冬小麥不同種植行對秸稈覆蓋響應(yīng)的差異

霍成斌，李巖華，王高鴻，張俊靈，閻金龍

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所， 山西長治 046011)

秸稈覆蓋能保墑及提高作物水分利用效率和產(chǎn)量，并有效利用秸稈資源，增加土壤肥力，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[1-3]。我國的科研人員從土壤水分和溫度以及作物生長和產(chǎn)量等方面對秸稈覆蓋效應(yīng)進行了大量研究[4-10]。研究表明，在冬前冬小麥停止生長時秸稈覆蓋效果最佳[11]。對不同秸稈覆蓋量下冬小麥的產(chǎn)量比較發(fā)現(xiàn)，覆蓋量為6 000 kg·hm-2時小麥產(chǎn)量最高，說明覆蓋量過大或過小均不利小麥高產(chǎn)[12]。旱地冬小麥冬前覆蓋條件下20 cm與10 cm土層溫差晝夜平均值顯著低于無覆蓋處理，在越冬期則稍高于無覆蓋處理[13]。秸稈覆蓋對小麥有明顯的節(jié)水效應(yīng)，對小麥產(chǎn)量的影響在品種間差異較大[14]。目前，針對小麥的秸稈覆蓋效應(yīng)，基本上是從作物群體和農(nóng)田平均層面進行研究，而秸稈覆蓋對離覆蓋帶遠近不同的小麥行的影響是否有差異以及與行距的關(guān)系知之甚少。本試驗針對干旱半干旱地區(qū)冬小麥生產(chǎn)，在20 cm行距下分析了小麥不同種植行土壤溫度、水分含量及小麥干物質(zhì)積累對秸稈覆蓋的響應(yīng)差異，同時探討了覆蓋帶寬、小麥行距和行數(shù)對秸稈覆蓋效果的影響，以期為秸稈覆蓋模式的選擇提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所試驗地，2014-2015年進行不同玉米秸稈覆蓋量試驗，2015-2016年進行不同行距、行數(shù)和覆蓋帶寬的栽培模式試驗。小麥基施硝酸磷 600 kg·hm-2(N 27.5%，P2O511.5%)和磷酸二銨375 kg·hm-2(N 20.8%，P2O552.8%)。供試品種為適宜北部冬麥區(qū)種植的中早熟國審品種長6878，播種密度為4.0×106株·hm-2。

1.2 試驗設(shè)計

玉米秸稈覆蓋量試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計。小麥于2014年9月23日播種，翌年6月25日收獲。在小麥冬前停止生長、土壤封凍前即2014年11月8日進行玉米秸稈整稈覆蓋。試驗設(shè)C1(1 500 kg·hm-2)、C2(3 000 kg·hm-2)、C3(4 500 kg·hm-2)、C4(6 000 kg·hm-2)、CK(不覆蓋)5個不同覆蓋量處理(秸稈含水量為49.9%)。小區(qū)規(guī)格為2.5 m×6.67 m，覆蓋帶寬0.5 m，覆蓋帶兩邊各種植5行(離覆蓋帶由近及遠依次為L1、L2、L3、L4、L5)(圖1)，行距為20 cm，重復(fù)三次。各處理田間管理一致。用麥田專用苯黃隆除草劑在返青后拔節(jié)前用12～13 g·667 m-2加25 kg水進行地面噴施，在抽穗期用40%氧化樂果乳油1 000～1 500倍液對小麥蚜蟲進行防治，生育期內(nèi)不灌溉。

2015-2016年的覆蓋模式試驗設(shè)置12個由不同行距、行數(shù)和覆蓋帶寬組合而成的處理(表1)，秸稈覆蓋量為4 500 kg·hm-2，小麥播種密度為4.0×106株·hm-2，小區(qū)規(guī)格2 m×6.67 m，隨機區(qū)組設(shè)計，三次重復(fù)，田間管理同上。

