小麦||蚕豆间作提高间作产量的优势及其氮肥响应

为探明小麦||蚕豆间作体系种间互补和竞争与产量优势的关系及其氮肥响应,为豆科禾本科间作最佳氮素管理提供指导,本研究通过为期2年（2015—2017年）的田间定位试验,在不施氮（N0）、低氮（N1,90 kg·hm^-2）、常规施氮（N2,180 kg·hm^-2）和高氮（N3,270 kg·hm^-2）4个施氮水平下,研究小麦||蚕豆间作的产量优势及其相关种间关系。结果表明,与单作相比,两年的间作小麦产量平均显著增加23.50%,单、间作蚕豆的产量均维持在4 000 kg·hm^-2左右,土地当量比均表现为N0 > N1 > N2 > N3 > 1的趋势,系统生产力平均达5 023 kg·hm^-2。与单作相比,间作小麦和蚕豆的花后干物质累积比例、干物质转移率和贡献率均不同程度增加,增幅随着施氮量增加而降低。不同施氮水平下,小麦的种间相对关系指数均表现出明显的互利效应,相对种间竞争强度在低氮水平为种内竞争,常规氮和高氮水平为种间竞争;蚕豆的种间相对关系指数则表现出竞争效应,相对种间竞争强度表现为种内竞争。较蚕豆而言,小麦的相对种间竞争力表现出不同程度的竞争优势,在种间竞争力为0.629 2时可获得最大的间作体系混合干物质量16 093 kg·hm^-2。综上,小麦||蚕豆间作降低了低氮水平下的种间竞争强度,扩大了小麦的互利效应和竞争优势,增加了间作作物的花后干物质累积比例以及干物质贡献率,表现出明显的间作产量优势。     

不同隔根方式下间作小麦玉米的竞争力及产量响应

通过田间试验研究了尼龙网隔根和塑料薄膜隔根对小麦间作玉米竞争优势的影响,并对间作作物竞争力与复合群体产量间的关系进行了量化分析。结果表明:小麦玉米间作群体中,小麦相对于玉米的竞争力呈先增后降趋势;隔根可降低小麦相对于玉米的竞争优势,未隔根间作处理比塑料膜隔根和尼龙网隔根间作处理的小麦竞争优势分别提高20.5%和4.9%。不隔根、塑料膜隔根和尼龙网隔根小麦间作玉米的土地当量比分别是1.46、1.20和1.39,间作群体的产量与小麦相对于玉米的竞争力呈二次曲线相关关系。适度提高小麦的竞争优势、特别是小麦开花期的竞争优势有利于间作群体整体产量的提高。     

不同供水水平下间甲酚和间作对小麦、蚕豆耗水特性及产量的影响

通过盆栽试验,研究了3个供水水平(田间持水量的45%、60%和75%)和间甲酚对小麦间作蚕豆耗水量及产量的影响。结果表明:间作总耗水量较相应单作总耗水量的加权平均低12.87%～31.56%,间甲酚对不同作物全生育期总耗水量的作用不显著,但供水和种植模式与作物总耗水量间的相关性极显著。间甲酚对小麦、蚕豆的产量均具有负效应,提高供水量可弱化间甲酚对小麦产量的负效应,但不同供水水平下间甲酚对蚕豆经济产量的化感作用差异不显著。间作生物产量和经济产量较相应单作的加权平均分别高15.3%～37.41%和5.98%～31.27%,间作同时具有弱化间甲酚对蚕豆化感负效应的作用。     

