帶旋和全旋耕作對稻茬小麥生長和土壤理化性質(zhì)的影響

石夢迪，于喬喬，蔣文月，葛雨洋，朱 敏,2，李春燕,2，朱新開,2，丁錦峰,2，郭文善,2

帶旋和全旋耕作對稻茬小麥生長和土壤理化性質(zhì)的影響

石夢迪1，于喬喬1，蔣文月1，葛雨洋1，朱 敏1,2，李春燕1,2，朱新開1,2，丁錦峰1,2※，郭文善1,2

（1. 揚州大學小麥研究中心，揚州 225009；2. 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)技術協(xié)同創(chuàng)新中心，揚州 225009）

為明確帶旋耕作在稻茬麥區(qū)的適用性，該研究于2018—2020年在水稻秸稈切碎勻鋪還田條件下，以全旋（full rotary tillage，F(xiàn)RT）耕作為對照，研究了帶旋（strip rotary tillage，SRT）耕作對稻茬麥田土壤理化性質(zhì)、小麥生長和籽粒產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，與FRT相比，SRT在土壤偏干狀況下大幅提升了0～10 cm土層貯水量，提升幅度為15%～43%，而在土壤偏濕時提升幅度僅為3%～9%。帶旋耕作下土壤溫度日變化幅度平緩，且在低溫條件下有助于提升5和15 cm土層溫度。2 a間5～15 cm土層SRT土壤速效氮與速效鉀含量較FRT分別增加12%、55%、41%和17%，差異顯著（<0.05），SRT促進了土壤養(yǎng)分在淺層富集。在2019—2020年，SRT較FRT顯著增加了幼苗單株次生根數(shù)、單株地上部生物量、植株可溶性糖含量和葉片RuBPCase活性（<0.05），明顯提升了幼苗質(zhì)量，同時2 a間均提高了開花期和乳熟期單莖葉面積、葉片RuBPCase活性以及開花期和成熟期單莖干物質(zhì)量。2 a間均以SRT產(chǎn)量最高，比FRT分別增產(chǎn)11%和14%，穗粒數(shù)比FRT分別增加16%和5%，差異均達顯著水平（<0.05）。綜上，帶旋耕作下良好的土壤水、熱、肥條件有助于幼苗健壯生長，提升了單莖光合生產(chǎn)能力，促進了幼穗發(fā)育和穗粒數(shù)形成，但帶旋耕作出苗率較全旋耕作低了19.3%，未來還需結(jié)合其壯苗優(yōu)勢開展農(nóng)機農(nóng)藝配套技術研究。

土壤；產(chǎn)量；全旋耕；帶旋耕；稻茬小麥；幼苗生長

0 引 言

耕作方式不僅改變作物秸稈在土表和土壤中的存在形式和數(shù)量，還顯著影響土壤容重、水分和養(yǎng)分狀況[1]。前人研究表明，旋耕、耕翻和深松耕等技術可使表層土壤軟硬適宜，有助于降低土壤容重，提高小麥出苗率與整齊度，但不利于土壤表層養(yǎng)分聚集[2]。與傳統(tǒng)的旋耕或耕翻相比，少免耕對土壤擾動少，有助于保肥儲水；在低降水地區(qū)，有助于減輕干旱脅迫、促進植株生長；而在多雨地區(qū)，可實現(xiàn)高濕土壤搶早播種，且降低生產(chǎn)成本[3]。然而，長期采用免耕會增加土壤容重[4]，不利于土壤養(yǎng)分向深分布，并限制根系伸長和地上部生長[5]。近年研究表明，帶旋耕作作為一項有效的耕作措施，可保留板茬與常規(guī)耕作的優(yōu)勢。其機械作業(yè)特點是在秸稈切碎勻鋪還田條件下，通過開溝刀片僅對播種帶進行淺層旋耕，將根茬和地表泥土及肥料進行破除與混合，并將種子均勻撒落于播種溝內(nèi)，泥土、根茬和碎草混合蓋種，而帶間免耕保留土壤，形成旋耕帶與免耕帶相間的地表形態(tài)，這有助于解決播種質(zhì)量和秸稈還田問題，提高整地作業(yè)效率[6]。與全旋耕作相比，帶旋耕作減小了土壤擾動面積，將耕作的土壤留在條帶之間，既增加了耕作區(qū)域土壤通透性，也保留了未耕作土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，實現(xiàn)了良好的土壤濕度和較少的養(yǎng)分流失[7]，有助于改善土壤微生物群落組成及其多樣性，提高土壤有機碳、可溶性氮含量[8-9]。李朝蘇等[6]和吳曉麗等[10]在四川稻茬麥區(qū)開展研究，認為帶旋耕作可在水稻秸稈全量還田、較高土壤濕度下實施機械化播種作業(yè)，小麥出苗快、斷壟少、播種質(zhì)量高。HE等[11]和WANG等[12]在黃淮海麥區(qū)研究表明，帶旋耕作為旱地小麥營造了良好的土壤環(huán)境，促進了植株生長，增加了籽粒產(chǎn)量。

長江中下游是國內(nèi)小麥的主要生產(chǎn)地區(qū)，多采用水稻與小麥輪作。在水稻季，傳統(tǒng)的土壤搗漿耕作和淹水管理雖增加了產(chǎn)量，但破壞了土壤結(jié)構(gòu)，使土壤質(zhì)地變得黏重、耕性差[13]。加之該區(qū)在小麥播種、出苗期間易出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣，在水稻秸稈大量還田條件下，土壤過濕且黏重，嚴重制約了機械化耕作和播種質(zhì)量的提高，降低了幼苗生長質(zhì)量，減少籽粒產(chǎn)量。當前該地區(qū)傳統(tǒng)的整地播種方式是：采用鏵式犁深翻再旋耕或直接旋耕破碎土塊，平整土地，然后進行機械條播、寬幅播種或撒播。研究發(fā)現(xiàn)，這種常規(guī)的旋耕或耕翻技術易使土壤形成大坷垃，從而在播種時易造成排種口堵塞，出現(xiàn)播種過深過淺不一致、缺苗斷壟等情況，對播種出苗質(zhì)量產(chǎn)生影響[14]。LI等[15]研究認為，在高降雨量稻麥輪作地區(qū)，免耕較犁耕利于土壤墑情過濕時排水、低溫時保溫，且養(yǎng)分在土壤表層富集，有助于形成更多和更活躍的表層根系，提高幼苗活力、增加單株穗數(shù)、提升籽粒產(chǎn)量。但免耕也顯示出缺點，隨著連續(xù)免耕時間的延長，苗床質(zhì)量下降，會對小麥出苗產(chǎn)生影響，降低產(chǎn)量。XU等[16]在長江流域稻茬麥區(qū)研究表明，與全旋耕作相比，帶旋耕作促進了幼苗生長，提高了籽粒氮積累量以及籽粒產(chǎn)量。

