高低畦是在生产实践中摸索出来具有提高土地利用率和产量的冬小麦种植模式。尽管已被山东省列为农业主推技术，但由于提出时间尚短，其产量形成、籽粒灌浆过程等对水氮供应的响应机制还不清楚，很大程度上制约了这一模式的完善与推广应用。为探索高低畦冬小麦最佳的水氮组合，于2020—2023年开展田间试验，设置4个施氮水平（N1：360 kg ha^-1、N2：300 kg ha^-1、N1：240 kg ha^-1、N1：180 kg ha^-1）和3个灌水定额（W1：120 mm、W2：90 mm、W3：60 mm），分析了冬小麦籽粒灌浆特征参数、穗重百分比（GPS，%）、穗相对含水量（SMC，%）和产量等指标。结果表明：（1）籽粒灌浆过程可以用确定性方程准确描述（0.989<R²<0.999）。随灌水水平或施氮水平的增加而增加，最大灌浆速率出现时间（T_max）和灌浆持续时间（AGP）呈现增加的趋势，而平均灌浆速率（G_mean）则呈现下降的趋势；千粒重（FTGW）随灌水水平或施氮水平的增加呈现先增加后减少的趋势。（2）GPS和SMC与粒重或开花后天数呈极显著的二次多项式关系。灌水水平、施氮水平和年型显著影响Tmax，AGP，G_mean和FTGW。在所有灌水和施氮处理中，高畦田和低畦田的AGP和FTGW没有明显差异。（3）W1N1与W1N2和W2N1的产量差异不显著（p>0.05），说明适量节水减氮并不会显著降低产量。主成分分析表明，当施氮水平为240~300 kg N ha^-1，灌水水平为90–120 mm时，能够有效提高冬小麦籽粒灌浆效率并提高籽粒产量。研究为冬小麦高低畦种植模式下水氮优化管理策略的构建提供理论依据和技术支撑。

小麦子房发育的库强决定了粒重潜力。从孕穗到籽粒建成期是子房生长发育和潜在库强决定的关键时期。然而，水分胁迫下，小麦植株在这一时期如何平衡和协调小花数和子房/籽粒重的潜在调控机制尚不清楚。因此，我们设计了W0（生长季不灌溉）和W1（拔节期灌溉75 mm）两个灌溉处理，从表型、代谢和转录组水平分析了小麦子房/籽粒重对水分胁迫的响应。结果表明，W0处理降低了土壤含水量、株高和旗叶叶面积，从而减少了粒数，尤其是弱势粒的粒数，但是提高了强势粒和弱势粒的粒重以及成熟期籽粒的平均粒重，与此同时，花前3天到花后10天子房/籽粒的重量和体积也都增加了。转录组分析表明，W0处理显著促进了蔗糖代谢和植物激素信号转导相关基因的表达，并导致可溶性酸转化酶(SAI)和蔗糖合酶(Sus)活性以及脱落酸(ABA)和吲哚-3-乙酸(IAA)水平升高，因此蔗糖含量降低，葡萄糖和果糖含量增加。此外，在W0处理下，花前几个TaTPP基因（尤其是TaTPP-6）下调，IAA生物合成基因TaTAR1和TaTAR2上调，这进一步提高了IAA水平。总的来说，水分胁迫减少了营养器官的生长，导致大部分弱势粒退化，但是提高了存活的子房/籽粒的ABA和IAA水平，提升了Sus酶的活性，将蔗糖降解为葡萄糖和果糖。由此可见，在水分胁迫下，较强的蔗糖利用能力，增强的SAI酶活性以及ABA和IAA介导的信号转导共同提高了小麦存活子房/籽粒的重量和体积，最终实现了子房/籽粒重和粒数之间的平衡。

目前，倒伏仍是持续提升小麦产量的关键限制因素，因为在高产栽培的群体中，低光照胁迫会降低茎秆的机械强度。茎秆机械性能由节间木质素决定，其受群体光环境影响。能否通过群体分布改善光照条件抑制茎秆倒伏，迄今了解甚少。为此，本试验以小麦品种“西农979”为试验材料，设置低密度均质分布处理（LD）、高密度均质分布处理（HD）和高密度异质分布处理（HD-h），研究群体分布对小麦茎秆抗倒伏性能的调控效应与作用机制。结果显示，相比于LD处理，HD处理下，冠层中下层透光率、植株中下部叶净光合速率、茎秆木质素积累量、茎秆抗折断力均显著降低，倒伏指数显著上升，而发生倒伏，2020–2021年倒伏率为67.5%，2021–2022年为59.3%。HD-h处理下，冠层中下层透光率等指标则较HD处理明显提高，而倒伏指数降低，且无倒伏现象。在茎秆形成的关键时期，与LD相比，HD条件下茎秆中PAL（苯丙氨酸转氨酶）、4CL（4-香豆酸:辅酶A连接酶）、COMT（咖啡酸3氧甲基转移酶）、CAD（肉桂醇脱氢酶）在木质素合成途径中的活性显著降低，TaPAL, Ta4CL, TaCOMT, 和TaCAD的相对表达量显著下调。然而，与HD相比，HD-h下木质素合成相关酶的活性及其基因表达量显著提高。进一步通过PLS路径分析显示，群体冠层光环境、植株中下部叶光合性能、木质素合成与积累、茎秆抗倒伏性能之间均为显著的正效应。结果表明，在传统高密度种植模式下，小麦倒伏风险增高。在此基础上，通过群体异质性分布调优冠层光环境，提高植株中下部叶光合性能，促进茎秆木质素积累，进而增强小麦抗倒伏性能。这些发现解释了小麦高产栽培条件下茎秆机械强度降低的机理，为小麦抗倒伏技术途径提供思路与理论依据。

