提高10.2%~22.0%,3.0%~13.0%,16.1%~35.1%。增加氮肥用量有利于提高休闲效率,使播前土壤蓄水量翻耕下得到恢复、深松下显著提高(P<0.05),小麦产量、水分利用效率和经济效益翻耕下N180最优,较其他处理分别提高6.5%~43.9%,8.1%~36.1%,12.4%~61.3%;深松下欠水年以N180较优,丰水年以N240最优,且较其他处理分别提高3.9%~67.9%,1.0%~54.1%,3.6%~95.8%。因此,麦收后2周左右隔年深松有利于提高土壤含水量,进而提高产量、水分利用效率和种植效益,且在欠水年配施纯氮180 kg/hm^(2)、丰水年配施纯氮240 kg/hm^(2)效果最优。研究结果可为提高旱地小麦产量、效率和效益提供理论依据和技术参考。

地膜覆盖对小麦土壤水热状况及灌浆特性的影响

为探索适合旱地小麦新品种普冰151的高产栽培模式,在关中平原西部杨凌地区550mm降水条件下,对覆膜穴播、起垄覆膜沟播和露地条播小麦的土壤水热状况、灌浆特性及产量进行了比较分析。结果表明,地膜小麦的土壤含水量在越冬至拔节期高于露地条播,有利于冬前形成壮苗和早春返青,拔节期之后覆膜穴播小麦田土壤含水量最低(除0～20cm);覆膜于小麦拔节期前增温、保温效果显著,拔节期后地温较对照有所降低;覆膜穴播和起垄覆膜沟播平均灌浆速率比露地条播分别提高11.9%和5.5%,且能延长灌浆持续期;与露地条播相比,覆膜穴播和起垄覆膜沟播分别增产10.8%和4.9%,差异显著。综上所述,覆膜穴播小麦在保墒、保温及增产方面表现最好,起垄覆膜沟播次之;地膜小麦是适宜半湿润易旱地区小麦高产栽培方式。

提高立体匀播冬小麦光合效能和产量的最佳追氮时期

【目的】立体匀播技术作为一种新型的播种方式,与之相配套的氮肥运筹技术尚不成熟,在某种程度上制约了其增产潜力的发挥。研究合理的播种方式与氮肥运筹组合,可为实现良种良法配套提供科学依据。【方法】于2017-2018年在中国农业科学院作物科学研究所赵县试验农场,以两个中筋小麦品种衡观35和邯6172为试验材料,进行了三因素裂区田间试验。主区为立体匀播(C1)和常规条播(C2)两种播种方式。副区为4个氮肥追施时期:拔节始期(T1)、拔节后10天(T2)、拔节后20天(T3)、开花期(T4),追氮量均为120kg/hm^2。副副区为两个小麦品种。开花期及花后每7天用SPAD-502Plus型叶绿素仪测定旗叶SPAD值,共测5次,测定部位为顶部、中部、基部各一次,取平均值。于小麦开花当天开始,用LI-6400XT便携式光合仪测定旗叶的相关光合参数,共测5次。于成熟期考察小麦株高、穗粒数、千粒重、穗长,实收测产。【结果】两个小麦品种的单位面积穗数和籽粒产量均在立体匀播条件下T2处理达到最高,且在相同追氮时期下高于常规条播;而千粒重均在立体匀播条件下T4处理最高。同一播种方式下,衡观35拔节始期追氮植株株高达到最高值,邯6172于T2处理追氮达到最高值;而两个小麦品种的穗长和小穗数达到最佳值的追氮时期因播种方式的不同存在一定的差异。在4个追氮时期下,立体匀播小麦的旗叶SPAD值、净光合速率均高于常规条播,其中在花后7天和21天时T2、T3处理追氮旗叶净光合速率均显著高于T1处理追氮。两个小麦品种间的旗叶SPAD值在整个灌浆期间均表现为显著差异,而旗叶净光合速率主要表现在开花当天至花后7天差异显著。与此同时,两个播种方式下小麦旗叶SPAD值和净光合速率均随着追氮时期的后移呈现逐渐增加的趋势。【结论】在立体匀播条件下拔节后10天追施氮肥有利于植株单株营养均衡,促进根系发达,易建成优势蘖群体,有利于单位面积穗数的提高和最终产量的增加。