小麦蚕豆间作及氮肥调控对蚕豆赤斑病和锈病复合危害及产量损失的影响

【目的】研究不同施氮水平下蚕豆单作、小麦与蚕豆间作种植模式下蚕豆赤斑病和锈病复合危害及蚕豆产量损失的差异,量化赤斑病和锈病复合危害导致的产量损失,定量评估间作控病对产量优势的贡献。【方法】于2016年进行了田间试验,设置蚕豆单作和蚕豆小麦间作2种种植模式,防治病害和不防治病害2种处理,4个施氮水平(N 0、45、90、135 kg/hm^2,依次记为N0、N1、N2、N3)。调查蚕豆赤斑病和锈病复合危害程度的差异,测定蚕豆的百粒重和产量。【结果】施氮(N1、N2、N3)使单作蚕豆赤斑病和锈病病情进展曲线下面积(AUDPC)平均增加33.9%和39.6%,使间作蚕豆平均增加27.1%和69.3%,均以N3水平增加最高。所有施氮水平下,与单作相比,间作显著降低赤斑病AUDPC 49.1%~53.6%,降低锈病AUDPC 39.6%~56.8%。施氮(N1、N2、N3)加剧蚕豆赤斑病和锈病的危害,单作蚕豆百粒重损失28.1~32.4 g,间作损失16.3~16.8 g,单作籽粒产量损失1441~1770 kg/hm^2,间作籽粒产量损失815~1263 kg/hm^2,间作比单作平均减少百粒重46.8%和籽粒产量36.9%,减少效果表现为N3> N2> N1> N0。蚕豆病害复合危害与籽粒产量的回归分析表明,赤斑病和锈病的AUDPC每增加一个单位可导致1.7 kg/hm^2的蚕豆籽粒产量损失,赤斑病对蚕豆产量损失的影响大于锈病。【结论】施氮加重赤斑病和锈病的复合危害,加剧蚕豆产量损失。小麦与蚕豆间作能显著减轻赤斑病和锈病的复合危害程度,减少产量损失。合理施用氮肥能够充分发挥间作的控病增产效果,有利于间作的产量优势最大化。本试验条件下,兼顾间作的控制病害增产效果和间作产量优势其他效应,推荐蚕豆的适宜施氮量为45 kg/hm^2。     

不同施氮水平下小麦蚕豆间作对作物产量和蚕豆根际镰刀菌的影响

通过田间试验,研究了小麦蚕豆间作和蚕豆单作两种种植方式下,三种施氮水平(N0为0 kg hm-2,N为225 kg hm-2,N3/2为337.5 kg hm-2)对蚕豆产量和蚕豆枯萎病根际病原菌的影响,并初步探讨了间作蚕豆枯萎病根际病原菌与根际微生物区系间的关系。探讨合理的施肥及间作,使土壤微生物有利于作物的生长发育及病虫害控制。结果表明:小麦蚕豆间作显著提高了蚕豆生物量和籽粒产量,籽粒产量提高依次为:N(23.9%)>N3/(25.53%)>N(05.04%)。蚕豆根际真菌数量为间作显著高于单作,N(常规施氮水平)效果最优。间作显著抑制了镰刀菌数量,常规施氮水平镰刀菌数量最低,分别为43.0%,70.87%,76.80%。土壤中镰刀菌占真菌数量的百分比为单作明显高于间作,而且间作随着生育期变化,镰刀菌与真菌的比值逐渐降低,单作则逐渐增加。     

小麦蚕豆间作施氮对小麦氮素吸收、累积的影响

田间试验研究了小麦蚕豆间作及4种施氮水平(0、90 kg·hm^-2、180 kg·hm^-2和270 kg·hm^-2)对小麦植株体内氮含量、小麦地上部氮素累积及氮素养分吸收速率的影响。结果表明: 间作显著增加了小麦地上部植株的氮含量, 与单作相比, 分蘖期、拔节期、抽穗期和成熟期不同施氮处理间作小麦植株的氮含量平均比单作提高20.0%、21.9%、21.4%和17.1%; 抽穗期和成熟期间作小麦叶、茎和穗中的氮含量均高于单作; 间作显著提高了小麦植株的氮素累积量和氮素吸收速率, 与单作相比整个生育期间作小麦氮素累积量增幅为15.5%~30.4%。无论单作还是间作, 小麦植株氮含量和氮素累积量随氮肥用量的增加而增加, 施氮对单作小麦植株氮含量、氮素累积量和氮素吸收速率的影响大于间作, 随着氮肥用量的增加, 间作优势逐渐减弱; 单作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加而增加, 间作小麦植株的氮素吸收速率随氮肥用量的增加呈先增后降的趋势。本研究表明, 间作和施氮促进了小麦对氮素的吸收利用, 间作优势与施氮水平密切相关, 间作体系中氮素养分的合理投入是发挥间作优势的关键。     

