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不同施氮水平下小麦/玉米套作群体产量效应与水分利用研究

李倩倩  
【摘要】:套作种植作为一种具有增产稳产与资源利用优势的农业可持续发展模式,是应对耕地减少、水资源紧缺和土地退化最有效的措施之一。已有的研究主要集中在充分或补充灌溉条件下,对雨养条件下套作群体的研究较少。半湿润区雨养条件下,不同施氮处理对套作群体产量表现和水分利用的影响亟待进一步研究。本研究以小麦/玉米套作群体为试验对象,通过两年的田间试验,研究了N0、N1和N2三个水平下(施氮量分别对应于小麦0、120和240 kg·hm~(-2),玉米0、180和360 kg·hm~(-2))小麦/玉米套作群体作物生长发育、光合生理特性、土壤水分利用和产量及产量构成因素的差异,旨在探索不同施氮水平下小麦/玉米套作群体产量与水分利用效率,为雨养地区发展小麦/玉米套作种植模式提供一定的理论依据。初步得出以下结论:(1)套作小麦生长优势明显,其中边行小麦的叶面积指数、干物质积累量、净光合速率和相对叶绿素含量都显著高于单作和套作内行小麦,而株高显著低于内行和单作。套作玉米的生长发育和光合生理特性在不同时期差异较大,在玉米播种后60 d(麦玉共生期)套作边行玉米的叶面积指数、干物质积累量、净光合速率和相对叶绿素含量相比单作和内行玉米表现出明显的劣势,并且这种差异维持了一段时间后在玉米播种后75 d或90 d时内行玉米发生了恢复生长现象,之后超过了单作玉米,但边行玉米直至成熟期始终表现为生长劣势,套作玉米的地上部干物质积累在N2水平下总体超过单作玉米。小麦相对于玉米的竞争能力(A_(WM))均大于0,小麦在套作群体中处于竞争优势,施氮不仅能够缓解套作群体中作物间的竞争,同时在不同程度上提高了小麦和玉米的生长和光合性能。(2)从小麦播种至玉米收获后小麦/玉米套作群体相对于单作群体的耗水量(ΔWU)与水分利用效率的变化量(ΔWUE)在三个施氮水平下均表现为ΔWU0且ΔWUE0,这说明在相同产量下小麦/玉米套作群体比单作群体产的耗水量更少而水分利用效率更高,其中在N1水平下耗水量减少最为明显,两年内平均少消耗了47.30mm的水分。ΔWUE介于2.77%-6.46%,小麦/玉米套作群体在三个施氮水平下均表现出节水与水分利用优势。(3)两年内套作小麦的产量显著比单作小麦提高了21.3%-27.8%,其产量优势主要来源于边1行与边2行的增产,边1行产量优势来源于产量构成因素的共同增加,而边2行的产量优势来源于1m长有效穗数和穗粒数的增加。而玉米在套作群体中的产量劣势主要边行的减产,这是由边行穗粒数和百粒重共同导致的。内行玉米的籽粒产量与单作相比有所提高6.27%-12.68%。套作玉米的总产表现受到氮肥供应的影响,两年内在N0与N1水平下产量下降了3.0%-11.4%,仅在N2水平下高于单作玉米。两年试验期内,在雨养条件下冬小麦/春玉米套作的土地当量比(LER)介于1.04-1.16之间,具有土地利用优势。小麦/玉米套作群体具有土地利用优势与节水优势,且随着施氮水平的提高,套作群体的产量和土地利用优势逐渐增大,因此半湿润区可适当发展施氮处理的小麦/玉米套作种植模式。


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