休闲期轮耕对旱地小麦群体质量与产量的影响

曹碧芸，赵剑敏，余少波，冯 玉，王 强，林 文，任爱霞，孙 敏，高志强

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

山西地处黄土高原干旱半干旱地区，旱地小麦种植面积达到60%，农民长期传统的耕作方式引发了该地区水土流失加剧、土壤养分损失、产量不稳定等一系列问题。如何构建合理的耕作方式，提高土壤肥力，平衡土壤水分，达到稳产甚至增产，已成为山西省小麦栽培研究的主要问题。

休闲期轮耕是农业可持续生产的有效模式之一，相对于农户传统耕作来说，轮耕通过合理组配深翻耕、深松、免耕等土壤耕作技术并配套地表覆盖、秸秆还田等种植措施，形成与种植制度相适应的土壤耕作技术体系，以解决长期少免耕产生的负面效应，提高土壤抗旱能力和肥力，维持作物相对高产[1-4]。与常规耕作相比，休闲期轮耕处理下的小麦出苗早，出苗率高，单株分蘖能力强，冬前总茎数和春季总茎数增加，生长动态平稳，后期绿叶面积多，干物质量及产量比较高，前期生育优势明显[5-7]。刑军等[8]研究表明，与休闲期免耕处理相比，深松、深翻处理可以提高施肥后开花前土壤蓄水量，显著提高开花后积累的干物质量及对籽粒的贡献率；提高穗数4%～9%，提高产量9%～23%，提高水分利用效率6%～19%。张慧芋等[9]研究表明，休闲期深翻较免耕可有效蓄积雨水，提高小麦产量及蛋白质含量。杜聪阳等[10]研究表明，与旋耕处理相比，深耕可以提高苗期15～35 cm土层土壤含水量，显著提高穗粒数和千粒质量，2 a分别增产7.5%和7.7%。褚鹏飞等[11]研究表明，在山东省兖州市深松+条旋耕是有利于小麦节水高产的耕作方式。何建宁等[12]研究表明，间隔2 a深松＋条旋耕处理较其他处理可提高小麦干物质积累量及向籽粒的转运量，为获得小麦高产奠定物质基础。HE等[13]研究认为，在我国北部半干旱地区，免耕与深松耕相结合能够提高作物产量。李娟等[14]在陕西省合阳县研究表明，以深松翻耕轮耕小麦产量最高，经济效益高。在休闲期轮耕机制和模式研究方面，虽已有大量研究揭示了休闲期轮耕节本增效的良好效应，但研究内容多集中于土壤理化性质，且地域性差距大，缺乏群体性状对不同轮耕模式的响应及产量形成的研究。

本试验在2013—2015年度耕作试验基础上，于2015—2016年进行第3年度的耕作试验，设置4种轮耕处理，通过分析不同轮耕处理对旱地小麦群体性状及产量形成的影响，旨在探索黄土高原地区旱地小麦最佳轮耕处理，为山西旱地小麦高产栽培措施提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试小麦品种为晋麦92，由闻喜县农业委员会提供。

1.2 试验地概况

试验于2013—2016年在山西农业大学闻喜县旱地小麦试验基地（东经 110°15′～112°04′，北纬34°35′～35°49′）进行。试验地位于山西省运城盆地北部，为丘陵旱地，属于半干旱半湿润冬小麦种植区，典型暖温带大陆气候，年均气温11～13℃，无霜期130～190 d，年均降雨量450～630 mm。试验田地势平坦，土层深厚，透水、通气性能良好，土壤黏壤土，0～20 cm土层基础养分含量为：有机质9.27 g/kg，全氮 0.68 mg/kg，碱解氮 37.65 mg/kg，速效磷17.64 mg/kg，速效钾238.16 mg/kg，阳离子交换量52.50 cmol/kg，pH值7.5～8.0。该试验区小麦为一年一熟种植，且无灌溉条件，天然降水是该地区作物生产的主要水源，且降水主要集中在7—9月，该时期为小麦休闲期。2013—2016年全年降雨量和10 a平均降雨量及其分布如图1所示。

1.3 试验设计

试验采用单因素完全随机设计，设4种轮耕处理，分别为：（1）免耕 /免耕 /免耕（NT/NT/NT），连续3 a休闲期均为免耕，为对照；（2）深翻/深翻/深翻（DT/DT/DT），连续 3 a休闲期均为深翻；（3）深松 /深松/深松（ST/ST/ST），连续3 a休闲期均为深松；（4）深松 /深翻 /深松（ST/DT/ST），3 a休闲期耕作分别为深松、深翻、深松。小区面积5 m×60 m，各处理重复3次。

试验地前茬小麦收获后留茬20～30cm，于7月上旬撒施或深施有机肥1 500 kg/hm2，同时进行免耕、深翻、深松耕作处理。播前基施纯N150 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2，于 10 月 1 日播种，膜际条播，行距30 cm，常规大田管理。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 茎蘖数测定 分别于小麦越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期采用人工定点计数法调查1 m2内冬小麦植株总茎数。分蘖力、分蘖速率参考李金刚等[15]、林洪鑫等[16]的方法进行计算。

