黄淮南部冬小麦缩差增效技术途径及生理机制研究

发布时间：2020-06-03 16:19

【摘要】：针对当前冬小麦生产中持续增产难度大和资源利用率低的突出问题,于2012-2016连续4个年度在豫南、豫中和豫北三个生态区进行大田定位试验,本研究设置单因子氮肥水平(N0、1、2、3)、双因子水氮耦合(三个灌水水平W0\W1\W2、四个氮肥水平)、综合因子栽培管理模式(传统栽培模式FP;节本增效栽培模式JH;超高产栽培模式SH;高产高效栽培模式HH)3类试验,系统研究不同栽培管理技术措施对冬小麦群体结构、干物质生产与转运、养分吸收与运移、光能和水分利用以及产量等影响,探讨冬小麦生产中缩小产量差距并提高资源利用效益的技术途径及生理机制。主要研究结果如下:1.不同栽培管理措施对冬小麦群体生长与干物质生产的影响不同施氮量对冬小麦干物质积累和产量影响不同,成熟期干物质和籽粒产量均以N240处理最高。随灌水和施氮协同施用,成熟期总干物质量、单位面积粒数、穗数、穗粒数和产量均呈增加趋势,但过量施氮则会降低穗粒数和产量,对干物质促进效应明显弱化,商水点以W1N240、温县点以W2N240的干物质和产量最高。冬小麦群体动态在拔节期达峰值,不同栽培模式下,FP在孕穗期之前群体数最高,两极分化慢,而SH和HH处理大分蘖多、前期群体适中、两极分化快,进而获得较多成穗数。四种栽培模式叶面积系数均为单峰动态变化,于孕穗期达到峰值;FP处理叶面积系数在孕穗期前最高,之后下降最早、降幅大;而SH和HH处理的叶面积系数中期增加速度快,后期衰老缓慢,高值持续期长。考察干物质生长动态,其符合Logistic动态曲线,成熟期SH、HH和JH处理干物质显著高于FP,但SH和HH差异不显著;拔节至开花阶段干物质增加最为迅速,FP处理在孕穗前干物质积累最多,花前干物质对籽粒的贡献率最高;而SH和HH处理在拔节至开花期增长速率最高,花后干物质积累对籽粒增产更重要。不同地区间收获指数以温县开封商水,而栽培模式处理间则是HH最高,SH和JH差异不显著,FP最低。不同区域光辐射总量、光合生产潜力、光温生产潜力均表现为商水开封温县,三地区光合生产当量与光温生产当量均低于30%,但温县点光合与光温生产当量高于商水和开封;三地区生物量光能利用率以商水点最高,温县和开封点较低,处理间以SH和HH显著高于JH和FP,但SH和HH间差异不显著。2.不同栽培管理模式对冬小麦养分吸收利用的影响不同栽培管理模式处理下,茎叶器官中氮磷钾含量随生育时期均呈“慢-快-慢”趋势,相比于FP处理,SH、HH和JH处理均能提高茎叶中N、P、K含量。冬小麦养分积累动态因元素而异,氮磷呈“S”型,而钾素呈单峰曲线;三种营养元素均在拔节至开花阶段迅速积累,氮磷在灌浆期缓慢增加,而钾素外排。拔节前SH和HH处理的氮磷钾积累量低于FP处理,而拔节后显著高于FP处理。SH和HH处理的花前N、P、K素转运量显著高于FP,但花前N、P对籽粒贡献率却显著低于FP。养分效率指标如吸收效率、利用效率和收获指数因养分类型、表征意义存在较大差异,总体而言,HH和JH处理能有效提高对N、P、K肥的吸收利用。三地区生产100 kg籽粒产量需要的N、P、K营养元素以商水和开封两地高于温县地区,处理间以HH最低。试验进行四年后,四种栽培模式均能提高土壤有机质和全氮,且SH和HH显著高于FP处理;SH和HH处理均能提高土壤速效氮、磷、钾,且HH残留量较少,提升幅度较低;FP和JH处理土壤速效磷和速效钾增长均为负值,且JH利用土壤养分较多,降低幅度较高。三地区0-40 cm土层土壤肥力相比,商水点全氮最高,速效氮和速效磷最低,速效钾较高;开封点速效氮最高,速效磷较低,速效钾最低;温县点氮磷钾比较均衡,其中速效磷和速效钾最高。小麦田间耗水量地点间表现为温县商水开封,模式间为SH最高,JH最低;产量水分利用率地点间表现为商水开封温县,模式间为SHHHJHFP,且均低于20%;另外,SH和HH的降水利用率和灌水利用率均显著高于FP。3.黄淮南部冬小麦增产的制约因子及生理机制从产量构成因子方面分析,单一或协同增加构成因子均能够有效增产。