秋季耕作方式對旱地麥-玉二熟區(qū)小麥產(chǎn)量形成的影響

黃修利,黃 明, 趙凱男, 汪洪濤, 吳姍薇,張 軍,李淑靖, 趙雯馨, 趙志明,吳金芝, 李友軍

(河南科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院,河南洛陽 471023)

旱地占我國作物播種面積的1/3,是我國糧食作物生產(chǎn)的前沿陣地和增產(chǎn)潛力區(qū)域,在保障我國糧食安全中發(fā)揮著重要作用[1-2]。在我國旱作區(qū),由于水分匱乏、土壤貧瘠,加上耕作栽培措施相對落后,作物產(chǎn)量和種植效益普遍低而不穩(wěn),特別是在旱地冬小麥-夏玉米(簡稱麥-玉)二熟區(qū)更為突出[3],已經(jīng)嚴(yán)重影響到人們的種糧積極性。因此,探究旱地麥-玉二熟區(qū)作物高產(chǎn)的栽培技術(shù)對保障糧食安全和旱地糧食作物的健康發(fā)展具有重要意義。

麥-玉二熟制是黃淮海地區(qū)重要的種植制度。在黃淮海地區(qū),人們?yōu)榱撕喕僮鳌p少投入和節(jié)約農(nóng)時,廣泛采用夏季(玉米季)免耕播種、秋季(小麥季)旋耕后播種的耕作模式。在這種模式下,夏季免耕易造成養(yǎng)分富集于土壤表層,增加病蟲草害發(fā)生率,降低玉米出苗率;秋季連年旋耕會導(dǎo)致耕層變淺、通氣性變差,造成徑流和土壤水蒸發(fā)損失,降低土壤的蓄水保墑能力[4],也不利于作物根系下扎和對土壤中水肥的吸收[5],進(jìn)而影響作物生長發(fā)育和產(chǎn)量形成[6-7],已經(jīng)產(chǎn)生了明顯的生產(chǎn)負(fù)效應(yīng)。研究表明,改旋耕為深松,可打破土壤犁底層,改善土壤緊實(shí)度和滲透強(qiáng)度,增強(qiáng)土壤深層蓄水量,有利于小麥根系下扎[8],延緩旗葉葉綠素降解,改善葉片光合性能[9],影響干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配[10-12],最終促進(jìn)小麥產(chǎn)量的提升[13-14]。免耕作為保護(hù)性耕作的重要措施之一,已在小麥生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用,但其產(chǎn)量效應(yīng)尚無具體定論。有研究發(fā)現(xiàn),免耕可優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu),增加土壤表層水分和養(yǎng)分含量[15],改善小麥光合特性、營養(yǎng)物質(zhì)吸收利用特性和干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配特性[16],最終實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[17]。也有研究認(rèn)為,免耕不僅會因播種時壓實(shí)土壤,加上土壤自然沉降,會增加土壤緊實(shí)度,不利于作物根系生長[18],而且會因“降溫效應(yīng)”使小麥分蘗力降低[19],致使小麥減產(chǎn)。為了解決此類問題,人們通過優(yōu)化秋季耕作方式改善小麥的生長發(fā)育條件,從而提高小麥產(chǎn)量。如,在灌區(qū)夏免耕的條件下,秋深松與秋旋耕相比可降低土壤緊實(shí)度,有效促進(jìn)小麥根系的生長,增加有效穗數(shù),使小麥及作物的周年產(chǎn)量分別增加22.0%和15.2%[20];在一年一熟區(qū),秋深松較秋免耕在越冬期可促進(jìn)小麥分蘗,改善小麥光合能力,為提高小麥高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[21]。然而,前人的研究主要是圍繞旱地一年一熟體系或灌區(qū)麥-玉二熟體系進(jìn)行,而有關(guān)秋季耕作對旱地麥-玉二熟區(qū)小麥產(chǎn)量形成的調(diào)控效應(yīng)尚鮮有報道。本研究于2019-2021年度在河南省洛陽市孟津區(qū)小浪底鎮(zhèn)明達(dá)村,在2019年度夏玉米免耕播種的田塊,定位設(shè)置秋深松、秋免耕和秋旋耕3種耕作方式,分析秋季耕作方式對旱地麥-玉二熟體系中小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和穗部性狀,以及2020-2021年度小麥葉片光合特性和干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)特征的影響,以期為豫西旱地麥-玉二熟體系的合理耕作提供理論支撐和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2019年6月-2021年6月在河南省洛陽市孟津區(qū)小浪底鎮(zhèn)明達(dá)村進(jìn)行。試驗(yàn)地位于黃土高原與黃淮海交匯區(qū)域,為典型的半濕潤易旱區(qū),海拔為147 m,年平均氣溫15 ℃左右,年降水量為400～800 mm,主要集中在6-9月份,其中2019-2020年度夏玉米季降水量為437.7 mm,冬小麥季降水量為212.0 mm;2020-2021年度夏玉米季降水量為317.6 mm,冬小麥季降水量為252.8 mm,兩個年度均為平水年份。麥-玉二熟為當(dāng)?shù)刂饕姆N植制度。試驗(yàn)前0～20和20～40 cm土層土壤的pH值分別為7.57和7.40,有機(jī)質(zhì)含量分別為14.69和9.99 g·kg-1,全氮含量分別為1.11和0.89 g·kg-1,有效磷含量分別為9.04和2.52 mg·kg-1,有效鉀含量分別為139.60和107.35 mg·kg-1;0～200 cm土層硝態(tài)氮累積量426.06 kg·hm-2。試驗(yàn)期間降水分布如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)地2019-2021年度逐月降水量Fig.1 Monthly precipitation in the experimental site from 2019 to 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)。在2019年選擇前茬玉米免耕種植的田塊,定位設(shè)置秋深松、秋免耕和秋旋耕3個處理。耕作在小麥播前(秋季)進(jìn)行,秋深松處理采用深松機(jī)作業(yè)(深度35±2 cm)1遍后再用旋耕機(jī)作業(yè)(深度15±2 cm)1遍;秋免耕處理直接采用免耕施肥播種一體機(jī)播種;秋旋耕處理采用旋耕機(jī)作業(yè)(深度15±2 cm)2遍。按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣,前茬玉米秸稈機(jī)械滅茬處理后全量還田。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[22]描述的方法,各處理采用大區(qū)對比設(shè)置。大區(qū)面積為360 m2(60 m×6 m)。出苗后將每個大區(qū)平均劃為3個取樣小區(qū),視為每個處理的三次重復(fù)。肥料為復(fù)合肥(N∶P2O5∶K2O=25∶10∶5),施肥量為750 kg·hm-2,折合純N 187.5 kg·hm-2、P2O575 kg·hm-2和K2O 37.5kg·hm-2。秋深松和秋旋耕處理的肥料在耕作前人工均勻撒施,秋免耕處理的肥料隨播種機(jī)施。2019-2020和2020-2021年度小麥品種分別為中麥895和洛旱22,播種量均為150 kg·hm-2,采用機(jī)械播種,行距為20 cm。分別于2019年10月15日和2020年10月17日播種,于2020年5月30日和2021年6月3日收獲。其他管理按照當(dāng)?shù)刎S產(chǎn)田進(jìn)行。

