秋閑期秸稈覆蓋與氮肥減施對旱地冬小麥干物質(zhì)積累、結(jié)實(shí)特性和產(chǎn)量的影響

高仁才，陳松鶴，馬宏亮，莫 飄，肖 云，張 雪，樊高瓊

（四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都 611130）

小麥?zhǔn)俏覈匾募Z食作物，大力發(fā)展小麥生產(chǎn)對確保我國糧食安全具有重要意義[1]。西南麥區(qū)是我國第三大小麥優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，2018年該區(qū)小麥播種面積約117×104hm2，產(chǎn)量約247萬t，其中四川地區(qū)的占比均超過50%[2]。該區(qū)降雨豐富，年均降水量為1000～1200 mm，但時空分布不均，夏秋降雨豐富，冬春干旱頻發(fā)，冬小麥生育期(當(dāng)年11月至次年5月)降水量僅為 200 mm左右，干旱年份甚至不足100 mm，且小麥季降水主要分布在生長后期，作為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，冬干春旱導(dǎo)致小麥生物量不足，嚴(yán)重制約該區(qū)冬小麥生產(chǎn)。降雨主要集中在7、8、9月3個月，且以暴雨形式出現(xiàn)，不僅導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失，也不利于水分下滲和儲存。除水資源不足外，土壤貧瘠、有機(jī)質(zhì)含量低、供肥和保肥能力差也是限制這一地區(qū)小麥產(chǎn)量的重要因素。因此，探究抑蒸保墑、夏秋水冬用、提高土壤肥力的栽培管理措施是解決該區(qū)域旱地小麥生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

作物秸稈覆蓋是提高土壤水分的有效措施之一，已在我國西北雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)及北方其他旱作區(qū)進(jìn)行了推廣應(yīng)用。前人研究表明，秸稈覆蓋通過增強(qiáng)水分入滲、減少地表徑流、抑制土壤水分蒸發(fā)，有效提高了土壤蓄水和保水能力[3]，在干旱年份下，秸稈覆蓋的保墑效果更明顯[4–5]。此外，秸稈還田可改善土壤結(jié)構(gòu)[6]，提高土壤有機(jī)質(zhì)含量[7]，促進(jìn)作物生長。干物質(zhì)積累是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，干物質(zhì)積累受栽培措施、氣候類型、土壤類型等因素的影響[8–11]。研究表明，地表覆蓋顯著影響小麥干物質(zhì)的分配和轉(zhuǎn)運(yùn)，促進(jìn)籽粒灌漿，最終提高小麥產(chǎn)量[12]。王健波等[13]研究表明，免耕覆蓋能提高小麥地上部的干物質(zhì)積累總量，并促進(jìn)花后干物質(zhì)的積累。四川旱地小麥主要分布在丘陵地區(qū)，隨著種糧大戶興起，冬小麥–夏玉米復(fù)合種植模式逐漸流行。夏玉米8月底收獲，冬小麥10月底播種，中間有近兩個月的秋閑期。關(guān)于覆蓋措施、秸稈還田方式、耕作措施、施氮措施對小麥干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的影響，前人展開了較多的研究[14–16]。但前人對秸稈還田與施氮的研究多集中在一年一熟有休閑季或者一年兩熟無休閑季但有灌溉的條件下進(jìn)行，而在麥玉兩熟且有兩月休閑季的四川地區(qū)，冬干春旱嚴(yán)重，針對秸稈覆蓋還田與減量施氮對雨養(yǎng)旱地小麥播前底墑、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量形成和開花結(jié)實(shí)特性的研究較少。本研究以四川旱地雨養(yǎng)小麥為研究對象，分析秋閑季秸稈覆蓋還田與氮肥減量條件下冬小麥播前底墑、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、花后葉綠素含量、開花結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量形成的變化情況，為四川地區(qū)制定小麥增產(chǎn)增效種植制度及農(nóng)業(yè)資源的高效利用提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2016至2018年在四川省仁壽縣踏水村(30°04′ N，104°13′ E)進(jìn)行。該地區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，年均降雨約1000 mm，年均氣溫17.4℃，年均日照1196.6 h。試驗(yàn)期間的氣象資料見圖1，休閑季降雨量2016—2017年為193.8 mm，2017—2018年為107.4 mm，播種至孕穗階段降雨量2016—2017 年為 14.3 mm，2017—2018 年為 21.5 mm，冬春干旱均較為嚴(yán)重。試驗(yàn)田土壤為紫色粘土，試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)肥力見表1。

