耕播方式对稻茬小麦籽粒产量、养分吸收和利用的影响

李福建，徐东忆，吴 鹏，张新钵，丁永刚，马 泉，朱 敏，李春燕，朱新开，丁锦峰，郭文善

(扬州大学江苏省作物遗传生理国家重点实验室培育点/粮食作物现代产业技术协同创新中心/扬州大学小麦研究中心，江苏扬州 225009)

长江流域的光热资源丰富，降水丰沛，是中国稻茬小麦主要分布区域，也是小麦最具增产潜力的区域[1-3]。但稻茬田土壤质地粘重，耕性差，适播期墒情变化大；水稻秸秆还田量大，还田质量差；农村劳动力短缺等问题导致播种质量差，幼苗素质不高。这些因素已成为限制稻茬小麦产量提升的重要原因[4-5]。为了提高稻茬小麦的生产潜力，前人相继在机械耕播方式对土壤特性、群体质量、产量等方面开展了研究。李朝苏等[6]研究表明，秸秆还田条件下免耕有利于防止土壤水分蒸发，降低地表径流，提高耕地潜在持续生产力。张斯梅等[7]对稻麦两熟制地区研究认为，免耕处理下小麦穗数、穗粒数和产量均高于浅耕处理。李华伟[8]和季中亚等[9]研究提出，耕作方式、播种方式、秸秆还田对小麦群体质量和产量均有显著的调节作用。耕作与播种方式对小麦产量的影响因播种和生态条件如播期、秸秆还田与否、前茬作物、土壤墒情条件等的不同，表现出明显的差异[10]。

必需营养元素在调控作物生长发育和产量形成中发挥着重要作用。氮、磷、钾是作物三大营养元素，合理施用氮磷钾肥料已成为近年来大幅提高小麦产量的重要调控技术[11]。研究表明，我国粮食作物的氮肥利用率为30%～35%，磷肥利用率约20%，钾肥利用率为40%～50%[12-13]。大量化学肥料投入不仅增加了农业生产成本，也加剧了对农田、大气、水体等环境的污染。一直以来，我国农业生产中一直存在肥料投入普遍偏高、利用效率低的问题。为保证粮食安全、维护农业生态平衡，粮食作物产量和资源利用效率应同步提高[14]。因此，深入阐明植株养分吸收与小麦产量形成间的关系，对于促进小麦节本增效和保护生态环境具有重要的现实意义。

耕作方式会引起土壤物理性质的变化，改变土壤养分固定和矿化速率，进而影响作物对养分的吸收利用[15]。研究表明，随着保护性耕作年限的增加，土壤全氮、碱解氮和有机碳含量也随之呈现逐渐增加的趋势[16]。旋耕条播可显著增加麦田土壤速效氮含量，提高小麦氮肥偏生产力[17]。耕作播种方式也会影响植株体内的养分转运。丁晋利等[18]研究认为，免耕播种可明显提高小麦营养器官氮素转运量、转运效率和对籽粒氮的贡献率。耕播方式对小麦养分吸收利用影响的研究多在旱茬麦区进行，针对稻茬麦区的研究还相对较少。本研究在水稻秸秆全量还田条件下，调查了不同机械耕作方式和播种方式对小麦籽粒产量和蛋白质含量、氮磷钾养分吸收和利用的影响，以期为稻茬小麦绿色高效生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及供试材料

试验于2018-2019年在江苏省仪征市进行。试验田前茬为水稻，土壤为淤泥土，播种前0～20 cm土壤相对含水量为85.7%，有机质含量为 42.6 g·kg-1，速效氮含量为183 mg·kg-1，速效磷含量为20 mg·kg-1，速效钾含量为99 mg·kg-1。供试品种为扬麦23。

