【摘要】：小麥是重要的主糧作物之一。隨著人口的持續(xù)增長和生活水平的穩(wěn)步提升,世界糧食安全和可持續(xù)發(fā)展面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。通過品種改良和農(nóng)藝創(chuàng)新,保持小麥綠色增產(chǎn)增效,是確保世界糧食安全和可持續(xù)發(fā)展的根本選擇。因此,探討品種改良進程中小麥生產(chǎn)力、氮素利用及環(huán)境效應(yīng)等變化及其機制,對新品種選育與評價及農(nóng)藝創(chuàng)新具有重大意義。本文基于長期定位試驗、多年代品種的田間比較和盆栽試驗,分析了黃淮品種改良對小麥單產(chǎn)和氮肥農(nóng)學(xué)效率的貢獻,研究了品種演變歷程中小麥生產(chǎn)力、氮素吸收與利用、根系性狀及溫室氣體排放等差異及其機制,擬為該區(qū)高產(chǎn)高效低碳排放的品種選擇和農(nóng)藝創(chuàng)新提供理論和技術(shù)途徑參考。本研究主要結(jié)果如下:(1)三十五年的定位試驗結(jié)果顯示,品種改良對小麥單產(chǎn)和氮肥農(nóng)學(xué)效率提高的貢獻因施肥而異。長期單施化肥下,三十五年來品種改良和化肥氮素投入對小麥單產(chǎn)提高的貢獻占主導(dǎo),貢獻率分別為41.6%和45.1%;二者對氮肥農(nóng)學(xué)效率提高亦具有較大貢獻,貢獻率分別為46.8%和48.6%,而其他管理因子的貢獻率僅為4.6%。但在有機無機配施下,其他管理因子的貢獻較大。(2)小麥新品種單產(chǎn)的顯著提升是植株生物量和收獲指數(shù)共同遞增的結(jié)果,單位面積有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加對小麥產(chǎn)量遞增的貢獻最大。隨著品種的更新,小麥籽粒產(chǎn)量和生物量的平均增長率分別為每十年6.9%和每十年9.1%,收獲指數(shù)也顯著遞增。產(chǎn)量構(gòu)成三要素均呈現(xiàn)遞增的變化趨勢,其中有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的提高對小麥單產(chǎn)提高的貢獻最大。產(chǎn)量的提高與葉片光合作用的優(yōu)化有關(guān),小麥旗葉相對葉綠素含量、凈光合速率和蒸騰速率等均隨年代推進顯著增加,而葉片水分利用效率則顯著下降。(3)小麥氮素吸收與主要利用效率指標隨品種改良呈提升趨勢,且主要得益于新品種花后氮素轉(zhuǎn)運量和花后氮素積累量的提高。隨著年代的推進,小麥成熟期植株氮素積累量的平均增長率為每十年8.6%。氮肥偏生產(chǎn)力和氮素吸收效率也顯著增加,盡管氮素籽粒生產(chǎn)效率呈下降趨勢,但不顯著;氮素吸收效率的提高對氮肥偏生產(chǎn)力增加的貢獻最大。小麥花后氮素轉(zhuǎn)運量和氮素積累量均隨著品種演進呈增加趨勢,并顯著正相關(guān)于籽粒產(chǎn)量。(4)小麥根系的總長度、總表面積、總體積和平均直徑均隨品種更新顯著降低,干物質(zhì)量和氮素積累量在地下部的分配比率也顯著下降。隨著年代的推進,小麥根長、根表面積、根體積和根系平均直徑的下降率分別為每十年6.8%、13.9%、20.9%和6.8%,而比根長則顯著增加。小麥根系干物質(zhì)量和氮素積累量平均每十年下降12.4%和14.0%,但根系氮素吸收能力隨品種演進顯著增加。小麥根區(qū)與非根區(qū)土壤無機氮含量、硝化勢與反硝化勢均存在顯著的品種差異,土壤硝態(tài)氮含量隨年代推進顯著上升,土壤硝化勢亦顯著增加,而反硝化勢則稍有下降。(5)小麥全生育期的N20累積排放量和單位產(chǎn)量排放量、增溫潛勢與溫室氣體排放強度隨品種演替呈下降趨勢,生產(chǎn)力和氮素吸收效率的遺傳改良是促進麥田減排的主要原因。隨著品種的更新,N20累積排放量的下降率為每十年1.7%～4.3%,這主要歸因于拔節(jié)后排放通量的顯著下降。同期單位籽粒產(chǎn)量N20排放量的遞減率為每十年13.9%～18.8%,增溫潛勢的下降率達每十年1.2%～2.0%,溫室氣體排放強度的遞減率為每十年8.1%～8.7%。N20累積排放量極顯著負相關(guān)于籽粒產(chǎn)量、生物量、氮肥偏生產(chǎn)力和氮素吸收效率。
【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：S512.1
【圖文】：

