耕種方式對冬小麥籽粒灌漿特性及產量的影響

翟云龍，魏燕華，張海林，陳 阜

(1.中國農業(yè)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)

耕種方式對冬小麥籽粒灌漿特性及產量的影響

翟云龍1,2，魏燕華1，張海林1，陳 阜1

(1.中國農業(yè)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)

通過大田定位試驗，研究了免耕條播、深松條播、旋耕條播、機械撒播等4種耕種方式下冬小麥強勢粒灌漿特性，用Logistic方程擬合籽粒灌漿進程，對籽粒灌漿參數進行了分析。試驗結果表明，方程擬合決定系數均在0.9942以上，Logistic方程能真實反映籽粒灌漿進程。旋耕條播、機械撒播耕作深度相同，各階段灌漿速率較一致，漸增期、快增期、緩增期均低于深松條播和免耕條播，但二者株行配置方式不同，機械撒播漸增期略高于旋耕條播，快增期、緩增期均低于旋耕條播，但3個階段灌漿持續(xù)期分別比旋耕條播高0.05、0.57 d和0.71d。耕作、種植方式主要通過影響籽粒灌漿速率和灌漿持續(xù)天數影響粒重，耕作方式對灌漿速率影響大，株行配置對灌漿持續(xù)期影響明顯。耕種方式對強勢粒、弱勢粒灌漿特性影響效應不同，機械撒播強勢粒漸增期灌漿速率高達0.95 mg·d-1·粒-1，持續(xù)時間僅為9.95 d，快增期、緩增期灌漿速率僅為2.11 mg·d-1·粒-1和0.59 mg·d-1·粒-1，但持續(xù)時間長達12.27 d和15.27 d，強勢粒千粒重高達41.65 g，雖然強、弱勢粒綜合千粒重僅為40.2 g，但該模式有效穗數高，經濟產量高達7 599.0 kg·hm-2。

耕種方式；冬小麥；灌漿特性；產量

小麥群體產量是由單位面積有效穗數、每穗粒數和粒重三者共同決定的，粒重是決定小麥產量高低的重要因素之一，籽粒灌漿特性主要影響小麥的粒重，既受品種遺傳特性的影響[1]，也受環(huán)境因素的影響[2]。小麥籽粒灌漿特性已有較多報道，但多集中在環(huán)境溫度[3-4]、水分條件[5-8]、施肥[9-11]、品種[12-13]、播期[14-15]等方面，對不同的耕作方式[16]、株行配置方式[17-19]下小麥籽粒灌漿特性的研究較少。華北一年兩熟區(qū)農田土壤耕作方式翻耕、旋耕、深松、免耕并存，每種耕作方式都有與之相應的機械化播種方式和株行配置，有研究認為多年免耕會使土壤體積質量增加、質地緊實，降低小麥產量[20]，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，提高籽粒產量[21]。小麥群體配置方式直接影響群體數量、群體結構和群體質量，最終影響小麥產量構成因素與經濟產量[22-23]。本試驗設置不同耕作方式以及與之相應的播種方式，對機械化耕種冬小麥灌漿特性及產量進行研究，以期為華北地區(qū)不同耕種方式冬小麥配套農藝措施的制定提供理論與技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2011—2012年在中國農業(yè)大學吳橋試驗站(北緯37°37′22″，東經116°25′54″，海拔19.7 m)進行，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，壤質土，深層偏粘，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0.79 g·kg-1，速效磷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)4種耕種方式，每處理0.3 hm2。各處理田間作業(yè)如下：(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、播種和鎮(zhèn)壓作業(yè)，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，壟溝內行距10 cm，相鄰壟溝邊行行距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、播種和鎮(zhèn)壓作業(yè)，均勻撒播(耕深14 cm)。

供試冬小麥品種為濟麥22。于2011年10月11日播種，免耕條播處理播量270 kg·hm-2，旋耕條播、深松條播處理播量240 kg·hm-2，機械撒播處理播量285 kg·hm-2，2012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(jié)期、揚花期灌水60 mm。

1.3 測試項目與方法

于開花期在每處理小區(qū)選擇同一天開花、生長整齊的麥穗200個掛牌標記，自開花至收獲，每隔5 d取標記穗10個，取每穗中間5個小穗第1、2粒位強勢粒[24]，然后置烘箱中經105℃殺青0.5 h，再降至80℃烘干至恒質量，稱籽粒干質量，并換算出千粒質量。

1.4 數學方法描述

1.4.1 模型的擬合 以開花后的天數(t)為自變量，每次測得的千粒質量(Y)為因變量，用Logistic方程Y=K/(1+eA+Bt)對籽粒生長過程進行擬合，其中K為灌漿結束時所能達到的最大千粒質量，A、B為方程參數，用決定系數R2(Y依t的回歸平方和占總平方和的比率)表示其擬合優(yōu)度。