黄淮南部麦区不同地区间穗粒数变异性和可塑性最大,与农民习惯模式相比,超高产和高产高效模式的穗粒数增幅达25.01%-27.04%,进而产量增加14.80%-22.15%。根据生产实践将7500 kg ha~(-1)作为高产与低产划分标准,低于7500 kg ha~(-1)产量水平下,增加穗数和穗粒数均可增产,其中穗数效应更强;高于7500 kg ha~(-1)产量水平下,增产主要依赖于增加穗粒数。提高拔节至开花期干物质净积累量及该阶段干物质增长速率有利于获得高的穗粒数。穗重和氮以及非穗器官重和氮均与穗粒数呈显著正相关;器官间比较,穗重及其比重对穗粒数的影响高于非穗器官,但穗氮所占比重与穗粒数呈显著负相关,增加非穗器官氮所占比重能有效促进增加穗粒数。从生物量和收获指数方面分析,单一或协同两因子均能有效增产。低产水平下增加总生物量和收获指数均能增产,而高产水平下增产主要依赖于提高收获指数。在高产水平下,通过提高花后叶面积势和光截获势能促进花后干物质净积累,有利于提高收获指数。花后的上下层光截获比率与产量呈二次曲线关系,在开花期干物质水平高于13000 kg ha~(-1)前提下,降低上下层光截获比率,增加下层叶面积以截获更多的光辐射,使开花期、灌浆前期和中期的适宜比例为2-6、3-8和6-13,促进花后干物质净积累量达到4000-6000 kg ha~(-1),成熟期总生物量超过18000 kg ha~(-1),收获指数超过0.42,有利于实现高产目标。4.黄淮南部冬小麦高产与氮高效的生理机制植株氮素积累是小麦产量形成的营养基础,施氮量与产量和氮素积累量均呈二次曲线关系。随施氮量增加,产量和氮素积累量均为先增加而后降低,氮素积累量相对于产量的降低具有延迟性,表现出氮素的奢侈吸收,充分发挥该奢侈阶段氮素吸收的生理功能并促进产量构成因子的再优化,这对小麦高产高效具有重要意义。植株氮素积累与产量显著正相关,但与氮效率呈负相关,高氮素积累对增产有益但对提高氮素利用率不利。拔节至开花阶段氮素积累量与产量和氮效率均呈显著正相关,提高该阶段氮素吸收总量及比重,有利于实现小麦高产与氮高效。分析不同的单个生育期植株氮生产力与产量和氮效率间关系发现,相关性较差,但植株的阶段氮生产力与产量和氮效率关系均较好,尤其是拔节至开花阶段的氮生产力,同时与产量和氮效率呈显著正相关,提高该阶段氮素生产力能够协调高产与氮高效,通过模型拟合确立了本地区适宜的拔节至开花阶段的氮素生产力临界值。旗叶光合氮效率指标可以指示旗叶氮生产力,中、高氮素积累条件下,旗叶氮素光合效率在孕穗期以后与产量和氮效率均呈显著正相关,提高孕穗至灌浆期旗叶氮素生产力能够很好协调高产与氮高效。植株氮素积累量与土壤硝态氮积累量和有效氮含量呈二次曲线关系,为满足土壤氮供应与植株氮需求,土壤硝态氮积累量和有效氮含量存在适宜范围,确保土壤养分在适宜范围有利于减少氮肥滥用、提高施肥的针对性、实现小麦高产与氮高效的目标。5.黄淮南部冬小麦缩差增效的技术途径结合不同生态区的气候、土壤肥力特点以及专题试验结果分析,不同区域的小麦增产增效策略及技术有所不同。从区域大面积增产角度来看,不同区域的小麦生产条件存在差异。从干物质生产方面考察,豫南雨养区生物量大、光能利用率高,增产更多依靠收获指数的提高;豫北灌区光合有效辐射低,收获指数高,增产更多依靠生物量的提高;豫中补灌区生物量及收获指数均不高,增产需要二者协同提高。从营养管理方面考察,豫南雨养区需增氮磷、稳钾;豫中补灌区需减氮、增磷、补钾;豫北灌区需均衡施用氮磷钾。从小麦高产更高产及资源高效利用角度来看,增加穗粒数扩大库容,增强春季养分吸收强度,提高花后干物质生产量及比重,维持中后期植株高氮素生产力,有利于高生物量下获得较高的收获指数,进而实现高产高效。为此,确立了黄淮南部冬小麦高产高效栽培管理技术模式,主要包括缩距精匀播、测土配方减量施肥、肥水定量春管后移、化控调节等关键技术,该模式可操作性强、实用简便、效果显著,有利于冬小麦高产与资源高效利用。
【图文】：

