半干旱区保护性耕作对旱作春小麦光合特性和产量形成的影响

为探究黄土高原半干旱区保护性耕作提高春小麦产量的光合生理机制，依托黄土高原半干旱区2001年建立的不同耕作措施长期定位试验，于2019年研究了传统耕作(T)、传统耕作秸秆翻入(TS)、免耕秸秆不覆盖(NT)、免耕秸秆覆盖(NTS)四种耕作措施对春小麦叶片光合相关性状、干物质积累和产量的影响。结果表明，小麦叶片叶绿素含量和叶面积指数在抽穗期达到峰值，保护性耕作延缓了花后叶片衰老，其中NTS处理的叶片叶绿素含量和叶面积指数在乳熟期均显著高于其他处理；耕作措施对开花期小麦旗叶RuBP羧化酶活性没有影响，但在灌浆期免耕和秸秆还田均提高了RuBP羧化酶活性，其中NTS处理的RuBP羧化酶活性是T处理的1.95倍；秸秆覆盖对小麦旗叶光合速率、蒸腾速率、气孔导度影响显著，NTS处理可有效改善春小麦开花期和灌浆期的光合性能，其中NTS处理的开花期旗叶光合速率、蒸腾速率、气孔导度比T处理分别提高了19.2%、30.7%、23.0%；免耕处理(NT和NTS)下花后干物质积累对籽粒贡献率较耕作处理(T和TS)提高了41.7%，秸秆还田处理(TS和NTS)花后籽粒干物质积累量及花后干物质积累对籽粒产量贡献率较不还田处理(T和NT)分别提高了71.2%和35.7%；NTS处理有效促进了小麦花后干物质积累和转运，显著增加了穗数和千粒重，使产量较T处理提高了18.7%。因此，在黄土高原半干旱区应用免耕秸秆覆盖的保护性耕作措施可促进春小麦旗叶花后光合作用、干物质积累及其向籽粒分配，延缓灌浆后期叶片衰老和叶绿素降解，协调和优化光合性能、光合时间、光合面积之间的关系，从而提高产量。     

培肥方式对陇中旱农区玉米光合特性和产量的影响

依托2012年设在陇中旱农区的田间定位试验,设置单施化肥(CF)、有机肥+化肥(SC)、单施有机肥(SM)、单施玉米秸秆(MS)和不施肥对照(NA)5个处理,研究培肥方式对全膜双垄沟播玉米叶绿素含量(SPAD)、光合特性、叶面积指数、干物质积累和产量的影响。结果表明,单施化肥和有机肥化肥配施显著增强了玉米光合作用,4种培肥方式均增加了玉米叶片叶绿素含量和叶面积指数,CF、SC、SM和MS处理较NA分别增加了74.6%和80.0%、64.5%和74.0%、18.9%和28.9%、12.9%和25.8%。在各生育时期,CF和SC处理干物质积累量显著高于NA处理。CF和SC处理显著提高了玉米产量,子粒产量较NA分别增加了148.7%和119.1%,生物产量较NA分别增加了118.4%和105.0%。在陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植玉米,化肥单施和有机肥配施化肥均可通过增加叶片叶绿素含量和叶面积指数改善光合作用,从而提高玉米产量。要维持玉米产量的可持续提高,有机肥化肥配施更加适宜。     

种植密度与施氮量对陇中旱农区玉米产量及光合特性的影响

在陇中旱农区,依托2012年布设的田间定位试验研究了种植密度与施氮量对全膜双垄沟播玉米光合特性、产量及产量构成要素的影响。采用裂区设计,主处理为种植密度:4.5(D₁)、5.25(D₂)、6(D₃)、6.75万株·hm^-2(D₄);副处理为施氮水平:施纯氮200(N₂)和300 kg·hm^-2 (N₃)。结果表明:1)随着玉米种植密度和施氮量的增加,玉米的叶面积指数增加,但叶片的叶绿素含量减小;2)施氮量对玉米的光合作用影响不显著,但玉米光合作用随种植密度增加而减弱;3)D₂N₂处理下的玉米产量最高,D₂的籽粒产量和生物产量较D₁分别增加了15.2%和14.5%,N₂的籽粒产量和生物产量较N₃增加了10.9%和4.8%。4)玉米籽粒产量与穗数、穗粒数显著正相关,与百粒重无显著相关关系。因此,在陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植玉米,密度为5.25万株·hm^-2,施纯氮200 kg·hm^-2左右时,叶片光合作用关系协调,有利于穗数和穗粒数的增加,从而提高玉米籽粒产量。     

氮肥用量及有机无机肥配比对陇中旱农区玉米光合特性及产量的影响

  【目的】  甘肃省气候干旱，土壤肥力不高，玉米生产对化肥氮素的依赖性高。研究该地区适宜的氮肥投入量及有机无机肥比例，为该地区玉米生产可持续高产提供理论和技术依据。  【方法】  2016—2018年，在甘肃省定西市安定区李家堡镇的甘肃农业大学旱作农业综合实验站，以玉米品种先玉335为试材，进行了3年田间试验。共设9个氮素投入量和有机无机肥配比处理，T1处理为不施氮肥；T2～T6处理的施氮量均为200 kg/hm2，其中商品有机肥氮的替代比例依次为50.0%、37.5%、25.0%、12.5%、0%；T7处理的施氮量和商品有机肥氮替代比例分别为N 225 kg/hm2和22.2%，T8处理分别为N 250 kg/hm2和40.0%，T9处理分别为N 275 kg/hm2和54.5%。于拔节期、开花期和灌浆期测定玉米光合指标和干物质积累量，收获后测定产量及产量构成。  【结果】  相同施氮量下提高有机氮比例，玉米叶绿素含量和叶面积指数没有同步增加，光合效率没有明显增加。提高氮肥总施用量可显著提高叶面积指数和光合效率，增加玉米干物质积累量。相同施氮量下，有机无机肥配施处理 (T2～T5) 在开花期光合效率低于单施化肥处理 (T6)，但灌浆期干物质积累量与单施化肥处理 (T6) 差异不显著；成熟期有机氮替代比例为12.5%的T5处理干物质积累量较50.0%有机氮替代比例 (T2) 显著增加48.5%。相同施氮量下，增加有机氮比例提高了成熟期干物质向籽粒的分配率，以40.0%有机氮替代比例 (T8) 和50.0%有机氮替代比例 (T2) 的处理籽粒干物质分配率相对较高，其值分别为56.9%、56.0%，但40.0%有机氮替代比例 (T8) 的玉米产量低于单施化肥 (T6) 。在丰水年，增加施氮量 (T7、T8和T9处理) 不能显著增加玉米生物产量和籽粒产量，在等氮量 (200 kg/hm2) 投入条件下，增加有机肥比例降低了生物产量，但没有显著降低籽粒产量；在干旱年份，有机氮替代比例为37.5% (T3) 和50.0% (T2) 的处理玉米籽粒产量较单施化肥处理 (T6) 分别增加了16.9%和14.5%，提高了氮肥偏生产力和氮肥农学利用效率。  【结论】  陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植玉米，投入总氮200 kg/hm2较为适宜，增加有机氮施用比例至50%左右，可以保持现有产量不降低，且增加玉米对氮素的总吸收量，有利于减少氮素在土壤中的残留，能够协调玉米全生育期内的土壤氮素供给，优化叶面积、叶绿素和光合作用在玉米产量形成中的关系，促进光合产物和氮素向籽粒转运，进而提高玉米氮素利用效率和籽粒产量。