不同耕作方式对小麦光合性能和产量形成的影响

2019-12-09王丹李升东冯波李华伟王宗帅王法宏

山东农业科学 2019年10期

王丹　李升东　冯波　李华伟　王宗帅　王法宏

摘要：耕作方式是影响小麦产量水平发挥的关键因素，明确其对小麦农艺性状指标的影响，可为选择适宜该区域的高效耕作方式提供理论支撑。本试验设免耕（NT）、旋耕（RT）、深松（DL）和深翻（DT）四种耕作方式，研究其对小麦光合性能与产量的影响。结果表明：免耕（NT）有利于小麦植株根重密度（DRWD）的增加，旋耕（RT）的小麦根重密度最小，两地区（德州和泰安）小麦免耕（NT）和旋耕（RT）处理的根重密度分别相差25.7%和21.7%，差异达显著水平;免耕（NT）处理的小麦叶绿素值（SPAD）最高，有助于灌浆后期叶片捕捉更多光能供光合作用所用，从而增加小麦产量;深松（DL）处理能够显著增加开花期叶面积指数（LAI=5.4），相反旋耕（RT）处理的开花期叶面积指数最小为3.6，两者相差33.3%，差异显著;两地区各耕作方式处理的小麦旗叶光合速率（Pn）表现为：NT﹥DL﹥RT、DT和NT、DL﹥DT﹥RT;泰安地区成熟期小麦干物质积累量免耕（NT）处理为22 673.6 kg/hm2，旋耕（RT）处理为18 930.3 kg/hm2，总体表现为NT﹥DL﹥DT﹥RT;从产量构成因素看，免耕（NT）和深松（DL）处理更有利于小麦栽培高效轻简方式的形成和產量的增加。

关键词：小麦;免耕;旋耕;深松;深翻;光合速率;产量

中图分类号：S512.105.2文献标识号：A文章编号：1001-4942（2019）10-0035-05

Effects of Different Tillage Methods on Photosynthetic

Performance and Yield Formation of Wheat

Wang Dan，Li Shengdong，Feng Bo，Li Huawei，Wang Zongshuai，Wang Fahong

（Crop Research Institute，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan 250100，China）

Abstract Tillage method is the key factor affecting wheat yield. The influence of tillage method on wheat agronomic indexes is clarified to provide theoretical supports for selecting efficient tillage method suitable for this region.Four tillage treatments were designed in this experiment as no-tillage （NT）， rotational tillage （RT）， deep loosing （DL） and deep tillage （DT）. The results showed that NT treatment was beneficial to the increase of root weight density （DRWD） of wheat plants， while the DRWD under RT treatment was the lowest; their differences between Dezhou and Taian were 25.7% and 21.7% respectively， which reached significant level. The chlorophyll value （SPAD） under NT treatment was the highest， which was helpful for the leaves to capture more light energy for photosynthesis at later stage of filling， and thus increased the yield of wheat. DL treatment could significantly increase the leaf area index （LAI） at flowering stage up to 5.4， and that under RT treatment was the minimum as 3.6; the difference between them was 33.3% reaching significant level. The flag leaf photosynthetic rate （Pn） under different treatments showed as NT﹥DL﹥RT & DT and NT & DL﹥DT﹥RT in Dezhou and Taian respectively. The dry matter accumulation of mature wheat in Taian area was 22 673.6 kg/hm2 under NT treatment and 18 930.3 kg/hm2 under RT treatment， which showed NT﹥DL﹥DT﹥RT. From the yield components， it could be concluded that NT and DL treatments were more conducive to the formation of efficient and light cultivation and the increase of yield.

Keywords Wheat; No tillage; Rotational tillage; Deep loosing; Deep tillage; Photosynthetic rate; Yield

随着小麦生产全程机械化的发展，各类农机具轮番作业造成土壤表层不断在松软和紧实之间转换，选择合适的耕作方式栽培小麦迫在眉睫。Blanco-Canqui[1]、Lampurlanes[2]等研究表明，少、免耕有利于增加土壤团聚体含量，进而增加表层土壤水分和养分含量，可为小麦高产提供保障。传统的耕作方式易使土壤形成坚硬犁底层、阻碍根系下扎、降低表层土壤团聚体质量，使之易受风蚀，并且最终会导致小麦产量下降。保护性耕作采取的少、免耕等措施则易使土壤容重增大从而提高小麦播种质量。深松整地是指以打破犁底层为目的，通过拖拉机牵引松土机械，在不打乱原有土层结构情况下松动土壤的一种机械化整地技术。有研究认为深松有利于提高小麦花后干物质积累和光合产物向籽粒分配[3]。