1.3 測定項目及方法

在秸稈覆蓋帶、小麥種植行定點埋設(shè)地溫計測定不同生育階段10 cm土壤溫度。各生育階段采用環(huán)刀法取0～15和15～30 cm土層土樣，在105 ℃下烘干，測定土壤水分質(zhì)量含量，并計錄生育期降水量。土壤貯水量W=0.1×r×v×h，W為不同深度土壤貯水量，r為土壤濕度，v為土壤容重，h為土壤深度，0.1為換算系數(shù)。

作物水分利用效率的計算：WUE=Y/Eta,Y為籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)，Eta為作物生育期耗水量(mm)。

各小區(qū)從返青期開始每個生育階段選擇10株長勢均勻的代表性植株，取地上部分并在105 ℃下殺青30 min，在80 ℃下烘干后稱重。小麥灌漿期從不同種植行各隨機選取5株，測單株綠葉長和寬，按照“葉面積=葉長×葉寬×0.80”計算葉面積。成熟期測量不同種植行小麥平均株高；不同種植行各取1 m行長植株統(tǒng)計有效穗數(shù)；各種植行各取5株考種調(diào)查穗粒數(shù)和千粒重；各小區(qū)小麥?zhǔn)斋@脫粒后稱重折算成公頃產(chǎn)量。

圖1 秸稈覆蓋量試驗示意圖

栽培模式Cultivationmode行距Spacing/cm行數(shù)Rows覆蓋帶寬Bandwidth/cmM110346M210436M310560M410650M513340M613548M713635M816335M916452M1016548M1116635M1220440CK2010-

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003和 DPS軟件進行數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈覆蓋對不同小麥種植行土壤溫度的影響

不同秸稈覆蓋量下麥田土壤溫度的變化一致，均隨生育進程呈先升后降再升趨勢，成熟期達到最高。秸稈覆蓋對土壤溫度影響在越冬期不明顯；在返青、拔節(jié)和成熟期具有一定的增溫效應(yīng)，以C2處理最明顯；在抽穗和灌漿期多表現(xiàn)為降溫效應(yīng)，但只有C3處理達到顯著水平。說明秸稈覆蓋對土壤溫度的調(diào)節(jié)具有雙重作用，而且與覆蓋量有關(guān)(表2)。在秸稈覆蓋條件下，越冬期不同種植行土壤溫度差異不明顯，其他時期存在明顯差異。在灌漿期，L1和L5的土壤溫度明顯高于其他種植行；在其他時期，L1和L2的土壤溫度顯著高于其他種植行，而CK的不同種植行土壤溫度差異較小，這說明秸桿覆蓋對各種植行土壤溫度的調(diào)節(jié)作用明顯,而且距覆蓋帶由近及遠對土壤溫度的調(diào)節(jié)作用逐行減弱。

表2 不同覆蓋量下小麥各種植行土壤溫度的變化Table 2 Soil temperature change of each wheat planting line under different straw mulching amounts ℃

L1～L5分別為覆蓋帶兩邊的小麥種植行，表中數(shù)據(jù)為覆蓋帶兩邊相對應(yīng)兩行的平均值。同列數(shù)值后不同字母表示同一處理內(nèi)不同種植行間差異顯著。下表同。

L1-L5are wheat lines symmetrically on both sides of the coverage area. The values in the table are the averages of the corresponding rows on both sides of the coverage area. Different letters after the values in the same columns mean significant differences among the planting lines for a same treatment at 0.05 level.The same in the following tables.