前人關于深翻、旋耕和免耕等耕作方式對土壤理化性質(zhì)、植株生長和籽粒產(chǎn)量的影響研究已有較多報道，但對帶旋耕作如何影響長江中下游地區(qū)稻茬麥田土壤性質(zhì)、小麥生長生理和籽粒產(chǎn)量的報道較少。本文在水稻秸稈切碎勻鋪還田條件下，比較了帶旋和全旋耕作方式對稻茬麥田土壤理化性質(zhì)、小麥生長和籽粒產(chǎn)量的影響，以期明確帶旋耕作對稻茬小麥生產(chǎn)的適應性及其高產(chǎn)機制，為稻茬小麥高產(chǎn)高效栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗概況

試驗于2018—2020年在江蘇省泰州市姜堰區(qū)宏昌家庭農(nóng)場進行。前茬為水稻，水稻秸稈全量還田（還田量約為9 000 kg/hm2）。水稻由帶有稻草切碎勻鋪裝置的半喂入式聯(lián)合收割機收獲，秸稈切碎約5 cm長度。圖1為2018—2019和2019—2020年小麥生長季月累計降水量和月平均溫度。試驗田土壤為腰黑勤泥土。2019年耕播時土壤相對含水率為85%（偏濕），施用基肥前取0～20 cm表土測土壤基礎地力，其中有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)40.9 g/kg、堿解氮質(zhì)量分數(shù)162.6 mg/kg、速效磷質(zhì)量分數(shù)40.7 mg/kg、速效鉀質(zhì)量分數(shù)123.0 mg/kg；2020年，耕播時土壤相對含水率為59%（偏干），有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)48.1 g/kg、堿解氮質(zhì)量分數(shù)194.5 mg/kg、速效磷質(zhì)量分數(shù)41.2 mg/kg、速效鉀質(zhì)量分數(shù)206.0 mg/kg。由于土壤偏干，2020年播種后進行灌水以確保出苗，但由于之后降水也導致了苗期土壤偏濕。

1.2 試驗設計

試驗采用完全隨機設置，設全旋（full rotary tillage，F(xiàn)RT）和帶旋（strip rotary tillage，SRT）耕作方式，以FRT為對照，重復3次。FRT作業(yè)流程為：旋耕機旋耕2次（旋耕深度為10～15 cm），將秸稈均勻混入耕作層土壤，再采用旋耕智能施肥播種機（2BFG-10(8)230型，江蘇項瑛農(nóng)機有限公司，WD750型沃德輪式拖拉機牽引）進行播種。該播種機結(jié)合了滅茬（淺旋耕5 cm）、播種（條播，行距22.5 cm）、蓋籽、開排水溝（20 cm深，20 cm寬）、滾輪鎮(zhèn)壓等功能。SRT作業(yè)流程為：水稻秸稈茬均勻覆蓋于土壤表面，直接采用免耕帶旋播種機（2BMF-10型，中江縣澤豐小型農(nóng)機制造有限公司，WD750型沃德輪式拖拉機牽）播種。該播種機播種時提前將作業(yè)深度統(tǒng)一設置為4 cm，通過寬為4 cm的開溝刀片對根茬和地表泥土及肥料進行破除與混合，在田間形成寬約4 cm、深約4 cm的播種帶和寬約16 cm的免耕帶，種子均勻播落于播種溝內(nèi)，同時后方的鏈網(wǎng)將開溝器甩出的泥土連同碎草檔回覆蓋在播種溝上，該播種機結(jié)合了條帶旋耕、播種（條播，行距22 cm）、鏈網(wǎng)覆土覆草等功能。SRT下板茬（SRT-N）和帶旋（SRT-T）土壤理化性質(zhì)分別進行取樣與測定。

圖1 2018—2019和2019—2020年小麥生長季月降水量和月平均溫度

氮肥、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）施用量分別為225、120和120 kg/hm2。其中60%氮肥隨播種作為基肥施入，40%氮肥用作拔節(jié)肥追施；磷肥和鉀肥分別作基肥和拔節(jié)肥各施50%。肥料施用采用人工撒施的方式進行。試驗品種為揚麥25，2 a的播種時間分別為2018年11月1日和2019年11月1日，F(xiàn)RT播種量為163 kg/hm2、SRT為217 kg/hm2（出苗率低，增加播種量）。于小麥三葉期選擇長勢均勻的3個1 m2區(qū)域人工勻苗，按基本苗3×106株/hm2定苗。2019年6月3日和2020年6月4日收獲。其他栽培管理措施參照大面積高產(chǎn)栽培進行。

2 測定項目與方法

2.1 土壤容重、緊實度、含水率、貯水量和溫度

2019年小麥播后24和43 d以及2020年播后11和40 d，采用環(huán)刀法（體積為100 cm3）在每小區(qū)采用五點取樣法測定0～10 cm、10～20 cm的土壤容重及含水率[17]，2020年增加測定20～30 cm，SRT方式下分別對SRT-N和SRT-T取點測定。取樣前，稱量環(huán)刀和有孔蓋的總質(zhì)量（1），取樣后，測定1與原狀土柱總質(zhì)量（2），最后將環(huán)刀放置在烘箱中烘干至恒質(zhì)量，再次稱量（3）。土壤容重、土壤含水率及不同耕層土壤貯水量[3]按照以下公式進行計算：

土壤容重（g/cm3）＝（3-1）/100 （1）

土壤含水率（%）=(2-3)/(3-1)×100 （2）

土壤貯水量（mm）=土壤含水率（%）×該層土壤容重（g/cm3） ×土層厚度（cm）×10-1（3）

為清晰反映土壤緊實度狀況，2020年于越冬始期采用數(shù)顯土壤緊實度測定儀（TJSD-750-IV，浙江托普云農(nóng)科技有限公司）測定5、10、15、20和25 cm處土壤緊實度，SRT方式下分別對SRT-N和SRT-T取點測定。

土壤溫度采用直角地溫計進行，在FRT、SRT-N和SRT-T下分別埋設5、10、15、20和25 cm直角地溫計，2019年于播后24和43 d以及2020年播后11和40 d在6:00—18:00每隔2 h記錄1次土壤溫度。

