休閑期輪耕對旱地小麥群體質量與產量的影響

曹碧蕓，趙劍敏，余少波，馮 玉，王 強，林 文，任愛霞，孫 敏，高志強

（山西農業大學農學院，山西太谷030801）

山西地處黃土高原干旱半干旱地區，旱地小麥種植面積達到60%，農民長期傳統的耕作方式引發了該地區水土流失加劇、土壤養分損失、產量不穩定等一系列問題。如何構建合理的耕作方式，提高土壤肥力，平衡土壤水分，達到穩產甚至增產，已成為山西省小麥栽培研究的主要問題。

休閑期輪耕是農業可持續生產的有效模式之一，相對于農戶傳統耕作來說，輪耕通過合理組配深翻耕、深松、免耕等土壤耕作技術并配套地表覆蓋、秸稈還田等種植措施，形成與種植制度相適應的土壤耕作技術體系，以解決長期少免耕產生的負面效應，提高土壤抗旱能力和肥力，維持作物相對高產[1-4]。與常規耕作相比，休閑期輪耕處理下的小麥出苗早，出苗率高，單株分蘗能力強，冬前總莖數和春季總莖數增加，生長動態平穩，后期綠葉面積多，干物質量及產量比較高，前期生育優勢明顯[5-7]。刑軍等[8]研究表明，與休閑期免耕處理相比，深松、深翻處理可以提高施肥后開花前土壤蓄水量，顯著提高開花后積累的干物質量及對籽粒的貢獻率；提高穗數4%～9%，提高產量9%～23%，提高水分利用效率6%～19%。張慧芋等[9]研究表明，休閑期深翻較免耕可有效蓄積雨水，提高小麥產量及蛋白質含量。杜聰陽等[10]研究表明，與旋耕處理相比，深耕可以提高苗期15～35 cm土層土壤含水量，顯著提高穗粒數和千粒質量，2 a分別增產7.5%和7.7%。褚鵬飛等[11]研究表明，在山東省兗州市深松+條旋耕是有利于小麥節水高產的耕作方式。何建寧等[12]研究表明，間隔2 a深松＋條旋耕處理較其他處理可提高小麥干物質積累量及向籽粒的轉運量，為獲得小麥高產奠定物質基礎。HE等[13]研究認為，在我國北部半干旱地區，免耕與深松耕相結合能夠提高作物產量。李娟等[14]在陜西省合陽縣研究表明，以深松翻耕輪耕小麥產量最高，經濟效益高。在休閑期輪耕機制和模式研究方面，雖已有大量研究揭示了休閑期輪耕節本增效的良好效應，但研究內容多集中于土壤理化性質，且地域性差距大，缺乏群體性狀對不同輪耕模式的響應及產量形成的研究。

本試驗在2013—2015年度耕作試驗基礎上，于2015—2016年進行第3年度的耕作試驗，設置4種輪耕處理，通過分析不同輪耕處理對旱地小麥群體性狀及產量形成的影響，旨在探索黃土高原地區旱地小麥最佳輪耕處理，為山西旱地小麥高產栽培措施提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試小麥品種為晉麥92，由聞喜縣農業委員會提供。

1.2 試驗地概況

試驗于2013—2016年在山西農業大學聞喜縣旱地小麥試驗基地（東經 110°15′～112°04′，北緯34°35′～35°49′）進行。試驗地位于山西省運城盆地北部，為丘陵旱地，屬于半干旱半濕潤冬小麥種植區，典型暖溫帶大陸氣候，年均氣溫11～13℃，無霜期130～190 d，年均降雨量450～630 mm。試驗田地勢平坦，土層深厚，透水、通氣性能良好，土壤黏壤土，0～20 cm土層基礎養分含量為：有機質9.27 g/kg，全氮 0.68 mg/kg，堿解氮 37.65 mg/kg，速效磷17.64 mg/kg，速效鉀238.16 mg/kg，陽離子交換量52.50 cmol/kg，pH值7.5～8.0。該試驗區小麥為一年一熟種植，且無灌溉條件，天然降水是該地區作物生產的主要水源，且降水主要集中在7—9月，該時期為小麥休閑期。2013—2016年全年降雨量和10 a平均降雨量及其分布如圖1所示。

1.3 試驗設計

試驗采用單因素完全隨機設計，設4種輪耕處理，分別為：（1）免耕 /免耕 /免耕（NT/NT/NT），連續3 a休閑期均為免耕，為對照；（2）深翻/深翻/深翻（DT/DT/DT），連續 3 a休閑期均為深翻；（3）深松 /深松/深松（ST/ST/ST），連續3 a休閑期均為深松；（4）深松 /深翻 /深松（ST/DT/ST），3 a休閑期耕作分別為深松、深翻、深松。小區面積5 m×60 m，各處理重復3次。

試驗地前茬小麥收獲后留茬20～30cm，于7月上旬撒施或深施有機肥1 500 kg/hm2，同時進行免耕、深翻、深松耕作處理。播前基施純N150 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，于 10 月 1 日播種，膜際條播，行距30 cm，常規大田管理。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 莖蘗數測定 分別于小麥越冬期、拔節期、孕穗期、開花期、成熟期采用人工定點計數法調查1 m2內冬小麥植株總莖數。分蘗力、分蘗速率參考李金剛等[15]、林洪鑫等[16]的方法進行計算。

