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小麦是重要的主粮作物之一。随着人口的持续增长和生活水平的稳步提升,世界粮食安全和可持续发展面临着严峻的挑战。通过品种改良和农艺创新,保持小麦绿色增产增效,是确保世界粮食安全和可持续发展的根本选择。因此,探讨品种改良进程中小麦生产力、氮素利用及环境效应等变化及其机制,对新品种选育与评价及农艺创新具有重大意义。本文基于长期定位试验、多年代品种的田间比较和盆栽试验,分析了黄淮品种改良对小麦单产和氮肥农学效率的贡献,研究了品种演变历程中小麦生产力、氮素吸收与利用、根系性状及温室气体排放等差异及其机制,拟为该区高产高效低碳排放的品种选择和农艺创新提供理论和技术途径参考。本研究主要结果如下:(1)三十五年的定位试验结果显示,品种改良对小麦单产和氮肥农学效率提高的贡献因施肥而异。长期单施化肥下,三十五年来品种改良和化肥氮素投入对小麦单产提高的贡献占主导,贡献率分别为41.6%和45.1%;二者对氮肥农学效率提高亦具有较大贡献,贡献率分别为46.8%和48.6%,而其他管理因子的贡献率仅为4.6%。但在有机无机配施下,其他管理因子的贡献较大。(2)小麦新品种单产的显著提升是植株生物量和收获指数共同递增的结果,单位面积有效穗数和穗粒数的增加对小麦产量递增的贡献最大。随着品种的更新,小麦籽粒产量和生物量的平均增长率分别为每十年6.9%和每十年9.1%,收获指数也显著递增。产量构成三要素均呈现递增的变化趋势,其中有效穗数和穗粒数的提高对小麦单产提高的贡献最大。产量的提高与叶片光合作用的优化有关,小麦旗叶相对叶绿素含量、净光合速率和蒸腾速率等均随年代推进显著增加,而叶片水分利用效率则显著下降。(3)小麦氮素吸收与主要利用效率指标随品种改良呈提升趋势,且主要得益于新品种花后氮素转运量和花后氮素积累量的提高。随着年代的推进,小麦成熟期植株氮素积累量的平均增长率为每十年8.6%。氮肥偏生产力和氮素吸收效率也显著增加,尽管氮素籽粒生产效率呈下降趋势,但不显著;氮素吸收效率的提高对氮肥偏生产力增加的贡献最大。小麦花后氮素转运量和氮素积累量均随着品种演进呈增加趋势,并显著正相关于籽粒产量。(4)小麦根系的总长度、总表面积、总体积和平均直径均随品种更新显著降低,干物质量和氮素积累量在地下部的分配比率也显著下降。随着年代的推进,小麦根长、根表面积、根体积和根系平均直径的下降率分别为每十年6.8%、13.9%、20.9%和6.8%,而比根长则显著增加。小麦根系干物质量和氮素积累量平均每十年下降12.4%和14.0%,但根系氮素吸收能力随品种演进显著增加。小麦根区与非根区土壤无机氮含量、硝化势与反硝化势均存在显著的品种差异,土壤硝态氮含量随年代推进显著上升,土壤硝化势亦显著增加,而反硝化势则稍有下降。(5)小麦全生育期的N20累积排放量和单位产量排放量、增温潜势与温室气体排放强度随品种演替呈下降趋势,生产力和氮素吸收效率的遗传改良是促进麦田减排的主要原因。随着品种的更新,N20累积排放量的下降率为每十年1.7%～4.3%,这主要归因于拔节后排放通量的显著下降。同期单位籽粒产量N20排放量的递减率为每十年13.9%～18.8%,增温潜势的下降率达每十年1.2%～2.0%,温室气体排放强度的递减率为每十年8.1%～8.7%。N20累积排放量极显著负相关于籽粒产量、生物量、氮肥偏生产力和氮素吸收效率。