2.2 土壤養(yǎng)分含量

于越冬始期，采用五點法用土鉆采集0～5和5～15 cm深度土壤樣品，自然風干后去除根系、秸稈等雜物并過2 mm網(wǎng)篩。按照常規(guī)土壤農(nóng)化分析方法，堿解氮含量采用堿解擴散法；速效磷含量采用碳酸氫鈉法；速效鉀含量采用乙酸銨浸提法。

2.3 播種深度、出苗率和出苗均勻度

于小麥三葉期每個處理連續(xù)取20株幼苗，測定幼苗基部白色區(qū)域長度，即為播種深度。調(diào)查各處理單位面積的成苗數(shù)，重復10次，按式（4）計算出苗率[18]。

出苗率（%）=[單位面積出苗數(shù)/（單位面積播種量×1 kg種子數(shù)×種子發(fā)芽率×種子凈度）]×100（4）

根據(jù)每處理單位面積調(diào)查的苗數(shù)算出每小區(qū)出苗變異系數(shù)的倒數(shù)表示出苗均勻度，其值越大，出苗越均勻。

2.4 幼苗質(zhì)量及花后單莖生長狀況

分別于越冬始期、開花期、乳熟期從每個處理中連續(xù)取30株植株，其中越冬期植株調(diào)查次生根數(shù)、分蘗數(shù)。去根清洗后，將綠葉摘下，用便攜式葉面積儀（LI-3000C型，美國LI-COR公司）測定葉片面積。樣品按器官分開，105 ℃殺青1 h，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，測定干物質(zhì)量。越冬期植株樣品經(jīng)烘干后磨碎，采用H2SO4-H2O2-靛酚藍比色法[19]測定含氮量；采用蒽酮法[20]測定可溶性糖含量。

于越冬始期、開花期、乳熟期田間另取小麥主莖最上全展葉10片，冰盒儲存，液氮速凍，置于-70 ℃冰箱保存，采用蘇州科銘生物科技有限公司產(chǎn)二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPCase）試劑盒測定RuBPCase活性。

2.5 籽粒產(chǎn)量

于乳熟期連續(xù)取100個麥穗測定每穗結(jié)實粒數(shù)。于成熟期調(diào)查1 m2穗數(shù)并收獲，脫粒自然晾干，稱質(zhì)量并測量含水率，換算為13%含水率千粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量。

2.6 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Excel 2016進行數(shù)據(jù)整理。采用DPS 7.0方差分析耕作方式對土壤容重和土壤儲水量的影響、耕作方式對不同土層土壤緊實度、土壤溫度和土壤養(yǎng)分含量的影響。處理間差異采用LSD法比較。采用Origin 2018軟件做圖。圖表中數(shù)據(jù)均為平均值±標準差。

3 結(jié)果與分析

3.1 耕作方式對土壤物理性質(zhì)和養(yǎng)分含量的影響

3.1.1 土壤容重和緊實度

采用數(shù)顯土壤緊實度測定儀測定結(jié)果顯示（圖2），5 cm處SRT-N土壤緊實度顯著高于SRT-T和FRT（<0.05），SRT-T與FRT間無顯著差異（>0.05）；10 cm處SRT-N顯著高于FRT（<0.05），SRT-N與SRT-T間無顯著差異（>0.05）；15 cm處SRT-N與SRT-T間無顯著差異（>0.05），均顯著高于FRT（<0.05）；20和25 cm處耕作間無顯著差異（>0.05）。由圖3可知，不同耕作方式下各土層土壤容重均有顯著差異（<0.05）。隨土層深度的增加，2019年（0～20 cm）和2020年（0～30 cm）土壤容重逐漸增加。在2019年和2020年，F(xiàn)RT下0～10 cm土層土壤容重均顯著低于SRT-N和SRT-T（<0.05），SRT-N與SRT-T間無顯著差異（>0.05）。10～20 cm土層土壤容重，在2019年播后24 d表現(xiàn)為FRT僅顯著低于SRT-N（<0.05），與SRT-T差異不顯著（>0.05），43 d表現(xiàn)為不同耕作間差異不顯著（>0.05）；在2020年播后11和40 d均表現(xiàn)為FRT顯著最低（<0.05），SRT-N與SRT-T間差異不顯著（>0.05）。耕作處理未顯著影響20～30 cm土層土壤容重（>0.05）（2020年測定）。表明，F(xiàn)RT有效松散了耕作層（0～20 cm）土壤，而SRT僅降低帶旋耕作處約5 cm深度處土壤緊實度。這可能是由于播種機在播種時，機械僅對淺層土壤產(chǎn)生了擾動，對深層土壤影響較小。

注：FRT、SRT-N和SRT-T分別代表全旋耕作、帶旋耕作板茬區(qū)域和帶旋耕作淺旋區(qū)域。下同。

3.1.2 土壤貯水量

由圖4可知，2019年0～20 cm土層土壤貯水量在46.1～92.0 mm，土壤偏干；2020年0～30 cm土層土壤貯水量在84.7～148.2 mm，土壤偏濕。2 a間，不同耕作對不同土層土壤貯水量有均有顯著影響。2019年，土壤貯水量隨土層增加顯著下降（0～20 cm）（<0.01）；而2020年，土壤貯水量隨土層增加顯著增加（0～30 cm）（<0.01）。2 a間，SRT-N和SRT-T下0～10 cm土層土壤貯水量均高于FRT，2019年測定時高15%～43%，而2020年測定時僅高3%～9%。10～20 cm土層土壤貯水量，在2019年播后24 d表現(xiàn)為不同耕作間差異不顯著（>0.05），播后43 d以FRT最高，較SRT-N和SRT-T高7%～19%；2020年播后11 d以SRT-T最高，較FRT高15%，播后40 d以SRT-N最高，較FRT和SRT-T增加3%和9%。在20～30 cm土層中，土壤貯水量均以SRT-T最高，較FRT和SRT-N輕微增加了1%～4%。表明，SRT可較FRT整體上增加0～30 cm土層土壤貯水量，在土壤偏干狀況下（2019）可大幅提升表層土壤濕度，而在土壤偏濕下（2020）僅略有增加。這可能是由于帶旋耕作土壤結(jié)構(gòu)相較穩(wěn)定，在偏干條件下有利于降低水分無效蒸發(fā)，提高土壤蓄水和持水能力。此外，穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu)可減少水分下滲，這可能是帶旋耕作在土壤偏濕時水分僅略有增加的原因。

