耕作方式和有機肥對灌漿中后期小麥莖稈抗倒特性的影響

張黛靜，張艷艷,王艷杰，劉雪晴，劉安琪，陳倩青，馬建輝，李春喜

(河南師范大學生命科學學院，河南新鄉(xiāng) 453007)

耕作方式和有機肥對灌漿中后期小麥莖稈抗倒特性的影響

張黛靜，張艷艷,王艷杰，劉雪晴，劉安琪，陳倩青，馬建輝，李春喜

(河南師范大學生命科學學院，河南新鄉(xiāng) 453007)

為了解玉米秸稈還田下耕作方式與增施有機肥對小麥莖稈抗倒特性的調(diào)節(jié)作用，在前期定位試驗的基礎(chǔ)上，于2014-2015和2015-2016小麥生長季，選用百農(nóng)207為材料，分析玉米秸稈全量粉碎還田條件下，不同耕作方式(深耕、淺耕、免耕)與增施有機肥相結(jié)合后小麥莖稈主要物理特性、抗倒性及產(chǎn)量的變化。結(jié)果表明，增施有機肥后小麥灌漿中后期的莖稈重心高度降低，莖稈鮮重、基部第二節(jié)間的莖壁粗度及莖壁厚度增加，抗折力增強，倒伏指數(shù)降低，抗倒性提高。兩個年度的數(shù)據(jù)顯示，小麥莖稈抗倒性均以深耕+有機肥處理效果最好，淺耕+有機肥處理次之；同時，深耕+有機肥處理(2014-2015)與淺耕+有機肥處理(2015-2016)產(chǎn)量較高。

小麥；耕作方式；有機肥；抗倒伏；產(chǎn)量

小麥倒伏分為根倒伏和莖倒伏，而后者是倒伏的主要形式，是小麥自身與環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果[1-2]。研究表明，小麥莖倒伏是由于莖稈基部機械組織不發(fā)達或基部節(jié)間伸長變細，難以支撐地上部植株而彎曲、折斷，從而發(fā)生倒伏[3-4]。小麥莖稈的倒伏特性與莖稈的重心高度、鮮重、基部第二節(jié)間的粗度、莖壁厚度等物理特性關(guān)系密切[3-4]，且有研究認為小麥乳熟期是測定莖稈強度的最佳時期[5]。

我國作物秸稈資源豐富，秸稈中含有大量的營養(yǎng)元素，還田后能有效地增加土壤有機質(zhì)含量，改良土壤，培肥地力，因此，秸稈還田對發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟、促進農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展有著重要作用[6-10]。在秸稈還田基礎(chǔ)上，合理的耕作措施能夠改善土壤的理化性質(zhì)，改善作物生長微環(huán)境[11-13]；增施有機肥能夠培肥改土，二者均能夠促進小麥生長，增加產(chǎn)量[14-16]。然而目前有關(guān)耕層調(diào)控與增施有機肥對小麥莖稈物理特征的影響研究較少。河南省是我國糧食的重要產(chǎn)區(qū)，“小麥-玉米”一年兩熟是主要的作物種植模式。本試驗在玉米秸稈全量還田的基礎(chǔ)上，研究了耕作方式與有機肥對小麥灌漿中后期莖稈重心高度、鮮重、基部第二節(jié)間粗度、莖壁厚度等莖稈物理特征的影響，以期為小麥高產(chǎn)抗逆栽培提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗地點位于河南省許昌縣陳曹鄉(xiāng)史莊村小麥高產(chǎn)試驗田。本試驗以2010年開始的耕作定位試驗為基礎(chǔ)，于2014-2015和2015-2016年度小麥季進行。試驗將耕作與培肥相結(jié)合，采用二因素隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)置6個處理：深耕(DT)、淺耕(ST)、免耕(NT)、深耕+有機肥(DTF)、淺耕+有機肥(STF)、免耕+有機肥(NTF)，小區(qū)面積140 m2(10 m×14 m)，3次重復。3種耕作方式的具體作業(yè)過程見表1。供試小麥為半冬性中晚熟品種百農(nóng)207，播前土壤的基本情況見表2。前茬玉米秸稈在整地前全量粉碎還田(還田量8 000 kg·hm-2)，播前施入復合肥(2014-2015年度750 kg·hm-2，折合純 N 150 kg·hm-2、P2O5112.5 kg·hm-2、K2O 37.5 kg·hm-2；2015-2016年度900 kg·hm-2，折合純N 180 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2、K2O 45 kg·hm-2)及有機肥料(950 kg·hm-2，有機質(zhì)含量492.69 g·kg-1)，整地時翻入地下，拔節(jié)期追施純氮90 kg·hm-2。兩個年度分別于2014年10月14日和2015年10月15日播種，播量均為135 kg·hm-2，行距20 cm，基本苗為280 萬株·hm-2，分別于2015年6月7日和2016年6月5日收獲。

