播期與播種方式的不同配套對一年兩作區(qū)旱地冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

劉小麗，王 凱，楊珍平，薛建福，杜天慶，宗毓錚，郝興宇，孫 敏，高志強(qiáng)

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

山西省南部是主要的冬小麥夏玉米一年兩作區(qū)，該區(qū)年降雨量為500～650 mm，因降水季節(jié)分布不均、春冬兩季降水少且田間蒸發(fā)量大，造成這一地區(qū)農(nóng)作物長期處于水分脅迫環(huán)境。冬小麥?zhǔn)斋@后降雨偏少會導(dǎo)致夏玉米不能及時播種，而夏玉米收獲偏晚又導(dǎo)致下茬冬小麥不能及時播種進(jìn)而引起小麥因生育期縮短干物質(zhì)累積減少，加之返青期小麥也往往受旱情況嚴(yán)重，極易引起減產(chǎn)。研究表明[1]，隨播期推遲，旱地小麥干物質(zhì)量降低，穗數(shù)、產(chǎn)量降低，而適期播種可增加有效積溫，延長小麥有效生長期，增加干物質(zhì)積累量[2]。小麥產(chǎn)量不但受耕作方式[3]、土壤狀況[4-6]、遺傳因素的影響，與播種方式也有密切聯(lián)系[7]。不同的播種方式下，小麥個體及群體生長情況不同，利用資源的能力也存在差異，進(jìn)而影響物質(zhì)積累及產(chǎn)量提高[8-11]。針對上述問題，該區(qū)一直采取地膜覆蓋保水的播種方式來緩解冬小麥旱情[12]，但隨著覆蓋年限延長，殘膜回收率低，土壤中殘膜量逐漸增加，殘膜污染嚴(yán)重。因此，如何在有限的降水條件下獲得較高產(chǎn)量并實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好型生產(chǎn)，是該區(qū)長期研究擬解決的關(guān)鍵問題。有研究表明，覆膜有助于旱作冬小麥的生長，減少后期無效分蘗，促進(jìn)干物質(zhì)積累，增加穗數(shù)，進(jìn)而顯著提高小麥產(chǎn)量[13]。壟作栽培顯著改善了小麥與個體群體質(zhì)量，不僅群體冠層不同層次(上、中、下層)葉面積系數(shù)均高于平作小麥，群體透光率、群體和旗葉光合速率及干物質(zhì)積累等指標(biāo)也均優(yōu)于平作，同時還提高了小麥莖稈基部充實(shí)度，壟作小麥較平作小麥增產(chǎn)11%左右[14]。溝播與直播相比，耕層土壤踏實(shí)，保水能力強(qiáng)，下層根系分布比例較大，溝播小麥比直播小麥增產(chǎn)約8.4%[15]。壟膜溝播比傳統(tǒng)種植模式可減少土壤水分損耗，提高水分利用效率[16-17]。壟膜溝播、平膜側(cè)播的平均土壤水分含量、旗葉葉綠素相對含量等光合特性以及小麥經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和水分利用效率等指標(biāo)均高于傳統(tǒng)平作，溝播較側(cè)播的提高幅度更明顯[18]。綜合前人研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)于播種方式對冬小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的影響研究較多，其中有壟作/平作、溝播/直播、覆膜/不覆膜、人工撒播/人工挖窩播種/機(jī)播、人工撒播/條播/穴播、寬幅精播等多種模式的比較研究[12-28]，而關(guān)于寬窄行溝播方式和播期配套播種方式的研究較少[29-30]。

