耕種方式對華北地區冬小麥群體質量及產量的影響

翟云龍，魏燕華，張海林，陳 阜

(1.中國農業大學農學院，北京 100193； 2.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300)

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耕種方式對華北地區冬小麥群體質量及產量的影響

翟云龍1,2，魏燕華1，張海林1，陳 阜1

(1.中國農業大學農學院，北京 100193； 2.塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾 843300)

為探討華北地區耕種方式對冬小麥群體質量和產量的影響，2011-2013年通過大田定位試驗，分析了免耕條播、深松條播、旋耕條播、機械撒播方式下冬小麥生育進程、群體大小、干物質積累、產量及其構成的特點。結果表明，免耕條播冬小麥分蘗不足，群體數量小，干物質積累少，葉面積指數偏低，穗粒數、千粒重較低，產量低于其他耕種方式；深松條播冬小麥成熟略晚，群體較大，莖蘗成穗率高，干物質積累量、葉面積指數、成穗數和產量均高于旋耕條播，穗粒數、千粒重與之差異不明顯；機械撒播冬小麥雖然存在種子有效覆蓋度小、種子深淺不一、出苗率低等缺點，但分蘗優勢明顯，干物質積累最多，葉面積指數最大且最大值出現早，千粒重、穗粒數略有降低，成穗數極顯著高于其他處理，較旋耕條播和深松條播分別增產15%和11%以上。綜合來看，機械撒播有利于優化小麥群體質量，提高整體產量水平，是目前華北地區冬小麥較理想的耕種方式。

耕種方式；冬小麥；群體質量；產量

華北地區是我國糧食的主產區之一，小麥產量占全國總產的41%以上，而水資源短缺對小麥生產的影響日益突出，嚴重影響農業可持續發展，節水與高產相統一已成為我國北方小麥種植業的必然發展趨勢[1-2]。

具有節水抗旱作用的保護性耕作以秸稈覆蓋和免耕播種為核心，具有節約成本、保持水土、增加土壤水分、改善土壤質量等優點，有利于農業生產的可持續發展[3-5]，但多年免耕后土壤體積質量增加，質地緊實，孔隙降低，導致小麥減產[6-8]。深松能有效疏松土壤，改善土壤的滲透性能，增加深層土壤蓄水量，提高小麥籽粒產量和水分利用效率[9-11]。

不同播種方式下，小麥個體和群體生長、資源利用能力等存在差異。小麥溝播有利于土壤踏實和提高保水能力，能塑造較優的根系形態，改善土壤水分的利用狀態，顯著增加粒重，能節水增產增效[12-13]。針對條播和撒播的研究結論目前尚不一致。有人認為撒播減產[14-16]，也有報道撒播增產幅度較大[17-18]。播種時縮小行距、行株距分布均勻能增加小麥穗數，進而增加產量[19-21]；行株距配置對小麥產量構成因素有明顯的調控效應，但實現高產的最佳行株距配置在品種間存在差異[14,22]；在灌溉、營養充足的條件下，縮小行距對小麥的增產效應較小[23]。行距配置直接影響小麥群體數量、結構和質量，最終影響籽粒產量及其構成因素[24-25]。

冬小麥-夏玉米一年兩熟是華北地區主要的種植方式，農田土壤耕作方式主要為翻耕和旋耕，耕作、播種、收獲均以機械化作業為主。雖然目前有關耕作或播種方式效應的研究很多，但將二者結合起來的研究鮮見報道。本試驗研究了不同耕種方式對小麥群體質量和產量的影響，以期為華北地區小麥耕種方式的選擇及其配套農藝技術的制定提供理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2011-2013年在中國農業大學吳橋試驗站(北緯37°37′22″，東經116°25′54″，海拔19.7 m)進行，該地屬于半濕潤易旱大陸性季風氣候，常年平均氣溫12.7 ℃，全年≥0 ℃積溫4 832.4 ℃，年日照2 623.3 h，年降水量675.7 mm，降水量年內和年際變率大。土壤為沖積型鹽化潮土，壤質底粘，土層深厚，地下水位6～9 m。耕層有機質含量12.4 g·kg-1，全氮含量0.79 g·kg-1，速效磷含量44.6 mg·kg-1，速效鉀94.2 mg·kg-1。前茬作物為玉米。

