深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系小麥產(chǎn)量形成的影響

汪洪濤,趙凱男,張 軍,黃修利,趙雯馨,李淑靖,黃 明,李友軍,吳金芝,蔣 向

(1.河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河南 洛陽(yáng) 471023,2.河南省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站,河南 鄭州 450002)

小麥?zhǔn)俏覈?guó)三大糧食作物之一,其產(chǎn)量的高低直接關(guān)系到糧食安全。旱地小麥占我國(guó)小麥種植面積的1/3,同時(shí)占我國(guó)重要糧食生產(chǎn)基地黃淮海麥-玉復(fù)種區(qū)小麥種植面積的42.7%[1-2]。由于旱地小麥生育期間容易遭受干旱等非生物脅迫,產(chǎn)量一直處于較低水平,特別是在對(duì)水肥要求更高的旱地麥-玉復(fù)種體系中表現(xiàn)更為突出[3-4],產(chǎn)量往往低于4 500 kg/hm2,在極端年份產(chǎn)量低于1 500 kg/hm2,甚至?xí)霈F(xiàn)絕收現(xiàn)象,因而如何提高旱地小麥產(chǎn)量一直備受人們關(guān)注。由于旋耕具有作業(yè)簡(jiǎn)便、耗時(shí)少、投入低等優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在小麥生產(chǎn)中應(yīng)用越來(lái)越廣,已導(dǎo)致農(nóng)田耕層過(guò)淺、犁底層上移、蓄水保墑能力降低,小麥根系下扎受阻、水肥吸收和物質(zhì)生產(chǎn)受阻等問(wèn)題[5-7],嚴(yán)重限制著小麥產(chǎn)量的進(jìn)一步提升,特別是在麥-玉復(fù)種區(qū)夏玉米季免耕、小麥季旋耕生產(chǎn)體系中表現(xiàn)更為嚴(yán)重[8-9]。因此,如何優(yōu)化耕作措施穩(wěn)定或提高麥-玉復(fù)種體系中小麥產(chǎn)量具有重要意義。深耕是解決旋耕負(fù)面效應(yīng)的主要途徑,其主要包括深松和深翻,二者均可打破犁底層,有效調(diào)節(jié)土壤生態(tài)環(huán)境,從而促進(jìn)小麥生長(zhǎng)發(fā)育,改善葉片光合特性,進(jìn)而改善干物質(zhì)以及氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性,最終顯著提高產(chǎn)量,但其機(jī)理并不完全相同,且調(diào)控效應(yīng)因耕作時(shí)間而異[10-15]。聶良鵬等[16]在山東灌區(qū)的研究表明,秋深松夏免耕較秋免耕夏深松顯著增加了麥-玉復(fù)種體系作物產(chǎn)量。Latifmanesh等[13]對(duì)華北平原灌區(qū)麥-玉復(fù)種體系的研究表明,與夏深松秋旋耕和夏免耕秋旋耕相比,夏免耕秋深松能提高小麥葉片凈光合速率,促進(jìn)生育后期的干物質(zhì)積累,最終使產(chǎn)量分別提高20.7%,8.9%。劉衛(wèi)玲等[17]在豫南地區(qū)的研究表明,深耕及耕作時(shí)間可優(yōu)化冬小麥干物質(zhì)積累和氮素養(yǎng)分吸收,從而獲得高產(chǎn)。閻曉光等[18]研究表明,春季和秋季深松均會(huì)在不同程度上影響旱地春玉米干物質(zhì)的積累與分配,產(chǎn)量較傳統(tǒng)翻耕分別顯著增加10.32%,13.61%。雖然目前關(guān)于深耕時(shí)間和方式及其作用機(jī)制的研究較多,但多圍繞旱地一年一熟體系或灌區(qū)麥-玉復(fù)種體系進(jìn)行,有關(guān)深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系小麥產(chǎn)量、光合特性、干物質(zhì)和氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道。因此,本研究在豫西典型的旱地麥-玉復(fù)種區(qū),設(shè)置夏深翻(SP)、夏深松(SS)、秋深翻(AP)和秋深松(AS)4個(gè)處理,探討深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系中小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、穗部性狀,以及關(guān)鍵生育時(shí)期的莖蘗數(shù)、旗葉SPAD值和凈光合速率、干物質(zhì)和氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響,為優(yōu)化旱地麥-玉復(fù)種體系耕作制度提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2019年6月—2021年6月在河南省孟津區(qū)小浪底鎮(zhèn)明達(dá)村(E112°34′, N34°84′)進(jìn)行,該試驗(yàn)地位于黃土高原與黃淮海平原交匯區(qū)域,為典型的半濕潤(rùn)易旱區(qū),海拔為374 m,年平均氣溫為13.7 ℃,多年平均降水量為622.8 mm,主要集中在6—9月。試驗(yàn)開(kāi)始前土壤肥力狀況如表1,試驗(yàn)期間降雨?duì)顩r如圖1。