1.2 试验设计

试验采用二因素裂区设计，以耕作方式(T)为主区，设耕翻(T1)、旋耕(T2)、板茬(T3)三种方式；以播种方式(S)为裂区，设条播(S1)、带状条播(S2)、均匀摆播(S3)三种方式，共9个处理。耕翻处理：水稻收获后，铧式犁旋耕1次+旋耕机旋耕1次，耕作深度18～20 cm；旋耕：水稻收获后，旋耕机旋耕两次，耕作深度10～12 cm；板茬：在水稻收获后，不进行耕旋操作。条播：采用2BG-6A型条播机一次性完成旋耕灭茬-条播-盖籽-镇压，行距20 cm；带状条播：采用2BG-6A型小麦带状条播机一次性完成前置排种-带状条播-浅旋盖籽-镇压，行距28 cm，带宽10 cm；均匀摆播：采用2BG-6A型小麦均匀摆播机一次性完成前置排种-撒播-浅旋盖籽-镇压。铧式犁和旋耕机牵引动力为85马力LX954型号的东方红拖拉机，播种机牵引动力为12马力2BG-6A型号的小型手扶拖拉机。

基本苗为270×104株·hm-2，施氮量为240 kg·hm-2，基肥∶壮蘖肥∶拔节肥∶孕穗肥为 5∶1∶2∶2；磷肥和钾肥施用量均为120 kg·hm-2，基肥∶壮蘖肥为5∶5。其中基肥于播种前施用，壮蘖肥于4.5叶期施用，拔节肥于倒2.5叶期施用，孕穗肥于剑叶露尖施用。每个耕播处理下均设不施肥处理作为对照。2018年11月4日播种，三叶期间苗8 m2用于测定，2019年6月5日收获。每个小区面积为75 m2，三次重复。其他管理措施同当地高产栽培。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 籽粒产量测定

每小区成熟期收获1 m2籽粒，换算为13%含水量千粒重和籽粒产量。

1.3.2 籽粒蛋白质含量测定

取收获的籽粒研磨粉碎，采用H2SO4-H2O2靛酚蓝比色法，测得籽粒含氮量，乘5.7即为蛋白质含量。

1.3.3 植株氮、磷、钾养分含量和效率测定

分别于越冬期、拔节期、开花期和成熟期在间苗区连续取样20株，于105 ℃杀青1 h，80 ℃烘干至恒重，称重。烘干植株研磨混匀，按照H2SO4-H2O2靛酚蓝比色法测定氮含量，采用钒钼黄比色法测定磷含量，火焰光度法测定钾含量。参照朱元刚[19]和马泉等[20]方法，计算植株各器官氮素、磷素和钾素积累量及养分利用效率。

氮(磷、钾)肥农学效率=[施肥处理产量-无肥处理产量]/施氮(磷、钾)量

氮(磷、钾)肥表观利用率=[施肥处理氮(磷、钾)素积累量-无肥处理氮(磷、钾)素积累量]/施氮(磷、钾)量

氮(磷、钾)素利用效率=[施肥处理产量-无肥处理产量]/[施肥处理氮(磷、钾)素积累量-无肥处理氮(磷、钾)素积累量]

百公斤籽粒吸氮(磷、钾)量=籽粒氮(磷、钾)积累量/籽粒产量×100

氮(磷、钾)收获指数=籽粒氮(磷、钾)积累量/同处理成熟期总氮(磷、钾)素积累量

1.4 数据分析

采用Excel 2003 建立数据库，用DPS v7.55软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 耕作与播种方式对稻茬小麦籽粒产量和蛋白质含量的影响

由图1可知，耕作方式和播种方式均显著影响稻茬小麦籽粒产量和蛋白质含量，但耕作与播种方式间互作效应在籽粒产量和蛋白质含量上均不明显。T3的平均产量较T2和T1分别高 9.6%和14.9%；S3的平均产量较S2和S1分别高7.5%和24.3%。籽粒蛋白质含量在T1与T2两个耕作方式间差异不显著，但二者均显著高于T3。不同播种方式下籽粒平均蛋白质含量表现为S2>S3>S1，播种方式间差异显著。所有处理中，T3S3处理的产量最高，但蛋白质含量以T1S2和T2S2处理最高。