为提高无人机遥感快速准确监测膜下冬小麦长势状况的精度，本研究利用垄覆膜、垄沟全覆膜和平作全覆膜冬小麦样区，基于模糊综合评价法（FCE），采用四种农艺参数（叶面积指数、地上生物量、株高、叶片叶绿素含量）计算冬小麦的综合长势评价指数（CGEI），使用光谱净化技术处理无人机多光谱遥感图像，并计算14种可见光和近红外光谱指数。采用偏最小二乘法、支持向量机、随机森林和人工神经网络（ANN）四种机器学习算法，构建了地膜覆盖冬小麦的长势监测模型，并进行精度评价，绘制冬小麦长势状况的时空分布图。结果表明，基于FCE方法构建的地膜覆盖冬小麦CGEI能够客观、全面地评价作物长势状况，ANN模型对CGEI的反演精度高于单一农艺参数，决定系数为0.75，均方根误差为8.40，平均绝对值误差为6.53。光谱净化可以消除地膜和土壤造成的背景效应干扰，有效提高地膜覆盖冬小麦长势的遥感反演精度，在光谱净化后的垄沟全覆膜区域反演效果最佳。该成果为无人机遥感监测地膜覆盖冬小麦长势状况提供了理论依据。

水分是限制旱地小麦产量的关键因素。覆盖通过影响土壤水分进而影响作物产量和产量构成要素。但产量构成因素和土壤水分与产量之间的关系，以及覆盖措施下影响籽粒产量的最重要因素需要进一步的研究。因此，本试验在西北地区黄土高原进行为期9年的长期定位试验，共设置3个处理：不覆盖(CK)、地膜覆盖(M_P)和秸秆覆盖(M_S)。试验测定产量、其构成要素和土壤水分相关指标，并通过相关性分析、结构方程模型和重要性分析探讨产量构成要素和土壤水分与产量之间的关系。结果表明，与CK相比，M_P和M_S处理的籽粒产量分别提高13.0%和10.6%。M_P处理比M_S处理年均增产134 kg·ha^-1。3个处理的产量构成要素差异不显著(P < 0.05)。M_S处理的土壤蓄水量高于M_P处理，但差异不显著。M_S处理的夏闲土壤蓄水量(SWSSF)和播前土壤蓄水量(SWSS)均显著高于CK，分别提高38.5%和13.6%。M_P与CK处理的SWSSF差异不显著，但M_P的SWSS显著高于CK。在收获土壤蓄水量(SWSH)和生育期耗水量(ET)方面，3个处理差异不显著。通过3种分析方法，我们发现穗数和ET与籽粒产量呈正相关关系。在M_P和M_S处理中，穗数是对产量相对重要性最大的因素；在CK处理中，ET是对产量相对重要性最大的因素。充足的SWSSF可以间接增加穗数和ET。因此，覆盖措施可以提高产量和土壤蓄水量。在覆盖措施下，影响旱地小麦籽粒产量的最重要因素是穗数；在不覆盖条件下影响旱地小麦籽粒产量的最重要因素是ET。本研究结果有助于理解在覆盖和不覆盖措施下影响旱地小麦籽粒产量的最主要因素。

干热风是影响全球小麦主产区产量形成的主要气象灾害之一，在全球气候变暖背景下，中国黄淮海平原的冬小麦干热风灾害区域性频发重发，对小麦生产造成严重威胁。为了探明自主研发的新型化学制剂（NCR）对干热风胁迫下冬小麦生理特性和产量形成的影响，在黄淮海典型麦区开展了连续三年的大田试验（2018–2021），比较研究了不同制剂处理对干热风条件下冬小麦叶片生理、干物质积累与转运、籽粒灌浆和产量构成的影响。试验以自来水为空白对照，磷酸二氢钾为制剂对照，设置三个NCR叶面喷施处理，即单独拔节期喷施（FSJ）和开花期喷施（FSF），以及拔节期和开花期连续喷施NCR（CFS）。结果表明，单独喷施处理中，FSJ处理能促使花前干物质积累，显著提升最大灌浆速率和平均灌浆速率；FSF处理有助于小麦功能叶维持较高的叶绿素相对含量和较低的离体叶片失水速率，增加花后干物质积累及其对籽粒的贡献，延长灌浆持续期，使最大灌浆速率提前；CFS处理下的冬小麦抗干热风效果明显优于FSJ和FSF处理。与CK相比，外源NCR促使冬小麦产量显著提高12.45–18.20%（2020–2021）、8.89–13.82%（2019–2020）和8.10–9.00%（2020–2021）；但常规干热风防控处理CKP仅在2020–2021年的小麦生长季促使产量提升6.69%。综上，不同干热风胁迫下，CFS处理可以有效调节小麦功能叶的持绿特性和水分状态，促进干物质积累和高效转运，改善籽粒灌浆过程，实现最优的抗干热风调控效果；FSF和FSJ处理的抗逆稳产作用次之，CKP处理的调节作用最小。因此，CFS处理可以作为干热风高发区小麦抗逆稳产的一种潜在化学防控措施。