表1 2019年試驗(yàn)前0～20 cm和20～40 cm土壤理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties in 0—20 cm and 20—40 cm soils in 2019 before experiment

圖1 2019年6月—2021年5月的逐月降雨量Fig.1 Monthly precipitation from June 2019 to May 2021

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與田間管理

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),共設(shè)置夏深翻(SP)、夏深松(SS)、秋深翻(AP)和秋深松(AS)4個(gè)處理(表2)。為了方便大型農(nóng)用器械進(jìn)行大田農(nóng)事操作,參考黨建友等[19]描述的方法,各處理采用大區(qū)對(duì)比設(shè)置,大區(qū)面積為360 m2(60 m×6 m),出苗后將每個(gè)大區(qū)平均劃為3個(gè)取樣小區(qū),視為每個(gè)處理的3次重復(fù)。施肥量為N∶P2O5∶K2O=25∶10∶5的復(fù)合肥750 kg/hm2,肥料全部基施,2019—2020年度和2020—2021年度的供試小麥品種分別為中麥895和洛旱22,分別于2019年10月15日和2020年10月21日播種,2020年5月30日和2021年6月3日收獲,2 a播量均為187.5 kg/hm2,行距20 cm。試驗(yàn)期間未進(jìn)行灌溉,其他管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶。

表2 試驗(yàn)不同處理描述Tab.2 Description of different treatments in the experiment

1.3 測(cè)定內(nèi)容與方法

1.3.1 產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及穗部性狀的測(cè)定 于2019—2020年度和2020—2021年度小麥成熟期,從每個(gè)取樣小區(qū)隨機(jī)收割4個(gè)1.0 m×1.0 m樣方,混合后風(fēng)干脫粒并稱質(zhì)量,然后取籽粒50 g左右,80 ℃烘至恒質(zhì)量,測(cè)定風(fēng)干籽粒含水量,再以12.5%的含水量折算產(chǎn)量(kg/hm2)。同時(shí),從每個(gè)取樣小區(qū)選4行長(zhǎng)50 cm且有代表性的小麥,測(cè)定穗數(shù),并從每個(gè)取樣小區(qū)隨機(jī)選取20 株,測(cè)定穗粒數(shù)﹑千粒質(zhì)量、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、結(jié)實(shí)小穗數(shù)和不孕小穗數(shù)。

1.3.2 莖蘗數(shù) 2020—2021年度,于四葉期在每個(gè)取樣小區(qū)隨機(jī)選取1 m2定點(diǎn),并分別于返青期、孕穗期、開(kāi)花期調(diào)查小麥莖蘗數(shù)。

