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多元化种植模式下秸秆还田配合水氮管理对水稻产量形成与氮素吸收利用的影响

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作物学报 2024年第5期50卷 1236-1252页

作者：胡明明丁峰彭志芸向开宏李郁张宇杰杨志远孙永健马均四川农业大学水稻研究所/作物生理生态及栽培四川省重点实验室四川成都611130

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... 详细信息

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。

关键词：水稻多元化种植模式秸秆还田水氮管理产量形成氮素吸收利用

基于RZWQM模型的夏玉米水氮管理优化及淋溶过程模拟

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节水灌溉 2022年第3期 50-55,60页

作者：李昱岐王凤徐征和徐晶济南大学水利与环境学院济南252000

为优化我国华北平原地区夏玉米种植的水氮管理方案,利用通过位山引黄灌区下游临清市2019-2020年夏玉米田间试验得到的数据,在RZWQM模型中对水分、养分以及生长模块进行参数率定和验证。结果表明:经过模拟参数优化后,土壤含水率、NO_(3)^... 详细信息

为优化我国华北平原地区夏玉米种植的水氮管理方案,利用通过位山引黄灌区下游临清市2019-2020年夏玉米田间试验得到的数据,在RZWQM模型中对水分、养分以及生长模块进行参数率定和验证。结果表明:经过模拟参数优化后,土壤含水率、NO_(3)^(-)-N含量与作物产量的均方根误差(RMSE)和平均相对误差值(MRE)均在可接受范围内。利用校准后的RZWQM模型,模拟24种不同水氮条件下的作物产量、水氮利用效率和NO_(3)^(-)-N淋溶过程,综合考虑作物产量、水氮利用以及环境效应,推荐水氮管理方案为灌水量166 mm、施氮量180 kg/hm^(2),研究为位山引黄灌区下游的农田水肥管理优化提供了理论依据。

关键词：夏玉米 RZWQM模型作物产量水氮利用 NO_(3)^(-)-N淋溶水氮管理水肥管理

水氮管理影响冬小麦品质的CERES-Wheat模型模拟

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农业机械学报 2018年第7期49卷 271-278页

作者：刘建超何建强武文杰李正鹏马海姣冯浩西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室陕西杨凌712100 西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院陕西杨凌712100 中国科学院水利部水土保持研究所陕西杨凌712100

评估CERES-Wheat对不同水氮管理的响应,模拟不同水氮管理对冬小麦品质和产量的影响,筛选优质高产的水氮管理,优化冬小麦农田管理措施。首先利用关中地区2014—2016年2季冬小麦试验数据,对CERES-Wheat进行校准和验证,并评估其模拟籽粒蛋... 详细信息

评估CERES-Wheat对不同水氮管理的响应,模拟不同水氮管理对冬小麦品质和产量的影响,筛选优质高产的水氮管理,优化冬小麦农田管理措施。首先利用关中地区2014—2016年2季冬小麦试验数据,对CERES-Wheat进行校准和验证,并评估其模拟籽粒蛋白质浓度和产量的精度。应用CERES-Wheat模拟51 a(1966—2016)历史气象数据下不同水氮管理的冬小麦生长情况,以籽粒蛋白质浓度和产量为主要筛选目标优化水氮管理。结果表明,CERES-Wheat能够较为精确地模拟冬小麦的生长过程,但籽粒和地上部生物量在严重氮胁迫条件下被低估,籽粒蛋白质浓度在低氮胁迫条件下被高估。籽粒蛋白质浓度和产量对不同的水氮处理具有不同的响应,但可以通过调整灌溉定额、灌溉次数、灌溉时期和施氮量之间的耦合作用达到小麦提质增效的目的。越冬期灌溉120 mm,施氮量262.5 kg/hm^2的水氮管理最适合关中地区的气候条件,可以同时实现优质、高产、稳产。

关键词：冬小麦籽粒蛋白质浓度产量 CERES-Wheat 水氮管理

冬小麦/夏玉米轮作系统夏玉米季不同水氮管理模式肥料氮的去向

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冬小麦/夏玉米轮作系统夏玉米季不同水氮管理模式肥料氮的去向

作者：耿晨鸣西北农林科技大学

学位级别：硕士

冬小麦/夏玉米轮作是关中地区主要种植模式,明确水氮管理对肥料氮在轮作系统中去向的影响,可为科学合理制定水氮管理措施提供重要的理论依据。为定量研究不同水氮管理模式下夏玉米季施入的氮肥在轮作体系的去向,本研究利用N示踪技术,于2... 详细信息