表1 試驗(yàn)區(qū)播前0—20 cm土層的土壤基礎(chǔ)肥力Table 1 Basic properties of the experimental soil at 0–20 cm layer

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計，主因素為秸稈不覆蓋(NM)和秸稈覆蓋(SM)；裂區(qū)為施N 0、120和180 kg/hm2，記為 N0、N120和N180，共計 6個處理，每個處理重復(fù) 3 次，每個小區(qū)為 30 m2(6 m×5 m)，各主區(qū)處理間設(shè)1.5 m隔離帶，各裂區(qū)處理間間隔為20 cm。供試材料為川麥104，該品種為春性品種，全生育期186天左右。在小麥和玉米兩熟種植模式中，夏玉米收獲后(2016年9月10日和2017年9月4日)將玉米秸稈人工粉碎為5 cm左右長，覆蓋于各覆蓋小區(qū)，秸稈覆蓋量約為 6000 kg/hm2(干重)，秸稈含水量約50%，覆蓋厚度約為3 cm左右，秸稈含氮量約0.4%。小麥播期為2016年10月29日和2017年10月27日，采用免耕開溝播種，行距20 cm，穴距10 cm，每穴播種6粒，在開溝前將各小區(qū)秸稈分別收集裝好，在小麥播種完成后立即將秸稈覆蓋在原小區(qū)地表。水肥管理∶氮肥采用6∶4基追比施用，追肥在拔節(jié)期施用，磷(P2O5)和鉀(K2O)用量分別為75 kg/hm2，均作為底肥施用，其他管理措施同大田生產(chǎn)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤水分 于小麥播種前在每個小區(qū)中選擇2點(diǎn)，用土鉆采集0—100 cm土層的土樣，分0—10、10—20、20—40、40—60、60—80 和 80—100 cm，逐層采集，同時分別在覆蓋與不覆蓋地塊內(nèi)挖一個100 cm 深的剖面坑，將剖面削齊鏟平，用環(huán)刀法按以上土層分層取樣測定土壤容重[17]。用烘干法測定土壤水分含量(%)，并以此計算土壤儲水量。計算方法如下[15]：

土壤含水量(SWC，%)=(鮮土質(zhì)量–干土質(zhì)量)/干土質(zhì)量×100

式中：i為土層號數(shù)；H 為土層厚度 (H1和 H2為 10 cm，H3、H4、H5和 H6為 20 cm)，BD 為對應(yīng)土層的容重(g/cm3)；10為cm轉(zhuǎn)化為mm的換算系數(shù)。

1.3.2 干物質(zhì)積累、葉面積指數(shù)(LAI)、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)及其對籽粒的貢獻(xiàn)率 于小麥苗期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期，在每個小區(qū)中連續(xù)取樣15株，將地上部分為莖(鞘)、葉、穗(開花期以后)和籽粒(成熟期)，分別裝袋殺青并烘干至恒質(zhì)量后稱重，并按比葉重法計算葉面積指數(shù)，同時按下列公式計算花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(DBFTA)、轉(zhuǎn)運(yùn)率(DBFTP)、花前干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)率(CRDBFG)、花后干物質(zhì)積累量(DAPA)及其對籽粒的貢獻(xiàn)率(CRDPA)[13]。

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg/hm2)=開花期植株干重–成熟期營養(yǎng)器官干重；

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率(%)=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期植株干重×100；

花前干物質(zhì)貢獻(xiàn)率(%)=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干重×100；

花后干物質(zhì)積累量(kg/hm2)=成熟期籽粒干重–花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量；

花后干物質(zhì)貢獻(xiàn)率(%)=花后干物質(zhì)積累量/成熟期籽粒干重×100。

1.3.3 葉綠素含量 于2016—2017年生長季小麥開花期和花后10、20和30天，在每小區(qū)選擇有代表性的植株，分為上、中、下，各部位取5片葉，所有樣品及時放入冰盒并帶回實(shí)驗(yàn)室，洗凈葉片表面塵土和污物并用吸水紙小心擦干，取出剪碎、混勻，按浸提法測定葉綠素含量[18]。