本試驗(yàn)通過研究3種不同播期與播種方式的配套對一年兩作區(qū)旱地冬小麥品種煙農(nóng)21農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及干物質(zhì)累積運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，旨在為我國冬小麥夏玉米一年兩作區(qū)旱地麥田建立高產(chǎn)高效集雨保墑且環(huán)境友好型種植模式提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試材料 供試小麥品種為煙農(nóng)21號。該品種冬性，中晚熟、多穗型、優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋。長勢強(qiáng)壯，分蘗力強(qiáng)?？沟鼓芰?qiáng)，抗倒春寒能力較強(qiáng)，抗旱性中等。株型緊湊，旗葉上舉，穗層整齊。穗紡錘型，長芒，白殼，白粒，籽粒角質(zhì)。由侯馬市金色農(nóng)田有限公司提供。

1.1.2 供試土壤 試驗(yàn)田為山頂梯田，土壤以黃土和紅土為主，土層深厚。前茬作夏玉米收獲后機(jī)械化秸稈還田并深翻60 cm，冬小麥播前用直徑8 cm螺旋土鉆取0～40 cm耕層土壤，測得土壤養(yǎng)分含量為：有機(jī)質(zhì)10.2～14.9 g/kg、全氮0.62～0.87 g/kg、堿解氮36.3～41.5 mg/kg，速效磷14.2～18.9 mg/kg、速效鉀116.1～148.2 mg/kg。pH值8.0。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2014-2016年在山西省運(yùn)城市垣曲縣長直鄉(xiāng)魯家坡村十傾園進(jìn)行?；谏轿魇≡h晉垣惠農(nóng)種植專業(yè)合作社的旱作麥田，采取的3個播種時期配以3種播種方式，分別是：①10月13日+小麥寬窄行機(jī)械化探墑溝播技術(shù)(T)，采用免耕探墑溝播機(jī)一次性完成深開溝、深施肥、淺覆土、播種，播后形成溝深8 cm，壟高12 cm，溝底到壟頂20 cm，寬行25 cm，窄行12cm；②10月23日+機(jī)械化壟蓋地膜溝播技術(shù)(D)，采用起壟蓋膜施肥溝播機(jī)一次性作業(yè)，壟上覆膜，壟寬30 cm，化肥深施于膜內(nèi)側(cè)，膜外側(cè)溝內(nèi)條播2行小麥，溝寬30 cm，溝內(nèi)行距15 cm；③11月7日+常規(guī)機(jī)械化露地條播技術(shù)(L)，采用常規(guī)施肥條播機(jī)，行距20 cm。肥料(NPK復(fù)合肥，N∶P2O5∶K2O=18∶22∶5，鹽安徽紅四方肥業(yè)有限公司)用量750 kg/hm2。播量112.5 kg/hm2。每種方式選面積1 333.4 m2，重復(fù)3次。田間管理按常規(guī)進(jìn)行。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 農(nóng)藝性狀測定 于小麥拔節(jié)-孕穗期(4月14日)和抽穗-揚(yáng)花期(5月9日)，分別進(jìn)行田間取樣，每個播種處理均隨機(jī)取樣10株，測量莖高、倒二葉長、倒二葉寬、分蘗數(shù)、次生根數(shù)、單株綠葉數(shù)。于灌漿期(5月17日、5月22日、5月27日、6月1日)和成熟期(6月14日)分別進(jìn)行田間取樣，每個播種處理均隨機(jī)取樣10株，烘干后測單株總質(zhì)量、單株莖質(zhì)量、單株綠葉質(zhì)量、單株綠鞘質(zhì)量和單株穗質(zhì)量。

1.3.2 產(chǎn)量測定 于小麥成熟期，每個播種處理均選取3個樣段，測定單位面積內(nèi)總穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量和實(shí)際產(chǎn)量等。其中，寬窄行機(jī)械化探墑溝播技術(shù)(T)，每個樣段取3個寬窄行，每個寬窄行平均37 cm，行長1 m，每個樣段合計(jì)面積為3×(0.37 m×1 m)=1.11 m2；機(jī)械化壟蓋地膜溝播技術(shù)(D)，每個樣段取2個(溝寬30 cm+壟寬15 cm)，每個(溝+壟)45 cm，行長1 m，每個樣段合計(jì)面積為2×(0.45 m×1 m)=0.90 m2；常規(guī)機(jī)械化露地條播技術(shù)(L)，每個樣段取5行，行距20 cm，行長1 m，每個樣段合計(jì)面積為5×(0.20 m×1 m)=1.00 m2。

