Effect of Nitrogen Fertilization on Leaf Chlorophyll Fluorescence in Field-Grown Winter Wheat Under Rainfed Conditions

The effect of nitrogen fertilization on leaf chlorophyll fluorescence was studied in field-grown winter wheat during grain filling underrainfed conditions in Loess Plateau. Results showed that the actual photochemical efficiency of PSⅡ reaction center (F PSⅡ)decreased significantly as leaf water stress progressed, however, the F PS was increased by nitrogen fertilization. The F PSⅡ of 0, 90 and180 kg ha-1 nitrogen treatments at noon were 0.197, 0.279 and 0.283, respectively, which decreased by 57.7, 56.4 and 40.2% as comparedto those in the morning. In the afternoon, the F PSⅡ partialy or completely recovered to the levels in the morning. The values of F PS Ⅱin 0 and 90kgha-1 treatments recovered to 87.3 and 81.5% of those in the morning. In 180kgha-1 treatment, the F PSⅡ in the afternoonwas even higher than that in the morning. Application of nitrogen fertilizer significantly increased maximum photochemical efficiency(Fv/Fm), photochemical quenching coefficient (qP) and non-photochemical quenching coefficient (qNP). These results indicated thatapplication of nitrogen fertilizer could increase the light energy conversion efficiency, the potential activity of photosynthetic reactioncenter, and the non-photochemical dissipation of excess light energy, which can prevent leaf photosynthetic apparatus from damage ofenvironmental stress. However, there was no significant difference in the values of F PSⅡbetween 90 and 180kgha-1 nitrogentreatments, indicating that the excess nitrogen was unfavorable to photosynthesis.

减氮及有机肥替代对旱地冬小麦干物质积累、转运、分配和产量的影响

探究减氮及有机肥替代对旱地冬小麦产量形成和经济效益的影响,为实施化肥减量和有机肥替代提供理论和技术依据。2021-2023年度,基于2019年开始设置在黄土高原和黄淮海平原交汇处典型旱地冬小麦产区(河南洛宁和河南孟津)的定位试验,研究了冬小麦干物质积累转运分配特性、氮肥干物质生产效率、产量及其构成要素和经济效益。试验设置不施氮肥(NN)、农户施氮(FN)、基于FN减氮20%(RN)和RN基础上20%氮肥用有机肥替代(OSN)4个处理。结果表明:(1)与FN相比,RN处理降低了小麦拔节期、开花期和成熟期的干物质积累量、花前干物质转运量以及成熟期茎鞘、穂轴+颖壳和籽粒的干物质分配量,但对籽粒产量无显著影响。(2)与FN和RN相比, OSN处理提高了各生育阶段的氮肥干物质生产效率,从而增加了拔节期、开花期、成熟期的干物质积累量,而且提高了花前干物质转运量、花后干物质积累量、花后干物质积累量对籽粒的贡献率,进而使成熟期地上部各器官的干物质分配量均得到显著提高,最终使籽粒产量分别显著增加15.03%和17.12%,经济效益增加3.84%和4.23%。(3)小麦产量与花前干物质转运量、花后干物质积累量和花后干物质积累量对籽粒的贡献率呈极显著正相关,与花前干物质转运量对籽粒的贡献率呈极显著负相关。综上,在雨养条件下,小麦季施氮量为172kghm^(–2) (夏休闲-冬小麦)和192kg hm^(–2) (夏玉米-冬小麦)的基础上,OSN处理提高了氮肥干物质生产效率,增加各生育时期的干物质积累量,其花前干物质转运量和花后干物质积累量的协同增加使其获得了最高产量,实现增产增收,适宜在产量水平为5000kghm^(–2)的雨养旱地冬小麦高产栽培中应用。

