内蒙古河套灌区小麦套种玉米水肥高效利用生理机制

以河套灌区主要种植模式小麦套种玉米一年两作为研究对象，以提高水、肥（氮肥）利用效率为中心，以高产为目标，在不同灌水和施肥条件下研究土壤水分和氮素的时空变异特征及其与产量构成因素的关系，阐明不同时期灌溉和施肥对产量形成和水肥利用的制约表现，明确小麦套种玉米实现节水、节肥、高产的合理灌溉制度和施肥制度；利用15N同位素示踪技术，在控制条件及大田实证研究两作共生期间小麦对玉米带淋入土壤深层硝态氮的利用能力，深入揭示小麦玉米套作体系下水肥高效利用的生理生态机制，为小麦套种玉米节水、节肥、高产、高效技术体系的建立提供理论依据。这项技术体系的建立，对于缓解以小麦玉米套作为主要种植模式的河套平原的水资源供需矛盾，降低作物生产成本，提高经济效益，减少环境污染、保护生态环境等，都具有重要的现实意义。

针对黄河水资源日益紧缺，作物生产中水肥资源浪费严重的现状，以内蒙古河套灌区主要种植模式小麦套种玉米为研究对象，以提高水肥利用效率为中心，以高产为目标，系统研究了套种小麦和玉米产量与水分关系及水肥利用效率的差异，确定了小麦套种玉米节水、节肥与高产统一的灌溉制度和施肥制度，深入揭示了套种模式下水肥高效利用的生理机制。主要研究结果如下：.随着灌水次数和灌水量增加，套种作物全生育期总耗水量显著增加，套种作物产量以全生育期浇3水以上处理较高。与常规充分灌溉相比，3水和4水处理的产量并未显著降低，而耗水量却明显减少，平均水分利用效率提高30％以上，实现了节水与高产的统一。综合分析认为，在秋季浇足底墒水基础上，全生育期灌3-4水是小麦套种玉米高产的最佳节水灌溉模式，即小麦拔节期、开花期、玉米大口期灌水3次（平水年份），或小麦拔节期、开花期、玉米大口期、灌浆期灌水4次（干旱年份），每次灌水60-70 m3/mu。.套种节水灌溉模式下，拔节前控制灌水使小麦和玉米叶面积减小，共生阶段群体叶面积指数相应较小，但此种株型和群体结构透光率高，有利于充分发挥套种群体的时空效应和边际效应；前期经历干旱锻炼的叶片相对含水量和WUE提高，生育后期叶片SPAD值、Fv/Fm、光合速率等下降缓慢，光合效率得以维持；生育后期群体叶面积及光合势衰减慢，保证了群体干物质积累量的持续增加。同时，前期适当干旱胁迫促进了小麦和玉米根系对土壤深层水分吸收，地上部较小的冠层结构又减少了水分蒸腾消耗，提高了群体水分利用效率，这是小麦套种玉米节水与高产统一的重要生理基础。.节水灌溉模式下，适量施用氮肥可延缓套种小麦和玉米灌浆期叶面积和光合势衰减，促进花后茎鞘贮藏物质的转运，增加群体干物质积累量，显著提高水肥利用效率。套种作物经济产量、水分利用效率与总施氮量均呈抛物线关系，氮素利用效率与总施氮量呈显著负相关。优化解析得出，小麦套种玉米实现节水、节肥、高产的适宜施氮量（纯N）为小麦13.5～14.4 kg/mu，拔节期结合灌第1水追施；玉米30.0～35.6 kg/mu，分别于拔节期和大喇叭口期结合灌水按3:7的比例追施。.基于上述研究结果，组装集成了小麦套种玉米节水、节肥、高产栽培模式。该技术模式的应用，对于缓解河套灌区水资源供需矛盾，降低作物生产成本，提高经济效益，减少环境污染等都具有重要的现实意义。