不同麦秆还田量对夏高粱农艺性状及产量的影响

孙隆祥，崔福柱，薛建福，郭秀卿，杜天庆，段永红，杨琳，陈梦妮，崔江辉

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)

不同麦秆还田量对夏高粱农艺性状及产量的影响

孙隆祥，崔福柱*，薛建福，郭秀卿，杜天庆，段永红，杨琳，陈梦妮，崔江辉

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)

[目的]为探索山西省中部地区夏高粱-冬小麦一年两熟种植制度下，不同麦秆还田量对夏高粱生长发育及产量的影响。[方法]本试验采用单因素随机区组设计，研究了麦秆不还田(CK)、50%麦秆还田(HR)和100%麦秆还田(WR)3种麦秆还田量对夏高粱农艺性状及产量构成的影响。[结果]相比CK处理，秸秆还田处理显著影响了夏高粱的株高、叶面积指数及产量构成因素。其中，夏高粱的株高和叶面积指数在HR处理下显著增加，较CK处理分别增加了16.82%和11.45%；穗长、穗数和穗粒数等性状较CK处理增加了5.13%、11.01%和2.86%。此外，HR处理下的夏高粱产量最高，较CK和WR处理增产8.44%和20.41%。[结论]50%麦秆还田量有效地增加了夏高粱的叶面积指数、穗长、穗数和穗粒数，从而表现出显著增产的优势，适宜在我省中部地区推广。

麦秆还田量； 夏高粱； 农艺性状； 产量

山西省素有“小杂粮王国”之美誉，结合我省农业特色，将小杂粮种植资源优势转化为效益优势，对优化我省农业结构、促进区域经济增长、增加农民收入具有重要意义[1,2]。高粱是山西省重要的小杂粮作物，具有抗旱、耐瘠、耐盐碱等特点，广泛种植于中南部地区。目前，我省中部地区主要种植制度为一年一熟或者两年三熟，而随着夏高粱品种“晋杂30号”的成功培育[3]，使得夏高粱-冬小麦一年两熟种植制度成为可能。实行夏高粱-冬小麦种植制度有利于提高光、土、热等利用率，能够缓减杂粮及原材料供给压力，对我省现代农业的发展具有重要意义。麦秆还田免除了麦秆处理环节，节省劳作时间，缩短了前茬作物收获和后茬作物播种的间隔，利于抢抓农时，积极影响夏高粱的生长发育及产量形成。但全量麦秆直接还田则可能导致整地播种质量差、苗情素质不佳，产量严重下降[4,5]，故寻求最佳麦秆还田量势在必行。

近年来，关于前茬作物秸秆还田对后茬作物生长发育及产量的影响研究报道较多[6]，主要集中于玉麦、稻麦种植系统[7,8]。随着秸秆产量的不断增加，连年秸秆全量还田导致的问题凸显[9]。李波等报道称，稻秆全量还田因出苗率低、出苗不均匀等导致产量下降，适当的秸秆还田量能够促进作物生长发育，提高作物产量[10]。但基于夏高粱-冬小麦种植系统下，麦秆不同还田量对夏高粱生长发育及产量的影响未见报道。为此，本文通过开展大田定位试验，研究山西省中部地区麦秆还田量对夏高粱生长发育及产量的影响，为夏高粱-冬小麦一年两熟种植制度的推广提供一定的理论和实践依据。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

试验在山西省晋中市山西农业大学科技创新园区试验田进行(37°42′N、112°55′E)，属温带季风性气候，平均海拔811 m，年平均温度9.4 ℃，年降雨量479.6 mm，雨季主要集中于6-8月份，地下水资源丰富，地下水位一般在1.5～4.0 m。全年太阳日照时数平均2 530.8 h，辐射总量545～581 kJ·cm-2，年平均无霜期151 d，年平均蒸发量1 718.4 mm，具有典型的华北平原特点。试验田土壤类型为褐土，土层深厚，其耕层土壤(0～30 cm)理化性状见表1。

表1 试验地耕层土壤基本理化性状

1.2 试验设计

试验于2015年冬小麦种植开始，在其收获后种植夏高粱前设置不同秸秆还田量试验。试验采用单因素随机区组设计，设置麦秆不还田(CK)、50%还田(HR)和100%还田(WR)等3个处理。每个处理设置3个重复，小区面积为200 m2(10 m×20 m)。冬小麦收获后留低茬(5 cm)，其中，CK处理将麦秆全部移除田间；HR处理为隔行移除，然后将麦秆粉碎后均匀分布于试验区；WR处理直接粉碎还田。夏高粱播种前，试验田先旋耕1次，秸秆还田处理下麦秆随着土壤耕作混匀于土壤中。冬小麦供试品种为“长6878”，于2015年10月25日种植，基本苗为40 000～50 000株·hm-2，行距为20 cm，于2016年6月20日收获。夏高粱品种为“晋杂30号”，具有生育期短，植株矮、抗倒伏、高抗病等特点，于2016年6月26机播种植，基本苗为8 000～10 000株·hm-2，行距为40 cm。夏高粱播种前施用750 kg· hm-2复合肥作为基肥，其余田间管理与常规无异，于当年10月20日收获。