注：圖中不同字母表示處理間顯著差異（P<0.05）。下同。

圖4 耕作方式對不同土層土壤貯水量的影響

3.1.3 土壤溫度

由圖5可知，0～25 cm土層土壤溫度較高時（測定土壤溫度8～18℃），土壤溫度隨土層深度總體呈下降趨勢，15與25 cm差異較??；但當土壤溫度較低時（測定土壤溫度2～6 ℃），土壤溫度則隨土層深度總體呈增加趨勢。耕作方式對土壤溫度的影響因測定深度和環(huán)境溫度而異。當土壤溫度較高時（2019年播后第24天和2020年播后第11天），不同耕作方式間5、15和25 cm處土壤溫度均未表現(xiàn)出顯著差異（>0.05）。當土壤溫度偏低時（2019年播后第43天和2020年播后第40天），SRT-N下5 cm處土壤溫度均顯著高于FRT（<0.05），但在2019年SRT-T與FRT間以及2020年SRT-N與SRT-T間土壤溫度差異不顯著（>0.05）；15 cm處土壤溫度僅在2019年播后43 d表現(xiàn)為SRT-N>SRT-T>FRT，處理間差異顯著（<0.05），2020年不同處理間差異不顯著（>0.05）；耕作方式對25 cm處土壤溫度無顯著性影響（>0.05）。

圖5 耕作方式對不同土層土壤溫度的影響

圖6展示了不同耕作方式下土壤溫度在6:00—18:00動態(tài)變化，總體呈現(xiàn)出先升高后下降的變化趨勢，耕作方式對土壤溫度日變化幅度的影響隨土層深度增加逐漸變小。在6:00—18:00，5 cm土層處土壤最低溫度和最高溫度均出現(xiàn)在FRT，SRT-N和SRT-T日變化幅度均較FRT平緩；在土溫較高時SRT-N與SRT-T方式間差異不明顯，但在土溫較低時SRT-N土壤溫度明顯高于SRT-T，15 cm土層處SRT-N的這種保溫效果更為明顯。25 cm土層處土壤溫度日變化幅度平緩，耕作方式間差異較小。綜上所述，SRT較FRT有助于減小土壤溫度的變化幅度，低溫條件下可提升表層土壤溫度。其原因可能在于帶旋耕作土壤水分含量較高，其板茬部分由于水分較高可起到溫度緩沖作用，從而使得土壤溫度日變化更加平緩。

圖6 不同耕作方式下各土層土壤溫度的日變化

3.1.4 土壤養(yǎng)分含量

由圖7可知，0～5 cm土層土壤養(yǎng)分含量總體高于5～15 cm土層。2 a間，耕作方式均未顯著影響0～5 cm和5～15 cm土層土壤速效磷含量（>0.05）。在0～5 cm土層，耕作方式未顯著影響2019年土壤速效氮和速效鉀含量（>0.05），但2020年SRT方式均顯著高于FRT方式，分別增加39%和20%（<0.05）。在5～15 cm土層，2 a間SRT土壤速效氮與速效鉀含量較FRT分別增加12%、55%、41%和17%，差異顯著（<0.05）。表明SRT有助于土壤養(yǎng)分在淺層（0～15 cm）土壤聚集。這可能是由于帶旋耕作對土壤擾動小，施用的肥料大都在土壤表層聚集。

圖7 耕作方式對不同土層土壤養(yǎng)分含量的影響

3.2 耕作方式對冬小麥播種質(zhì)量和生長情況的影響

2 a間，F(xiàn)RT方式下小麥播種深度和出苗率均顯著高于SRT（<0.05），其中SRT 2 a的出苗率較FRT分別降低了19.3%和18.9%（表1）。2019年，SRT出苗均勻度顯著高于FRT（<0.05），2020年則FRT顯著高于SRT（<0.01）。

由表1可知，2020年越冬始期小麥單株分蘗數(shù)、單株地上部生物量、單株葉面積、氮含量和葉片RuBPCase活性較2019年分別高60.08%、27.92%、53.77%、26.45%、25.37%。2019年耕作方式未顯著影響單株分蘗數(shù)、次生根數(shù)、單株地上部生物量、單株葉面積和可溶性糖含量（>0.05），SRT植株氮含量和葉片RuBPCase活性顯著高于FRT（<0.05）。2020年，SRT較FRT可顯著增加幼苗次生根數(shù)、單株地上部生物量、可溶性糖含量和葉片RuBPCase活性（<0.05），但處理間單株分蘗數(shù)、單株葉面積和氮含量差異不顯著（>0.05）。

表1 耕作方式對小麥播種質(zhì)量和幼苗生長的影響

由表2可知，總體上，2020年葉片RuBPCase活性高于2019年，單莖葉面積和單莖干物質(zhì)量在2 a間各有高低。2 a間，除2019年開花期和2020年乳熟期單莖葉面積在不同耕作方式間差異不顯著外（>0.05），SRT方式均較FRT方式顯著提高了開花期和乳熟期單莖葉面積和劍葉RuBPCase活性以及開花期和成熟期單莖干物質(zhì)量（<0.05）。表明，SRT方式有利于提高小麥花后單莖光合生產(chǎn)能力，可歸因于SRT下冬前高質(zhì)量的幼苗具有更為健壯的單莖。

表2 耕作方式對小麥花后單莖生長狀況的影響

3.3 耕作方式對冬小麥產(chǎn)量的影響

由表3可知，2020年籽粒產(chǎn)量較2019年高19%，主要原因在于2020年穗數(shù)較高。2019年和2020年，SRT方式下籽粒產(chǎn)量分別較FRT高11%和14%，差異顯著（<0.05）。不同耕作方式對穗數(shù)和千粒質(zhì)量在2 a間均無顯著影響（>0.05），但SRT方式下穗粒數(shù)均顯著高于FRT，增幅分別為16%和5%（<0.05）。SRT下更多的穗粒數(shù)可解釋為SRT下健壯單莖有助于幼穗發(fā)育和穗粒數(shù)形成。

表3 耕作方式對小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

4 討 論

本研究表明，與FRT相比，SRT處理下低溫時土壤表層溫度和土壤養(yǎng)分含量均較高，且減少了土壤擾動，增大了秸稈的通透性，對濕黏稻茬麥田的適應性顯著提升，這與李朝蘇等[6]、李明等[21]的研究結(jié)果一致。良好的幼苗生長質(zhì)量和分蘗發(fā)育能促進小麥后續(xù)營養(yǎng)和生殖生長[2,18]。本研究顯示，帶旋耕作構(gòu)建了良好的土壤環(huán)境，使小麥幼苗健壯生長，提升了植株中后期光合生產(chǎn)能力，促進了籽粒產(chǎn)量提升。

