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农业水资源缺乏已成为全球面临的重要问题,随着粮食需求量及世界人口的急剧增加,该问题日趋严重。半湿润易旱区作为中国粮食的一个重要产区,灌溉水缺乏已经成为限制该地区农业发展的重要因素,发展节水农业将会对该地区农业的可持续发展起到巨大的促进作用。沟垄集雨栽培作为一种节水高效的农业技术措施已经被广泛应用于干旱和半干旱区,然而关于沟垄集雨栽培能否被应用于半湿润易旱区麦玉复种体系(冬小麦-夏玉米)的研究较少。本研究立足于西北半湿润易旱区,设置三个栽培处理(平作+不灌水:CK,沟垄集雨栽培:RFPFM,平作+充分灌溉:WI)、两个施氮水平(高氮:每季作物225kgN ha-1,低氮:每季作物75kgN ha-1)和两个冬小麦-夏玉米复种品种(西农979-正农9号,小偃22-郑单958),系统研究半湿润易旱区沟垄集雨栽培模式对冬小麦-夏玉米产量、生理生态特性及节水增效的影响。该研究不仅可为沟垄集雨节水高效栽培技术在半湿润易旱区复种体系下的应用和推广提供理论和实践支撑,而且对沟垄集雨栽培理论的拓展和丰富也有重要的价值。本研究主要结论如下:(1)与CK相比,RFPFM处理下冬小麦和夏玉米出苗提前2天,冬小麦的扬花期推后1-3天,生育期延长2-4天;夏玉米吐丝期提前4天,而生育期没有明显差异。RFPFM较CK处理能显著增加冬小麦和夏玉米的株高,提高冬小麦生育中后期及夏玉米拔节期和灌浆期的叶面积指数(LAI),而低于WI处理,差异不明显。RFPFM显著的增加冬小麦和夏玉米的干物质积累量,其分别较CK提高55.7%和37.4%;RFPFM下冬小麦干物质积累量可以达到WI的81.9%,夏玉米与之没有显著差异。RFPFM下冬小麦的光能截获量和总光能利用效率(RUE)较CK分别提高42.5%和43.4%,较WI都略低,但差异不显著。RFPFM下,夏玉米光截获量和RUE分别较CK提高了9.4%和26.7%,而与WI比较,光截获量显著降低,但RUE与WI没有显著差异。RFPFM下冬小麦-夏玉米周年RUE较CK显著提高了22.4%,与WI没有显著差异。(2)冬小麦季,灌浆前期强势粒的平均灌浆速率表现出WI>RFPFM>CK;扬花期旗叶叶面积表现出WI和RFPFM分别较CK显著提高119.4%和25.1%,且WI显著高于RFPFM;灌浆后期WI处理的旗叶相对叶绿素含量(SPAD值)要高于CK和RFPFM。相关分析表明,由于各栽培处理对起始生长势和活跃灌浆期影响不同,进而导致粒重在WI、CK和RFPFM间表现不同规律。夏玉米季,生长终极量、灌浆速率最大时的百粒重(Wmax)和平均灌浆速率(Gmean)表现出RFPFM>WI>CK;灌浆前期平均灌浆速率和粒重增量表现出RFPFM>WI>CK;在灌浆中后期籽粒增量也表现为RFPFM>WI>CK;CK的穗位叶SPAD值在灌浆后期下降幅度高于WI和RFPFM处理,WI和RFPFM处理间差异不明显,且高氮下穗位叶SPAD值高于低氮。相关分析表明,由于RFPFM可以提高夏玉米Wmax和Gmean,进而对灌浆期的籽粒增量及成熟期粒重都有促进作用,且RFPFM和WI之间的粒重差异并不明显。(3)在冬小麦扬花后20天,冬小麦的株高和LAI表现出WI>RFPFM>CK,差异显著,其中RFPFM的LAI较CK提高99.2%;透光率表现出CK>RFPFM>WI,差异显著;RFPFM和CK下冬小麦的单株干重及单株充实度显著高于WI;RFPFM和WI较CK能显著提高冬小麦基部第2节的节间长和节间直径;RFPFM的节间充实度和节间壁厚分别比WI处理显著高20.9%和4.2%。RFPFM较WI能显著提高抗折力23.9%,较CK能显著提高弯曲力矩25.4%;倒伏指数表现出WI>RFPFM>CK,差异显著。相关分析表明,由于受株高、单位面积穗数、LAI、产量、地上部干物质量、抗折力、弯曲力矩和基部第2节节间长的影响,RFPFM处理下冬小麦的抗倒伏能力要高于WI处理,但低于CK处理。在夏玉米乳熟期,不同栽培处理下株高、穗位高、重心高度、单株干重和LAI的大小为WI>RFPFM>CK,RFPFM与CK间差异显著,与WI间差异并不明显;基部第3节节间长、节间干重和鲜重、穿刺强度也表现出相同的规律;群体透光率和抗弯强度表现出CK>RFPFM>WI;抗倒伏指数也表现出CK>RFPFM>WI,且差异显著。相关分析表明,由于受株高、穗位高、重心高度、LAI、产量、抗弯强度及基部第3节节间长的影响,RFPFM处理下夏玉米的抗倒伏能力明显高WI处理,但差于CK处理。(4)与CK相比,RFPFM处理能显著提高冬小麦单位面积穗数,进而显著提高冬小麦的产量,其可达WI的76%;从水分利用效率看,RFPFM的水分利用效率(WUE)较CK和WI分别提高了53.7%和46.3%。同样,RFPFM较CK能显著增加夏玉米的穗粒数和千粒重,进而显著的提高夏玉米的产量,同时其产量与WI没有显著差异;RFPFM下的WUE较CK和WI显著提高29.2%和70.5%。RFPFM能显著提高冬小麦-夏玉米周年产量、WUE和氮肥利用效率,产量较CK提高了37.1%,达到了WI的89.5%,而灌水量较WI减少533mm;RFPFM下的周年WUE分别较CK和WI提高了38.9%和61.0%;RFPFM下冬小麦-夏玉米的周年氮肥偏生产力和氮素吸收效率分别较CK提高了40.7%和44.2%,与WI差异不明显;RFPFM下冬小麦-夏玉米每公顷每年能够较CK提高净收入5000-11000元,而与WI没明显差异;可见,RFPFM有明显的节水增效作用。因此,RFPFM可以成为半湿润易旱区麦玉复种体系下较理想的节水高效栽培模式。