茎蘖成穗率＝成熟期穗数/最高总茎数×100% （1）

1.4.2 植株农艺性状测定

1.4.2.1 株高、叶面积指数测定 分别于小麦越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期进行采样，每个小区选取长势均匀且具代表性的20株样本，于室内测定单株株高、倒二叶长、宽和绿叶数。

叶面积＝长×宽×绿叶数×0.85 （2）

1.4.2.2 干物质量测定 分别于越冬期、开花期、成熟期取样20株，于105℃杀青30 min后，70℃烘至恒质量，称量并记录干物质量。

1.4.2.3 成熟期考种及产量测定 于成熟期调查单位面积穗数、穗粒数及千粒质量，每小区取50株测定生物产量，收割20 m2计算经济产量。

1.5 数据处理

试验采用Microsoft Excel 2003软件进行数据处理，用SAS9.0软件进行统计分析，差异显著性检验采用LSD法，显著性水平设定为α＝0.05。

花前干物质转移量（kg/hm2）＝花期地上部干物质累积量-成熟期地上部营养器官干物质累积量 （3）

花后干物质累积量（kg/hm2）＝成熟期地上部干物质累积量－花期地上部干物质累积量 （4）

花前干物质转移对籽粒的贡献率＝花前干物质转移量/籽粒产量×100% （5）

花后干物质累积对籽粒的贡献率＝花后干物质累积量/籽粒产量×100% （6）

2 结果与分析

2.1 休闲期轮耕对旱地小麦群体质量的影响

2.1.1 休闲期轮耕对旱地小麦群体分蘖特性的影响 随小麦生育进程的推移，群体茎蘖数呈先增加后降低，且拔节期最高（表1）。休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理显著提高各生育时期群体分蘖数与冬前群体分蘖速率，且以深松/深翻/深松处理效果最好，但与深松/深松/深松处理间差异不显著（表2）。休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理可显著提高单株分蘖力及茎蘖成穗率，单株分蘖力以深松/深翻/深松处理效果最好；茎蘖成穗率以深松/深松/深松处理最高，但与深松/深翻/深松处理间差异不显著（图2）。可见，休闲期轮耕有利于提高群体分蘖力、增加群体分蘖数，提高茎蘖成穗率，且以深松/深翻/深松处理效果最佳。

表1 休闲期轮耕对各生育时期群体分蘖数的影响 万个/hm2

2.1.2 休闲期轮耕对旱地小麦群体生长特性的影响 随着小麦生育进程的推移，旱地小麦株高均呈增加趋势，开花—成熟阶段趋于平缓；叶面积指数呈先升后降趋势，于孕穗期达到峰值（图3）。休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理可提高各生育时期株高以及叶面积指数，株高以深松/深翻/深松处理效果最好，但是与深松/深松/深松处理间差异不显著；叶面积指数以深松/深翻/深松处理效果最好，但是在成熟期与各处理间差异不显著。可见，休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理可以显著提高株高和叶面积指数，且以深松/深翻/深松处理的效果最好。

2.1.3 休闲期轮耕对旱地小麦成熟期穗部性状的影响 休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理可显著提高穗长4.56%～15.73%，提高可孕小穗数1.96%～12.94%，显著降低不孕小穗数及其占比，且以深松/深翻/深松处理效果最好（表3）。可见，休闲期轮耕有利于穗部发育，且以深松/深翻/深松处理效果最佳。

表3 休闲期轮耕对旱地小麦成熟期穗部性状的影响

2.2 休闲期轮耕对旱地小麦产量形成的影响

2.2.1 休闲期轮耕对旱地小麦干物质量积累的影响 随着小麦生育进程的推移，小麦干物质积累量呈增加趋势（图4）。休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理可提高小麦各生育时期干物质积累量，且以深松/深翻/深松处理最高，但在孕穗—成熟阶段与深松/深松/深松处理间差异不显著。可见，休闲期轮耕有利于干物质积累，且以深松/深翻/深松处理效果最佳。

2.2.2 休闲期轮耕对旱地小麦干物质量分配的影响 休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理可提高花前干物质转移量及对籽粒的贡献率，以深松/深翻/深松处理最高；降低了花后干物质累积对籽粒的贡献率，以免耕/免耕/免耕处理最高；显著提高收获指数，增幅达4.51%～7.44%（表4）。可见，休闲期耕作可促进小麦花前干物质对籽粒的转移，提高小麦收获指数，以深松/深翻/深松处理效果最佳。