不同氮磷水平下小麦-蚕豆间作对产量稳定性的影响

研究不同氮或磷水平下小麦-蚕豆间作对产量稳定性的影响,为小麦-蚕豆间作系统的高产稳产及合理施肥提供理论依据。通过5年(2015～2019年)的田间定位试验,设4个氮水平(N0-0 kg·hm-2、N1-90 kg·hm-2、N2-180 kg·hm-2和N3-270 kg·hm-2)、3个磷水平(P0-0 kg·hm-2,P1-45 kg·hm-2和P2-90 kg·hm-2)和3种种植模式(小麦单作、蚕豆单作和小麦-蚕豆间作),分析小麦-蚕豆间作系统的产量稳定性。结果表明:与单作相比,4个氮水平下5年间作小麦平均籽粒产量分别增加32.9%、26.1%、21.9%、14.7%,3个磷水平下5年间作小麦平均籽粒产量分别增加16.7%、20.5%、21.9%。不同氮或磷水平下,小麦-蚕豆间作具有产量优势,平均土地当量比分别为1.12和1.10。间作提高了小麦产量的稳定性,降低了蚕豆产量的稳定性,且适当施氮或磷肥可以提高小麦-蚕豆间作系统的产量稳定性。间作提高了小麦的土壤地力贡献率,增加了小麦的磷肥贡献率,但降低了其氮肥贡献率。低氮(N1)或低磷(P1)条件下,小麦-蚕豆间作可以维持产量的稳定性。在本试验条件下,小麦-蚕豆间作具有减施氮磷肥、维持作物产量及其稳定性的潜力。     

间作蚕豆根系活力和形态对丁香酚及供水水平的响应

针对干旱和种间作用下,外源化感物质对作物根系作用机制研究薄弱问题,本文以小麦间作蚕豆为参试对象,在不同土壤含水量水平下(田间持水量的75%,60%,45%),研究了小麦根系分泌物丁香酚(2-甲氧基-3-烯丙基苯酚)对单作和间作蚕豆根系形态和活力的影响,以期为通过化感作用途径调控间作群体探索新的思路。结果表明:土壤中浓度为300×10-6mol·kg-1的丁香酚对单作和间作蚕豆根系活力和根体积、根干重和根长等形态特征均具有抑制作用,表现为化感负效应;随供水水平的提高丁香酚对蚕豆根系的化感效应呈减弱趋势,不同供水水平下化感效应绝对值表现为在土壤含水量为田间持水量的45%时最大,60%居中,75%最小。蚕豆根系活力的化感效应值在75%和60%供水水平下,均与45%供水水平之间存在显著差异,单作和间作蚕豆化感效应值在75%供水水平处理下,较45%供水处理分别降低64.0%和56.8%;而种植模式、丁香酚和供水水平对蚕豆根系活力、根体积、根长和根干重的互作效应不显著。因此,生产实践中,可通过优化水分管理达到弱化化感物质对间套作作物间根系的负效应,从而达到克服间套作群体中因某一种作物化感物质累积而造成的毒害作用。     

间甲酚对盆栽小麦间作蚕豆生产力及根重的影响

盆栽试验研究浓度为0(A0)、150×10-6mol/kg(A1)、300×10-6mol/kg(A2)和450×10-6mol/kg(A3)的间甲酚对小麦间作蚕豆、单作小麦和蚕豆生产力及根冠比的影响,结果表明:A0～A34个浓度下,成熟期间作小麦产量相对于单作分别提高59.26%、25.16%-、44.33%、-74.15%,间作蚕豆产量相对于单作分别提高-8.79%、5.52%、13.40%、160.38%。间作群体中两种作物对化感物质适应的补偿作用形成了间作稳产的重要基础。低浓度间甲酚对间作经济产量和收获指数的化感正效应大于单作,但高浓度时在间作中产生的负效应较小;A1和A3浓度间甲酚作用下,小麦间作蚕豆根冠比小于单作,间作具有较高的将光合产物转化为地上组织的特点。     

