土壤水分和种植密度对小麦旗叶光合性能和干物质积累与分配的影响

2008—2010年连续2个小麦生长季,选用高产小麦品种济麦22,采用测墒补灌的方法,研究土壤水分对不同密度小麦旗叶光合性能、干物质积累与分配、籽粒产量及水分利用效率的影响。第一年在150株 m⁻² (M1)和225株 m⁻² (M2)两个密度下设置3个土壤含水量处理,即拔节期65%+开花期60%(W0)、拔节期75%+开花期75%(W1)和拔节后7 d 75%+开花后7 d 75%(W2);第二年选用第一年的节水高产密度处理M1,但土壤含水量调整为拔节期75%+开花期60% (W’0)、拔节期85%+开花期75%(W’1)和拔节后7 d 85%+开花后7 d 75%(W’2)。两种基本苗密度相比较,M1处理灌浆中后期的旗叶最大光化学效率(F_v/F_m)、实际光化学效率(Φ_PSII)和开花后干物质积累量和干物质向籽粒转运量显著高于M2处理。W2处理灌浆中后期的旗叶F_v/F_m和Φ_PSII显著高于W1处理,而W’2处理灌浆中后期的旗叶光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、单叶水分利用效率(WUE_L)和气孔导度(G_s)均显著高于W’1处理。在M1密度下,W2处理的干物质向籽粒的转运量,开花后干物质积累量及其对籽粒的贡献率显著高于W1处理,获得了较高的籽粒产量和水分利用效率,且干物质积累与分配、籽粒产量和水分利用效率在两年中结果趋势一致。在150株m⁻²密度下,0~140 cm土层平均土壤相对含水量拔节后7 d和开花后7 d均为75%和75%,是本试验条件下节水高产的最佳处理。     

灌水模式对夏玉米耗水特性和干物质积累及分配的影响

为明确夏玉米的耗水特性,于2009年度在人工遮雨棚内进行盆栽试验,研究了土壤含水量对玉米生长发育的影响。在2010年玉米生长季降水量为446.2 mm的条件下,采用不同灌水量处理（试验共设3个处理,雨养：W0,全生育期不灌水;调亏灌溉：W1,保持田间土壤相对含水量为80%;大水漫灌：W2）,研究了夏玉米的田间耗水特性和干物质积累与分配规律。结果表明,2009年盆栽条件下,80%的土壤含水量有利于干物质的积累和籽粒产量的形成,可获得170.76 g/株的籽粒产量。2010年田间试验表明,W0、W1、W2处理干物质积累量分别为：310.83、321.5、325.59 g/株,产量分别为：9255.85、9747.29、9635.72 kg/hm2。与W0相比,灌水处理显著提高了夏玉米的干物质积累量和籽粒产量。2灌水处理间比较发现,W1处理获得了高的籽粒产量,水分利用效率显著亦高于W2处理,其水分利用效率分别为21.47、19.39 kg/(hm2?mm)。随灌水量的增加,夏玉米的干物质积累量显著提高,但是灌水量过多显著减少光合产物向籽粒的分配,使产量降低。夏玉米全生育期耗水量显著随灌水量增加增大,耗水强度提高。在自然降雨量为446.2 mm条件下,雨养处理耗水量最低,水分利用效率高于灌水处理,但其穗粒数和千粒重较低,最终获得籽粒产量低于2灌水处理。综合考虑夏玉米的籽粒产量和水分利用效率,在本试验条件下,以保持田间含水量为80%的灌溉量为最优。     

