不同麥稈還田量對(duì)夏高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

孫隆祥，崔福柱，薛建福，郭秀卿，杜天慶，段永紅，楊琳，陳夢(mèng)妮，崔江輝

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

不同麥稈還田量對(duì)夏高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

孫隆祥，崔福柱*，薛建福，郭秀卿，杜天慶，段永紅，楊琳，陳夢(mèng)妮，崔江輝

(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 太谷 030801)

[目的]為探索山西省中部地區(qū)夏高粱-冬小麥一年兩熟種植制度下，不同麥稈還田量對(duì)夏高粱生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響。[方法]本試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，研究了麥稈不還田(CK)、50%麥稈還田(HR)和100%麥稈還田(WR)3種麥稈還田量對(duì)夏高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成的影響。[結(jié)果]相比CK處理，秸稈還田處理顯著影響了夏高粱的株高、葉面積指數(shù)及產(chǎn)量構(gòu)成因素。其中，夏高粱的株高和葉面積指數(shù)在HR處理下顯著增加，較CK處理分別增加了16.82%和11.45%；穗長(zhǎng)、穗數(shù)和穗粒數(shù)等性狀較CK處理增加了5.13%、11.01%和2.86%。此外，HR處理下的夏高粱產(chǎn)量最高，較CK和WR處理增產(chǎn)8.44%和20.41%。[結(jié)論]50%麥稈還田量有效地增加了夏高粱的葉面積指數(shù)、穗長(zhǎng)、穗數(shù)和穗粒數(shù)，從而表現(xiàn)出顯著增產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，適宜在我省中部地區(qū)推廣。

麥稈還田量； 夏高粱； 農(nóng)藝性狀； 產(chǎn)量

山西省素有“小雜糧王國(guó)”之美譽(yù)，結(jié)合我省農(nóng)業(yè)特色，將小雜糧種植資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為效益優(yōu)勢(shì)，對(duì)優(yōu)化我省農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、增加農(nóng)民收入具有重要意義[1,2]。高粱是山西省重要的小雜糧作物，具有抗旱、耐瘠、耐鹽堿等特點(diǎn)，廣泛種植于中南部地區(qū)。目前，我省中部地區(qū)主要種植制度為一年一熟或者兩年三熟，而隨著夏高粱品種“晉雜30號(hào)”的成功培育[3]，使得夏高粱-冬小麥一年兩熟種植制度成為可能。實(shí)行夏高粱-冬小麥種植制度有利于提高光、土、熱等利用率，能夠緩減雜糧及原材料供給壓力，對(duì)我省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。麥稈還田免除了麥稈處理環(huán)節(jié)，節(jié)省勞作時(shí)間，縮短了前茬作物收獲和后茬作物播種的間隔，利于搶抓農(nóng)時(shí)，積極影響夏高粱的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成。但全量麥稈直接還田則可能導(dǎo)致整地播種質(zhì)量差、苗情素質(zhì)不佳，產(chǎn)量嚴(yán)重下降[4,5]，故尋求最佳麥稈還田量勢(shì)在必行。

近年來(lái)，關(guān)于前茬作物秸稈還田對(duì)后茬作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響研究報(bào)道較多[6]，主要集中于玉麥、稻麥種植系統(tǒng)[7,8]。隨著秸稈產(chǎn)量的不斷增加，連年秸稈全量還田導(dǎo)致的問(wèn)題凸顯[9]。李波等報(bào)道稱，稻稈全量還田因出苗率低、出苗不均勻等導(dǎo)致產(chǎn)量下降，適當(dāng)?shù)慕斩掃€田量能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，提高作物產(chǎn)量[10]。但基于夏高粱-冬小麥種植系統(tǒng)下，麥稈不同還田量對(duì)夏高粱生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響未見(jiàn)報(bào)道。為此，本文通過(guò)開(kāi)展大田定位試驗(yàn)，研究山西省中部地區(qū)麥稈還田量對(duì)夏高粱生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量的影響，為夏高粱-冬小麥一年兩熟種植制度的推廣提供一定的理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在山西省晉中市山西農(nóng)業(yè)大學(xué)科技創(chuàng)新園區(qū)試驗(yàn)田進(jìn)行(37°42′N、112°55′E)，屬溫帶季風(fēng)性氣候，平均海拔811 m，年平均溫度9.4 ℃，年降雨量479.6 mm，雨季主要集中于6-8月份，地下水資源豐富，地下水位一般在1.5～4.0 m。全年太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)平均2 530.8 h，輻射總量545～581 kJ·cm-2，年平均無(wú)霜期151 d，年平均蒸發(fā)量1 718.4 mm，具有典型的華北平原特點(diǎn)。試驗(yàn)田土壤類型為褐土，土層深厚，其耕層土壤(0～30 cm)理化性狀見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)地耕層土壤基本理化性狀