1.3 测定方法

1.3.1 株高和茎粗的测定

各小区选5株有代表性、长势一致植株进行挂牌标记，从苗期开始，每隔10 d进行一次单株株高和茎粗的测定，株高采用卷尺测量，茎粗采用游标卡尺测量。

1.3.2 叶面积指数(LAI)计算

叶面积指数(LAI)指作物群体总绿叶面积与该群体所占土地面积的比值，叶面积测定方法采用系数法，用直尺测量每株植株各叶片的叶长(Lij)和最大叶宽(Bij)，叶面积计算修正系数取为0.75，即：

式中：n为第j株的总叶片数；m为测定株数；ρ为种植密度；M为土地面积。

1.3.3 产量与穗部性状测定

测定项目为夏高粱收获后，随机取各处理具有代表性的16 m2样区进行测产，重复3次，用LDS-IA水分仪测定籽粒水分，按14 %含水量折合成单位面积实际产量。每个试验小区取苗5株，按常规方法测定地上茎节数、穗长、穗重、穗粒重、千粒重、叶片干物质重及茎秆干物质重等生物性状。

1.4 统计分析方法

试验数据采用Microsoft Excel 2010软件进行整理并作图表，利用SPSS 20.0软件进行数据的统计分析，采用新复极差法(Duncan)检验不同处理间各指标的差异显著性水平(P<0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同麦秆还田量对夏高粱植株农艺性状的影响

不同麦秆还田量下，夏高粱的株高在整个生育期均呈先增高后稳定的变化趋势，且整个生育期可划分为苗期(7月6日)、拔节期(8月5日)、抽穗期(8月25日)和成熟期(10月9日)(图1)。7月8日到7月28日，各处理夏高粱株高没有明显差异。从7月28开始，HR处理夏高粱的株高基本上均高于其他处理(除8月7日CK处理外)，在7月28日，HR处理与CK处理株高差异不显著(P>0.05)；8月7日CK处理夏高粱株高显著高于其他处理；8月17日，HR处理夏高粱株高显著高于CK，而WR处理株高显著低于CK；8月27日，HR和WR处理夏高粱株高显著高于CK，且HR处理株高显著高于WR，此时间段为株高快速增长阶段。8月27日左右，各处理夏高粱抽穗完成后株高趋于稳定，其中HR处理株高为197.9 cm，分别比CK和WR处理高16.82%和8.02%。

图1 夏高粱生育期株高动态变化Fig.1 The dynamic of plant height for summer sorghum in growth period 注：CK为对照，HR为50%麦秆还田处理，WR为100%麦杆还田。图中不同字母表示在P<0.05水平差异显著。下同Note: No-returning (CK); half returning (HR); all rteturning (WR). Different letters in figure indicate significant difference at P<0.05 level. The same below

不同麦秆还田量条件下，夏高粱的茎粗在整个生育期均呈先增高后稳定的变化趋势(图2)。7月8日，HR处理夏高粱茎粗显著高于其他处理，且CK与WR处理差异不显著。7月18日，各处理间夏高粱茎粗没有显著性差异。7月28日，HR处理夏高粱茎粗显著高于其他处理，且CK处理显著高于WR(P<0.05)，植株茎生长开始进入快速增长阶段。而8月7日以后，各处理夏高粱拔节完成后茎粗趋于稳定，其中CK处理茎粗值最大，为3.1 cm，分别比HR和WR处理高10.71%和19.23%。

图2 夏高粱生育期茎粗动态变化Fig.2 The dynamic of plant diameter for summer sorghum in growth period