不同土层测墒补灌对小麦旗叶光合特性和干物质积累与分配的影响

2011-2012和2012-2013年连续2个小麦生长季,在大田条件下,设置0~20 cm (D1)、0~40 cm (D2)、0~60 cm (D3)和0~140 cm (D4) 4个土层测定土壤含水量,以各土层平均土壤相对含水量拔节期65%和开花期70%为目标相对含水量,全生育期不灌溉为对照处理 (D0),研究依据不同土层的土壤含水量测墒补灌对小麦旗叶光合特性和干物质积累与分配的影响。结果表明：D2的开花期叶面积指数和单位土地面积上旗叶叶面积、开花后7 d和14 d的旗叶净光合速率和实际光化学效率均高于其他处理,而气孔限制值低于其他处理;D2的成熟期干物质积累量、开花后干物质向籽粒的分配量和开花后同化物分配对籽粒的贡献率亦高于其他处理。两年度D2的籽粒产量分别为9367.4 kg hm^-2和9727.5 kg hm^-2,均显著高于其他处理;同时,D2的水分利用效率高于D0、D3和D4处理,与D1处理无显著差异。因此,于小麦拔节期和开花期依据0~40 cm土层的土壤含水量测墒补灌是同步实现高产和高水分利用效率的有效措施。     

高产小麦耗水特性及干物质的积累与分配

在2005—2006年和2006—2007年小麦生长季降水量分别为128.0 mm和246.4 mm条件下, 采用不同灌水量处理, 研究了高产条件下冬小麦的耗水特性和小麦干物质的积累与分配。结果表明, 底水和拔节水分别灌溉60 mm处理(W2)在两个生长季获得了最高的籽粒产量, 2005—2006年生长季其水分利用效率和灌溉水的利用效率均显著高于其他灌水处理; 2006—2007年生长季, 其水分利用效率较高, 降水量、灌水量和土壤供水量分别占农田耗水量的47.32%、23.04%和29.64%; 与不灌水处理(W0)相比, 灌水处理显著提高开花后干物质的积累量和开花后干物质积累量对籽粒的贡献率, 以W2处理最高, 分别达8 241.59 kg hm-2和84.18%。灌水量过多显著减少光合产物向籽粒的分配, 使产量降低。随灌水量增加, 小麦全生育期耗水量显著增大, 灌水量占农田耗水量的比例增加, 降水量和土壤供水量占农田耗水量的比例均降低, 以土壤供水量所占比例降低最大。综合考虑小麦的籽粒产量和水分利用效率, 在本试验条件下, 以底水和拔节水各60 mm的灌溉量为最优。在小麦生长季降雨量为246.4 mm条件下, 仅灌60 mm底水亦可获得较高的籽粒产量, 其土壤供水量占农田耗水量的比例和灌溉水的利用效率高于底水和拔节水处理。     

拔节期补灌对两种土壤质地上冬小麦旗叶衰老特性和籽粒产量的影响

为明确不同质地土壤条件下,拔节期补灌对冬小麦旗叶衰老特性、光合速率、籽粒产量和水分利用效率的影响,2013-2014和2014-2015冬小麦生长季,在粉壤土和沙壤土地块进行补灌试验,以全生育期不灌水处理(D0)为对照,设4个灌水处理,分别是拔节期目标湿润层为0~10 (D1)、0~20 (D2)、0~30 (D3)和0~40 cm (D4),目标相对含水量均为100%,4个灌水处理开花期补灌水量均以0~20 cm土层相对含水量达100%为目标。结果显示,随目标湿润层深度增加,两种质地土壤地块小麦拔节期补灌水量均明显增加,开花期补灌水量变化较小。随拔节期灌水量的增大,开花后小麦旗叶可溶性蛋白含量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、旗叶光合速率均呈升高趋势,丙二醛含量呈下降趋势;粉壤土条件下D3与D4无显著差异,沙壤土条件下D2、D3和D4处理间无显著差异。随着拔节期目标湿润层深度的增加,两种土壤质地的麦田耗水量和籽粒产量均呈增加趋势,D4与D3处理间籽粒产量无显著差异;而水分利用效率则呈先升后降趋势,D4显著低于D3或D2处理。在本试验条件下,根据某一深度土层土壤饱和水亏缺量进行补灌,无论是粉壤土还是沙壤土,拔节期均以补灌至0~30 cm土层相对含水量达100%为最佳,有利于延缓旗叶衰老,提高光合速率,并可获得较高的籽粒产量和水分利用效率。     