4.1 帶旋耕作有助于緩沖土壤水熱環(huán)境變化，促進幼苗生長

耕作能夠通過物理作用明顯影響田間秸稈分布和土壤結(jié)構(gòu)，主要體現(xiàn)在土壤水分、熱量和養(yǎng)分有效性等方面。土壤水熱環(huán)境的變化幅度對作物出苗和生長具有重要意義。不同的耕作處理對土壤擾動程度不同，導致土壤容重有所差異[22-23]，從而對降水入滲和水分蒸發(fā)產(chǎn)生影響。在本研究中，帶旋耕作僅降低了播種出苗區(qū)域0～5 cm土層的土壤緊實度，與全旋耕作相比，減少了對土壤的擾動，既增加了播種區(qū)域土壤通透性，也保留了未耕作土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。耕作對土壤環(huán)境的影響還因水分狀況而異。雖然本試驗是在降水豐沛的生產(chǎn)區(qū)進行，但年際間降水變化較大，導致土壤墑情差異大。本研究發(fā)現(xiàn)，當土壤偏干時帶旋較全旋耕作能夠提升0～10 cm土層土壤貯水量，這表明全旋耕作雖松散了土壤，加入秸稈增加土壤孔隙度，但偏干條件下會導致土壤結(jié)構(gòu)破壞，增加水分蒸發(fā)和養(yǎng)分流失，不利于保水保肥[12,24]；而帶旋耕作下穩(wěn)定的土壤結(jié)構(gòu)有利于降低水分無效蒸發(fā)，提高土壤蓄水和持水能力[25]。本研究土壤偏濕條件下，帶旋與全旋耕作方式間0～30 cm土層土壤貯水量相當。前人研究認為少耕土壤容重高，可減少水分下滲，在高降水條件下易產(chǎn)生地表徑流[26]，這可能有助于地表快速排水，降低漬害發(fā)生風險。本試驗缺少在高濕土壤條件下的試驗結(jié)果，具體影響效應還需進一步研究。此外，本試驗雖未記錄小麥整個生育期土壤水分含量變化，但李明等[21]研究表明，相比于深旋耕作，淺旋和免耕帶旋耕作可提高播種出苗期、分蘗期、拔節(jié)期和孕穗期0～10 cm土層土壤水分含量，開花期以后處理間差異不明顯。這表明耕作對土壤水分的影響效應隨著時間推移而減弱，可能的解釋是降水致土壤逐漸沉實。本研究結(jié)果還表明，帶旋較全旋耕作有助于平緩土壤溫度的變化幅度，并且在低溫條件下提升表層土壤溫度。這與HE[11]和黃高寶等[27]研究結(jié)果基本一致，前人認為全旋耕作將作物秸稈與土壤混勻，增加了土壤孔隙度，加大了土壤的吸熱與散熱速率，使得土壤溫度變幅擴大。此外，土壤溫度的變化還與其水分狀況有關，由于土壤顆粒比水具有更低的熱容和更大的導熱性，干土壤要比濕土壤冷熱得更快[28-29]。在本研究中，帶旋耕作土壤水分含量較高，其板茬部分由于水分較高可起到溫度緩沖作用，從而使得土壤溫度日變化更加平緩。

土壤環(huán)境的改善有助于種子出苗和幼苗早期生長[30-31]。張斯梅等[32]研究認為淺耕下小麥出苗率高于免耕，前者可改善土壤與種子接觸狀況，有利于促進出苗。申冠宇等[2]認為旋耕可顯著提高種子出苗率、整齊度，有助于獲得高質(zhì)量幼苗，同時耕層增加可以提高植株發(fā)根能力和根系活力，進而間接影響生育后期灌漿速率以及籽粒產(chǎn)量。亦有研究認為少免耕下也可實現(xiàn)均勻出苗，且出苗快，綠葉面積大，分蘗多，幼苗生長健壯[32-34]。在本研究中，帶旋耕作對幼苗質(zhì)量的提升在2020年度更為明顯，顯著增加了幼苗次生根數(shù)、單株地上部生物量、植株可溶性糖含量和葉片RuBPCase活性。帶旋耕作促進幼苗健壯生長可能歸因于其土壤養(yǎng)分多富集在淺層土壤，本研究結(jié)果表明，帶旋較全旋耕作增加了0～15 cm土層土壤堿解氮和速效鉀含量。這可能是由于帶旋耕作對土壤擾動小，施用的肥料大都在土壤表層聚集，較少的耕作增加了土壤通透性，有利于降雨入滲，促進淺層根系對有效養(yǎng)分的吸收和利用[35]。此外，低溫條件下土壤的增溫作用有助于保護小麥安全越冬，且減少熱量散失，充分利用熱量資源。2020年度小麥越冬前降水較少、溫度較高，可能提升了帶旋耕作的土壤儲水、增溫效應，對幼苗生長促進更為明顯。

4.2 帶旋耕作有助于提升單莖生產(chǎn)力，促進籽粒產(chǎn)量形成

李福建等[36]研究認為免耕小麥灌漿后期葉片可截取更多光能，提升了葉片光合生產(chǎn)能力，有利于粒質(zhì)量增加。LATIFMANESH[37]和SUN等[38]研究表明，灌溉和雨養(yǎng)條件下少免耕降低了穗數(shù)和每穗粒數(shù)，但LIU等[39]研究結(jié)果與之相反。前人研究結(jié)果不盡相同可能由于試驗條件差異所致。本試驗在等基本苗條件下，表明全旋與帶旋耕作間穗數(shù)和千粒質(zhì)量均無顯著差異，但帶旋耕作顯著提高了每穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量。分析顯示，帶旋耕作提高了小麥花后單莖綠葉面積、單莖干物質(zhì)量和葉片RuBPCase活性，指示帶旋耕作下更強的單莖生長生理能力，可能有助于促進幼穗發(fā)育和穗粒數(shù)形成。HE等[11]研究認為，帶旋耕作可增加花后葉片葉綠素含量和面積，延緩葉片早衰，使植株保持較高的光合性能，提升最終籽粒產(chǎn)量。本研究顯示，帶旋耕作構(gòu)建了良好的土壤水、熱、肥條件，使得冬前幼苗具有較優(yōu)的形態(tài)和生理特征，提升了植株中后期光合生產(chǎn)能力，促進了籽粒產(chǎn)量提升。結(jié)果進一步明確了培育冬前壯苗與促進產(chǎn)量提升具有協(xié)同一致性，深化了壯苗培育和高產(chǎn)形成機制。