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 籽粒產(chǎn)量及穗部性狀的測定

籽粒產(chǎn)量測定:于2019-2020和2020-2021年度小麥成熟期,從每個小區(qū)隨機(jī)收割4個1.0 m×1.0 m樣方,混合后脫粒并稱重。然后取籽粒50 g,65 ℃烘至恒重,測定籽粒含水量。籽粒產(chǎn)量以12.5%的含水量折算。

產(chǎn)量構(gòu)成因素和穗部性狀測定:四葉期在每個小區(qū)標(biāo)定長勢均勻1 m2的區(qū)域,成熟期調(diào)查1 m2的有效穗數(shù),并計(jì)算每公頃有效穗數(shù),同時在標(biāo)定的1 m2內(nèi)取長勢一致的單莖20個測定穗粒數(shù)、穗長、小穗數(shù)和不孕小穗數(shù),脫粒后測定千粒重。

1.3.2 莖蘗動態(tài)的測定

于2020-2021年度四葉期,在每小區(qū)選取3個具有代表性的1.0 m雙行區(qū)域標(biāo)記為調(diào)查區(qū)并調(diào)查基本苗,然后分別于返青、孕穗、開花和成熟期調(diào)查群體莖蘗數(shù)。

1.3.3 旗葉凈光合速率(Pn)和SPAD值測定

分別于2020-2021年度小麥孕穗、抽穗、灌漿中和灌漿中后期,在晴天的9:00-11:30,用Li-6400便攜式光合作用測定系統(tǒng)(美國,Li-COR)測定旗葉Pn,每個小區(qū)測定3片旗葉,取平均值作為測定值。同時,用SPAD-502 Plus葉綠素儀(日本,Minolta)測定旗葉SPAD值,每個小區(qū)測定3片旗葉,取平均值作為測定值。