1.2試驗設計

采用大田試驗，設旋耕條播(RTS)、深松條播(DTS)、免耕條播(NTS)和機械撒播(BSS)四種耕種方式，每處理0.3 hm2。各處理田間作業：(1)RTS，玉米收獲后，秸稈粉碎全量還田，撒施基肥，旋耕機旋耕兩遍(耕深14 cm)，條播機播種小麥，行距15 cm；(2)DTS，玉米收獲后，秸稈粉碎全量還田，撒施基肥，采用1SQ-340全方位深松機深松一遍(耕深40～50 cm)，旋耕機旋耕一遍，條播機播種小麥，行距15 cm；(3)NTS，玉米收獲后，秸稈粉碎全量還田，采用2BMGF-6/12免耕覆蓋施肥播種機一次性完成施肥、播種作業，播種后地表形成具有壟溝、壟背的微地表(壟背壟溝高度差為12 cm)，小麥播種于壟溝內兩側的土壤中，行距10+20 cm；(4)BSS，玉米收獲后，秸稈粉碎全量還田，采用HSTV小麥無壟聯合耕播機一次性完成施肥、播種作業，無壟無行，均勻撒播。

供試冬小麥品種為濟麥22。2011-2012生長季冬小麥于2011 年10 月11日播種，免耕條播處理播量為270 kg·hm-2，旋耕條播、深松條播處理播量為240 kg·hm-2，機械撒播處理播量為285 kg·hm-2，各處理的鎮壓與耕作等作業一次性完成，2012年6月11日收獲。2012-2013生長季冬小麥于2012年10 月10日播種，此年度耕層土壤含水量略低，對播量進行了調整，免耕條播處理播量仍為270 kg·hm-2，旋耕條播、深松條播處理播量為255 kg·hm-2，機械撒播處理播量為300 kg·hm-2，旋耕條播、深松條播和機械撒播處理均進行了單獨鎮壓，2013年6月11日收獲。各耕作處理水肥管理均采用當地普遍水平，冬小麥施尿素450 kg·hm-2、磷酸二銨300 kg·hm-2，并分別在冬小麥拔節期、揚花期灌水60 mm。

1.3測定項目與方法

1.3.1播種、出苗質量調查

耕作、播種階段計算耕種效率，播種結束后每個處理隨機選擇4處1 m2樣方，在樣方內調查播種深度及未有效覆蓋的種子數，計算種子有效覆蓋比例。播種后取0～10 cm的土壤測定含水量。出苗后每處理隨機選擇4處1 m2樣方，調查出苗數量，計算出苗率。

1.3.2生育進程調查

記錄不同耕種方式的出苗期、越冬期、返青期、拔節期、抽穗期、灌漿期和成熟期，并計算2個生育時期之間間隔以及全生育期時長。

1.3.3群體莖蘗動態調查

出苗后每個處理選擇代表性的4個固定點，每點1 m2，在不同生育時期定點調查樣方內莖蘗數，并計算成穗率。成穗率=灌漿期單位面積穗數/最高分蘗期單位面積莖蘗數×100%。

1.3.4群體干物質積累調查

在不同生育時期，RTS、DTS、NTS分別選擇30 cm長單行樣段，BSS處理選擇邊長21.2 cm正方形樣方，取地上部分用烘干法測定干物質質量，用Yaxin-1241葉面積儀測定葉面積。

1.3.5產量及其構成因素測定

成熟期每處理連續取30株有代表性的植株進行室內考種。每處理取4 m2測產，重復4次。測產籽粒中隨機取4 000粒(4份)測籽粒質量。最終按照籽粒含水率 13%折算產量和千粒重。