4.3 帶旋耕作下出苗率偏低

在本研究中，在水稻秸稈全量還田條件下，帶旋耕作雖較全旋耕作提升了小麥幼苗質(zhì)量，提高了產(chǎn)量，但2 a間小麥出苗率較全旋耕作明顯偏低，這可能是由于機械條件限制，在種子落入種溝后，種子覆土效果較差，造成種子在土壤空間中分布不均勻。雖然通過增加播種量可以提高出苗數(shù)量，但帶旋耕作模式下適宜播種量與基本苗數(shù)還需進一步明確。

5 結(jié) 論

本研究在水稻秸稈切碎勻鋪還田條件下，通過2 a時間的大田試驗，比較了帶旋和全旋耕作方式對長江流域稻茬麥田土壤理化性質(zhì)、小麥生長和籽粒產(chǎn)量的影響，主要結(jié)論如下：

1）濕黏稻茬麥田條件下，與全旋耕作相比，帶旋耕作在土壤偏干時（2019年）大幅提升了0～10 cm土層儲水量，提升幅度為15%～43%；在土壤偏濕時（2020年）提升幅度僅為3%～9%。同時，帶旋耕作下土壤溫度日變化幅度減小，當土壤溫度較低時，帶旋耕作有助于提升5 cm和15 cm土層溫度。

2）2 a間5～15 cm土層SRT土壤速效氮與速效鉀含量較FRT分別增加12%、55%、41%和17%，差異顯著（<0.05），有助于促進土壤養(yǎng)分在淺層土壤富集。

3）2 a試驗期間帶旋耕作小麥籽粒產(chǎn)量較全旋耕作分別提高了11%和14%，穗粒數(shù)增加了16%和5%，差異均達顯著水平（<0.05）。其主要原因是帶旋耕作土壤條件能夠促進幼苗健壯生長，提升花后單莖光合生產(chǎn)能力，進而增加每穗粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量。但帶旋耕作出苗率較全旋耕作低了19%，未來還需結(jié)合其壯苗優(yōu)勢開展農(nóng)機農(nóng)藝配套技術研究。

[1] 郭孟潔，李建業(yè)，李健宇，等. 實施16年保護性耕作下黑土土壤結(jié)構(gòu)功能變化特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2021，37(22)：108-118. GUO Mengjie, LI Jianye, LI Jianyu, et al. Changes of soil structure and function after 16-year conservation tillage in black soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(22): 108-118. (in Chinese with English abstract)

[2] 申冠宇，楊習文，周蘇玫，等. 土壤耕作技術對小麥出苗質(zhì)量、根系功能及粒重的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2019，52(12)：2042-2055. SHEN Guanyu, YANG Xiwen, ZHOU Sumei, et al. Impacts of soil tillage techniques on seedling quality, root function and grain weight in wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(12): 2042-2055. (in Chinese with English abstract)

[3] 丁晉利，魏紅義，楊永輝，等. 保護性耕作對農(nóng)田土壤水分和冬小麥產(chǎn)量的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2018，29(8)：2501-2508. DING Jinli, WEI Hongyi, YANG Yonghui, et al. Effects of conservation tillage on soil water condition and winter wheat yield in farmland[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2018, 29(8): 2501-2508. (in Chinese with English abstract)

[4] 張銀平，遲巖杰，王占濱，等. 麥-玉兩熟區(qū)組合耕作模式周期生產(chǎn)力綜合評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2020，36(16)：35-43. ZHANG Yinping, CHI Yanjie, WANG Zhanbin, et al. Comprehensive evaluation of periodic productivity of combined tillage mode in wheat-maize double cropping areas[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(16): 35-43. (in Chinese with English abstract)

[5] FRANZLUEBBERS A J, SCHOMBERG H H, ENDALE D M. Surface-soil responses to paraplowing of long-term no-tillage cropland in the Southern Piedmont USA[J]. Soil and Tillage Research, 2007, 96(1): 303-315.

[6] 李朝蘇，湯永祿，解立勝，等. 2BMFDC-6型稻茬麥半旋播種機設計與性能試驗[J]. 西南農(nóng)業(yè)學報，2011，24(2)：789-793. LI Chaosu, TANG Yonglu, XIE Lisheng, et al. Design and experiment of 2BMFDC-6 half-tillage seeder of wheat after rice[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2011, 24(2): 789-793. (in Chinese with English abstract)

[7] VAITAUSKIENE K, ?ARAUSKIS E, ROMANECKAS K, et al. Design, development and field evaluation of row-cleaners for strip tillage in conservation farming[J]. Soil and Tillage Research, 2017, 174: 139-146.

[8] 王小玲，馬琨，汪志琴，等. 冬小麥免耕覆蓋與有機栽培對土壤微生物群落組成的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2019，27(2)：267-276. WANG Xiaoling, MA Kun, WANG Zhiqin, et al. Effects of no-tillage, mulching and organic fertilization on soil microbial composition in winter wheat field[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(2): 267-276. (in Chinese with English abstract)

[9] 李彤，王梓廷，劉露，等. 保護性耕作對西北旱區(qū)土壤微生物空間分布土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學，2017，50(5)：859-870. LI Tong, WANG Ziting, LIU Lu, et al. Effect of conservation tillage practices on soil microbial spatial distribution and soil physico-chemical properties of the northwest dryland[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(5): 859-870. (in Chinese with English abstract)

[10] 吳曉麗，湯永祿，李朝蘇，等. 不同生育時期漬水對冬小麥旗葉葉綠素熒光及籽粒灌漿特性的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2015，23(3)：309-318. WU XiaoLi, TANG Yonglu, LI Chaosu, et al. Effect of waterlogging at different growth stages on flag leaf chlorophy11 fluorescence and grain-filling properties of winter wheat[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(3): 309-318. (in Chinese with English abstract)

[11] HE J, LI H W, KUHN N J, et al. Effect of ridge tillage, no-tillage, and convesational tillage on soil temperature, water use, crop performance in cold and semi-arid areas in Northeast China[J]. Soil Research, 2010, 48(8): 737-744.

[12] WANG H G, GUO Z J, SHI Y, et al. Impact of tillage practices on nitrogen accumulation and translocation in wheat and soil nitrate-nitrogen leaching in drylands[J]. Soil and Tillage Research, 2015, 153: 20-27.

[13] 胡紅，李洪文，李傳友，等. 稻茬田小麥寬幅精量少耕播種機的設計與試驗[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2016，32(4)：24-32. HU Hong, LI Hongwen, LI Chuanyou, et al. Design and experiment of broad width and precision minimal tillage wheat planter in rice stubble field[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(4): 24-32. (in Chinese with English abstract)

[14] 楊四軍，顧克軍，張恒敢，等. 影響稻茬麥出苗的關鍵因子與應對措施[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學，2011，39(5)：89-91.