干物质是小麦光合产物的最高形式，它的积累与经济产量有密切关系[4]，因而一直是小麦高产栽培研究的重点，也是揭示小麦高产机理的重要方面。小麦产量的90%～95%来自光合作用[5]，开花期到成熟期通常是小麦产量形成的重要时期，该期小麦旗叶的光合产物对籽粒的贡献可以达到80%左右[6]。基于此，本试验在德州和泰安两地区设置免耕（NT）、旋耕（RT）、深松（DL）、深翻（DT）四种耕作方式处理，研究其对小麦根重密度（DRWD）、叶面积指数（LAI）、干物质积累量、叶绿素值（SPAD）、旗叶净光合速率（Pn）和产量构成因素指标的影响，旨在筛选出适宜的耕作方式，为实现小麦高产稳产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2017—2018年度在德州市农业科学研究院科技示范园和泰安市岱岳区马庄镇进行。德州农科院科技示范园土壤肥力为有机质含量9.49 g/kg、碱解氮87.73 mg/kg、速效磷24.72 mg/kg和速效钾143.2 mg/kg。马庄镇试验地肥力为有机质含量12.19 g/kg、碱解氮90.65 mg/kg、速效磷28.12 mg/kg和速效钾145.9 mg/kg。供试小麦品种为济麦44。试验地土质为壤土，地势平坦，灌排方便。

1.2 试验设计

试验共设置四种耕作方式处理，分别是：免耕（NT）、旋耕（RT）、深松（DL）、深翻（DT）。德州、泰安两地试验的播种日期分别是10月16日和10月18日，都于次年6月9日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 小麦根重密度（DRWD）根重密度是指单位体积土壤中的根干重，用公式DRWD=M/V计算。其中M是根干重，V是土壤体积。

1.3.2 叶面积指数（LAI）采用对角线取样法分别于拔节期、开花期、灌浆期随机选取三个点调查20 cm范围内小麦植株的叶面积，继而计算出叶面积指数。

1.3.3 干物质积累量采用对角线取样法分别于返青期、拔节期、孕穗期、抽穗期、成熟期随机选取三个点调查20 cm范围内各时期具有代表性的小麦植株，剪除小麦根系后放入烘箱105℃杀青30 min，降至75℃烘干至恒重，称重并计算每公顷小麦干物质重量。

1.3.4 小麦叶片叶绿素值（SPAD）每个处理选择有代表性的小麦旗叶10片，分别于3月15日、3月20日、4月1日、4月26日、5月7日、5月20日用日本美能达SPAD—502叶绿素计直接测定SPAD值，并計算其平均值。

1.3.5 小麦旗叶净光合速率（Pn）于小麦孕穗期（4月14日）、开花期（5月7日）、花后15 d（5月23日）选10株长势一致且具代表性者挂牌标记。用CIRAS—2型光合作用测定仪（PP，Systems公司，英国）于9∶30—11∶30自然光照条件下测定小麦旗叶净光合速率。

1.3.6 小麦产量测定小麦成熟期各处理分别取3 m2测产，重复3次。随机取3 000粒（3份）测千粒重。最终按照籽粒含水率13%折算出每公顷产量和千粒重。每个处理连续取20株代表性植株进行室内考种。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007整理试验数据并作图，用DPS 7.0软件进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕作方式处理对小麦根重密度的影响

由图1可知，不同耕作方式处理的小麦根重密度存在显著性差异，表明耕作方式对小麦根重密度具有调控作用。德州点NT处理的根重密度与RT处理的根重密度之间存在显著差异，泰安点的结果与此相同。NT处理的小麦植株根重密度最大，说明其更有利于根系延伸，适于小麦根系生长;RT处理的小麦根重密度最小。两个试验点小麦NT和RT处理之间的根重密度分别相差25.7%和21.7%。