2.2 不同麦秆还田量对夏高粱植株叶面积指数的影响

不同麦秆还田量处理夏高粱植株叶面积指数(LAI)均遵循先快速增高后缓慢减小的变化趋势(图3)，即在整个生育期内，前期和中期叶面积指数随着时间明显增加，到达生长旺盛时期(各处理日期分别为8月17日、8月27日和9月6日)以后，由于部分叶片干枯萎缩凋落， 各处理植株叶面积指数开始下降。7月8日，HR处理夏高粱植株叶面积指数显著高于其他处理，且CK与WR没有显著差异，而从7月18日开始，各处理间夏高粱叶面积指数存在显著差异(P<0.05)，在7月18日，各处理叶面积指数值大小为CK>WR>HR；7月28日，CK处理夏高粱叶面积指数显著高于HR和WR，且HR处理显著高于WR，同时植株叶面积开始进入快速生长阶段；8月7日至9月16日，HR处理夏高粱叶面积指数显著高于CK，且WR处理显著低于CK。而从9月26日开始，HR和WR处理夏高粱叶面积指数基本不变，而CK处理则呈现出明显的下降趋势，说明秸秆还田处理可以减缓叶片衰老。CK处理在8月27日左右开始枯萎，枯萎速率高达22.9%。夏高粱全生育期HR和WR处理平均叶面积指数较CK高11.45%和-10.23%。

2.3 不同麦秆还田量对夏高粱成熟期形态指标的影响

夏高粱成熟期地上茎节数、穗长、穗重、叶片干物质重和茎秆干物质重等生物性状对不同麦秆还田量响应结果表明(表2)，各处理夏高粱成熟期穗长、叶片干物质重和茎秆干物质重等性状存在显著性差异(P<0.05)。其中CK处理夏高粱成熟期地上茎节数显著高于HR，HR和WR不存在显著性差异；WR处理夏高粱穗重与CK和HR存在显著性差异，CK处理与HR不存在差异；HR处理夏高粱穗长分别比CK和WR处理长5.13%和8.37%。从夏高粱叶片干物质重角度分析，CK分别比HR和WR重3.78%和8.81%，而HR处理夏高粱茎秆干物质重分别比CK和WR处理重4.22%和17.65%，表明麦秆50%还田处理有效的促进了养分向植株茎秆及穗器官运输。

图3 夏高粱生育期叶面积指数动态变化Fig.3 The dynamic of plant LAI for summer sorghum in growth period

表2 夏高粱成熟期生物性状对不同麦秆还田量的响应Table 2 The different amount of straw counters-field set on the effect of sorghum’sbiology character on the mature stage

注：同列数据后不同字母表示在P<0.05水平差异显著。下同。

Note: Different letters within the same column indicate significant difference atP<0.05 level. The same below.

2.4 夏高粱产量及产量构成因素分析

不同麦秆还田量条件下，HR处理夏高粱产量表现最佳，理论产量和实际产量分别为11 558.5 kg·hm-2和7 989.2 kg·hm-2，显著高于CK和WR处理(P<0.05)(表3)。分析夏高粱产量构成因素可以看出，HR处理夏高粱的穗数和穗粒数显著高于其他处理，而CK处理夏高粱的千粒重显著高于其他处理，HR处理夏高粱千粒重虽然小于CK值，但是穗数和穗粒数较CK分别增加了10.99%和2.86%，且理论产量与实际产量均表现为HR处理高于CK和WR处理。从实际产量角度分析，HR处理夏高粱产量高于CK和WR处理，分别高8.44%和20.41%，说明HR处理主要通过穗数和穗粒数的增加而提高产量。

表3 不同麦秆还田量对夏高粱产量及产量构成因素的影响

3 讨论

秸秆还田能够有效地协调土壤水、肥、气、热等因素，有利于作物生长发育，进而促进产量形成[11～14]。本试验研究表明，不同麦秆还田量处理下的夏高粱株高显著高于不还田处理，但茎粗以不还田处理最大。其中，麦秆50%还田处理下的夏高粱株高最高，且显著高于其他处理；麦秆不还田处理夏高粱茎粗显著高于麦秆还田处理，这与李勇等[15]研究结果相似。这是由于茎粗形成开始于拔节期，而麦秆因其较高的C/N，腐解速率较慢，在此生育时期正处于腐解阶段，与作物生长形成了氮竞争，不利于作物壮苗。

叶面积指数(LAI)是反映植物群体生长状况的一个重要指标，其大小直接与光合能力强弱和最终产量高低密切相关[16]。本试验中，在夏高粱生长初期，麦秆不还田处理叶面积指数高于麦秆还田；在夏高粱生长后期，50%还田量处理夏高粱的叶面积指数显著高于不还田和100%还田处理，与高飞等[17]研究结果相同。究其原因，麦秆在前期腐解过程与土壤水分和氮素有关，与作物生长产生竞争关系，在夏高粱生长后期，50%麦秆还田量较100%还田腐解时间短，腐解基本完成，开始偿还秸秆腐解过程吸收的水分和秸秆中所含的养分，起到对土壤水分和养分的后期补偿作用[18]，促进了植物的生长发育及最大叶面积的形成。本研究结果表明，苗期(7月6日)各处理的叶面积指数差异不显著(P<0.05)，在即将进入拔节期时(7月28日)逐渐呈现显著性差异，在生长旺盛期最为突出，这是由于前期各处理的叶面积都比较小，差异不易分辨，而到后期，麦秆50%还田量处理下麦秆腐熟情况最佳，持续提供营养，叶片生长旺盛且衰老缓慢，维持叶片后期的生长功能[19]。

