宽幅精播技术节水高产理论机制仍不明确.本研究于2017-2019年小麦生长季,以'济麦22'为试验材料,在测墒补灌节水栽培条件下,设置宽幅精播、常规条播两种种植方式和20、25、30 cm3种行距,研究了种植方式对小麦根系生物量、衰老特性、水分利用特性、棵间蒸发量和籽粒产量的影响,以探索宽幅精播种植方式对小麦根系生理特性、耗水特性及籽粒产量的影响.结果表明:宽幅精播条件下行距为25 cm处理(K25)0～20和20～40 cm 土层根重密度、根系可溶性蛋白含量、根系活力较其他处理分别提高7.2％～23.9％、8.7％～25.1％、10.7％～29.9％和 7.3％～27.6％、8.0％～38.5％、15.2％～32.7％;同一行距下,宽幅精播处理土壤贮水消耗量及其占总耗水量的比例显著高于常规条播处理,而灌溉量和棵间蒸发量低于常规条播处理;K25处理开花至成熟期耗水量及耗水模系数显著高于其他处理,籽粒产量、水分利用效率和灌水利用效率也显著高于其他处理.综上,本试验条件下采用基本苗180～270株·m-2、行距25 cm是黄淮海麦区宽幅精播种植方式下节水高产的适宜种植模式.

为明确协同提高宽幅播种小麦产量和氮素利用率的表油菜素内酯喷施时期,研究了不同生育时期喷施表油菜素内酯对小麦产量和氮素吸收利用的影响.结果表明:与喷施清水对照相比,喷施表油菜素内酯可通过提高小麦穗粒数或(和)千粒重提高产量,通过促进地上部氮素积累提高氮素吸收效率,进而提高氮素利用率,但不同时期喷施效果存在差异.起身期+灌浆期、拔节期+灌浆期、起身期+拔节期+灌浆期、起身期+开花期+灌浆期喷施处理在所有处理中穗粒数和千粒重增幅最大,产量增幅最高(12.8%～14.0%);同时地上部氮素积累量增幅最大,氮素吸收效率增幅最高(16.4%～18.8%),从而氮素利用率增幅最高.综合施用成本等因素,生产上可采用起身期+灌浆期或拔节期+灌浆期 2 次间隔喷施模式,实现宽幅播种小麦高产高效栽培.

为明确宽幅精播条件下小麦高产高效的适宜基本苗密度,于 2018-2019 年和 2019-2020 年在山东兖州大田试验条件下设置 4 种基本苗密度处理:90×104株·hm-2(D1)、180×104株·hm-2(D2)、270×104株·hm-2(山东高产田常用基本苗密度,D3)、360×104株·hm-2(D4),研究基本苗密度对小麦光合特性、衰老特性以及籽粒产量和水分利用效率的影响.结果表明:与D1、D4处理相比,D2处理显著改善了灌浆期间小麦旗叶光合特性,提高了旗叶和根系超氧化物歧化酶(SOD)活性、可溶性蛋白质含量,降低了旗叶和根系丙二醛(MDA)含量,延缓了旗叶和根系衰老;与D1、D3、D4处理相比,D2处理显著提高了 0～40 cm土层小麦根长、根表面积和根体积.2018-2019 年和2019-2020 年,与D1、D3、D4处理相比,D2处理的籽粒产量分别提高11.8%、2.5%、6.4%和 22.7%、5.7%、17.1%,水分利用效率分别提高 9.2%、8.8%、14.2%和21.1%、6.2%、21.5%.综上,基本苗密度为180×104株·hm-2的D2处理通过提高小麦灌浆期旗叶光合特性,改善小麦根系形态,延缓了植株衰老,籽粒产量和水分利用效率最高,是山东宽幅播种高产麦田的最优处理.