1.3.4 干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運(yùn)參數(shù)的測定

分別于2020-2021年度小麥返青、孕穗、開花和成熟期,在每個小區(qū),多點(diǎn)隨機(jī)拔取具有代表性的植株50株,調(diào)查莖蘗數(shù)后,沿根莖結(jié)合處剪掉根系后采集地上部。其中,開花期樣品進(jìn)一步分為莖葉和穗,成熟期樣品分為莖葉、穗軸+穎殼和籽粒,于105 ℃下殺青30 min,80 ℃烘至恒重后稱干重,計(jì)算干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)參數(shù)[23]。干物質(zhì)積累量=單莖干物質(zhì)積累量×單位面積莖數(shù);花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量=開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量-成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量;花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量×100%;花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對籽粒產(chǎn)量貢獻(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=成熟期籽粒干重-花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量;花后干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率=花后干物質(zhì)積累量/成熟期籽粒干重×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和作圖,利用DPS 9.50統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)(LSD法)。

2 結(jié)果與分析

2.1 秋季耕作方式對旱地小麥產(chǎn)量和穗部性狀的影響

秋季耕作方式對旱地小麥穗數(shù)和產(chǎn)量均具有顯著影響,但對穗粒數(shù)、千粒重和穗部性狀的影響因年度而異(表1)。2019-2020年度,秋深松的穗數(shù)、產(chǎn)量、穗長和小穗數(shù)較秋旋耕均顯著提高,增幅分別為16.06%、19.09%、7.50%和9.42%;秋深松的穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量、穗長和小穗數(shù)較秋免耕均顯著提高,增幅分別為16.74%、4.11%、23.63%、7.50%和8.41%;秋免耕的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素和穗部性狀與秋旋耕無顯著差異。2020-2021年度,秋深松雖然不影響穗部性狀,但影響穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量;其穗數(shù)、千粒重和產(chǎn)量分別較秋旋耕顯著提高,增幅分別為5.74%、4.73%和9.77%,穗數(shù)和產(chǎn)量較秋免耕顯著提高,增幅分別為17.63%和10.31%;秋免耕較秋旋耕穗數(shù)顯著降低11.24%,但千粒重則顯著增加4.23%,產(chǎn)量無顯著變化?？梢?秋深松可顯著提高小麥產(chǎn)量,且主要是通過增加穗數(shù)來實(shí)現(xiàn),也可在一定程度上改善穗部性狀。

表1 秋季耕作方式對旱地小麥產(chǎn)量和穗部性狀的影響Table1 Effects of tillage modes in autumn on yield and spike traits in dryland wheat

2.2 秋季耕作方式對旱地小麥莖蘗數(shù)的影響

秋季耕作方式對旱地麥-玉二熟體系中小麥的莖蘗數(shù)均具有顯著的調(diào)控作用(圖2)。秋深松的小麥莖蘗數(shù)在四葉期、孕穗期、開花期和成熟期較秋旋耕均顯著提高,增幅分別為6.16%、5.82%、4.92%和5.74%,較秋免耕在四葉期、返青期、孕穗期、開花期和成熟期均顯著提高,增幅分別為14.35%、15.73%、16.81%、18.23%和17.63%;秋免耕的小麥莖蘗數(shù)在四葉期、返青期、孕穗期、開花期和成熟期較秋旋耕均顯著降低,降幅分別為7.72%、10.40%、10.39%、12.69%和11.24%。可見,秋季耕作方式會顯著影響基本苗數(shù)以及不同生育時期的莖蘗數(shù),進(jìn)而調(diào)控成穗數(shù)。其中,秋深松的基本苗和莖蘗數(shù)均最高,是其高產(chǎn)的基礎(chǔ)。

