耕种方式对华北地区冬小麦群体质量及产量的影响

翟云龙，魏燕华，张海林，陈 阜

(1.中国农业大学农学院，北京 100193； 2.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300)



耕种方式对华北地区冬小麦群体质量及产量的影响

翟云龙1,2，魏燕华1，张海林1，陈 阜1

(1.中国农业大学农学院，北京 100193； 2.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300)

为探讨华北地区耕种方式对冬小麦群体质量和产量的影响，2011-2013年通过大田定位试验，分析了免耕条播、深松条播、旋耕条播、机械撒播方式下冬小麦生育进程、群体大小、干物质积累、产量及其构成的特点。结果表明，免耕条播冬小麦分蘖不足，群体数量小，干物质积累少，叶面积指数偏低，穗粒数、千粒重较低，产量低于其他耕种方式；深松条播冬小麦成熟略晚，群体较大，茎蘖成穗率高，干物质积累量、叶面积指数、成穗数和产量均高于旋耕条播，穗粒数、千粒重与之差异不明显；机械撒播冬小麦虽然存在种子有效覆盖度小、种子深浅不一、出苗率低等缺点，但分蘖优势明显，干物质积累最多，叶面积指数最大且最大值出现早，千粒重、穗粒数略有降低，成穗数极显著高于其他处理，较旋耕条播和深松条播分别增产15%和11%以上。综合来看，机械撒播有利于优化小麦群体质量，提高整体产量水平，是目前华北地区冬小麦较理想的耕种方式。

耕种方式；冬小麦；群体质量；产量

华北地区是我国粮食的主产区之一，小麦产量占全国总产的41%以上，而水资源短缺对小麦生产的影响日益突出，严重影响农业可持续发展，节水与高产相统一已成为我国北方小麦种植业的必然发展趋势[1-2]。

具有节水抗旱作用的保护性耕作以秸秆覆盖和免耕播种为核心，具有节约成本、保持水土、增加土壤水分、改善土壤质量等优点，有利于农业生产的可持续发展[3-5]，但多年免耕后土壤体积质量增加，质地紧实，孔隙降低，导致小麦减产[6-8]。深松能有效疏松土壤，改善土壤的渗透性能，增加深层土壤蓄水量，提高小麦籽粒产量和水分利用效率[9-11]。

不同播种方式下，小麦个体和群体生长、资源利用能力等存在差异。小麦沟播有利于土壤踏实和提高保水能力，能塑造较优的根系形态，改善土壤水分的利用状态，显著增加粒重，能节水增产增效[12-13]。针对条播和撒播的研究结论目前尚不一致。有人认为撒播减产[14-16]，也有报道撒播增产幅度较大[17-18]。播种时缩小行距、行株距分布均匀能增加小麦穗数，进而增加产量[19-21]；行株距配置对小麦产量构成因素有明显的调控效应，但实现高产的最佳行株距配置在品种间存在差异[14,22]；在灌溉、营养充足的条件下，缩小行距对小麦的增产效应较小[23]。行距配置直接影响小麦群体数量、结构和质量，最终影响籽粒产量及其构成因素[24-25]。

冬小麦-夏玉米一年两熟是华北地区主要的种植方式，农田土壤耕作方式主要为翻耕和旋耕，耕作、播种、收获均以机械化作业为主。虽然目前有关耕作或播种方式效应的研究很多，但将二者结合起来的研究鲜见报道。本试验研究了不同耕种方式对小麦群体质量和产量的影响，以期为华北地区小麦耕种方式的选择及其配套农艺技术的制定提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验地概况

试验于2011-2013年在中国农业大学吴桥试验站(北纬37°37′22″，东经116°25′54″，海拔19.7 m)进行，该地属于半湿润易旱大陆性季风气候，常年平均气温12.7 ℃，全年≥0 ℃积温4 832.4 ℃，年日照2 623.3 h，年降水量675.7 mm，降水量年内和年际变率大。土壤为冲积型盐化潮土，壤质底粘，土层深厚，地下水位6～9 m。耕层有机质含量12.4 g·kg-1，全氮含量0.79 g·kg-1，速效磷含量44.6 mg·kg-1，速效钾94.2 mg·kg-1。前茬作物为玉米。

