水分和肥料是半干旱地区小麦生产的主要限制因素,提高水肥利用效率对半干旱地区非常重要,例如山西南部,水肥高效利用的小麦品种、播种方式及配施适宜的氮磷肥均对小麦籽粒生产有较大潜力。因此,于2012—2017连续五年在山西南部山西农业大学闻喜、洪洞小麦试验基地进行研究,选择6个小麦品种比较产量和水分利用效率的差异,明确高效高产的冬小麦品种;选择4种播种方式(宽幅条播、沟播、匀播、常规条播)比较产量和水肥利用效率差异,明确高效高产的冬小麦播种方式;不同栽培模式配施氮肥(0、90、180、210、240、270、300 kg.hm-2)对土壤水分利用规律、植株氮素吸收运转、产量及品质形成的影响,明确水肥高效利用的最佳小麦栽培模式。主要结果如下:1、水肥高效利用的冬小麦品种筛选闻喜试验点水地小麦品种山农29生育期耗水提高,有效穗数形成和千粒重的增加,洪洞试验点水地小麦品种山农20生育期耗水提高,有效穗数的形成和穗粒数的增加,产量、水分利用效率和氮肥生产效率同时达到最高。旱地麦田稳定性较好的品种为晋麦92和运旱20410,主要是有效穗数和穗粒数较高,提高了产量和水分利用效率,而若雨水较多年份也可推荐的品种为洛旱6号,洛旱9号,洛旱11号,主要是有效穗数和千粒重较高,从而提高产量和水分利用效率。2、水肥高效利用的冬小麦播种方式比较研究闻喜和洪洞水地小麦试验点产量均以宽幅精播最高,常规条播最低。与常规条播相比,宽幅条播利于生育期小麦耗水,促进小麦地上部生长,利于有效穗数形成,从而提高穗数和产量均达15%以上,产量提高幅度大于耗水量增加幅度,所以同时也提高了水分利用效率14%。旱地麦田采用膜际条播配播量90kg·hm-2促进小麦合理生长,提高生育期耗水,提高有效穗数,从而提高了成熟期穗数和穗粒数,达8%、26%,提高了产量、水分利用效率、氮素吸收效率和氮肥生产效率,分别达19%、12%、17%、31%。3、水肥高效利用的冬小麦适宜施氮量研究(1)产量形成不同播种方式配施不同施氮量对水地小麦产量形成的影响表现为,宽幅条播配氮肥240kg·hm-2、沟播和常规条播均配氮肥210kg·hm-2时,增加了冬小麦叶面积指数,促进有效穗数形成,提高了穗数和穗粒数,还提高了灌浆期旗叶净光合速率、蒸腾速率、胞间二氧化碳浓度和气孔导度,从而影响了千粒重,最终显著提高了产量,尤其宽幅条播配氮肥240 kg·hm-2,但主要还是通过提高穗数来增产,穗粒数和千粒重贡献较小。不同降水年型覆盖配施氮肥对旱地小麦产量及其构成的影响表现为,丰水年覆盖配施氮肥225 kg·hm-2、平水年覆盖配施氮肥150 kg·hm-2、欠水年覆盖配施氮肥150 kg·hm-2时,旱地小麦穗数和产量均提高,穗数提高幅度为11.3%—22.4%,产量提高幅度为23%-41%。(2)土壤水分利用不同播种方式配施不同施氮量对水地小麦土壤水分利用的影响表现为,宽幅条播配氮肥240 kg·hm-2、沟播和常规条播配氮肥210 kg·hm-2时最利于整个生育期水分消耗,尤其利于开花期和成熟期消耗100—200 cm 土层土壤水分,导致此期的土壤贮水量较低,利于花后籽粒灌浆而增产。但水分利用效率表现为,闻喜地区水分利用效率宽幅条播和沟播配氮肥240kg·hm-2较高,常规条播配氮肥180kg·hm-2最高,洪洞地区水分利用效率三种播种方式配氮肥240kg·hm-2最高。可见,宽幅条播配施氮肥240kg·hm-2可实现水分高效利用和高产。不同降水年型覆盖配施不同施氮量对早地小麦土壤水分利用的影响表现为,随生育进程的推移,0—300 cm 土层土壤蓄水量动态变化表现为向下移动(拔节期20—220 cm、开花期80—220 cm、成熟期200—300 cm),且开花至成熟期土壤水分消耗约一半来自于深层土壤200-300 cm。