2.2 耕作与播种方式对稻茬小麦氮、磷、钾积累的影响

2.2.1 对氮素积累的影响

耕作方式和播种方式均显著影响稻茬小麦各生育时期和花后植株、成熟期籽粒氮素积累量，同时耕作和播种方式间互作对各指标影响显著(表1)。不同耕作方式中T3的各生育时期和花后植株、成熟期籽粒平均氮素积累量均显著高于T1和T2；不同播种方式间各生育时期和花后植株、成熟期籽粒氮素积累量表现为S3>S2>S1，差异均达显著水平。不同耕播组合中，T3S3处理最有利于小麦植株氮素的积累及其向籽粒的转运。

表1 耕作和播种方式对稻茬小麦氮素积累的影响Table 1 Effects of tillage and sowing methods on nitrogen accumulation of wheat following rice

2.2.2 对磷素积累的影响

耕作方式和播种方式对小麦各生育时期植株和成熟期籽粒磷素积累量均有显著的影响，花后植株磷素积累量受播种方式影响显著。越冬期、拔节期和成熟期植株和成熟期籽粒磷素积累量均显著受耕作方式和播种方式间互作影响(表2)。不同耕作方式中T3的各时期植株、成熟期籽粒磷素积累量均显著高于T2和T1，T2和T1间无显著差异；花后植株平均磷素积累量在耕作方式间表现为T3>T2>T1，但差异不显著。不同播种方式间各时期和花后植株和成熟期籽粒磷素积累量均表现为S3>S2>S1，播种方式间差异显著。不同耕播组合中，T3S3处理最有助于促进小麦植株磷素积累及其向籽粒的转运。

表2 耕作和播种方式对稻茬小麦磷素积累的影响Table 2 Effects of tillage and sowing methods on phosphorus accumulation of wheat following rice

2.2.3 对钾素积累的影响

由表3可知，小麦越冬始期至成熟期植株钾素积累量呈现先增后降的变化趋势，最高值出现在拔节期至开花期，开花期至成熟期钾素少量流失，故花后钾素积累量表现为负增长。耕作方式显著影响小麦各生育时期植株和籽粒钾素积累量；播种方式显著影响各生育时期和花后植株、成熟期籽粒钾素积累量；各生育时期和花后植株、成熟籽粒钾素积累量在耕作方式和播种方式间均无显著互作效应。不同耕作方式中T3的各生育时期植株和成熟期籽粒平均钾素积累量均显著高于T1和T2；花后植株平均钾素积累量在耕作方式间表现为T1>T3>T2，但差异均不显著。不同播种方式间各生育时期的植株和成熟籽粒钾素积累量均表现为S3>S2>S1，播种方式间差异均达显著水平；而花后植株钾素积累量表现为S1显著高于S2和S3。耕播组合中，T3S3处理最有利于植株的钾素积累及其向籽粒的转运。

表3 耕作和播种方式对稻茬小麦钾素积累的影响Table 3 Effects of tillage and sowing methods on potassium accumulation of wheat following rice

2.3 耕作与播种方式对稻茬小麦氮、磷、钾利用效率的影响

2.3.1 对氮利用效率的影响

由表4可知，小麦氮肥农学效率、氮肥表观利用率、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量和氮收获指数在耕作方式间均无显著差异；播种方式显著影响氮肥农学效率、氮肥表观利用率、氮素利用效率；氮肥利用效率显著受耕作与播种方式间互作的影响。不同耕作方式中T3的平均氮肥农学效率、氮肥表观利用率、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量和氮收获指数均大于T1和T2；不同播种方式间平均氮肥农学效率、氮肥表观利用率、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量和氮收获指数均表现为S3>S2>S1。不同耕播组合中，T3S3处理可以实现较高的氮肥农学效率、氮肥表观利用率和氮素利用率。