冬小麦/夏玉米轮作是关中地区主要种植模式,明确水氮管理对肥料氮在轮作系统中去向的影响,可为科学合理制定水氮管理措施提供重要的理论依据。为定量研究不同水氮管理模式下夏玉米季施入的氮肥在轮作体系的去向,本研究利用N示踪技术,于2019～2021年进行了为期2年的田间微区轮作试验。试验一,设置4种灌水施氮模式,分别为:M1传统基施,施氮量为210 kg/hm,在拔节期畦灌90 mm;M2传统追施(播前和大喇叭口期各50%),施氮量为210 kg/hm,在拔节期畦灌90 mm;M3滴灌施氮,施氮量为210 kg/hm,在苗期、拔节期、抽雄期和灌浆期施氮比例为2∶3∶3∶2,全生育期根据蒸发蒸腾量进行充分滴灌;M4滴灌施氮,施氮量为150kg/hm,相比M3施氮量减少28.6%,其余灌水施氮与M3一致;试验二,对于试验一中M4模式下苗期、拔节期、抽雄期和灌浆期施入氮肥分别进行标记追踪。两个试验在后茬冬小麦季继续对上茬标记肥料氮残留进行追踪。冬小麦均采用滴灌施氮方式,施氮量分别为255 kg/hm和175 kg/hm,分别对应夏玉米季施氮量为210 kg/hm和150kg/hm的小区,根据蒸发蒸腾量确定灌水量进行充分滴灌。研究冬小麦/夏玉米轮作系统中夏玉米季不同灌水施氮模式及不同时期所施肥料氮的吸收分配、转运及损失与残留及其后效情况,以期为夏玉米/冬小麦轮作系统水氮管理优化提供理论依据与技术支撑。取得如下主要成果:(1)研究了不同灌水施氮模式对夏玉米干物质量及氮累积量的影响,明确了不同灌水施氮模式下夏玉米季肥料氮的当季去向。与两个撒施模式相比,滴灌施氮显著增加了夏玉米地上部植株干物质量、氮累积量和肥料氮累积量。滴灌条件下,减氮28.6%对夏玉米干物质量、氮累积量的减少不显著,而肥料氮累积量显著减小,这可能是样品误差较大对显著性造成的影响。夏玉米收获后,各处理0～20 cm土层中残留肥料氮量较下层土壤显著增加,土壤肥料氮残留量随土层深度增加而减少,但传统基施模式下80～100 cm土层中残留肥料氮量显著增加。滴灌施肥方式可减少氮肥向土壤深层的淋失,使肥料氮残留保持在土壤上层。追施模式夏玉米当季肥料氮残留量最高;滴灌施氮可显著减少肥料氮残留。滴灌条件下,减氮28.6%对土壤中肥料氮残留量无显著影响。试验两年,施氮量为210 kg/hm滴灌施氮模式的夏玉米肥料氮当季利用率分别为45.58%和46.01%,较两个撒施模式显著提高。夏玉米肥料氮当季损失率以基施模式最高,分别为36.91%和38.50%。滴灌施氮条件下,减氮28.6%可显著提高肥料氮当季利用率,达50.96%和55.22%,当季损失率不足20%。(2)揭示了不同灌水施氮模式下夏玉米肥料氮在后茬及冬小麦/夏玉米轮作周期中的去向。滴灌施氮模式的轮作周期利用率较两个撒施模式显著提高。滴灌施氮条件下,减氮28.6%对轮作周期利用率无显著影响。夏玉米肥料氮在追施模式的当季残留率和轮作周期最终残留率最高,基施模式的轮作周期损失率较其他处理显著增高。就夏玉米季残留肥料氮而言,冬小麦对上茬残留肥料氮的吸收量以追施模式最高,对残留肥料氮的后茬利用率以滴灌施氮模式最高;由于上茬基施模式肥料氮残留在80～100 cm土层中较多,在冬小麦季被淋溶至100 cm以下,导致其损失率较其他处理显著增高。夏玉米不同灌水施氮模式残留肥料氮在冬小麦季的残留率无显著差异。(3)研究了滴灌施氮条件下夏玉米对不同时期施入肥料氮的吸收分配、转运及残留情况,探明了夏玉米生长过程中不同时期施用氮肥的去向。在同一生育期,夏玉米植株地上部对不同时期施入氮肥的吸收累积量表现为:抽雄肥≥拔节肥>苗肥>灌浆肥。与其他时期所施肥料氮相比,夏玉米对灌浆肥的吸收累积量显著减小。夏玉米苗肥、拔节肥和抽雄肥的当季利用率均大于50%,残留率和损失率不足30%。试验两年间,不同时期所施肥料氮在土壤的残留量均随土层深度增加而减少,且0～20 cm土层残留量较下层土壤显著增加。灌浆肥当季残留率最大,分别达66.85%和56.00%,较其他时期所施氮肥显著增加,且在0～20cm土层内突出。(4)明确了滴灌施氮条件下夏玉米季不同时期施入肥料氮在冬小麦/夏玉米轮作周期中的去向。冬小麦地上部各器官对上茬不同时期所施肥料氮残留的吸收累积量以灌浆肥残留最高,较苗肥、拔节肥和抽雄肥均显著增加。冬小麦收获后,灌浆肥在0～100 cm土层残留量仍最大。夏玉米不同时期所施肥料氮在夏玉米/冬小麦轮作周期的去向表现为,夏玉米不同时期所施肥料氮的轮作周期利用率、残留率、损失率分别变化在43.54%～74.11%、6.30%～16.01%、17.26%～40.45%之间。抽雄肥的轮作周期利用率最高,灌浆肥轮作周期利用率最低。综上所述,夏玉米季采用滴灌施氮方式可显著提高肥料氮在冬小麦/夏

