干旱灌区麦后复种绿肥与施氮水平对小麦光合性能与产量的影响

【目的】探究绿肥还田对不同施氮水平下绿洲灌区小麦产量性能指标的影响,为建立基于绿肥与化学氮肥减量配施的小麦绿色生产模式提供理论指导。【方法】2018-2020年在甘肃省河西绿洲灌区进行裂区试验,主区设置单作小麦(W)和麦后复种毛叶苕子(W-G)2种种植模式;副区为5种施氮水平,分别为不施氮肥(N_(0))、55%氮肥(N_(1))、70%氮肥(N_(2))、85%氮肥(N_(3))、100%氮肥(N_(4)),其中100%氮肥为农户传统春小麦施氮水平180 kg·hm^(-2)。测定小麦全生育期叶面积指数、光合势、净同化速率以及成熟期籽粒产量及其构成因素,以期为该区优化小麦种植模式和施氮水平提供依据。【结果】麦后复种毛叶苕子(W-G)较单作小麦(W)显著提高小麦全生育期的平均叶面积指数(MLAI)和光合势(LAD),提高幅度分别为9.5%-19.7%和9.7%-21.0%;适量减施氮肥有利于提高小麦MLAI和LAD,以N_(3)最突出,W-G-N_(3)处理较W-N_(3)和W-N_(4)处理MLAI分别提高4.1%-15.4%和8.8%-17.5%,总光合势分别提高4.6%-9.2%和16.8%-18.8%。麦后复种毛叶苕子降低了小麦全生育期的平均净同化率(MNAR),较单作小麦降低幅度为17.7%-17.8%;W-G-N_(3)处理较W-N_(3)和W-N_(4)处理降低MNAR,幅度分别为16.4%-17.5%和26.5%-40.1%。麦后种植翻压毛叶苕子和适量减施氮肥提高了小麦籽粒产量,W-G-N_(3)处理较W-N_(3)及W-N_(4)处理分别增产6.9%-16.7%和7.9%-13.6%。灰色关联分析及相关性分析表明,麦后复种毛叶苕子且搭配适宜施氮量使作物高产主要是因为平均叶面积指数、总光合势及产量构成因素的协同提高。【结论】麦后复种毛叶苕子配施85%氮肥促进了营养器官生长,有利于籽粒库的建成、扩大和充实,从而获得高产。因此,W-G-N_(3)处理是绿洲灌区优化小麦产量性能指标而获得高产的理想种植模式及施氮水平。

复种绿肥补偿减量施氮导致的小麦光合效能和产量损失

【目的】探讨河西绿洲灌区复种不同绿肥对后茬减量施氮小麦产量性能的补偿效应,为小麦生产中绿肥替代部分化学氮肥提供理论依据。【方法】裂区定位试验始于2018年,主区为小麦收获后复种箭筈豌豆混播毛叶苕子(HCV)、复种箭筈豌豆(CV)、复种油菜(R)和无复种绿肥(F);副区为3个施氮量,传统施氮量N 180 kg/hm^(2)的100%(N_(180))、80%(N_(144))、60%(N_(108))。在2020和2021年小麦主要生育期,调查叶面积指数(LAI)、光合势(LAD)、群体生长速率(CGR)与净同化率(NAR)。小麦收获后测产,计算收获指数。【结果】与对照(FN_(180))相比,HCVN_(144)处理2020、2021年小麦开花期至灌浆期的LAI提高了17.7%~31.1%,LAD提高了8.4%~9.1%,开花期至成熟期的CGR提高了33.3%~133.0%,开花期至灌浆期的NAR提高了21.2%~25.1%;2021年CVN_(144)处理小麦苗期至灌浆期(除孕穗期)的LAI提高了10.5%~25.3%,2020和2021年的LAD提高了5.1%和7.3%,开花期至成熟期的C GR提高了55.4%~76.7%,开花期至灌浆期的N AR提高了22.5%~31.2%;2020年RN_(144)处理小麦开花期的LAI提高了7.3%,2021年开花期至成熟期的CGR提高了22.0%~91.5%,两年LAD和NAR无显著差异;两年HCVN_(108)、CVN_(108)处理的LAI、LAD和NAR以及拔节期至成熟期的CGR与FN_(180)处理无显著差异;与FN_(180)处理相比,RN_(108)处理两年的LAI无显著差异,2021年LAD降低了4.9%,孕穗期至开花期的CGR降低了15.0%,苗期至拔节期的NAR降低了20.4%,2020年相关指标无显著差异。与对照(FN_(180))相比,2020与2021年HCVN_(144)处理小麦籽粒产量分别提高了13.7%和36.1%,CVN_(144)处理小麦产量分别提高了9.4%和28.4%;而RN_(144)处理小麦产量2020年较FN_(180)降低5.0%,2021年二者无显著差异;HCVN_(108)、CVN_(108)处理的小麦籽粒产量2020年显著降低,2021年降幅不显著,RN_(108)处理两年产量均显著低于FN_(180)。HCVN_(144)和CVN_(144)处理2021年的收获指数较FN_(180)分别提高了16.9%和14.0%,RN_(144)处理两年收获指数无显著差异;两年HCVN_(108)、CVN_(108)处理的收获指数与FN_(180)处理无显著差异,RN_(108)处理2021年收获指数降低了6.9%。【结论】复种箭筈豌豆混播毛叶苕子或复种箭筈豌豆可增加小麦生育前期和后期的叶面积指数以及总光合势,提高开花期至灌浆期的群体生长速率和净同化率,补偿减氮造成的小麦光合效能损失,提高收获指数,保证小麦稳产甚至提高小麦产量。复种油菜不能补偿减氮带来的小麦产量损失。