表4 耕作和播种方式对稻茬小麦氮肥效率的影响Table 4 Effects of tillage and sowing methods on nitrogen efficiency of wheat following rice

表5 耕作和播种方式对稻茬小麦磷肥效率的影响Table 5 Effects of tillage and sowing methods on phosphorus efficiency of wheat following rice

2.3.2 对磷利用效率的影响

由表5可知，耕作方式对小麦磷肥表观利用率、磷素利用效率和磷收获指数影响显著，对磷肥农学效率和百公斤籽粒吸磷量影响不显著；播种方式极显著影响磷肥农学效率、磷肥表观利用率、磷收获指数和百公斤籽粒吸磷量，对磷素利用效率影响不显著。耕作方式和播种方式互作显著影响磷素表观利用率和磷收获指数。平均磷肥农学效率、磷肥表观利用率、磷素利用效率、百公斤籽粒吸磷量和磷收获指数在耕作方式间表现为T3>T2>T1；平均磷肥农学效率、磷肥表观利用率、百公斤籽粒吸磷量和磷收获指数在不同播种方式间表现为S3>S2>S1。不同耕播组合中，T3S3处理可以实现较高的磷肥农学效率、磷肥表观利用率、磷素利用率及磷收获指数。

2.3.3 对钾利用效率的影响

由表6可知，耕作方式对小麦钾肥农学效率，钾肥表观利用率、钾素利用效率、百公斤籽粒吸钾量和钾收获指数的影响均不显著；播种方式均显著影响小麦钾肥农学效率、钾素利用效率、百公斤籽粒吸钾量和钾收获指数，对小麦钾肥表观利用率无显著影响。耕作与播种方式间的互作显著影响钾肥表观利用率。不同耕作方式的平均钾肥农学效率，钾肥表观利用率、钾素利用效率、百公斤籽粒吸钾量和钾收获指数均表现为T3>T2>T1；不同播种方式的平均钾肥农学效率、钾素利用效率、百公斤籽粒吸钾量和钾收获指数均表现为S3>S2>S1。不同耕播组合中，T3S3处理可以实现较高的小麦钾肥农学效率、钾肥表观利用率和钾素利用率。

表6 耕作和播种方式对稻茬小麦钾肥效率的影响Table 6 Effects of tillage and sowing methods on potassium efficiency of wheat following rice

3 讨 论

3.1 耕作与播种方式对稻茬小麦氮、磷、钾积累的影响

前人关于耕作方式对小麦养分积累和分配的影响已有一些报道。研究表明，免耕有利于小麦植株氮磷钾的积累，能显著提高籽粒吸氮量[21,22]。赵小星[23]研究认为，保护性耕作免耕覆盖促进小麦植株对氮素的吸收，与传统耕作和传统耕作+秸秆覆盖相比，籽粒中的氮素分配量最大。而沈学善等[24]研究认为，玉米秸秆深耕还田方式下小麦开花期营养器官氮、磷、钾含量和成熟期籽粒氮、磷、钾含量高于玉米秸秆旋耕方式。不同耕作方式和生态条件下小麦的养分吸收特征存在较大差异。本试验条件下，T3的各生育时期植株氮、磷、钾积累量和成熟期籽粒氮、磷、钾积累量，花后植株氮素积累量均高于T1和T2。这说明，T3更有利于小麦植株养分的积累，同时有利于植株花后积累更多的氮素，并将开花前积累的磷素和钾素向籽粒运转。与耕翻处理相比，板茬处理保持了稳定的土壤结构，增加了土壤养分的有效性，因此前期营养物质积累较多，总体养分积累多，利于后期养分转运和产量形成[15]。