示意图,技术路线,示意图,群体冠层

第二章技术路线与研究方法摘要：本章节概述全文研究思路与试验设计，具体描述本研究涉及的室外取样与测定及室内生化测法，并简要介绍数据分析方法。关键词：技术路线；试验设计；样品采集；测定方法1 研究思路与技术路线不同年型、不同区域和不同试验处理对冬小麦生理生态影响不同，造成小麦生长发育存在差异，影量形成。在小麦整个生育期内，通过测定土壤养分、水分、植株形态及生理指标、群体冠层性状以及状况，深入分析土壤与植株养分运移规律及利用效率、群体冠层动态变化以及光能水分利用状况，明缩小产量差及效率差的生理机制，进而确立了黄淮平原冬小麦高产高效的管理技术，实现小麦缩差目标，具体技术路线如图 1 所示。

栽培管理,增幅,年度,优化处理

图 4 不同栽培管理模式对冬小麦产量的影响Fig. 4 Effects of different cultivation and management models on yield of winter wheat2.4.2 不同栽培管理模式下冬小麦产量增幅差异相比于 FP 处理，优化的栽培管理模式能有效提高产量，图 5A-D 为不同年份不同地点间 SH、HH 和JH 处理的增幅度。在四年的试验期，商水、开封和温县三地点优化处理相比于 FP 增产幅度大小为 SH >HH > JH。相比于 FP 处理，优化处理的增幅因年份而异， JH、SH 和 HH 处理的平均增幅在 2012-2013年度分别为 9.38%、24.57%和 21.46%；在 2013-2014 年度分别为 5.24%、29.93%和 23.11%；2014-2015 年度分别为 8.77%、26.87%和 25.70%；2015-2016 年度分别为 8.55%、27.30%和 20.88%；整体而言，相比于 FP 处理，JH、SH 和 HH 处理增产幅度平均值分别为 7.99%、27.17%和 20.88%。dcbcba acbaa02000400060008000FP JH SH HH FP JH SH HH FP JH SH HHSS KF WX量产Yield(kgah1-)cbacbacba acbaa02000400060008000FP JH SH HH FP JH SH HH FP JH SH HH FP JH SH HH2012-2013 2013-2014 2014-2015 2015-2016量产Yield(kgah1-)cbaa02000400060008000FP JH SH HH量产Yield(kgah1-)
【学位授予单位】：河南农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.11

【参考文献】