1.3.4 開花結(jié)實(shí)特性與穗部性狀 小麥抽穗后每處理標(biāo)記30穗長勢和開花時間一致的穗子，開花后采樣15穗觀察每個小穗各小花開花情況，同時記錄分化的小花總數(shù)和可育小花數(shù)，其中可育小花數(shù)以能正常開花為準(zhǔn)；到收獲時采15穗，統(tǒng)計結(jié)實(shí)粒數(shù)、單穗總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)及無效小穗數(shù)，并計算可育小花結(jié)實(shí)率、總結(jié)實(shí)率和小花退化率。

可育小花結(jié)實(shí)率(SRFF，%)=結(jié)實(shí)粒數(shù)/可育小花數(shù)×100

總結(jié)實(shí)率(SRF，%)=結(jié)實(shí)粒數(shù)/總小花數(shù)×100

退化率(FDR，%)=(總小花數(shù)–可育小花數(shù))/總小花數(shù)×100。

1.3.5 冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成與收獲系數(shù) 于成熟期在每小區(qū)中選擇長勢均勻一致的區(qū)域劃定1 m2，調(diào)查有效穗數(shù)(長寬均為1 m，5行)，并連續(xù)取30個麥穗測定穗粒數(shù)。在每個小區(qū)中選擇4 m2區(qū)域的小麥實(shí)收，脫粒后曬干計產(chǎn)，按照13%標(biāo)準(zhǔn)含水量折算實(shí)際產(chǎn)量，并測定千粒重。另根據(jù)1.3.2中成熟期時生物量計算收獲系數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010和Origin 9.0進(jìn)行處理，用DPS 7.5進(jìn)行方差分析，采用最小顯著性差異法進(jìn)行處理間的多重比較(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 播前土壤儲水量

秋閑期秸稈覆蓋對冬小麥播前土壤儲水量有一定的提升作用(圖2)。與無秸稈覆蓋相比，秸稈覆蓋提高了0—100 cm的總儲水量，2016—2017和2017—2018年分別提高20.2和9.1 mm，2016—2017年的增幅達(dá)到顯著水平。對不同土層儲水量分析，無論休閑期的降雨量高低，秸稈覆蓋均顯著提高了播前0—10 cm土層的儲水量，2016—2017和2017—2018年分別平均提高了8.0和6.7 mm，對20 cm以下各土層儲水量提升作用較小。

圖2 播前0—100 cm土層土壤儲水量Fig. 2 Soil water storage in 0–100 cm layer before sowing

2.2 葉面積指數(shù)

覆蓋與施氮及二者的互作效應(yīng)對小麥葉面積指數(shù)有顯著的提升作用(表2)。秸稈覆蓋下兩個生長季的小麥三葉期、拔節(jié)期、孕穗期和開花期葉面積指數(shù)平均值較不覆蓋分別提高了44.0%、107.6%、131.5%和147.4%。在秸稈覆蓋下，N180處理的葉面積指數(shù)(LAI)最高，拔節(jié)期、孕穗期和開花期LAI較N0分別平均提高了75.8%、21.4%和134.6%；孕穗期時小麥群體LAI最大，但N180與N120處理間差異不顯著。無秸稈覆蓋條件下，兩個生長季中N120和N180處理的葉面積指數(shù)在4個生育時期均沒有顯著差異；在2017—2018年孕穗期和開花期，N180與N120處理的葉面積指數(shù)均顯著高于N0處理，而在2016—2017年僅N180處理的葉面積指數(shù)顯著高于N0。

表2 秋閑期秸稈覆蓋與施氮對小麥葉面積指數(shù)的影響Table 2 Effects of straw mulching in autumn and N application rate on LAI of winter wheat

2.3 花后葉綠素含量

覆蓋與施氮均可減緩花后葉綠素降解，且這種效應(yīng)隨開花后天數(shù)的增加而增強(qiáng)(表3)。在開花期，與無覆蓋相比，秸稈覆蓋下小麥倒1/2葉、倒3葉和倒4葉的葉綠素含量平均值分別提高了11.8%、37.9%和60.7%，且這種優(yōu)勢一直持續(xù)至花后30天；在花后30天，秸稈覆蓋下各處理小麥倒1葉、倒2葉和倒3葉的葉綠素含量平均值分別較無覆蓋處理提高了30.6%、37.2%和113.9%。在秸稈覆蓋下，N120和N180處理下開花期、花后10天、花后20天和花后30天各葉位的葉綠素含量大部分都高于N0，但N120和N180處理間大多差異不顯著，說明秸稈覆蓋下減氮處理對小麥花后各葉片葉綠素含量無顯著影響。

