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作物高产高效生产是作物栽培研究永恒的主题,水肥投入是作物主要生产要素。为了确定小麦高产高效的水肥组合,本研究于2012-2013年度在大田试验条件下,选用河南省主推强筋、半冬性小麦品种西农979为试验材料,设置不同梯度的水肥耦合模式,分析了不同水肥组合对小麦光合特性、水分利用特性、氮代谢特征、生长发育规律以及籽粒产量的调控效应,初步确定了实现小麦高产高效的优化水肥耦合模式,为河南粮丰工程示范区高产高效标准化栽培提供重要依据,要研究结果如下:1.水氮耦合对冬小麦光合特性的影响小麦的叶面积在孕穗期达到最大,相同水分条件下,施氮处理的叶面积明显高于不施氮处理。在相同施氮条件下,随着土壤水分含量的增加,叶面积逐渐增大。干旱和缺氮都会使花后旗叶SPAD值迅速下降,对小麦光合速率造成严重影响,后期旗叶光合速率下降迅速。小麦开花后旗叶光合速率(Pn),在灌浆初期最大,之后逐渐下降。相同水分条件下,旗叶光合速率随着施氮量的增加而增大,且施氮处理间差异显著。旗叶光合速率和气孔导度(Gs)均随着土壤水分的增加而升高,表现为W3>W2>W1,差异达显著水平,而胞间C02浓度(Ci)随着土壤水分的增加而降低;旗叶Pn和Gs随着施氮量的增加而升高,表现为N3>N2>N1。试验结果表明,在9个水氮处理组合中,中水中氮(W2N2)、中水高氮(W2N3)、高水中氮(W3N2)和高水高氮(W3N3)组合均有利于小麦花后旗叶维持较高的叶面积指数、叶绿素含量和光合速率值。2.水氮耦合对冬小麦植株氮素积累、分配和转移的影响不同水氮处理下成熟期小麦氮素积累与分配的差异很大,成熟期各器官中氮素积累量以籽粒最多,茎、鞘和颖壳+穗轴次之,叶片最少。在相同水分条件下,单茎氮素积累量随着施氮量的增加而增加,表现为N3>N2>N1;在相同氮素营养条件下,单茎氮素积累量随着灌水量的增加先升高后降低,表现为W2>W3>W1,中水(W2)处理单茎氮素积累量显著高于自然降水(W1)和高水(W3)处理,籽粒氮素积累量的变化规律与此相同。在N1条件下,开花期营养器官氮素积累量及其在花后向籽粒的转运量、转运效率和对籽粒氮素的贡献率随着灌水量的增加而增加,表现为W3>W2>W1,但三个水处理间差异不显著;在N2和N3条件下,W2处理的营养器官花前贮存氮素积累量及其在花后向籽粒的转运量、转运效率和对籽粒氮素的贡献率均显著高于W1、W3处理。试验结果表明,在9个水氮处理组合中,中水中氮(W2N2)和中水高氮(W2N3)的籽粒氮素积累量显著高于其他处理;W2N2处理下营养器官花前贮存氮素在花后向籽粒的转运量和转运效率最高;W2N3处理的花前营养器官氮素积累量及其花后转运对籽粒氮素的贡献率最高。3.水氮耦合对冬小麦水分和氮肥利用率的影响从水分利用率来看,在同一灌水条件下,随着施氮量的增加,小麦耗水量和水分利用效率呈增加趋势,表现为N3>N2>N1,而灌水生产效率先升高后降低,在N2时灌水生产效率达到最高:在同一施氮水平下,水分利用效率随着灌水量的增加而逐渐降低,表现为W1>W2>W3,而灌水生产效率则随着灌水量的增加先升高后降低,在N2时灌水生产效率达到最高。从氮肥农学效率来看,在同一施氮水平下,随着灌水量的增加,氮肥农学效率先增加后降低,在W2灌水量时氮肥农学效率达到最大;在灌水量相同的条件下,N2施氮量处理下的氮肥农学效率大于N3施氮量处理下的氮肥农学效率,且两者间的差异达到显著性水平。在所有的水氮组合中,W2N2组合处理下的氮肥农学效率和灌水生产效率均最高,且与其他组合差异显著,说明在中水中氮条件下可实现水氮的高效利用。4.水氮耦合对冬小麦产量及产量构成要素的影响同一灌水条件下,在本试验0～300 kg·hm-2的施氮量范围内,籽粒产量随着施肥量的增加而增加,表现为N3>N2>N1;在同一施氮量条件下,籽粒产量随着灌水量的增加而先升高后降低,在W2灌溉量处理下籽粒产量达到最高。通过对产量构成的三要素(穗数、穗粒数、千粒重)及生物产量分析发现:同一灌水条件下,穗数、穗粒数及生物产量随着施肥量的增加而增加,表现为N3>N2>N1,千粒重的表现与此相反,随着施肥量的增加而降低,表现为N1>N2>N3:千粒重在N2、N3施氮量条件下,随着灌水量的增加而逐渐降低,表现为W1>W2>W3。因此,在本试验0～300 kg·hm-2的施氮量范围内,穗数和穗粒数成为决定籽粒产量的主要因素。在所有的水氮组合中,籽粒产量以W2N3组合最高为8602.17 kg·hm-2,其次是W2N2组合的籽粒产量为8365.33 kg·hm-2,两者之间差异不显著,W2N2组合下的收获指数为0.501,在所有组合中为最高,且与其他组合的差异均达到显著性水平,表明高产条件下W2N2组合应是高产高效的水肥运筹模式。