绿洲灌区复种豆科绿肥条件下小麦稳产的减氮潜力

【目的】通过大田试验,探讨麦后复种豆科绿肥在维持第二年小麦稳产前提下的氮减施潜力及产量形成机制,为建立基于绿肥替代氮肥的小麦减氮栽培模式提供理论和实践依据。【方法】于2018—2019年,在甘肃武威开展田间裂区试验。主区为麦后复种豆科绿肥毛叶苕子(Vicia villosa Roth,W-G)和单作小麦(W)两种种植模式;副区设传统施氮量(180 kg/hm^2,N4),在传统施氮量基础上减氮15%(153 kg/hm^2,N3)、减氮30%(126 kg/hm^2,N2)、减氮45%(99 kg/hm^2,N1)以及不施氮肥(N0)5个水平。测定小麦全生育期干物质积累量、籽粒产量及产量构成因素。基于小麦籽粒产量,采用逐次分析插值法计算麦后复种绿肥模式下的氮肥减施潜力。【结果】麦后复种绿肥(W-G)处理较单作小麦(W)平均增产10.8%。W-G-N3处理的籽粒产量与W-G-N4处理无显著差异,比W-N3和W-N4处理分别增产6.9%和7.9%,收获指数分别显著提高了27.2%和16.7%。W-G-N3处理的氮肥替代潜力较W-G-N2和W-G-N1处理分别提高了27.5%和39.0%。W-G-N3处理的生物量较W-N4处理提高了17.5%。W-G-N3处理的小麦最大生长速率较W-G-N4处理提高了6.0%,较W-N3和W-N4处理分别提高了28.4%和23.8%。W-G-N3处理能提高小麦的单位面积穗数、穗粒数以及千粒重。通过灰色关联分析进一步表明,与小麦产量关联度由高到低依次为千粒重、最大生长速率、穗粒数和单位面积穗数。W-G-N3处理使小麦的营养生长高效进行,促进了光合同化物向籽粒的转运,提高了小麦的粒重,进而促进增产,氮肥替代潜力也随之提高。【结论】连续两年的试验结果表明,甘肃绿洲灌区麦后复种豆科绿肥可有效提高小麦的最大生长速率,增加千粒重。复种绿肥后,减氮15%可获得最高的小麦生长速率和千粒重,进而维持甚至提高小麦产量和收获指数。与绿肥复种条件相比,单作小麦条件下减氮30%或者45%则显著降低小麦产量。因此,甘肃绿洲灌区麦后复种豆科绿肥条件下的减氮潜力是15%。

