水氮管理对优质杂交中稻旌优127产量及氮肥利用率的影响

为充分发挥优质稻的产量潜力并实现水氮资源的高效利用,以优质杂交中稻旌优127为材料,在大田环境下研究管水方式(W)、施氮量(N)和施氮方式(D)及其互作对水稻产量、穗粒结构和氮肥利用率的影响。结果表明:管水方式(W)、施氮量(N)、管水方式(D)与施氮方式互作(W×D)、管水方式与施氮量互作(W×N)、施氮量与施氮方式互作(N×D)以及三者互作(W×N×D)间对旌优127产量的影响达极显著水平,施氮方式(D)对产量的影响接近显著水平(P=0.050 5),旌优127产量在不同施氮量下均以浅湿管水且氮肥后移时产量最高。管水方式(W)、施氮量(N)、施氮方式(D)及其互作对水稻穗粒结构有不同程度的影响,通径分析表明影响产量的主要因子为单位面积有效穗数,其次是穗粒数。除施氮方式(D)、管水方式与施氮量互作(W×N)外的其他因子及其互作对氮肥农学利用率有显著影响;浅湿管水处理氮肥农学利用率显著低于常规管水处理;在浅湿管水下,氮肥后移时水稻氮肥农学利用效率随着施氮量的增加显著降低,常规施氮时差异较小;在常规管水下则相反。除施氮方式(D)外的其他因子及其互作对氮肥偏生产力有显著影响;浅湿管水处理氮肥偏生产力显著高于常规管水处理;氮肥偏生产力在不同的管水方式下均随施氮量的增加显著降低。浅湿管水,施氮100 kg/hm2,最高苗期适量施用穗肥是试验所在生态区最佳的水氮管理方式。     

水氮配合对冬小麦产量和品质的影响

在盆栽条件下,研究了水氮配合对冬小麦产量和品质的影响。结果表明,干旱胁迫严重地影响了氮肥的作用,只有在水分配合条件下,氮肥的作用才得到了充分发挥。水分和氮素配合不仅有利于提高产量,也有利于提高冬小麦的品质。冬小麦水氮高效的关键期和敏感期在拔节期,这个时期施氮可以增加子粒中游离氨基酸及蛋白质含量,提高其质量。     

不同灌溉措施对黄淮海地区冬小麦水氮利用及产量和品质的影响

通过设置不同灌溉处理来研究灌溉次数和时期对黄淮海地区冬小麦产量、籽粒品质和水氮利用的影响。结果表明:浇足底墒基础上拔节期灌一水不仅可获得较高的产量并提高水氮利用效率,减低硝态氮淋失风险,而且可获得较好的物理品质(硬度指数、容重)和蛋白质品质(粗蛋白、湿面筋和沉淀值)及最优的粉质仪质量指数、拉伸仪参数和降落数值。在此基础上增加冻水、开花水、灌浆水等处理的产量增加不显著,各项品质指标没有明显改善,水分利用效率降低,而且显著增加硝态氮淋失风险;因而黄淮海地区最优的节水灌溉模式是浇足底墒基础上拔节至挑旗期灌溉一水。     