[15] LI F J, ZHANG X B, XU D Y, et al. No-Tillage promotes wheat seedling growth and grain yield compared with plow–rotary tillage in a rice–wheat rotation in the high rainfall region in China[J]. Agronomy, 2022, 12(4): 865-865.

[16] XU D Y, DING J F, YANG D D, et al. Strip tillage improves grain yield and nitrogen efficiency in wheat under a rice–wheat system in China[J]. Agronomy, 2022, 12(11): 2698.

[17] 王巖，劉玉華，張立峰，等. 耕作方式對冀西北栗鈣土土壤物理性狀及莜麥生長的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2014， 30(4)：109-117. WANG Yan, LIU Yuhua, ZHANG Lifeng, et al. Effects of tillage mode on chestnut soil’s physical characters and naked oats growth in Northwest Hebei province[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(4): 109-117. (in Chinese with English abstract)

[18] 吳鵬，李福建，于倩倩，等. 耕作與播種方式、密度和施氮量對稻茬小麥幼苗質(zhì)量的影響[J]. 麥類作物學報，2021，41(1)：72-80. WU Peng, LI Fujian, YU Qianqian, et al. Effect of tillage and seeding method, planting density, and nitrogen rate on seedling quality of wheat following rice[J]. Journal of Triticeae Crops, 2021, 41(1): 72-80. (in Chinese with English abstract)

[19] SCHEINER D. Determination of ammonia and kjeldahl nitrogen by indophenol method[J]. Water Research. 1976, 10(1): 31-36.

[20] CHOW P S, LANDHAUSSER S M. A method for routine measurements of total sugar and starch content in woody plant tissues[J]. Tree Physiology, 2004, 24(10): 1129–1136.

[21] 李明，李朝蘇，劉淼，等. 耕作播種方式對稻茬小麥根系發(fā)育、土壤水分和硝態(tài)氮含量的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2020，31(5)：1425-1434. LI Ming, LI Chaosu, LIU Miao, et al. Effects of different tillage and sowing practices on root growth, soil moisture, and soil nitrate nitrogen content of wheat after rice[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2020, 31(5): 1425-1434. (in Chinese with English abstract)

[22] 閆雷，喇樂鵬，董天浩，等. 耕作方式對東北黑土坡耕地土壤物理性狀及根系垂直分布的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2021，37(1)：125-132. YAN Lei, LA Yuepeng, DONG Tianhao, et al. Soil physical properties and vertical distribution of root systems affected by tillage methods in black soil slope farmlands in Northeast China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(1): 125-132. (in Chinese with English abstract)

[23] 陳學文，張曉平，梁愛珍，等. 耕作方式對黑土硬度和容重的影響[J]. 應用生態(tài)學報，2012，23(2)：439-444. CHEN Xuewen, ZHANG Xiaoping, LIANG Aizhen, et al. Effects of tillage mode on black soil’s penetration resistance and bulk density[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(2): 439-444. (in Chinese with English abstract)

[24] VIZIOLI B, CAVALIERI-POLIZELI KARINA M V, TORMENA C A, et al. Effects of long-term tillage systems on soil physical quality and crop yield in a Brazilian Ferralsol[J]. Soil and Tillage Research, 2021, 209.

[25] 于同艷，張興. 耕作措施對黑土農(nóng)田耕層水分的影響[J]. 西南大學學報，2007，29(3)：121-124. YU Tongyan, ZHANG Xing. Effects of different soil tillage systems on soil water in the black farmland[J]. Journal of Southwest University, 2007, 29(3): 121-124. (in Chinese with English abstract)

[26] 楊永輝，武繼承，張潔梅，等. 耕作方式對土壤水分入滲、有機碳含量及壤結(jié)構(gòu)的影響[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2017，25(2)：258-266. YANG Yonghui, WU Jicheng, ZHANG Jiemei, et al. Effect of tillage method on soil water infiltration, organic carbon content and structure[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(2): 258-266. (in Chinese with English abstract)

[27] 黃高寶，李玲玲，張仁陟，等. 免耕秸稈覆蓋對旱作麥田土壤溫度的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2006，24(5)：1-4，19. HUANG Gaobao, LI Lingling, ZHANG Renzhi, et al. Effects of no tillage with stubble retention on soil temperature of rainfed spring wheat field[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2006, 24(5): 1-4, 19. (in Chinese with English abstract).

[28] PRAMANIK P, CHAKRABARTI B, BHATIA A, et al. Effect of elevated temperature on soil hydrothermal regimes and growth of wheat crop[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2018, 190(4): 217.

[29] 陳麗娟，張新民，王小軍，等. 不同土壤水分處理對膜上灌春小麥土壤溫度的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2008，24(4)：9-13. CHEN Lijuan, ZHANG Xinmin, WANG Xiaojun, et al. Effect of different soil moisture treatments on soil temperature of plastic film mulched spring wheat[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(4): 9-13. (in Chinese with English abstract)

[30] 張銀平，杜瑞成，刁培松，等. 機械化生態(tài)沃土耕作模式提高土壤質(zhì)量及作物產(chǎn)量[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2015，31(7)：33-38. ZHANG Yinping, DU Ruicheng, DIAO Peisong, et al. Mechanical and ecological tillage pattern improving soil quality and crop yields[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(7): 33-38. (in Chinese with English abstract)

[31] 聶良鵬，郭利偉，牛海燕，等. 輪耕對小麥-玉米兩熟農(nóng)田耕層構(gòu)造及作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響[J]. 作物學報，2015，41(3)：468-478. NIE Liangpeng, GUO Liwei, NIU Haiyan, et al. Effects of rotational tillage on tilth soil structure and crop yield and quality in maize–wheat cropping system[J]. Acta Agronomica Sinica, 2015, 41(3): 468-478. (in Chinese with English abstract)

[32] 張斯梅，顧克軍，張恒敢，等. 稻秸還田下耕作與播種方式對小麥出苗及產(chǎn)量的影響[J]. 中國農(nóng)學通報，2017，33(10)：19-22. ZHANG Simei, GU Kejun, ZHANG Henggan, et al. Effects of tillage and sowing patterns on wheat seedling emergence and yield with rice straw returning[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2017, 33(10): 19-22. (in Chinese with English abstract)

[33] 李偉，丁啟朔，何瑞銀，等. 不同耕作和播種模式下稻茬麥種子區(qū)微氣候特征及出苗效應[J]. 華南農(nóng)業(yè)大學學報，2018，39(1)：45-50. LI Wei, DING Qishuo, HE Ruiyin, et al. Micro-climate characteristics and seedling qualities in seed-zone of post-paddy wheat field under different tillage and seeding modes[J]. Journal of South China Agricultural University, 2018, 39(1): 45-50. (in Chinese with English abstract)