1.3.3 干物質(zhì)和氮素積累與轉(zhuǎn)運(yùn) 2020—2021年度,分別于返青期、孕穗期、開(kāi)花期、成熟期,在每個(gè)取樣小區(qū)取植株20株,沿根莖結(jié)合處剪掉根系后為地上部樣品,開(kāi)花期進(jìn)一步分為莖葉和穗,成熟期分為莖葉、穗軸+穎殼和籽粒,于105 ℃下殺青30 min,80 ℃烘至恒質(zhì)量后稱量,測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量,計(jì)算干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)量。稱質(zhì)量后,將開(kāi)花期和成熟期的樣品粉碎用于全氮含量測(cè)定。采用H2SO4-H2O2法消解樣品,將消解液稀釋并定容至100 mL,采用連續(xù)流動(dòng)分析儀(Auto Analyzer 3,Seal,德國(guó))測(cè)定全氮含量。某一器官的氮素積累量為該器官干物質(zhì)積累量與全氮含量之積。某一時(shí)期地上部氮素積累量為各器官氮素積累量之和[20]。

1.3.4 旗葉凈光合速率和SPAD值 2020—2021年度,分別在孕穗期、抽穗期、開(kāi)花期、灌漿中期和灌漿后期的晴天,于09:00—11:00用便攜式光合測(cè)定系統(tǒng)Li-6400XT(LICOR,美國(guó))測(cè)定小麥旗葉凈光合速率,每個(gè)取樣小區(qū)隨機(jī)測(cè)定10片旗葉,均值為測(cè)定值。同時(shí),用葉綠素測(cè)定儀SPAD-520(Minolta,日本)避開(kāi)葉脈測(cè)定長(zhǎng)勢(shì)一致的旗葉SPAD值,每個(gè)取樣小區(qū)隨機(jī)測(cè)定10片旗葉,均值為測(cè)定值。

1.4 參數(shù)計(jì)算

地上部干物質(zhì)積累量(kg/hm2)=單莖干物質(zhì)量×單位面積莖數(shù)[21];

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg/hm2)=開(kāi)花期地上部營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量-成熟期地上部營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量[21];

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開(kāi)花期地上部營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量×100%[21];

花前干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100%[21];

花后干物質(zhì)積累量(kg/hm2)=成熟期籽粒干物質(zhì)量-花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量[21];

花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率=花后干物質(zhì)積累量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100%[21];

地上部氮素積累量(kg/hm2)=地上部干物質(zhì)積累量×全氮含量[14];

花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量(kg/hm2)=開(kāi)花期地上部營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量[14];

花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率=花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/開(kāi)花期地上部營(yíng)養(yǎng)器官氮素積累量×100%[14];

花前氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率=花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒氮素積累量×100%[14];

花后氮素積累量(kg/hm2)=成熟期氮素積累量-開(kāi)花期地上部氮素積累量[14];

花后氮素對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率=花后氮素積累量/成熟期籽粒氮素積累量×100%[14]。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法),采用Origin 2015軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及穗部性狀的影響

如表3所示,2 a中深耕時(shí)間和方式均可通過(guò)調(diào)控穗數(shù)影響小麥籽粒產(chǎn)量。與SP相比,SS的產(chǎn)量和產(chǎn)量三要素?zé)o顯著變化,AP和AS的穗數(shù)分別顯著增加15.22%～20.82%,16.85%～26.05%,產(chǎn)量分別顯著增加8.39%～16.30%,18.38%～19.55%。在2020—2021年度,AS的穗數(shù)和產(chǎn)量較AP分別顯著提高4.33%,9.22%,但對(duì)穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量無(wú)顯著影響。說(shuō)明秋深耕可顯著提高小麥穗數(shù)和產(chǎn)量,且以秋深松的效果更優(yōu)。深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地小麥穗長(zhǎng)、小穗數(shù)和不孕小穗數(shù)也具有顯著影響,但調(diào)控效應(yīng)在不同年度表現(xiàn)不同。與夏深耕相比,秋深耕在2019—2020年度顯著提高穗長(zhǎng),在2020—2021 年度顯著增加小穗數(shù),降低不孕小穗數(shù)。與SP相比,在2019—2020年度,AP和AS的穗長(zhǎng)分別顯著增加7.02%,7.85%,AS的小穗數(shù)顯著增加8.34%;在2020—2021年度,AP和AS的不孕小穗數(shù)分別顯著降低18.08%,22.31%,AS的小穗數(shù)顯著增加12.22%。說(shuō)明秋深耕能有效增加小麥穗長(zhǎng)和小穗數(shù),減少不孕小穗數(shù),且以秋深松的效果最好。

