不同水氮模式对冬小麦产量形成和水氮利用效率的影响

摘要

前人就雨养和井、渠灌麦田的产量形成特征及水、氮利用效率进行了大量研究，但针对水肥一体化喷灌条件下不同水氮模式对冬小麦产量形成和水氮及其利用效率影响的研究还未见报道。本试验于2013-2014年小麦生长季在河北省藁城市超高产麦田进行，以石麦18为供试品种，设置节氮地面灌溉模式(N240 kg/hm2，拔节水100mm+开花水100mm)，限氮喷灌模式（N195 kg/hm2，拔节水60mm+开花水60 mm）和限氮限水喷灌模式(N195 kg/hm2，拔节水45 mm+开花水30 mm+灌浆水30mm)三个水氮模式，研究了不同水氮模式下冬小麦产量形成和水氮利用特性的差异，旨在筛选河北省山前平原区超高产麦田高产高效的水氮运筹方式。研究结果如下:
　　1、不同水氮模式下冬小麦的总茎数成单峰曲线变化，起身期达到最高值，之后开始下降。起身期、拔节期和孕穗期田间总茎数均表现为节氮地面灌溉显著高于限氮喷灌和限氮限水喷灌模式，限氮喷灌和限氮限水喷灌模式之间无显著性差异，成熟期总穗数表现为限氮限水喷灌＞限氮喷灌＞节氮地面灌溉，但各水氮模式之间差异均未达显著水平;总成穗率和分蘖成穗率表现为限氮限水喷灌＞限氮喷灌＞节氮地面灌溉，其中限氮限水喷灌模式和限氮喷灌模式显著高于节氮地面灌溉模式，限氮限水喷灌模式的总穗数和成穗率分别达到838.9万/hm2和37.60％。
　　2、冬小麦的最大叶面积指数(LAI)出现在孕穗期，表现为节氮地面灌溉＞限氮喷灌＞限氮限水喷灌，节氮地面灌溉模式显著高于限氮喷灌模式和限氮限水喷灌模式，开花期节氮地面灌溉模式和限氮喷灌模式显著高于限氮限水喷灌模式，孕穗前和开花后不同水氮模式之间叶面积指数(LAI)均无显著差异;开花前期光合速率节氮地面灌溉模式显示出较高的光合值，开花后期限氮限水喷灌模式光合速率和叶绿素含量(SPAD)下降缓慢，开花后期限氮限水喷灌模式的光合速率显著高于另外两个水氮模式;成熟期植株干物质积累量表现为限氮限水喷灌＞限氮喷灌＞节氮地面灌溉，但不同水氮模式之间差异不显著;开花前营养器官贮存干物质在花后的转运量表现为限氮限水喷灌＞限氮喷灌＞节氮地面灌溉，但各模式差异未达显著水平;而花后营养器官贮存的干物质以节氮地面灌溉模式最高，各水氮模式间差异不显著。
　　3、冬小麦植株氮素积累量在拔节期前以节氮地面灌溉模式最高，各水氮模式间差异不显著，拔节以后各生育时期均表现为节氮地面灌溉模式显著高于限氮喷灌模式和限氮限水喷灌模式;而籽粒氮素积累量表现出相反的趋势，以限氮限水喷灌模式最高，且显著高于另外两个水氮模式，节氮地面灌溉模式的籽粒蛋白质含量最高;花前氮素转运量和转运率及其对籽粒的贡献率限氮限水喷灌模式和限氮喷灌模式显著高于节氮地面灌溉模式，而节氮地面灌溉模式花后氮素积累量及其对籽粒转的贡献率较高。
　　4、限氮限水喷灌模式穗长较长，不孕小穗数亦最多，可孕小穗数较少;穗粒数以节氮地面灌溉模式最高，各水氮模式之间无显著性差异;千粒重表现为限氮限水喷灌＞节氮地面灌溉＞限氮喷灌模式，且限氮限水喷灌模式的千粒重显著高于其它两个水氮模式;不同水氮模式籽粒产量均达到9600 kg/hm2以上的超高产水平，籽粒产量在各水氮模式之间表现为限氮限水喷灌＞限氮喷灌＞节氮地面灌溉的趋势，但各水氮模式之间差异不显著。
　　5、施氮生产效率、氮素干物质生产效率、氮素收获指数均表现为限氮限水喷灌＞限氮喷灌＞节氮地面灌溉模式，且限氮限水喷灌模式和限氮喷灌模式显著高于节氮地面灌溉模式;与节氮地面灌溉模式相比，限氮喷灌模式和限氮限水喷灌模式的小麦全生育期农田耗水量分别减少34.12 mm和61.35 mm，土壤贮水消耗百分率分别提高15.36％和16.14％;水分生产效率和灌溉水生产效率表现为限氮限水喷灌＞限氮喷灌＞节氮地面灌溉模式，且限氮限水喷灌和限氮喷灌模式显著高于节氮地面灌溉模式;与节氮地面灌溉模式相比，限氮限水喷灌和限氮喷灌模式的水分生产效率提高0.28 kg/m3和0.52 kg/m3，灌溉水生产效率分别提高3.46 kg/m3和4.78kg/m3。
　　综上所述，河北平原地区超高产冬小麦生产中，当前年型小麦生长季降雨量53.2mm条件下，施纯氮量195 kg/hm2（底肥与拔节肥5∶5）、春季总灌水量105 mm（拔节期45 mm、开花期30mm、灌浆期30mm）的水肥一体化喷灌方式是同步实现维持籽粒高产，提高水、氮利用效率的最佳运筹模式。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 研究背景及意义