1.2 測定項目及方法

于小麥灌漿的乳熟期(花后17 d)、面團期(花后27 d)、蠟熟期(花后37 d)進行取樣。

1.2.1 抗倒指標測定

取長勢一致未倒伏的單莖30個，測定重心高度[莖稈剪去根部，量取莖稈基部至該莖稈(含穗、葉、鞘)平衡支點的距離]、單莖鮮重(含穗、葉、鞘)，然后用游標卡尺量出基部第二節(jié)間中間部位內(nèi)徑、外徑，再參照陳曉光等[17]的方法，使用YYD-1型莖稈強度測定儀測定。取基部第二節(jié)間，剝除葉鞘，兩端放于高50 cm、間隔5 cm的支撐木架凹槽內(nèi)，在節(jié)間中點施力使其折斷，莖稈折斷時屏幕上顯示的峰值即為莖稈抗折力。計算莖稈倒伏指數(shù)：

表1 2010-2016年生長季不同耕作方式的耕作規(guī)程

Table 1 Tillage procedures of different tillage patterns during the 2011-2016 growth seasons

耕作方式Tillagepattern作業(yè)程序 Operationprocedure深耕Deeptillage(DT)施入底肥→深耕一遍(深度30～40cm)→旋耕、耙地→播種機播種Basefertilizerspreading→Deeptillageonce(workingdepthwas30-40cm)→Rotarycultivating，Harrowing→Seedingwithcommonseeder淺耕Shallowtillage(ST)施入底肥→大型旋耕機完成旋耕(深度15～25cm)→耙平→播種機播種Basefertilizerspreading→Rotarycultivatingwithlargerotarycultivator(workingdepthwas15-25cm)→Har?rowing→Seedingwithcommonseeder免耕No?tillage(NT)前茬玉米收獲后，不進行土壤翻耕、犁耙→施入底肥→使用多功能播種機一次性完成機播、覆土、鎮(zhèn)壓等多項作業(yè)Aftertheharvestofcorn，thefieldwasnotplowingtillage，ploughingandharrowing→Basefertilizerspreading→Completingseeding，coveringwithsoil，andcompactionatthesametimewiththemultifunctionaldirectseeder

表2 播前土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量

Table 2 Basic nutrient content of soil before sowing

年份Year土壤有機質(zhì)SOM/(g·kg-1)全氮TotalN/(g·kg-1)速效氮AvailableN/(mg·kg-1)速效磷AvailableP/(mg·kg-1)速效鉀AvailableK/(mg·kg-1)2014-201528．301．5235．4724．25128．062015-201626．031．1937．3318．82123．81

抗倒伏指數(shù)=(莖稈重心高度×莖稈鮮重)/莖稈抗折力。

1.2.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

成熟期每處理隨機取30個小麥單莖進行考種，測定穗粒數(shù)、千粒重，并收獲4 m2統(tǒng)計穗數(shù)、測產(chǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用Excel 2010 整理數(shù)據(jù)并作圖，用SPSS 17.0 進行統(tǒng)計分析，采用Duncan’s 新復極差法(SSR)檢驗處理間差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式與有機肥對小麥莖稈主要物理特征的影響

兩個年度中，灌漿中后期小麥莖稈重心高度隨生育進程均呈先降后升的趨勢(圖1A)。在不同灌漿階段，DTF和STF處理的重心高度較對應的DT和ST處理均稍降；在乳熟期和蠟熟期，DTF處理的莖稈重心高度與其他處理相比最低。

兩個年度中，灌漿中后期莖稈鮮重隨生育進程而降低(圖1B)。與不施有機肥處理相比，施有機肥后小麥莖稈鮮重總體上增加。從乳熟期到蠟熟期，在施有機肥處理中，DTF處理的莖稈鮮重降幅最大(2014-2015年度為45.71%，2015-2016年度為55.34%)。除2014-2015年度面團期STF顯著高于DTF、NTF處理外，各生育期增施有機肥的3個處理間差異不顯著。總體來看，施有機肥有利于莖稈鮮重的增加。

兩個年度中，從乳熟期到蠟熟期，小麥莖稈基部第二節(jié)間的莖壁厚度大體呈下降趨勢，在2015-2016年降低趨勢尤為明顯，但節(jié)間粗度變化不大(圖1 C、圖1 D)。在相同耕作方式下，施有機肥的處理莖稈基部第二節(jié)間的粗度和莖壁厚度均較大。