为阐明小麦宽幅播种的增产增效效应,于2015-2016年小麦生育季在泰安、兖州试验点分别采用宽幅播种和常规条播两种播种方式,研究了播种方式对冬小麦‘泰农18’产量和氮素吸收利用的影响,结果表明:播种方式、试验点及两者的互作效应显著影响冬小麦产量、氮素利用率及其相关指标.在两试验点,相对于常规条播,宽幅播种均可通过提高单株与群体分蘖数和单株成穗数来提高单位面积穗数,实现增产,在泰安、兖州点分别增产22.5％和15.4％;宽幅播种均可通过促进小麦氮素吸收积累、提高氮素吸收效率来提高氮素利用率,在泰安、兖州点氮素吸收效率分别提高27.7％和17.5％,氮素利用率分别提高22.5％和15.4％.泰安点宽幅播种的增效效应尤为显著.生产上采用宽幅播种方式可有效提高冬小麦产量和氮素利用率,实现小麦高产高效栽培.

为明确宽幅条播冬小麦的节水机理,于2017-2018年在山西农业大学闻喜试验示范基地开展大田试验,研究春季不灌水(W0)、春灌1水(W1,拔节水)、春灌2水(W2,拔节水、开花水)与常规条播(DS)、宽幅条播(WS)对冬小麦土壤水分消耗、植株氮素运转、产量及效益的影响.结果 表明:较春季不灌水,春灌1水和春灌2水显著增加播种-拔节、拔节-开花期土壤耗水量及耗水强度,显著增加拔节、孕穗和开花期植株氮素积累量,增加花前各器官氮素运转量、花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率,显著提高产量及其构成因素、水氮利用效率;较春灌2水,春灌1水降低了开花-成熟期土壤耗水量及耗水强度,显著提高了花前植株氮素运转对籽粒的贡献率、叶片氮素运转对籽粒的贡献率;显著降低了穗粒数、千粒重,降低产量,但不显著;显著提高水分利用效率4％～8％,提高了宽幅条播条件下氮素利用效率5％;宽幅条播较常规条播显著降低了开花-成熟期土壤耗水量及耗水强度,增加了花前植株氮素运转量、花后植株氮素积累量及其对籽粒的贡献率,显著提高穗粒数、产量、水分利用效率;在不同灌水次数和播种方式条件下,产量与花前茎秆+叶鞘、穗轴+颖壳氮素运转量,花后氮素积累量关系密切,水、氮效率与茎秆+叶鞘氮素运转量关系更密切;拔节期灌水较拔节水+开花水降低了花后土壤耗水,提高花前氮素向籽粒运转,虽降低了穗粒数和千粒重,但产量下降不明显,提高了水、氮效率,且配套宽幅条播提高产量16％～48％,提高收入39％ ～76％,提高产投比22％.

为明确旱地小麦不同播种方式的抗旱稳产效应,于2018-2019年(干旱年型)在山西闻喜旱地小麦试验基地开展旱地小麦不同播种方式(探墒沟播、宽幅条播和常规条播)与不同施氮量(150 kg·hm-2、210 kg· hm-2)对土壤水分、产量形成和水分利用效率影响的研究.结果 表明:与常规条播相比,探墒沟播和宽幅条播提高了旱地小麦越冬、拔节期0～200 cm土壤蓄水量,显著提高了总耗水量10～19 mm,增加了花后5～35 d千粒重、穗长、小穗数和可孕小穗占比,提高了穗数5％～17％、穗粒数2％～6％、千粒重5％～8％,显著提高了产量12％～31％、水分利用效率9％ ～ 25％,尤其探墒沟播;施氮量150 kg·hm-2较210 kg·hm-2,降低了播种-开花期土壤耗水量,显著提高了花后土壤耗水量,显著提高了穗数、产量和水分利用效率;此外,与常规条播相比,探墒沟播和宽幅条播耗水的增产量达30～ 46 kg·hm-2·mm-1,施氮量150 kg· hm-2较210 kg· hm-2耗水的增产量为25～45 kg·hm-2·mm-1.总之,干旱年型,旱地麦田采用探墒沟播,有利于蓄积土壤水分至拔节期,减少生育前期耗水,增加生育中后期耗水;有利于增加有效分蘖数,进而提高穗数,优化穗部性状,实现增产增效,且配施氮肥150 kg· hm-2效果更好.