灌水量对小麦籽粒淀粉含量和相关酶活性及水分利用效率的影响

在2004-2005年和2005-2006年小麦生长季,设置不同的灌水时期和灌水量处理,研究了小麦籽粒产量、籽粒淀粉含量、淀粉合成相关酶活性和水分利用效率。结果表明,全生育期不灌水条件下,籽粒中的可溶性淀粉合酶（SSS）和淀粉粒结合态淀粉合酶（GBSS）活性在灌浆初期显著升高,在灌浆中后期显著降低,同时灌浆后期支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量亦显著降低。拔节期和开花期每次灌水60mm有利于小麦在灌浆中后期保持较高的SSS和GBSS活性,提高灌浆后期籽粒中的支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量;灌水量进一步增加时,灌浆中后期的SSS活性显著降低,GBSS活性升高,灌浆后期的支链淀粉含量降低,直链淀粉含量升高。在两个生长季中拔节期和开花期每次灌水60mm处理的土壤贮水消耗量较高,水分利用效率最高和籽粒产量较高。在此基础上增加灌水量时,开花至成熟阶段0～60cm土层的土壤含水量显著升高,土壤贮水消耗量降低,籽粒产量无显著变化,水分利用效率和灌溉水利用效率降低。     

灌水量对小麦籽粒粉含量和相关酶活性及水分利用效率的影响

在2004-2005年和2005-2006年小麦生长季,设置不同的灌水时期和灌水量处理,研究了小麦籽粒产量、籽粒淀粉含量、淀粉合成相关酶活性和水分利用效率。结果表明,全生育期不灌水条件下,籽粒中的可溶性淀粉合酶(SSS)和淀粉粒结合态淀粉合酶(GBSS)活性在灌浆初期显著升高,在灌浆中后期显著降低,同时灌浆后期支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量亦显著降低。拔节期和开花期每次灌水60 mm有利于小麦在灌浆中后期保持较高的SSS和GBSS活性,提高灌浆后期籽粒中的支链淀粉、直链淀粉和总淀粉含量;灌水量进一步增加时,灌浆中后期的SSS活性显著降低,GBSS活性升高,灌浆后期的支链淀粉含量降低,直链淀粉含量升高。在两个生长季中拔节期和开花期每次灌水60 mm处理的土壤贮水消耗量较高,水分利用效率最高和籽粒产量较高。在此基础上增加灌水量时,开花至成熟阶段0~60 cm土层的土壤含水量显著升高,土壤贮水消耗量降低,籽粒产量无显著变化,水分利用效率和灌溉水利用效率降低。     

不同底墒条件下补灌对冬小麦耗水特性、产量和水分利用效率的影响

我国黄淮平原水资源紧缺,而且年际间降水量及其时间分布存在较大差异,探明不同底墒条件下补充灌溉对冬小麦产量和水分利用效率的调节效应及其生理基础,可为该地区冬小麦节水高产栽培提供理论和技术支持。2013—2014和2014—2015年冬小麦生长季,在播种期0~100 cm土层土壤贮水量分别为201.5(A)、266.3(B)和317.0mm(C)3种底墒条件下,各设置4个补灌水处理,包括不灌水、拔节期+开花期补灌、越冬期+拔节期+开花期补灌、播种期+拔节期+开花期补灌,研究不同处理冬小麦耗水特性、旗叶光合、干物质积累与分配、产量及水分利用效率的差异。结果表明,冬小麦生育期总耗水量和土壤水消耗量均随播种期底墒的提高而增加。在底墒A和B条件下,冬小麦主要消耗降水和灌溉水。提高播种期补灌水平或于越冬期补灌,冬小麦在底墒A条件下对土壤水的消耗量显著增加,在底墒B条件下对土壤水的消耗量显著减少。在底墒C条件下,冬小麦耗水以土壤水为主,其次为降水,再次为灌溉水;播种期或越冬期补灌显著增加生育期总耗水量,对土壤水消耗量则无显著影响。于播种期、拔节期和开花期补灌,冬小麦在底墒A条件下可获得较高的籽粒产量,但水分利用效率较低;在底墒B条件下籽粒产量和水分利用效率均较高;在底墒C条件下,仅于拔节期和开花期补灌即可获得高产和高水分利用效率,播种期和越冬期无需补灌。综上所述,播前底墒是实施冬小麦合理补灌的重要依据。     