2.2 耕作方式與有機肥對小麥莖稈抗倒能力的影響

兩年測定結(jié)果(圖2A)顯示，隨著生育期的推進，各處理莖稈基部第二節(jié)間的抗折力逐漸下降。在相同耕作方式下，施有機肥處理的莖稈基部第二節(jié)間的抗折力大于未施有機肥處理。在同一時期，DTF處理的莖稈抗折力顯著高于其他處理，STF處理次之，也處于較高水平，但DTF與STF處理之間只在2015-2016年度差異顯著。表明在施有機肥條件下深耕和淺耕均可增強莖稈的抗折力，有利于小麥莖稈抗倒。

倒伏指數(shù)是通過莖稈重心高度、鮮重、基部第二節(jié)間抗折力的綜合體現(xiàn)。從兩年數(shù)據(jù)(圖2B)看，隨著生育期的推進，各處理莖稈倒伏指數(shù)呈升高趨勢。在不同生育期，莖稈倒伏指數(shù)除NTF>NT處理外，相同耕作方式下總體上表現(xiàn)為施有機肥處理顯著低于未施有機肥處理。在同一生育期，DTF處理倒伏指數(shù)顯著低于其他處理，其次是STF處理，其倒伏指數(shù)兩年均稍高于DTF處理(P<0.05)。說明在施有機肥基礎(chǔ)上深耕的莖稈抗倒性最好，淺耕效果次之，這與莖稈抗折力的結(jié)果是一致的。

2.3 耕作方式與有機肥對小麥產(chǎn)量的影響

相同耕作方式下，施有機肥處理的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)高于未施有機肥處理，以有效穗數(shù)表現(xiàn)最明顯。兩個年度中，產(chǎn)量也表現(xiàn)為施有機肥處理高于未施有機肥處理，其中，在深耕和免耕條件下施有機肥的增產(chǎn)效果顯著。2014-2015年度DTF處理的產(chǎn)量最高，STF處理次之，但DTF與STF處理間差異不顯著，而在2015-2016年度STF處理產(chǎn)量顯著高于其他處理，DTF處理僅次于STF處理(表3)?？梢奃TF、STF處理主要是通過增加小麥有效穗數(shù)、穗粒數(shù)來提高產(chǎn)量的。

圖柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。下同。

Different small letters on the columns mean significant difference among treatments at 0.05 level.The same below.

圖1 不同耕作方式與有機肥處理下小麥莖稈的重心高度、鮮重、基部節(jié)間粗度和莖壁厚度

Fig.1 Gravity center height of culm,fresh weight of culm,internode diameter and culm wall thickness under different tillage and organic fertilizer treatments

圖2 不同耕作方式與有機肥處理下小麥莖稈的抗折力和倒伏指數(shù)

Table 3 Wheat yield and yield components under different tillage and of organic fertilizer treatments

同列數(shù)值后不同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

Different small letters after the values in the same line mean significantly different among the treatments at 0.05 level.

3 討 論

開花后小麥以生殖生長為主，營養(yǎng)生長為輔。徐 磊等[18]認為，灌漿中期是小麥抗倒性復雜變化的時期,最好在這一時期以及其前后均進行研究，可以取得更準確的分析結(jié)果。李晴祺等[5]發(fā)現(xiàn)，小麥莖稈在乳熟期才能夠發(fā)育完全，此后隨著物質(zhì)轉(zhuǎn)運，莖稈強度會降低。因此，本試驗在玉米秸稈還田基礎(chǔ)上將耕層方式與增施有機肥相結(jié)合，對小麥莖稈乳熟期到蠟熟期倒伏特性進行研究。

小麥莖稈的抗倒伏能力是多個因素共同作用的結(jié)果，莖稈抗折力、倒伏指數(shù)與小麥抗倒伏能力密切相關(guān)，二者可作為莖稈倒伏性能的評價指標。抗折力是小麥莖稈彈性與硬度的綜合體現(xiàn)。馮素偉[3,19]、李 波等[20]研究表明，小麥莖稈抗倒伏強度隨著花后生育進程的推進呈明顯遞減趨勢，成熟期莖稈抗倒性最弱，倒伏指數(shù)從開花到蠟熟期呈增大趨勢。本研究表明，從乳熟期到蠟熟期，小麥莖稈抗折力呈降低趨勢，倒伏指數(shù)呈增大趨勢，蠟熟期時莖稈的抗倒性最弱，這與前人的研究結(jié)果是一致的。