1.4.2 灌漿特征參數 根據Logistic方程和該方程的一級和二級導數，推導出一系列灌漿參數。

(1) 灌漿高峰期開始日期t1=[A-ln(2+1.732)]/(-B)；

(2) 灌漿高峰期結束日期t2=[A+ln(2+1.732)]/(-B)；

(3) 灌漿終期(Y達99%K)日期t3=(4.59512+A/(-B)；

(4) 最大灌漿速率出現日期Tm=-A/B，最大灌漿速率Vm=-BK/4；

(5) T1、W1、V1，T2、W2、V2，T3、W3、V3分別表示籽粒灌漿漸增期、快增期和緩增期持續(xù)時間、積累量和階段灌漿速率，T1=t1，T2=t2-t1，T3=t3-t2；

(6) 灌漿總天數T=t3，平均灌漿速率Va=K/t3。

2 結果與分析

2.1 不同耕種方式下冬小麥群體莖蘗動態(tài)

受播量、種子有效覆蓋率、出苗率等的影響，不同耕種方式基本苗存在差異(見表1)，免耕條播處理顯著高于其它處理，其它3個處理間無顯著差異，表現為深松條播>旋耕條播>機械撒播。拔節(jié)期，群體總莖數達最高值，不同處理間差異達極顯著水平，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。成熟期總莖數處理間達極顯著差異，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。免耕條播莖蘗少于其他處理，但其莖蘗成穗率遠高于其他處理；撒播處理莖蘗較多，但莖蘗成穗率最低。

表1 耕種方式對冬小麥群體莖蘗動態(tài)的影響

注：表中小寫字母和大寫字母分別表示5%和1%水平顯著性差異；NTS—免耕條播；DTS—深松條播；BSS—機械撒播；RTS—旋耕條播；下同。

Note: the lowercase and uppercase letters indicate significant difference atP<0.05 andP<0.01 level, respectively; NTS—no tillage with row planting, DTS—subsoiling tillage with row planting, BSS—mechanical broadcast sowing, RTS—rotary tillage with row planting; the same below.

2.2 不同耕種方式下冬小麥千粒重變化動態(tài)

由圖1可見，在開花后小麥籽粒千粒重呈“S”型曲線增加，灌漿初期，籽粒千粒重增長緩慢，灌漿中期是千粒重急劇增長的時期，灌漿后期籽粒千粒重的增加又趨緩慢，直至成熟。不同耕種方式間千粒重變化存在差異，前期機械撒播、旋耕條播處理增加較快，中后期深松條播處理增重速度高于旋耕條播處理，但仍低于機械撒播處理，免耕條播處理前、中期千粒重一直最低，但在最后略高于旋耕條播處理，最終千粒重表現為機械撒播>深松條播>免耕條播>旋耕條播。

圖1 不同耕種方式下冬小麥千粒重變化動態(tài)

Fig.1 1000-kernel weight dynamics of winter wheat under different tillage and seeding methods

2.3 不同耕種方式下冬小麥籽粒灌漿的數學模型

對不同耕種方式下冬小麥籽粒開花后天數與籽粒質量的關系配合Logistic方程進行了模擬，所得方程參數估值及決定系數見表2，用Logistic方程擬合的冬小麥籽粒千粒重增長動態(tài)見圖2，各方程的決定系數均在0.994以上，擬合度高，這說明Logistic模型能準確描述本試驗冬小麥籽粒的灌漿過程。

表2中的K為籽粒在冬小麥灌漿結束時所能達到的最大千粒質量，由結果可知，機械撒播處理理論最大千粒質量遠高于其他處理，深松條播處理與免耕條播處理差異不明顯，旋耕條播處理最低；機械撒播、深松條播、免耕條播處理分別比旋耕條播處理高1.76、0.17、0.13 g，為旋耕條播處理的104.08%、100.39%、100.30%。實測千粒重也是機械撒播處理最高，其次是深松條播，免耕條播與旋耕條播差異不明顯，仍是旋耕條播最低；機械撒播、深松條播、免耕條播處理分別比旋耕條播處理高1.23、0.23、0.01 g，為旋耕條播處理的103.04%、100.57%、100.02%。表明耕種方式對冬小麥千粒質量有一定的影響，田間植株均勻分布(機械撒播)、加深耕層(深松條播)、免耕覆蓋均能適當增加千粒重，植株田間分布狀況影響最大。

表2 不同耕種方式下冬小麥籽粒灌漿Logistic模型參數和決定系數

圖2 不同耕種方式下冬小麥粒重增加的Logistic曲線

Fig.2 Grain filling process of fitting Logistic curve of winter wheat under different tillage and seeding methods