本研究表明麦秆50%还田处理夏高粱产量显著高于其他处理，其次为不还田处理，麦秆100%还田处理产量最低，说明并非麦秆还田量越大，夏高粱产量就越高。究其原因，是由于麦秆还田初期秸秆腐解需消耗一定的水分，且还田量越大，耗水量越多，同时腐解需氮与作物生长存在一定的竞争关系[20]。但随着腐解过程的结束，麦秆还田处理有效地增加了土壤微生物含量[21]，使土壤酶的活性显著提高[22]，促进了土壤矿质养分和有机质的分解[23]，为夏高粱生长发育提供了充足的养分供应，促其产量提高。而过量的麦秆还田腐熟过程较慢，阻塞了耕层土壤与大气环境间物质交换，造成土壤持续处于无氧及高温状态，削弱了土壤水、温、肥的耦合效果，降低了土壤微生物活性，造成夏高粱缺苗或死苗等减产现象[24,25]。因此，麦秆50%还田处理下麦秆腐解低耗水和耗时短的优势使得夏高粱生长发育旺盛、叶面积指数提高，作物产量增加，与郭瑶、徐蒋来等[16,26]研究结论相似。但是，麦秆还田量对夏高粱农艺性状及产量的影响是一个长期的过程，其响应机制有待进一步研究。

4 结论

综上所述，基于夏高粱-冬小麦一年两熟种植系统，不同麦秆还田量对夏高粱生长发育及产量影响显著。其中，50%麦秆还田处理夏高粱株高和叶面积指数显著高于不还田处理，分别增长了16.82%和11.45%，茎粗则低于不还田处理。50%麦秆还田处理夏高粱的穗长、茎秆干物质重、穗粒数和穗数等性状优于不还田，达到了显著增产的效果，同比不还田处理增幅高8.44%。因此，50%麦秆还田量适宜当地夏高粱-冬小麦一年两熟制种植制度，可为当地该种植系统推广提供一定的理论依据。

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(编辑：韩志强)

Effect of different amounts of residue incorporation on the agronomic characters and yield of summer sorghum

Sun Longxiang, Cui Fuzhu*, Xue Jianfu, Guo Xiuqing, Du Tianqing, Duan Yonghong, Yang Lin, Chen Mengni, Cui Jianghui

(CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

[Objective]To explore the effect of the different straw amount returning on sorghum yield, field experiment has been conducted based on the summer sorghum-winter wheat systems, in the central region of the Shanxi Province.[Methods]A year field experiment with a one-factor random block design was carried out in a summer sorghum-winter wheat rotation system. Setting up no-returning (CK), half returning (HR) and all returning (WR) 3 treatments, we studied the effects on sorghum growth and yield.[Results]Compared with CK treatment, straw returning significantly affected the height, leaf area index and yield components of summer sorghum. The plant height and leaf area index of summer sorghum were significantly increased under HR treatment, which was 16.82% and 11.45% higher than CK treatment respectively. The ear length, ear number and number of grain per ear of HR were increased by 5.13%, 11.01% and 2.86% respectively. In addition, the yield of summer sorghum under HR treatment was the highest, which was 8.44% and 20.41% higher than CK and WR treatments.[Conclusion]50% straw returning effectively promoted the summer sorghum leaf area index, ear length, ear number and number of grain per ear, showing a significantly advantage of production. The 50% straw returning was suitable for promotion in the central region of Shanxi Province.

Amount of straw returning, In the summer of sorghum, Agronomic traits, Yield

2017-03-15

2017-04-24

孙隆祥(1990-)，男(汉)，山西朔州人，硕士，研究方向：作物高产优质工程

*通信作者：崔福柱，副教授，硕士生导师，Tel：15110637026；E-mail：Cuifuz@sina.com

国家公益性行业(农业)科研专项(201503121-07)；山西省农业科技成果转化和推广示范工程项目(SXNKTG07)；高粱遗传与种质创新山西省重点实验室开放课题(2015K-03)

S514

A

1671-8151(2017)07-0493-06