旱作集雨覆蓋方式對(duì)春小麥生長(zhǎng)特性及產(chǎn)量的影響

蘇靖茸 ，劉宏勝 ，李映 ，高玉紅 ，吳兵，4* ，?？×x

（1甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730070；2會(huì)寧縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅會(huì)寧 730799；3甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，蘭州 730070；4甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070）

小麥作為西北地區(qū)的主要糧食作物［1］，其產(chǎn)量的高低對(duì)維持該地區(qū)糧食安全、實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增收等具有十分重要的意義［2］。但西北地區(qū)常年干旱少雨，且降水高峰期與作物需水期錯(cuò)位［3-5］，不合理的耕作方式不僅會(huì)造成水資源的浪費(fèi)，還會(huì)影響糧食產(chǎn)量。因此，探究黃土高原旱區(qū)最佳的種植方式，對(duì)維持該地區(qū)糧食有效供給意義重大。

目前，關(guān)于耕作方式對(duì)小麥產(chǎn)量的研究主要集中在覆蓋材料、種植方式、覆膜顏色等單因素對(duì)小麥等作物生長(zhǎng)特性與產(chǎn)量的影響。有研究認(rèn)為，秸稈覆蓋能夠顯著提高小麥干物質(zhì)的積累與氮磷鉀的吸收，產(chǎn)量提高6.9%～8.0%［6，7］；地膜覆蓋能促進(jìn)春小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)［8-10］，能夠有效增加小麥單株干物質(zhì)量及產(chǎn)量［11］；王紅麗等［12］對(duì)馬鈴薯的研究發(fā)現(xiàn)，黑膜通過調(diào)節(jié)水熱效應(yīng)使其產(chǎn)量增加。壟作栽培具有良好的保水效應(yīng)［13-17］，能夠有效提高干旱地區(qū)作物的產(chǎn)量［16，17］。但高亞軍等［18］研究表明，秸稈覆蓋造成小麥生育后期貪青晚熟，影響干物質(zhì)的積累與其向籽粒的轉(zhuǎn)移。劉勝堯等［19］認(rèn)為，地膜覆蓋后雖然促進(jìn)了甘薯的干物質(zhì)積累，但降低了干物質(zhì)向薯塊的轉(zhuǎn)運(yùn)率達(dá)28.27%，減產(chǎn)達(dá)1.86%。

大量研究表明，覆蓋材料、栽培方式等單一因素對(duì)不同作物在不同地區(qū)的影響不一。本試驗(yàn)綜合考慮各種因素，設(shè)置全膜覆土穴播、黑色全膜壟作穴播、膜側(cè)溝播、秸稈粉碎微壟覆蓋溝播、秸稈帶狀覆蓋條播5種栽培方式，研究不同覆蓋與栽培方式下西北旱作雨養(yǎng)灌溉區(qū)春小麥生長(zhǎng)特性與產(chǎn)量的差異性，為進(jìn)一步探索旱地雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)春小麥的高效增產(chǎn)栽培技術(shù)體系提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2017年3—7月在會(huì)寧縣甘溝鎮(zhèn)六十鋪試驗(yàn)基地（35°55′N，105°00′E）實(shí)施。該地海拔1 639 m，年平均氣溫9.2℃，無霜期154 d，≥10℃有效活動(dòng)積溫2 588.5℃，年降水量400 mm左右，年蒸發(fā)量1 700 mm左右。氣候干燥，土質(zhì)黃綿土，屬靖會(huì)沿黃段干旱灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 試驗(yàn)材料

供試小麥品種為甘春25號(hào)，由甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)旱地小麥育種室提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采取單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)6個(gè)處理：T1.全膜覆土穴播，選用寬幅1.2 m的地膜平鋪，表面覆蓋1 cm左右的薄土，穴播機(jī)播種，播種深度3～5 cm，行距15 cm，穴距12 cm；T2.黑色全膜壟作穴播，雙行壟作，行距33 cm、壟底寬32～33 cm、壟面寬18～20 cm、壟高8 cm，起壟后黑色地膜全地面覆蓋并撒土，穴播機(jī)在壟溝播種；T3.膜側(cè)溝播，起壟，壟寬25 cm、高10～15 cm，溝寬15 cm，溝內(nèi)覆膜播種；T4.秸稈粉碎微壟覆蓋溝播，人工起壟，起壟后用粉碎秸稈覆蓋，壟寬22 cm，幅寬34 cm，溝寬12 cm，溝內(nèi)播種2行小麥，行距17 cm；T5.秸稈帶狀覆蓋條播，種植帶種3行，預(yù)留覆蓋帶，播后將玉米整稈置于預(yù)留覆蓋帶，覆蓋時(shí)秸稈帶與播種帶的兩個(gè)邊行各留2～5 cm間距，條播機(jī)播種，行距為17 cm，種植帶種3行，總寬度34 cm；CK.露地條播，不覆膜。