2.4 不同耕種方式下冬小麥籽粒灌漿特征分析

2.4.1 耕種方式對冬小麥灌漿特征參數的影響 根據Logistic模型計算出的冬小麥灌漿特征參數見表3。旋耕條播處理達到最大灌漿速率的時間最早，其次是機械撒播處理和深松條播處理，免耕條播處理最晚；最大灌漿速率免耕條播處理和深松條播處理高達2.56 mg·d-1·粒-1，機械撒播處理最低，僅為2.41 mg·d-1·粒-1；平均灌漿速率深松條播處理高達1.22 mg·d-1·粒-1，其次是機械撒播處理1.20 mg·d-1·粒-1，旋耕條播處理和免耕條播處理最低，僅為1.19 mg·d-1·粒-1；持續(xù)灌漿時間機械撒播處理最高，其次是免耕條播處理，深松條播處理最低。本研究對整個灌漿期灌漿特征參數與最大理論千粒重進行了相關分析，表明千粒重與灌漿持續(xù)天數和平均灌漿速度呈正相關，機械撒播、深松條播、免耕條播等耕種方式雖然未明顯改變小麥籽粒灌漿的基本趨勢，但能改變灌漿持續(xù)天數、平均灌漿速度等灌漿特征參數，優(yōu)化灌漿過程。

表3 不同耕種方式處理籽粒灌漿特征參數

2.4.2 耕種方式對冬小麥階段灌漿期灌漿特征參數的影響 根據Logistic模型計算出的冬小麥階段灌漿特征參數見表4。漸增期籽粒產量約占整個灌漿期的21.34%，快增期籽粒產量占58.32%左右，緩增期占20.34%左右。旋耕條播、機械撒播處理籽粒灌漿前期增速很快，遠高于深松條播和免耕條播處理，但漸增期持續(xù)時間較短，低于深松條播和免耕條播處理。深松條播、免耕條播處理籽粒灌漿快增期灌漿速度最高，遠高于旋耕條播和機械撒播處理，但快增期持續(xù)時間低于旋耕條播和機械撒播處理，機械撒播處理該階段持續(xù)時間最長。緩增期機械撒播和旋耕條播處理灌漿速度較低，深松條播和免耕條播處理灌漿速度較高，籽粒灌漿緩增期持續(xù)時間機械撒播處理最長，其次是旋耕條播，深松條播和免耕條播處理持續(xù)時間較短。受灌漿速度和各階段持續(xù)時間的綜合影響，漸增期、快增期、緩增期三個階段籽粒產量均表現為機械撒播處理最高，其次是深松條播和免耕條播，旋耕條播處理積累量最少。

表4 不同耕種方式下不同階段籽粒灌漿特征參數

2.5 不同耕種方式下冬小麥產量及其構成因素

不同耕種方式下冬小麥產量及產量構成因素結果見表5。由表5可以看出，處理間產量差異達極顯著水平，機械撒播處理產量均極顯著高于其它處理，分別比深松條播、旋耕條播、免耕條播產量提高11.55%、16.17%、20.16%；免耕條播處理產量極顯著低于其它處理；深松條播產量極顯著高于旋耕條播處理。

表5 耕種方式對冬小麥產量及產量構成因素的影響

單穗粒數處理間差異未達顯著水平，表現為深松條播>旋耕條播>撒播>免耕條播。千粒重處理間差異較小，免耕條播與深松條播結果相當，略高于旋耕條播，撒播處理最低。有效穗數處理間差異達極顯著水平，撒播處理有效穗數極顯著高于其他處理，分別比深松條播、旋耕條播、免耕條播增加11.76%、19.81%、18.43%；免耕條播處理略高于旋耕條播處理；深松條播均極顯著高于旋耕條播處理。

可見，高產條件下，有效穗數對產量的貢獻最大。行株距配置方式對產量及產量構成因素影響最大，相同株行配置情況下，加深耕層能有效增加收獲穗數、千粒重，進而增加產量。

3 討論與結論

小麥粒重主要由灌漿速率和灌漿持續(xù)期來決定[15]，有研究者認為，小麥粒重與灌漿速率呈正相關，而與灌漿持續(xù)時間無顯著相關性[25-26]，也有研究認為，千粒重與灌漿速率無明顯相關性[27]，而與灌漿持續(xù)天數呈顯著正相關[12]。本試驗研究結果得出，小麥粒重由灌漿速率和灌漿持續(xù)期共同決定。

許多學者通過Logistic方程、Richards方程和多項式擬合了不同品種、管理模式下小麥籽粒灌漿過程，并對推導出的相關參數作了分析[4-8,28-29]。有研究認為[30-31]，快增期灌漿速率、持續(xù)天數和漸增期灌漿速率是影響粒重主要參數。也有人認為漸增期灌漿速率、快增期灌漿速率及緩增期持續(xù)天數是影響小麥粒重的主要參數[32]。本試驗研究結果認為漸增期灌漿速率、快增期持續(xù)天數、緩增期持續(xù)天數是影響小麥粒重主要參數，通過延緩葉片衰老的進程延長緩增期持續(xù)天數是增加粒重的有效途徑。