2.2 秸稈覆蓋對不同小麥種植行土壤水分的影響

各處理土壤含水量在生育期內(nèi)的變化趨勢相同，均在抽穗期達到最大。覆蓋條件下土壤含水量均高于CK，其中C2處理的蓄水保墑效果較好。在越冬至灌漿階段，隨覆蓋量的增加，土壤含水量總體上呈先增后減趨勢，成熟期則呈增大趨勢，說明秸稈覆蓋可有效提高土壤含水量，覆蓋量大小影響到不同生育期土壤含水量變化(表3)。在同一覆蓋量下，覆蓋保墑效果在L1、L2行較明顯，在L3～L5行逐漸減弱。

2.3 秸稈覆蓋對小麥不同種植行干物質(zhì)積累的影響

不同覆蓋處理L1～L5各種植行在生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累變化趨勢與CK相同，從返青期到灌漿期是逐漸上升，成熟期下降。秸稈覆蓋處理的干物質(zhì)積累量高于對照，且隨覆蓋量的增加呈先增后降趨勢，以C2的覆蓋量最高。在同一秸稈覆蓋量下，覆蓋對干物質(zhì)積累的促進效應(yīng)在抽穗期隨種植行離覆蓋帶由遠及近先降后增，以L3最低；在拔節(jié)、灌漿和成熟期則隨種植行離覆蓋帶由遠及近呈下降趨勢(表4)。

表3 不同覆蓋量下小麥各種植行土壤含水量的變化Table 3 Change of soil moisture content of different wheat lines under different straw mulching amounts %

表4 秸稈覆蓋量對小麥各種植行干物質(zhì)積累的影響Table 4 Effect of straw mulching amount on dry matter accumulation of various planting lines g·plant-1

2.4 秸稈覆蓋對小麥耗水量、產(chǎn)量和水分利用效率的影響

小麥生育期耗水量、產(chǎn)量、水分利用效率隨著覆蓋量增加均呈先升后降趨勢，均以C3處理最高。C1～C4處理的耗水量較CK不同程度下降，其中C1處理效果達到顯著水平；產(chǎn)量和水分利用效率只有C3處理顯著高于CK。這說明覆蓋量過少或過多均不利于小麥產(chǎn)量、水分利用(表5)。

在同一秸稈覆蓋量下，小麥株高、葉面積、穗長、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和水分利用效率均隨種植行離覆蓋帶距離的增大呈減小趨勢(表6)，說明隨種植行由遠及近，秸稈覆蓋效果逐漸減弱。

2.5 不同栽培模式下小麥產(chǎn)量的差異

在不同栽培模式中，行距為10 cm時，覆蓋帶寬50 cm、覆蓋帶間種植6行的M4模式產(chǎn)量最高；行距為13 cm時，M7模式產(chǎn)量最高；行距為16 cm時，M11模式產(chǎn)量達到6 331.83 kg·hm-2，在12個栽培模式中最高。說明在相同覆蓋量、覆蓋時間和播量的情況下，相對于平作種植(20 cm行距)，適當(dāng)縮小行距、增加行數(shù)和縮小覆蓋帶寬可提高小麥產(chǎn)量(表7)。

表5 不同覆蓋處理的產(chǎn)量、耗水量、水分利用率Table 5 Yield, water consumption and water use efficiency under different mulching treatments

3 討 論

秸稈覆蓋影響了太陽輻射的吸收轉(zhuǎn)化和熱量傳導(dǎo)，改變了大氣與土壤熱交換的界面狀況而引起溫度變化[6, 15-17 ]。玉米秸稈覆蓋條件下，0～10 cm的土壤溫度明顯高于不覆蓋處理，其中C2處理表現(xiàn)顯著。在生育期內(nèi)各處理地溫的變化曲線基本相同，生育后期由于秸稈覆蓋阻隔了太陽的輻射能，覆蓋量大的處理地溫相對于覆蓋量小的處理偏低。各種植行土壤溫度對不同覆蓋處理的響應(yīng)是一致的，由于覆蓋效應(yīng)、覆蓋和行位互作效應(yīng)共同存在，L1、L2行增溫明顯，離覆蓋帶越遠響應(yīng)越弱。秸稈覆蓋具有良好保水功能，可有效防止土壤水分棵間蒸發(fā)，且隨著覆蓋量的增加，保墑效果越好[12]。本研究在不同覆蓋處理下0～30 cm土壤含水量變化趨勢相同，處理之間有差異；越冬至拔節(jié)期保水效果最明顯，覆蓋的土壤含水量比不覆蓋處理高，表現(xiàn)明顯的是C2處理，這與蔡太義等[18]認(rèn)為不同玉米秸稈覆蓋量在生育前期0～60 cm 的保水效果最明顯的研究結(jié)果相似。不同覆蓋處理的L1～L5行土壤水分變化趨勢相同，離覆蓋區(qū)越遠，種植行的土壤含水量越低，說明秸稈覆蓋對土壤蓄水保墑作用逐漸減弱。