1.2试验设计

采用大田试验，设旋耕条播(RTS)、深松条播(DTS)、免耕条播(NTS)和机械撒播(BSS)四种耕种方式，每处理0.3 hm2。各处理田间作业：(1)RTS，玉米收获后，秸秆粉碎全量还田，撒施基肥，旋耕机旋耕两遍(耕深14 cm)，条播机播种小麦，行距15 cm；(2)DTS，玉米收获后，秸秆粉碎全量还田，撒施基肥，采用1SQ-340全方位深松机深松一遍(耕深40～50 cm)，旋耕机旋耕一遍，条播机播种小麦，行距15 cm；(3)NTS，玉米收获后，秸秆粉碎全量还田，采用2BMGF-6/12免耕覆盖施肥播种机一次性完成施肥、播种作业，播种后地表形成具有垄沟、垄背的微地表(垄背垄沟高度差为12 cm)，小麦播种于垄沟内两侧的土壤中，行距10+20 cm；(4)BSS，玉米收获后，秸秆粉碎全量还田，采用HSTV小麦无垄联合耕播机一次性完成施肥、播种作业，无垄无行，均匀撒播。

供试冬小麦品种为济麦22。2011-2012生长季冬小麦于2011 年10 月11日播种，免耕条播处理播量为270 kg·hm-2，旋耕条播、深松条播处理播量为240 kg·hm-2，机械撒播处理播量为285 kg·hm-2，各处理的镇压与耕作等作业一次性完成，2012年6月11日收获。2012-2013生长季冬小麦于2012年10 月10日播种，此年度耕层土壤含水量略低，对播量进行了调整，免耕条播处理播量仍为270 kg·hm-2，旋耕条播、深松条播处理播量为255 kg·hm-2，机械撒播处理播量为300 kg·hm-2，旋耕条播、深松条播和机械撒播处理均进行了单独镇压，2013年6月11日收获。各耕作处理水肥管理均采用当地普遍水平，冬小麦施尿素450 kg·hm-2、磷酸二铵300 kg·hm-2，并分别在冬小麦拔节期、扬花期灌水60 mm。

1.3测定项目与方法

1.3.1播种、出苗质量调查

耕作、播种阶段计算耕种效率，播种结束后每个处理随机选择4处1 m2样方，在样方内调查播种深度及未有效覆盖的种子数，计算种子有效覆盖比例。播种后取0～10 cm的土壤测定含水量。出苗后每处理随机选择4处1 m2样方，调查出苗数量，计算出苗率。

1.3.2生育进程调查

记录不同耕种方式的出苗期、越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期，并计算2个生育时期之间间隔以及全生育期时长。

1.3.3群体茎蘖动态调查

出苗后每个处理选择代表性的4个固定点，每点1 m2，在不同生育时期定点调查样方内茎蘖数，并计算成穗率。成穗率=灌浆期单位面积穗数/最高分蘖期单位面积茎蘖数×100%。

1.3.4群体干物质积累调查

在不同生育时期，RTS、DTS、NTS分别选择30 cm长单行样段，BSS处理选择边长21.2 cm正方形样方，取地上部分用烘干法测定干物质质量，用Yaxin-1241叶面积仪测定叶面积。

1.3.5产量及其构成因素测定

成熟期每处理连续取30株有代表性的植株进行室内考种。每处理取4 m2测产，重复4次。测产籽粒中随机取4 000粒(4份)测籽粒质量。最终按照籽粒含水率 13%折算产量和千粒重。