2.3 秋季耕作方式對旱地小麥旗葉SPAD值和Pn的影響

秋季耕作方式顯著影響旱地小麥旗葉的SPAD值和Pn,但影響程度因生育時期不同有所差異(圖3)。秋深松的SPAD值在灌漿中后期較秋旋耕和秋免耕均顯著提高,增幅分別為12.34%和10.27%,但三個耕作方式間在孕穗、抽穗、開花和灌漿中期均無顯著差異。在秋免耕與秋旋耕間,各生育時期的小麥旗葉SPAD值均無顯著差異。這表明秋深松在灌漿中后期可使小麥旗葉保持較高的葉綠素含量,有利于光合作用。秋深松的旗葉Pn在不同生育時期與秋旋耕均無顯著差異,但在孕穗期、抽穗期、開花期和灌漿中后期較秋免耕均顯著提高,增幅分別為15.99%、18.41%、7.16%和11.23%。秋免耕下,小麥葉片Pn在孕穗期和抽穗期較秋旋耕均顯著降低,降幅分別為14.11%和17.18%,這與旗葉 SPAD 值的變化規(guī)律相似。這說明秋深松能提高小麥生育后期的旗葉光合能力,可為提高同化物積累量及產(chǎn)量形成奠定生理基礎(chǔ)。

圖3 秋季耕作方式對旱地小麥旗葉SPAD值和Pn影響(2020-2021)Fig.3 Effects of tillage modes in autumn on SPAD value and Pn in flag leaves of dryland wheat(2020-2021)

2.4 秋季耕作方式對旱地小麥干物質(zhì)積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)與分配特性的影響

2.4.1 對小麥干物質(zhì)積累量的影響

旱地麥-玉二熟體系中小麥干物質(zhì)積累量各時期均表現(xiàn)為秋深松>秋旋耕>秋免耕(圖4)。秋深松的干物質(zhì)積累量在返青期和孕穗期與秋旋耕差異均不顯著,在開花期和成熟期較秋旋耕均顯著提高,增幅分別為9.15%和7.38%。秋深松的干物質(zhì)積累量在返青期、孕穗期、開花期和成熟期較秋免耕均顯著提高,增幅分別為17.68%、19.97%、19.63%和12.25%。秋免耕的干物質(zhì)積累量在返青期、孕穗期和開花期較秋旋耕均顯著降低,降幅分別為9.88%、12.94%和9.61%,在成熟期差異不顯著?？梢?秋深松可促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累,其促進(jìn)效應(yīng)隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈先增后降趨勢。

圖4 秋季耕作方式對旱地小麥干物質(zhì)積累量影響(2020-2021)Fig.4 Effects of tillage modes in autumn on dry matter accumulation of dryland wheat(2020-2021)

2.4.2 對干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特性的影響

不同秋季耕作方式間旱地麥-玉二熟區(qū)小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特性存在差異(表2)。秋深松的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率和對產(chǎn)量貢獻(xiàn)率較秋旋耕分別提高20.00%、2.32個百分點(diǎn)和4.60個百分點(diǎn),其中花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量差異顯著。秋深松的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率和對籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率較秋免耕均顯著提高,增幅分別為42.19%、4.02個百分點(diǎn)和11.95個百分點(diǎn),而花后積累干物質(zhì)對產(chǎn)量貢獻(xiàn)率卻降低11.95百分點(diǎn)。秋免耕較秋旋耕,花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和貢獻(xiàn)率均顯著降低,降幅分別為18.49%和7.35個百分點(diǎn),而花后干物質(zhì)貢獻(xiàn)率則提高7.35個百分點(diǎn)?；ê蟾晌镔|(zhì)積累量在耕作方式間差異均不顯著。這表明秋深松可改善小麥花前干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)特性,顯著提高花前干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量形成的作用。

表2 秋季耕作方式對旱地小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特性影響(2020-2021)Table 2 Effects of tillage modes in autumn on the characteristics of dry matter translocation of dryland wheat(2020-2021)

2.4.3 對成熟期干物質(zhì)分配影響

秋季耕作方式對旱地小麥成熟期干物質(zhì)在各器官中的分配比例無顯著影響,但對干物質(zhì)分配量卻有顯著的影響(表3)。秋深松的莖葉、穗軸+穎殼質(zhì)和籽粒干物質(zhì)量較秋旋耕均顯著提高,增幅分別為6.43%、4.15%和9.77%,較秋免耕也均顯著提高,增幅分別為14.73%、9.70%和10.31%。秋免耕的莖葉干物質(zhì)和穗軸+穎殼干物質(zhì)較秋旋耕均顯著降低,降幅分別為7.79%和5.33%。可見,秋深松較秋旋耕或秋免耕可在不影響小麥干物質(zhì)分配比例的基礎(chǔ)上顯著促進(jìn)莖葉、穎殼和籽粒的干物質(zhì)積累。

表3 秋季耕作方式對旱地成熟期小麥干物質(zhì)分配影響(2020-2021)Table 3 Effects oftillage modes in autumn on dry matter distribution at maturity of dryland wheat(2020-2021)