1.4 數(shù)據(jù)整理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，用SAS 9.1.3統(tǒng)計(jì)分析軟件的ANOVA過程進(jìn)行方差分析與多質(zhì)量比較。結(jié)果用平均值±標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播種處理小麥單株農(nóng)藝性狀分析

4月14日調(diào)查單株農(nóng)藝性狀時，寬窄行探墑溝播(T，10月13日播種)和壟蓋地膜溝播(D，10月23日播種)小麥均處在孕穗期，常規(guī)露地條播(L，11月7日播種)小麥處在拔節(jié)期；5月9日再次調(diào)查單株農(nóng)藝性狀時，寬窄行探墑溝播(T)和壟蓋地膜溝播(D)小麥均處在揚(yáng)花期，常規(guī)露地條播(L)小麥處在抽穗期?？梢?，冬前播種較晚的小麥，春季返青后生育時期加快。將2次測定結(jié)果匯總于表1。從表1可以看出，常規(guī)露地條播(L)小麥，因播種較晚，冬前干物質(zhì)積累不足，因此直到抽穗期，其株高和單株質(zhì)量均明顯低于寬窄行探墑溝播(T)和壟蓋地膜溝播(D)小麥，且D和L之間存在顯著差異(P<0.05)；與T和L相比，壟蓋地膜溝播(D)方式具有顯著的促根生蘗作用(P<0.05)，不僅單株綠葉數(shù)多，而且葉片較長且寬，提高了光合作用能力，尤其處理D的播種時期還晚于T，可見，地膜覆蓋的蓄水保墑增溫作用促進(jìn)了單株發(fā)育。本研究結(jié)果亦表明，在山西南部的旱作麥區(qū)適時播種，采用寬窄行探墑溝播方式，將小麥播種在溝底，同樣能起到一定的蓄水保墑增溫壯苗作用。

2.2 不同播種處理小麥灌漿期功能綠葉面積分析

灌漿期功能綠葉的葉面積大小可以反映植株進(jìn)入灌漿期的光合強(qiáng)度。將同一播種處理小麥不同灌漿時期功能綠葉面積和同一灌漿時期不同播種處理小麥功能綠葉面積分別列于表2，3。

由表2可知，隨著灌漿進(jìn)程的推進(jìn)，小麥植株功能綠葉長寬及面積大致呈遞減趨勢，以5月27日調(diào)查的減小幅度最大；經(jīng)計(jì)算，5月27日寬窄行探墑溝播(T)小麥的旗葉、倒二葉、倒三葉、倒四葉的葉面積分別較5月17日減小了33.85%，23.79%，33.53%，56.52%；壟蓋地膜溝播(D)小麥的分別減小30.21%，35.04%，45.77%，81.69%；露地條播(L)小麥的分別減小25.00%，58.87%，72.00%，72.06%；以倒四葉最早落黃，其次是倒三葉，旗葉和倒二葉落黃較晚；進(jìn)一步對同一處理同一灌漿時期的4個功能葉面積進(jìn)行多重比較，結(jié)果表明，旗葉和倒二葉的葉面積最大，且與倒三葉和倒四葉的差異顯著(P< 0.05)，表明旗葉和倒二葉是灌漿期的主要功能葉。比較3個播期配套3種播種方式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，露地條播(L)小麥的功能葉較早衰退，其次是壟蓋地膜溝播(D)小麥，寬窄行探墑溝播(T)小麥功能綠葉持續(xù)時間較長。