每個(gè)處理3次重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)。小區(qū)面積20 m2（5 m×4 m），種植密度為525萬株/hm2，各小區(qū)播量為1.05萬株，保證小區(qū)播量一致。處理前，各小區(qū)統(tǒng)一基施尿素（N含量為46.4%）、過磷酸鈣（P2O5含量為16%）。

2017年3月25日播種，7月18日收獲。其他處理措施同一般大田。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

葉面積測(cè)定：分別在春小麥孕穗期、抽穗期、揚(yáng)花期、灌漿期與成熟期從各小區(qū)選取葉齡基本一致的植物進(jìn)行葉齡標(biāo)記，采用LI-3100C型微電子葉面積測(cè)量?jī)x測(cè)定。

干物質(zhì)測(cè)定與計(jì)產(chǎn)：在春小麥主要生育期，每小區(qū)隨機(jī)取樣10株，將莖、葉、穗等器官置于烘箱內(nèi)105℃殺青30 min，然后于85℃恒溫烘6～8 h后測(cè)定其干物質(zhì)量。計(jì)算公式：

營(yíng)養(yǎng)器官開花前貯藏同化物運(yùn)轉(zhuǎn)量=開花期干物質(zhì)量-成熟期干物質(zhì)量

營(yíng)養(yǎng)器官開花前貯藏同化物運(yùn)轉(zhuǎn)率=（開花期干物質(zhì)量-成熟期干物質(zhì)量）/開花期干物質(zhì)量×100%

開花后同化物輸入籽粒量=成熟期籽粒干物質(zhì)量-營(yíng)養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)量

開花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100%

凈同化率（NAR）：以某一時(shí)間段內(nèi)單位葉面積干物質(zhì)的增長(zhǎng)量表示（g/m2·d），作為一個(gè)廣泛田間條件下作物群體凈同化能力的綜合結(jié)果，可以較真實(shí)反映作物群體的生產(chǎn)性能。計(jì)算公式：

式中：L為葉面積；ln為自然對(duì)數(shù)，其值為常用對(duì)數(shù)的2.30倍；W1、W2為t1和t2時(shí)的干物質(zhì)量；L1、L2為t1和t2時(shí)間內(nèi)的葉面積。

相對(duì)生長(zhǎng)率（RGR）：以作物在某一段時(shí)間內(nèi)單位質(zhì)量的物質(zhì)生長(zhǎng)率來表示干物質(zhì)生產(chǎn)能力（g/g·d）。計(jì)算公式：

式中：W1、W2分別為t1和t2時(shí)間單位面積上的總干物質(zhì)量。

小麥產(chǎn)量：收獲前，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取樣20株考種，測(cè)定穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成因子，按小區(qū)單打單收，測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用SPSS21.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同覆蓋栽培方式下春小麥葉面積動(dòng)態(tài)變化

由表1可知，T1～T5處理春小麥葉面積由孕穗期至成熟期均表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢(shì)，抽穗期最高；T1～T3處理在整個(gè)生育期葉面積均顯著高于T4、T5與CK；T2處理抽穗期春小麥葉面積最高，達(dá)39.73 cm2；成熟期，T1、T2、T3與T4處理葉面積均顯著高于CK，增幅依次為30.46%、49.20%、41.50%與13.71%，而T5比CK低4.26%，但差異不顯著。由此可見，地表覆蓋能夠有效提高西北旱作雨養(yǎng)灌溉區(qū)春小麥全生育期葉面積，且地膜覆蓋優(yōu)于秸稈覆蓋，黑色地膜優(yōu)于白色地膜，而秸稈覆蓋條播不利于春小麥生育后期的葉面積生長(zhǎng)。

表1 不同覆蓋栽培方式下春小麥葉面積的動(dòng)態(tài)變化Table 1 Dynamic change of leaf area of spring wheat under different mulch cultivation methods cm2

