由于滴灌具有显著的节水和提高水氮利用效率的作用,因此在华北平原冬小麦生产中的应用正在逐步扩大。灌溉方式和施氮方式对小麦的生理、生长发育有着多方面的影响,也对小麦产量和品质具有显著的调节作用,但目前对华北平原滴灌冬小麦的最佳水氮利用方式和作用机制尚缺乏深入的研究。为了促进滴灌冬小麦水肥管理水平的快速提高,通过2年(2020-2021生长季和2021-2022生长季)的田间试验,研究了滴灌冬小麦在不同灌溉制度和定量尿素(240 kg ha-1,46%N)不同分施模式下,其生理生长、产量、水分氮素生产率和籽粒品质的变化规律。研究设置了2个灌溉制度水平和6个氮肥分施模式水平。灌溉制度水平根据作物实际蒸散量(ETa)和降水量(P)之间的差值进行设置,2个灌溉制度水平分别设置为当(ETa-P)达到45mm时进行灌溉(I45)和当ETa-P达到30mm时进行灌溉(I30)。氮肥分施模式水平根据基施氮肥量与追施氮肥量的比率设置,6种施氮模式水平分别表示为100%于拔节至孕穗期追施(N0-100)、25%于播种期基施和75%于拔节至孕穗期追施(N25-75)、50%于播种期基施和50%于拔节至孕穗期追施(N50-50),75%于播种期基施和25%于拔节至孕穗期追施25%(N75-25),100%于播种前基施100%(N100-0),播种前按240 kg ha-1基施缓释肥料(SRF,43%N)(SRF100)。主要研究结论如下:
1、施氮方式和灌溉制度对小麦生长、地上生物量、产量及其组成、光合和叶绿素参数以及植物营养元素含量具有显著影响(p<0.05)。两个冬小麦生长季数值进行平均显示,I45N50-50和I45SRF100处理分别具有最高的籽粒产量(9.83和9.5 t ha-1)、地上生物量(19.91和19.79 t ha-2)和净光合速率(35.92和34.59μmol m-2s-1)。基于冬小麦对不同灌溉制度和施氮方式的生理反应,本研究显示在滴灌条件下,氮肥基施和追施量各占50%可能是一种理想的施氮模式,并且在经济效益上可以与采用价格高昂的缓释氮肥相持平。从作物生长和产量两个方面考虑,I45N50-50处理为华北平原的农民提供了一种具有良好可持续性的冬小麦水肥管理模式。
2、试验结果表明,优化灌溉和施氮制度对于增加小麦产量、减少作物蒸腾蒸散量(ETc)和提高水氮生产率有具有积极的作用。2020-2021和2021-2022两个生长季,I45N50-50处理产量都最高,其对应的ETc值分别为376.67mm和378.67mm。TOPIS优化程序的优化结果显示I45N50-50为籽粒产量高且ETc低的最佳处理。两年平均值指出,I45N50-50处理还实现了最高的田间水分利用效率(2.61kg m-3)、灌溉水利用效率(3.74 kg m-2)和N肥偏因生产率(40.99 kg kg-1)。综合考虑对籽粒产量、ETc总量和水氮生产率的影响,可以认为滴灌冬小麦生产中应优先选择氮肥50%基施+50%追施和灌溉制度ETa-P为45mm的结合。
3、试验结果表明,不同灌溉制度和氮肥施用模式对籽粒灌浆速率、产量、籽粒养分含量和籽粒品质均具有显著影响。两个生育季及两种灌溉制度下,与N100-0和N0-100处理相比,N50-50、N75-25、N25-75和SRF100处理都更有利于冬小麦灌浆过程。2020-2021生长季中,与I45N0-100和I30N0-100处理相比,I45N100-0处理显著提高了籽粒总淀粉含量7.30%和8.23%(p<0.05)。2021-2022年生长季中,与I45N0-100、I30N0-100和I30N25-75处理相比,I45N100-0处理显著提高了籽粒总淀粉含量7.77%、7.62%和7.88%(p<0.05)。基于主成分分析结果,认为滴灌冬小麦生产中,N50-50氮素基施和追施等量施用模式可能是华北地区滴灌小麦的最优氮肥管理模式。相关的研究结果可为华北地区冬小麦生产中水氮科学管理提供理论与数据支持。
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