5月17日測定的倒三葉和倒四葉的葉長和葉寬均以壟蓋地膜溝播小麥(D)更長且更寬，最終葉面積大于T和L；5月22日測定的旗葉和倒二葉的葉長均以寬窄行探墑溝播(T)小麥 < 壟蓋地膜溝播(D)< 露地條播(L)，葉寬均以寬窄行探墑溝播(T)小麥 > 壟蓋地膜溝播(D)> 露地條播(L)，因此，葉面積差異不顯著；5月27日測定的3種播種方式的小麥旗葉葉面積沒有顯著差異，倒四葉因大部分枯黃也沒有顯著差異，而T和D的倒二葉和倒三葉的葉面積均大于L，且D和L之間存在顯著差異(P<0.05)。可見，露地條播(L)小麥以葉長截獲光照，寬窄行探墑溝播(T)小麥以葉寬截獲光照，壟蓋地膜溝播(D)小麥葉長葉寬均衡發(fā)展。3種播種方式在灌漿期的光合能力差異主要源于倒二葉和倒三葉的綠葉面積。

2.3 不同播種處理小麥灌漿期干物質(zhì)積累運(yùn)轉(zhuǎn)分析

由表3可知，隨灌漿進(jìn)程推進(jìn)，烘干后莖干質(zhì)量、綠鞘干質(zhì)量不同程度地逐漸減少，綠葉干質(zhì)量先增后減，穗干質(zhì)量逐漸增加，說明莖、葉、鞘的干物質(zhì)不斷向穗部輸送；6月1日灌漿末期，寬窄行探墑溝播(T)、壟蓋地膜溝播(D)、露地條播(L)3種方式下的小麥莖干質(zhì)量較5月17日灌漿開始分別減少20.23%，37.55%，46.29%；此時，功能葉全部落黃，干物質(zhì)全部轉(zhuǎn)移到穗部；3種方式下的小麥穗部干質(zhì)量分別較5月17日灌漿開始增加30.45%，91.41%，180.15%，表明寬窄行探墑溝播(T)方式灌漿高峰及最大速率出現(xiàn)較早(5月17日前)，露地條播(L)方式出現(xiàn)較晚(6月1日)，壟蓋地膜溝播(D)方式居中(5月27日)。因此，從灌漿進(jìn)程來看，寬窄行探墑溝播(T)方式優(yōu)于壟蓋地膜溝播(D)和露地條播(L)方式。

表1 不同播種處理小麥拔節(jié)和抽穗期的農(nóng)藝性狀Tab.1 Wheat agronomic traits at jointing and heading stages on different sowing treats

注：同行小寫字母不同，表示同一指標(biāo)不同處理間差異顯著(P<0.05)。表2，4同。

Note: Different lowercase letter show significant difference at the 0.05 level in the same row. The same as Tab.2,4.

表2 同一播種處理小麥不同灌漿時期功能綠葉面積Tab.2 Green function leaf area of wheat at different filling stages on the same sowing treatment

2.4 不同播種處理小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)分析

分析表4的產(chǎn)量與產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，3個播種處理的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)差異主要表現(xiàn)在總穗數(shù)和穗粒質(zhì)量兩個方面，而小穗數(shù)和穗粒數(shù)差異不大。其中，寬窄行探墑溝播(T)和壟蓋地膜溝播(D)小麥的總穗數(shù)均顯著高于露地條播(L)(P<0.05)，而T和D的差異不顯著(P>0.05)；寬窄行探墑溝播(T)小麥的穗粒質(zhì)量(或千粒質(zhì)量)顯著高于壟蓋地膜溝播(D)和露地條播(L)(P<0.05)，而D和L的差異不顯著(P>0.05)；另外，寬窄行探墑溝播(T)和壟蓋地膜溝播(D)小麥的莖總質(zhì)量亦顯著高于露地條播(L)(P<0.05)，但T和D的差異不顯著(P>0.05)；3種方式的地上部總質(zhì)量差異顯著(P<0.05)，大小順序表現(xiàn)為T>D>L；從實(shí)際產(chǎn)量來看，處理T和D與L之間存在顯著性差異(P<0.05)，處理T和D分別比處理L增產(chǎn)53%和49%。