2　結果與分析

2.1耕種方式對小麥耕種效率和出苗質量的影響

免耕條播、機械撒播均為聯合耕播，可一次性完成施肥、整地、播種、鎮壓，耕種效率遠高于旋耕條播和深松條播，深松條播為全方位深松，效率略低于旋耕條播。2012-2013年由于進行了單獨鎮壓，旋耕條播、深松條播和撒播處理的播種深度低于2011-2012年；免耕條播種子播于壟溝內兩側，機械筑壟時壟背部分覆土滑落壟溝，覆土厚度高于其他條播處理，露籽最少；撒播處理為撒肥、撒種、旋耕一次完成，土壤疏松，0～10 cm土層均有種子分布，未單獨鎮壓前平均播種深度最深，且地表有10%左右的種子未覆土，通過單獨鎮壓后播種深度與旋耕條播、深松條播差異不明顯，種子有效覆蓋度略有增加；深松條播處理土壤疏松，平整度稍差，播種深度深于旋耕處理，種子有效覆蓋度略低于旋耕處理，單獨鎮壓后均高于旋耕處理(表1)。

表1　不同耕種方式對冬小麥播種出苗質量的影響Table 1　Effect of different seeding and tillage methods on sowing and seedling emergence quality of winter wheat

同列數值后不同小寫字母和大寫字母分別表示同一年度內處理間在0.05和0.01水平上存在顯著性差異。表3、表5同。

Different small and capital letters following date in same column indicate significant difference among treatments in one year at 0.05 and 0.01 levels,respectively.The same as in table 3 and table 5.

土壤含水量與種子萌發關系密切。免耕條播處理對土壤擾動較少，種子播于壟溝內，播后立即高強度鎮壓，壟上覆蓋秸稈，播后0～10 cm土層含水量極顯著高于其他處理；深松條播、旋耕條播、機械撒播對土壤擾動較大，土壤含水量略低，表現為旋耕條播>深松條播>機械撒播，土壤含水量與土壤疏松程度呈負相關，但處理間差異不顯著(表1)。

不同耕種處理間出苗率差異達極顯著水平。撒播處理出苗率最低，這主要與其種子在0～10 cm土層分布深淺不一有關；免耕條播處理耕層土壤含水量較高，鎮壓后種子與土壤接觸緊密，出苗率最高；深松條播略高于旋耕條播，但差異不顯著。

2.2耕種方式對小麥生育進程的影響

耕種方式對冬小麥生育進程有一定的影響(表2)。免耕條播耕層土壤含水量較高，鎮壓效果好，因而出苗早于其他處理，越冬后生育進程均晚于其他處理，這與其耕層土壤相對緊實、壟背有秸稈覆蓋、分蘗節所處位置相對較深、地溫回升慢有關。2011-2012年機械撒播處理耕層土壤過于疏松，出苗最晚，2012-2013年單獨鎮壓后，出苗早于深松條播和旋耕條播(這與其部分種子播種較淺有關)，春季地溫回升快，返青最早，部分播種較深，拔節、抽穗、灌漿略晚于深松條播和旋耕條播，成熟期與旋耕條播一致，這與其耕深相同有關。深松條播、旋耕條播前期生育進程較一致，但由于深松條播耕層深厚，成熟略晚于旋耕。

表2　耕種方式對冬小麥生育進程的影響Table 2　Effect of seeding and tillage methods on growth and development of winter wheat

2.3耕種方式對冬小麥群體莖蘗動態及莖蘗成穗率的影響

出苗后，各處理冬小麥群體總莖數不斷增長，拔節期達最大值，而后降低(表3)。由于受露籽率、出苗率等的影響，不同耕種方式基本苗存在一定差異，免耕條播處理顯著高于其他處理，其他三個處理間無顯著差異，表現為深松條播>旋耕條播>機械撒播。冬前分蘗對冬小麥安全越冬至關重要，免耕條播處理單株分蘗不到1個，極顯著低于其他處理。2011-2012年，深松條播、旋耕條播、機械撒播處理間冬前總莖數差異不明顯，2012-2013年單獨鎮壓后，三者間差異極顯著，表現為深松條播>旋耕條播>機械撒播。越冬后，分蘗迅速發生，免耕條播處理依然極顯著低于其他處理，機械撒播處理分蘗優勢明顯。拔節期，群體總莖數達最高值，不同處理間差異極顯著，機械撒播處理最高，免耕條播處理最低，深松條播略高于旋耕條播。拔節后，無效分蘗開始退化，到抽穗期，總莖數僅為最高莖數的50%左右，部分分蘗雖能抽穗，但不能形成有效穗，成熟期穗數在處理間差異極顯著，機械撒播處理最高，其次是深松條播，免耕條播和旋耕條播差異不大。2011-2012年免耕條播的成熟期總莖數略高于旋耕條播，2012-2013年旋耕條播略高于免耕條播。免耕條播處理生育進程稍慢，莖蘗數少于其他處理，但其莖蘗成穗率遠高于其他處理；機械撒播處理莖蘗較多，但莖蘗成穗率卻最低；2011-2012年深松條播高于旋耕條播，2012-2013年二者差別不大。

