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冬小麦贮墒旱作产量形成与水氮利用特征

韩美坤  
【摘要】:在华北水资源限制地区,减少冬小麦灌溉对降低地下水超采具有重要意义。现行推广的小麦节水栽培技术春季灌溉1-2次(春灌量75-150 mm),为进一步减少灌溉量,我们提出了"贮墒旱作"栽培模式,即播前贮足底墒、生育期内不再灌溉。目前这一模式的技术已开始示范应用,但对其产量形成和水氮利用特点及机理尚需要深入探明。本研究在河北地下水超采区冬小麦-夏玉米两熟种植体系下,通过设置冬小麦贮墒旱作和节水灌溉(春灌2水)两种模式的比较试验以及不同播前贮墒量、施氮量和不同品种对贮墒旱作的影响等试验,系统考察了贮墒旱作栽培的群体动态、源库性能、产量构成、耗水规律、氮素利用等特征,综合分析了其产量、效率和效益潜力。主要结果如下:(1)贮墒旱作模式的冬小麦产量低于春灌2水模式,主要是降低了群体总粒数和生物产量,但花前贮藏物质转运及其对籽粒贡献率明显增加、千粒重提高,仍可获得6500 kg hm-2以上产量水平,冬小麦-夏玉米全年贮墒旱作产量达17000 kg hm-2以上。连续3年贮墒旱作冬小麦产量为6694-7432 kg·hm-2,平均产量比春灌2水模式减少16.6%。春季不灌溉降低了茎蘖成穗率,导致穗数减少;降低了开花期生物量,导致穗粒数减少;缩小了个体株型,降低了群体叶面积指数。但提高了群体穗叶比和粒叶比,库/源比值增大,促进了花前营养器官中存储物质向籽粒的转运,提高了籽粒灌浆速度,使千粒重明显增加。在周年冬小麦-夏玉米两熟种植体系中,冬小麦贮墒旱作的开花和成熟期提早,让出5-7天光温资源给夏玉米,有利于玉米稳产增产,使全年产量维持丰产水平。通过增加基本苗以增加穗数,贮墒旱作小麦的产量可进一步增加。(2)贮墒旱作冬小麦免去了生育期灌溉,显著降低总耗水量,麦收后腾出了较大土壤库容存储夏季降水,提高了周年水分利用效率。贮墒旱作冬小麦耗水来源是生育期降水和土壤贮水,播前贮足墒,常年播后至拔节前不会出现严重水分亏缺,耗水土层主要在中上层,拔节后下层耗水增加,到成熟期2米土体通体耗水。3年平均对土壤贮水的消耗量占总耗水量67%,显著高于春灌2水处理(35%)。与春灌处理相比,贮墒旱作小麦对土壤贮水的消耗量增加了 99 mm,总耗水量减少了 52 mm,水分利用效率无显著差异,均达到1.8 kg·m-3以上。在周年冬小麦-夏玉米两熟种植体系中,贮墒旱作冬小麦收获后2 m 土体水分库容多增加了 99 mm,夏季多存储降水63 mm,使全年蒸散量减少了 115 mm,并使夏玉米水分利用效率提高15.8%,全年水分利用效率提高5.2%。(3)贮墒旱作冬小麦降低了拔节后对氮素的吸收强度,降低了植株总吸氮量,但提高了氮素收获指数和氮素利用效率。与春灌2水相比,在同样的施氮量下,贮墒旱作小麦平均总吸氮量降低25.7%,拔节后的吸氮量及其所占总吸氮比例显著降低,但氮素的物质生产效率显著提高;籽粒氮素来自花后吸收的比例减小,但来自花前贮藏氮素转运的比例增加,使植株氮收获指数显著提高,籽粒氮浓度维持稳定。贮墒旱作小麦的氮肥偏生产力较低,但氮素利用效率显著较高。在周年冬小麦-夏玉米两熟种植体系中,冬小麦贮墒旱作降低了后茬夏玉米的氮素吸收,也提高了夏玉米氮收获指数和氮素利用效率,使全年氮利用效率显著提高。(4)贮墒旱作冬小麦在中等施氮量(225 kg hm-2)下可获得高产和高水氮利用效率的协调。贮墒旱作冬小麦实行一次性施肥(底肥),在180-270 kg hm-2施氮范围内,增施氮肥,提高了生物产量,但收获指数稳定;增加了总粒数,但千粒重稳定;提高了籽粒产量,但中氮(225 kg hm-2)和高氮(270kghm-2)处理差异不显著;增加了氮素吸收量,但氮利用效率稳定,氮收获指数下降,氮肥偏生产率显著下降;增加了总耗水量,但水分利用效率稳定。综合协调产量和水氮利用效率,以中等施氮量(225 kg hm-2)为佳。(5)贮墒旱作栽培播前2m土体最适贮墒量为田间持水量的85-90%,此贮墒量可获得最高产量和水分利用效率。黑龙江低平原区中壤土 2 m 土体最大贮水量可达700 mm,有效贮水量可达445 mm,播前不同贮墒量试验表明,随2m 土体土壤相对含水量增加,小麦产量和总耗水量均增加,在土壤相对含水量达90%时小麦产量已达最大,在土壤相对含水量达85%时小麦水分利用效率达最高。土壤相对含水量低于80%时不能获得6000 kg hm-2以上产量,但土壤相对含水量超过90%时无效耗水量增加,水分利用效率降低。(6)适应贮墒旱作栽培的高产高水效品种,其共同特征表现为群体容穗量大、穗粒数适中、千粒重和收获指数较高。所选19个品种在贮墒旱作条件下的平均产量为6733 kg hm-2,但品种间产量和水分利用效率有显著差异,高产高水效品种特征表现为:株高中等,穗数多,穗粒数适中,群体库容量较大,单株叶面积较小,群体叶面积指数较高,非叶绿色器官面积适中,穗叶比、粒叶比高;籽粒生长前中期冠层衰老速度较慢,但后期衰老速度较快,灌浆强度较高,千粒重和收获指数明显较高。综合研究认为,贮墒旱作模式在足墒播种基础上免去了生育期灌溉(休灌),大幅度减少了灌溉用水,同时简化了作业管理,是一种适度丰产和节水高效的小麦栽培模式,在地下水严重超采地区的规模化小麦生产中具有实用推广意义,特别是将周年贮墒旱作模式(冬小麦-夏玉米贮墒旱作,小麦生育期休灌)与现行周年节水灌溉模式(冬小麦-夏玉米节水栽培,小麦春季浇1-2水)以及季节性休耕(一年一季玉米)模式合理搭配布局,建立轮作休耕、休灌节水生产体系,将能为区域农业实现减灌压采与稳粮增收的结合走出一条新路。


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