表3 不同處理對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和穗部性狀的影響Tab.3 Effects of different treatments on yield,yield components and spike traits in winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system

2.2 深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系小麥不同生育時(shí)期莖蘗數(shù)的影響

由圖2可以看出,返青后冬小麥的群體莖蘗數(shù)呈先降低后逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì),不同生育時(shí)期處理間均表現(xiàn)為AS>AP>SS>SP。與SP 相比,SS 的莖蘗數(shù)增幅不顯著,AP和AS分別顯著提高8.43%～20.82%,13.30%～26.05%;與AP相比,AS的莖蘗數(shù)在孕穗期、開(kāi)花期和成熟期分別顯著增加4.65%,5.79%,4.33%。表明秋深耕利于提高不同生育時(shí)期的莖蘗數(shù),其中以秋深松的效果最好。

不同字母表示同一生育時(shí)期內(nèi)處理間差異顯著(P<0.05)。圖3同。Different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage(P<0.05).The same as Fig.3.圖2 不同處理對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥莖蘗數(shù)的影響(2020—2021)Fig.2 Effect of different treatments on number of tillers of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

2.3 深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系小麥不同生育時(shí)期旗葉光合特性的影響

由圖3可知,隨著生育進(jìn)程的推進(jìn),各處理小麥旗葉SPAD值和凈光合速率均呈先增加后降低的趨勢(shì),在開(kāi)花期達(dá)到最大值。不同處理之間比較,AS的旗葉SPAD值一直保持最高水平,其他處理在孕穗期和抽穗期無(wú)明顯規(guī)律,但開(kāi)花期后表現(xiàn)為AS>AP>SS>SP,且AS和AP顯著高于SP,其中在灌漿中期顯著提高5.24%,4.38%,在灌漿后期顯著提高9.69%,8.21%。與SP相比,SS與AP的旗葉凈光合速率在各測(cè)定時(shí)期均無(wú)顯著變化,AS在抽穗期、開(kāi)花期、灌漿中期和灌漿后期分別顯著提高5.55%,13.01%,23.70%和22.10%。可見(jiàn),秋深松可顯著提高小麥灌漿中后期旗葉SPAD值和凈光合速率,更利于冬小麥干物質(zhì)生產(chǎn)。

折線代表SPAD值。Broken line represents SPAD value.圖3 不同處理對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥旗葉凈光合速率和SPAD值的影響(2020—2021)Fig.3 Effects of different treatments on net photosynthetic rate and SPAD value in flag leaves of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

2.4 深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系小麥地上部干物質(zhì)和氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.4.1 地上部干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn) 深耕時(shí)間和方式對(duì)小麥不同生育時(shí)期不同器官的干物質(zhì)積累量可產(chǎn)生顯著影響(圖4)。各生育時(shí)期不同器官的干物質(zhì)積累量均以AS處理最高,SP處理最低。與SP相比,除開(kāi)花期地上部干物質(zhì)總積累量外,SS的各時(shí)期地上部各器官干物質(zhì)量及總量均無(wú)顯著變化;AP在開(kāi)花期和成熟期地上部干物質(zhì)總積累量分別顯著增加14.46%,13.86%,其中,開(kāi)花期莖葉和穗分別顯著增加15.05%,11.92%,成熟期莖葉、穗軸+穎殼和籽粒分別顯著增加16.70%,19.55%和8.39%;AS在返青期、孕穗期、開(kāi)花期和成熟期小麥地上部干物質(zhì)總積累量分別顯著增加15.33%,16.77%,20.25%,20.28%,其中在開(kāi)花期莖葉和穗部分別顯著增加20.17%,20.56%,在成熟期莖葉、穗軸+穎殼和籽粒分別顯著增加20.73%,24.01%和18.38%。與AP相比,AS開(kāi)花期與成熟期地上部干物質(zhì)總積累量分別顯著增加5.06%,5.64%?？梢?jiàn),秋深耕較夏深耕更利于增加旱地麥-玉復(fù)種體系小麥干物質(zhì)積累量,且以秋深松的效果最優(yōu),其為產(chǎn)量形成奠定物質(zhì)供應(yīng)基礎(chǔ)。

