【摘 要】
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为保障复杂气候变化背景下黄土高原东南部旱作区冬小麦生产的可持续性,明确旱地小麦绿色抗逆高产高效栽培措施十分必要。因此,本文在山西农业大学闻喜旱地小麦试验示范基地开展大田试验,研究不同降水年型休闲期深翻、深松、免耕三种耕作方式对冬小麦产量和土壤蓄水量的影响并构建早期产量预测模型;研究探墒沟播、常规条播两种播种方式与农户施肥、优化施肥、优化减氮、优化减磷、优化减钾五种施肥模式互作对土壤蓄水量、小麦生长
【基金项目】
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黄土高原特色作物优质高效生产省部共建协同创新中心（SBGJXTZX-32）； 国家现代农业小麦产业技术体系专项（CARS-03）； 国家重点研发计划子课题（2018YFD020040105）； 山西省“1331工程”重点创新团队建设计划项目（SXYBKY201733）；
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为保障复杂气候变化背景下黄土高原东南部旱作区冬小麦生产的可持续性,明确旱地小麦绿色抗逆高产高效栽培措施十分必要。因此,本文在山西农业大学闻喜旱地小麦试验示范基地开展大田试验,研究不同降水年型休闲期深翻、深松、免耕三种耕作方式对冬小麦产量和土壤蓄水量的影响并构建早期产量预测模型;研究探墒沟播、常规条播两种播种方式与农户施肥、优化施肥、优化减氮、优化减磷、优化减钾五种施肥模式互作对土壤蓄水量、小麦生长发育、植株氮素积累转运、产量品质形成以及土壤呼吸特性的影响;研究150 kg/hm~2、180 kg/hm~2、210 kg/hm~2三个播量与农户施肥、优化施肥、优化减氮三种施肥方式互作对小麦生长发育特性、光合特性、产量品质形成及土壤呼吸特性的影响;利用APSIM模型模拟不同降水量下优化栽培措施对旱地小麦产量及经济效益的影响,明确应对气候变化的栽培模式,为旱地小麦稳产增收、绿色生产提供理论及技术支持。主要结果如下:1、降水年型与休闲期耕作均对旱地小麦产量及其构成因素有显著影响。相较免耕,休闲期耕作可显著提高产量和土壤蓄水量,但不同降水年型存在差异。基于休闲期标准降水蒸散指数对2010-2019年10个试验年份进行不同降水年型的分类,得到该年型划分方法符合黄土高原东南部旱地小麦的气候背景。干旱年,休闲期深松较深翻显著提高产量,达4775.44 kg/hm~2;非干旱年,休闲期深翻较深松显著提高产量,达5149.10 kg/hm~2。研究引入可控的土壤蓄水量因子,与不可控的气象因子共同构建随机森林预测模型,该模型对旱地小麦产量、穗数和穗粒数的平均预测误差分别为6.36%、6.96%和7.07%,预测结果可靠。2、休闲期深翻条件下,探墒沟播较常规条播显著提高了有效分蘖数,提高了开花期各器官氮素积累量、花前氮素运转及籽粒贡献率;提高了穗数3.5%、穗粒数2.5%和千粒重5%,提高产量7%;提高籽粒蛋白质含量、淀粉含量及面粉加工品质;促进了土壤呼吸速率。探墒沟播配合优化施肥小麦产量表现较好,且显著提高氮肥偏生产力146%,钾肥偏生产力67%,水分利用效率2.9%,显著降低各生育阶段土壤碳排放量,显著提高碳排放效率14.5%。综合考虑产量、碳排放量、投资回报率三因素,得到探墒沟播配合优化施肥是既能保证冬小麦稳产增收,又能实现节能减排的有效栽培措施。3、休闲期深翻、探墒沟播条件下,播量210 kg/hm~2较其他播量提高了冬小麦各生育时期株高、次生根及群体分蘖数;提高了花后旗叶SPAD值、净光合速率、蒸腾速率及气孔导度;提高穗数3.1%-7.4%、穗粒数4.6%-6.0%,提高产量1.7%-3.7%;提高了籽粒蛋白质含量、总淀粉含量及面粉加工品质;增强了土壤呼吸作用。播量180 kg/hm~2较播量210 kg/hm~2虽降低了产量0.5%-1.0%,但无显著差异。优化施肥较农户施肥显著提高了拔节期、开花期和成熟期冠层光合有效辐射截获量;提高成熟期土壤蓄水量5.3%和千粒重5%-11%;且配合180 kg/hm~2能显著降低土壤呼吸速率1.5%-15.0%,显著降低全生育期土壤碳排放量。综合考虑经济效益、生态效益和投资回报率,选择播量180kg/hm~2配合优化施肥,既能保证冬小麦稳产增收,又能实现农业生产减排发展。4、APSIM对黄土高原东南部不同栽培模式的旱地小麦产量模拟与大田实验结果一致,但考虑农田生态环境效益,选择非干旱年休闲期深翻（干旱年型休闲期深松）、探墒沟播配套播量180 kg/hm~2和优化施肥进行栽培,可实现黄土高原东南部旱地小麦经济效益和生态效益的双赢。在此栽培模式条件下,若未来实际降水量高于生育期平均降水量10%,有利于冬小麦增产14.99-1418.26 kg/hm~2,增收36-3404元/hm~2;反之将造成冬小麦减产16.12-1340.01 kg/hm~2,经济损失39-3216元/hm~2。总之,黄土高原东南部旱作麦区采用集休闲期耕作配套探墒沟播、播量180 kg/hm~2和优化施肥于一体的栽培技术模式,有利于蓄积土壤水分,提高旗叶光合能力和肥料偏生产力,促进植株器官间养分积累转运,减少农田CO2排放量,使得产量和品质得以同步提升,实现节肥、减排、增产、增收。
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