表3 秋閑期秸稈覆蓋與施氮量對冬小麥花后葉片葉綠素含量的影響(mg/g)Table 3 Effects of straw mulching in autumn and N application rate on chlorophyll content of winter wheat

2.4 干物質(zhì)積累

冬小麥各生育時期的干物質(zhì)積累量受覆蓋與施氮的影響顯著，覆蓋與施氮互作效應(yīng)對三葉期干物質(zhì)積累量有顯著影響，兩年的規(guī)律表現(xiàn)一致(表4)。與無覆蓋相比，秸稈覆蓋下三葉期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期和成熟期群體干物質(zhì)積累量的兩年平均值分別提高了42.3%、90.8%、82.1%、71.5%和81.9%。在秸稈覆蓋下，N120和N180處理各生育時期的干物質(zhì)積累量均較N0顯著提高；在開花期，N180與N120處理間的干物質(zhì)積累量沒有顯著差異；在2017—2018年成熟期N180較N120處理提高889 kg/hm2，而在2016—2017年成熟期N120與N180處理間無顯著差異。此外，在無覆蓋下，除2016—2017季孕穗期外，在其余各生育時期N180與N120處理的群體干物質(zhì)積累量均沒有顯著差異。這說明，覆蓋是促進(jìn)冬小麥干物質(zhì)積累量增加的主要因素，覆蓋下施氮對干物質(zhì)積累有顯著提升作用，但減氮處理對干物質(zhì)積累的影響較小。

表4 秋閑期秸稈覆蓋與施氮量對冬小麥干物質(zhì)積累的影響 (kg/hm2)Table 4 Effects of straw mulching in autumn and N application rate on dry matter accumulation of winter wheat

2.5 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與貢獻(xiàn)率

秸稈覆蓋與施氮顯著改善冬小麥花前干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)及其對籽粒的貢獻(xiàn)(表5)。與無覆蓋相比，秸稈覆蓋下小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量兩年分別提高37.3%和42.0%。3種施氮水平對花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量的影響在兩個生長季有一定差異。在底墑充足的2016—2017年，秸稈覆蓋下N120處理花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量最大，而在2017—2018年，秸稈覆蓋下3個施氮水平間花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量無顯著差異。在2016—2017年，與無覆蓋相比，秸稈覆蓋的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率分別降低了8.7和19.3個百分點(diǎn)；而在2017—2018年，兩種覆蓋措施下的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率無顯著差異。秸稈覆蓋下花后干物質(zhì)積累量顯著高于無覆蓋處理，兩年的平均值提高了114.5%。同時，在2016—2017年秸稈覆蓋下花后干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)率較無覆蓋處理有顯著提升，而在2017—2018年秸稈覆蓋下花后干物質(zhì)對籽粒貢獻(xiàn)效率與無覆蓋處理無顯著差異；秸稈覆蓋下花后干物質(zhì)對籽粒貢獻(xiàn)率的兩年平均值較無覆蓋增加9.9個百分點(diǎn)。在相同的覆蓋措施下，施氮對花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率和貢獻(xiàn)率均有降低作用，而對花后干物質(zhì)積累和對籽粒的貢獻(xiàn)有提高作用。在2016—2017年，秸稈覆蓋下N180處理的花后干物質(zhì)積累量和花后干物質(zhì)貢獻(xiàn)率顯著高于N120處理；在無覆蓋下，兩指標(biāo)N120與N180處理間無顯著差異；在2017—2018年，秸稈覆蓋下N120處理花后干物質(zhì)積累量及其貢獻(xiàn)率與N180處理間無顯著差異，而在無覆蓋下，N180處理較N120處理顯著提高花后干物質(zhì)貢獻(xiàn)率。

表5 秋閑期秸稈覆蓋與施氮量對冬小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和貢獻(xiàn)影響Table 5 Effects of strawmulching andN applicationrate on dry matter translocationand contribution rate to grain