丰水年覆盖配氮肥225 kg·hm-2、平水年和欠水年覆盖配氮肥150 kg·hm-2可降低拔节前0—300 cm 土壤水分消耗,供给籽粒灌浆期更多的土壤水分,最终提高了水分利用效率。(3)植株氮素吸收运转不同播种方式配施不同施氮量对水地小麦植株氮素吸收运转的影响表现为,宽幅条播配氮肥240kg·hm-2、沟播配氮肥210kg·hm-2促进播种至拔节、拔节至开花、开花至成熟三阶段植株氮素吸收,其中宽幅条播配氮肥240kg·hm-2还有利于花后氮素吸收对籽粒的贡献,但氮素利用效率较低。说明,产量增加幅度并没有植株氮素积累量增加幅度大,宽幅条播配氮肥240kg·hm-2、沟播配氮肥210kg·hm-2可满足整个生育时期吸收氮素。而常规条播前期配氮肥210kg·hm-2、后期配施270kg·hm-2(闻喜地区)或240 kg·hm-2(洪洞地区)才利于氮素吸收,氮素利用效率也较低。说明,产量增加幅度并没有植株氮素积累量增加幅度大,而常规条播后期需要补充氮肥来满足籽粒吸收氮素。不同降水年型覆盖配施不同施氮量对旱地小麦植株氮素吸收运转的影响表现为,丰水年覆盖配氮肥225 kg·hm-2、平水年配氮肥150 kg·hm-2有利于旱地小麦生育中后期植株吸收氮素,还可促进花前氮素运转,尤其叶片和穗,覆盖条件下的欠水年配氮肥150 kg·hm-2有利于生育中后期植株吸收氮素,还可促进花前氮素运转,尤其茎秆+茎鞘和穗。不覆盖条件下的欠水年配氮肥75 kg·hm-2有利于促进生育中期植株氮素积累。(4)籽粒蛋白质含量不同播种方式配施不同施氮量对水地小麦籽粒蛋白质含量的影响表现为,小麦籽粒蛋白质含量宽幅条播配氮肥270kg·hm-2、沟播和条播配氮肥240kg·hm-2最高,与产量表现不一致,可能是宽幅条播配氮肥240kg·hm-2、沟播和常规条播配氮肥210kg·hm-2时产量较高,蛋白质含量存在稀释效应所致,需要增加氮肥30kg·hm-2实现籽粒高蛋白。不同降水年型覆盖配施不同施氮量对旱地小麦籽粒蛋白质含量的影响表现为,丰水年,休闲期覆盖后配氮肥225 kg·hm-2较休闲期不覆盖配氮肥225 kg·hm-2籽粒产量提高,蛋白质含量降低了 5.9%。平水年,休闲期覆盖后配氮肥150kg·hm-2较休闲期不覆盖配氮肥150 kg·hm-2提高,蛋白质含量降低了 3.9%。欠水年,休闲期覆盖后配氮肥150 kg·hm-2较休闲期不覆盖时提高,籽粒蛋白质含量没有降低。花后氮素吸收与籽粒蛋白质含量呈正相关,所以若要在水分较多年份获得籽粒高蛋白,可采用小麦生长后期喷施叶面氮肥提高花后氮素吸收,或者种植高蛋白品种。4、水肥高效利用的冬小麦适宜施磷量研究不同施磷量对旱地小麦土壤水分、产量及水分利用效率的影响表现为,施磷(4年定位试验)降低了旱地小麦生育期内0—300 cm 土壤蓄水量,第4年各处理间差异最显著。第3、4年的土壤水分未达平衡,施磷量150 kg·hm-2与未施磷肥间的周年耗水量差异显著,说明长期施磷肥增加了作物对水分的消耗和利用,0—300 cm 土壤蓄水量降低。此外,F测验显示年份对产量和水分利用效率影响最大,增产效果显示磷肥的增产效果较夏季耕作小,但磷肥每多施1kg·hm-2也可增产2—13kg·hm-2,最终4年定位试验形成的播前0—300 cm底墒550 mm以下配施磷量150 kg·hm-2、底墒550 mm以上配施磷量75kg·hm-2,穗数、产量、水分利用效率均较高。