新型氮肥对潮土冬小麦产量及氮肥利用率的影响

通过研究不同施氮量下,新型氮肥与普通氮肥对潮土大田冬小麦产量、产量构成因素、地上部吸氮量、氮肥利用率和土壤全氮含量的影响,用以探明华北潮土区小麦玉米轮作体系下科学合理施氮及适宜氮肥品种。从2016年6月开始在河南省现代农业研究开发基地-轻壤质潮土上设置了3种氮肥(控失尿素、腐植酸尿素和普通尿素)和6个施氮水平(0、100、150、200、250、300 kg·hm~(-2))的长期试验,以不施氮为对照,共16个处理。小麦收获期测产,并统计产量构成因素。结果表明:氮肥类型和施氮量及两者交互作用对小麦产量构成因素、地上部吸氮量和氮肥利用率都有显著影响。3种氮肥,冬小麦产量均随着施氮量的增加而增加。各施氮处理与不施氮相比,分别增产29.0%～66.2%、27.7%～79.7%、13.9%～59.4%。其中,控失尿素的增产效果显著,与腐植酸尿素和普通尿素相比,在施氮量为300 kg·hm~(-2)时,达到最大产量7 970 kg·hm~(-2),比普通尿素和腐植酸尿素分别提高了8.1%和12.7%。3种氮肥和施氮量对小麦产量构成因素也有显著或极显著影响。小麦每公顷穗数随着施氮量增加而增加,并且控失尿素和腐植酸尿素小麦平均每公顷穗数分别比普通尿素提高了12.8%和17.3%。其中,腐植酸尿素处理小麦穗粒数随着施氮量的增加而增加,在施氮量为300 kg·hm~(-2)时,最大穗粒数达到34.6粒·穗~(-1),比普通尿素增加了23.1%。对于3种施氮肥处理,小麦地上部吸氮量均随着施氮量的增加而增加,与小麦产量表现一致的趋势。其中以控失尿素的小麦地上部平均吸氮量最大,为161.3 kg·hm~(-2);其次是腐植酸尿素,为154.7kg·hm~(-2),分别比普通尿素提高了9.6%和5.1%。与普通尿素相比,控失尿素平均氮肥利用率提高了9.6个百分点,施用控失尿素能够提高小麦氮肥利用率、偏生产力和农学效率。其中腐植酸尿素处理,小麦氮肥利用率随施氮量的增加而增加。新型氮肥(控失尿素和腐植酸尿素)通过提高小麦产量构成因素、小麦产量、小麦氮素吸收量,从而提高小麦氮肥利用率。本试验条件下,从提高产量和氮肥利用率方面考虑,控失尿素的增产效果优于腐植酸尿素,在施氮量为300 kg·hm~(-2)时,达到最大产量。     

玉米光能利用率和产量对密度、施氮量及其互作的响应

  【目的】  合理密植和施肥是提高雨养农业区作物产量和肥料利用效率的有效途径。我们研究了半湿润雨养黑土农业区玉米不同种植密度和施氮量及其互作对光能利用率和产量的影响,为进一步挖掘东北玉米产量潜力提供理论依据和数据支撑。  【方法】  于2017—2019年以郑单958 (ZD958)为供试品种进行了田间试验。试验采用裂区设计,种植密度为主区,分别为4.5×104株/hm2 (M4.5)、6.0 ×104株/hm2 (M6.0)、7.5 ×104株/hm2 (M7.5)和9.0 ×104株/hm2 (M9.0),施氮量为裂区,分别为N 120 kg/hm2 (N120)、180 kg/hm2 (N180)和240 kg/hm2 (N240),各处理均设3次重复。分析了玉米光能利用率(LUE),玉米地上部干物质累积量、籽粒产量、净光合速率(P_n)和叶面积指数(LAI)等指标。  【结果】  年度间玉米产量、干物质量、LAI、净光合速率(P_n)和光能利用率(LUE)差异均达显著水平。2017、2018、2019年玉米的光能利用率(LUE)平均分别为1.58%、1.99%和2.20%。种植密度对玉米产量、干物质量、LAI、光合速率(P_n)和LUE的影响均显著(P<0.05),在密度M7.5处理下,LUE和平均产量最高(2.07%和12219 kg/hm2),在光合辐射较低年份(如2019年)可通过适当增加种植密度来提高玉米的光能利用率(LUE)和产量。施氮量对玉米干物质量和LAI有显著影响(P<0.05),LUE在N180处理下最高,平均为2.0%。密度与施氮量互作对玉米产量、干物质量、LAI、光合速率(P_n)无显著影响,但对LUE影响显著,以M7.5+N240处理LUE平均值最高(2.16%),且密度对光能利用率(LUE)的影响(9.93%)大于施氮量的影响(6.01%)。  【结论】  在半湿润雨养黑土农业区,密度、密度与施氮量交互作用均显著影响玉米的光能利用率,密度的影响大于施氮量。适当增密(7.5×104株/hm2)和合理施氮量(N 180～240 kg/hm2)是实现玉米高产的重要措施。     