绿洲灌区小麦复种绿肥并翻压还田对翌年玉米产量形成及氮素吸收利用的影响

【目的】针对农田化学氮肥施用量高、利用率低等问题,探究绿肥替代部分化肥氮对玉米产量形成及氮素吸收利用的影响,为优化绿洲灌区玉米的施氮制度提供理论参考。【方法】于2019—2021年,在甘肃河西绿洲灌区开展小麦复种绿肥并翻压还田后翌年轮作玉米减施氮肥田间试验。玉米季设传统施氮量(Nck)和绿肥替代10%、20%、30%、40%的化肥氮处理(即N10、N20、N30、N40处理)。分析了各处理玉米产量及其构成和氮素积累量、转运量及利用效率。【结果】与Nck相比,N10、N20处理籽粒产量、产量构成因素及叶面积指数无显著差异,玉米植株氮素总积累量、籽粒氮素积累量及转运氮对籽粒氮素的贡献率也无显著差异;2020年N10、N20处理对玉米茎叶的氮素积累量、转运量及转运率无显著影响,2021年N20处理玉米叶片和茎的氮素积累量分别降低5.0%和17.8%,叶片和茎的氮素转运量分别提高5.5%和9.1%,氮素转运率分别提高5.0%和14.1%。相比Nck,N30、N40处理提高了茎叶的氮素积累量,但降低了氮素转运量和转运率,降低了转运氮对籽粒氮素的贡献率以及籽粒和植株的氮素积累量,N30、N40处理籽粒产量分别降低了16.8%~19.0%、27.9%~28.9%。与Nck相比,N10和N20处理氮素利用效率无显著变化,2021年N20处理氮素收获指数显著提高了3.5%,N30和N40处理降低了氮素利用效率与氮素收获指数。绿肥替代化肥氮各处理均显著提高氮肥偏生产力,以N20处理提高幅度最大。【结论】小麦–绿肥–春玉米体系下,绿肥翻压替代翌年玉米20%的化肥氮投入能有效协调玉米产量形成和氮素的积累转运,维持玉米籽粒产量及氮素利用效率,提高氮素收获指数与氮肥偏生产力,实现绿洲灌区玉米稳产和减氮的生产目标。

青海高原春小麦留茬高度对后茬绿肥生物量和水分利用效率的影响

针对青海高原地区麦后休闲期长、光热水资源利用效率不高的现状,2019年设置麦后不同留茬高度(0、20、40 cm)复种绿肥田间试验,研究其对箭筈豌豆和毛叶苕子2种复种绿肥的生物量、叶面积指数(LAI)和水分利用效率(WUE)的影响,探讨青海高原春小麦与绿肥的高效复种模式。结果表明,绿肥总干物质量随留茬高度的增加而降低,箭筈豌豆留茬0、20、40 cm干物质总量分别为5756.45、4046.09、3534.09 kg·hm^-2;毛叶苕子分别为3462.69、2642.75、2011.34 kg·hm^-2;根冠比则随着留茬高度的增高而增大,箭筈豌豆留茬0、20、40 cm根冠比由0.043增加至0.057和0.047,毛叶苕子由0.07增加至0.08和0.083;且毛叶苕子的根冠比显著高于箭筈豌豆59.2%。绿肥地上部各器官干重及LAI均随留茬高度的增加而降低,其中,箭筈豌豆LAI随着留茬高度的增加由1.72降至1.34和0.95,毛叶苕子由1.00降至0.77和0.59;茎叶比随留茬高度的增高而增大,箭筈豌豆留茬0、20、40 cm茎叶比分别为0.78、0.89、0.99,毛叶苕子为0.82、0.84、0.86。箭筈豌豆的茎干重、叶干重、茎叶比和LAI分别比毛叶苕子显著高141.1%、135.4%、6.0%和69.6%。两种绿肥WUE均随留茬高度的增加而降低,箭筈豌豆的干物质量和WUE分别比毛叶苕子显著高62.2%和60.0%。麦后不留茬复种箭筈豌豆处理具有最高的生物量和水分利用效率,能够充分利用麦后休闲期光热水资源,是本研究推荐的麦后复种绿肥模式。