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2015年冬小麥種植開(kāi)始，在其收獲后種植夏高粱前設(shè)置不同秸稈還田量試驗(yàn)。試驗(yàn)采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置麥稈不還田(CK)、50%還田(HR)和100%還田(WR)等3個(gè)處理。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，小區(qū)面積為200 m2(10 m×20 m)。冬小麥?zhǔn)斋@后留低茬(5 cm)，其中，CK處理將麥稈全部移除田間；HR處理為隔行移除，然后將麥稈粉碎后均勻分布于試驗(yàn)區(qū)；WR處理直接粉碎還田。夏高粱播種前，試驗(yàn)田先旋耕1次，秸稈還田處理下麥稈隨著土壤耕作混勻于土壤中。冬小麥供試品種為“長(zhǎng)6878”，于2015年10月25日種植，基本苗為40 000～50 000株·hm-2，行距為20 cm，于2016年6月20日收獲。夏高粱品種為“晉雜30號(hào)”，具有生育期短，植株矮、抗倒伏、高抗病等特點(diǎn)，于2016年6月26機(jī)播種植，基本苗為8 000～10 000株·hm-2，行距為40 cm。夏高粱播種前施用750 kg· hm-2復(fù)合肥作為基肥，其余田間管理與常規(guī)無(wú)異，于當(dāng)年10月20日收獲。

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 株高和莖粗的測(cè)定

各小區(qū)選5株有代表性、長(zhǎng)勢(shì)一致植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，從苗期開(kāi)始，每隔10 d進(jìn)行一次單株株高和莖粗的測(cè)定，株高采用卷尺測(cè)量，莖粗采用游標(biāo)卡尺測(cè)量。

1.3.2 葉面積指數(shù)(LAI)計(jì)算

葉面積指數(shù)(LAI)指作物群體總綠葉面積與該群體所占土地面積的比值，葉面積測(cè)定方法采用系數(shù)法，用直尺測(cè)量每株植株各葉片的葉長(zhǎng)(Lij)和最大葉寬(Bij)，葉面積計(jì)算修正系數(shù)取為0.75，即：

式中：n為第j株的總?cè)~片數(shù)；m為測(cè)定株數(shù)；ρ為種植密度；M為土地面積。

1.3.3 產(chǎn)量與穗部性狀測(cè)定

測(cè)定項(xiàng)目為夏高粱收獲后，隨機(jī)取各處理具有代表性的16 m2樣區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，重復(fù)3次，用LDS-IA水分儀測(cè)定籽粒水分，按14 %含水量折合成單位面積實(shí)際產(chǎn)量。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)取苗5株，按常規(guī)方法測(cè)定地上莖節(jié)數(shù)、穗長(zhǎng)、穗重、穗粒重、千粒重、葉片干物質(zhì)重及莖稈干物質(zhì)重等生物性狀。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行整理并作圖表，利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，采用新復(fù)極差法(Duncan)檢驗(yàn)不同處理間各指標(biāo)的差異顯著性水平(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同麥稈還田量對(duì)夏高粱植株農(nóng)藝性狀的影響

不同麥稈還田量下，夏高粱的株高在整個(gè)生育期均呈先增高后穩(wěn)定的變化趨勢(shì)，且整個(gè)生育期可劃分為苗期(7月6日)、拔節(jié)期(8月5日)、抽穗期(8月25日)和成熟期(10月9日)(圖1)。7月8日到7月28日，各處理夏高粱株高沒(méi)有明顯差異。從7月28開(kāi)始，HR處理夏高粱的株高基本上均高于其他處理(除8月7日CK處理外)，在7月28日，HR處理與CK處理株高差異不顯著(P>0.05)；8月7日CK處理夏高粱株高顯著高于其他處理；8月17日，HR處理夏高粱株高顯著高于CK，而WR處理株高顯著低于CK；8月27日，HR和WR處理夏高粱株高顯著高于CK，且HR處理株高顯著高于WR，此時(shí)間段為株高快速增長(zhǎng)階段。8月27日左右，各處理夏高粱抽穗完成后株高趨于穩(wěn)定，其中HR處理株高為197.9 cm，分別比CK和WR處理高16.82%和8.02%。