关键词： 15N 冬小麦/夏玉米轮作水氮管理施氮时期氮肥去向

水氮管理对不同氮效率水稻根系性状、氮素吸收利用及产量的影响

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中国水稻科学 2017年第5期31卷 500-512页

作者：李娜杨志远代邹孙永健徐徽何艳蒋明金严田蓉郭长春马均四川农业大学水稻研究所/农业部西南作物生理生态与耕作重点实验室成都611130

【目的】探究水氮管理措施对不同氮效率水稻根系构型、氮素吸收利用和产量形成的影响,以及根系性状特征与氮素吸收利用和产量关系。【方法】试验采用三因素裂裂区设计,主区为2个不同氮效率水稻品种德香4103(氮高效型)和宜香3724(氮低效... 详细信息

【目的】探究水氮管理措施对不同氮效率水稻根系构型、氮素吸收利用和产量形成的影响,以及根系性状特征与氮素吸收利用和产量关系。【方法】试验采用三因素裂裂区设计,主区为2个不同氮效率水稻品种德香4103(氮高效型)和宜香3724(氮低效型),裂区设置"常规灌溉"和"控制性交替灌溉"2种水分管理方式,裂裂区为SPAD指导施肥、优化施肥以及农民习惯施肥3种施氮模式,运用岭回归分析方法探究根系构型与氮素吸收利用和产量的关系。【结果】水稻抽穗期根系性状、产量、每穗粒数、千粒重及总颖花量均存在显著的基因型差异。氮高效品种德香4103每穗粒数多,群体库容量大,产量较氮低效品种宜香3724高0.24%~11.31%;控制性交替灌溉有利于水稻千粒重的增长,常规灌溉则对水稻有效穗数、每穗粒数及群体颖花量提高更为有利;SPAD指导施肥和优化施肥处理能够提高水稻有效穗数和每穗粒数,扩大群体颖花量以保证其对农民习惯施肥的产量优势;由于水氮互作效应的存在,控制性交替灌溉下施氮处理与空白处理水稻千粒重的差距比常规灌溉的大幅降低,使得控制性交替灌溉下施用氮肥的增产效果更佳。德香4103的氮肥生理利用率较宜香3724平均高8.69%,常规灌溉下水稻氮积累量较高,控制性交替灌溉下氮肥回收率、农学利用率、生理利用率均较优;与农民习惯施肥处理相比,SPAD指导施肥与优化施肥模式更有利于水稻氮素吸收利用效率的提高。拔节期、抽穗期和成熟期水稻根系构型与产量岭回归方程的决定系数范围为0.4198~0.9028,其中,抽穗期根系性状与产量关系最为密切,氮高效和氮低效品种的决定系数均超过0.9。在拔节期,水稻细分枝根长对产量影响最大;在抽穗期,氮高效和氮低效品种存在差异,前者是粗分枝根长,后者是细分枝根表面积对产量影响最大;在成熟期,不定根长与产量关系最为密切。水稻抽穗期根系构型对氮积累量变化的解释程度较高,岭回归方程决定系数均接近0.7。就水氮管理措施而言,氮高效和氮低效水稻均应采用常规灌溉配套SPAD指导施肥或控制性交替灌溉结合优化施肥来实现产量的提高。【结论】水稻抽穗期根系构型与产量、氮积累量关系密切,采用合理的水氮管理措施能够实现水稻产量和氮素吸收利用效率的同步提高。