随着气候变化的加剧，极端低温事件频发重发。在我国黄淮海麦区，拔节孕穗期（药隔期）发生的倒春寒对冬小麦造成了显著的产量损失。为探索一种经济、可行、高效的小麦低温抗性高产栽培技术，本研究以烟农19为试验材料，探讨了分次施磷对药隔期低温处理下小麦抗氧化特性和碳氮代谢生理的影响。处理包括传统施磷和分次施磷，然后在药隔期进行-4℃低温处理和自然温度处理。结果表明，与传统施磷相比，分次施磷提高了叶片的净光合速率(P_n)、气孔导度(G_s)和蒸腾速率(T_r)，降低了叶片胞间二氧化碳浓度(C_i)。同时，分次施磷处理提高了小麦幼穗碳氮代谢相关酶活性，促进了可溶性糖(SSC)、蔗糖(SUC)、可溶性蛋白(SP)和脯氨酸(Pro)在幼穗中的积累，降低了丙二醛(MDA)的毒性。由于分次施磷增加了生殖发育所需的有机营养，小麦幼穗对低温胁迫的抗性增强，每穗不育小穗数(SSN)比传统施磷降低11.8%，小穗结实率(SSR)和最终产量比传统施磷分别提高6.0%和8.4%。随着低温处理结束时间的延长，分次施磷的改善作用更加明显。

业已证明，延迟播期显著影响小麦产量、产量构成因素和籽粒蛋白质含量。然而，延迟播期对小麦不同穗粒位粒数、粒重和蛋白质含量的影响尚不明确。本研究以冬小麦品种山农30为试验材料，在2019-2022年连续2个小麦生育季，分别设置10月8日（正常播期）和10月22日（延迟播期）2个播期，研究了小麦不同穗粒位粒数、粒重和蛋白质含量在播期间的差异。研究结果表明，延迟播期增加了¹³C同化物向穗部，尤其是顶部穗位和各小穗远端粒位的分配，进而提高了各穗位结实粒数，其中上部穗位增幅最高，基部和中部穗位次之。延迟播期对基部和中部穗位强势粒结实粒数均无显著影响，但显著提高了上部穗位强势粒结实粒数和各穗位弱势粒结实粒数。各穗粒位平均粒重在两播期间无显著差异，这主要与延迟播期后各穗粒位结实粒数的增幅与¹³C同化物分配量的增幅相近有关。延迟播期提高了单位面积粒数但籽粒氮素积累量保持不变，进而降低了籽粒蛋白质含量，其中基部穗位降幅最高，中部和顶部穗位次之，但蛋白质含量的降幅在强势粒和弱势粒之间并无显著差异。综上所述，播期延迟2周可通过增加顶部穗位和各穗位远端粒位结实粒数进而提高穗粒数和产量，但单位面积粒数的增加和氮素吸收量的不足导致了各穗粒位籽粒蛋白质含量的降低。

秸秆还田是干旱地区广泛应用的作物高效生产技术，但其能否通过改善作物生理生态特性而进一步提高产量还需实践验证。在甘肃河西绿洲灌区，通过田间试验，研究了不同秸秆还田方式[免耕秸秆覆盖还田(NTSM)、免耕秸秆立茬还田(NTSS)、传统翻耕秸秆还田(CTS)及传统翻耕无秸秆还田(CT, 对照)对小麦生理生态特性的调控效应，以期阐明秸秆还田影响小麦产量的生理生态机制。结果表明，NTSM和NTSS处理对小麦生理生态特性的调控作用优于CTS和CT而获得较高产量，NTSM因较优的调控效应使其增产幅度略高于NTSS。与CT相比，NTSM降低了小麦孕穗期之前的叶面积指数为6.1–7.6%，提高孕穗期之后的叶面积指数为38.9–45.1%，NTSM可有效地调控小麦光合源动态。NTSM较CT提高小麦灌浆期与蜡熟期光合速率为10.2–21.4%与11.0–21.6%，提高蒸腾速率为4.4–10.0%与5.3–6.1%，提高叶片水分利用效率为5.6–10.4%与5.4–14.6%。与CT相比，NTSM提高小麦抽穗期至蜡熟期叶片与土壤水势分别为7.5–12.0%与8.9–24.0%。NTSM较CT降低了小麦叶-土水势差，表明NTSM处理有利于保持干旱条件下小麦植株水分需求和土壤水分供给的稳定性。NTSM较CT增产18.6~27.3%，其增产归因于穗数、穗粒数和千粒重的协同增加。因此，免耕秸秆覆盖还田是干旱灌区优化小麦生理生态特性及获得高产的可行栽培措施。

理解作物产量差（YG）的空间分布对提高作物产量至关重要。目前的研究通常集中在站点尺度上，当扩展到域尺度上可能会导致相当大的不确定性。为了解决这一问题，本研究采用基于改进北方生态系统生产力模拟器（BEPS）的遥感驱动过程冬小麦作物产量模型（PRYM-Wheat），模拟了2015-2019年华北平原冬小麦的产量差。通过统计产量数据进行产量验证，表明PRYM-Wheat模型在模拟冬小麦实际产量（Ya）方面具有良好的性能。研究区Ya的分布差异较大，由东南向西北呈下降趋势。遥感估算结果表明，研究区域的平均YG为6400.6 kg ha^-1。江苏省YG产量最大，为7307.4 kg ha^-1。安徽YG最小，为5842.1 kg ha^-1。通过分析YG对环境因素的响应，发现YG与降水之间没有明显的相关性，而YG与累积温度之间存在较弱的负相关关系；此外，YG与海拔升高呈正相关。总的来说，研究作物产量差（YG）可以为今后提高作物产量提供方向。