2.6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

覆蓋、施氮以及二者的互作效應(yīng)對冬小麥產(chǎn)量均有顯著的影響(表6)。在2016—2017年，秸稈覆蓋下有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量分別較無覆蓋處理提高了38.0%，54.5%和128.1%；在2017—2018年秸稈覆蓋分別較無覆蓋處理3個指標(biāo)分別提高了26.6%、35.6%和66.5%。無論覆蓋與否，N120和N180處理間有效穗數(shù)無顯著差異。在2016—2017年，秸稈覆蓋下千粒重與無覆蓋間沒有顯著差異，而在2017—2018年，秸稈覆蓋的千粒重顯著低于無覆蓋處理。在2016—2017年，秸稈覆蓋下N120與N180處理間千粒重沒有顯著差異，但在無覆蓋下N120處理千粒重顯著高于N180處理；在2017—2018年，秸稈覆蓋下N120處理千粒重顯著高于N0與N180處理。施氮增加了冬小麥產(chǎn)量和穗粒數(shù)，但N120和N180處理間的產(chǎn)量和穗粒數(shù)差異不顯著。各處理間的收獲系數(shù)無顯著差異，以底墑充裕的2016—2017年收獲系數(shù)更高。這說明秸稈覆蓋可有效增加小麥產(chǎn)量，在底墑充足但播種至孕穗階段降水少的年份增產(chǎn)幅度更大；同時，秸稈覆蓋后減氮對產(chǎn)量的降低作用不顯著。

表6 不同處理下小麥產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成Table 6 Grain yield and yield components of winter wheat in different treatments

2.7 開花結(jié)實(shí)率與小穗數(shù)

與無覆蓋相比，秸稈覆蓋下冬小麥總小花數(shù)、可育小花數(shù)、可育小花結(jié)實(shí)率和總結(jié)實(shí)率的兩年平均值分別提高了36.5%、37.0%、21.9%和21.9%(表7)。在秸稈覆蓋下，各施氮處理間總小花數(shù)無顯著差異，N120與N180處理間的可育小花數(shù)、可育小花結(jié)實(shí)率和總結(jié)實(shí)率沒有顯著差異。在無覆蓋下，N120與N180處理間總小花數(shù)與可育小花數(shù)在兩年均無顯著差異；在2016—2017年N120處理可育小花結(jié)實(shí)率與總結(jié)實(shí)率顯著高于N180處理，而在2017—2018年N120與N180處理間兩指標(biāo)無顯著差異。在2017—2018生長季，秸稈覆蓋下小麥小花退化率較無覆蓋處理降低了9.6個百分點(diǎn)；施氮量對小花退化率無顯著影響。以上結(jié)果說明，覆蓋可促進(jìn)小麥小花分化和結(jié)實(shí)，并降低小花的退化。

表7 秸稈覆蓋與施氮量對冬小麥開花結(jié)實(shí)率與小穗數(shù)的影響Table 7 Effects of strawmulching andN applicationrate on flowering andseed-settingrate andspikelet of winter wheat

進(jìn)一步分析表明，秸稈覆蓋下小麥總小穗數(shù)和有效小穗數(shù)兩年平均值較無覆蓋分別提高了23.0%和27.9%。在秸稈覆蓋下，N120與N180處理間有效小穗數(shù)無顯著差異；而在無覆蓋下，各施氮量對有效小穗數(shù)均無顯著影響。在兩個生長季下，秸稈覆蓋與無覆蓋處理間的無效小穗數(shù)均無顯著差異；在秸稈覆蓋下，N180與N120處理的無效小穗數(shù)均顯著低于N0，且N120處理無效小穗數(shù)在2017—2018年顯著低于N180處理，說明秸稈覆蓋下施氮處理可有效降低無效小穗數(shù)，且減氮處理可進(jìn)一步降低無效小穗數(shù)。

3 討論

3.1 秸稈覆蓋提高土壤底墑、促進(jìn)干物質(zhì)生產(chǎn)、積累與轉(zhuǎn)運(yùn)

