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水分和养分(特别是氮素营养)一直是制约黄土高原地区作物生产力提高的主要限制性因素。探讨不同水肥条件下冬小麦水氮利用及生产力变化规律,对于本地区麦田合理施肥及作物产量提高等具有重要意义。本研究针对黄土塬区降水少且季节分配不均,土壤严重缺氮的特点,设置了雨养及补充灌溉条件下不同氮磷配施冬小麦种植试验,并依托长期定位施肥试验,结合DSSAT模型,通过田间试验及DSSAT模型模拟相结合的方法,对黄土塬区不同水肥条件下冬小麦生产力及水分、氮素平衡过程进行了试验研究与模型模拟,主要结论如下:(1)补充灌水及不同施肥均显著影响麦田水分平衡过程,不同处理土壤含水量随施肥水平提高而降低。氮磷配施及氮磷有机肥配施均显著降低了土壤含水量,土壤含水量随氮磷配施水平提高而减小。雨养条件下,降雨入渗深度随氮磷配施水平提高而降低,测定年份长期试验地CK,N,NP和NPM处理休闲期土壤水分入渗深度分别为220cm,200cm,180cm,160cm。补充灌溉及不同施肥水平对冬小麦全生育期耗水量及土壤储水变化量影响显著。不同施肥处理冬小麦耗水量及土壤储水变化量大小次序均为:NPM>NP>N>CK;与对照相比较,不同施肥处理耗水量增加13.0~40.7mm,其中,NP和NPM处理显著高于CK。补充灌溉处理冬小麦总耗水量较雨养处理增加51.7~143.5mm;耗水量随氮磷配施水平提高而增加,雨养和补充灌水条件下,不同氮磷配施处理较不施肥处理耗水量分别增加61.9~112.5mm,和112.1~183.8mm。(2)冬小麦叶绿素相对含量(SPAD值)受施氮水平影响显著,施氮不但可以提高冬小麦SPAD值,而且能维持高SPAD值持续时间。补充灌水及氮磷配施均能够增加冬小麦地上部氮素累积量及氮素利用率,冬小麦地上部氮素积累量与施氮水平间具有显著的相关性,不同氮磷配施处理氮素积累量较对照增加83.2%~204.3%,补充灌溉氮素积累量较雨养处理增加1.3%~12.1%。不同处理0~30cm土层土壤全氮含量差异明显,以不施肥处理全氮含量最低,低氮和高氮处理均较高,但二者差别不明显。(3)CK及单施氮肥处理二者产量均较低,其次为NP处理,较对照增产168.9%,而M,NM和NPM三个处理则对照增产260%以上;冬小麦籽粒产量随氮磷配施水平提高而增加,雨养和补充灌水条件下,氮磷配施处理分别较CK增产2530~3717 kg·hm-2和2528~4533 kg·hm-2,补充灌溉后籽粒产量提高2~1188 kg·hm-2,表明氮磷配施的增产效果显著高于补充灌水。方差分析表明,不同施氮水平对籽粒产量影响显著,补充灌水及施磷作用不显著。不同施肥均能提高作物水分利用效率(WUE);N,NP和NPM处理水分利用效率分别较对照提高42.5%,104.4%,109.8%,其中NP和NPM处理显著高于CK和N。WUE随氮磷配施水平提高而增加,2007-2008年,氮磷配施处理WUE较不施肥处理提高4.2~7.6 kg·mm-1·hm-2。补充灌溉对WUE的影响主要与灌水多少及试验年降水条件有关,2007-2008年,补充灌溉处理冬小麦水分利用效率较雨养处理降低0.2~2.3 kg·mm-1·hm-2,但二者差异不显著,2008-2009年补充灌溉处理WUE稍高于相应的雨养处理。不同处理冬小麦株高、叶面积和生物量等生长指标与籽粒产量有相同的变化趋势,即随施肥水平的升高,冬小麦株高、叶面积和生物量也增加。不同生育期除拔节期叶面积指数与籽粒产量间相关性不显著外,其他时期各指标与籽粒产量均显著相关。(4)组建了黄土塬区DSSAT模型气象、土壤和作物遗传参数数据库,并利用田间实测资料对模型的相关参数进行了标定和验证。结果表明DSSAT模型能够准确模拟冬小麦生育期和冬小麦产量,模型适用于本地区作物生长模拟。对不同施氮条件冬小麦土壤含水量动态、氮素吸收动态及冬小麦生产潜力进行了模拟研究。结果表明,土壤含水量模拟结果与实测值吻合度较高,能够反映不同土层土壤含水量变化规律及不同处理间的差异。冬小麦不同器官含氮量动态模拟结果以籽粒含氮量最好,而叶片含氮量的模拟结果相对较差。黄土塬区冬小麦24年光温生产潜力为5547~10920kg·hm-2,气候生产潜力在3193~6443 kg·hm-2间变化。1985~2009年间冬小麦水分满足率为0.513~0.782,表明本地区冬小麦生产力仍然有较大的提升空间。