控释尿素与普通尿素(CRUNU)混合可作为一种高效氮肥类型，但其对小麦茎秆抗倒伏、产量及产量稳定性的影响尚不清楚。在2017-2021年4年的田间试验中，研究了氮肥类型(CRUNU和普通尿素(NU))和施氮量(低水平(L): 135 kg hm ^-1、中水平(M): 180 kg hm ^-1、高水平(H): 225 kg hm ^-1)对小麦群体抗倒伏性、基部节间强度、木质素含量及其合成酶活性、茎秆抗倒伏力、籽粒产量及其稳定性的影响。结果表明，两种氮肥类型在高施氮水平下小麦倒伏率均最高，其中CRUNU结合中等氮施用水平倒伏率最低。与NU相比，CRUNU在3种施氮水平下均提高了小麦群体的抗倒伏能力，这主要与小麦群体特性和第二基节间断裂强度改善有关。相关分析进一步表明，基部第二节间断裂强度与节间的物理特性、化学成分和微观结构有关。低、中和高施氮水平下，CRUNU分别使小麦籽粒产量提高4.47、14.62和3.12%。此外，在中和高施氮水平下，CRUNU的产量差异不显著，但同时中施氮水平下产量稳定性最高。综上所述，CRUNU与中氮施用量相结合可作为一种适宜小麦生产的农艺管理策略。

我国长江流域的小麦-水稻两熟种植模式下，稻茬小麦的产量显著受到逐渐增加的渍害不利影响。我们前期研究发现，高畦种植模式（RBP）可减轻稻茬小麦渍害影响，提高穗粒数最终产量提高。然而，有关RBP模式下穗粒数增加的生理机制尚不清楚。于2018/2019和2019/2020两个生长季节进行大田试验，研究不同种植模式（RBP 和常规平作种植(FP)）对小麦小花分化、籽粒形成特征以及叶片光合源特征的影响。研究结果表明，RBP改善了小麦小花发育过程中的土壤-植物氮（N）素供应，促进了小花的平衡发育，导致每穗可育小花数量增加了9.5%。此外，RBP延缓了小麦叶片的衰老，光合源强提高了13.9%，生产了更多的同化物用于籽粒灌浆。叶片衰老延迟主要由于较高叶片N含量和增强的抗氧化代谢。最终，RBP穗粒数增加了7.6-8.6%，籽粒产量提高了10.4-12.7%。因此，RBP模式下小麦穗粒数增加的主要原因是穗分化过程的改善和叶片光合源能力的增强。同时，这项技术还有待于进一步研究改进。

过去几十年来，品种改良提高了小麦籽粒产量和氮肥利用效率，因此，21世纪长江流域小麦品种的籽粒产量和氮肥利用效率均高于先前的品种。但更高籽粒产量和氮肥利用效率的性状和机制还不清楚。为了探索这些新品种更高的籽粒产量和氮肥利用效率机制。本研究于2016-2019年连续3个生长季选择21个当地小麦品种进行栽培。三年度籽粒产量和氮肥利用效率均呈显著正相关关系。这些品种被分为高产高效、中产中效和低产低效类型（分别缩写为HH、MM和LL）。HH类型具有显著高的籽粒产量和氮肥利用效率。高产是由于通过高分蘖成穗率增加了有效穗数以及高花后单茎生物量增加了单穗产量。与其他类型相比，HH具有更强的花后叶面积持绿能力和更高的剑叶净光合速率。更高的花前氮素积累量增加了花前单茎氮素积累，包括茎鞘、叶片和单位叶面积，并且提高了氮肥吸收效率，这也是氮肥利用效率提高的主要原因。此外，分蘖成穗率与单茎氮素积累量、单位叶面积氮素积累量、叶片持绿能力和剑叶净光合速率均显著相关，表明，提升分蘖成穗率促进了氮素吸收、叶片氮素积累量和光合能力，从而实现籽粒产量和氮肥利用效率的协同提升。因此，分蘖成穗率被认为是一个可以用来品种选育和管理，以提高农业效率和可持续性的重要核心指标。

研究播期和生态点对半冬小麦产量的影响对小麦产量提高具有重要意义。本研究旨在探讨稻-麦轮作条件下播期和生态点对小麦产量以及相关气候资源的影响。试验以两个半冬性小麦品种为材料，分别在东海县和建湖县开展，共设置6个播期。第一播期(S1)基本苗300×10⁴ ha^-1，每推迟一个播期(S2-S6)基本苗分别增加10%。结果表明，播种期的推迟，导致整个生育期天数缩短、有效积温和累计太阳辐射降低。S2~S6产量较S1分别降低了0.22～0.31t ha^-1、0.5～0.78t ha^-1、0.86～0.98t ha^-1、1.14～1.38t ha^-1和1.36～1.59t ha^-1。同一播期，随着生态点北移，生育天数增加，日均温和有效积温降低，累积辐射增加。结果表明，相同播期，东海县的产量比建湖县低0.01 ~ 0.39 t hm ^{- 2}。有效积温、累积辐射与产量呈显著正相关。日均温与产量呈显著负相关。籽粒产量下降的主要原因由于日均温的升高和有效积温的降低导致穗粒数和千粒重下降引起的。