一次灌溉和氮肥运筹对旱地小麦籽粒产量和品质的影响

【目的】研究一次灌溉和氮肥运筹对旱地冬小麦(简称小麦)籽粒产量和加工品质的影响。【方法】于2020—2022年,在黄土高原和黄淮海平原交汇处典型旱作麦区的河南省洛阳市孟津、伊川和洛宁县设置裂区试验,灌溉水平为主处理,分别为全生育期不灌溉(I0)和返青后基于土壤水分一次灌溉(I1,小麦返青后0—40 cm土层土壤含水量第一次低于田间持水量的60%时,补灌至田间持水量的85%,全生育期仅灌溉一次);氮肥运筹为副处理,设置N0、N120、N180和N2404个水平,其氮肥用量分别为0、120、180和240kg·hm^(-2),施氮时期I0下全部基施,I1下50%基施、50%随灌溉追施。测定小麦籽粒产量、锌含量、蛋白质及其组分含量和主要加工品质指标。【结果】与I0相比,I1使小麦籽粒产量显著增加11.5%—73.0%,蛋白质产量显著增加9.1%—57.0%,增幅多随氮肥用量的增加而增加,且2020—2021年度高于2021—2022年度;除2020—2021年度伊川试验点球蛋白含量无显著影响外,小麦籽粒锌含量、蛋白质及其组分含量以及加工品质多表现为显著下降,其中,锌含量降低5.0%—13.8%,清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量分别降低4.5%—14.1%、6.4%—17.3%、2.3%—24.8%和8.0%—13.9%,面团形成时间、稳定时间、湿面筋含量、沉降值、延伸性和最大阻力分别降低5.3%—23.2%、8.5%—51.1%、2.0%—13.3%、4.5%—18.1%、4.6%—12.2%和3.3%—10.6%。随着氮肥用量的增加,I0下小麦产量先增加后降低、蛋白质产量先增加后稳定,I1下产量先增加后稳定、蛋白质产量持续增加;2种灌溉水平下小麦品质指标多表现为先增加后稳定,N240和N180无显著差异,但多显著高于N120,N120亦多显著高于N0。从互作效应看,灌溉水平和氮肥运筹互作对小麦产量和蛋白质产量均具有显著影响,但在多数品质指标上并无交互作用。I1N180处理的小麦产量和品质总体表现较优,其中与I1N240相比籽粒产量无显著差异,而蛋白质产量显著降低3.9%—4.9%,但二者均显著高于其他处理。虽然I1N180的籽粒蛋白质及其组分含量、加工品质多显著低于I0N180和I0N240,但其较I1N240均无显著降低。【结论】返青后基于土壤水分一次灌溉配施氮肥180 kg·hm^(-2)且50%氮肥随灌溉追施的I1N180组合,能在提高产量和蛋白质产量的同时兼顾品质,适宜在高标准农田建设后满足一次灌溉条件的旱作区小麦生产中推广应用。

绿肥填闲种植和施氮对旱作冬小麦农田土壤氮组分的影响

【目的】研究绿肥填闲种植和施氮对旱作冬小麦农田土壤氮组分的影响,探讨旱地绿肥填闲种植系统提升土壤供氮能力的途径。【方法】冬小麦−夏季绿肥田间定位试验开始于2017年,采用绿肥填闲作物和施氮双因素设计,其中绿肥填闲作物包括苏丹草单播(SG)、长武怀豆单播(SB)、苏丹草与怀豆混播(MIX)和裸地休闲(CK)4个处理,冬小麦施氮量包括0、60、120 kg/hm^(2)3个水平。2023年6月小麦收获后采集0—10、10—20和20—40 cm土壤样品,测定土壤全氮(STN)、颗粒有机氮(PON)、潜在矿化氮(PMN)和微生物量氮(MBN)含量。【结果】与CK处理相比,种植绿肥并未显著影响各土层STN含量,但提高了0—10 cm土层PON含量(增幅为25.8%~54.8%)、0—10和10—20 cm土层PMN含量(增幅分别为9.7%~14.1%和11.2%~13.7%)以及0—10、10—20和20—40 cm土层MBN含量(增幅分别为15.1%~24.1%、18.2%~28.8%和22.3%~32.5%)。不同绿肥处理间比较,SB和MIX处理较SG显著提高了0—10 cm土层PON含量(增幅均为23.1%),SB处理各土层MBN含量均显著高于SG处理(增幅为7.79%~8.93%),而各土层PMN含量在不同绿肥处理间差异均不显著。供试土壤氮组分相对含量大小排序为PON>MBN>PMN,绿肥处理较CK均显著提高了0—10 cm土层PON、PMN、MBN相对含量、10—20 cm土层PMN和MBN相对含量以及20—40 cm土层PON和MBN相对含量。施氮提高了0—20 cm土层氮组分及其相对含量,但对20—40 cm土层没有显著影响。相关性分析结果表明,除STN外,PON、PMN和MBN含量均与系统年均氮输入呈显著正相关关系;STN、PON、PMN、MBN含量间均呈显著正相关,且PON较其它活性组分更能指示土壤供氮能力变化。【结论】夏季绿肥填闲种植和施氮均能显著提高旱地冬小麦单作系统0—20 cm土层氮组分含量及其相对含量,其中长武怀豆与氮肥120 kg/hm^(2)联合施用更有助于提高农田土壤供氮能力。