莖蘗成穗率＝成熟期穗數/最高總莖數×100% （1）

1.4.2 植株農藝性狀測定

1.4.2.1 株高、葉面積指數測定 分別于小麥越冬期、拔節期、孕穗期、開花期、成熟期進行采樣，每個小區選取長勢均勻且具代表性的20株樣本，于室內測定單株株高、倒二葉長、寬和綠葉數。

葉面積＝長×寬×綠葉數×0.85 （2）

1.4.2.2 干物質量測定 分別于越冬期、開花期、成熟期取樣20株，于105℃殺青30 min后，70℃烘至恒質量，稱量并記錄干物質量。

1.4.2.3 成熟期考種及產量測定 于成熟期調查單位面積穗數、穗粒數及千粒質量，每小區取50株測定生物產量，收割20 m2計算經濟產量。

1.5 數據處理

試驗采用Microsoft Excel 2003軟件進行數據處理，用SAS9.0軟件進行統計分析，差異顯著性檢驗采用LSD法，顯著性水平設定為α＝0.05。

花前干物質轉移量（kg/hm2）＝花期地上部干物質累積量-成熟期地上部營養器官干物質累積量 （3）

花后干物質累積量（kg/hm2）＝成熟期地上部干物質累積量－花期地上部干物質累積量 （4）

花前干物質轉移對籽粒的貢獻率＝花前干物質轉移量/籽粒產量×100% （5）

花后干物質累積對籽粒的貢獻率＝花后干物質累積量/籽粒產量×100% （6）

2 結果與分析

2.1 休閑期輪耕對旱地小麥群體質量的影響

2.1.1 休閑期輪耕對旱地小麥群體分蘗特性的影響 隨小麥生育進程的推移，群體莖蘗數呈先增加后降低，且拔節期最高（表1）。休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理顯著提高各生育時期群體分蘗數與冬前群體分蘗速率，且以深松/深翻/深松處理效果最好，但與深松/深松/深松處理間差異不顯著（表2）。休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理可顯著提高單株分蘗力及莖蘗成穗率，單株分蘗力以深松/深翻/深松處理效果最好；莖蘗成穗率以深松/深松/深松處理最高，但與深松/深翻/深松處理間差異不顯著（圖2）。可見，休閑期輪耕有利于提高群體分蘗力、增加群體分蘗數，提高莖蘗成穗率，且以深松/深翻/深松處理效果最佳。

表1 休閑期輪耕對各生育時期群體分蘗數的影響 萬個/hm2

2.1.2 休閑期輪耕對旱地小麥群體生長特性的影響 隨著小麥生育進程的推移，旱地小麥株高均呈增加趨勢，開花—成熟階段趨于平緩；葉面積指數呈先升后降趨勢，于孕穗期達到峰值（圖3）。休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理可提高各生育時期株高以及葉面積指數，株高以深松/深翻/深松處理效果最好，但是與深松/深松/深松處理間差異不顯著；葉面積指數以深松/深翻/深松處理效果最好，但是在成熟期與各處理間差異不顯著。可見，休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理可以顯著提高株高和葉面積指數，且以深松/深翻/深松處理的效果最好。

2.1.3 休閑期輪耕對旱地小麥成熟期穗部性狀的影響 休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理可顯著提高穗長4.56%～15.73%，提高可孕小穗數1.96%～12.94%，顯著降低不孕小穗數及其占比，且以深松/深翻/深松處理效果最好（表3）。可見，休閑期輪耕有利于穗部發育，且以深松/深翻/深松處理效果最佳。

表3 休閑期輪耕對旱地小麥成熟期穗部性狀的影響

2.2 休閑期輪耕對旱地小麥產量形成的影響

2.2.1 休閑期輪耕對旱地小麥干物質量積累的影響 隨著小麥生育進程的推移，小麥干物質積累量呈增加趨勢（圖4）。休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理可提高小麥各生育時期干物質積累量，且以深松/深翻/深松處理最高，但在孕穗—成熟階段與深松/深松/深松處理間差異不顯著。可見，休閑期輪耕有利于干物質積累，且以深松/深翻/深松處理效果最佳。

2.2.2 休閑期輪耕對旱地小麥干物質量分配的影響 休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理可提高花前干物質轉移量及對籽粒的貢獻率，以深松/深翻/深松處理最高；降低了花后干物質累積對籽粒的貢獻率，以免耕/免耕/免耕處理最高；顯著提高收獲指數，增幅達4.51%～7.44%（表4）。可見，休閑期耕作可促進小麥花前干物質對籽粒的轉移，提高小麥收獲指數，以深松/深翻/深松處理效果最佳。

