不同耕種模式對(duì)小麥群體光合和氮肥利用的影響

黃杰，禚其翠，司紀(jì)升，張立順，靳華磊，李華偉

（1.山東省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，山東 濟(jì)南 250100；2.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，山東 濟(jì)南 250100；3.濟(jì)南永豐種業(yè)有限公司，山東 濟(jì)南 250306；4.山東交通學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357）

目前“秸稈還田→肥料撒施→深翻→旋耕→播種”是山東省小麥播種主要作業(yè)流程。而這種耕種方式存在一些問(wèn)題，如：連年翻耕容易造成土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)質(zhì)量下降，耕層土壤營(yíng)養(yǎng)流失，繼而影響其蓄水保肥能力；多次機(jī)械作業(yè)，致使犁底層變厚上移、阻礙根系下扎，小麥抗逆穩(wěn)產(chǎn)能力下降，同時(shí)也增加作業(yè)成本［1-3］；基肥大量撒施，造成土壤酸化、肥料利用效率低［4-6］。

保護(hù)性耕作可通過(guò)少耕或免耕，減少農(nóng)田土壤侵蝕，保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，提高生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益［7，8］。但由于前茬玉米秸稈還田量大、還田質(zhì)量差，導(dǎo)致少免耕播種質(zhì)量差，常出現(xiàn)田間缺苗斷壟、疙瘩苗等現(xiàn)象。目前山東省少免耕耕種只占小麥面積的20%［1］。大力推廣少免耕為核心的栽培技術(shù)有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)比較效益的提高［9，10］。為此，我們已集成適用于山東地區(qū)以“耕層優(yōu)化雙行勻播”為核心的保護(hù)性耕作栽培技術(shù)［11］，并與山東省農(nóng)機(jī)總站聯(lián)合鄆城工力有限公司研制出“2BMZS-12-6振動(dòng)深松免耕施肥播種機(jī)”，實(shí)現(xiàn)了農(nóng)機(jī)農(nóng)藝融合。該技術(shù)可一次性完成苗帶旋耕、振動(dòng)深松、肥料分層深施、等深勻播和播后鎮(zhèn)壓等多個(gè)技術(shù)環(huán)節(jié)。為此，本研究在濟(jì)南、淄博設(shè)置小麥振動(dòng)深松免耕施肥播種（使用2BMZS-12-6振動(dòng)深松免耕施肥播種機(jī)）、深翻播種、旋耕播種3個(gè)單環(huán)節(jié)對(duì)比試驗(yàn)，研究不同耕種模式對(duì)土壤理化性狀、小麥光合生產(chǎn)、氮肥利用效率和產(chǎn)量效益的影響，以期為解決山東省小麥播種作業(yè)環(huán)節(jié)多、肥料利用率低等問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)于2018—2019年小麥生長(zhǎng)季在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)示范基地（濟(jì)南）和淄博市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)站（淄博桓臺(tái)）進(jìn)行。小麥品種為齊麥1號(hào)，每公頃基本苗為225萬(wàn)株。

試驗(yàn)設(shè)置三種耕種模式，分別為：①旋耕后播種（RT），即前茬玉米秸稈全量粉碎還田→人工撒施基肥→1GQN-200旋耕機(jī)旋耕兩遍（深度約13 cm）→拖拉機(jī)耙地兩遍→人工筑埂打畦→機(jī)播等行距種植（行距20 cm）；②深耕后播種（DT），即前茬玉米秸稈全部粉碎還田→人工撒施基肥→1LF-440液壓翻轉(zhuǎn)犁耕翻（深度約25 cm）→1GQN-200旋耕機(jī)旋耕兩遍（深度13 cm）→拖拉機(jī)耙地兩遍→人工筑埂打畦→機(jī)播等行距種植（行距20 cm）；③振動(dòng)深松免耕施肥播種（MT），即前茬玉米秸稈全部粉碎還田→2BMZS-12-6型振動(dòng)深松免耕施肥播種機(jī)直接播種：一次性完成苗帶旋耕、振動(dòng)深松打破犁底層（25～30 cm）、基肥5∶5比例分層深施（10～13 cm和17～20 cm）和大小行播種（大行距25 cm，小行距17 cm）。

隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。小區(qū)面積：50 m×6 m。

試驗(yàn)于10月10日播種。RT、DT處理播前基施復(fù)合肥750 kg／hm2（N∶P∶K＝8∶8∶8），拔節(jié)期追施尿素200 kg／hm2。其它管理措施同高產(chǎn)大田。

1.2 樣品采集與測(cè)定

于小麥開(kāi)花后15 d，用環(huán)刀法通過(guò)5點(diǎn)取樣按每20 cm一個(gè)層次取0～100 cm土樣，測(cè)定土壤容重和水分。

成熟期每小區(qū)取有代表性的2 m×2行計(jì)算公頃穗數(shù)，每小區(qū)收獲4 m2用于生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量測(cè)定。隨機(jī)取30穗計(jì)算穗粒數(shù)，并分成籽粒和其余部分，烘干至恒重，用于氮素含量測(cè)定。

群體光合速率（canopy apparent photosynthetic rate，CAP）于開(kāi)花后15 d參照文獻(xiàn)［12］的方法測(cè)定。

群體透光性（light transmission，LT）使用ACCUPAR 80冠層輻射儀（美國(guó)）直接測(cè)定葉面積指數(shù)和群體透光性。

全氮含量測(cè)定采用半微量凱氏定氮法（上海植物生理學(xué)會(huì)，1999）。

氮肥偏生產(chǎn)效率（kg／kg）＝籽粒產(chǎn)量／氮肥施用量 ；

氮素收獲率（%）＝籽粒氮素積累量／成熟期群體氮素積累總量 。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 16.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕種模式對(duì)小麥群體透光性和群體光合速率的影響

由圖1可以看出，小麥群體光合速率受耕種模式影響顯著，總體表現(xiàn)為MT處理大于DT和RT處理。濟(jì)南試點(diǎn)，處理間差異顯著，群體光合速率MT模式較RT、DT模式高3.3%、7.9%；淄博試點(diǎn)，群體光合速率MT和DT處理顯著高于RT，但DT和MT處理間無(wú)顯著差異。

MT處理改善光在群體內(nèi)的分布，群體透光率在距離地表40 cm以上部位都顯著高于DT和RT處理，而在0～40 cm距離與RT、DT無(wú)顯著差異。兩試點(diǎn)表現(xiàn)出一致趨勢(shì)（圖2）。

2.2 不同耕種模式對(duì)麥田土壤容重的影響

由圖3看出，0～20 cm和80～100 cm土層土壤容重在不同耕種模式下無(wú)顯著差異；20～40 cm土層，RT處理的土壤容重大于MT、DT處理，濟(jì)南試點(diǎn)MT處理的土壤容重與DT間無(wú)顯著差異，但淄博試點(diǎn)顯著大于DT處理；40～60 cm土層，DT處理的土壤容重迅速增加，濟(jì)南試點(diǎn)顯著大于RT，淄博試點(diǎn)與RT無(wú)顯著差異，但DT和RT處理都顯著大于MT；60～80 cm土層，土壤容重表現(xiàn)為DT處理大于RT大于MT，處理間差異顯著，兩試點(diǎn)表現(xiàn)一致。

2.3 不同耕種模式對(duì)氮肥利用效率的影響

由表1可知，相同施氮量前提下，不同耕作模式的小麥群體氮素積累量、籽粒氮素積累量、氮素收獲率和氮肥偏生產(chǎn)效率存在明顯差異。淄博試點(diǎn)，MT處理成熟期群體氮素積累量顯著大于DT、RT，處理間差異顯著；濟(jì)南試點(diǎn)，MT處理成熟期群體氮素積累量與DT間無(wú)顯著差異，但顯著大于RT處理。兩試點(diǎn)小麥籽粒氮素積累量、氮素收獲率、氮肥偏生產(chǎn)效率都表現(xiàn)為MT＞DT＞RT，處理間差異顯著。

表1 不同耕種模式對(duì)氮肥利用效率的影響

2.4 不同耕種模式對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

由表2可以看出，2018—2019年度濟(jì)南、淄博兩試點(diǎn)MT處理小麥產(chǎn)量較RT、DT分別增產(chǎn)7.4%、1.4%和4.4%、2.7%。耕種方式對(duì)小麥千粒重?zé)o顯著影響，但和RT、DT處理相比，MT處理增加小麥公頃穗數(shù)和穗粒數(shù)，從而增產(chǎn)。