2.2 不同覆蓋栽培方式下春小麥各生育期地上部干物質(zhì)積累量的動(dòng)態(tài)變化

由表2可知，各處理春小麥干物質(zhì)量呈現(xiàn)由孕穗期至乳熟期逐漸升高，到成熟期有所下降的趨勢(shì)。T1、T2處理從孕穗期至灌漿期干物質(zhì)量均顯著高于其他各處理，且在乳熟期達(dá)到整個(gè)生育期最高，分別為9.35與12.02 g/株；除T3在揚(yáng)花期與成熟期、T5在揚(yáng)花期顯著低于CK外，T1～T5各處理各生育期干物質(zhì)積累量均顯著高于CK；T3與T4在孕穗期、T3、T4與T5在抽穗期、T3與T5在揚(yáng)花期與灌漿期、T1與T4在乳熟期的干物質(zhì)積累無顯著差異。由此可見，覆蓋材料與耕作方式對(duì)春小麥干物質(zhì)的快速積累在生育前期的影響高于其對(duì)生育后期的影響。

表2 不同覆蓋栽培方式下春小麥各生育期地上部干物質(zhì)積累量的動(dòng)態(tài)變化Table 2 Variation of aboveground dry matter weight of spring wheat at different growth_stages under different mulching methods g·株-1

2.3 不同覆蓋栽培方式下春小麥干物質(zhì)積累特性比較

由表3可知，與CK相比，T1、T3與T5在孕穗至抽穗期春小麥相對(duì)生長(zhǎng)率（RGR）均高于CK；T3、T4與T5在揚(yáng)花至灌漿期RGR均高于CK，而T1～T5在抽穗至揚(yáng)花期RGR均低于CK；其中T5在孕穗至抽穗期、揚(yáng)花與灌漿期，T4在抽穗至揚(yáng)花期RGR依次為0.11、0.08與0.12 g/g·d；T1與T5在孕穗至抽穗期、T1與T4在抽穗至揚(yáng)花期、T3與T5在揚(yáng)花與灌漿期凈同化率（NAR）較高于T2，其中T1在孕穗至抽穗期、T4在抽穗至揚(yáng)花期、T5在揚(yáng)花與灌漿期NAR依次為1.60、2.26與1.7 g/m2·d。在孕穗至抽穗期，T1與T5處理的NAR、RGR均差異不大，而T2與T5、T2與T1具有較大差異。由此可見，覆蓋材料與耕作方式影響了各生育階段干物質(zhì)的積累、單位葉面積同化物合成。

表3 不同覆蓋栽培方式下春小麥干物質(zhì)積累特性比較Table 3 Comparison of dry matter accumulation characteristics of spring wheat under different mulch cultivation methods

2.4 不同覆蓋栽培方式下春小麥花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與再分配比較

由表4可知，T1～T4處理開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量（DMTAA）、開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)率（DMTRA）、開花前營(yíng)養(yǎng)器官貯藏同化物轉(zhuǎn)運(yùn)量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率（CDMTAATTG）均顯著高于CK；T5處理則均顯著低于CK。T1處理DMTAA、DMTRA、CDMTAATTG 最高，分別為3.37 g/株、34.97%、25.56%，T5處理DMTAA、DMTRA、CDMTAATTG最低，分別為0.18 g/株、3.40%、1.75%；T1～T5處理春小麥CDMAAATG分別為74.44%、77.40%、84.52%、80.94%、98.25%與94.28%。由此可見，春小麥籽粒的干物質(zhì)積累主要來源于花后干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，其中T5處理開花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率顯著高于CK及其它處理。

2.5 旱區(qū)不同覆蓋栽培方式下春小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素比較

由表5可知，T1與T2處理的穗數(shù)、T1、T2與T3處理的穗粒數(shù)、T3處理的千粒質(zhì)量顯著高于其它處理；T1、T2處理的籽粒產(chǎn)量顯著高于CK，分別提高了28.11%和28.33%；T3、T4處理比CK 增產(chǎn)2.77%和1.36%，但差異不顯著；而T5處理則比CK減產(chǎn)2.65%，且顯著低于其他各處理。由此可見，覆蓋材料、耕作方式、覆膜顏色對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響主要體現(xiàn)在穗數(shù)與穗粒數(shù)，且T1與T2處理的產(chǎn)量顯著高于CK及其它處理，而T5低于CK，表明T1與T2為該地區(qū)最佳處理方式，而T5處理則不利于該地區(qū)產(chǎn)量的提高。

表4 不同覆蓋栽培方式下春小麥花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與再分配比較Table 4 Comparison of dry matter transport and redistribution after anthesis of spring wheat under different mulching cultivation methods

表5 旱區(qū)不同覆蓋栽培方式下春小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素比較Table 5 Comparison of yield and components of spring wheat under different mulch cultivation methods in arid area