限水灌溉下施氮量对冬小麦产量、氮素利用及氮平衡的影响

2008~2009年通过大田试验,研究了限水灌溉条件下,不同施氮量对冬小麦产量、氮素利用、土壤硝态氮动态变化及氮素平衡的影响。结果表明,施用氮肥显著增加小麦穗数和穗粒数,对千粒重无显著影响。作物产量、吸氮量与施氮量均呈抛物线关系,施氮量超过N240 kg/hm2,产量和吸氮量随施氮量增加略有降低。小麦起身期后,0—100 cm土层都有硝态氮分布,且随土层深度增加而减少;相同土层则随施氮量的增加而增加。土壤硝态氮积累量随生育期推进而降低,N0和N120处理分别在拔节期和开花期后表现出氮素亏缺;成熟期,土壤表观盈余以残留为主,表观损失量占小部分。氮肥表观利用率、农学利用率随施氮量增加呈降低趋势,而氮素残留率随施氮量增加呈增加趋势。在本试验条件下,施氮量在N 180~220 kg/hm2水平可以达到产量、氮素表观利用率、氮素残留率的较好结合,是限水灌溉下兼顾经济效益与环境效益的适宜施氮量。     

秸秆还田与施氮对冬小麦生长发育及水肥利用率的影响

田间试验研究了小麦-玉米一年两熟耕作区玉米秸秆还田与氮肥配施和化肥单施对冬小麦生长发育、籽粒产量及氮肥表观利用率和水分利用效率的影响。结果表明, 施氮量相同时, 秸秆与氮肥配施越冬前和拔节期冬小麦总茎数和单株分蘖数低于化肥单施, 施氮量在75~225 kg·hm^-2 时, 植株干重高于化肥单施; 孕穗期到成熟期植株干重、成穗率和产量构成因素秸秆与氮肥配施处理高于化肥单施处理, 籽粒产量增加58.9~339.6kg·hm^-2, 水分生产率提高0.026~0.083 kg·m^-3。施氮量在75 kg·hm^-2 时, 秸秆与氮肥配施的氮肥表观利用率低于化肥单施; 在150~300 kg·hm^-2 时高于化肥单施。因此, 针对目前黄淮海麦区小麦-玉米一年两熟种植制度下, 秸秆还田前期生物争氮、后期供肥能力增强的特点, 秸秆连续还田后配施纯氮225 kg·hm^-2, 可有效提高灌水和氮肥利用率, 实现冬小麦高产高效栽培。     

散射辐射比例与冬小麦光能利用率和总初级生产力的关系

利用冬小麦拔节乳熟期（2004-04-01—05-20和2005-04-10—05-31）在田间观测的每30min涡度相关和小气候数据,计算散射辐射比例（DF）与光能利用率（LUE）和总初级生产力（GPP）之间的数量关系,以期为提高LUE模型和作物模型的模拟准确度提供依据。结果表明：冬小麦拔节-乳熟期DF与LUE间呈极显著的线性正相关关系（P＜0.001）,DF与GPP间为极显著的抛物线关系（P＜0.001）,即随着DF的增加,LUE呈线性增长,而GPP呈先增加后降低的变化趋势。2004年和2005年观测实验表明,中等太阳辐射条件下,即DF和光合有效辐射（PAR）的均值分别为0.57和27.7molm?2d?1时,冬小麦GPP达到最高。2004年与2005年相比较,DF与LUE、DF与GPP关系均存在较大差异,这主要归因于两年间冬小麦拔节?乳熟期PAR水平和DF分布频率的差异。     