耕作方式对河南小麦产量和水分利用效率影响的Meta分析

为了明确在河南不同生产条件下实现小麦高产高效的耕作技术,通过CNKI和Web of Science进行文献检索,共获得45篇相关大田文献和192组试验数据,以常规耕作(翻耕)为对照,采用Meta分析方法,定量分析了不同区域、不同降雨量、不同施氮量、不同土壤类型下旋耕、深松耕、免耕对河南小麦产量及水分利用效率的影响。结果表明,与常规耕作相比,旋耕小麦的产量和水分利用效率分别降低3.08%(P<0.05)和3.75%(P>0.05),深松耕提高10.46%(P<0.05)和8.56%(P<0.05),免耕提高2.32%(P>0.05)和8.32%(P<0.05)。其中,旋耕小麦产量在豫东、豫南、豫北均显著降低,降幅分别为10.58%、7.85%、4.05%;深松耕小麦产量在豫中、豫东、豫西均显著提高,增幅分别为12.58%、15.01%、12.29%;免耕小麦产量在豫西和豫南分别显著增加(增幅8.38%)和显著降低(降幅4.15%)。与常规耕作相比,在年降雨量≤500 mm、500~600 mm、>600 mm下,旋耕小麦产量均显著降低,降幅分别为6.30%、4.20%、3.33%,水分利用效率均无显著变化;深松耕产量均显著提高,增幅分别为13.68%、7.19%、11.45%,水分利用效率分别提高9.23%(P<0.05)、6.45%(P>0.05)、16.79%(P<0.05);免耕小麦产量在年降雨量500~600 mm条件下提高6.23%(P<0.05),水分利用效率在年降雨量>600 mm条件下提高10.87%(P<0.05)。与常规耕作相比,旋耕小麦产量和水分利用效率在施氮量150~240 kg·hm^(-2)条件下均显著降低,降幅分别为5.39%和7.54%;深松耕小麦产量在施氮量≤150 kg·hm^(-2)和150~240 kg·hm^(-2)条件下,水分利用效率在施氮量≤150 kg·hm^(-2)、150~240 kg·hm^(-2)、>240 kg·hm^(-2)条件下均显著提高,产量增幅分别为12.41%和9.65%,水分利用效率增幅分别为8.98%、11.69%和11.21%;免耕小麦的产量和水分利用效率在施氮量≤150kg·hm^(-2)条件下分别提高8.88%和11.10%。与常规耕作相比,在潮土和砂姜黑土条件下旋耕小麦产量均显著降低,降幅分别为9.48%和9.25%,而在黄土条件下免耕小麦产量和水分利用效率均显著提高,增幅分别为8.38%和9.21%;深松耕在不同土壤类型下均能提高小麦产量和水分用效率,且在壤土和黄土条件下效果较好。综上,旋耕在河南不同生产条件下均会降低小麦产量和水分利用效率;除豫南外,深松耕均可提高河南小麦产量和水分利用效率;免耕显著提高了总体水分利用效率,尤其在豫西地区、施氮量≤150 kg·hm^(-2)以及黄土质地条件下效果显著。因此,采用深松耕技术有利于提高河南除豫南外地区的小麦产量和水分利用效率,在豫西地区、施氮量≤150 kg·hm^(-2)或黄土条件下也可以应用免耕技术。

