为优化不同降水年型下春小麦高产稳产和高效利用水氮资源的管理决策方案,利用2009-2012年内蒙古自治区额尔古纳市上库力农场试验站与拉布大林农场试验站春小麦(内麦19)的试验观测资料,确定APSIM-wheat模型中小麦生长发育关键参数;基于校准后的APSIM-wheat模型模拟分析1967-2017年雨养条件下春小麦生长发育过程,并依据降水量划分了3种降水年型(干旱、平水和湿润年型),根据土壤水分亏缺指数(soil water deficit on photosynthesis,SWD_(ef))确定最优水分管理时期;设计8个灌溉量梯度(15、30、45、60、90、120、150和180 mm)和13个施N量梯度(30、45、60、75、90、105、120、150、180、210、240、270和300 kg·hm^(-2))情景模式,结合水氮管理决策的遴选关键指标[水分利用效率(water use efficiency,WUE)、氮肥利用效率(nitrogen use efficiency,NUE)和产量],探究不同气候年型下最优春小麦水氮管理模式。结果表明:(1)校准后的APSIM-wheat模型春小麦发育期模块(出苗期、抽穗期和成熟期)模拟值与观测值的均方根误差(root mean square error,RMSE)在1.17~3.64 d范围内,归一化均方根误差(normalized root mean square error,NRMSE)在0.82%~1.90%范围内;产量模块模拟值与观测值的RMSE为371.50 kg·hm^(-2),NRMSE为8.54%,说明APSIM-wheat模型可以较好地反映不同降水年型下小麦的动态生长发育过程。(2)雨养条件下春小麦分蘖期—拔节期、拔节期—抽穗期和抽穗期—开花期的SWD_(ef)较低,且在生育期内仅灌溉一次的前提下,拔节期灌溉可以减轻干旱胁迫并显著提高产量。(3)干旱、平水和湿润年型春小麦拔节期最优水氮管理模式分别为灌溉量60 mm和施氮量105 kg·hm^(-2)、灌溉量60 mm和施氮量120 kg·hm^(-2)、灌溉量30 mm和施氮量150 kg·hm^(-2),其产量分别为4810.96±551.43、5378.06±768.86和6421.33±454.09 kg·hm^(-2)。
研究多元化种植模式下,不同前茬秸秆还田与水氮管理对水稻产量形成、干物质积累分配及氮素吸收利用的影响。2018—2019年以杂交稻F优498为材料,采用三因素裂裂区设计,主区设置油菜-水稻(Py)、小麦-水稻(Px)、青菜-水稻(Pq)3种种植模式秸秆还田,裂区设置常规淹水灌溉(W_(0))和干湿交替灌溉(W_(1))2种水分管理方式,裂裂区设置不施氮处理(N_(0))、常规施氮处理(N_(1))、精量减氮处理(N_(2))3个施氮水平,分析测定了拔节期、齐穗期和成熟期不同处理下秸秆还田的腐解率、氮素释放率、水稻各器官的干物质积累分配、植株氮素吸收利用以及籽粒产量。结果表明,Py的平均产量分别较Px、Pq增加2.55%、13.99%,主要原因是其有效穗数和千粒重较高;Py可促进各营养器官干物质和氮素积累,有利于干物质分配、提高茎鞘氮素贡献率和氮肥利用率,Py各时期的平均干物质积累总量、氮素积累总量分别比Px和Pq增加5.25%、7.48%和14.60%、17.30%,Py的氮肥偏生产力较Pq显著增加24.90%,但Py的秸秆腐解率和氮素释放率较低。3种模式下W1处理的水稻产量分别比W0处理增加5.10%(Py)、1.76%(Px)和4.80%(Pq),W1处理可促进秸秆腐解和氮素释放,促进干物质积累和氮素吸收转运,有利于Py和Px模式下的干物质分配,进而提高氮肥利用率。同一秸秆还田和水分管理下,N2处理可促进秸秆腐解和氮素释放,有利于干物质分配和氮素转运,提高了齐穗期、成熟期茎鞘和叶片氮素积累量,进而提高氮肥利用率,N2处理的产量、干物质积累量较N1处理略有下降,但二者差异不显著。综合考虑分析,油-稻种植模式下,油菜秸秆还田配合干湿交替灌溉与精量减氮(120 kg hm^(-2))有利于干物质积累分配、氮素吸收转运,进而提高氮肥农学利用率、氮肥偏生产力,并可节约20%氮肥投入,实现水稻稳产高效生产。