水是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的命脈，冬春季土壤水分缺乏嚴(yán)重限制四川旱地小麥前期生長和物質(zhì)積累，導(dǎo)致小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)。地表覆蓋秸稈可有效減少土壤水分蒸發(fā)，提高降雨入滲，從而提高土壤水分含量和水分有效性，進(jìn)而促進(jìn)作物的生長發(fā)育和物質(zhì)積累[19–22]。充足的底墑能夠誘導(dǎo)植物根系下扎至土壤深層，使深層土壤水分得以被吸收利用，從而為豐產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[23]。Zhang等[24]研究表明，夏閑季秸稈覆蓋播前0—100 cm土壤儲水量較不覆蓋處理提高54.3 mm。在本研究中，與不覆蓋相比，秸稈覆蓋顯著提高小麥播前0—10 cm 土層儲水量，同時對 10—20和 20—40 cm土壤儲水量也有提升作用，最終提高0—100 cm土層儲水量(圖2)，這與秋閑季降雨前多后少密切相關(guān)。這印證了吳曉麗等[25]的結(jié)果：該區(qū)秋閑季秸稈覆蓋可有效提高小麥播前底墑。本研究進(jìn)一步明確秋閑季秸稈覆蓋保墑效應(yīng)主要在0—10 cm土層。由于秸稈覆蓋后底墑充足，秸稈覆蓋下小麥各生育時期的群體干物質(zhì)積累量(表4)和花前各生育時期葉面積指數(shù)(表2)均顯著高于不覆蓋處理，這與吳金芝等[26]、常磊等[14]、李華等[12]的研究結(jié)果一致。葉綠素含量是反應(yīng)光合性能的重要參數(shù)之一，本研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋下小麥花后10天、20天和30天的旗葉、倒2葉、倒3葉、倒4葉葉綠素含量大部分顯著高于不覆蓋處理，延衰效應(yīng)顯著，保證了花后較強(qiáng)的干物質(zhì)生產(chǎn)能力，這與陳影慧等[27]、王賀正等[28]的研究結(jié)果一致。這主要是因?yàn)榻斩捀采w在高溫時有降溫作用，花后根層土壤溫度降低，有利于降低高溫對小麥的危害，延緩根系衰老；且隨著花后降雨增多，氣溫升高，秸稈腐解后可增加耕層土壤養(yǎng)分，為作物后期物質(zhì)積累提供有利條件[29]。綜合作用的結(jié)果，秸稈覆蓋后不僅大幅提升了花前、花后干物質(zhì)積累量，也提升了花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量，還通過延衰提升了花后干物質(zhì)積累量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率，為產(chǎn)量提升奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 秸稈覆蓋可優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成因素、實(shí)現(xiàn)小麥減氮增效

有效穗數(shù)不足、穗粒數(shù)低是四川旱地小麥產(chǎn)量提升的主要限制因子。秸稈覆蓋還田配施氮肥通過改善土壤的水、肥、氣、熱狀況，為作物生長提供了一個良好的生長環(huán)境，有利于作物生長發(fā)育，增產(chǎn)效果顯著[30]。但在不同生態(tài)類型區(qū)秸稈覆蓋還田增產(chǎn)效果及影響因素存在著差異，陳影慧等[27]在甘肅的研究表明，秸稈覆蓋還田后小麥增產(chǎn)幅度為35.4%；劉高遠(yuǎn)等[31]在渭北旱地研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋還田下小麥增產(chǎn)13.7%。任愛霞等[17]在山西的研究發(fā)現(xiàn)，在干旱年份，夏閑期覆蓋秸稈后小麥產(chǎn)量較不覆蓋增產(chǎn)33.4%，但在覆蓋下小麥產(chǎn)量未隨著施氮量的增加而增加，且中氮(N 150 kg/hm2)下小麥產(chǎn)量顯著高于高氮水平(N 225 kg/hm2)。也有研究認(rèn)為秸稈覆蓋下降溫效應(yīng)推遲了小麥春季返青拔節(jié)和灌漿的時間，使灌漿時間變短，導(dǎo)致向籽粒分配的光合產(chǎn)物減少，造成小麥減產(chǎn)[32–33]。本研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋下兩年的小麥產(chǎn)量較不覆蓋處理分別增產(chǎn)128.1%和66.5%，增產(chǎn)的結(jié)論與大多數(shù)前人研究結(jié)果一致，但是增產(chǎn)幅度明顯高于前人研究結(jié)果，說明秸稈覆蓋在本區(qū)域增產(chǎn)潛力較大。