不同小寫字母表示同一生育時(shí)期內(nèi)處理間各器官差異顯著;不同大寫字母表示同一生育時(shí)期內(nèi)處理間總量差異顯著(P<0.05)。圖5同。Different lowercase letters indicate significant difference in each organ among treatments at the same growing stage;while different capital letters indicate significant difference in the total amount among treatments at the same growth stage(P<0.05).The same as Fig.5.圖4 不同處理對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥地上部干物質(zhì)積累量的影響(2020—2021)Fig.4 Effects of different treatments on shoot dry matter accumulation of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

由表4可以看出,深耕時(shí)間和方式可顯著調(diào)控小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和花后干物質(zhì)積累量,但不同處理間花前干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率和花前干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率無(wú)顯著變化。與SP相比,SS的干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性無(wú)顯著變化,AP和AS的花后干物質(zhì)積累量分別顯著提高11.30%,20.43%,且AS的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量還顯著提高16.47%,但AP的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率顯著降低1.9百分點(diǎn)。

表4 不同處理對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥地上部干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響(2020—2021)Tab.4 Effects of different treatments on shoot dry matter accumulation and translocation of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

2.4.2 地上部氮素積累和轉(zhuǎn)運(yùn) 由圖5可知,不同深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地小麥開(kāi)花期和成熟期地上部氮素積累量具有顯著調(diào)控作用,以AS氮素積累量最高,AP其次,SS與SP之間無(wú)顯著差異。與SP相比,SS開(kāi)花期和成熟期地上部各器官氮素總積累量均無(wú)顯著變化,而AP和AS開(kāi)花期和成熟期小麥地上部氮素總積累量分別顯著增加20.02%～30.18%,26.11%～33.81%,其中開(kāi)花期莖葉和穗分別顯著增加19.63%～30.48%和21.23%～29.26%,成熟期莖葉和籽粒分別顯著增加19.16%～24.52%和30.87%～40.07%。與AP相比,AS開(kāi)花期和成熟期地上部氮素總積累量分別顯著增加8.47%,6.10%。

圖5 不同處理對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥地上部氮素積累量的影響(2020—2021)Fig.5 Effects of different treatments on shoot N accumulation of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

進(jìn)一步分析氮素轉(zhuǎn)運(yùn)特性和貢獻(xiàn)率(表5)可知,與SP相比,SS的花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、花前轉(zhuǎn)運(yùn)率、花前對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率、花后積累量和花后對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率無(wú)顯著變化; AS和AP花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量顯著增加了36.49%,23.25%,花后氮素積累量顯著增加了58.39%,53.00%,且AS花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)率顯著增加了3.3百分點(diǎn),但對(duì)不同處理間花前氮素對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率和花后氮素積累對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率無(wú)顯著變化。

表5 不同處理對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系小麥地上部氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響(2020—2021)Tab.5 Effects of different treatments on shoot N accumulation and translocation of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