化感物质对小麦幼苗吸收氮的影响

实验研究了3种不同浓度化感物质阿魏酸(FA)、苯甲醛(BH)、4-对叔丁基苯甲酸(4-BA)对小麦幼苗吸收NO₃-N和NH₄-N的影响 结果表明,小麦幼苗对NO₃-N和NH₄-N吸收随化感物质浓度增大而逐渐降低。15d时在高浓度(0．5g／L)化感物质下小麦幼苗对NO₃-N吸收,FA、BH、4-BA处理分别为对照的58%、5O%、53％;对NH₄-N的吸收分别为对照的42%、19%、33%。对NH₄-N 吸收的抑制作用太于对NO₃-N吸收的抑制。化感物质对小麦幼苗吸收氮(N)的影响主要表现在小麦幼苗生长的前15d,30d时各浓度化感作用强度均大为减弱。     

交替灌溉对小麦/蚕豆间作系统作物生理生态特性的影响

为探明交替灌溉对小麦/蚕豆间作系统作物生理状况和生长发育的影响,揭示交替灌溉的节水机理,以小麦、蚕豆为材料,采用根箱试验,设置交替灌溉(A)、传统灌溉(T)2种灌溉方式和单作小麦(SW)、单作蚕豆(SF)、小麦间作蚕豆(IWF)3种种植模式,于2008年3—11月在甘肃农业大学网室系统研究了交替灌溉对小麦/蚕豆间作作物叶片水分生理和生物量分配的影响。结果表明:1)与传统灌溉相比,交替灌溉条件下间作小麦、间作蚕豆叶片的叶绿素含量增加,叶片相对含水量、叶水势等水分生理指标减小;不同灌溉方式间小麦间作蚕豆生理特性差异不显著。不同种植模式之间,间作显著增加了小麦和蚕豆叶片的叶绿素含量、叶片相对含水量和叶水势。2)交替灌溉小麦间作蚕豆在保持光合速率基本不变的情况下,蒸腾速率、气孔导度降低,与传统灌溉相比,交替灌溉间作小麦蒸腾速率、气孔导度分别降低了10.99%、20.99%,间作蚕豆分别降低6.66%、11.63%。3)与传统灌溉相比,交替灌溉降低了作物的地上部干物质量,增加了根冠比,其中交替灌溉间作小麦和间作蚕豆的根冠比分别较传统灌溉提高14.47%和18.18%。4)间作有利于作物产量的提高,交替灌溉和常规灌溉间作小麦的收获指数分别较相应单作增加8.68%和2.72%,间作蚕豆分别较相应单作处理增加4.78%和5.23%。可见,对小麦间作蚕豆实行交替灌溉,可以调节光合产物在根冠间的分配,优化根冠比,是一种切实可行的灌溉方式。     

