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针对陕西关中地区夏玉米和冬小麦轮作系统过量施氮的问题,确定适宜的施氮量和筛选氮高效品种是应对这一问题的有效措施。本研究于2013年6月~2015年10月,在西北农林科技大学旱区农业教育部重点实验室试验田中进行,共包括两个试验。试验一:选取了陕西关中地区主栽的6个夏玉米(郑单958(ZD958)、中科11(ZK11)、先玉335(XY335)、武科2号(WK2)、秦单8号(QD8)和秦龙11(QL11)〕,设置了N0(0)、N1(86 kg/hm2)、N2(172 kg/hm2)和N3(258 kg/hm2)4个施氮量水平)。试验二:选取了陕西关中地区主栽的6个冬小麦品种〔(小堰22(XY22)、西农979(XN979)、新麦23(XM23)、轮选988(LX988)、武农148(WN148)和西农509(XN509)〕,设置了N0(0)、N1(105 kg/hm2)、N2(210 kg/hm2)和N3(315 kg/hm2)共4个施氮水平。分别研究了氮肥和基因型对夏玉米/冬小麦生长、生理、干物质和氮素累积及转运、土壤水氮环境等的影响,结果表明:(1)施氮对夏玉米/冬小麦生长生理指标的影响夏玉米/冬小麦全生育时期叶面积指数、叶绿素总量和净光合速率均随施氮量的增加而增加;不同基因型夏玉米相关指标的差异体现在全生育时期,而冬小麦主要在花期以后。施氮显著增加了夏玉米/冬小麦籽粒产量,但是过量施氮籽粒产量不会增加,甚至会降低。基于最大产量的施氮量存在年份的差异,总体介于86~172 kg/hm2之间;而冬小麦则介于105~210 kg/hm2之间。各基因型夏玉米产量总体表现出,ZD958=XY335>ZK11=WK2=QL11>QD8;而冬小麦产量表现出,XY22=XN509>LX988=XN979>XM23=WN148的关系。(2)施氮对夏玉米/冬小麦干物质(氮素)累积和转运的影响随施氮量的增加夏玉米/冬小麦干物质(氮素)累积量均显著增加。旱作条件下,夏玉米营养器官干物质转运量可能会出现负值,这意味吐丝后营养器官干物质累积量没有降低而是增加,这可能会对籽粒干物重的来源产生影响。夏玉米/冬小麦营养器官干物质(氮素)转运率及其转运对籽粒干物重(氮素)的贡献率均随施氮量的增加而减小,从另一角度讲,吐丝(花)后光合同化物(氮素)累积对籽粒干物重(氮素)的贡献随施氮量的增加而增加。营养器官氮素转运效率与地上部氮素累积量呈负相关,这意味着,选择氮素转运率低的品种可显著提高作物的氮素吸收效率。(3)施氮对夏玉米/冬小麦氮素利用率的影响旱作条件下,夏玉米/冬小麦氮素吸收效率、氮素利用效率和氮素利用率均随施氮量的增加而降低,其氮素利用率分别为13.3~30.5 kg/kg和18.1~27.3kg/kg。通过相关分析建立了夏玉米/冬小麦氮素利用率与氮营养性状之间的关系,结果表明,二者氮素利用率均与氮素吸收量、地上部干物质累积量,氮素累积量呈显著正相关;除此之外,与夏玉米营养器官氮素转运效率呈显著负相关,与籽粒氮含量无显著关系;而冬小麦与之相反。(4)高产及氮高效品种划分通过聚类分析法,对不同基因型表明夏玉米/冬小麦产量和氮素率用率进行划分,结果表明ZD958和XY335是基于高产氮高效的夏玉米品种,其产量和氮素利用率依次为(6483.0 kg/ha,19.9kg/kg)和(6358.1 kg/ha,20.1kg/kg);而XY22和XN509是基于高产氮高效的冬小麦品种,其产量和氮素利用率依次为(6586.9 kg/ha,24.2 kg/kg)和(6472.3kg/ha,22.5 kg/kg)。(5)施氮对夏玉米/冬小麦耗水量和土壤硝态氮累积量的影响夏玉米耗水规律随施氮量呈年际间变化;但冬小麦耗水量均随施氮量的增加而增加。随施氮量的增加夏玉米/冬小麦生育季土壤硝态氮累积量显著增加。本研究建立了夏玉米/冬小麦(施氮量-产量-硝态氮残留量)关系图;结果表明,随施氮量的增加籽粒产量不会线性增加,但成熟期硝态氮累积量却呈线性增加的趋势。基于最大夏玉米产量的施氮量区间为86~172 kg/hm2,对应的1m土层硝态氮累积量为166.5~265.9 kg/hm2。基于最大冬小麦产量的施氮量区间为105~210kg/hm2,对应的1m土层硝态氮累积量为111.5~177.4 kg/hm2。(6)夏玉米/冬小麦临界氮稀释曲线夏玉米氮素变化遵循幂指数函数。其中,平水年(2013a)当DM≥1.15 t/ha时,其表达式为Nc=21.91DM-0.31,当DM<1.15 t/ha时,其氮浓度常数Nc=22.3 g/kg;在干旱年(2014a)当DM≥0.63t/ha时,其表达式为Nc=21.91DM-0.14,当DM<0.63 t/ha时,其氮浓度常数Nc=26.5 g/kg。2种年型下N0处理的NNI均<1,表明均存在氮素亏缺现象,N3处理NNI均>1,表明均存在氮素盈余;氮营养指数最优(NNI=1)氮处理在2014年介于76~172 kg/hm2之间,而在2013年为172 kg/hm2。冬小麦氮素变化遵循幂指数函数。其表达式为:当LDM≥0.56 t/ha时,为Nc=3.96LDM-0.14,当LDM<0.56 t/ha时,其临界氮浓度常数Nc=4.32%,通过氮稀释曲线建立的氮营养指数(NNI),可以看出,在N0和N1施氮量下,NNI<1,呈现出氮营养亏缺,在N3施氮量下,NNI>1,呈现出氮营养过剩,而在N2施氮量下,NNI≈1,表明氮营养状况适宜,通过建立相对产量(RY)和氮营养指数(NNI)的关系,表明最佳施氮量为105~210 kg/hm2,氮量不足或者过量施氮都会降低作物产量。