也有研究認(rèn)為，秸稈覆蓋后，由于碳元素的輸入，需要增施氮肥，平衡土壤C/N值，才能緩解土壤中微生物與作物爭氮的現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)覆蓋后不減產(chǎn)[34]。本研究結(jié)果表明，秸稈覆蓋后配合施氮，在三葉期即表現(xiàn)出顯著的增加LAI的效果，干物質(zhì)積累量也隨施氮量提高而增加，拔節(jié)期的干物質(zhì)積累量也是如此，但2017—2018生長季減氮和常規(guī)施氮量下干物質(zhì)積累量差異不顯著。三葉期到拔節(jié)期，分蘗的發(fā)生與生長促進(jìn)了群體干物質(zhì)量的增長，推測秸稈覆蓋促進(jìn)了分蘗的發(fā)生進(jìn)而促進(jìn)了拔節(jié)期干物質(zhì)的積累，后期有效穗增加也證明了這一點(diǎn)。但減氮與常規(guī)施氮量間干物質(zhì)積累差異不顯著，也再次說明干旱地區(qū)土壤墑情是限制小麥分蘗發(fā)生的重要因素，覆蓋效應(yīng)大于施氮量效應(yīng)，故最終秸稈覆蓋下有效穗數(shù)在減氮和常規(guī)施氮下沒有顯著差異。

王賀正等[28]、韓瀏等[35]和閆秋艷等[36]發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋下有效穗數(shù)的提高是小麥增產(chǎn)的主要原因；而黃明等[37]發(fā)現(xiàn)覆蓋下穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和收獲指數(shù)協(xié)同提高是小麥增產(chǎn)的原因。本研究中，秸稈覆蓋除顯著增加有效穗外，也顯著提高小麥穗粒數(shù)，與王芳等[38]在甘肅的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋處理下兩個生長季的總小穗數(shù)、有效小穗數(shù)、總小花數(shù)和可育小花數(shù)的均值顯著高于不覆蓋處理，且覆蓋下施氮顯著提高2017—2018年小麥有效穗數(shù)，同時對總小花數(shù)、可育小花數(shù)、可育小花結(jié)實(shí)率和總結(jié)實(shí)率也有一定提升作用，但秸稈覆蓋下減氮與常規(guī)施氮間的整體差異不顯著(表7)，對穗粒數(shù)的效應(yīng)仍然表現(xiàn)為秸稈覆蓋＞施氮量。

綜合分析秸稈覆蓋配合減量施氮不減產(chǎn)的可能原因，如下：1)秸稈覆蓋后由于底墑充足，建立了苗期的開端優(yōu)勢，促進(jìn)了分蘗的發(fā)生，進(jìn)一步促進(jìn)了拔節(jié)期干物質(zhì)生產(chǎn)能力提升，也為幼穗分化奠定了良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，小花分化數(shù)多；2)孕穗期和開花期干物質(zhì)積累減少了小花的退化，秸稈覆蓋后延衰效應(yīng)又為籽粒灌漿結(jié)實(shí)提供了充裕的同化物供應(yīng)，形成了源大庫足流暢的源庫流關(guān)系，提高了結(jié)實(shí)率和穗粒數(shù)；3)課題組的研究表明，覆蓋下充足的底墑改變了土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，固氮微生物的多樣性和豐富度更高[39–40]，進(jìn)而促進(jìn)氮吸收，減少土壤氮?dú)埩簦咝Ю?，?shí)現(xiàn)減氮不減產(chǎn)。

4 結(jié)論

秋閑期采用秸稈覆蓋能夠有效蓄積秋閑期降水，改善播前0—10 cm土壤底墑，促進(jìn)冬小麥花前與花后干物質(zhì)積累，提高花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后干物質(zhì)積累對籽粒貢獻(xiàn)率，延緩花后葉片衰老，改善開花結(jié)實(shí)特性，提高小麥產(chǎn)量。在秋閑期秸稈覆蓋條件下，將氮肥用量由常規(guī)的180 kg/hm2減到120 kg/hm2不會顯著降低小麥的生長和產(chǎn)量。因此，在冬春干旱的四川旱地冬小麥–夏玉米輪作區(qū)，建議推廣玉米秸稈粉碎后覆蓋與冬小麥氮肥減量到120 kg/hm2的技術(shù)組合措施。