秸秆和有机肥配合替代部分化肥提高作物水分利用率减少土壤硝态氮残留

【目的】研究长期秸秆和有机肥配合替代部分化肥对小麦玉米一年两熟种植制度下农田生产力及氮肥残留的影响,为改善旱地土壤肥力,提高作物产量,降低环境风险提供科学依据。【方法】依托中国农业科学院洛阳旱农试验基地始于2007年的长期定位培肥试验,选取不施肥对照(CK)、常规氮磷钾化肥(NPK)、秸秆和有机肥配合替代1/3的氮磷钾养分(SOR)3个处理。调查了2015—2020年度夏玉米、冬小麦及周年产量、生育期耗水量、水分利用效率;分析了2020年冬小麦收获期0—60 cm土层土壤养分含量,以及硝态氮在0—380 cm土层剖面的分布积累量。【结果】与2007年试验开始时相比,2020年CK处理0—20 cm土层土壤养分(除速效钾外)含量显著下降,而NPK和SOR处理不同程度地提高了土壤养分含量。与NPK处理相比,SOR处理0—60 cm土层土壤有机质含量显著提高了10.4%~16.4%,0—40 cm土层全氮含量显著提高了16.7%~20.0%,0—20 cm土层土壤速效磷和速效钾含量分别显著提高了12.9%和15.4%。与NPK处理相比,SOR处理夏玉米产量在干旱年(2015和2017年)及5年平均分别显著提高了35.3%和10.1%,水分利用效率在干旱年、平水年(2016年)及5年均值分别显著提高了42.7%、12.3%和18.5%,周年产量和水分利用效率在干旱年分别显著提高了20.5%和23.5%;冬小麦产量在不同降水年型下均未显著降低,但水分利用效率在平水年(2015—2016、2016—2017、2019—2020)及5年均值较NPK处理分别显著降低了9.8%和7.9%。NPK处理的硝态氮总累积量为732 kg/hm^(2),其中68.2%积累在100—230 cm土层;SOR处理的硝态氮总累积量为833 kg/hm^(2),其中74.8%积累在80—200 cm土层。与NPK处理相比,SOR处理显著降低了200—380 cm土层土壤硝态氮积累量,在200—230、260—290、320—350和350—380 cm土层分别显著降低了54.9%、21.1%、25.0%、57.9%。【结论】无论降雨多寡,秸秆和有机肥配合替代1/3氮磷钾肥均未降低冬小麦产量,但显著提高了干旱年夏玉米及周年产量及水分利用效率,并提高了0—60 cm土层土壤有机质和全氮含量,提高了0—20 cm土层土壤速效磷和速效钾含量,同时较常规氮磷钾处理显著降低了200—380 cm土层土壤硝态氮积累量,是旱作麦玉两熟区兼顾产量、效率和环境的施肥模式。

追氮量对强筋和中筋小麦产量与品质的影响

【目的】探究追氮量对强、中筋小麦品种产量及品质的影响,为强、中筋小麦优质高产提供参考。【方法】试验于2016—2017年在中国农业科学院作物科学研究所北京试验基地进行,采用两因素随机区组设计,A因素为小麦品种,包括藁优2018 (强筋)、师栾02-1 (强筋)、中麦8号(中筋)、中麦175 (中筋)。B因素为追氮量,在基施N 105 kg/hm^2基础上,设拔节期追施N 75、105、135 kg/hm^2三个水平。于成熟期取样,测量单位面积穗数、穗粒数、千粒重、生物产量和籽粒产量,并测定籽粒粗蛋白质含量、蛋白质组分、湿面筋含量、沉淀值和面团流变学特性。【结果】在追施N 75~135 kg/hm^2范围内,籽粒产量、单位面积穗数、穗粒数、千粒重、蛋白质产量及生物产量均随追氮量的增加而提高,平均增幅分别达到6.1%、2.6%、8.5%、4.6%、10.3%、15.3%。随着追氮量的增加,蛋白质总量及组分含量呈增加趋势,其中谷蛋白增加幅度较高,与N75相比,N105、N135处理下分别增加了13.2%和14.6%;追施氮肥对两种筋型小麦的沉淀值、湿面筋、吸水率、面团形成时间、稳定时间的影响规律相同,均随追氮量增加而增加,其中强筋小麦各加工品质指标增幅分别为4.3%、2.2%、1.6%、13.8%、22.0%;中筋小麦各指标增幅分别为13.8%、7.4%、0.8%、9.5%、10.2%;弱化度则随追氮量增加而降低,两种类型品种小麦分别降低9.65%及12.0%。【结论】在基施N 105 kg/hm^2基础上,综合考虑肥料投入、小麦产量及品质指标,中筋小麦于拔节期追N 105 kg/hm^2、强筋小麦于拔节期追N135 kg/hm^2时,可获得较高的产量和品质。

