垄沟覆膜冬小麦氮素减施与补充灌溉协同优化：延缓叶片衰老与优化籽粒灌浆进程的增产机制

为解决西北干旱区冬小麦生产中水资源短缺与氮肥过量施用导致的资源利用效率低下问题，研究人员通过两年田间试验，探究了垄沟覆膜(RFM)种植模式下补充灌溉(30-60 mm)与氮肥减量(100-300 kg N ha-1)的协同效应。研究发现I1N2处理(30 mm灌溉+200 kg N ha-1)使土壤含水量提升2.9%，叶面积指数(LAI)增加7.62-89.94%，籽粒灌浆期延长0.46-2.44天，最终实现9423.89 kg ha-1的产量与26.65 kg ha-1 mm-1的水分利用效率(WUE)，为旱区小麦节水减肥栽培提供了理论依据。

　　

在全球粮食安全面临严峻挑战的背景下，中国西北干旱区的冬小麦生产正遭受水资源短缺与氮肥滥用双重夹击。该地区年均降水量仅60-180 mm，农民为追求高产往往过度施用氮肥(300 kg ha^-1)，导致水资源利用效率降低33%、氮肥利用率下降44%，还引发土壤酸化和温室气体排放激增等环境问题。虽然垄沟覆膜(RFM)技术能提升58.6%的产量和30.5%的氮效率，但关于其配套灌溉-氮肥精准管理的研究仍属空白。

西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室的研究团队开展了为期两年(2022-2024)的田间试验，通过设置3种灌溉水平(I0:0 mm, I1:30 mm, I2:60 mm)和4种施氮量(N0-N3:0-300 kg ha^-1)，系统评估了不同处理对土壤水分、叶绿素垂直分布、干物质积累及籽粒灌浆特性的影响。研究采用SPAD-502测定叶片相对叶绿素含量，运用Logistic模型拟合籽粒灌浆过程，并通过结构方程模型(SEM)解析各因素对产量的贡献路径。

研究结果显示，I1N2处理在0-100 cm土层土壤含水量较传统种植(CK)提高2.90%，叶绿素含量(SPAD)呈现自上而下递减的垂直分布特征，其中上部叶片SPAD值较CK显著提升6.49%。该处理使叶面积指数(LAI)和成熟期地上部干物质(ADM)分别达到峰值，较其他处理增加7.62-89.94%和5.71-62.38%。在籽粒灌浆特性方面，I1处理使活跃灌浆期(D)延长0.46-2.44天，最大灌浆速率(V_max)提高至0.2109 g d^-1。

通过建立二元二次回归模型，研究人员确定最优管理区间为补充灌溉55.8-66.1 mm配合施氮135.0-147.2 kg ha^-1，在此范围内可实现7942.52-9303.42 kg ha^-1的产量，水分利用效率(WUE)和氮肥偏生产力(NPFP)分别达21.96-27.05 kg ha^-1 mm^-1和56.31-69.28 kg kg^-1。结构方程模型揭示，氮肥通过提升SPAD值(路径系数0.21)和ADM(0.70)间接增产，其中上部叶片叶绿素含量对产量的正向效应最为显著。

该研究发表于《Agricultural Systems》，其创新性在于首次阐明了RFM系统下冬小麦冠层叶绿素垂直分布与籽粒灌浆的响应机制，提出了"优先保障中上部叶片功能，适度维持下部叶片活性"的冠层调控策略。实践层面，将传统管理的灌溉量和氮肥投入分别降低50%和33%，仍可实现34.66%的增产，这为旱区小麦生产实现"减量增效"提供了可操作性方案。从全球视野看，该成果对降水模式相似的半干旱地区(如印度拉贾斯坦邦、摩洛哥等)的作物水氮管理具有重要参考价值，为应对气候变化下的农业可持续发展提供了中国范例。