2　结果与分析

2.1耕种方式对小麦耕种效率和出苗质量的影响

免耕条播、机械撒播均为联合耕播，可一次性完成施肥、整地、播种、镇压，耕种效率远高于旋耕条播和深松条播，深松条播为全方位深松，效率略低于旋耕条播。2012-2013年由于进行了单独镇压，旋耕条播、深松条播和撒播处理的播种深度低于2011-2012年；免耕条播种子播于垄沟内两侧，机械筑垄时垄背部分覆土滑落垄沟，覆土厚度高于其他条播处理，露籽最少；撒播处理为撒肥、撒种、旋耕一次完成，土壤疏松，0～10 cm土层均有种子分布，未单独镇压前平均播种深度最深，且地表有10%左右的种子未覆土，通过单独镇压后播种深度与旋耕条播、深松条播差异不明显，种子有效覆盖度略有增加；深松条播处理土壤疏松，平整度稍差，播种深度深于旋耕处理，种子有效覆盖度略低于旋耕处理，单独镇压后均高于旋耕处理(表1)。

表1　不同耕种方式对冬小麦播种出苗质量的影响Table 1　Effect of different seeding and tillage methods on sowing and seedling emergence quality of winter wheat

同列数值后不同小写字母和大写字母分别表示同一年度内处理间在0.05和0.01水平上存在显著性差异。表3、表5同。

Different small and capital letters following date in same column indicate significant difference among treatments in one year at 0.05 and 0.01 levels,respectively.The same as in table 3 and table 5.

土壤含水量与种子萌发关系密切。免耕条播处理对土壤扰动较少，种子播于垄沟内，播后立即高强度镇压，垄上覆盖秸秆，播后0～10 cm土层含水量极显著高于其他处理；深松条播、旋耕条播、机械撒播对土壤扰动较大，土壤含水量略低，表现为旋耕条播>深松条播>机械撒播，土壤含水量与土壤疏松程度呈负相关，但处理间差异不显著(表1)。

不同耕种处理间出苗率差异达极显著水平。撒播处理出苗率最低，这主要与其种子在0～10 cm土层分布深浅不一有关；免耕条播处理耕层土壤含水量较高，镇压后种子与土壤接触紧密，出苗率最高；深松条播略高于旋耕条播，但差异不显著。

2.2耕种方式对小麦生育进程的影响

耕种方式对冬小麦生育进程有一定的影响(表2)。免耕条播耕层土壤含水量较高，镇压效果好，因而出苗早于其他处理，越冬后生育进程均晚于其他处理，这与其耕层土壤相对紧实、垄背有秸秆覆盖、分蘖节所处位置相对较深、地温回升慢有关。2011-2012年机械撒播处理耕层土壤过于疏松，出苗最晚，2012-2013年单独镇压后，出苗早于深松条播和旋耕条播(这与其部分种子播种较浅有关)，春季地温回升快，返青最早，部分播种较深，拔节、抽穗、灌浆略晚于深松条播和旋耕条播，成熟期与旋耕条播一致，这与其耕深相同有关。深松条播、旋耕条播前期生育进程较一致，但由于深松条播耕层深厚，成熟略晚于旋耕。

表2　耕种方式对冬小麦生育进程的影响Table 2　Effect of seeding and tillage methods on growth and development of winter wheat

2.3耕种方式对冬小麦群体茎蘖动态及茎蘖成穗率的影响

出苗后，各处理冬小麦群体总茎数不断增长，拔节期达最大值，而后降低(表3)。由于受露籽率、出苗率等的影响，不同耕种方式基本苗存在一定差异，免耕条播处理显著高于其他处理，其他三个处理间无显著差异，表现为深松条播>旋耕条播>机械撒播。冬前分蘖对冬小麦安全越冬至关重要，免耕条播处理单株分蘖不到1个，极显著低于其他处理。2011-2012年，深松条播、旋耕条播、机械撒播处理间冬前总茎数差异不明显，2012-2013年单独镇压后，三者间差异极显著，表现为深松条播>旋耕条播>机械撒播。越冬后，分蘖迅速发生，免耕条播处理依然极显著低于其他处理，机械撒播处理分蘖优势明显。拔节期，群体总茎数达最高值，不同处理间差异极显著，机械撒播处理最高，免耕条播处理最低，深松条播略高于旋耕条播。拔节后，无效分蘖开始退化，到抽穗期，总茎数仅为最高茎数的50%左右，部分分蘖虽能抽穗，但不能形成有效穗，成熟期穗数在处理间差异极显著，机械撒播处理最高，其次是深松条播，免耕条播和旋耕条播差异不大。2011-2012年免耕条播的成熟期总茎数略高于旋耕条播，2012-2013年旋耕条播略高于免耕条播。免耕条播处理生育进程稍慢，茎蘖数少于其他处理，但其茎蘖成穗率远高于其他处理；机械撒播处理茎蘖较多，但茎蘖成穗率却最低；2011-2012年深松条播高于旋耕条播，2012-2013年二者差别不大。