推迟播期利于提高小麦抗倒伏能力，但其内在机制尚不明确。本研究以冬小麦品种泰农18为供试材料，于2015–2016和2016–2017连续两个生长季进行大田试验，设置10月8日（常规播期）和10月22日（推迟播期）2个播期，旨在明确播期对木质素和纤维素代谢、茎秆形态特征、抗倒伏性能和产量的影响。结果表明，推迟播期通过促进茎秆中木质素和纤维素的合成与积累提高小麦抗倒伏能力。与常规播期相比，推迟播期促进木质素和纤维素合成相关基因(TaPAL、TaCCR、TaCOMT、TaCAD和TaCesA1、3、4、7和8)表达水平和酶(TaPAL和TaCAD)活性水平提前4–12天到达相应峰值，并在大多数取样期显著提高除TaPAL、TaCCR、TaCesA1和TaPAL之外的上述基因表达与酶活性水平，进而促进木质素和纤维素在茎秆伸长期的快速积累。木质素和纤维素的平均积累速率和最大积累速率越高，其最大积累量越多，纤维素的积累持续期也相应延长，拔节期及之后的茎秆木质素/纤维素比值、木质素含量以及拔节后11天的纤维素含量得以提高。进一步的研究表明，促进木质素和纤维素的合成与积累能够有效提高茎秆充实度、机械强度和抗倒伏性。然而，推迟播期增强小麦抗倒伏性能的关键功能基因有待进一步确定。

随着杂交小麦的应用面积逐渐增加，倒伏正在成为其获得高产的主要限制因素之一。然而，关于茎秆相关性状的配合力及其与抗倒伏杂种优势形成的研究较少。本研究，按照不完全双列杂交设计（NCII），以茎秆相关性状显著差异的3个不育系（母本）和8个恢复系（父本）为试验材料，配置24个杂交组合。对基部第二节间长度、基部第二节间抗折力等茎秆相关的8个性状开展主成分分析（PCA）、配合力分析及杂种优势分析。PCA结果表明，8个变量可被提取为两个主要因子，分别为正相关因子（因子1）和负相关因子（因子2），分别解释总变异的52.3％和33.2％。PCA和指标权重分析表明，因子1相关性状在抗倒伏优势形成中起主要作用，研究还表明，茎秆相关性状的遗传以加性效应为主。以恢复系R1，R4，R6及R7与不育系M3配置组合可获得具有较高抗倒伏能力的杂交组合，与其因子2相关性状具有较低的一般配合力效应（GCA），及因子1相关性状具有较高的GCA密切相关。杂种优势分析表明，因子1相关性状（除基部第二节间壁厚外）的GCA或特殊配合力效应（SCA）与抗倒伏杂种优势呈正相关关系。一般而言，抗倒伏杂种优势与不育系因子1相关性状GCA的相关系数显著高于其与恢复系的，此外，不育系因子1相关性状具有更高的方差值，表明，在配置杂交组合时应特别关注不育系因子1相关性状的选择。遗传分析表明，基部第二节间直径和重心高度的狭义遗传力明显低于其他性状（<60％），表明，在亲本选育时这两个性状适合在高世代进行选择。这些发现可为亲本选育和抗倒伏杂种优势的利用提供理论依据。

Growing concerns for food security and the alleviation of hunger necessitate knowledge-based crop management technologies for sustainable crop production.  In this study, 13 winter bread wheat genotypes (old, relatively old, modern, and breeding lines) were evaluated under three different tillage systems, i.e., conventional tillage (CT, full tillage with residue removed), reduced tillage (RT, chisel tillage with residue retained) and no-tillage (NT, no-tillage with residue retained on the soil surface) in farmer’s fields under rainfed conditions using strip-plot arrangements in a randomized complete block design with three replications in the west of Iran (Kamyaran and Hosseinabad locations) over two cropping seasons (2018–2019 and 2019–2020).  The main objectives were to investigate the effects of tillage systems and growing conditions on the agronomic characteristics, grain yield and stability performance of rainfed winter bread wheat genotypes.  Significant (P<0.01) genotype×tillage system interaction effects on grain yield and agronomic traits suggested that the genotypes responded differently to the different tillage systems.  The number of grains per spike and plant height were positively (P<0.0) associated with grain yield under the NT system, so they may be considered as targeted traits for future wheat breeding.  Using statistical models, the modern cultivars (“Sadra” and “Baran”) were identified as high yielding and showed yield stability across the different tillage systems.  As per each tillage system, genotype “Sadra” followed by “Zargana-6//Dari 1-7 Sabalan” exhibited higher adaption to CT; while cultivars “Jam” and “Azar2” showed better performance under the RT system; and cultivars “Varan” and “Baran” tended to have better performance expression in the NT condition.  The increased grain yields achieved in combination with lower costs and greater profits from conservation agriculture suggest that adapted cultivar and NT systems should be evaluated and promoted more widely to farmers in the west of Iran as an attractive package of crop management technologies.  In conclusion, variations in the performance of genotypes and the significant genotype×tillage system interaction effects on grain yield and some agronomic traits assessed in this study suggest that the development and selection of cultivars adapted to the NT system should be considered and included in the strategies and objectives of winter wheat breeding programs for the temperate and cold dryland conditions of Iran.