土壤水分含量对小麦耗水特性和旗叶/根系衰老特性的影响

为明确土壤含水量对小麦籽粒产量的影响及其形成的生理原因,于2019—2021年小麦生长季在山东省兖州区小孟镇史家王子村小麦试验站进行试验,选用冬小麦品种济麦22,设置4种土壤含水量处理:分别为全生育不灌水(W0),于小麦拔节期和开花期将0～40 cm土层土壤相对含水量均补灌至65%(W1)、75%(W2)、85%(W3),研究了土壤含水量对小麦耗水特性、旗叶与根系衰老特性和籽粒产量的影响。结果表明:W2处理的穗粒数和千粒重显著高于其他处理,获得了最高的籽粒产量和水分利用效率,相较于W0、W1、W3,籽粒产量分别高48.49%、20.80%、8.68%(2019—2020)和46.87%、17.36%、7.53%(2020—2021),水分利用效率分别高21.70%、14.25%、15.59%(2019—2020)和25.44%、11.90%、13.39%(2020—2021); W2处理开花后40～100 cm土层根长密度、40～60 cm土层根系超氧化物歧化酶活性和根系活力显著高于其他处理,丙二醛含量显著低于其他处理; W2处理开花后旗叶超氧化物歧化酶活性显著高于W0、W1处理,与W...     

施氮深度对旱地小麦耗水特性和干物质积累与分配的影响

为确定黄淮冬麦区旱地小麦施氮技术的最佳施肥深度,2010-2012连续两年度在大田条件下设置氮肥表面撒施(D1),施氮深度10 cm (D2)、20 cm (D3)和30 cm (D4) 4个处理,研究了施氮深度对旱地小麦山农16和烟农0428耗水特性和干物质积累与分配的影响。与D1和D2处理相比,D3和D4处理在拔节至开花期和开花至成熟期的耗水量显著提高,40~120 cm土层土壤贮水消耗量显著增加,在降水量较丰富的2011-2012年度,D3和D4处理120~160 cm土层土壤贮水消耗量也显著高于D1和D2处理(高4.0~5.3 mm), 说明20~30 cm施氮肥有利于提高土壤水分的利用, 尤其是土壤深层贮水的利用,满足小麦拔节后的水分需求; D3和D4处理拔节至开花期和开花至成熟期干物质积累量均显著高于D1和D2处理,成熟期和开花后干物质积累量分别高642.1~2006.8 kg hm^-2和394.5~723.1 kg hm^-2。D3的籽粒产量和氮肥偏生产力与D4无显著差异,均显著高于D1和D2,水分利用效率较高。因此,20 cm是黄淮冬麦区旱地冬小麦的适宜施氮深度。     

山东小麦灌水和播期对高产节水的影响

摘 要：山东鲁西北地区小麦生产中灌溉水次数和播期是影响小麦产量的主要因素，而区域灌溉水资源比较缺乏，为了使有限资源充分增产小麦产量，设计并进行小麦灌水次数和小麦播期的研究。试验采取3个播期和5个灌水模式设计，5年的定位试验。结果表明：播期对小麦产量和水分利用效率影响不显著，灌水是影响小麦产量的主要因素。灌水3次产量最高，灌水2次产量次之，灌水1次产量最低；灌水量越灌水多，水分利用效率越低；综合产量和水分利用效率效果，建议冬小麦灌水3次（枯水年）或2次（丰水年）。     