基肥和播种密度对冬小麦干物质积累及光合特性和产量的影响

为探究不同基肥和播种密度对冬小麦‘西农805’干物质积累及光合特性和产量的影响。采用双因素裂区试验设计,以基肥为主区,设施小麦缓释肥(P1)和常规氮磷钾肥配施(P2)2个处理,以播种密度为副区,设112.5 kg/hm^2(D1)、150 kg/hm^2(D2)、187.5 kg/hm^2(D3)、225 kg/hm^2(D4) 4个水平。结果表明:不同基肥对小麦旗叶干物质积累量、旗叶的SPAD值、净光合速率、气孔导度、胞间CO2浓度、蒸腾速率均未达显著影响,对小麦单位面积穗数、千粒质量有显著影响;播种密度对小麦净光合速率、胞间CO2浓度、千粒质量、产量有极显著影响;在同一基肥条件下低播种密度处理的小麦单茎干物质积累量及旗叶SPAD值较高;基肥和播种密度的交互作用对小麦净光合速率、产量有极显著影响;在施用小麦缓释肥条件下150 kg/hm^2播种密度的光合特性及产量优于其他处理,在常规氮磷钾肥配施条件下187.5 kg/hm^2播种密度的光合特性及产量优于其他处理,小麦籽粒产量达到最大为5 722.02kg/hm^2。综合来看,冬小麦‘西农805’最佳基肥和播种密度为P2D3。

锌铁微肥对冬小麦籽粒产量及其微量元素含量的影响

为了明确锌铁微肥对冬小麦籽粒产量及其微量元素含量的影响,在西北农林科技大学斗口试验站以西农805为试验材料进行田间试验,采用二因素裂区设计,3种锌铁肥施肥量为主区,4种锌铁肥施肥比例为副区。结果表明,在施肥量15.0kg·hm^(-2)、施肥比例4Zn∶1Fe下,小麦的产量及成穗数最高,产量提高了19.6%,穗粒数显著增加;锌铁微肥的配施有利于籽粒对Zn的累积,提高籽粒中锌含量,在施肥量45.0kg·hm^(-2)、施肥比例1Zn∶4Fe下达到最大含量,较对照提高43.8%,但铁含量低于对照。获得最高产量的锌铁微肥施用量低于籽粒最高锌含量时的锌铁微肥施用量。

干旱胁迫对不同抗旱性冬小麦灌浆期下午旗叶光合特性和籽粒产量的影响

为了明确干旱胁迫对不同抗旱性冬小麦灌浆期下午旗叶光合荧光特性和产量的影响,2018—2019年度和2019—2020年度,在防雨棚池栽条件下,以强抗旱性冬小麦品种晋麦47(JM47)和弱抗旱性冬小麦品种偃展4110(YZ4110)为材料,采取测墒补灌的方法,设置重度干旱(W1:播前65%MFC(最大田间持水量)+拔节后45%~55%MFC)、中度干旱(W2:播前75%MFC+拔节后55%~65%MFC)、轻度干旱(W3:播前75%MFC+拔节后65%~75%MFC)、适宜供水(W4:播前75%MFC+拔节后75%~85%MFC)4个处理,测定了灌浆前期、中期和中后期14:00—16:00的旗叶净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO_(2)浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)、瞬时水分利用效率(IWUE)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)、PSⅡ实际光化学效率(ΦPSⅡ)以及成熟期的产量及其构成因素。结果表明,水分和品种对小麦灌浆期下午的旗叶光合、荧光特性和成熟期的产量均有显著影响。从2 a均值来看,与W4相比,干旱胁迫处理(W1、W2和W3)灌浆期下午的旗叶Pn、Gs和ΦPSⅡ,JM47分别降低2.07%~68.92%,-3.23%~50.00%和-1.89%~30.19%;YZ4110分别降低7.71%~80.19%,11.11%~59.26%和0~73.47%;JM47和YZ4110灌浆中期下午的旗叶Tr分别降低6.30%~32.87%和6.49%~41.74%,灌浆中后期下午旗叶Fv/Fm分别降低1.20%~18.52%和2.50%~30.00%,且上述指标的降幅基本表现为JM47<YZ4110。与YZ4110相比,干旱胁迫处理(W1、W2和W3)JM47灌浆期下午的旗叶Pn、Gs、ΦPSⅡ和Fv/Fm分别提高0.86%~64.89%,8.33%~36.36%,1.96%~184.62%和1.25%~17.86%,JM47的产量分别提高28.91%,8.06%和5.40%。除IWUE外,灌浆期下午旗叶光合荧光参数与产量均显著或极显著相关,但相关系数因品种和灌浆时期而异,JM47以灌浆前期旗叶Tr,灌浆中期旗叶ΦPSⅡ,灌浆中后期Pn、Gs和Fv/Fm的相关系数最大;YZ4110以灌浆前期旗叶Pn、Gs和Tr,灌浆中期旗叶ΦPSⅡ,灌浆中后期旗叶Fv/Fm的相关系数最大。综上,干旱会导致灌浆期下午旗叶光合能力和籽粒产量降低,强抗旱性品种JM47在灌浆期下午能保持较好的旗叶光合荧光特性,可在干旱胁迫下显著提高灌浆中期下午的旗叶ΦPSⅡ和灌浆中后期下午的旗叶Pn、Gs和Fv/Fm,从而提高籽粒产量。