植被覆盖度(FVC)是衡量作物生长状况的重要指标。在作物生长监测研究中，快速、准确地提取植被覆盖度非常重要。摄影法是目前应用最广泛的FVC提取方法，具有操作简单、提取精度高的优点。但是，当土壤湿度和采集时间不同时，提取结果的准确度较差。为了适应不同的植被覆盖度提取条件，本文提出了一种新的植被覆盖度提取方法，该方法采用密度峰值K-means (density peak K-means, DPK-means)算法从小麦归一化差值植被指数(NDVI)灰度图像中提取植被覆盖度。本研究以盆栽种植的杨麦4 (YF4)和田间种植的杨麦16 (Y16)为研究对象，使用三脚架搭载高光谱成像相机，在盆栽小麦冠层上方1m处采集不同土壤条件(干、湿)下小麦的地面高光谱图像。无人机搭载高光谱相机，在田间小麦冠层上方50m高空采集不同时期的冬小麦高光谱图像。分别采用像元二分法和DPK-means算法对小麦NDVI灰度图像中的植被像元和非植被像元进行分类，并对两种方法的提取效果进行了比较分析。结果表明，像素二分法提取的图像受到采集条件的影响较大，误差分布较为分散。DPK-means算法的提取效果受采集条件的影响较小，误差分布比较集中。干、湿土壤条件和不同时间条件下的误差绝对值分别为0.042和0.044，均方根误差(RMSE)分别为0.028和0.030,FVC拟合精度R²分别为0.87和0.93。本研究表明，在不同土壤和时间条件下，DPK-means算法比像元二分法能够获得更准确的结果，是一种准确、稳健的FVC提取方法。

在旱地作物生产中，低的降水利用效率（PUE）是导致其作物减产的重要原因之一。一般而言，PUE的高低取决于一个连续的、包含几个阶段的水分转化过程：即降水入渗到土壤中，入渗的降水被土壤储存，储存的降水通过蒸腾或蒸发被消耗，蒸腾消耗的降水被用于生产干物质，干物质重新转运分配至籽粒。这些阶段可以通过六个比率来量化：即降水入渗率（SW/SWe；SW，总有效水量，SWe，特定时期结束时的土壤有效储水量），降水留存率（SWe/P；P，有效降水），降水消耗率（ET/SW；ET，作物耗水量），蒸腾比率（T/ET；T，作物蒸腾量），蒸腾效率（B/T；B，地上部干物质增量）和收获指数（Y/B；Y，经济产量）。基于以上比率，PUE可以通过下述公式进行计算，即PUE=SWe/P×SW/SWe×ET/SW×T/ET×B/T×Y/B。在一个特定的生产体系中，量化这些比率有利于通过优化相应的农艺措施，进而有计划地改善PUE。在本研究中，我们量化并评估了四个农艺措施管理体系下的PUE的各个比率。结果表明，与传统的农民体系和高氮体系相比，施用有机肥或生物炭体系下的PUE和小麦产量显著提高了8–31%。相比于农民和高氮体系：在入渗和储存阶段，有机肥和生物炭体系降低了降水留存率，但提高了降水入渗率；在消耗阶段，由于返青期前耗水量减少而返青期后耗水量增加，施用有机肥和生物炭体系下的全年降水消耗率并未增加，但蒸腾比率显著提高；在最后两个阶段，蒸腾效率和收获指数仅在不同年际间差异较大，受不同处理的影响较小。因此，若想通过优化农艺措施提高旱地小麦PUE和产量，应着重于增加蒸腾比率及降水入渗率，同时保持全年降水消耗率不变以及收获时相对较低的降水留存率。

干旱是造成冬小麦减产的最主要的自然灾害之一，然而气候变化背景下干旱发生的机制及其时空格局仍不明确。本研究基于华北平原1958-2015年气象站点的长时间序列气象数据，采用敏感性分析，M-K检测以及斜率估计等方法，分析了不同气象因素对冬小麦干旱风险的影响机制。结果表明，近60年来冬小麦生育期内气象因子发生了显著的变化，导致冬小麦面临着严重的干旱风险（生长季内水分亏缺量达到350 mm），尤其在拔节-抽穗和抽穗-成熟期这两个产量形成的关键时期面临的干旱威胁更加严重。冬小麦生育阶段的干旱风险和气象因子呈现较大的时空分异特征。尽管降水对于干旱风险格局起主导作用，但是在冬小麦生长的关键阶段，气温升高和相对湿度降低等气象因素的变化都将加剧其干旱风险。过去几十年中近90%的气象站点温度都呈明显的上升趋势，如果未来气温持续升高，冬小麦的水分亏缺和干旱风险将会进一步加剧。研究结果可为作物生产有效适应未来气候变化和保障区域粮食安全提供基础支撑。

