不同产量水平下冬小麦水肥利用特性研究

武志斌, 黄超, 雷媛, 敬峰, 刘战东

中国农学通报. 2022, 38(8): 64-71

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中国农学通报 ›› 2022, Vol. 38 ›› Issue (8) : 64-71. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0339
资源·环境·生态·土壤·气象

不同产量水平下冬小麦水肥利用特性研究

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Water and Fertilizer Utilization Characteristics of Winter Wheat Under Different Yield Levels

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摘要

根据黄淮海地区冬小麦多年不同产量需肥特征进行配方施肥,来模拟冬小麦不同产量水平,进而研究不同产量下冬小麦生长发育及水肥利用等特性,为田间水肥管理和高效用水及合理施肥提供理论依据。本试验于2018—2019年在中国农业科学院新乡综合试验基地进行,试验设置4个产量水平,分别为7.50 t/hm2(C0),8.25 t/hm2(C5),9.00 t/hm2(C10),9.75 t/hm2(C15),以不施肥为对照处理(CK)。结果表明,随产量的增加,冬小麦株高、SPAD、穗数、穗长、穗粒数、千粒重和生物量均呈上升趋势,无效小穗数呈下降趋势,较CK处理相比,C15处理株高、SPAD、穗数、穗长、穗粒数、千粒重和生物量分别提高17.8%、69.1%、68.6%、15.3%、16.5%、17.3%、34.9%,收获指数达到53.2%。随产量的增加,冬小麦耗水量显著增加,水分利用效率呈上升趋势,C10耗水量增加22.8%,水分利用效率增加9.9%;收获后C10土壤全氮全磷较播前显著增加,C15显著减少,肥料贡献率随产量增加显著提高,偏生产力显著降低。冬小麦产量的提高主要依赖于较高的穗数和全生育期干物质的积累,结合冬小麦产量、耗水量,水分利用等认为C10处理水肥利用最佳。

Abstract

According to the requirement characteristics of different winter wheat yields on fertilizer in Huang-Huai-Hai area, formula fertilization was carried out to simulate different yield levels of winter wheat and study the characteristics of growth and development as well as water and fertilizer utilization under different yields, so as to provide a theoretical basis for the efficient use of water and application of fertilizer. The experiment was conducted in Xinxiang Comprehensive Experimental Base of Chinese Academy of Agricultural Sciences from 2018 to 2019. We set four yield levels, including 7.50 t/hm2 (C0), 8.25 t/hm2 (C5), 9.00 t/hm2 (C10) and 9.75 t/hm2 (C15), with no fertilization as control (CK). The results showed that all the indicators of the plant height, SPAD, ear number per hectare, ear length, grains per ear, 1000-grain weight and biomass of winter wheat increased with the increase of yield, while the invalid spike number decreased. Compared with those of CK treatment, the plant height, SPAD, ear number per hectare, ear length, grains number per ear, 1000-grain weight and biomass of C15 treatment increased by 17.8%, 69.1%, 68.6%, 15.3%, 16.5%, 17.3%, 34.9%, respectively, and the harvest index was 53.2%. With the increase of yield, the water consumption of winter wheat increased significantly, and water use efficiency (WUE) showed an upward trend. Water consumption and water use efficiency of C10 increased by 22.8% and 9.9%, respectively. After harvest, the total nitrogen and total phosphorus in soil of C10 treatment increased significantly compared with those before sowing, while those of C15 treatment decreased significantly. Fertilizer contribution rate increased significantly with the increase of yield, but the partial productivity of fertilizer decreased significantly. The increase of winter wheat yield mainly depends on high ear number per hectare and dry matter accumulation during the whole growth period. Considering the yield, water consumption and water use efficiency of winter wheat, the C10 treatment is considered to be the best one.

关键词

冬小麦 / 耗水量 / 水分利用效率 / 肥料利用 / 产量

Key words

winter wheat / water consumption / water use efficiency / fertilizer utilization / yield

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武志斌 , 黄超 , 雷媛 , 敬峰 , 刘战东. 不同产量水平下冬小麦水肥利用特性研究. 中国农学通报. 2022, 38(8): 64-71 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0339
WU Zhibin , HUANG Chao , LEI Yuan , JING Feng , LIU Zhandong. Water and Fertilizer Utilization Characteristics of Winter Wheat Under Different Yield Levels. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2022, 38(8): 64-71 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0339

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探明周年产量20,000 kg hm <sup>-2</sup>以上冬小麦-夏玉米种植模式周年气候资源分配与利用特征, 并建立资源优化配置定量指标, 为进一步提升黄淮海该模式周年产量潜力和气候资源利用效率提供理论依据, 具有重要意义。本研究利用2006—2010年黄淮海区9个高产点共45个田间试验的数据, 定量分析了冬小麦-夏玉米模式高产形成与季节间光温水资源分配的关系。结果表明, 三省9个试验点冬小麦-夏玉米均实现了周年20,000 kg hm <sup>-2</sup>以上高产, 但区域间差异较大, 河南和山东小麦产量最高, 山东夏玉米产量最高, 河南和山东周年产量分别高于河北16.9%和21.5%。产量的变化主要由光温水分配差异造成, 河南和山东小麦季积温量在1924.2~2608.0°C和降雨量小于201.1 mm范围时产量均高于河北, 山东玉米季辐射量在2168.5~2953.8 MJ m <sup>-2</sup>、积温量小于2990.7°C和降水量小于591.3 mm范围时产量均高于河南和河北。然而省份间冬小麦-夏玉米模式季节间热量资源分配率和分配比值相对固定, 即小麦季和玉米季积温分配率分别为43%和57%, 两季间积温比值为0.7, 这是该区当前生产和生态条件下冬小麦-夏玉米模式季节间资源合理配置的定量标准。在不增加任何投入的前提下依据该定量指标来指导黄淮海不同生态区冬小麦-夏玉米种植模式的资源优化配置, 对促进黄淮海该种植模式可持续发展具有重要意义。
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基金

河南省自然科学基金面上项目“灌溉方式和制度对麦田水氮利用的调控机制”(202300410553)
中央科研院所基本科研业务费“黄河流域变化环境主要作物需水过程研究”(FIRI202001-03)
中国农业科学院创新工程“黄淮海冬小麦-夏玉米集约高效用水技术创新与应用”(ASTIP)

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