表4 休闲期轮耕对旱地小麦花前干物质转移和花后干物质积累的影响

2.2.3 休闲期轮耕对旱地小麦产量构成因素的影响 休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理可显著提高穗数6.93%～15.85%，穗粒数2.06%～8.67%，千粒质量0.14%～5.63%，产量13.71%～24.89%，其中，以深松/深翻/深松处理效果最佳（表5）。深松/深翻/深松处理较其他处理可提高穗粒数4.33%～8.67%，但与深松/深松/深松、深翻/深翻/深翻处理间差异不显著；提高千粒质量0.44%～5.63%，与深翻/深翻/深翻处理间差异不显著；提高穗数、产量分别达1.81%～15.85%、5.08%～24.89%，但与深松/深松/深松处理间差异不显著。可见，休闲期轮耕主要通过穗数的增加实现增产，且以深松/深翻/深松处理效果最佳。

表5 休闲期轮耕对旱地小麦产量及其构成的影响

3 结论与讨论

耕作是农业发展技术体系中的重要生产措施，选择适宜的耕作模式对作物生长发育具有一定的积极作用。前人研究发现，休闲期轮耕对作物生长分蘖有显著影响，可增加作物分蘖能力，显著提高作物茎蘖成穗率，提高作物产量[17-19]。本研究结果也表明，休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理显著提高小麦单株分蘖力及茎蘖成穗率，分别提高6.14%～13.24%、1.50%～6.03%，其中，以深松/深翻/深松处理效果最佳。不同耕作措施的保墒效果可能影响休闲期轮耕处理间分蘖能力，由于小麦分蘖期对水分需求较大，而深松/深翻/深松处理可增大土壤孔隙度，具备较强的保水力和通气性，提高了土壤的蓄水保水能力，有利于小麦根系吸收更多水分，从而促进小麦分蘖[17，20]。

适宜分蘖有利于小麦叶面积指数提高，从而提高群体质量，优化群体结构，实现小麦干物质量增加[18]。马爱平等[21]研究表明，休闲期轮耕可提高小麦冬前和拔节期叶面积和株高；郑亭等[17]研究表明，休闲期轮耕绿叶面积和株高分别较翻耕提高5.74%、3.39%；李金刚等[15]研究表明，休闲期轮耕较旋耕或翻耕可显著提高群体叶面积指数，促进小麦干物质积累。王群等[22]研究表明，轮耕处理较免耕小麦叶面积增加15.50%，周年生物量增加了12.59%；高培芳等[23]研究表明，休闲期深松较传统耕作有利于提高小麦各生育时期土壤蓄水量，促进各生育阶段干物质累积，提高花前各器官干物质累积量，实现小麦增产。王云奇等[24]关于不同耕作模式对冬小麦生长状况的影响研究表明，深松/旋耕轮耕模式比单一旋耕开花前干物质积累量、生物产量分别增加28.1%和16.3%，但对花后干物质积累量影响不明显。本研究结果表明，休闲期轮耕处理较免耕/免耕/免耕处理可显著提高株高和叶面积指数，分别达6.46%～19.16%、11.32%～21.01%，提高小麦各生育时期干物质积累量，提高花前干物质转移量对籽粒的贡献率及小麦收获指数，分别达8.03%～59.77%、4.51%～7.44%，这与前人研究结果相一致。

小麦生长前期适宜群体构建有利于干物质积累，从而实现小麦增产。张慧芋等[25]研究表明，休闲期耕作较免耕可以显著增加小麦根系活力，提高小麦穗数，提高产量10.9%～26.2%。赵小蓉等[26]研究表明，休闲期耕作可显著增加小麦分蘖数，增加小麦成穗数、穗粒数和千粒质量，增产达3.2%～18.1%，显著优于翻耕处理；孔凡磊等[27]研究表明，轮耕对冬小麦产量构成、产量影响显著，尤其是有效穗数，提高了24.1%，且相关系数达0.85；HOU等[28]研究表明，轮耕处理较免耕处理冬小麦成熟期有效穗数和穗粒数分别显著增加7.96%和3.21%，3 a小麦平均产量较传统耕作显著增加10.69%，但对千粒质量无明显影响；但贾树龙等[29]研究认为，连续休闲期耕作处理的前3 a对作物产量没有影响，之后小麦产量显著降低（最大降幅达到31.83%）。本研究发现，休闲期轮耕较免耕/免耕/免耕处理可显著提高穗数6.93%～15.85%，穗粒数2.06%～8.67%，千粒质量0.14%～5.63%，产量13.71%～24.89%，其中，以深松/深翻/深松处理效果显著，这与前人研究结果不尽一致，原因既有黄土高原与平原潮土土质的差异，也表现在不同地区气候上的差异，以及耕作制度的不同。

总之，在黄土高原半干旱地区采用深松/深翻/深松有利于冬前分蘖，促进有效穗形成，提高叶面积指数，从而提高干物质量，最终优化群体实现增产。本研究仅是3 a的试验结果，而不同耕作方式经过长期轮换后更能反映耕作的实际效果，因此，不同轮耕方式对小麦群体产量效应的年际间差异及影响程度还有待进一步研究。