2.2 不同耕作方式处理对小麦叶部性状相关指标的影响

2.2.1 对小麦SPAD值的影响由图2可以看出，随着时间推移小麦的SPAD值呈现由低到高的总体趋势。德州点小麦3月15日RT、DL、DT三个处理间差异不显著，但与NT处理存在显著差异;4月10日四个不同耕作方式处理间差异均不显著;5月20日DT和DL处理之间差异不显著，与NT和RT差异显著。NT处理小麦的SPAD值最高，DL次之，这两个处理更能延缓叶绿素的降解，对灌浆后期小麦叶片有明显的保绿防衰效果，有助于灌浆后期叶片捕捉更多光能供光合作用所用，从而增加小麦产量，反之降低，RT处理的SPAD值最低。泰安点不同耕作方式处理的小麦SPAD值结果与德州点相同，NT与RT之间存在显著差异。

2.2.2 对小麦叶面积指数（LAI）的影响分别在小麦拔节期、开花期、灌浆期测定不同耕作方式处理的小麦叶面积指数，结果（图3）显示，NT和DL处理的小麦叶面积指数差异不显著，但德州点DL处理能够显著增加小麦开花期叶面积指数（5.4），RT处理的小麦开花期叶面积指数最小（3.6），两者相差达33.3%，差异显著。由图3还可知，泰安点NT处理的叶面积指数显著增加。综合来看，NT耕作方式处理更有利于小麦叶面积指数增加，这是由于该耕作方式为小麦生长提供了良好的群体结构。

2.2.3 对小麦净光合速率（Pn）的影响由表1可见，不同耕作方式处理多为孕穗期的Pn值最大且处理间差异不显著;开花期Pn值略有降低，且DT与其它处理存在显著差异，其它处理间差异不显著;花后15 d各处理间差异显著，德州和泰安点各处理小麦旗叶光合速率分别表现为NT﹥DL﹥RT、DT和NT、DL﹥DT﹥RT，其Pn的最大值比最小值分别多28.77%和37.33%。这说明NT和DL均能提高小麦后期旗叶光合能力，对延缓小麦衰老起到积极作用，可为小麦灌浆期保持较高的灌浆速率奠定物质基础。

2.3 不同耕作方式对小麦干物质积累量的影响

由图4可知，两地不同耕作方式处理的小麦干物质积累量呈持續增长态势，但增长量各有不同。德州点小麦成熟期干物质积累量NT处理显著大于RT，说明免耕处理更有利于小麦植株干物质的积累。泰安点成熟期小麦干物质的积累量NT处理为22 673.6 kg/hm2，RT处理为18 930.3 kg/hm2，总体表现为NT﹥DL﹥DT﹥RT。

2.4 不同耕作方式对小麦产量的影响

由表2可以看出，四种耕作方式对小麦产量的影响具体表现为NT﹥DL﹥DT﹥RT，NT产量最高，RT产量最低，两试点的NT比RT分别增产10.92%和5.83%。分析小麦产量构成要素可看出，NT和DL处理更有利于增加小麦的单位面积穗数、千粒重。

3 讨论与结论

曾浙荣等[7]研究北部冬麦区冬小麦品种籽粒灌浆特性时指出，千粒重是决定籽粒产量的重要性状。陈久月等[8]通过主成分分析和偏相关分析认为小麦的有效穗数是影响其产量的主要因素，增加穗粒数是提高小麦单产的突破口。王法宏等[9]研究指出，相对于常规耕作，结合深松覆盖可以提高土壤的保水能力，少免耕对作物产量具有积极作用。本研究结果表明免耕（NT）和深松（DL）能显著提高产量。有研究认为，小麦开花以后是产量形成的主要时期，花后保持较好的群体结构、较高的光合速率、延长光合时间和降低呼吸消耗，对增加小麦粒重、提高经济产量具有重要作用。从小麦的产量水平和构成要素发现，翻耕（DT）和旋耕（RT）不利于增加小麦的群体和穗粒数，对千粒重影响也不大，这是因为翻耕或旋耕较少（免）耕既不能保障小麦良好的群体结构又不能保障小麦群体的健壮度。本试验结果与荆奇等[10]的结果一致。