表3　耕種方式對冬小麥群體莖蘗動態的影響Table 3　Effect of seeding and tillage methods on population tillers of winter wheat

2.4耕種方式對冬小麥群體干物質積累的影響

兩年中，小麥全生育期地上部干物質積累量均表現為機械撒播>深松條播>旋耕條播>免耕條播(表4)。越冬前干物質積累量占全生育期總積累量6.4%左右，機械撒播和免耕條播的干物質積累所占比例略低于深松條播和旋耕條播，其中機械撒播積累的干物質最多，免耕條播最少，深松條播略高于旋耕條播。越冬期間溫度較低，部分分蘗、葉片干枯死亡，干物質積累呈“負增長”，其中機械撒播的部分種子播種較淺，植株分蘗節裸露，越冬成活率明顯低于其他處理，干物質積累量降低最多，免耕條播處理降低最少。

表4　耕種方式對冬小麥各生育階段地上部干物質積累的影響Table 4　Effect of seeding and tillage methods on dry matter accumulation of winter wheat at different growth stages

返青后，干物質積累迅速；返青-拔節階段干物質積累占全生育期總積累量16.3%左右，機械撒播處理返青較早，分蘗發生較多，干物質積累量及占全生育期的比例遠高于其他處理，由于免耕條播處理返青較晚，分蘗最少，此階段干物質積累量及占全生育期的比例均遠低于其他處理，深松條播略高于旋耕條播。

拔節后，分蘗開始兩極分化，無效分蘗開始退化，干物質積累速度加快；拔節-抽穗階段機械撒播處理干物質積累量遠高于其他處理，免耕條播最少，深松條播略高于旋耕條播；階段干物質積累量占全生育期33.8%左右，機械撒播、免耕條播較高，其次是旋耕條播，深松條播占比最低。

抽穗-成熟階段干物質積累對最終產量形成至關重要。機械撒播處理的該階段干物質積累量最高，其次是免耕條播，深松條播略高于旋耕條播；該階段干物質積累量占全生育期總積累量45.3%左右，免耕條播的比例最高，機械撒播最低，深松條播、旋耕條播差異不大。可見，免耕條播處理抽穗后干物質積累對籽粒產量貢獻較大，機械撒播處理則較低，不同生育階段主攻目標、栽培措施應有所差異。

2.5耕種方式對冬小麥群體葉面積指數的影響

由圖1可見，越冬前小麥葉面積指數增長緩慢，返青后迅速增長，在播種后200～210 d(孕穗期左右)分別達到最高值，爾后迅速下降。機械撒播處理葉面積指數最大值出現較早，深松條播、旋耕條播處理出現較晚，免耕條播處理出現最晚。進入越冬期前，機械撒播處理葉面積指數優勢開始顯現，高于其他處理，免耕條播處理葉面積指數遠低于其他處理，深松條播處理略高于旋耕條播處理。越冬期間麥苗葉片干枯，葉面積指數下降40%左右，不同處理間的差異與越冬前一致。返青后處理間葉面積指數差異逐漸加大，播種后180 d左右(拔節期)葉面積指數已經達到4左右，機械撒播處理葉面積指數遠高于其他處理，分別比深松條播、旋耕條播、免耕條播處理高9.01%、13.57%、23.06%。拔節后葉面積指數增長迅速，處理間差異更大，機械撒播處理最大值高達8.23，免耕條播處理最高值僅為5.51，機械撒播處理分別比深松條播、旋耕條播、免耕條播處理高29.58%、33.97%、49.49%。葉面積指數達最大值后迅速下降，但仍表現為機械撒播>深松條播>旋耕條播>免耕條播，旋耕條播處理下降最快，免耕條播處理下降最慢。說明耕種方式對葉面積指動態數影響較大，在播種方式相同情況下，適當加大耕層深度有利于群體發育，保持較高的有效光合葉面積，生育后期尤其明顯。