施氮模式对冬小麦/夏玉米产量及氮素利用的影响

采用大田试验,在小麦季N 250kg /hm2和玉米季N 200kg /hm2氮肥供应条件下,连续2年度（2007～2009）观测了不同施氮模式对冬小麦/夏玉米产量及氮素利用的影响。结果表明,与对照相比,常规施肥、有机无机复合肥、控释复合肥、控失复合肥以及改变氮肥基追配比处理均显著提高冬小麦/夏玉米子粒产量和干物质积累量,小麦季各处理产量大小依次为:控释复合肥控失复合肥有机无机复合肥改变氮肥基追配比常规施肥,提高幅度在107.5%～147.4%;玉米季各处理产量大小依次为:控释复合肥控失复合肥有机无机复合肥常规施肥改变氮肥基追配比,提高幅度在28.5%～56.1%。与常规施肥处理比较,控释复合肥、控失复合肥和有机无机复合肥处理冬小麦氮肥偏生产力和氮肥农学效率提高2.2～5.1 kg/kg,夏玉米提高3.6～7.6 kg/kg;但改变基追配比处理在小麦季高于常规处理,在玉米季则低于当地常规施肥处理。从产量和氮肥利用率方面综合分析,有机无机复合肥、控释复合肥、控失复合肥均可作为适宜研究区域推广的肥料品种,而改变基追配比处理相对较适宜冬小麦季。     

水氮调控对冬小麦根冠比和水分利用效率的影响研究

通过田间和桶栽试验研究了水、氮调控对冬小麦根冠比和水分利用效率的影响。田间试验结果显示,土壤水分条件对冬小麦根冠生长影响显著。当冬小麦生育期60 cm土层土壤水分维持在田间持水量的60%以上时,根冠比维持稳定状态,不随灌溉次数的增加而变化;当冬小T麦生育期60 cm土层土壤水分低于田间持水量的60%时,土壤越干旱,根冠比越大。桶栽试验结果显示,氮素水平对冬小麦根冠比影响显著,而水氮互作效应对根冠比影响不显著。在所有水分处理条件下,随着施氮量增加,冬小麦根量减少。施氮对冬小麦地上部分和地下部分的影响不同。在水分亏缺条件下,随着氮用量增加,冬小麦经济产量呈增加趋势,水分利用效率与施氮量存在明显正相关关系;而在充分灌溉条件下,产量随着施氮量的增加表现出先增加后降低的趋势,存在一个氮肥用量阈值。因此,水氮通过调控地上地下干物质分配而影响作物产量和水分利用效率,在水分供应受限制条件下,增施氮肥会降低根冠比,更利于地上干物质的积累和经济产量形成。田间试验和桶栽试验均表明,冬小麦根冠比与水分利用效率呈负相关,根冠比大不利于地上部分干物质的积累和作物产量的形成,导致水分利用效率降低。     

不同灌水对冬小麦农艺性状与水分利用效率的影响研究

试验研究不同灌水对 10个冬小麦品种农艺性状、产量和水分利用效率的影响结果表明 ,不同冬小麦品种对水分亏缺的响应规律基本相同 ,但品种间有一定差异 ,充分灌水处理冬小麦生物量较大且水分利用效率较低 ,而灌 2水 (拔节～抽穗水 )处理效果较佳 ,其中“6 36 5”抗旱性能和产量潜力最佳 ,水分利用效率也较高。     

密度、氮肥互作对小麦产量及氮素利用效率的影响

为了探明小麦产量和氮素利用效率同步提高的最佳施氮量和种植密度,制定合理的栽培措施,实现高产高效提供理论依据,以大穗型品种泰农18（T18）和中穗型品种山农15（S15）为试材,在大田条件下设置4个播种密度（60、75、90和105 kg/hm2）和3个施氮水平（0、180和240 kg/hm2）,研究了氮密互作对小麦子粒产量和氮素利用效率的影响。结果表明,播种密度和施氮量均显著影响冬小麦产量及构成因素,且两者间存在明显的互作效应;两因素中密度是导致产量变化的主导因素。子粒产量提高引起氮肥农学利用效率和氮肥吸收利用率的协同提高。综合考虑产量和氮素利用效率等因素,在本试验条件下,泰农18的适宜播量为102 kg/hm2,适宜的施氮量为180 kg/hm2;而山农15的适宜播量为83 kg/hm2,适宜的施氮量为180 kg/hm2。说明在冬小麦高产栽培过程中,可以通过调节施氮量和播种密度,充分利用氮密互作效应,在提高氮素利用率的同时,获得较高的子粒产量。     