表6 各種植行的植株性狀、產(chǎn)量構(gòu)成因素及水分利用效率Table 6 Plant traits, yield components and water use efficiency of various plantings

表7 不同栽培模式的產(chǎn)量對比Table 7 Comparison of yield with different cultivation patterns

秸稈覆蓋可以提高水分利用效率[3-4]。本研究表明，水分利用效率在不同覆蓋處理之間有差異，隨著覆蓋量增加而增加，其中C3處理的水分利用效率最高，C1處理最低且低于不覆蓋處理。這與李守蕾等[19]在玉米整稈帶狀覆蓋免耕種植條件下，4種覆蓋量均可顯著提高冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率的研究結(jié)果不同。水分利用效率從L1到L5對覆蓋的響應(yīng)逐漸減弱，具體表現(xiàn)為小麥植株形態(tài)因素、產(chǎn)量構(gòu)成因素逐行降低。隨著覆蓋量的增加，受覆蓋量與行位互作的影響，水分利用效率提高的行數(shù)相對增多。

不同覆蓋量對土壤生態(tài)環(huán)境中溫、濕度的影響也不相同，進而影響到了小麥生長生理進程以及干物質(zhì)的積累和分配。本試驗中玉米整稈冬前覆蓋4 500 kg·hm-2時增溫保墑效果好，產(chǎn)量最高，比對照增產(chǎn)8.02%，覆蓋量過大或過小均達不到增產(chǎn)的效果。由于對玉米秸稈的處理方式、覆蓋時間以及小麥品種不同等原因，本研究結(jié)果與于曉蕾等[12]得出的最適覆蓋量為6 000 kg·hm-2結(jié)論不同。受邊行效應(yīng)、覆蓋效應(yīng)以及覆蓋與行位互作的影響，L1、L2的產(chǎn)量構(gòu)成因素對秸稈覆蓋的響應(yīng)較明顯，這與陳雨海等[20]在對不同空帶寬和小麥種植行數(shù)的產(chǎn)量比較中，認(rèn)為種2行小麥產(chǎn)量優(yōu)勢明顯的研究結(jié)果相似。

本研究通過對12種不同行距、行數(shù)和覆蓋帶寬栽培模式的產(chǎn)量對比，結(jié)果顯示，不同的模式有不同的最適行距、行數(shù)和覆蓋帶寬配置，以行距為16 cm、種6行、覆蓋帶寬為35 cm時產(chǎn)量最高。這與鄭 亭等[21]研究得到的增加單行密度、適當(dāng)增大行距、減少行數(shù)的栽培模式最佳的結(jié)論不同，與孫宏勇等[22]、劉麗平等[23]通過減小行距抑制農(nóng)田無效蒸發(fā)，提高水分利用效率和產(chǎn)量的研究結(jié)果一致。因此，相對于平作的20 cm行距，縮小行距、增加行數(shù)，可提升小麥各種植行對秸稈覆蓋、覆蓋與行位互作的響應(yīng)，改善了群體結(jié)構(gòu)，增加了小麥穗數(shù)，最終使產(chǎn)量提高。

另外，有些地區(qū)進行小麥撒播種植的研究[24-25]，有關(guān)這種種植模下秸稈覆蓋效應(yīng)將是研究的內(nèi)容之一。

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