圖1　耕種方式對冬小麥葉面積指數(LAI)的影響

2.6耕種方式對冬小麥產量及其構成因素的影響

由表5可以看出，不同處理間產量差異在2年中均達顯著水平，機械撒播處理產量最高，2011-2012年度分別比深松條播、旋耕條播、免耕條播處理增加11.55%、16.17%、20.16%，2012-2013年度分別增加13.01%、15.68%、21.88%；免耕條播處理產量均極顯著低于其他處理。

穗粒數在處理間的差異未達顯著水平。千粒重在處理間存在一定差異，2011-2012年度千粒重差異較小，免耕條播與深松條播結果相當，略高于旋耕條播，機械撒播處理最低；2012-2013年度深松條播、旋耕條播與機械撒播處理間差異較小，但都極顯著高于免耕條播。有效穗數在處理間的差異達極顯著水平，機械撒播處理有效穗數最高，2011-2012年度分別比深松條播、旋耕條播、免耕條播處理增加11.76%、19.81%、18.43%，2012-2013年度分別比深松條播、旋耕條播、免耕條播處理增加8.26%、11.42%、13.32%；免耕條播處理2011-2012年度略高于旋耕條播處理，2012-2013年度最低；深松條播均極顯著高于旋耕條播處理。

表5　耕種方式對冬小麥產量及其構成因素的影響Table 5　 Effect of seeding and tillage methods on yield and yield components of winter wheat

3　討 論

耕作方式對冬小麥生長發育影響顯著，免耕能蓄水保墑[26]，但連續多年免耕，土壤壓實嚴重，容重增大，多年旋耕，犁底層上移，耕作層變淺[27]，影響作物根系發育[28]，深松作業是解決壓實問題的措施之一[29]。在豫西旱田上，免耕和深松能夠增加小麥花前干物質積累量，顯著提高花后干物質生產量和花后干物質轉運效率，從而顯著提高小麥產量，免耕能提高有效穗數和千粒重，深松能提高穗粒數和千粒重[30]；在黃淮海麥區，深松、免耕能降低小麥生育前期的干物質積累量，促進拔節后的干物質積累，有利于籽粒產量的提高[31]； 在華北一年兩熟區研究表明，免耕可顯著提高冬小麥產量[32]。但是另一些研究結果顯示，免耕土壤具有較高的機械阻力，秸稈覆蓋后土壤通氣不良，影響作物根系的生長，從而限制了作物對水分和養分的吸收，導致小麥等作物苗期生長弱，推遲生育進程，最終產量下降[6-7,33]。本研究結果表明，免耕播種施肥、整地、播種、鎮壓可一體化完成，耕種效率較高；種子覆土厚，種子有效覆蓋度高，出苗率高，基本苗高于其他耕作方式，這與前人研究結果不同[7]，免耕冬小麥生育進程略有推遲；分蘗不足是導致免耕冬小麥群體數量低，干物質積累少、葉面積指數低的主要原因，越冬前單株分蘗不到1個，嚴重影響了安全越冬；雖然免耕冬小麥抽穗后干物質積累量較高，穗粒數、千粒重仍有所下降，產量顯著降低。深松能加深耕層，有利于根系生長，深松小麥成熟略晚，群體較大，莖蘗成穗率高，干物質積累、葉面積指數均高于旋耕條播，穗粒數、千粒重與旋耕差異不明顯，單位面積有效穗數明顯增加，產量極顯著高于旋耕處理。