圖1 夏高粱生育期株高動(dòng)態(tài)變化Fig.1 The dynamic of plant height for summer sorghum in growth period 注：CK為對(duì)照，HR為50%麥稈還田處理，WR為100%麥桿還田。圖中不同字母表示在P<0.05水平差異顯著。下同Note: No-returning (CK); half returning (HR); all rteturning (WR). Different letters in figure indicate significant difference at P<0.05 level. The same below

不同麥稈還田量條件下，夏高粱的莖粗在整個(gè)生育期均呈先增高后穩(wěn)定的變化趨勢(shì)(圖2)。7月8日，HR處理夏高粱莖粗顯著高于其他處理，且CK與WR處理差異不顯著。7月18日，各處理間夏高粱莖粗沒(méi)有顯著性差異。7月28日，HR處理夏高粱莖粗顯著高于其他處理，且CK處理顯著高于WR(P<0.05)，植株莖生長(zhǎng)開(kāi)始進(jìn)入快速增長(zhǎng)階段。而8月7日以后，各處理夏高粱拔節(jié)完成后莖粗趨于穩(wěn)定，其中CK處理莖粗值最大，為3.1 cm，分別比HR和WR處理高10.71%和19.23%。

圖2 夏高粱生育期莖粗動(dòng)態(tài)變化Fig.2 The dynamic of plant diameter for summer sorghum in growth period

2.2 不同麥稈還田量對(duì)夏高粱植株葉面積指數(shù)的影響

不同麥稈還田量處理夏高粱植株葉面積指數(shù)(LAI)均遵循先快速增高后緩慢減小的變化趨勢(shì)(圖3)，即在整個(gè)生育期內(nèi)，前期和中期葉面積指數(shù)隨著時(shí)間明顯增加，到達(dá)生長(zhǎng)旺盛時(shí)期(各處理日期分別為8月17日、8月27日和9月6日)以后，由于部分葉片干枯萎縮凋落， 各處理植株葉面積指數(shù)開(kāi)始下降。7月8日，HR處理夏高粱植株葉面積指數(shù)顯著高于其他處理，且CK與WR沒(méi)有顯著差異，而從7月18日開(kāi)始，各處理間夏高粱葉面積指數(shù)存在顯著差異(P<0.05)，在7月18日，各處理葉面積指數(shù)值大小為CK>WR>HR；7月28日，CK處理夏高粱葉面積指數(shù)顯著高于HR和WR，且HR處理顯著高于WR，同時(shí)植株葉面積開(kāi)始進(jìn)入快速生長(zhǎng)階段；8月7日至9月16日，HR處理夏高粱葉面積指數(shù)顯著高于CK，且WR處理顯著低于CK。而從9月26日開(kāi)始，HR和WR處理夏高粱葉面積指數(shù)基本不變，而CK處理則呈現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，說(shuō)明秸稈還田處理可以減緩葉片衰老。CK處理在8月27日左右開(kāi)始枯萎，枯萎速率高達(dá)22.9%。夏高粱全生育期HR和WR處理平均葉面積指數(shù)較CK高11.45%和-10.23%。

2.3 不同麥稈還田量對(duì)夏高粱成熟期形態(tài)指標(biāo)的影響

夏高粱成熟期地上莖節(jié)數(shù)、穗長(zhǎng)、穗重、葉片干物質(zhì)重和莖稈干物質(zhì)重等生物性狀對(duì)不同麥稈還田量響應(yīng)結(jié)果表明(表2)，各處理夏高粱成熟期穗長(zhǎng)、葉片干物質(zhì)重和莖稈干物質(zhì)重等性狀存在顯著性差異(P<0.05)。其中CK處理夏高粱成熟期地上莖節(jié)數(shù)顯著高于HR，HR和WR不存在顯著性差異；WR處理夏高粱穗重與CK和HR存在顯著性差異，CK處理與HR不存在差異；HR處理夏高粱穗長(zhǎng)分別比CK和WR處理長(zhǎng)5.13%和8.37%。從夏高粱葉片干物質(zhì)重角度分析，CK分別比HR和WR重3.78%和8.81%，而HR處理夏高粱莖稈干物質(zhì)重分別比CK和WR處理重4.22%和17.65%，表明麥稈50%還田處理有效的促進(jìn)了養(yǎng)分向植株莖稈及穗器官運(yùn)輸。

圖3 夏高粱生育期葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)變化Fig.3 The dynamic of plant LAI for summer sorghum in growth period

表2 夏高粱成熟期生物性狀對(duì)不同麥稈還田量的響應(yīng)Table 2 The different amount of straw counters-field set on the effect of sorghum’sbiology character on the mature stage

注：同列數(shù)據(jù)后不同字母表示在P<0.05水平差異顯著。下同。

Note: Different letters within the same column indicate significant difference atP<0.05 level. The same below.