不同氮效率基因型冬小麦生理特征的比较研究

采用田间小区试验,通过对两个不同氮效率基因型冬小麦小偃22(XY22)和小偃6号(XY6)产量和构成因素,氮素吸收利用效率以及关键生育期的硝酸还原酶、叶水势、叶绿素含量等生理指标测定,探讨了其对氮素利用的差异及其机理。结果表明,不施氮处理,子粒产量、硝酸还原酶活性、叶水势、叶绿素含量明显降低,而施氮后明显提高;氮素吸收利用效率、叶水势、叶绿素含量在施N150 kg/hm2时保持在较高水平。两个基因型中,小偃22比小偃6号的生理代谢更加旺盛,施氮加强了这种作用,这可为进一步选育氮高效利用型小麦品种提供科学依据。     

冬水前移对冬小麦生长及水分利用效率的影响

玉米秸秆粉碎还田+旋耕播种是晋西南小麦玉米一年两熟区小麦季的主要栽培模式,冬前灌水可塌实土壤、加快秸秆腐熟、确保小麦安全越冬。为探明合理运筹越冬水对培育冬前壮苗、增加小麦产量、提高籽粒水分利用率的影响,在山西省临汾市尧都区,设置4个冬小麦冬前灌水时间处理,分别为11月10日、11月25日、12月10日和12月25日,以冬小麦传统灌冬水时间(12月10日)为对照(CK),研究冬前灌水时间对冬小麦冬前群体茎数、根系、旗叶光合性能和土壤容重、酶活性影响。结果表明:与不灌冬水的处理相比,冬前灌水可塌实耕层土壤、调节土壤容重,利于小麦根系与土壤紧密接触,增强土壤酶活性、提高土壤肥力,促进冬小麦分蘖和次生根的发生。与传统冬前灌水时间(12月10日)相比,冬水前移对小麦生长有补偿作用,使冬前总茎数、单株茎数、次生根数、根干重增加,延长了旗叶的功能期,提高了叶绿素含量和光合速率,促进光合产物的合成转化,使成穗数增加1.66%~5.37%,千粒重增加0.55%~3.03%。玉米秸秆粉碎还田+旋耕播种条件下,小麦冬前灌水时间由传统昼消夜冻(12月10日)前移一个节气,即11月25日左右,主茎叶龄3叶到3叶1心的分蘖初期,可使小麦增产8.40%,水分利用效率提高5.76%,达22.05 kg·mm~(-1)·hm~(-2)。     

不同畦长灌溉对冬小麦产量及水分利用特性的影响

为探讨畦长对冬小麦耗水及产量和水分利用特性的影响,本试验以冬小麦品种‘科农2011’为试验材料,在2014—2015年中国科学院栾城农业生态系统试验站小麦生长季,畦宽为5 m条件下,设置4 m、5 m、10 m(农民习惯畦长)、50 m、100 m共5个畦田长度,各处理均在拔节期和灌浆期用塑料软管从机井口引水到畦首灌水,塑料软管出水口安装水表计量灌水量,用秒表计量灌溉用时,研究不同畦长处理对冬小麦耗水特性、灌溉定额及灌溉用时、畦田内不同部位土壤含水量差异、籽粒产量以及产量和灌溉水利用效率的影响。结果表明:随着畦长增加,灌水量和总耗水量逐渐增加,灌水量占总耗水量的比例逐渐增加;籽粒产量虽逐渐增加,但未达到显著水平。土壤储水消耗量、产量水分利用效率和灌溉水利用效率随着畦长增加逐渐降低。与农民习惯的畦长10 m相比,4 m畦长处理的灌水量减少34.50%,多消耗深层土壤贮水58.92 mm,总耗水量降低1.61%,产量水分利用效率提高1.15%,灌溉水利用效率提高51.96%,次灌溉用时减少42.75%。100 m畦长处理在产量没有显著提高的基础上,总耗水量增加9.58%,灌溉水增加38.08%,产量水分利用效率降低9.88%,灌溉水利用效率降低26.20%,次灌溉用时增加65.61%。综合考虑籽粒产量、灌水量和水分利用效率,4 m畦长是本试验条件下兼顾高产与节水的最优畦长处理。     

