冬小麦-夏玉米周年氮水耦合对氮素流向和籽粒产量的影响

近年来在黄淮海冬小麦-夏玉米周年连作条件下，存在着滥施氮肥和灌溉不合理的情况，造成资源浪费和环境污染。合理氮水运筹可以增加作物的氮、水利用效率，增加产量，改善品质，其影响机制与作物氮水利用机理、肥料氮损失途径、农田水分循环和产量形成的生理机制等密切相关。针对黄淮海区域小麦-玉米集约化种植条件下的氮流特征及水氮高效耦合机理研究鲜见报道。本项目以不同氮利用效率的小麦和玉米品种为试验材料，系统研究黄淮海冬小麦-夏玉米周年连作体系的氮素流向和作物高效率利用氮素的生理机理，分析氮水耦合对作物-土体-大气系统中氮素流向的影响，以期探明这个体系的氮流特性和作物的氮水利用机理及其与产量和环境之间的关系，制定优化的水氮运筹方案，为黄淮海地区小麦-玉米周年连作体系的高产优质、生态安全提供科学依据。

本项目以不同氮利用效率的小麦和玉米品种为材料，系统研究了不同氮水运筹条件下黄淮海冬小麦-夏玉米周年连作体系中的氮素流向、田间氮水平衡和作物氮素利用特性，及其与产量间的关系， 主要研究结果如下：I 随施肥量增加，氨挥发速率增加；改施无机肥为有机肥，显著地减少了施肥后田间氨挥发损失；II 冬小麦季的硝态氮淋洗主要发生在冬前，减少播种期和越冬期的灌溉量和施肥量是减少冬小麦季淋洗的有效措施；夏玉米季50%淋洗发生在拔节期，减少拔节前的施肥量可有效降低淋洗液中的硝态氮含量，降低淋洗风险；III 氮肥和灌溉之间存在显著交互作用，作物氮素吸收量和籽粒产量均随施氮量和灌溉量的增加而增加，有机肥处理的增加量低于无机肥，正常灌溉下高低氮素水平的差异大于胁迫灌溉，水分胁迫显著影响氮肥对作物氮素吸收和籽粒产量的促进作用；IV 180 kg N ha-1 有机肥在胁迫和正常灌溉下均可以维持并提高土壤矿质氮含量，180 kg N ha-1 尿素仅在胁迫灌溉条件下可维持土壤矿质氮含量；V高肥高水提高了小麦和玉米氮素吸收量和籽粒产量，同时也增加了氨挥发和硝态氮淋洗损失，导致水分和氮素利用效率降低。选用氮高效作物品种，可以显著增加植株氮素吸收量，减少土壤中氮素的挥发与淋洗损失，提高氮素利用率。因此，减少化肥施用量，改施用化肥为有机肥，结合合理灌溉和氮高效作物品种，可以显著减少田间氮素损失，增加小麦-玉米生产体系的氮素利用效率和水分利用效率，达到节肥节水增效的目的。