[34] 鄭亭，樊高瓊，王秀芳，等. 耕作方式、播深及覆土對機播套作小麥麥苗素質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2011，27(5)：164-168. ZHENG Ting, FAN Gaoqiong, WANG Xiufang, et al. Effect of tillage managements, sowing depth and soil-covering on the seedlings quality of mechanical sowing wheat under intercropping condition[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(5): 164-168. (in Chinese with English abstract)

[35] 汪可欣，王麗學，吳佳文，等. 不同耕作方式對土壤耕作層水、肥保持能力及玉米產(chǎn)量的影響分析[J]. 中國農(nóng)村水利水電，2009(5)：53-55，59. WANG Kexin, WANG Lixue, WU Jiawen, et al. Effect of different cultivation methods on maintenance capacity of water and fertilizer surface soil and yield of corn[J]. China Rural Water and Hydropower, 2009(5): 53-55, 59. (in Chinese with English abstract)

[36] 李福建，徐東憶，吳鵬，等. 機械耕作和播種方式對稻茬小麥光合生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2021，37(5)：41-49. LI Fujian, XU Dongyi, WU Peng, et al. Effects of mechanical tillage and sowing methods on photosynthetic production and yield of wheat in rice stubble[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(5): 41-49. (in Chinese with English abstract)

[37] LATIFMANESH H, DENG A X, NAWAZ M M, et al. Integrative impacts of rotational tillage on wheat yield and dry matter accumulation under corn-wheat cropping system[J]. Soil and Tillage Research, 2018, 184: 100-108.

[38] SUN M, REN A X, GAO Z Q, et al. Long-term evaluation of tillage methods in fallow season for soil water storage, wheat yield and water use efficiency in semiarid southeast of the Loess Plateau[J]. Field Crop Research, 2018, 218: 24-32.

[39] LIU Y, SUI Y W, GU D D, et al. Effects of conservation tillage on grain filling and hormonal changes in wheat under simulated rainfall conditions[J]. Field Crop Research, 2013, 144: 43-51.

Effects of the strip rotary and full rotary tillage on the wheat growth and soil physicochemical properties in rice stubble

SHI Mengdi1, YU Qiaoqiao1, JIANG Wenyue1, GE Yuyang1, ZHU Min1,2, LI Chunyan1,2, ZHU Xinkai1,2, DING Jinfeng1,2※, GUO Wenshan1,2

(1.,,225009,;2.-,225009,)

Sticky texture of soil and tillage condition can be found in the rice-wheat rotation area, due to the conventional management practices of puddling and flooding. The returning rice straw into the field can also seriously affect the emergence and growth of wheat seedlings. The tillage modes can dominate the form and amount of the crop residues returning into the soil, together with the hydrothermal environment in the soil. Therefore, a suitable tillage and seeding mode can facilitate the emergence and growth of seedlings, even for the high grain yield of wheat. Strip rotary tillage (SRT) has been an effective practice to combine no- and convention-tillage. In this study, a systematic investigation was implemented to explore the effects of the SRT on the physical and chemical properties of soil, wheat growth, and grain yield in the rice stubble field from 2018 to 2020. The applicability of SRT was also clarified in the rice-wheat rotation areas. Among them, full rotary tillage (FRT) was taken as the control treatment. Specifically, the rotary tillage was implemented twice (10-15 cm depth), and the straw was evenly mixed into the soil, finally seeding. The used seeder included the functions of shallow rotary tillage, drill seeding, soil covering, excavating drainage ditch, and roller suppression. In SRT, the rice stubble was uniformly covered on the soil surface, and then directly seeded using the strip rotary seeder. The strip tillage depth of the seeder was set to 4 cm. The stubble, soil, and fertilizer on the surface were broken to mix with a 4 cm width of tillage blade. Thus, there was a sowing belt with about 4 cm width and a no-till belt with about 16 cm width in the field. The seeds were evenly sown in the sowing trench, and then a chain net covered the soil and straw on the sowing trench. The results showed that the SRT significantly increased the water storage in the 0-10 cm soil layer by 15%-43% under dry soil conditions, but only increased by 3%-9% under wet soil conditions, compared with the FRT. There was a gentle diurnal variation of soil temperature under SRT. The temperature of the soil layer at 5 and 15 cm increased at low temperatures. The content of available nitrogen and potassium in the 5-15 cm soil layer of SRT increased by 12%, 55%, 41%, and 17%, compared with the FRT, respectively (<0.05). The enrichment of soil nutrients was promoted in the shallow soil. The SRT significantly improved the number of secondary roots per plant, aboveground biomass per plant, plant soluble sugar content, and RuBPCase activity in the leaves (<0.05) in 2019-2020, compared with the FRT, indicating the better quality of seedlings. At the same time, the SRT improved the leaf area per stem, and the RuBPCase activity in the leaves at the anthesis and milk ripening in the two seasons. The highest yield of SRT was achieved, which increased by 11% and 14%, compared with the FRT. The number of grains per panicle also increased by 16% and 5%, respectively, with significant differences (<0.05). In conclusion, the favorable soil conditions in water, heat, and nutrient under SRT were conducive to the vigor growth of seedlings, the improved photosynthetic production of a single stem, the development of young spike, and the formation of grain number per spike. Furthermore, the low emergence rate of seedlings under SRT can be expected to investigate using the supporting agronomic techniques for the vigorous seedlings.

soil; yield; full rotary tillage; strip rotary tillage; wheat in rice stubble; seeding growth

2022-12-24

2023-04-28

國家自然科學基金項目（32172111）；國家重點研發(fā)計劃項目（2022YFD2301404）；江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（小麥）產(chǎn)業(yè)技術體系；江蘇高校優(yōu)勢學科建設工程項目

石夢迪，研究方向為小麥機械化高產(chǎn)栽培技術。Email：mengdi0227@163.com

丁錦峰，博士，教授，研究方向為小麥高產(chǎn)高效栽培與生理。Email：jfdin@yzu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.202212165

S512.1；S282

A

1002-6819(2023)-08-0065-11

石夢迪，于喬喬，蔣文月，等. 帶旋和全旋耕作對稻茬小麥生長和土壤理化性質(zhì)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2023，39(8)：65-75. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202212165 http://www.tcsae.org

SHI Mengdi, YU Qiaoqiao, JIANG Wenyue, et al. Effects of the strip rotary and full rotary tillage on the wheat growth and soil physicochemical properties in rice stubble[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2023, 39(8): 65-75. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202212165 http://www.tcsae.org