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研究明确微喷灌条件下限量灌溉和降低施氮量对高产麦田群体生育动态、产量形成和水氮生产效率的影响,为河北省冬小麦高产高效的可持续生产提供技术支持。本研究以冬小麦品种石麦18为材料,于2014~2015年度在河北省藁城区梅花镇刘家庄村大田进行试验,采用二因素裂区设计:灌水为主区,设3个限量灌溉水平(W1、W2、W3)和1个节水灌溉水平(WCK);施氮量为副区,设全生育期施N120kg·hm-2、180 kg·hm-2和240 kg·hm-2的3个水平。主要研究结果如下: 1.小麦春季群体总茎数的消长呈单峰曲线变化,在起身期达到高峰,拔节期灌水37.5 mm的W2和W3处理穗数有所降低,但限水处理成穗数均达到了750万·hm-2以上;干物质积累量随生育进程而增加,起身期前增加较慢,拔节后增加迅速,成熟期达到最大值,限水处理的生物产量比节水对照下降7.2%~8.7%,但生物产量也达到18000 kg·hm-2以上;春季叶面积指数随生育进程呈单峰曲线变化,最高值出现在孕穗期,与节水对照WCK相比,限水灌溉处理花后20 d的叶面积指数仅W3未显著降低;灌浆前期的光能截获率无显著差异,中后期限水灌溉处理逐渐下降,而W3处理与WCK仅差0.56%~1.62%。不同施氮水平间总茎数、LAI、干物质积累无显著差异,降低施氮量不会明显影响小麦的群体动态。 2.小麦株高随生育进程而增高,成熟期株高达70 cm左右,与节水对照WCK相比,限水灌溉处理W1、W2和W3成熟期株高显著降低;单株茎数随生育进程呈抛物线变化,起身期达到最大值,开花后基本保持不变,成熟期单株茎数表现为拔节期灌水37.5 mm的W2和W3处理显著降低;次生根数随着地上部的生长而不断增加,孕穗期表现为限水灌溉处理W2、W3显著降低,但开花期和成熟期差异较小。不同施氮水平间单株茎数和次生根数差异较小,减少施氮量能适当降低各节间长度,加大基部节间粗度,对防止小麦后期发生倒伏有重要作用。 3.不同灌水处理旗叶的叶绿素相对含量(SPAD值)变化趋势一致,开花20 d内基本保持不变,开花24 d后迅速下降,花后28 d旗叶SPAD值表现为W3比WCK高27.87%~36.43%,比W1、W2高61.02%y~82.22%;净光合速率(Pn)在花后呈先升高后降低的趋势,与WCK相比,开花期到花后14 d限水灌溉处理W1、W2和W3的净光合速率显著降低,花后24 dW1、W2处理显著降低,而W3处理未显著降低;水分利用效率(WUE)随生育进程而降低,拔节期灌水37.5 mm的W2和W3处理开花期高于拔节期灌水67.5 mm的W1和WCK,花后14d到24 d W3处理由相对降低变为相对增加;相对含水量随生育进程逐渐降低,开花期到花后14 d旗叶相对含水量差异较小,花后24 d相对含水量表现为限水灌溉处理W1和W2显著降低,而W3处理未显著降低。不同施氮量水平间旗叶SPAD值、净光合速率和水分利用效率无明显差异,但减少施氮量对保持后期较高的旗叶相对含水量有积极作用。 4.小麦旗叶最大光化学效率(F,/Fm)、实际光化学效率(ΦpsⅡ)和表观光合电子传递速率(ETR)表现为花后8、18d拔节期灌水37.5 mm的W2和W3处理略低于拔节期灌水67.5 mm的W1和WCK,花后28 d仅W3处理与WCK无显著差异;非光化学猝灭系数(qN)随生育进程逐渐升高,拔节期灌水67.5 mm的W1、WCK花后8d显著低于拔节期灌水37.5 mm的W2、W3,花后18 dW3和WCK显著低于W1、W2,花后28 d差异逐渐变大。不同施氮水平间花后旗叶的最大光化学效率、实际光化学效率、表观光合电子传递速率和非光化学猝灭系数的差异较小,说明减少高产麦田施氮量不会对旗叶光合特性造成较大影响。 5.小麦籽粒灌浆速率呈单峰曲线变化,开花后灌浆速率持续升高,在花后25 d左右达到最大,不同灌水处理间花后5d和10d灌浆速率差异较小,开花15d后增加灌浆水的W3处理迅速增加,成熟期W3与WCK明显高于W1和W2;小麦千粒重呈“S”型曲线变化,开花25 d内各处理间差异较小,25 d后差异增大;限水处理间穗粒数表现为W1>W2>W3,千粒重和籽粒产量则表现为W3>W2>W1,且W3千粒重显著高于WCK,籽粒产量比WCK降低7.95%,但仍接近9000 kg·hm-2的超高产水平,且W3未明显增加成熟期0~140 cm和0~200 cm土层土壤贮水的消耗。不同施氮量间灌浆速率、总小穗数和穗粒数差异较小,且减少施氮量不会降低籽粒产量。 6.小麦植株氮素积累量随生育进程逐渐增加,起身前积累较缓慢,拔节后开始快速积累,成熟期继续积累达到最大值,不同灌水处理间各生育时期的氮素积累量差异较小,限水灌溉处理W3的氮素生产效率与节水对照WCK差异较小,氮肥偏生产力显著降低,但W3的氮素收获指数显著增加。小麦的籽粒氮素积累量和植株氮素积累量以N240最高,但N120的氮素生产效率和氮肥偏生产力显著高于N240,说明减少施氮量能够显著提高氮素生产效率和氮肥偏生产力,起到减氮增效的作用。 7.不同灌水处理的总耗水量表现为限水灌溉处理W1、W2、W3显著低于节水对照WCK,但限水处理的降水量和土壤贮水消耗量在总耗水量中所占的比例均显著提高;W3处理的降水生产效率显著低于WCK,但水分生产效率和灌溉水生产效率显著提高。不同施氮水平间的灌溉水、降水和土壤水占总耗水量比例及生产效率差异较小,说明减少施氮量对各水分生产效率无明显影响。 综上可知,利用微喷灌技术在限水灌溉条件下实现了高产量和高效率的目标。在2014~2015生长季,与节水对照相比,限水灌溉处理在籽粒产量降低幅度较小的情况下显著提高了水分生产效率和灌水生产效率,且低灌水量未显著增加0~140 cm和0~200 cm土层土壤贮水的消耗。限水灌溉处理W3,获得较高的籽粒产量,水分生产效率和灌水生产效率最高,是本试验条件下的高产节水的最佳灌溉模式。施N120、180和240kg·hm-2的3个处理间各指标差异均未达显著水平。综合节水高产和减氮增效的现状,以拔节期灌水37.5 mm、开花期15mm和花后13 d15 mm灌溉模式结合施N120 kg·hm-2为本试验条件下的最优限水减氮组合。