不同耕作、栽培模式主要通過影響籽粒灌漿速率和灌漿持續(xù)天數影響粒重，最終來影響小麥的產量[16-19]。本試驗中旋耕條播、機械撒播耕作深度相同，各階段灌漿速率較一致，漸增期、快增期、緩增期灌漿速率均低于深松條播和免耕條播，可能與深松條播、免耕條播處理灌漿期間對深層土壤水分的截獲有關[33-35]，耕作方式對各階段灌漿速率影響明顯；雖然旋耕條播、機械撒播耕作深度相同，但株行配置方式不同，機械撒播漸增期略高于旋耕條播，快增期、緩增期均略低于旋耕條播，但每個階段灌漿持續(xù)期均高于旋耕條播，可能與機械撒播處理小麥群體均勻分布、利于群體光能利用和干物質積累有關[36]?？梢姡N方式對小麥灌漿特征有一定的影響，耕作方式對灌漿速率影響大，株行配置對灌漿持續(xù)期影響明顯，這與前人[16-19]研究結果一致。

機械撒播強勢粒漸增期灌漿速率高，持續(xù)時間短，快增期、緩增期低，但持續(xù)時間長，強勢粒粒重較高，雖然強、弱勢粒綜合粒重和穗粒數均較低，但該模式有效穗數高，經濟產量極顯著高于其它耕種方式。

本研究各處理僅取每穗部分強勢粒研究小麥籽粒灌漿特征，理論最大千粒重、實測千粒重與最終測產時所得千粒重(包括所有強、弱勢粒)存在一定的差異，趨勢亦不相同，可見，耕種方式對強勢粒、弱勢粒影響效應不同，需進一步加以研究。

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Effect of tillage and seeding methods on grain filling and yield of winter wheat

ZHAI Yun-long1,2, WEI Yan-hua1, ZHANG Hai-lin1, CHEN Fu1

(1.CollegeofAgronomyandBiotechnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China；2.CollegeofPlantScience,TarimUniversity,Alaer,Xinjiang843300,China)

In order to providing theory basis for suitable agricultural measures of different tillage and seeding methods，the effect of tillage and seeding methods on grain filling characteristics and yield of winter wheat was discussed. In the field experiment from September 2011 to June 2012, we compared the effects of no tillage with row planting(NTS), subsoiling tillage with row planting (DTS), mechanical broadcast sowing (BSS), and rotary tillage with row planting (RTS) on grain filling characteristics, under the conditions of same sowing date. Logistic equation was used to characterize grain filling process. The result showed that the R square value of equation fitting coefficient reached a highly significant level above 0.9942. This indicated that the logistic equation could truly reflect the process of grain filling. Tillage and seeding methods influenced grain filling process significantly. There were no obvious differences of grain filling rate (GFR) between BSS and RTS treatment because of the same depth of tillage. The GFR of these two treatments in the gradual increasing-stage, rapid increasing-stage and slow increasing-stage, were lower than the NTS and DTS treatment. There was a marked difference of plant and row allocation between the BSS and RTS treatment. The gradual increasing-stage GFR of BSS was higher than RTS, and the GFR of rapid increasing-stage and slow increasing-stage were lower than it. But the grain filling duration (GFD) of BSS during each stage was 0.05, 0.57 d and 0.71 d longer than RTS. Tillage and seeding methods mainly affect the grain weight through GFR and GFD. The tillage affects the GFR most, and the plantation spacing affects GFD. The tillage affects the grain filling of superior and inferior grains differently, and the BSS treatment for the superior grains, the grain weight was higher with higher GFR 0.95 milligram per day per kernel at the slow growth period, and GFD only reached 9.95 day, the GFR at both rapid growth period and slow growth period of the grain filling reached 2.11 and 0.59 mg per day per kernel, whereas the GFD reached 12.27 and 15.27 day, while the 1000-kernel weight of superior grains reached 41.65 g. Although 1000-kernel weight for the superior and inferior grains were only 40.2 g, the plantation mode was of higher effective panicles number and the economic yield come to 7 599.0 kg per hectare.

tillage and seeding methods; winter wheat; grain filling characteristics; yield

1000-7601(2017)04-0211-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.32

2016-04-20

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

翟云龍(1979—)，男，河南扶溝人，副教授，博士研究生，研究方向為農作制度。 E-mail: zylzky@163.com。

陳 阜(1964—)，男，教授，博士生導師，主要從事農作制度與區(qū)域農業(yè)研究。 E-mail: chenfu@cau.edu.cn。

S512.1+1

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