泡桐林网系统内小麦产量对光合有效辐射分布的响应

本研究以黄淮海平原地区重要的农林复合经营模式泡桐-小麦林网复合生态系统为对象,通过对2013—2015年系统内光合有效辐射(PAR)的连续定位观测及小麦产量的调查,结合对小麦不同生育期内的PAR与小麦产量、千粒重、粒数的相关性分析,研究了系统内PAR的分布状况及小麦产量对其的响应。结果表明:PAR、透光率均随着与林带距离的增加而增加,且在10 m(约1倍树高)范围内变化显著,10 m之后增加缓慢。在所有生育期、所有测点中,透光率的最小值出现在灌浆成熟期2 m处观测点。单位面积小麦产量与小麦全生育期内的PAR、粒数和小麦扬花期内的PAR、千粒重及小麦灌浆成熟期内的PAR的相关关系均达极显著水平(r=0.918,P=0.000;r=0.926,P=0.000;r=0.922,P=0.000)。扬花期林带对小麦的遮荫直接影响小麦的粒数,灌浆成熟期林带对小麦的遮荫直接影响小麦的千粒重,系统内小麦产量的空间差异性可以通过小麦粒数和千粒重的差异来解释。小麦产量(y)与全生育期内PAR(x)的线性回归方程为:y=0.121 3x+95.117(R2=0.842)。经检验,方程的模拟值和实测值无显著差异(P=0.609),预测精度达91.8%。可以根据此方程,结合PAR观测值对系统内各点的小麦产量进行预测。本研究结果为建立泡桐-小麦林网复合生态系统整体生产力的预测模型奠定了基础,为优化泡桐林网复合生态系统结构提供理论依据。     

不同基因型小麦变水处理的产量效应研究

试验研究不同基因型小麦各时期水分变动对产量的影响结果表明,拔节期水分变动对小麦产量的影响较大,干旱减产效应下普通小麦拔节期干旱处理比充分供水处理减产29.45%,而灌浆期水分亏缺处理仅减产12.70%;与水分胁迫处理相比,普通小麦拔节期复水处理增产42.83%,灌浆期复水增产22.29%,而不同基因型间小麦栽培一粒(A1)拔节期复水仅增产8.76%,栽培二粒(A2)拔节期复水产量下降4.38%。     

野燕麦繁殖和抗逆特性及其对小麦的他感效应研究

作为一种分布广泛的农田恶性杂草,野燕麦具有很强的环境胁迫适应能力,并且在种间竞争中常处于优势地位。本试验对野燕麦种群的繁殖与扩散特性、种子与幼苗抗逆特性及其根系分泌物对小麦的异株克生作用进行了研究,以期为找寻治理野燕麦的有效措施提供参考。结果表明:(1)野燕麦具有很强的种子繁殖与扩散能力,开花结实比小麦早,种子产量大、地下储量多、扩散距离远;(2)野燕麦种子对温度的适应范围较广,在室温与变温条件下均可以正常萌发,而冷冻后置于室温环境是其萌发最佳条件,总发芽率可达93.33%;(3)野燕麦种子对盐胁迫具有一定的适应性,在浓度低于1.8%的NaCl溶液中均可正常萌发;(4)野燕麦幼苗对盐胁迫和干旱胁迫具有较强的适应性,随着NaCl浓度和PEG浓度的升高,野燕麦幼苗叶片的脯氨酸含量显著增加(P0.01),过氧化氢酶活性呈现先增加后下降的趋势;(5)野燕麦根系水浸提液对小麦幼苗株高、干重、根长及根系活力均有极显著影响(P0.01),证明野燕麦根系分泌物对小麦幼苗生长具有异株克生作用。以上结果表明,野燕麦的竞争优势主要体现在强大的繁殖扩散能力、较强的抗逆性以及异株克生效应,相关研究可为大田野燕麦防除提供一定理论参考。     

Management practice to optimize wheat yield and water use in changing climate

ABSTRACT

Field experiments for six seasons (2008–2013) for present time slice (PTS; 2008–2013) and simulation studies for mid-century (MC; 2021–2050) were carried out to assess different planting dates, varieties and irrigation schedules in addressing the impact of climate change on grain yield and water use efficiency (WUE) in bread wheat (Triticum aestivum L.). During field experimentation, WUE (averaged over other treatment) was unaffected by planting date; however, it was 6% higher in late variety (V₁) than early variety (V₂). Simulation study suggested that in MC, increase in maximum and minimum temperatures compared to PTS would reduce wheat yield by 17–27%. In MC, WUE would be reduced by 14.8% due to shortening of crop duration (1–11 days). The reduction in WUE could be ascribed to relatively more reduction in yield (22%) than evapotranspiration (ET) (4%). The WUE in MC3 (2041–2050) was relatively more than MC1 (2021–2030) and MC2 (2031–2040) due to more yield and less ET. Delaying planting date of wheat crop by 15–30 days in this region emerged as the best adaptation measure to tackle climate change impact for sustaining yield and having higher WUE in MC.     