2.4 夏高粱產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素分析

不同麥稈還田量條件下，HR處理夏高粱產(chǎn)量表現(xiàn)最佳，理論產(chǎn)量和實(shí)際產(chǎn)量分別為11 558.5 kg·hm-2和7 989.2 kg·hm-2，顯著高于CK和WR處理(P<0.05)(表3)。分析夏高粱產(chǎn)量構(gòu)成因素可以看出，HR處理夏高粱的穗數(shù)和穗粒數(shù)顯著高于其他處理，而CK處理夏高粱的千粒重顯著高于其他處理，HR處理夏高粱千粒重雖然小于CK值，但是穗數(shù)和穗粒數(shù)較CK分別增加了10.99%和2.86%，且理論產(chǎn)量與實(shí)際產(chǎn)量均表現(xiàn)為HR處理高于CK和WR處理。從實(shí)際產(chǎn)量角度分析，HR處理夏高粱產(chǎn)量高于CK和WR處理，分別高8.44%和20.41%，說(shuō)明HR處理主要通過(guò)穗數(shù)和穗粒數(shù)的增加而提高產(chǎn)量。

表3 不同麥稈還田量對(duì)夏高粱產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3 討論

秸稈還田能夠有效地協(xié)調(diào)土壤水、肥、氣、熱等因素，有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而促進(jìn)產(chǎn)量形成[11～14]。本試驗(yàn)研究表明，不同麥稈還田量處理下的夏高粱株高顯著高于不還田處理，但莖粗以不還田處理最大。其中，麥稈50%還田處理下的夏高粱株高最高，且顯著高于其他處理；麥稈不還田處理夏高粱莖粗顯著高于麥稈還田處理，這與李勇等[15]研究結(jié)果相似。這是由于莖粗形成開(kāi)始于拔節(jié)期，而麥稈因其較高的C/N，腐解速率較慢，在此生育時(shí)期正處于腐解階段，與作物生長(zhǎng)形成了氮競(jìng)爭(zhēng)，不利于作物壯苗。

葉面積指數(shù)(LAI)是反映植物群體生長(zhǎng)狀況的一個(gè)重要指標(biāo)，其大小直接與光合能力強(qiáng)弱和最終產(chǎn)量高低密切相關(guān)[16]。本試驗(yàn)中，在夏高粱生長(zhǎng)初期，麥稈不還田處理葉面積指數(shù)高于麥稈還田；在夏高粱生長(zhǎng)后期，50%還田量處理夏高粱的葉面積指數(shù)顯著高于不還田和100%還田處理，與高飛等[17]研究結(jié)果相同。究其原因，麥稈在前期腐解過(guò)程與土壤水分和氮素有關(guān)，與作物生長(zhǎng)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，在夏高粱生長(zhǎng)后期，50%麥稈還田量較100%還田腐解時(shí)間短，腐解基本完成，開(kāi)始償還秸稈腐解過(guò)程吸收的水分和秸稈中所含的養(yǎng)分，起到對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的后期補(bǔ)償作用[18]，促進(jìn)了植物的生長(zhǎng)發(fā)育及最大葉面積的形成。本研究結(jié)果表明，苗期(7月6日)各處理的葉面積指數(shù)差異不顯著(P<0.05)，在即將進(jìn)入拔節(jié)期時(shí)(7月28日)逐漸呈現(xiàn)顯著性差異，在生長(zhǎng)旺盛期最為突出，這是由于前期各處理的葉面積都比較小，差異不易分辨，而到后期，麥稈50%還田量處理下麥稈腐熟情況最佳，持續(xù)提供營(yíng)養(yǎng)，葉片生長(zhǎng)旺盛且衰老緩慢，維持葉片后期的生長(zhǎng)功能[19]。