关键词：水氮管理水稻氮效率根系构型产量

基于Δ^(13)C的不同水氮管理对水稻水分利用效率的影响

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农业机械学报 2018年第5期49卷 303-312页

作者：张忠学陈鹏郑恩楠聂堂哲陈帅宏李伟彤东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 农业部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030 东北农业大学资源与环境学院哈尔滨150030

为揭示不同水氮管理的水稻叶片水分高效利用机理,基于作物生长发育过程中发生的碳同位素分馏效应对作物的长期水分利用效率的指示特性,研究了不同水氮管理对水稻叶片气体交换参数、叶片瞬时水分利用效率(LWUEins)、内在水分利用效率(LWU... 详细信息

为揭示不同水氮管理的水稻叶片水分高效利用机理,基于作物生长发育过程中发生的碳同位素分馏效应对作物的长期水分利用效率的指示特性,研究了不同水氮管理对水稻叶片气体交换参数、叶片瞬时水分利用效率(LWUEins)、内在水分利用效率(LWUEint)和碳同位素分辨率(Δ^(13)C)的影响,分析了不同水氮管理下水稻叶片Δ^(13)C与叶片水分利用效率关系。结果表明:稻作控制灌溉模式下配施适量氮肥可以提高水稻叶片气孔导度(Gs),促进叶片胞间与外界气体交换,提高叶片净光合速率(Pn),维持较高的LWUEins、LWUEint,过量施氮会增加水稻对水分亏缺的敏感性,使水稻Gs降低,不利于叶片尺度水分的高效利用;抽穗开花期控制灌溉模式下施氮量较高时叶片水分利用效率较大,同一施氮量处理控制灌溉水稻LWUEins、LWUEint和WUE均高于淹水灌溉,起到了节水高产的效果。通过统计分析可知,不同水氮管理下抽穗开花期水稻叶片Δ^(13)C与LWUEins、LWUEint和WUE均呈负相关,叶片Δ^(13)C对LWUEint的指示性优于LWUEins,且在控制灌溉下叶片Δ^(13)C与LWUEins、LWUEint的相关性较淹水灌溉更为显著;拔节孕穗期及抽穗开花期水稻叶片Δ^(13)C可以很好地表征水稻WUE。结果表明,通过测定水稻不同时期叶片Δ^(13)C能够为预测不同水氮调控下水稻水分利用效率提供参考。

关键词：水稻水氮管理水分利用效率碳同位素分辨率

不同水氮管理下玉米叶片衰老对氮转移效率的影响

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农业机械学报 2019年第12期50卷 297-303,267页

作者：张忠学尚文彬齐智娟郑恩楠刘明东北农业大学水利与土木工程学院哈尔滨150030 东北农业大学农业农村部农业水资源高效利用重点实验室哈尔滨150030

为阐明不同水氮管理模式下玉米叶片衰老过程对玉米中氮素转移的影响,进行了大田试验,通过设置3个灌溉水平(150、300、450 m 3/hm^2)和4个施氮水平(0、180、220、260 kg/hm^2),探究不同水氮组合下玉米叶片衰老启动时间、叶片衰老速率、... 详细信息

为阐明不同水氮管理模式下玉米叶片衰老过程对玉米中氮素转移的影响,进行了大田试验,通过设置3个灌溉水平(150、300、450 m 3/hm^2)和4个施氮水平(0、180、220、260 kg/hm^2),探究不同水氮组合下玉米叶片衰老启动时间、叶片衰老速率、最大绿叶衰减速率出现时间及叶片衰老过程对叶片氮转移效率和籽粒灌浆过程的影响。结果表明:各处理叶片衰老启动时间均发生在吐丝后10 d左右,其受灌水和施氮影响较小;在灌水充足条件下,增加施氮量可以降低叶片衰老速率,延长最大绿叶衰减速率出现时间;施氮量相同时,随灌水量增加吐丝期叶片氮素积累量呈先增加、后减小的趋势;在一定范围内,叶片氮转移效率随最大绿叶衰减速率出现时间的增加而提高,最高可提升25.78个百分点;籽粒灌浆速率呈先慢后快、最后趋于平缓的变化规律,且在吐丝后30~40 d达到最大,延缓叶片衰老速率有助于提高百粒质量;当灌水量为300 m 3/hm^2、施氮量为260 kg/hm^2时,最大绿叶衰减速率出现时间为吐丝后48.90 d,叶片氮转移效率最高,百粒质量最大,是最佳灌水、施氮组合。