中國農(nóng)業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文邐第一章緒論逡逑１．５研究思路與技術(shù)路線逡逑本文利用長期定位試驗探討品種改良對小麥單產(chǎn)和氮肥農(nóng)學(xué)效率增加的貢獻，通過多年代品逡逑種的田間比較試驗和根袋盆栽試驗，研宄不同年代小麥品種產(chǎn)量、主要農(nóng)藝性狀、旗葉光合特性、逡逑氮素積累與轉(zhuǎn)運特征、根系形態(tài)與生理特性，以及溫室氣體排放的差異，以明確黃淮區(qū)冬小麥品逡逑種改良對生產(chǎn)力、氮素利用及環(huán)境效應(yīng)等的綜合影響及其相關(guān)機制。逡逑主要技術(shù)路線如下：逡逑

２０１５－２０１６年進行根袋栽培試驗，試驗設(shè)置１２個處理，分別為不同年代小麥品種：碧瑪１號、逡逑石家莊４０７、阿夫、內(nèi)鄉(xiāng)５號、泰山１號、豐產(chǎn)３號、百農(nóng)３２１７、馬場２號、豫麥１８、皖麥１９、逡逑煙農(nóng)１９和濟麥２２。隨機排列，６次重復(fù)。根袋盆栽方法如圖２－２所示，聚乙烯塑料盆規(guī)格為內(nèi)徑逡逑１８邋ｃｍ邋ｘ高２０邋ｃｍ，盆中央放置３００目尼龍網(wǎng)做成的根袋，根袋規(guī)格為直徑９邋ｃｍ邋ｘ高１６邋ｃｍ。盆逡逑栽試驗用土取自大田試驗相同地塊土壤（土壤理化性狀見２．２．２），鮮土過２邋ｍｍ篩后攪拌均勻，逡逑測定土壤質(zhì)量含水量后，折合每盆干土重４．５邋ｋｇ，其中根袋中１．２邋ｋｇ？施肥量分別為每千克干土逡逑純Ｎ邋０．１９邋ｇ、Ｐ２０５邋０．１０邋ｇ和Ｋ２０邋０．１０邋ｇ，即每盆分別施入尿素（Ｎ邋４６％）邋１．９邋ｇ、過磷酸鈣（Ｐ２０５邋１６％）逡逑２．９邋ｇ和氯化鉀（Ｋ２０邋６０％）邋０．８邋ｇ，其中６０％尿素和全部磷鉀肥基施混入土壤后再裝盆，４０％尿素逡逑則作為拔節(jié)肥配成溶液施入盆內(nèi)。逡逑播種時間為２０１５年１０月１９日，將５粒小麥種子播于根袋中央，三葉期定苗，每盆留長勢逡逑一致的麥苗２株，２０１６年６月１０日收獲。期間，利用稱重法保持土壤水分含量為田間最大持水逡逑量６０％￣７０％

圖２－３溫室氣體采樣裝置逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｇｒｅｅｎｈｏｕｓｅ邋ｇａｓ邋ｓａｍｐｌｉｎｇ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑所采集的氣體樣品在一周內(nèi)用氣相色譜儀（Ａｇｉｌｅｎｔ７８９０Ａ，美國）分、Ｎ２０和ＣＨ分別用電子捕獲檢測器（ＥＣＤ）檢測Ｎ２０濃度、火焰離子檢測器（ＦＩＤ）檢測（：０２，前后檢測器溫度均為３００°Ｃ，進樣口溫度１００°Ｃ。樣品氣體校正濃度（０１／）＝標待檢樣品峰面積／標準樣品峰面積。對每個小區(qū)的４組樣品（０邋ｍｉｎ、１０邋ｍｉｎ、２０邋ｍｉｎ、３０邋ｍｉ直線擬合，得到氣體校正濃度變化速率（Ｚｏｕ邋ｅ／邋ａ／．，邋２００４）。逡逑通量計算公式：Ｆ＝ｐｘ２７３／邋（２７３＋Ｔ）邋ｘＨｘｄＣ／ｄｔ，式中Ｆ為排放通量（ｍｇｍｆ２ｈ＿１或ｎｇ標準氣壓下待測氣體密度，Ｔ為采集箱內(nèi)平均氣溫，Ｈ為采氣箱體高度，ｄＣ／ｄｔ為變化速率。各生育時期平均排放通量等于該生育期排放總量除以生育期總天數(shù)。小期和全生育期排放總量采用積分的方法。逡逑的綜合影響以增溫潛勢（ＧＷＰ，ｋｇ邋Ｃ０２－ｅｑ邋ｈｆ１）和溫室氣體排放強度（ＧＨＧＩ，ｇ邋Ｃ０２－ｅｑ邋來評判，計算公式分別為：逡逑Ｐ＝２５邋ｘ邋ＣＨ４＋２９８邋ｘＮ２０逡逑Ｉ＝ＧＷＰ／籽粒產(chǎn)量逡逑

本文編號：2799068