于极端降雨量事件的频繁发生，涝渍胁迫已成为粮食生产的明显制约因素。叶片含水量是一个重要的指标，且高光谱遥感为测定它提供了一种无损、实时且可靠的方法。因此，本文基于盆栽试验，于拔节期对冬小麦进行不同涝渍胁迫梯度处理。涝渍胁迫后每7天采集一次叶片高光谱数据、叶片含水量（leaf water content, LWC）数据，直至小麦成熟。结合植被指数构建、相关分析、回归分析、BP神经网络（BP neural network, BPNN）等方法，我们发现：（1）涝渍胁迫对叶片含水量的影响具有滞后性。（2）所有涝渍胁迫均会导致叶片含水量的降低。重度渍水下叶片含水量的下降速度比轻度渍水快，但长期轻度渍水比短期重度渍水对叶片含水量的影响程度更深。（3）叶片含水量的光谱敏感波段位于可见光（VIS, 400-780 nm）和短波红外（SWIR, 1400-2500 nm）波段。（4）以648 nm处原始光谱值，500 nm处一阶微分值，红边位置，新植被指数RVI (437, 466), NDVI (437, 466) 和NDVI' (747, 1956) 作为自变量建立的BPNN模型最适合反演涝渍胁迫冬小麦叶片含水量（建模集：R2=0.889, RMSE=0.138；验模集：R2=0.891, RMSE=0.518）。研究结果对涝渍胁迫精确防控具有重要的理论意义和实际应用价值。

为了阐明海河平原冬小麦春季限制灌溉的最佳时期及其对旗叶衰老和产量形成的影响，2016年至2019年，研究组在河北农业大学辛集试验站进行了不同灌溉模式的田间试验，试验包括两种灌溉模式：对照（CK，分别在3叶展开期和开花期浇水）和单一限制灌溉（SRI），后者又包括3叶展开期（3LI）、4叶展开期（4LI）、5叶展开期（5LI）和6叶展开期（6LI）灌溉。结果表明：（1）与对照相比，4LI处理组在一定程度上衰老进程（用绿叶面积表示）提前，而5LI和6LI处理组之间的差异不显著，衰老发生明显晚于3LI处理组；（2）与其他SRI处理组相比，4LI处理组的GLA值和光合速率分别提高了14.82%和20.1%。旗叶显微结构分析还表明，干旱胁迫下3LI和6LI处理组的叶肉细胞和叶绿体排列不规则，但这种胁迫对4LI和5LI处理组的微观结构的负面影响很小；（3）春季延迟灌溉在籽粒灌浆前期可显著增加超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶（CAT）活性，随后酶的活性逐渐降低。在4个SRI处理组中，4LI处理组的总酶活性最高，4LI和5LI处理组的旗叶MDA含量平均比3LI和6LI处理组的MDA含量低14.5%；（4） 可溶性糖（SS）和脯氨酸（Pro）含量以4LI处理组最高，但低于CK组。4LI和5LI处理组的ABA激素含量低于3LI和6LI处理组，说明4LI和5LI处理组遭受的干旱胁迫程度较小；（5）在两个生长季，4LI处理组的单位面积穗数较多（比5LI和6LI处理组高13.4%），且千粒重最高（比其他三种SRI处理组高6.0%）。因此，4LI处理组的冬小麦产量在四个SRI处理组中最高。综合分析，建议4LI处理组（即在春季4叶期进行一次灌水）能有效延缓旗叶衰老进程，并使冬小麦保持相对较高的产量。

试验采用温室水培的方式，以豫麦49（高铵迟钝型）和鲁麦15（高铵敏感型）为材料，设置了5.0 mM NH₄⁺-N（EAC）和NO₃^--N（CON）两个处理，研究了小麦幼苗根系氧化代谢对高铵胁迫的响应机制。结果表明，高铵胁迫下，两个小麦品种根系生长显著降低，其中鲁麦15降低程度高于豫麦49。高铵胁迫增加了两个小麦品种根系单脱氢抗坏血酸还原酶活性和脱氢抗坏血酸还原酶活性，但降低了处理12天后的根系抗坏血酸（ASA）含量和GDP-甘露糖焦磷酸酶（GMPase）活性，其中鲁麦15根系ASA含量和GMPase活性分别降低了62.0和71.4%，豫麦49根系ASA含量和GMPase活性分别降低了38.8和62.2%，说明高铵胁迫提高了ASA再生，但减少了ASA合成。此外，EAC增加了两个小麦品种根系DHA/ASA，活性氧（ROS）含量，丙二醛含量和抗氧化物酶活性。与豫麦49相比，鲁麦15根系中ROS含量和可溶性糖含量相对增加较多，而抗氧化物酶活性增加较少，说明鲁麦15根系氧化代谢紊乱更严重。结果表明，高铵胁迫下，GMPase活性降低导致ASA生物合成的减少可能是ROS过量积累和氧化还原失衡的原因之一，进而抑制小麦幼苗根系生长。与高铵敏感型品种鲁麦15相比，豫麦49具有较强的氧化胁迫保护能力，维持较低水平DHA/ASA，进而保持较好的氧化还原平衡状态，因此更耐高铵。

本研究探讨从华北平原引入优质品种，减少氮肥施用量，提高青藏高原小麦质量和产量的可行性。试验选用青藏高原3个小麦品种和北部冬麦区4个小麦品种，于拔节期减少氮肥追施量，分别在海拔3647 m的青藏高原拉萨和海拔4 m的北部冬麦区河北任丘种植。小麦种在拉萨条件下，北部冬麦区小麦品种相比青藏高原小麦品种表现出较高的籽粒硬度和容重，以及较好的面粉和面团质量。在拔节期将氮肥追施量从135 kg N ha^-1减少到75 kg N ha^-1（氮肥基施量相同，均为105 kg N ha^-1）对两地种植的小麦籽粒产量、籽粒质量、面粉质量、面团质量均没有显着影响（P<0.05）。总体来看，从华北平原引进优质小麦品种到青藏高原种植，并且减少拔节期的氮肥施用量，这是一种提高青藏高原小麦质量的经济实用方法。