关键词：玉米水氮管理氮素转移 Logistic方程

传统和优化水氮管理对蔬菜地土壤氮素损失与利用效率的影响

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农业工程学报 2007年第2期23卷 54-59页

作者：于红梅李子忠龚元石安徽农业大学资源环境学院合肥230036 中国农业大学资源与环境学院土壤和水系北京100094

通过3年田间定位试验利用氮素平衡方程模拟了传统水氮管理和优化水氮管理下连作蔬菜地土壤无机态氮含量的变化,分析了两种水氮管理对土壤氮素损失量及氮素利用效率的影响。结果表明:优化水氮管理下花椰菜、苋菜和菠菜生长期内土壤平均(... 详细信息

通过3年田间定位试验利用氮素平衡方程模拟了传统水氮管理和优化水氮管理下连作蔬菜地土壤无机态氮含量的变化,分析了两种水氮管理对土壤氮素损失量及氮素利用效率的影响。结果表明:优化水氮管理下花椰菜、苋菜和菠菜生长期内土壤平均(2年或3年)氮素损失量(氨挥发、反硝化和硝态氮淋洗的总和)只有传统水氮管理下花椰菜、苋菜和菠菜生长期内土壤平均氮素损失量的9%、8%和18%;氮素利用效率是传统水氮管理下各蔬菜氮素利用效率的2.3倍、3.2倍、1.7倍,而两处理间蔬菜平均产量并无显著差异。

关键词：水氮管理氮素损失量氮素利用效率蔬菜

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水氮管理及品种对冬小麦光能利用率的影响

中国生态农业学报 2015年第10期23卷 1236-1243页

作者：崔晓朋张喜英孙宏勇刘秀位邵立威郭家选中国科学院农业水资源重点实验室/中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心石家庄050022 北京农学院植物科学技术学院北京102206

提高光能利用率（RUE）是作物获得高产的重要因素之一。遗传特性和栽培管理措施等因素通过影响作物冠层结构及冠层形成过程,进而影响作物的光能利用率。为探讨不同冬小麦品种在不同水氮管理条件下的光能利用率,于2012—2013年,在中国科... 详细信息

提高光能利用率（RUE）是作物获得高产的重要因素之一。遗传特性和栽培管理措施等因素通过影响作物冠层结构及冠层形成过程,进而影响作物的光能利用率。为探讨不同冬小麦品种在不同水氮管理条件下的光能利用率,于2012—2013年,在中国科学院栾城农业生态系统试验站,进行了3个冬小麦品种（‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’）在3个氮水平[135 kg（N）·hm^-2,180 kg（N）·hm^-2,225 kg（N）·hm^-2]和3个灌溉水平（70 mm,140 mm,210 mm）下的大田试验,对关键生育期光合有效辐射截获、生物量和叶面积等参数进行了测定和分析。结果表明：不同冬小麦品种的光能利用率存在显著差异（P〈0.05）,‘冀麦585’、‘科农199’和‘石新828’的光能利用率分别为2.10 g·MJ^-1、2.05 g·MJ^-1和1.93 g·MJ^-1。不同水氮处理对冬小麦光能利用率有一定的影响,其值为1.80~2.20 g·MJ^-1;水氮因素对冬小麦光能利用率的影响不同,随着施氮水平的增加,光能利用率增加,适度的水分亏缺会产生较高的光能利用率。光能利用率增加与生物量形成呈正相关,但当生物量增加到一定程度后冬小麦产量并不随生物量的增加而增加,这与干物质量转移率随着生物量增加而降低有关。结果还显示：从拔节期到灌浆期冬小麦的光能利用率与气温存在明显的曲线关系,其在水氮条件下表现不一致。综合上述分析结果,需要适宜水氮供应才能获得适度干物质积累,提高光能利用率和有效干物质运转,最终提升冬小麦产量。

关键词：冬小麦水氮管理品种光能利用率产量