夏玉米施用含锌尿素效应及对后茬小麦的影响

为明确新型肥料含锌尿素在夏玉米上的施用效果及其在冬小麦上的后效,采用田间试验,研究了施用含锌尿素、普通尿素、普通尿素+土施锌肥、普通尿素+喷施锌肥下夏玉米产量、养分吸收积累、土壤养分含量变化及其后效对冬小麦产量的影响。结果表明,普通尿素+喷施锌肥夏玉米产量较高,较不施氮显著增产17.5%,含锌尿素较不施氮显著增产16.7%,较普通尿素显著提高5.6%,与传统施锌无显著差异;含锌尿素地上部氮、锌素积累量较普通尿素分别显著提高9.0%、47.8%;夏玉米收获后含锌尿素处理土壤有效锌含量为1.83 mg·kg^(-1),较普通尿素处理提高88.6%;普通尿素+土施锌肥后茬冬小麦产量较高,较普通尿素显著增产11.9%,施用含锌尿素冬小麦产量较普通尿素提高4.7%,轮作周年产量提高5.2%;夏玉米利润和周年轮作利润分别提高826.2和1490.4元·hm^(-2)。含锌尿素较普通尿素提高了土壤有效锌含量,对后茬冬小麦、周年产量也有一定增产增收效果,夏玉米产量、干物质积累和氮肥利用效率等与传统施锌无显著差异。含锌尿素投入成本较传统施锌(氮肥和锌肥)降低26.1%,含锌尿素较普通尿素提高了产量和效益,具有在夏玉米-冬小麦轮作体系中推广应用的潜力。

不同施氮量对旱地不同品种冬小麦氮素累积、运输和分配的影响

通过田间试验研究了西北旱地4个主要冬小麦品种在不同供氮水平下对氮素的吸收、累积和转移特性。结果表明,增施氮肥显著地促进了小麦地上部分氮素累积总量,子粒氮素累积量在施氮量180 kg/hm2时最高,再增加氮肥用量子粒氮素累积量降低;施氮明显增加了收获时茎秆氮素的残留量。不同品种间氮素累积量差异显著,其中小偃22最高,其后依次为陕253、小偃503和陕229;小偃22的氮肥利用率、氮肥农学效率和氮肥生理效率均高于其它几个小麦品种。不同器官相比,开花前氮素主要累积在叶片中,茎秆的累积量在开花期达到最大。不同部位氮素转移效率为叶片>穗>茎秆;叶、茎、穗氮素转移效率存在基因型差异。

长期施氮对旱地小麦灌浆期叶绿素荧光参数的影响

探讨了长期施氮对黄土旱塬冬小麦灌浆期叶绿素荧光的影响 .结果表明 ,PSⅡ反应中心的实际光化学效率 (ФPSⅡ )随叶片水分胁迫的加剧而降低 ,施氮可明显提高ФPSⅡ .施氮量为 0kg·hm-2 、90kg·hm-2 和 180kg·hm-2 三个处理中午时叶片的ФPSⅡ分别为 0 .197、0 .2 79和 0 .2 83,与上午相比分别降低了 5 7.7%、5 6 .4 %和 4 0 .2 % ;下午各处理的ФPSⅡ均得以恢复 ,0kg·hm-2 和 90kg·hm-2 处理分别恢复到上午的 87.3%和 81.5 % ,180kg·hm-2 处理则完全恢复 ,并稍高于上午 .施氮可提高PSⅡ的最大光化学量子效率 (Fv/Fm)、光化学猝灭系数 (qP)和非光化学猝灭系数 (qNP)等荧光参数 ,表明施氮一方面提高了光能转换效率和PSⅡ的潜在活性 ,另一方面增强了过剩光能的非光化学耗散 ,有利于保护光合机构免受环境胁迫的破坏 .但 90kg·hm-2 和 180kg·hm-2 施氮处理之间对光合的促进作用差异不显著 ,表明过量施氮无助于光合性能的提高 ,作物的光合能力并不随施氮量而同比例的改善 .