该研究解析了低水平的Zn处理能有效促进小麦叶绿素的合成、提高光合能力，进而促进增产，而高水平的Zn处理则对小麦光系统有明显的胁迫作用，活性氧代谢系统的损伤，光合能力下降，进而导致减产。在ZnL4处理下，小麦叶片细胞器开始分解，液泡增大，细胞质减少，细胞壁增厚，叶绿体基粒片层混乱，线粒体膜出现解体。适宜小麦生长的最佳Zn水平为250 mg·kg^-1左右，当土壤中的Zn水平超过500 mg·kg^-1时小麦会受到胁迫。试验结果为土壤重金属Zn污染研究在农业生产中的诊断防治应用提供了理论依据。

2015-2017年连续2个生长季，选择西南地区广泛使用的小麦品种9个进行源库关系分析，其中3个具有不同株型品种进行花后源库操作处理：对照（Ct）、去除旗叶和倒二叶（Lr）和去除一侧小穗（Sr），设置2个施氮水平（N+, 150 kg ha^-1; N-, 60 kg ha^-1），研究两种氮水平下不同品种在冠层水平和单株水平上的源库关系。结果表明，Lr显著降低了3个品种的单粒重，而Sr使单粒重显著增加，表明小麦产量潜力在灌浆期受源限制较大，但源库平衡明显受气候变化和氮素亏缺的影响。籽粒产量与库容量（SICA）、粒数、生物量、SPAD值和叶面积指数呈显著正相关关系，表明源限制程度随着SICA的增加而增加。因此，当SICA增加时，育种家应更加关注源限制的影响，尤其在环境较好的条件下。川麦104属半紧凑型品种，穗子大小适中、上部叶片狭长，在源库平衡关系中表现较好，因为川麦104在Lr后籽粒重降幅小、Sr后籽粒重增幅大；花后干物质积累减少幅度最低、源库操作后灌浆期的光合产物向籽粒转移最多。

小麦的高产主要通过增施氮肥和增加灌水实现，但过量的氮肥和灌水投入增加了倒伏的风险。本研究的主要目的是明确高产小麦抗倒伏能力对氮肥和灌水的响应以及探索提高小麦抗倒伏性的有效途径。试验于2015-2016和2016-2017生长季在山东农业大学农学实验站进行，供试品种为济麦22，设置3个施氮量和4个灌水处理，主要研究结果如下：随施氮量增加，倒伏指数和倒伏率增加，倒伏风险上升。增加氮肥用量，与倒伏指数呈正相关的株高、基部节间长度和重心高度显著增加，与倒伏指数呈负相关的基部第二节间（茎秆和叶鞘）充实度及其细胞壁组分含量显著降低。适度增加灌水可增加基部第二节间壁厚、茎秆抗折力和叶鞘的充实度，增加了茎秆强度。在本实验条件下，施氮量240 kg hm^-2 并配合在拔节期和开花期各灌水600 m³ hm^-2在获得最高产量的同时茎秆强度最大。结果表明，适宜的株高保证高产所需的足够的生物量，较厚的壁厚、较高的茎秆和叶鞘充实度以及细胞壁组分含量保证了较大的茎秆强度，以上特征可作为创建小麦高产抗倒群体的参考指标。

Because of the yield increase of 3.5–15% compared to conventional wheat, hybrid wheat is considered to be one of the main ways to greatly improve the wheat yield in the future.  In this study, we performed a principal component analysis (PCA) on two-line hybrids wheat and their parents using the grain weight (GW), the length of spike (LS), the kernel number of spike (KSN), and spike number (SPN) as variables.  The results showed that the variables could be classified into three main factors, the weight factor (factor 1), the quantity factor 1 (factor 2) and the quantity factor 2 (factor 3), which accounted for 37.1, 22.6 and 18.5%, respectively of the total variance in different agronomic variables, suggesting that the GW is an important indicator for evaluating hybrid combinations, and the grain weight of restorer line (RGW) could be used as a reference for parents selection.  The hybrid combination with a higher score in factor 1 direction and larger mid-parent heterosis (MPH) of the GW and its parents were used to carry out the analysis of grain filling, 1-aminocylopropane-1-carboxylicacid (ACC) and polyamine synthesis related genes.  The results suggested that the GW of superior grain was significantly higher than that of inferior grains in BS1453×JS1 (H) and its parents.  Both grain types showed a weight of H between BS1453 (M) and JS1(R), and a larger MPH, which may be caused by their differences in the active filling stage and the grain filling rate.  The ADP-glucose pyrophosphorylase (AGPase), granule bound starch synthase I (GBSSI), starch synthase III (SSS), and starch branching enzyme-I (SBE-I) expression levels of H were intermediated between M and R, which might be closely related to MPH formation of the GW.  Compared with R and H, the GW of M at maturity was the lowest.  The expression levels of spermidine synthase 2 (Spd2), ornithine decarboxylase (ODC) and S-adenosylmethionine decarboxylase (SAMDC) had significantly positive correlations with the grain filling rate (r=0.77*, 0.51*, 0.59*), suggesting their major roles in the grain filling and heterosis formation.  These provide a theoretical basis for improving the GW of photo-thermo-sensitive male sterile lines (PTSMSL) by changing the endogenous polyamine synthesis in commercial applications.