垄沟种植及其施肥优化对旱地小麦产量和水肥利用效率的影响

为解决降雨偏少且季节分布不均和施肥偏多但方式不合理等我国旱地小麦生产面临的主要问题,并探讨旱地小麦增产增收的栽培模式。设置常规平作(平作+均匀施肥)、垄沟种植(起垄沟播+均匀施肥)、垄沟种植减肥(起垄沟播+减肥25%+均匀施肥)、垄沟种植定位施肥(起垄沟播+减肥25%+播种行侧下定位条施)4种栽培模式,比较了小麦主要生育时期的茎蘖数和干物质积累量,播前和收获期0~200 cm土壤水分以及产量、水分利用效率和肥料偏生产力。与常规平作相比,垄沟种植促进了休闲季土壤蓄水,从而使播前土壤蓄水量提高5.4%~5.5%,主要生育时期的群体茎蘖数和干物质积累量显著增加,进而使小麦产量、水分利用效率和肥料偏生产力分别提高10.1%~11.2%,7.2%~8.6%,10.3%~11.4%。垄沟种植减肥较垄沟种植,肥料偏生产力显著增加,增幅为22.9%~34.6%,产量和水分利用效率在第1年无显著差异,后2 a显著降低,但上述指标均优于常规平作。与其他3个处理相比,垄沟种植定位施肥的产量和水肥利用效率均最优,虽然产量和水分利用效率较垄沟种植的增幅不显著,但肥料偏生产力显著提高35.2%~37.8%。可见,在豫西旱地,垄沟种植有利于提高小麦产量和水分利用效率,垄沟种植+减肥25%会在一定程度上降低小麦产量,但有利于提高肥料偏生产力。垄沟种植定位施肥协同提高了产量、水分利用效率和肥料偏生产力,是适宜于旱区推广的冬小麦栽培措施。

秸秆还田替代施钾对旱地玉-麦轮作体系作物生产力和土壤硝态氮的影响

为探明秸秆还田替代施钾对旱地玉—麦轮作体系的影响,2015—2020年,基于中国农业科学院洛阳旱农试验基地始于2007年的长期定位试验,选取不施肥(CK)、施氮磷肥(NP)、施氮磷钾肥(NPK)、施氮磷肥+秸秆还田(NPS)4个处理,研究了夏玉米—冬小麦轮作体系的产量、水肥利用效率,以及2020年小麦成熟期0—60 cm土层的土壤有机质、全氮、速效磷钾含量和0—260 cm土层土壤硝态氮累积量。结果表明:与NP相比,NPK可显著提高0—60 cm各土层的土壤速效钾含量,但对夏玉米和冬小麦的产量和水肥利用效率均无影响,而NPS不仅利于改善土壤养分,而且可显著提高夏玉米和周年的产量、水肥利用效率。与NPK相比,NPS的0—20 cm土层土壤有机质含量显著提高10.68%,夏玉米和周年的产量、水分利用效率、氮(磷)肥农学效率分别显著提高20.91%,33.77%,114.39%和13.60%,13.63%,65.41%,但0—20 cm土层土壤速效磷含量和0—60 cm土层土壤速效钾含量分别显著降低7.43%和14.31%。NPS较NP和NPK,土壤硝态氮累积量在0—100 cm土层分别提高37.14%和25.92%,在160—260 cm土层分别降低32.33%和21.64%。综上,在施氮磷肥的基础上用秸秆还田替代施钾既能提高0—20 cm土层土壤有机质、全氮含量以及0—100 cm土层土壤硝态氮累积量,又能提高夏玉米和周年产量、水肥利用效率,还可降低土壤硝态氮向深层淋溶的风险,是适宜于旱地玉—麦轮作区的施肥措施,但其降低土壤速效磷和速效钾含量的问题应被重视。