3 討論

3.1 不同秋季耕作方式下旱地麥-玉二熟區(qū)小麥產(chǎn)量的差異

小麥籽粒產(chǎn)量的形成是穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重互相協(xié)調(diào)的結(jié)果[24-25],但也受穗部農(nóng)藝性狀的影響[26]。本研究中,與秋旋耕和秋免耕相比,秋深松提高了小麥穗數(shù),但對穗粒數(shù)和千粒重的影響因年份而異,最終使產(chǎn)量分別提高9.77%～23.63%;與秋旋耕相比,秋免耕產(chǎn)量維持穩(wěn)定。這說明,在旱地麥-玉二熟種植體系下,秋深松增產(chǎn)的主要原因是提高了穗數(shù),秋免耕雖然會在一定程度上降低穗數(shù),但有利于提高千粒重,最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量與秋旋耕持平。前人的研究也證實(shí)了穗數(shù)及千粒重是導(dǎo)致旱地小麥籽粒產(chǎn)量差異的主要原因[12, 27]。有研究表明,深松較傳統(tǒng)翻耕使小麥穗數(shù)和產(chǎn)量分別提高4%～9%和9%～23%[12];秋深松的小麥穗數(shù)平均增加11.7×104·hm-2,穗粒數(shù)平均增加1.7粒,千粒重平均增加0.48 g,增產(chǎn)9.19%[27]。由此可見,深松不但能夠調(diào)控穗數(shù)形成,對粒數(shù)與粒重也有明顯的增加作用,從而提高小麥的籽粒產(chǎn)量[27-28]。此外,本試驗(yàn)中,秋季耕作方式對小麥穗部性狀的影響規(guī)律與穗粒數(shù)一致,秋深松較秋旋耕或秋免耕于2019-2020年度顯著提高穗長和小穗數(shù),從而有效增加了穗粒數(shù),說明優(yōu)化穗部性狀在提高旱地小麥產(chǎn)量中也應(yīng)該被關(guān)注。本研究中,兩個年度穗數(shù)、千粒重和穗部性狀有明顯差異,且對秋季耕作的響應(yīng)不同,但產(chǎn)量規(guī)律是一致的,其原因是這些因素既受品種的影響,也受降水等氣候因素的影響。本試驗(yàn)條件下,雖然兩年均屬于平水年,但不同處理間產(chǎn)量三要素規(guī)律均表現(xiàn)出了年際差異,這可能與兩年中供試品種不同有關(guān),也可能受兩年中降雨分布不同的影響,但要弄清其真正機(jī)理,還需要進(jìn)行多年多點(diǎn)多品種的試驗(yàn)。

3.2 不同秋季耕作方式下旱地麥-玉二熟區(qū)小麥的光合特性

小麥產(chǎn)量的90%～95%都來自光合作用[29],其中小麥旗葉的光合產(chǎn)物對籽粒的貢獻(xiàn)率可達(dá)10%～30%[30]。研究表明,葉綠素含量高低與光合作用的強(qiáng)弱關(guān)系密切[31-32]。由于SPAD 值與葉綠素含量呈極顯著正相關(guān),且具有測定方便、快速的特點(diǎn),近年來已被廣泛用來描述葉綠素含量和光合能力[31-32]。在本研究條件下,三種耕作方式之間,小麥旗葉SPAD值僅在灌漿中后期存在顯著差異,而旗葉Pn在孕穗至灌漿中后期均以秋深松最高,秋旋耕其次,秋免耕最低,且多數(shù)條件下秋深松顯著高于秋免耕,說明秋深松有利于提高旱地麥-玉二熟復(fù)種體系中小麥旗葉光合能力,但其提高的原因與葉綠素的多寡關(guān)系并不大,可能是由于其他生理特性變化造成的,但其具體原因還有待深入研究。有研究也證實(shí),深松有利于維持較高的Pn,從而為小麥籽粒灌漿和產(chǎn)量形成奠定物質(zhì)源供應(yīng)基礎(chǔ)[9, 21]。張鑫琪等[16]在免耕秸稈覆蓋下的研究發(fā)現(xiàn),免耕可緩解小麥葉綠素的降解,在開花期和灌漿期使葉片Pn分別比旋耕提高46.03%和21.08%。袁海燕等[33]在麥稻水旱輪作雙免耕下的研究結(jié)果顯示,免耕在抽穗期可顯著提高小麥葉片Pn。然而,本研究中,免耕對小麥生育后期光合作用卻產(chǎn)生了不利影響,可能是由于在旱地麥-玉二熟生產(chǎn)系統(tǒng)中,種植兩季作物,土壤水分脅迫較一年一作生產(chǎn)體系或有灌溉條件的生產(chǎn)體系更為嚴(yán)重,深松和旋耕在改善當(dāng)季耕層土壤特性方面的作用大于免耕蓄水的作用,從而表現(xiàn)出葉片光合優(yōu)勢。