本研究表明麥稈50%還田處理夏高粱產(chǎn)量顯著高于其他處理，其次為不還田處理，麥稈100%還田處理產(chǎn)量最低，說(shuō)明并非麥稈還田量越大，夏高粱產(chǎn)量就越高。究其原因，是由于麥稈還田初期秸稈腐解需消耗一定的水分，且還田量越大，耗水量越多，同時(shí)腐解需氮與作物生長(zhǎng)存在一定的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系[20]。但隨著腐解過(guò)程的結(jié)束，麥稈還田處理有效地增加了土壤微生物含量[21]，使土壤酶的活性顯著提高[22]，促進(jìn)了土壤礦質(zhì)養(yǎng)分和有機(jī)質(zhì)的分解[23]，為夏高粱生長(zhǎng)發(fā)育提供了充足的養(yǎng)分供應(yīng)，促其產(chǎn)量提高。而過(guò)量的麥稈還田腐熟過(guò)程較慢，阻塞了耕層土壤與大氣環(huán)境間物質(zhì)交換，造成土壤持續(xù)處于無(wú)氧及高溫狀態(tài)，削弱了土壤水、溫、肥的耦合效果，降低了土壤微生物活性，造成夏高粱缺苗或死苗等減產(chǎn)現(xiàn)象[24,25]。因此，麥稈50%還田處理下麥稈腐解低耗水和耗時(shí)短的優(yōu)勢(shì)使得夏高粱生長(zhǎng)發(fā)育旺盛、葉面積指數(shù)提高，作物產(chǎn)量增加，與郭瑤、徐蔣來(lái)等[16,26]研究結(jié)論相似。但是，麥稈還田量對(duì)夏高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程，其響應(yīng)機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

綜上所述，基于夏高粱-冬小麥一年兩熟種植系統(tǒng)，不同麥稈還田量對(duì)夏高粱生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量影響顯著。其中，50%麥稈還田處理夏高粱株高和葉面積指數(shù)顯著高于不還田處理，分別增長(zhǎng)了16.82%和11.45%，莖粗則低于不還田處理。50%麥稈還田處理夏高粱的穗長(zhǎng)、莖稈干物質(zhì)重、穗粒數(shù)和穗數(shù)等性狀優(yōu)于不還田，達(dá)到了顯著增產(chǎn)的效果，同比不還田處理增幅高8.44%。因此，50%麥稈還田量適宜當(dāng)?shù)叵母吡?冬小麥一年兩熟制種植制度，可為當(dāng)?shù)卦摲N植系統(tǒng)推廣提供一定的理論依據(jù)。

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(編輯：韓志強(qiáng))

Effect of different amounts of residue incorporation on the agronomic characters and yield of summer sorghum

Sun Longxiang, Cui Fuzhu*, Xue Jianfu, Guo Xiuqing, Du Tianqing, Duan Yonghong, Yang Lin, Chen Mengni, Cui Jianghui

(CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

[Objective]To explore the effect of the different straw amount returning on sorghum yield, field experiment has been conducted based on the summer sorghum-winter wheat systems, in the central region of the Shanxi Province.[Methods]A year field experiment with a one-factor random block design was carried out in a summer sorghum-winter wheat rotation system. Setting up no-returning (CK), half returning (HR) and all returning (WR) 3 treatments, we studied the effects on sorghum growth and yield.[Results]Compared with CK treatment, straw returning significantly affected the height, leaf area index and yield components of summer sorghum. The plant height and leaf area index of summer sorghum were significantly increased under HR treatment, which was 16.82% and 11.45% higher than CK treatment respectively. The ear length, ear number and number of grain per ear of HR were increased by 5.13%, 11.01% and 2.86% respectively. In addition, the yield of summer sorghum under HR treatment was the highest, which was 8.44% and 20.41% higher than CK and WR treatments.[Conclusion]50% straw returning effectively promoted the summer sorghum leaf area index, ear length, ear number and number of grain per ear, showing a significantly advantage of production. The 50% straw returning was suitable for promotion in the central region of Shanxi Province.

Amount of straw returning, In the summer of sorghum, Agronomic traits, Yield

2017-03-15

2017-04-24

孫隆祥(1990-)，男(漢)，山西朔州人，碩士，研究方向：作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)工程

*通信作者：崔福柱，副教授，碩士生導(dǎo)師，Tel：15110637026；E-mail：Cuifuz@sina.com

國(guó)家公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201503121-07)；山西省農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化和推廣示范工程項(xiàng)目(SXNKTG07)；高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題(2015K-03)

S514

A

1671-8151(2017)07-0493-06