不同小麥播種方式下個體和群體生長、資源利用能力等存在差異，影響產量和品質形成[34-35]。溝播有利于土壤壓實和提高保水能力，能塑造較優的根系形態，改善土壤水分的利用狀態，顯著提高寒地冬小麥粒重，節水增產增效[12-13]，本研究與寒地冬小麥不同，溝播的免耕條播處理粒重、產量均較低。不同株行距配置下群體結構產生差異，導致太陽輻射在群體中的再分配及農田小氣候的變化，進而影響到作物的生長發育與產量的形成[20,36]。行距增大，行內株間距降低，個體間生長競爭加劇，葉面積指數下降，光能和熱量資源利用效率低，產量減少，適當縮小行距有利于群體生育后期維持較高的葉面積指數，增加群體冠層中上部的光截獲量，提高冬小麥群體的產量[19,24,37]；有研究認為，16.7 cm行距能通過抑制無效分蘗而獲得高產[38]，行距縮至10 cm對小麥仍表現出明顯的增產作用[39]。機械撒播將行距縮小到極致，植株均勻分布。部分研究認為，撒播小麥生育前期莖蘗發生快，葉面積指數高，群體相對較大，但個體物質積累降低，穗粒數及粒重大幅下降，產量顯著降低[14-16]；也有研究認為，與條播相比，撒播冬小麥單位面積有效穗數、粒重增加，穗粒數基本持平，增產幅度大[17]；霍成斌等[18]研究認為，與條播相比，撒播冬小麥單位面積有效穗數、粒重增加，穗粒數和產量都大幅提高。本研究中，機械撒播施肥、整地、播種、鎮壓能一體化完成，耕種效率較高；種子有效覆蓋度較低，耕層6 cm以下種子基本不出苗，出苗率較低，田間基本苗低于條播處理；越冬前分蘗優勢不明顯，但單位面積干物質積累優勢明顯，返青后莖蘗增加速度快，物質積累迅速增加，返青-抽穗物質積累占比較高；葉面積指數遠高于條播處理，最大值出現早；千粒重、穗粒數略有降低，單位面積有效穗數明顯增加，產量極顯著高于條播處理。

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Effect of Seeding and Tillage Methods on Population Quality and Yield of Winter Wheat in North China

ZHAI Yunlong1,2，WEI Yanhua1，ZHANG Hailin1，CHEN Fu1

(1.College of Agronomy,China Agricultural University,Beijing 100193,China；2.College of Plant Science,Tarim University,Alaer,Xinjiang 843300,China )

The objective of this study was to understand the effect of different seeding and tillage methods on growth durations of critical stages,population size,dry matter accumulation,and final yield of winter wheat in North China. In a two-year field experiment from september 2011 to summer 2013,we compared the effects of no tillage with row planting(NTS),subsoiling tillage with row planting(DTS),rotary tillage with row planting(RTS),and broadcast sowing by mechanical(BSS),under the condition of same sowing date and similar seedling densities within a year. The results indicated that the number of tiller per plant significantly decreased in NTS treatment,which resulted in low population,low dry matter accumulation,and low leaf area index. The grain number per spike,thousand kernel weight was lower,and the yield was lowest in NTS treatment. Winter wheat maturation was later,population was lager,and the earbearing tiller percentage was higher in DTS treatment. Compared with RTS,dry matter accumulation and leaf area index was higher in NTS treatment. Although the difference of grain number per spike and thousand kernel weight between DTS and RTS was not significant,and the yield was increased significantly because of the high productive panicle number. Although winter wheat in BSS treatment had many disadvantages such as insufficient coverage of seeds,different depth of sowing and low emergence rate,but tillering advantage was significant,dry matter accumulation was higher,leaf area index was the largest and the maximum value come earlier than in other treatment. The grain number per spike and thousand kernel weight decreased slightly,but productive panicle number was higher significantly than in other treatment. The result of 2 years indicated that the yield of winter wheat in BSS treatment was increased more than 15% and 11% than in RTS and DTS,respectively. Therefore,wheat broadcast sowing by mechanical is the preferable seeding and tillage methods for improving population quality and increasing whole yield level at present in North China.

Seeding and tillage methods; Winter wheat; Population quality; Yield

2016-03-14

2016-04-03

國家公益性行業(農業)科研專項(200903003,201103001)；國家科技支撐計劃項目(2012BAD20B00)

E-mail：zylzky@163.com

陳 阜(E-mail:chenfu@cau.edu.cn)

S512.1；S314

A

1009-1041(2016)09-1174-09

網絡出版時間：2016-08-31

網絡出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160831.1649.016.html