3.3 不同秋季耕作方式下旱地麥-玉二熟區(qū)小麥干物質(zhì)的積累、轉(zhuǎn)運(yùn)特性

干物質(zhì)是作物光合作用后形成的最終形態(tài),其積累轉(zhuǎn)運(yùn)及分配直接決定小麥產(chǎn)量的高低[34]。研究表明,合理的耕作可有效改善小麥物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)分配特性,最終提高小麥產(chǎn)量[12, 16, 35-37]。在山東地區(qū),深松較旋耕可顯著提高花后干物質(zhì)積累量[35],促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒的分配[36]。在山西地區(qū),深松較免耕可同時促進(jìn)小麥花前干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)和花后干物質(zhì)積累,進(jìn)而提高籽粒產(chǎn)量[12]。在河南,秋深松對小麥的增產(chǎn)作用主要是因?yàn)殚_花期干物質(zhì)積累量比常規(guī)耕作提高19.9%[37]。這些研究結(jié)果說明,在不同生產(chǎn)條件下,耕作調(diào)控小麥干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)分配特性、進(jìn)而影響產(chǎn)量的機(jī)理并不一致。本研究表明,在旱地麥-玉兩熟體系下,秋深松較秋旋耕或秋免耕并不影響干物質(zhì)在不同器官中的分配比例,但可提高干物質(zhì)積累量,還有利于花前貯藏干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn),最終獲得最高的籽粒產(chǎn)量。秋免耕較秋旋耕,雖然降低了小麥開花前干物質(zhì)積累量,但使花后干物質(zhì)積累量有所增加,且顯著提高花后積累干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率,最終保持產(chǎn)量穩(wěn)定。然而,本研究中,秋深松干物質(zhì)積累量較秋旋耕或秋免耕的增幅呈孕穗前增加、開花后降低的趨勢,說明秋深松促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累作用在開花以后有所減弱,這可能是因?yàn)樯钏筛纳谱魑锷a(chǎn)力后對養(yǎng)分的需求量也相應(yīng)增大,而本試驗(yàn)的施肥水平相同、生育后期養(yǎng)分供應(yīng)相對受限,致使深松的正效應(yīng)在小麥生育后期被弱化,說明還應(yīng)該進(jìn)行與秋季深松配套的施肥、生育后期管理等舉措,以進(jìn)一步強(qiáng)化秋深松的增產(chǎn)作用。

本研究中葉片光合特性、干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)分配特性的測定只進(jìn)行了1年,而且只在一個試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行,結(jié)論存在一定的局限性,還需要進(jìn)行多年、多區(qū)域的拓展性試驗(yàn)來進(jìn)一步驗(yàn)證,以更好地挖掘通過土壤耕作提高旱地麥-玉二熟體系中小麥產(chǎn)量的潛力。

4 結(jié)論

秋季耕作方式對小麥莖蘗數(shù)、Pn、干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運(yùn)特性和產(chǎn)量均有顯著的調(diào)控作用。與秋旋耕相比,秋深松下小麥產(chǎn)量提高9.77%～19.09%,四葉期、孕穗期-成熟期莖蘗數(shù)增加4.92%～6.16%,開花期和成熟期的干物質(zhì)積累量分別提高9.15%和7.38%,花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率及其對產(chǎn)量貢獻(xiàn)率增加分別為20.00%、2.32個百分點(diǎn)和4.60個百分點(diǎn)。與秋免耕相比,秋深松的小麥產(chǎn)量提高10.31%～23.63%,四葉期-成熟期莖蘗數(shù)提高14.35%～18.23%,孕穗期-灌漿中后期旗葉Pn提高7.16%～18.41%,返青期-成熟期干物質(zhì)積累量增加12.25%～19.97%,花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)效率和對產(chǎn)量貢獻(xiàn)率分別提高42.19%、4.02個百分點(diǎn)和11.95個百分點(diǎn)。綜合來看,秋深松較秋旋耕或秋免耕有利于小麥產(chǎn)量形成,是旱地麥-玉二熟區(qū)實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)的耕作模式。