小麦/蚕豆间作体系中的氮节约效应及产量优势

通过田间小区试验,研究了小麦/蚕豆间作条件下作物的产量优势及不同施氮水平和种植方式中土壤硝酸盐累积。研究表明,间作可以提高作物单位面积复合产量,增产幅度在6%3～3%之间,不施氮处理间作小麦产量比单作增加达84%;间作和施氮对蚕豆产量没有显著影响。不同种植方式下土壤剖面中硝酸盐累积量趋势表现为蚕豆单作>小麦、蚕豆间作>小麦单作。不施氮、施氮量为20、406、0.kg/hm2条件下,种蚕豆的土壤硝酸盐累积量分别比种小麦的土壤增加了25.4、63.5、50.9、93.4.kg/hm2,间作降低了土壤中硝酸盐累积。小麦、蚕豆间作体系中的产量优势主要是种间氮营养生态位发生了分化,蚕豆通过固定空气氮而减少对土壤有效氮的吸收,把土壤中的有效氮节约供给与之相伴的作物小麦利用。     

Yield and yield formation of field winter wheat in response to supplemental solar ultraviolet-B radiation

The stratospheric ozone decrease has heightened concern over the ecological implications of increasing solar UV-B radiation on agricultural production and natural plant ecosystems. UV-B is absorbed, and can damage many important plant species through a variety of interacting mechanisms. The effects of enhanced UV-B exposure on yield and yield formation of winter wheat associated with photosynthetic activity and total biomass development were investigated in this study. The overall experimental design included three UV-B treatments (two supplemental UV-B treatments and an ambient level) with three replicates of each treatment. Results suggested that the supplemental UV-B can cause the decrease of yield of winter wheat up to 24% with 11.4% increased UV-B. Supplemental UVB decreased dry matter accumulation most during the jointing–booting stage when the leaf area index (LAI) was the greatest. In addition, the supplemental U-VB appeared to effect the distribution of dry matter but did not effect the net assimilation ratio of the wheat.     

不同碳氮比肥料组合对肥料氮生物固定、释放及小麦生长的影响

采用室内模拟试验与盆栽试验相结合的方法,研究了不同C、N比肥料组合(玉米秸秆 尿素)对肥料N生物固定、释放及小麦生长的影响。结果表明:肥料组合的C、N比越高,土壤微生物对肥料N的固定量越大。但其释放率逐渐降低;肥料组合的C、N比越高,对土壤NO3--N的抑制作用越大;麦田玉米秸秆还田时,调整其C／N≤20为宜。     

Yield response of wheat and barley to inoculation of plant growth promoting rhizobacteria at various levels of nitrogen fertilization

The yield response of a wheat (Kirik) and a barley (Tokak 157/37) cultivar to inoculation with Azospirillum brasilense Sp246 and Bacillus sp. OSU‐142 was studied in relation to three levels of N fertilization (0, 40, and 80 kg ha^–1) under field conditions in Erzurum, Turkey, in 1999 and 2000. Seed inoculation with A. brasilense Sp246 significantly affected yield and yield components, both in wheat and barley. On average of years and N doses, inoculation with A. brasilense Sp246 increased spike number per m², grain number per spike, grain yield, and crude protein content by 7.2, 5.9, 14.7, and 4.1 % in wheat and by 6.6, 8.1, 17.5, and 5.1 % in barley, respectively, as compared to control. Inoculation with Bacillus sp. OSU‐142 significantly increased kernel number per spike in wheat, but no significant effect was determined in the other characteristics. Grain yields and yield components were also higher at all levels of nitrogen fertilizer in the inoculated plots as compared to the control. However, these increases diminished at high fertilizer levels. These results suggest that application of the growth promoting bacteria A. brasilense Sp246 may have the potential to be used as a biofertilizer for spring wheat and barley cultivation in organic and low‐N input agriculture.