旱地冬小麦施用钾肥的效果研究

研究了豫西褐土区旱地冬小麦施用钾肥的效果。结果表明,施钾量（K2O）在0～112.5 kg/hm2的范围内,随施钾量增加,小麦穗数、穗粒数和千粒重逐渐增加,各生育期总茎数及干物质积累量明显增加。施用钾肥对旱地冬小麦有显著的增产效果,增产幅度为7.9％～15.7％,最高产量（4 336kg/hm2）的施肥量（K2O）为114.2 kg/hm2,经济最佳产量（4 275.7 kg/hm2）的施肥量为77.4kg/hm2。

旱作农田冬小麦水肥耦合增产效应

增施肥料可明显改善旱作农田冬小麦叶片水分状况、增加光合速率、延缓叶片衰老，有利于小麦后期维持一定的光合面积和作用时间，有利于籽粒灌浆和增加每穗粒数，也减小了土壤水分不足对产量的影响。在旱作农业中，水肥具有明显的耦合关系，肥料的增产作用不仅在于肥料本身。

基于土壤氮素平衡的旱地冬小麦监控施氮

提高作物产量,平衡土壤氮素携出,培肥土壤,避免过多肥料氮残留造成淋溶,是旱地作物施氮的主要目标。本研究通过1 m土层硝态氮监控,从土壤氮素的输入和携出平衡计算氮肥用量,并在陕西永寿不同肥力水平的地块上连续2年布置田间试验进行验证。结果表明,与习惯施肥相比,监控施肥的氮肥用量减少41.2%,籽粒平均增产17.0%,氮肥偏生产力平均增加188.3%,产投比平均提高28.9%。监控施肥处理在收获期1 m土层硝态氮残留量平均为37.0 kg/hm2,较习惯施肥(112.1 kg/hm2)降低66.9%。经过降雨集中的夏季休闲期后,监控施肥处理1m土层的硝态氮平均增加15.4 kg/hm2,习惯施肥则减少27.4 kg/hm2。这说明通过对1 m土层硝态氮的监控,依据土壤养分平衡,计算旱地小麦氮肥用量,可以提高产量,有效减少氮肥投入,降低成本,增加农户收入,提高氮肥效率,减少旱地土壤硝态氮残留和淋溶。

水氮耦合对冬小麦氮肥吸收及土壤硝态氮残留淋溶的影响

在高肥力条件下,大田试验采用裂区设计,主区为不同灌水频次（0-3次）,裂区为不同施氮量（0-240 kg/hm^2）,结合15N微区示踪技术,研究了水氮耦合对冬小麦氮肥的吸收利用及生育后期土壤硝态氮累积迁移的影响。结果表明,在一定氮肥水平下,不灌水处理的氮肥利用率高于各灌水处理,各灌水处理的氮肥利用率随灌水次数增加呈上升趋势;增加灌水次数,氮肥耕层残留量和残留率显著降低,氮肥损失量和损失率则明显增加。在一定的灌溉水平上,随施氮量（0-240 kg/hm^2）增加,植株总吸氮量、氮肥吸收量、氮肥耕层残留量、氮肥损失量以及损失率均呈上升趋势,而氮肥利用率和耕层残留率呈下降趋势。氮肥水平一定时,在灌0至灌2水范围内,籽粒产量随灌水次数增加呈上升趋势,灌3水处理中施氮处理（N168、N240）的籽粒产量较灌2水处理显著降低;灌水生产效率随灌水次数增加显著下降。在一定灌溉水平上,施氮量由168 kg/hm^2增至240 kg/hm^2,氮素收获指数和氮肥生产效率显著降低,各灌水处理的生物产量、籽粒产量和籽粒蛋白质含量均无显著变化,不灌水处理的生物产量、籽粒产量显著降低。灌水促进了施氮处理（N168,N240）中土壤硝态氮向下迁移,从开花到收获0-100 cm土层中部分硝态氮迁移到了100-200 cm土层。灌水次数是导致收获期0-100 cm土层残留NO3^--N累积量变化的主导因素;水氮互作效应是决定收获期100-200 cm土层残留NO3^--N累积量变化的主导因素,且灌水效应大于施氮效应。