王法宏等[9]在对保护性耕作与光合性状的研究中指出，深松能改善旗叶光合特性。李友军等[11]研究表明少耕、免耕覆盖、深松覆盖能提高叶片光合作用能力。此结论在本试验结果中也有体现，德州和泰安试验点各处理小麦旗叶光合速率表现为NT﹥DL﹥RT、DT和NT、DL﹥DT﹥RT，其Pn的最大值比最小值分别多28.77%和37.33%。SPAD值是衡量植物叶绿素相对含量或绿色程度的重要参数，相关研究[12]表明，SPAD值与叶绿素总量呈显著正相关，所以较高的SPAD值能提高光合能力，延长后期灌浆时间，提高产量。本研究结果表明，免耕和深松能延缓旗叶叶绿素的降解，提高叶面积指数，有利于小麦叶片光合性能的提高。

研究发现，与传统浅耕相比，深松能提高总根量及促进根系下扎，有利于吸收深层土壤中的水分及养分，提高生育中后期的叶面积指数，提高干物质积累速率和增加积累量，最终获得较高玉米籽粒产量和经济效益[13]。此结论与本试验结果一致。LAI是作物长势评估的一个重要指标，利用遥感技术进行LAI模型构建和预测已有较多研究[14]。在一定范围内，LAI越大光合作用越强，更有利于构建合理的小麦群体结构。本试验结果表明，德州试验点深松（DL）处理能够显著增加小麦开花期叶面积指数（5.4），相反旋耕（RT）处理的小麦开花期叶面积指数最小（3.6），两者相差达33.3%。

干物质是作物光合作用后形成的最终形态，其积累转运及分配是当前小麦研究的热点。有研究发现，花前和花后干物质积累与分配特征在不同小麦品种之间存在差异。干物质的积累和分配与经济产量有密切关系，干物质积累越多，相应的产量也越高。本试验结果表明，泰安试验点成熟期小麦干物质的积累量免耕（NT）处理为22 673.6 kg/hm2，旋耕（RT）处理为18 930.3 kg/hm2，总体表现为NT﹥DL﹥DT﹥RT。这与霍李龙等[15]的研究结果一致。

参考文献：

[1]Blanco-Canqui H，Lal R.Mechanisms of carbon sequestration in soil aggregates[J]. Critical Reviews in Plant Sciences，2004，23（6）：481-504.

[2]Lampurlanes J，Cantero-Martinez C. Hydraulic conductivity，residue cover and soil surface roughness under different tillage systems in semiarid conditions[J].Soil and Tillage Research，2006，85（1/2）：13-26.

[3]Zhao B Q，Li F C，Xue J，et al. Effect of different tillage methods on root growth of winter wheat[J]. Acta Agronomica Sinica，1997，23（5）：587-596.

[4]祝宗美. 不同耕作深度对小麦生长发育、产量及水分生产效率的影响[J]. 山东农业科学，2012，44（7）：48-49.

[5]吾丽扎巴依尔·别肯. 土壤耕作方式对小麦干物质生产和水分利用效率的影响[J]. 农民致富之友，2018（14）：33.

[6]李燕，刘苹，林海涛，等. 不同施肥方式对小麦农艺性状及产量的影响[J]. 山东农业科学，2016，48（12）：101-103.

[7]曾浙荣，庞家智，周桂英，等. 我国北部冬麦区小麦品种籽粒灌浆特性的研究[J]. 作物学报，1996，22（6）：720-728.

[8]陈久月，沈健，王杨，等. 小麦新品种（系）产量及其与主要产量性状的相关性[J]. 西北农业学报，2015，24（1）：49-53.

[9]王法宏，王旭清，任德昌，等. 土壤深松对小麦根系活性的垂直分布及旗叶衰老的影响[J]. 核农学报，2003，17（1）：56-61.

[10]荆奇，戴廷波，姜东，等. 不同生态条件下不同基因型小麦干物质和氮素积累与分配特征[J]. 南京农业大学学报，2004，27（1）：1-5.

[11]李友军，吴金芝，黄明，等. 不同耕作方式对小麦旗叶光合特性和水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报，2006，22（12）：44-48.

[12]张维城，王绍中，李春喜. 小麦植株分布状况对干物质积累和产量的影响[J]. 河南农业科学，1995（6）：1-6.

[13]李冬梅，郭华，朱海燕，等. 耕作方式对玉米生长发育、根分布及产量形成的影响[J]. 玉米科学，2014，22（5）：115-119.

[14]赵春江.农业遥感研究与应用进展[J]. 农业机械学报，2014，45（12）：277-293.