綜上所述，在一年兩作旱作麥區(qū)，可以推廣寬窄行探墑溝播(T)方式替代露地條播(L)方式取得小麥高產(chǎn)。另外，本研究中，立冬播種小麥同樣取得了一定產(chǎn)量，說明冬前剛剛萌動的小麥苗可以安全越冬。

2.5 小麥農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)累積運(yùn)轉(zhuǎn)及產(chǎn)量形成與降雨的關(guān)系

從圖1可以看出，試驗(yàn)?zāi)甓仍h年降雨量分別為844，636 mm，主要集中在2014年6，7，8，9月的夏玉米生長期，降水季節(jié)分布不均，而從冬小麥10月份播種后直到4月前，降雨量都比較少，對于立冬播種的露地條播(L)小麥，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足對水分的需求，因而生長前期苗小、干物質(zhì)積累少、分蘗少，導(dǎo)致后期莖葉干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)少、成穗數(shù)少。而壟蓋地膜溝播(D)方式由于地膜的蓄水保墑作用，生長前期促根生蘗，干物質(zhì)積累多，后期成穗數(shù)多；探墑溝播(T)模式盡管沒有地膜覆蓋，但因其同樣是溝播種植，起到了一定蓄水保墑作用，生長前期干物質(zhì)積累居中。從3月17日返青期開始，到27日降水25.3，57.0 mm，初步緩解干旱脅迫危機(jī)，之后連續(xù)2個月共降水102.9，109.6 mm，及時滿足了拔節(jié)-灌漿期間的水分需求，保證了生長后期“源-庫-流”的協(xié)調(diào)性，從而保證了一定的穗粒數(shù)和籽粒質(zhì)量最終獲得相應(yīng)的產(chǎn)量。

表3 不同播種處理小麥灌漿期10個莖的不同器官干物質(zhì)積累Tab.3 Different organs dry matter accumulation per 10 stems of wheat at filling stage on different sowing treats

注：+/-(%)表示(6月1日的值-5月17日的值)/6月1日的值×100%。

Note：+/-(%)=(The investigated value on June 1-the investigated value on May 17)/the investigated value on June 1×100%.

表4 不同播種處理對小麥地上部生產(chǎn)力及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)的影響Tab.4 Effect of different sowing treatments on aboveground productivity and yield components of wheat

圖1 2014-2016年小麥生長期間垣曲縣降雨和氣溫變化Fig.1 Rainfall and temperature variation chart of Yuanqu county in the period of winter wheat growth from 2014 to 2016 year

3 討論與結(jié)論

3.1 關(guān)于3個播種時期配套3種播種方式的探討

作物生長過程同時受水、肥、氣、熱等諸多因子的影響，其中，水和肥2個因子起著決定性作用，是作物生產(chǎn)力水平提高的關(guān)鍵因素。譚培珍等[31]研究表明，溝播小麥播種在溝底，充分利用土壤有限水分，蓄墑保墑，有利于提高抗旱、抗寒、抗病能力，形成冬前壯苗，抑制無效分蘗，成穗率高，穗大、粒多、高產(chǎn)。楊建設(shè)等[12]研究表明，地膜覆蓋有促進(jìn)晚茬麥趕早茬麥的增產(chǎn)作用。本研究中，在壟蓋地膜溝播模式(D)下，由于地膜的蓄水保墑增溫作用，雨水降于壟上，蓄積在溝內(nèi)，有效促進(jìn)了生育前期溝內(nèi)小麥的生長發(fā)育，尤其是生育前期的促根生蘗作用，盡管壟蓋地膜溝播模式(D)較寬窄行探墑溝播模式(T)的小麥晚播10 d，但其植株干物質(zhì)累積明顯高于后者。寬窄行探墑溝播模式(T)同樣實(shí)現(xiàn)了雨水蓄積溝內(nèi)，有效控制了無效蒸發(fā)，減少了土面蒸發(fā)量，生育前期小麥的生長發(fā)育明顯優(yōu)于露地條播(L)模式。