表2 不同耕種模式對(duì)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

3 討論與結(jié)論

山東省是小麥生產(chǎn)大省，常年播種面積穩(wěn)定在333.3×104hm2以上，小麥總產(chǎn)量占全省糧食產(chǎn)量的48.8%。2003年以來(lái)，山東省小麥種植面積、單產(chǎn)、總產(chǎn)均呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。至2019年山東省小麥最高單產(chǎn)記錄達(dá)12 600 kg／hm2，平均單產(chǎn)突破6 150 kg／hm2。但目前存在的小麥播種量過(guò)大、氮素化肥用量偏多、頻繁機(jī)械作業(yè)等問(wèn)題，限制著小麥產(chǎn)量繼續(xù)提高，使生產(chǎn)成本居高不下，比較效益也難以提升。而推廣普及科學(xué)合理肥水管理和少免耕栽培為核心的輕簡(jiǎn)化小麥生產(chǎn)技術(shù)是提高小麥生產(chǎn)比較效益的有效途徑［9，13，14］。

麥苗群體質(zhì)量決定著小麥生育后期的群體質(zhì)量，可以說(shuō)播種質(zhì)量決定著小麥的豐歉［15，16］。目前最常用的小麥耕種方式是深耕后旋耕再耙壓播種模式，該模式雖能保證播種質(zhì)量，但這一程序至少進(jìn)行4次機(jī)械作業(yè)，易破壞土壤結(jié)構(gòu)，造成土壤水蝕和風(fēng)蝕，從而破壞土壤微生態(tài)環(huán)境、降低土壤保肥保水力［1］；同時(shí)，多次機(jī)械作業(yè)也提高生產(chǎn)成本，生產(chǎn)比較效益不高。旋耕后直接播種也是目前小麥耕種常采取的方式之一，但常年旋耕會(huì)在土壤15～30 cm土層形成堅(jiān)實(shí)的犁底層，導(dǎo)致土壤耕層變淺、肥力變?nèi)酰?7］。和傳統(tǒng)的深耕播種和旋耕播種相比，28MZS-12-6型固定道式振動(dòng)深松施肥免耕播種機(jī)可一次性實(shí)現(xiàn)苗帶旋耕、振動(dòng)深松、肥料分層施用、等深勻播和播后鎮(zhèn)壓等多道程序，作業(yè)流程減少，作業(yè)效率提高。本研究中，旋耕播種麥田20～40 cm土層土壤容重顯著提高，形成犁底層，而深翻播種后40～60 cm土層土壤容重也顯著高于MT處理，而通過(guò)振動(dòng)深松，麥田20～60 cm土層土壤容重降低，打破犁底層的存在；苗帶旋耕和振動(dòng)深松相結(jié)合，能創(chuàng)造良好苗床，有利于苗勻苗齊，有利于公頃穗數(shù)的提高；和傳統(tǒng)深耕和旋耕后等寬播種（DT和RT處理）相比，28MZS-12-6型固定道式振動(dòng)深松施肥免耕播種機(jī)設(shè)置有寬窄行播距，能改善群體透光性，提高群體光資源利用和光合能力，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。

過(guò)度依賴(lài)氮肥是我國(guó)糧食生產(chǎn)中普遍而突出的現(xiàn)象［18-20］。我國(guó)以全球10%耕地面積消耗全球27%氮肥量。氮肥的大量施用使我國(guó)氮肥偏生產(chǎn)力從20世紀(jì)60年代的151 kg／kg持續(xù)降到2005年的9 kg／kg。基肥撒施是目前氮肥施用的主要方式，不符合小麥生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氮素吸收利用的規(guī)律，造成氮肥利用效率降低。肥料分層深施，優(yōu)化了肥料在土壤中的分布；振動(dòng)深松播種顯著提高小麥的氮肥偏生產(chǎn)效率、籽粒氮素積累量和氮素收獲率。

綜上所述，與傳統(tǒng)耕種方式相比，28MZS-12-6型振動(dòng)深松施肥免耕播種機(jī)可提高作業(yè)效率、降低作業(yè)成本，打破犁底層、提高土壤保水能力，優(yōu)化苗床質(zhì)量、增加群體成穗數(shù)，改善群體透光性、提高群體光合同化能力，最終實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)。