3 結(jié)論與討論

3.1 深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和穗部性狀的影響

深耕主要有深松和深翻2種方式,二者均可打破犁底層,調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu),營(yíng)造良好的耕層環(huán)境,從而促進(jìn)養(yǎng)分吸收和作物生長(zhǎng),最終達(dá)到作物增產(chǎn)的目的[15],但其作用效果受深耕時(shí)間的影響[17,22]。劉衛(wèi)玲等[17]在豫南麥-玉復(fù)種區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),深松(耕)能夠顯著提高冬小麥產(chǎn)量,其中與秋旋耕夏免耕相比,秋深耕夏側(cè)位深松的冬小麥產(chǎn)量增幅最大,為27.8%。在山東麥-玉復(fù)種灌區(qū),周鵬翀[23]研究表明,秋深松使當(dāng)季小麥增產(chǎn)明顯,夏深松對(duì)后茬小麥產(chǎn)量也有積極影響,二者較對(duì)照旋耕分別顯著增加10.98%,11.83%;聶良鵬等[16]也發(fā)現(xiàn),兩季耕作方式的交互效應(yīng)極顯著影響小麥產(chǎn)量,且當(dāng)季耕作對(duì)當(dāng)季作物產(chǎn)量的影響更大。陳麗等[24]在河北麥-玉復(fù)種區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),不同時(shí)間的單季深松對(duì)小麥產(chǎn)量有顯著影響,與秋旋耕夏免耕相比,秋深松夏免耕使小麥產(chǎn)量顯著提高8.63%,而秋旋耕夏深松對(duì)小麥產(chǎn)量無(wú)顯著影響。本研究表明,在旱地麥-玉復(fù)種體系下,秋深耕較夏深耕更有利于提高小麥產(chǎn)量,且秋深松的效果優(yōu)于秋深翻,產(chǎn)量的變化主要?dú)w功于穗數(shù)的變化,其原因是當(dāng)季深耕的耕作效益比隔季大[16],使返青后的莖蘗數(shù)具有明顯優(yōu)勢(shì),且在生育中后期的優(yōu)勢(shì)增加,最終保持較高的穗數(shù),喬祥梅等[25]對(duì)云南省3個(gè)不同生態(tài)區(qū)旱地小麥的研究也得到類似的結(jié)論。保持較優(yōu)的穗部性狀,是獲得較多穗粒數(shù)的基礎(chǔ)[26]。本研究還發(fā)現(xiàn),深耕時(shí)間和方式可在一定程度上調(diào)控穗部性狀,秋深松可提高穗長(zhǎng)和小穗數(shù),降低不孕小穗數(shù),從而提高穗粒數(shù),這是其增產(chǎn)的又一原因。

3.2 深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥光合特性的影響

擁有良好的光合特性是增加小麥產(chǎn)量的重要保障,尤其在功能葉的光合作用對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率達(dá)到80%以上的生育后期更為突出[27]。大量研究表明,在干旱和半干旱區(qū),不同耕作方式能顯著提高小麥旗葉葉綠素含量,從而保持花后較強(qiáng)的光合能力[28-31]。王維等[32]在寧南一年一熟旱區(qū)的研究表明,與傳統(tǒng)翻耕相比,連年深松、連年免耕、免耕/深松和深松/免耕的旗葉SPAD值在灌漿期均顯著提高,開(kāi)花期和灌漿期小麥旗葉光合速率表現(xiàn)為連年深松>免耕/深松>深松/免耕>連年免耕>傳統(tǒng)翻耕。這些結(jié)果表明,耕作方式和在不同時(shí)間耕作會(huì)影響小麥葉片光合特性,但有關(guān)年內(nèi)不同深耕時(shí)間和方式對(duì)小麥旗葉光合特性的影響效應(yīng)研究仍很少。本研究條件下,秋深耕較夏深耕相比,灌漿中后期的旗葉SPAD值顯著增加,且深松方式下抽穗以后的旗葉凈光合速率均顯著增加。深松相較深翻對(duì)旱地小麥光合特性的影響因耕作時(shí)間而異,秋深松較秋深翻開(kāi)花期旗葉凈光合速率顯著增加,但夏深松相較夏深翻并不影響旱地小麥的旗葉光合特性,這與當(dāng)季耕作比隔季耕作對(duì)小麥生境的影響更大有關(guān)[16],因而旱地小麥生產(chǎn)中應(yīng)推廣播前深耕的方式。