表3　耕种方式对冬小麦群体茎蘖动态的影响Table 3　Effect of seeding and tillage methods on population tillers of winter wheat

2.4耕种方式对冬小麦群体干物质积累的影响

两年中，小麦全生育期地上部干物质积累量均表现为机械撒播>深松条播>旋耕条播>免耕条播(表4)。越冬前干物质积累量占全生育期总积累量6.4%左右，机械撒播和免耕条播的干物质积累所占比例略低于深松条播和旋耕条播，其中机械撒播积累的干物质最多，免耕条播最少，深松条播略高于旋耕条播。越冬期间温度较低，部分分蘖、叶片干枯死亡，干物质积累呈“负增长”，其中机械撒播的部分种子播种较浅，植株分蘖节裸露，越冬成活率明显低于其他处理，干物质积累量降低最多，免耕条播处理降低最少。

表4　耕种方式对冬小麦各生育阶段地上部干物质积累的影响Table 4　Effect of seeding and tillage methods on dry matter accumulation of winter wheat at different growth stages

返青后，干物质积累迅速；返青-拔节阶段干物质积累占全生育期总积累量16.3%左右，机械撒播处理返青较早，分蘖发生较多，干物质积累量及占全生育期的比例远高于其他处理，由于免耕条播处理返青较晚，分蘖最少，此阶段干物质积累量及占全生育期的比例均远低于其他处理，深松条播略高于旋耕条播。

拔节后，分蘖开始两极分化，无效分蘖开始退化，干物质积累速度加快；拔节-抽穗阶段机械撒播处理干物质积累量远高于其他处理，免耕条播最少，深松条播略高于旋耕条播；阶段干物质积累量占全生育期33.8%左右，机械撒播、免耕条播较高，其次是旋耕条播，深松条播占比最低。

抽穗-成熟阶段干物质积累对最终产量形成至关重要。机械撒播处理的该阶段干物质积累量最高，其次是免耕条播，深松条播略高于旋耕条播；该阶段干物质积累量占全生育期总积累量45.3%左右，免耕条播的比例最高，机械撒播最低，深松条播、旋耕条播差异不大。可见，免耕条播处理抽穗后干物质积累对籽粒产量贡献较大，机械撒播处理则较低，不同生育阶段主攻目标、栽培措施应有所差异。

2.5耕种方式对冬小麦群体叶面积指数的影响

由图1可见，越冬前小麦叶面积指数增长缓慢，返青后迅速增长，在播种后200～210 d(孕穗期左右)分别达到最高值，尔后迅速下降。机械撒播处理叶面积指数最大值出现较早，深松条播、旋耕条播处理出现较晚，免耕条播处理出现最晚。进入越冬期前，机械撒播处理叶面积指数优势开始显现，高于其他处理，免耕条播处理叶面积指数远低于其他处理，深松条播处理略高于旋耕条播处理。越冬期间麦苗叶片干枯，叶面积指数下降40%左右，不同处理间的差异与越冬前一致。返青后处理间叶面积指数差异逐渐加大，播种后180 d左右(拔节期)叶面积指数已经达到4左右，机械撒播处理叶面积指数远高于其他处理，分别比深松条播、旋耕条播、免耕条播处理高9.01%、13.57%、23.06%。拔节后叶面积指数增长迅速，处理间差异更大，机械撒播处理最大值高达8.23，免耕条播处理最高值仅为5.51，机械撒播处理分别比深松条播、旋耕条播、免耕条播处理高29.58%、33.97%、49.49%。叶面积指数达最大值后迅速下降，但仍表现为机械撒播>深松条播>旋耕条播>免耕条播，旋耕条播处理下降最快，免耕条播处理下降最慢。说明耕种方式对叶面积指动态数影响较大，在播种方式相同情况下，适当加大耕层深度有利于群体发育，保持较高的有效光合叶面积，生育后期尤其明显。