3 討論

葉片是植物光合作用的主要器官，葉面積大小、葉綠素含量與干物質(zhì)積累呈正相關(guān)。研究表明，植物生長(zhǎng)過程中，采用地表覆蓋能夠有效增加光合作用面積、抑制葉綠素的降解、提高作物產(chǎn)量［20］。本研究表明，與CK相比，孕穗期至揚(yáng)花期5種覆蓋處理均顯著增加了小麥葉面積，說明地表覆蓋與壟作栽培具有保溫與保墑效應(yīng)［6，13］，能夠有效提高西北旱作雨養(yǎng)灌溉區(qū)春小麥生育前期葉面積，這與前人研究結(jié)果相似［20］。T1～T3處理孕穗期至抽穗期葉面積均顯著高于T4與T5，但T1與T3、T4與T5處理之間均無顯著差異，表明與秸稈覆蓋相比，地膜覆蓋更利于促進(jìn)該地區(qū)春小麥葉面積的增長(zhǎng)，但耕作方式對(duì)該地區(qū)春小麥生育前期的葉面積增加效應(yīng)不顯著，可能是受其它因素的影響。此外，T2處理春小麥在孕穗期至抽穗期葉面積增加最顯著，表明黑膜比白膜更有利于促進(jìn)該地區(qū)春小麥葉面積增長(zhǎng)，這與王紅麗等［12］在馬鈴薯上的研究結(jié)果一致。

干物質(zhì)的積累與分配是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)?，F(xiàn)有研究表明，地表覆蓋能夠提高作物干物質(zhì)的積累與干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)率［6，7］。本研究表明，5種處理下春小麥干物質(zhì)的變化趨勢(shì)在生育前期與其對(duì)葉面積的影響基本一致，這也與前人的研究結(jié)果相似［6，7］；但T1與T4、T2與T4分別在乳熟期與成熟期春小麥干物質(zhì)量的積累無顯著差異，說明覆蓋材料與耕作方式對(duì)春小麥干物質(zhì)量的影響主要體現(xiàn)在生育前期。此外，T3與T5在揚(yáng)花期干物質(zhì)量顯著低于CK，可能與該時(shí)期受其它因素影響有關(guān)，有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

本試驗(yàn)中，T1與T5處理孕穗期至抽穗期的NAR、揚(yáng)花與灌漿期的RGR均無顯著差異，但該時(shí)期T2與T5的NAR和T2與T1的RGR差異顯著，表明覆膜顏色對(duì)各個(gè)生育階段干物質(zhì)的積累、單位葉面積同化物合成的影響可能高于覆蓋材料與耕作方式。有研究表明，作物籽粒的產(chǎn)量主要來源于花后干物質(zhì)的積累［21］。本試驗(yàn)表明，T1～T5處理春小麥籽粒的干物質(zhì)主要來源于花后干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)，這也與高玉紅等［21］的研究相似。此外，T5處理開花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率高于CK及其它處理，可能與秸稈帶狀覆蓋不利于該地區(qū)春小麥生育前期的出苗與生長(zhǎng)、影響前期干物質(zhì)的積累相關(guān)。

作物產(chǎn)量是干物質(zhì)積累與整個(gè)生育期生長(zhǎng)特性的最終體現(xiàn)。已有研究表明，地表覆蓋能夠提高小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)及產(chǎn)量［22］。本試驗(yàn)表明，T1～T4處理春小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量均顯著高于CK及其它處理，這也與前人研究結(jié)果一致［6-8］；T1與T2處理產(chǎn)量顯著高于CK及其它處理，而T5處理春小麥的產(chǎn)量顯著低于其他處理，這一結(jié)果與宋亞麗等［22］對(duì)冬小麥的研究結(jié)果不一致，可能與該地區(qū)春季溫度較低，影響出苗與生長(zhǎng)，且春小麥貪青晚熟，營(yíng)養(yǎng)器官合成的光合產(chǎn)物被呼吸消耗，降低了花前貯藏同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)相關(guān)［18］。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)比較了全膜覆土穴播、黑色全膜壟作穴播、膜側(cè)溝播、秸稈粉碎微壟覆蓋溝播、秸稈帶狀覆蓋條播5種不同栽培方式，在不同生育期對(duì)西北旱作雨養(yǎng)灌溉區(qū)春小麥葉面積增長(zhǎng)、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)5種處理對(duì)春小麥產(chǎn)量的影響主要體現(xiàn)在穗數(shù)與穗粒數(shù)上，且地膜覆蓋對(duì)該地區(qū)產(chǎn)量的提高顯著優(yōu)于秸稈覆蓋；相較于膜側(cè)溝播、秸稈粉碎微壟覆蓋溝播與秸稈帶狀覆蓋條播，全膜覆土穴播與黑色全膜壟作穴播更適合西北旱作雨養(yǎng)小麥種植區(qū)推廣和應(yīng)用。