人口增长与耕地减少对小麦高产呈刚性需求。小麦高产伴随着高肥水投入,而肥水利用效率低是肥水不合理投入的必然结果。因此,协调小麦高产与肥水高效利用的矛盾是小麦栽培研究亟待解决的问题。采用适宜的小麦品种、播量、播期及肥水调控措施,可构建合理群体结构、提高小麦群体质量,实现高产高效。本试验选用大穗型小麦品种泰农18为试验材料,综合播量、播期及肥水运筹等诸多因素设置四个栽培模式:传统模式(T1)、优化模式(T2)、高产模式(T3)及再优化模式(T4),研究综合栽培措施下冬小麦产量形成、光能截获与转化、水分吸收与利用以及氮素吸收与利用;同时设置0(N0)、168(N168)、240(N240)和300 kg ha-1(N300)4个氮肥水平,研究施氮量对冬小麦籽粒产量及氮素利用的影响;系统阐明了综合栽培措施对协同提高冬小麦籽粒产量与光、氮、水利用效率的作用机制,为探明构建冬小麦高产高效群体的栽培学途径提供理论基础与技术支持。主要研究结果如下:1不同栽培模式冬小麦籽粒产量的差异及其分析冬小麦籽粒产量在不同栽培模式间的表现趋势为:T3>T4>T2>T1;T4处理平均产量达T3处理的95.85%,且较T1和T2处理分别提高21.72%和6.10%。单位面积穗数在不同栽培模式间的表现趋势为:T4>T3>T2≥T1;T4处理成熟期最大的单位面积穗数归因于其最大的春季分蘖数及最大的分蘖成穗率。穗粒数在不同栽培模式间的表现趋势为:T1>T2≈T3>T4。相关分析表明,开花期单茎生物量及开花期单穗重与单穗粒数均呈极显著正相关关系。T4处理开花期单茎生物量及单穗重最低,单穗粒数最少;而T1开花期单茎生物量及单穗重最高,单穗粒数最多。千粒重在不同栽培模式间的表现趋势为:T2>T3≈T4>T1。相关分析表明,千粒重与平均灌浆速率呈极显著正相关关系,而与灌浆持续期相关性不显著。T2处理最大的籽粒粒重主要归因于其最大的籽粒灌浆速率。表明,相对于T2处理,T4处理显著增加的单位面积穗数可补偿其显著降低的单穗粒数与千粒重,因而籽粒产量较高;t1处理单穗粒数最多,但最低的单位面积穗数及千粒重导致其最低的籽粒产量;相对于t3处理,t4处理显著增加的单位面积穗数不能补偿其显著降低的单穗粒数,因而籽粒产量较低。2不同栽培模式冬小麦光能利用效率的差异及其分析与t1和t2处理相比,t3与t4处理始终保持较高水平的叶面积指数;于灌浆后期t4处理叶面积指数等于(2013~2014生育季)或大于(2014~2015生育季)t3处理,表明t4处理可相对减缓生育后期叶面积衰减程度。par截获率随叶面积指数的增加而逐渐增加,但增加幅度逐渐减小。t3与t4处理始终保持较高水平的par截获率(两者花前、花后均无显著差异),保证了冬小麦群体对光能的有效截获。开花前,par截获量在不同栽培模式间的表现趋势为:t3≈t1>t4≈t2;光能利用效率(基于par总截获量)表现为:t3>t4≈t2>t1;干物质积累量表现为:t3>t4>t2≈t1。开花后,par截获量表现为:t4≥t3≥t2≥t1;光能利用效率表现为:t4≥t3>t2>t1;干物质积累量表现为:t4≥t3>t2>t1。全生育期,par总截获量表现为:t3>t4>t1>t2;光能利用效率表现为:t4≈t3>t2>t1,t4处理平均光能利用效率较t1和t2处理分别提高14.15%和4.59%;成熟期干物质积累量表现为:t3>t4>t2>t1。本研究中,光能利用效率随单位叶面积含氮量的增加呈线性增加。相对于t1处理,t3与t4处理光能利用效率增加对其生物产量的相对贡献均大于光能截获量增加对其生物产量的相对贡献;t4处理光能利用效率对生物产量的相对贡献显著大于t3处理,而两者光能截获量对生物产量的相对贡献无显著差异。