1．2 文献综述

1．2．1 水肥一体化技术

1．2．2 小麦的需水特性和土壤贮水特性

1．2．3 水和氮对小麦群体动态的影响

1．2．4 水和氮对小麦光合作用的影响

1．2．5 水和氮对小麦干物质的积累与分配的影响

1．2．6 水和氮对植株氮素积累与转运的影响

1．2．7 水氮施用量对小麦产量和水氮利用效率的影响

2 材料和方法

2．1 试验地情况

2．2 试验设计

2．3 测定项目与方法

2．3．1 基本苗和总茎数

2．3．2 干物质积累量

2．3．3 叶面积指数(LAI)

2．3．4 植株性状

2．3．5 光合性能

2．3．6 叶绿素相对含量

2．3．7 籽粒灌浆速率

2．3．8 全氮含量及氮素利用率

2．3．9 产量和产量构成因素

2．3．10 土壤水分含量测定

2．4 试验数据处理

3 结果与分析

3．1 不同水氮模式对冬小麦群体生长动态的影响

3．1．1 不同水氮模式对小麦群体总茎数动态的影响

3．1．2 不同水氮模式对小麦干物质积累的影响

3．1．3 不同水氮模式对叶面积指数(LAI)的影响

3．2 不同水氮模式对冬小麦个体性状的影响

3．2．1 不同水氮模式对冬小麦对株高的影响

3．2．2 不同水氮模式对冬小麦单株茎数的影响

3．2．3 不同水氮模式对冬小麦次生根数量的影响

3．2．4 不同水氮模式对成熟期主茎节间长度、基部节间直径的影响

3．3 不同水氮模式对冬小麦光合性能的影响

3．3．1 不同水氮模式对旗叶净光合速率的影响

3．3．2 不同水氮模式对叶绿素相对含量的影响

3．3．3 不同水氮模式对光合影响因素的影响

3．3．4 不同水氮模式对冬小麦花后灌浆速率的影响

3．3．5 不同水氮模式对冬小麦花后籽粒增重的影响

3．4 不同水氮模式对冬小麦氮素代谢的影响

3．4．1 不同水氮模式对植株氮素积累的影响

3．4．2 不同水氮模式对氮素转运的影响

3．4．3 不同水氮模式对籽粒蛋白质含量的影响

3．4．4 不同水氮模式对氮素生产效率的影响

3．5 不同水氮模式对冬小麦耗水特性和水分利用率的影响

3．5．1 不同水氮模式农田耗水量、耗水来源及其占总耗水量的百分率

3．5．2 不同水氮模式对阶段耗水量和耗水模系数的影响

3．5．3 不同水氮模式冬小麦的水分利用效率

3．6 不同水氮模式对冬小麦产量和产量构成因素的影响

3．6．1 不同水氮模式对成熟期穗部性状的影响

3．6．2 不同水氮模式对冬小麦籽粒产量及产量构成因素的影响

4 讨论与结论

4．1 水、氮运筹模式对冬小麦群体的响应机制

4．2 关于水、氮运筹对冬小麦光合的调控效应

4．3 冬小麦土壤水分消耗，植株氮素积累和利用的影响

4．4 水氮运筹对冬小麦产量的调控效应

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简介

致谢