水氮耦合对济麦20籽粒蛋白质组分及品质的影响

在高肥条件下,研究了不同水氮组合对强筋小麦品种济麦20籽粒产量、蛋白质含量、蛋白质组分和籽粒品质的影响。结果表明影响小麦籽粒品质的主导因素是灌水。相同施氮水平下,各灌水处理的籽粒蛋白质含量、单体蛋白含量均显著低于不灌水处理,但不同灌水处理间无显著差异。随灌水次数增加,不溶性谷蛋白(高分子量谷蛋白)含量呈下降趋势,可溶性谷蛋白(低分子量谷蛋白)含量呈上升趋势,谷蛋白聚合指数（不溶性谷蛋白含量/谷蛋白总量）降低,粉质仪参数（面团稳定时间和形成时间）也相应降低,表明灌水次数增加导致籽粒品质变劣的主要原因是不溶性谷蛋白积累减少。施氮168 kg/hm²条件下,氮肥拔节期全量追施处理的籽粒产量不降低,而其籽粒品质显著优于分次施肥处理（50%基施、50%拔节期追施）,且与240 kg N/hm²分次施用处理差异不显著。因此,在高产水平下,氮肥全量追施可作为兼顾籽粒产量和品质的推荐运筹模式。     

黑龙港流域不同滴灌制度下的冬小麦产量和水分利用效率

针对华北黑龙港流域冬小麦–夏玉米种植制度中冬小麦灌溉水用量过大的问题,以节水和稳产为目标设计了冬小麦滴灌制度定位试验,比较了滴灌与漫灌及不同滴灌模式下的小麦产量和水分利用效率。结果表明,在实验年份的降水条件下,传统灌溉定额和次数(总量225 mm,分1~3次灌溉)的滴灌与漫灌处理的小麦产量和水分利用效率差异均不显著;在两年降水特点不同的情况下,滴灌量比对照减少45~105 mm的处理产量下降不显著,水分利用效率显著提高。相关分析结果表明,对产量的贡献表现为穗粒数>千粒重>穗数。研究结果初步表明,冬小麦滴灌技术在黑龙港流域具有节水稳产的潜力。     

水氮耦合对固定道垄作栽培春小麦根长密度和产量的影响

固定道垄作(PRB)是在农田中设固定的机械行走道的一种垄作和沟灌栽培模式,是河西灌区春小麦取代传统平作和大水漫灌种植方式的一种新技术。为了明确PRB种植模式下合理的施氮水平和灌水量,2014—2015年连续2年采用二因素裂区设计,以3种灌溉定额(1200、2400和3600 m3 hm–2)为主区,以4种施氮水平(0、90、180和270kg hm–2)为副区,研究水氮耦合对小麦不同生育期的根长密度及最终产量的影响。随灌水量和施氮量的增加,根长密度呈现先增后降的变化趋势,且灌水量的效应大于施氮水平的效应;开花、灌浆和成熟期的根长密度与籽粒产量呈正相关。回归分析显示,根长密度最大值的水氮耦合条件是灌水量约2850 m3 hm–2、施氮量196~207 kg hm–2。中等灌水量(2400 m3 hm–2)条件下,小麦主要生育期根长密度显著增加,提高了根长密度在40~80 cm土层的分配比例,增加了水分利用效率和氮肥农学利用效率。综合评价小麦籽粒产量、水分利用率和氮肥农学利用效率,中等灌水量与中氮水平(180 kg hm–2)是所有处理中的最佳水氮耦合模式,可用于河西灌区春小麦PRB栽培模式。当加大灌水至3600m3 hm–2时,产量没有显著增加,水分利用效率和氮肥农学利用效率显著下降,其原因可能是高灌水量使小麦主要生育期的根长密度降低,且根长密度在0~40 cm土层的比例升高,在40~80 cm土层的比例下降。     