3.3 深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[33]。劉衛(wèi)玲等[17]對(duì)豫南麥-玉復(fù)種體系的研究表明,深松(耕)時(shí)期與方式能夠顯著影響植株干物質(zhì)積累量,進(jìn)而提高產(chǎn)量,以秋深耕夏側(cè)位深松最高,較秋旋耕夏免耕的干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量分別增加28.2%,27.8%。Latifmanesh等[13]在華北平原麥-玉復(fù)種區(qū)進(jìn)行的研究表明,秋深松夏免耕能夠促進(jìn)小麥干物質(zhì)量的增加,顯著提高花后干物質(zhì)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)率,最終獲得最高產(chǎn)量。本研究中,在相同季節(jié)采用深松能比深翻增加冬小麥的干物質(zhì)積累量,尤其在秋季進(jìn)行能顯著增加各時(shí)期的干物質(zhì)積累量,其中秋深松在各測(cè)定時(shí)期均有最大的干物質(zhì)積累量,且較其他處理均顯著提高了花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后干物質(zhì)積累量。 這主要是因?yàn)榍锷钏刹粌H發(fā)揮了當(dāng)季深耕的作物增產(chǎn)優(yōu)勢(shì),而且較當(dāng)季深翻還可更好地維持土壤結(jié)構(gòu),從而促進(jìn)小麥生長(zhǎng)發(fā)育,提高葉片葉綠素含量和凈光合速率,進(jìn)而促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累量增加[34]。安崇霄等[35]對(duì)伊犁河谷中部麥-豆復(fù)種體系的研究也發(fā)現(xiàn),秋季深松比深翻能增加冬小麥的干物質(zhì)積累量以及產(chǎn)量。

3.4 深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育的三大營(yíng)養(yǎng)元素之一,良好的氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性是小麥獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。仝星星等[36]在黃淮海區(qū)研究表明,年內(nèi)耕作時(shí)間和方式的搭配對(duì)麥-玉氮素積累轉(zhuǎn)運(yùn)的調(diào)控效應(yīng)不同,相比于傳統(tǒng)的秋旋耕夏免耕,兩季均旋耕有利于植株氮素吸收積累并提高籽粒氮素含量,秋深松夏免耕和兩季均深松效果次之。聶良鵬[37]對(duì)灌區(qū)麥-玉復(fù)種體系的研究發(fā)現(xiàn),小麥氮素積累總量、籽粒氮素積累量和秸稈氮素積累量均表現(xiàn)為秋深松大于夏深松。本研究中,與夏深耕相比,秋深耕顯著增加了開(kāi)花期和成熟期植株氮素積累總量,并且顯著增加了成熟期籽粒氮素積累量,顯著提高了花前氮素轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和花后氮素積累量,最終獲得更高的籽粒產(chǎn)量。深松相較深翻處理對(duì)旱地小麥氮素積累的影響因耕作時(shí)間而異,夏深松相較夏深翻并不影響旱地小麥的氮素積累,但秋深松較秋深翻顯著提高了開(kāi)花期和成熟期植株氮素積累總量及各器官積累量,規(guī)律與旗葉光合特性一致,說(shuō)明深耕時(shí)間和方式通過(guò)增加小麥氮素積累,改善旗葉光合特性,最終達(dá)到籽粒產(chǎn)量的增加。這與鄭成巖等[38]研究發(fā)現(xiàn)秋深松能在拔節(jié)—成熟階段增強(qiáng)小麥的氮素吸收,提高光合作用,最終獲得高產(chǎn)的研究結(jié)果一致。

綜上,深耕時(shí)間和方式對(duì)旱地麥-玉復(fù)種體系中小麥產(chǎn)量、光合特性和物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性均有顯著影響。與夏深耕相比,秋深耕能夠顯著增加小麥產(chǎn)量、單位面積穗數(shù)、莖蘗數(shù)、旗葉凈光合速率、旗葉SPAD值、干物質(zhì)積累量和氮素積累量。與秋深翻相比,秋深松可顯著增加小麥產(chǎn)量、單位面積穗數(shù)、莖蘗數(shù)、旗葉凈光合速率、干物質(zhì)積累量和氮素積累量。綜合來(lái)看,在麥-玉復(fù)種體系中,秋季深松在優(yōu)化小麥莖蘗數(shù)和光合特性促進(jìn)物質(zhì)積累的同時(shí),改善了干物質(zhì)和氮素的轉(zhuǎn)運(yùn)特性,最終使產(chǎn)量顯著提高,是適宜于旱地麥-玉復(fù)種區(qū)小麥高產(chǎn)的耕作模式。