图1　耕种方式对冬小麦叶面积指数(LAI)的影响

2.6耕种方式对冬小麦产量及其构成因素的影响

由表5可以看出，不同处理间产量差异在2年中均达显著水平，机械撒播处理产量最高，2011-2012年度分别比深松条播、旋耕条播、免耕条播处理增加11.55%、16.17%、20.16%，2012-2013年度分别增加13.01%、15.68%、21.88%；免耕条播处理产量均极显著低于其他处理。

穗粒数在处理间的差异未达显著水平。千粒重在处理间存在一定差异，2011-2012年度千粒重差异较小，免耕条播与深松条播结果相当，略高于旋耕条播，机械撒播处理最低；2012-2013年度深松条播、旋耕条播与机械撒播处理间差异较小，但都极显著高于免耕条播。有效穗数在处理间的差异达极显著水平，机械撒播处理有效穗数最高，2011-2012年度分别比深松条播、旋耕条播、免耕条播处理增加11.76%、19.81%、18.43%，2012-2013年度分别比深松条播、旋耕条播、免耕条播处理增加8.26%、11.42%、13.32%；免耕条播处理2011-2012年度略高于旋耕条播处理，2012-2013年度最低；深松条播均极显著高于旋耕条播处理。

表5　耕种方式对冬小麦产量及其构成因素的影响Table 5　 Effect of seeding and tillage methods on yield and yield components of winter wheat

3　讨 论

耕作方式对冬小麦生长发育影响显著，免耕能蓄水保墒[26]，但连续多年免耕，土壤压实严重，容重增大，多年旋耕，犁底层上移，耕作层变浅[27]，影响作物根系发育[28]，深松作业是解决压实问题的措施之一[29]。在豫西旱田上，免耕和深松能够增加小麦花前干物质积累量，显著提高花后干物质生产量和花后干物质转运效率，从而显著提高小麦产量，免耕能提高有效穗数和千粒重，深松能提高穗粒数和千粒重[30]；在黄淮海麦区，深松、免耕能降低小麦生育前期的干物质积累量，促进拔节后的干物质积累，有利于籽粒产量的提高[31]； 在华北一年两熟区研究表明，免耕可显著提高冬小麦产量[32]。但是另一些研究结果显示，免耕土壤具有较高的机械阻力，秸秆覆盖后土壤通气不良，影响作物根系的生长，从而限制了作物对水分和养分的吸收，导致小麦等作物苗期生长弱，推迟生育进程，最终产量下降[6-7,33]。本研究结果表明，免耕播种施肥、整地、播种、镇压可一体化完成，耕种效率较高；种子覆土厚，种子有效覆盖度高，出苗率高，基本苗高于其他耕作方式，这与前人研究结果不同[7]，免耕冬小麦生育进程略有推迟；分蘖不足是导致免耕冬小麦群体数量低，干物质积累少、叶面积指数低的主要原因，越冬前单株分蘖不到1个，严重影响了安全越冬；虽然免耕冬小麦抽穗后干物质积累量较高，穗粒数、千粒重仍有所下降，产量显著降低。深松能加深耕层，有利于根系生长，深松小麦成熟略晚，群体较大，茎蘖成穗率高，干物质积累、叶面积指数均高于旋耕条播，穗粒数、千粒重与旋耕差异不明显，单位面积有效穗数明显增加，产量极显著高于旋耕处理。