基于TOPSIS黄淮海平原井灌区冬小麦调亏灌溉的多目标优化

为探寻黄淮海平原井灌区冬小麦适宜的调亏灌溉控制指标,通过3季（2015-2017年）不同灌水下限与灌水定额（30、60、90、120和180mm）2因素组合试验,研究调亏灌溉对冬小麦产量及作物水分利用效率的影响。灌水下限分别为：轻旱（LD）,冬小麦苗期至返青期、拔节期、抽穗期和灌浆成熟期田间持水量分别为田间持水量（field capacity,FC）的50%、55%、60%和50%;中旱（MD）,冬小麦苗期至返青期、拔节期、抽穗期和灌浆成熟期田间持水量分别为田间持水量的40%、50%、55%和45%。研究结果表明,随灌水定额的增加,产量呈先增加后下降趋势,水分利用效率呈下降趋势。90mm灌水定额下,随灌水下限的增加,冬小麦产量呈增加趋势。基于CRITIC赋权的TOPSIS法构建冬小麦综合效益多目标优化模型获得的结果与产量和作物水分利用效率分析法获得的结论具有一致性,均表明LD60处理最优。综合考虑,为实现本地区冬小麦稳产与水资源高效利用的双重目标,冬小麦适宜采用轻旱胁迫下灌水定额为60mm的调亏灌溉控制指标。本结论可为黄淮海平原井灌区冬小麦的管理提供科学依据。     

不同播种措施对河北冬小麦产量影响研究

针对河北平原冬小麦生产中大面积采用秸秆还田和旋耕后直接播种给冬小麦出苗带来的不利影响,在河北藁城市进行了冬小麦抢墒播种（对照）、播前灌溉、抢墒播种后镇压3种处理对冬小麦生长发育及产量的影响试验。结果表明,播前灌溉和抢墒播种+播后镇压的产量分别比对照高6.9%和6.0%,与对照处理的产量达到显著差异(P<0.01)。因此,小麦抢墒播种加镇压可节省冬小麦底墒水,具有很好的节水增产效果,可以大面积推广。     

春季灌水对晋南晚播冬小麦产量和水分利用的影响

为明确灌水模式对运城盆地晚播冬小麦产量和水分利用的影响,以济麦22为供试材料,以传统播期灌2水为对照（CK）,在晚播增密条件下,设置全生育期不灌水、返青起身期1水、拔节期1水、返青起身期+开花期2水、拔节期+开花期2水共5个灌水处理,分别记为W1、W2、W3、W4和W5。结果表明,与CK相比,W1、W2和W3处理产量降低;干旱年W4和W5处理冬小麦产量显著高于CK,平水年冬小麦产量则以CK最高。晚播增密灌2水条件下,2个试验年度均以W5处理产量最高,W4处理次之,但2个处理产量差异不显著,W4处理冬小麦的成穗数、成穗率、花前营养器官干物质运转量、运转率以及对籽粒的贡献率均高于W5处理。水分利用效率以W2和W3处理最高;W4和W5处理的水分利用效率相当。综合产量、抗寒性和水分利用等方面表现,晋南冬小麦适度晚播增密未浇冬水条件下,返青起身期+开花期2水能够维持产量稳定,同时延缓冬小麦穗分化进程,提高春季抗霜冻能力。     

气候变化下水肥及CO2对冬小麦生长的影响模拟

从机理上研究冬小麦最优水肥管理措施及其对大气CO2浓度变化的适应性,对保障粮食安全、促进农业可持续发展有重要意义。基于DSSATv4.5 模型中的CERES-Wheat 模块,模拟开封市冬小麦2001—2010 年气象条件变化对冬小麦开花期、成熟期的影响;设定42 种水肥组合方式,分析水肥因素对冬小麦产量的影响,同时选取出最优水肥组合方式;在最优水肥组合方式支持下,模拟不同大气CO2浓度水平下冬小麦的生长状况,分析CO2的施肥效应。研究结果表明：冬小麦开花期、成熟期随降水量的增加有所提前;生长期平均温增加能够明显促进冬小麦开花期、成熟期提前;灌溉量、施肥量的增加对冬小麦产量带来先快速增长后趋于稳定的增产效果,但过量施肥或灌溉均会导致不同程度的减产;大气CO2浓度增高对冬小麦有明显的增产效果,同时其各项生产指标也随CO2浓度增高而表现出平稳增长的趋势。可得出结论：冬小麦开花期、成熟期较晚的年份其生长期平均温均在11.0℃以下;控制施肥量300 kg/hm2、灌溉量200 mm左右的水肥组合能够达到理想的冬小麦高产节约种植效果;未来40 年的大气CO2浓度增高会对冬小麦种植带来明显的增产效应。