表明,继续优化栽培措施以提高t4处理单位叶面积含氮量、光能利用效率,可实现其生物产量地大幅提高。3不同栽培模式冬小麦水分利用效率的差异及其分析t1处理灌水次数与灌水量最多,总耗水量最大,土壤贮水消耗量最小;t4处理灌水次数与灌水量最少,总耗水量最小,土壤贮水消耗量最大。t3与t4处理显著提高0~200cm土层土壤贮水消耗量;t4处理较t3处理显著提高0~100cm土层土壤贮水消耗量,其中以60~100cm土层尤为显著。表明,t4处理可显著提高冬小麦对土壤(特别是深层土壤)贮水的吸收。生育后期平均群体蒸腾速率与蒸腾量在不同栽培模式间的表现趋势为:t3>t4>t2≈t1;平均土壤蒸发速率与蒸发量表现为:t1≈t2>t3>t4。较t3处理,t4处理生育后期群体蒸腾量仅减少6.18%;而土壤蒸发量显著减少44.30%。相关分析表明,叶面积指数与群体蒸腾速率呈极显著正相关关系,而与土壤蒸发速率呈显著负相关关系。t4处理较高水平的叶面积指数扩大了群体蒸腾面积,提高了群体蒸腾速率、群体蒸腾量,增加了对土壤水分的吸收;同时降低了表层土壤含水量,减少了土壤蒸发速率、土壤蒸发量,降低了无效耗水。花后群体蒸腾效率在不同栽培模式间的表现趋势为:t2>t4>t1≈t3;花后群体水平水分利用效率表现为:t4>t3>t2>t1。产量水平水分利用效率在不同栽培模式间的表现趋势为:t4>t3>t2>t1;t4处理产量水平水分利用效率较t1、t2和t3处理分别提高43.22%、12.56%和7.12%。相关分析表明,产量水平水分利用效率与成熟期籽粒碳同位素分辨率呈极显著负相关关系。籽粒碳同位素分辨率可用以表征冬小麦产量水平水分利用效率。4不同栽培模式冬小麦氮素利用率的差异及其分析氮素吸收效率在不同栽培模式间的表现趋势为:t2≥t4>t3>t1;t4处理平均氮素吸收效率较t1和t3处理分别提高50.75%和16.62%。成熟期地上部氮素积累量在不同栽培模式间的表现趋势为:t3>t4>t2>t1;而供氮量的表现趋势为:t3≥t1>t4>t2;t3处理平均地上部氮素积累量较t4处理的增加比例显著低于其供氮量的增加比例,因而氮素吸收效率较低。相关分析表明,氮素吸收效率与地上部氮素积累量呈极显著正相关关系,与供氮量呈极显著负相关关系。t1处理最低的氮素吸收效率归因于其最低的地上部氮素积累量;t2处理最高的氮素吸收效率归因于其最低的供氮量。氮素利用效率在不同栽培模式间的表现趋势为:t2>t4≥t1>t3;t4处理平均氮素利用效率较t3处理提高7.74%。氮素收获指数在不同栽培模式间的表现趋势为:t2≈t4>t3≥t1;籽粒氮素积累量在不同栽培模式间的表现趋势为:t3>t4>t2>t1;t3处理平均籽粒氮素积累量较t4处理的增加比例显著低于其地上部氮素积累量的增加比例,因而氮素收获指数较低。籽粒含氮量在不同栽培模式间的表现趋势为:t3>t4>t2≈t1。相对于t3处理,t4处理较高的氮素利用效率归因于其较高的氮素收获指数和较低的籽粒含氮量。t2处理氮素利用率最高;t4处理平均氮素利用率达t2处理的95.36%,且较t1和t3处理分别提高51.91%和25.62%。与t1和t3处理相比,t4处理较高的氮素利用率归因于其同时提高的氮素吸收效率与氮素利用效率;与t4处理相比,t2处理较高(或相等)的氮素吸收效率与较高的氮素利用效率决定了其较高的氮素利用率;表明继续优化栽培措施,t4处理氮素利用率仍有提升空间。5不同施氮水平冬小麦籽粒产量及氮素利用率的差异及其分析随施氮量的增加,籽粒产量呈先升高后降低的趋势,在N240达到最大。随施氮量的增加,地上部氮素积累量的增加比例显著低于供氮量的增加比例,导致氮素吸收效率逐渐降低;氮素收获指数逐渐降低,籽粒含氮量逐渐升高,导致氮素利用效率逐渐降低。结果表明,增施氮肥,氮素利用率显著降低。