大气湿度与氮肥水平对冬小麦形态建成及水分利用效率的影响

通过大型智能人工气候箱中的盆栽试验, 研究了35%RH、85%RH 两个大气湿度与0、150 mg·kg^-1、300 mg·kg^-1 3 个氮肥水平对冬小麦株高、分蘖数、叶面积、干物质积累以及水分利用效率的影响。结果表明: 高大气湿度能够增加冬小麦株高和叶面积, 但对冬小麦分蘖在不施氮和中施氮时表现出负效应; 大气湿度对冬小麦干物质量的影响取决于氮肥施用水平, 中施氮时, 高大气湿度可显著提高冬小麦生物量并降低其根冠比; 高大气湿度可显著降低冬小麦水分消耗量, 中、高施氮水平下提高水分利用效率, 且施氮肥处理显著高于不施氮肥处理。     

种植行距对冬小麦田土壤蒸发与水分利用的影响

农田土壤蒸发不参与作物的生理和生产过程,属非生产性无效耗水。本研究采用Micro-lysimeters(MLS)对不同种植行距的麦田土壤蒸发测定结果表明,土壤蒸发随种植行距的增加而增大,窄行距种植的小麦冠层盖度较大,有利于抑制土壤蒸发。整个生育期7.5cm、15.0cm和30.0cm行距土壤蒸发分别为89.1mm、104.2mm和121.9mm,以15cm为对照,7.5cm行距麦田对土壤蒸发的抑制率为14.5%,而30cm行距麦田土壤蒸发增加17.0%。     

高低畦种植模式下水氮耦合对冬小麦产量和水氮利用效率的影响

高低畦种植是在生产实践中摸索出的一套节水增产的冬小麦种植模式,尽管已被山东省列为农业主推技术,但由于建立时间尚短,其背后机理研究仍较薄弱,很大程度上制约了该模式的完善与推广应用。为探索高低畦冬小麦最佳的水氮管理制度,于2020-2022年开展田间试验,设置3个灌水定额（W1：120 mm、W2：90 mm、W3：60 mm）和3个施氮水平（N1：300 kg/hm2、N2：240 kg/hm2、N3：180 kg/hm2）,以水氮充足的平作种植为对照（CK,灌水定额120 mm,施氮量300 kg/hm2）,测定了不同生育期土壤含水率、成熟期地上部生物量和产量,并计算了麦田耗水量、水分利用效率、氮肥偏生产力和净利润等指标。结果表明：1）与平作种植相比,高低畦种植的麦田耗水量无明显差异,但冬小麦产量、水分利用效率、氮肥偏生产力和净利润分别提高14.8%～17.6%、15.9%～16.9%、14.8%～17.6%和58.9%～112.6%,说明高低畦种植模式具有增产与节水有机统一的良好潜力。2）灌水水平和施氮水平均对高低畦种植麦田耗水量产生极显著影响（P<0.01）;高低畦种植模式的产量、地上部生物量、水分利用效率、氮肥偏生产力和净利润的水氮耦合效应明显;W2N2与W1N1产量差异不显著（P>0.05）,而水分利用效率和氮肥偏生产力也显著增加（P<0.05）;说明适量节水减氮不会显著降低产量,且可获得较高的水分利用效率和氮肥偏生产力。二元二次回归分析得出,当耗水量为536.3～559.4 mm（灌水定额为99.2～115.4 mm）,施氮量246.5～299.4 kg/hm2时,可以使高低畦种植模式冬小麦产量、水分利用效率和净利润的综合效益最大化。研究为冬小麦高低畦种植模式下水氮优化管理策略的构建提供理论依据和技术支撑。