而在灌漿期，在寬窄行探墑溝播模式(T)下，小麥功能綠葉持續(xù)時間明顯長于處理D和L，尤其旗葉和倒二葉；3種播種方式在灌漿期的光合能力差異主要源于倒二葉和倒三葉的綠葉面積；比較發(fā)現(xiàn)，探墑溝播模式(T)以葉寬截獲光照，露地條播(L)小麥以葉長截獲光照，壟蓋地膜溝播(D)小麥葉長葉寬均衡發(fā)展。衛(wèi)云宗等[32]研究表明，旱地地膜覆蓋小麥生態(tài)型是重穗型，粒數(shù)多，粒質(zhì)量高，根穗比值大，葉片功能期長。崔賢[33]研究表明，溝播小麥的單株葉面積大，群體葉面積系數(shù)下降速度慢，葉綠素含量增加，單株干物質(zhì)生產(chǎn)力高于平作畦麥的生產(chǎn)特性。本研究表明，早播+寬窄行探墑溝播模式(T)較延遲播種+壟蓋地膜溝播模式(D)更有利于延長葉片功能期，提高粒質(zhì)量?？赡苁怯捎趯捳蟹N植模式更有利于提高地上部冠層的通風(fēng)透光性能，促進(jìn)光合作用進(jìn)行，延長功能綠葉持續(xù)時間，提高穗粒質(zhì)量，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

從灌漿進(jìn)程來看，寬窄行探墑溝播(T)方式灌漿高峰及最大速率出現(xiàn)較早(5月17日前)，露地條播(L)方式出現(xiàn)較晚(6月1日)，壟蓋地膜溝播(D)方式居中(5月27日)?？赡艿脑蛑饕?種模式下小麥的播種時期早晚不同，播種越早，灌漿高峰及最大速率出現(xiàn)越早，反之亦然；而地膜覆蓋(D)模式是否有延遲灌漿高峰及最大速率出現(xiàn)時間的作用值得后續(xù)探討。另外，播種時期早晚也是3種模式下單位面積小麥總穗數(shù)差異的主要原因。劉玲玲等[30]研究表明，無論露地條播還是覆膜穴播，適期播種是保證山西南部旱地小麥穗數(shù)及產(chǎn)量的重要條件，覆膜播種可適當(dāng)晚于適播期，露地播種可適當(dāng)早于適播期，播期推遲可適當(dāng)加大播量。

關(guān)于不同播種方式下的肥料種類、用量及水肥利用效率，本研究未曾探討。后續(xù)研究將進(jìn)一步深入探討寬窄行探墑溝播模式下水肥耦合對作物肥料利用率的影響。同時在水分利用效率上，寬窄行探墑溝播模式的溝寬和深度亦值得探究。

2015年在垣曲縣長直鄉(xiāng)魯家坡村十傾園(晉垣惠農(nóng)種植專業(yè)合作社)100 hm2示范區(qū)隨機(jī)選取某一地塊，用聯(lián)合收割機(jī)收獲后，測量長127.0 m，寬25.4 m，合計(jì)面積0.32 hm2，收獲小麥總產(chǎn)2 001.35 kg，按13.1%水分含量折算，收獲小麥總產(chǎn)1 999.58 kg，平均產(chǎn)量為6 197.05 kg/hm2。

綜上所述，冬小麥夏玉米一年兩作的旱作麥區(qū)，采用寬窄行探墑溝播模式可以替代壟蓋地膜溝播起到一定的集雨保墑作用，可避免殘膜污染問題；在相同施肥量的基礎(chǔ)上，寬窄行探墑溝播方式和壟蓋地膜溝播通過增加小麥總穗數(shù)和穗粒質(zhì)量來提高作物產(chǎn)量，較露地條播分別增產(chǎn)53%和49%，效果顯著(P<0.05)。

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