不同小麦播种方式下个体和群体生长、资源利用能力等存在差异，影响产量和品质形成[34-35]。沟播有利于土壤压实和提高保水能力，能塑造较优的根系形态，改善土壤水分的利用状态，显著提高寒地冬小麦粒重，节水增产增效[12-13]，本研究与寒地冬小麦不同，沟播的免耕条播处理粒重、产量均较低。不同株行距配置下群体结构产生差异，导致太阳辐射在群体中的再分配及农田小气候的变化，进而影响到作物的生长发育与产量的形成[20,36]。行距增大，行内株间距降低，个体间生长竞争加剧，叶面积指数下降，光能和热量资源利用效率低，产量减少，适当缩小行距有利于群体生育后期维持较高的叶面积指数，增加群体冠层中上部的光截获量，提高冬小麦群体的产量[19,24,37]；有研究认为，16.7 cm行距能通过抑制无效分蘖而获得高产[38]，行距缩至10 cm对小麦仍表现出明显的增产作用[39]。机械撒播将行距缩小到极致，植株均匀分布。部分研究认为，撒播小麦生育前期茎蘖发生快，叶面积指数高，群体相对较大，但个体物质积累降低，穗粒数及粒重大幅下降，产量显著降低[14-16]；也有研究认为，与条播相比，撒播冬小麦单位面积有效穗数、粒重增加，穗粒数基本持平，增产幅度大[17]；霍成斌等[18]研究认为，与条播相比，撒播冬小麦单位面积有效穗数、粒重增加，穗粒数和产量都大幅提高。本研究中，机械撒播施肥、整地、播种、镇压能一体化完成，耕种效率较高；种子有效覆盖度较低，耕层6 cm以下种子基本不出苗，出苗率较低，田间基本苗低于条播处理；越冬前分蘖优势不明显，但单位面积干物质积累优势明显，返青后茎蘖增加速度快，物质积累迅速增加，返青-抽穗物质积累占比较高；叶面积指数远高于条播处理，最大值出现早；千粒重、穗粒数略有降低，单位面积有效穗数明显增加，产量极显著高于条播处理。

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Effect of Seeding and Tillage Methods on Population Quality and Yield of Winter Wheat in North China

ZHAI Yunlong1,2，WEI Yanhua1，ZHANG Hailin1，CHEN Fu1

(1.College of Agronomy,China Agricultural University,Beijing 100193,China；2.College of Plant Science,Tarim University,Alaer,Xinjiang 843300,China )

The objective of this study was to understand the effect of different seeding and tillage methods on growth durations of critical stages,population size,dry matter accumulation,and final yield of winter wheat in North China. In a two-year field experiment from september 2011 to summer 2013,we compared the effects of no tillage with row planting(NTS),subsoiling tillage with row planting(DTS),rotary tillage with row planting(RTS),and broadcast sowing by mechanical(BSS),under the condition of same sowing date and similar seedling densities within a year. The results indicated that the number of tiller per plant significantly decreased in NTS treatment,which resulted in low population,low dry matter accumulation,and low leaf area index. The grain number per spike,thousand kernel weight was lower,and the yield was lowest in NTS treatment. Winter wheat maturation was later,population was lager,and the earbearing tiller percentage was higher in DTS treatment. Compared with RTS,dry matter accumulation and leaf area index was higher in NTS treatment. Although the difference of grain number per spike and thousand kernel weight between DTS and RTS was not significant,and the yield was increased significantly because of the high productive panicle number. Although winter wheat in BSS treatment had many disadvantages such as insufficient coverage of seeds,different depth of sowing and low emergence rate,but tillering advantage was significant,dry matter accumulation was higher,leaf area index was the largest and the maximum value come earlier than in other treatment. The grain number per spike and thousand kernel weight decreased slightly,but productive panicle number was higher significantly than in other treatment. The result of 2 years indicated that the yield of winter wheat in BSS treatment was increased more than 15% and 11% than in RTS and DTS,respectively. Therefore,wheat broadcast sowing by mechanical is the preferable seeding and tillage methods for improving population quality and increasing whole yield level at present in North China.

Seeding and tillage methods; Winter wheat; Population quality; Yield

2016-03-14

2016-04-03

国家公益性行业(农业)科研专项(200903003,201103001)；国家科技支撑计划项目(2012BAD20B00)

E-mail：zylzky@163.com

陈 阜(E-mail:chenfu@cau.edu.cn)

S512.1；S314

A

1009-1041(2016)09-1174-09

网络出版时间：2016-08-31

网络出版地址：http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20160831.1649.016.html