表4 休閑期輪耕對旱地小麥花前干物質轉移和花后干物質積累的影響

2.2.3 休閑期輪耕對旱地小麥產量構成因素的影響 休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理可顯著提高穗數6.93%～15.85%，穗粒數2.06%～8.67%，千粒質量0.14%～5.63%，產量13.71%～24.89%，其中，以深松/深翻/深松處理效果最佳（表5）。深松/深翻/深松處理較其他處理可提高穗粒數4.33%～8.67%，但與深松/深松/深松、深翻/深翻/深翻處理間差異不顯著；提高千粒質量0.44%～5.63%，與深翻/深翻/深翻處理間差異不顯著；提高穗數、產量分別達1.81%～15.85%、5.08%～24.89%，但與深松/深松/深松處理間差異不顯著。可見，休閑期輪耕主要通過穗數的增加實現增產，且以深松/深翻/深松處理效果最佳。

表5 休閑期輪耕對旱地小麥產量及其構成的影響

3 結論與討論

耕作是農業發展技術體系中的重要生產措施，選擇適宜的耕作模式對作物生長發育具有一定的積極作用。前人研究發現，休閑期輪耕對作物生長分蘗有顯著影響，可增加作物分蘗能力，顯著提高作物莖蘗成穗率，提高作物產量[17-19]。本研究結果也表明，休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理顯著提高小麥單株分蘗力及莖蘗成穗率，分別提高6.14%～13.24%、1.50%～6.03%，其中，以深松/深翻/深松處理效果最佳。不同耕作措施的保墑效果可能影響休閑期輪耕處理間分蘗能力，由于小麥分蘗期對水分需求較大，而深松/深翻/深松處理可增大土壤孔隙度，具備較強的保水力和通氣性，提高了土壤的蓄水保水能力，有利于小麥根系吸收更多水分，從而促進小麥分蘗[17，20]。

適宜分蘗有利于小麥葉面積指數提高，從而提高群體質量，優化群體結構，實現小麥干物質量增加[18]。馬愛平等[21]研究表明，休閑期輪耕可提高小麥冬前和拔節期葉面積和株高；鄭亭等[17]研究表明，休閑期輪耕綠葉面積和株高分別較翻耕提高5.74%、3.39%；李金剛等[15]研究表明，休閑期輪耕較旋耕或翻耕可顯著提高群體葉面積指數，促進小麥干物質積累。王群等[22]研究表明，輪耕處理較免耕小麥葉面積增加15.50%，周年生物量增加了12.59%；高培芳等[23]研究表明，休閑期深松較傳統耕作有利于提高小麥各生育時期土壤蓄水量，促進各生育階段干物質累積，提高花前各器官干物質累積量，實現小麥增產。王云奇等[24]關于不同耕作模式對冬小麥生長狀況的影響研究表明，深松/旋耕輪耕模式比單一旋耕開花前干物質積累量、生物產量分別增加28.1%和16.3%，但對花后干物質積累量影響不明顯。本研究結果表明，休閑期輪耕處理較免耕/免耕/免耕處理可顯著提高株高和葉面積指數，分別達6.46%～19.16%、11.32%～21.01%，提高小麥各生育時期干物質積累量，提高花前干物質轉移量對籽粒的貢獻率及小麥收獲指數，分別達8.03%～59.77%、4.51%～7.44%，這與前人研究結果相一致。

小麥生長前期適宜群體構建有利于干物質積累，從而實現小麥增產。張慧芋等[25]研究表明，休閑期耕作較免耕可以顯著增加小麥根系活力，提高小麥穗數，提高產量10.9%～26.2%。趙小蓉等[26]研究表明，休閑期耕作可顯著增加小麥分蘗數，增加小麥成穗數、穗粒數和千粒質量，增產達3.2%～18.1%，顯著優于翻耕處理；孔凡磊等[27]研究表明，輪耕對冬小麥產量構成、產量影響顯著，尤其是有效穗數，提高了24.1%，且相關系數達0.85；HOU等[28]研究表明，輪耕處理較免耕處理冬小麥成熟期有效穗數和穗粒數分別顯著增加7.96%和3.21%，3 a小麥平均產量較傳統耕作顯著增加10.69%，但對千粒質量無明顯影響；但賈樹龍等[29]研究認為，連續休閑期耕作處理的前3 a對作物產量沒有影響，之后小麥產量顯著降低（最大降幅達到31.83%）。本研究發現，休閑期輪耕較免耕/免耕/免耕處理可顯著提高穗數6.93%～15.85%，穗粒數2.06%～8.67%，千粒質量0.14%～5.63%，產量13.71%～24.89%，其中，以深松/深翻/深松處理效果顯著，這與前人研究結果不盡一致，原因既有黃土高原與平原潮土土質的差異，也表現在不同地區氣候上的差異，以及耕作制度的不同。

總之，在黃土高原半干旱地區采用深松/深翻/深松有利于冬前分蘗，促進有效穗形成，提高葉面積指數，從而提高干物質量，最終優化群體實現增產。本研究僅是3 a的試驗結果，而不同耕作方式經過長期輪換后更能反映耕作的實際效果，因此，不同輪耕方式對小麥群體產量效應的年際間差異及影響程度還有待進一步研究。