为明确旱地小麦品质提升的播种技术及其机理,于2017-2018年(平水年)、2018-2019年(欠水年)在山西闻喜开展宽幅播种、探墒沟播和常规条播对旱地麦田土壤水分变化和籽粒蛋白质形成影响的研究.结果 表明:与常规条播相比,探墒沟播显著提高了开花期0～ 200 cm土壤蓄水量(增幅8.2％ ～ 18.7％),其中提高了两年度0～ 60 cm土层,平水年60～120 cm土层,欠水年120～200 cm土层土壤蓄水量;宽幅播种显著提高了平水年开花期0～200 cm土壤蓄水量(增幅5.2％).探墒沟播显著提高了开花-成熟阶段耗水量,宽幅播种显著提高了欠水年播种-开花阶段耗水量.探墒沟播和宽幅播种显著提高了花后15～35 d籽粒谷氨酰胺合成酶(GS)活性,探墒沟播还显著提高了欠水年花后5～35 d旗叶和籽粒谷氨酸合成酶(GOGAT)活性.探墒沟播显著提高了产量(增幅20.4％ ～ 44.8％),籽粒清蛋白、球蛋白含量,籽粒蛋白质含量(增幅3.1％ ～5.8％)和蛋白质产量(增幅25％～49％);宽幅播种显著提高了产量(增幅9％ ～ 40％)和籽粒醇溶蛋白含量.旱地小麦不同播种方式下,花后旗叶和籽粒GS、GOGAT活性与开花-成熟阶段耗水量呈显著相关,且与平水年开花期0～ 120 cm土层和欠水年开花期0～60、120～200 cm土层土壤蓄水量呈显著相关;籽粒清蛋白、球蛋白和总蛋白质含量均与开花期0～ 60 cm土层土壤蓄水量呈显著相关,欠水年还与开花期120 ～ 200 cm土层土壤蓄水量呈显著相关.总之,探墒沟播有利于提高旱地小麦开花期土壤蓄水量和花后耗水量,提高旗叶和籽粒GS、GOGAT活性,从而提高产量和籽粒蛋白质含量,且欠水年生育后期深层土壤蓄水更有利于小麦品质提升.

为探索黄淮海麦区最优播种方式,明确不同播种方式对冬小麦产量和氮效率的影响差异及其机制,本研究于2016-2019年连续3个生长季在黄淮海麦区西部的晋南地区设置宽幅匀播(WSS)、探墒沟播(FS)、立体匀播(TDUS)3种优化播种方式和常规条播(CDS,对照)开展田间试验.结果表明:2016-2019年3个冬小麦生长季的温度、光照、降水等气象要素存在较大的年际及年内变化;与常规条播相比,优化播种方式下,得益于单位面积穗数增加,3个生长季小麦籽粒产量分别提高18.3％～55.5％、8.6％～22.3％、10.9％～39.5％.氮素吸收率显著提升5.8％～57.1％,花前氮素转运比显著提高3.0％～15.3％,氮效率显著提高7.9％～35.7％.综合气象要素与大田数据构建结构方程模型发现,优化播种方式可以通过减少极端低温对小麦群体大小的负面影响,提高群体氮素积累速率和花前氮素转运量,确保高穗数群体籽粒氮素的供应量,实现高产高效栽培.在气象因子均衡的2016-2017年生长季,宽幅匀播、探墒沟播和立体匀播均提高了群体氮素积累量与转运量,并优化了产量构成因子,进而实现了高产高效;在气象因子分布不均(出现极端低温)的2017-2018和2018-2019年生长季,宽幅匀播确保了拔节期茎蘖数,提升了花前氮素吸收量和转运量,立体匀播则保证了较稳定的氮素积累速率,进而实现稳产.