农田秸秆覆盖对冬小麦水氮效应的影响

通过田间试验研究了杨凌红油土农田秸秆覆盖条件下冬小麦的水氮效应.结果表明,秸秆覆盖使土壤水分状况明显改善,从而使补充灌水的效果相应减小,氮肥的作用更加突出;无覆盖条件下,水氮交互效应均为负值,而秸秆覆盖时水氮有正的交互作用.旱地秸秆覆盖条件下更应重视养分的投入.无秸秆覆盖条件下小麦取得高产的基础是良好的土壤底墒和充足的氮肥.秸秆覆盖使小麦达到最高产量所需要的灌水量降低,灌水时期后延.不论有无秸秆覆盖,拔节期灌水对冬小麦籽粒产量没有显著影响.

黄土高原塬区旱地长期施肥对小麦产量的影响

以 18年长期肥料定位试验为背景 ,研究了长期施肥条件下小麦的增产效应 .18年单施氮肥平均增产 4 18.1kg·hm-2 ,增产率达 2 8.4 % ,其中干旱年减产率为 13.9% ,常态年、丰水年增产率达 30 .3%、5 8.9% ;单施磷肥平均减产率为 9.3% ,干旱年增产率达 6 .5 % ,常态年、丰水年减产率为 15 .4 %、10 .0 % ;有机肥平均增产率达 82 .8% ;NP、PM、NM、NPM平均增产率分别达 12 7.8%、118.9%、14 4 .4 % ,16 9.3% .不同降水年型施肥对小麦的产量结构影响不同 ,普遍表现为干旱年成穗数、穗粒数、千粒重减少 ,丰水年增加 ,不同降水年型穗粒数、成穗数。

施肥对提高旱地农田水分利用效率的机理

１９９１ ～１９９５ 年，在陇东半湿润易旱地区以冬小麦为供试作物，通过氮、磷、有机肥三因素试验从生态学角度探讨了施肥对提高水分利用效率的机理。结果表明，施肥，尤其是氮磷化肥配施，可明显促进冬小麦根系生长，扩大觅水空间；氮磷化肥配施具有时效互补性和功能互补性；与不施肥处理相比，施肥处理蒸散量仅提高了５４ ％ ，而产量和水分利用效率却分别提高了９２８ ％ 和７９７ ％ ；施肥促进了冬小麦冠层发育，增加了蒸腾量，而减少了蒸发量，从而提高了腾／发比，使水分利用效率及水分生产力大幅度提高。

氮肥形态对小麦不同生育期土壤酶活性的影响

采用田间试验与室内分析相结合的方法，研究了氮肥形态对小麦不同生育期土壤酶活性的影响。结果表明：脲酶、蛋白酶活性随小麦生育时期推进呈现出两个峰值，蔗糖酶先降后升再降，呈倒‘S’型曲线，脱氢酶在越冬、成熟期高，其它生育期低，曲线似‘U’型，过氧化氢酶活性在返青后呈急剧上升，拔节后缓降。0～20 cm酶活性普遍高于20～40 cm；施肥可以提高土壤酶活性，可使脲酶活性提高60．3％，蛋白酶活性平均提高36．0％，蔗糖酶活性平均提高36．7％，脱氢酶活性平均提高100％，过氧化氢酶平均提高33．8％；土壤酶活性变异系数的平均值大小顺序是：脲酶＞脱氢酶＞蛋白酶＞蔗糖酶＞过氧化氢酶；氮肥形态对小麦不同生育期5种土壤酶的影响各异，没有一定的规律性。

旱地土壤中的肥水激励机制

本文阐述了养分和水分对作物产量及其增产潜力的交互影响。肥和水既是作物产量的决定因素,又是人为的可控因素。作物需要的营养离子从土壤向根表面的移动,受土壤水分含量的影响,特别是在旱地。肥是土水系统的物质基础,水是肥效发挥的关键,二者互为制约,又互相促进。肥水激励机制要求二者有一个适宜的匹配,这样,养分和水分才能发挥其最大经济效益。