李 波等[20]研究表明，水稻秸稈還田后小麥株高降低，莖稈基部節(jié)間莖壁加厚，充實度提高，抗折力增強，尤以深翻耕處理最好；莖稈抗倒能力與莖稈粗度、莖壁厚度呈極顯著正相關(guān)。本試驗是在玉米秸稈還田基礎(chǔ)上，研究三種耕作方式與增施有機肥結(jié)合下莖稈的抗倒伏特性，發(fā)現(xiàn)增施有機肥能夠降低莖稈的重心高度，增加莖稈鮮重、基部第二節(jié)間粗度及莖壁厚度，兩個年度抗倒性均以深耕+增施有機肥的處理最好，其次是淺耕+增施有機肥處理，這與李波等的研究結(jié)果基本一致。

本研究還發(fā)現(xiàn)，同一生育期內(nèi)，小麥莖稈基部第二節(jié)間的節(jié)間粗度、倒伏指數(shù)表現(xiàn)為2015-2016年度大于2014-2015年度，但莖稈基部第二節(jié)間的莖壁厚度、莖稈抗折力卻表現(xiàn)為2015-2016年度小于2014-2015年度，這可能歸因于兩個年度小麥季降雨量的差異，在2015-2016年度降雨較多，莖稈雖長得粗，但莖壁厚度小，莖稈中空，充實度小，抗折力低，易倒伏。

莖倒伏是制約小麥高產(chǎn)的主要因素之一，對實現(xiàn)小麥高產(chǎn)構(gòu)成嚴重威脅，而秸稈還田下科學的耕作與培肥能夠促進小麥增產(chǎn)。邵 云等[14]研究發(fā)現(xiàn)，深耕+有機肥+秸稈還田處理下耕層土壤的全氮、全磷、有機質(zhì)含量高，小麥的產(chǎn)量最好；楊杰瑞[21]的研究也表明，秸稈還田下深耕處理產(chǎn)量高。本研究發(fā)現(xiàn)，兩個年度DTF處理下小麥莖稈的抗倒性最好，STF處理次之；秸稈還田下產(chǎn)量在2014-2015年度DTF處理下最高，2015-2016年度在STF處理下最高，這可能是由于該試驗季雨水充足導致小麥根系對深層水的需求少，下扎淺，而深耕又將秸稈及肥料翻到下層，導致在2015-2016年度時產(chǎn)量表現(xiàn)為DTF

總體看來，秸稈還田下DTF與STF處理的莖稈抗倒性相對較好，說明增施有機肥下合理耕作有利于莖稈抗倒伏。但本研究只局限在對小麥莖稈物理形態(tài)的分析上，今后將在此基礎(chǔ)上進行莖稈內(nèi)部構(gòu)造及相關(guān)活性成分、群體抗倒等方面的探討，完善耕作方式與增施有機肥、秸稈還田在小麥抗倒特性影響的研究結(jié)果，為小麥高產(chǎn)、高效提供更為全面的理論基礎(chǔ)。

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Effect of Tillage Parttern and Organic Fertilizer on Culm Lodging Resistance Characteristics of Wheat at the Mid-Late Filling Stage

ZHANG Daijing,ZHANG Yanyan,WANG Yanjie,LIU Xueqing,LIU Anqi,CHEN Qianqing,MA Jianhui,LI Chunxi

(College of Life Sciences,Henan Normal University,Xinxiang,Henan 453007,China)

Lodging is one of the important constraints to high yield and stable production of wheat. This study investigated the effect of different tillage and application of organic fertilizer under corn straw returning into field on culm lodging resistance of wheat to provide a theoretical basis for high yield wheat production at the basis of pre-positioning test. Bainong 207 was used as material in 2014-2015 and 2015-2016.Six treatments,such as deep tillage(DT),shallow tillage(ST),no-tillage(NT),deep tillage and application of organic fertilizer(DTF),shallow tillage and application of organic fertilizer(STF),and no-tillage or application of organic fertilizer(NTF),were conducted to investigate the main physical morphological characteristics,lodging resistance characteristics of wheat culm and wheat yield. The results showed that application of organic fertilizer could increase the lodging resistance of wheat culm. The lodging resistance of wheat culm was different at different stages. The main reasons for the lodging resistance increase of wheat were that the application of organic fertilizer increased breaking resistance of internodes,decreased the gravity center height,and increased the fresh weight of stem,internode diameter and culm wall thickness of the second internode of the culm. Lodging resistance under the treatment of DTF was better than the others,followed by STF. At the same time,the yield was relatively high under DTF(2014-2015) and STF(2015-2016).

Wheat; Tillage pattern; Organic fertilizer; Lodging resistance; Yield

時間：2017-03-07

2016-10-28

2016-11-28

國家“十二五”科技支撐計劃“糧食豐產(chǎn)科技工程”項目(2013BAD07B07，2013BAD07B14)；河南省重點科技攻關(guān)項目(142102110056)

E-mail：zdjdai@163.com

李春喜(E-mail：wheat lab@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)03-0396-07

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