旱肥地密度对大穗型冬小麦品种生育特性及产量的影响

为了探明密度对旱肥地冬小麦生育特性和产量的影响,在旱地高肥条件下,采用田间试验与室内分析相结合的方法,研究了种植密度对大穗型冬小麦品种(系)生育特性和产量的影响。结果表明:参试各品种(系)的苗高、株高随密度的增加而增高;而单株总分蘖数、次生根数、单株鲜质量、干质量等则随密度的增加而降低,而且各密度间的差异均达显著水平;其中中秆大穗型品种(系)的农艺性状表现不如高秆中穗型品种(CK);成穗数随密度的增加而增多,且各密度间差异显著;穗长、有效小穗数、穗粒数和千粒质量则随密度的增加而减少,各密度间的差异大小却不尽相同;产量随密度的增加呈现出先上升后下降的趋势,其中以基本苗315万/hm2的产量最高,其与基本苗420万/hm2时的产量无显著差异。可见密度对调节旱肥地小麦群体结构和产量作用明显。

黄淮豫东平原冬小麦节水高产水肥耦合数学模型研究

在人工控制试验条件下，采用二次通用旋转组合设计，对影响冬小麦产量的Ｎ、Ｐ和水三因素的综合效应进行了研究。结果表明，水肥配合存在阈值反应，这个阈值是：Ｎ９０～２４０ｋｇ／ｈｍ２，Ｐ２Ｏ５５６．２５～２２１．２５ｋｇ／ｈｍ２，灌溉定额１５００～３７５０ｍ３／ｈｍ２。低于阈值下限水平，Ｎ、Ｐ无明显增产效应，水分利用效率（ＷＵＥ，ｗａｔｅｒｕｓｅｅｆｉｃｉｅｎｃｙ）低；高于阈值上限，水肥互作效应呈减小趋势；在阈值范围内，水肥互作增产效应显著。增加Ｎ、Ｐ投入和适宜限量供水是提高水份利用效率的重要途径。通过对所建数学模型的计算机模拟，提出了不同决策目标和水文年型的水肥优化方案。

低锌旱地土施锌肥对小麦产量和锌利用的影响

土壤有效锌含量低是制约西北旱地冬小麦籽粒锌营养品质的关键问题。采用连续两年的田间定位试验，设0、10、25、50、100、150kg·hm。6个锌肥（ZnSO4·7H2O）水平，研究了施锌对小麦产量、籽粒锌含量和土壤有效锌含量的影响，分析了西北旱地冬小麦土施锌肥的可行性。结果表明，随锌肥用量增加，土壤有效锌含量显著提高，但小麦产量无明显变化，小麦籽粒锌含量两季最高值分别为19．8、32.1mg·kg^-1，比不施锌提高32％和44％，却依然低于40-60mg·kg^-1的推荐含量，总锌利用率不到1％。因此，在西北旱地，不建议通过土施锌肥来提高小麦籽粒锌含量。

根区水质模型在黄土高原旱区冬小麦氮肥管理中的适用性分析

为利用作物模型模拟寻找田间尺度上合理的氮肥管理措施,该研究利用黄土高原旱区多年冬小麦-春玉米轮作试验(2004-2011)和两年冬小麦施肥试验(2010-2012)对根区水质模型(root zone water quality model-version 2,RZWQM2)进行率定和验证,验证该模型在当地的适用性;并结合当地56 a历史气象数据,利用模型模拟研究旱区冬小麦在不同降水年型下最佳氮肥管理模式。结果表明RZWQM2在不同降水年型下均可以较好地模拟黄土高原旱区作物生长发育、产量指标和土壤水分的动态变化,并且能够较好地模拟不同施肥方式下冬小麦的产量和氮素指标;黄土高原旱区120~150 kg/hm^2(以N计)的底肥基本可以满足不同降雨年型下冬小麦稳产高产的需要;冬小麦单次追肥的最佳追肥时期为返青期至拔节期;在90 kg/hm^2底施氮肥的基础上,丰水年54~72 kg/hm^2的追氮量,平水年36~54 kg/hm^2的追氮量,干旱年18~36 kg/hm^2的追氮量,不但可以满足冬小麦高产的要求,并且维持氮素收获指数在较高水平。