播种方式对小麦营养吸收具有显著的调控效应。季中亚[9]对不同土壤墒情条件下播种方式对氮、磷的积累进行了研究，结果表明，播种期墒情适宜情况下，机撒播小麦前期的氮、磷积累量高于机条播和带状条播，中后期的氮、磷积累量低于机条播和带状条播；而播种期土壤墒情偏大时，机条播小麦苗期发育差，前期干物质积累量较小，影响后期氮素和磷素的吸收和转运。乐韬[25]的研究结果也显示，不同年份和生态条件下，小麦需要选择适宜的播种方式播种，以提高养分的积累和转运。本试验条件下，S3的小麦各生育时期植株氮、磷、钾积累量，成熟期籽粒氮、磷钾素积累量，花后植株氮、磷素积累量均显著高于S2和S1。本研究结果与前人的不尽一致，这可能是由于气候条件导致的。本试验播种期墒情较为适宜，S3播种方式有利于小麦幼苗早发，可保证幼苗质量，能够促进早期光合物质的积累，后期能保持较高的光能利用和养分吸收利用能力，越冬期连续降雨导致条播和带状条播群体数量一直处于较低水平，故可能抑制了营养吸收。结果还表明，不同耕播组合中T3S3处理最能提高小麦各关键生育时期植株氮、磷积累量，籽粒氮磷积累量和氮、磷转运量。

3.2 耕作与播种方式对氮素、磷素、钾素效率的影响

谭月臣等[22]认为，与旋耕相比，免耕能显著提高小麦氮素利用效率和籽粒吸氮量。赵小星[23]研究发现，保护性耕作免耕覆盖的氮肥生产效率和收获指数均明显高于传统耕作方式。而王静等[26]在砂姜黑土地区的研究表明，与旋耕、耕翻相比，深松显著提高了小麦氮素吸收效率和氮肥偏生产力。本试验条件下，小麦氮、磷和钾表观利用率和利用效率、氮和钾肥农学效率、氮和磷收获指数以及百公斤籽粒吸氮量在T3下均大于T1和T2。这表明，在水稻秸秆全量还田条件下，免耕覆盖有助于小麦养分的吸收和利用。

播种方式对小麦氮效率的影响，前人研究较少。乐韬[ 25]的研究结果显示，年度土壤过湿条件下，条播方式的氮肥农学效率和氮肥表观利用率显著高于均匀摆播方式和带状条播方式；带状条播方式的氮素利用效率显著高于均匀摆播方式和条播方式；土壤偏湿条件下，均匀摆播方式的氮肥农学效率和氮肥表观利用率高于带状条播方式和条播方式；条播方式的氮素利用效率显著高于均匀摆播和带状条播。本研究结果表明，氮肥、磷肥和钾肥农学效率、氮和磷肥表观利用率、氮素和钾素利用效率、百公斤籽粒吸磷和钾量以及氮和钾收获指数均表现为S3>S2>S1，差异均达极显著水平。总体而言，T3S3处理的耕播处理可较其他处理在提高小麦氮素利用效率的同时获得较高的磷素、钾素表观利用率和磷收获指数。

3.3 耕作与播种方式对稻茬小麦籽粒产量和蛋白质含量的影响

在北方旱区，少免耕覆盖能改善土壤结构，增加土壤养分的有效性，蓄水保墒，为作物生长创造良好的外部条件，使作物产量结构明显改善，增产效应显著[27]。也有研究表明，免耕增产的效果优于传统耕作和少耕[28-29]。侯贤清等[30]提出，年度间土壤免耕和深松轮耕可改善土壤理化性状，提高土壤肥力，提高小麦产量。李进永等[31]研究认为，在土壤墒情适宜时机条播小麦产量构成三因素更协调，产量显著高于机撒播，而在土壤墒情偏湿时机撒播更有利于实现较高的产量。本试验条件下，在T3下采用S3播种方式时，小麦产量最高。这说明，本试验条件下充足的营养积累对小麦籽粒产量形成起决定性作用，开花后氮、磷的进一步积累和向籽粒的转运，钾元素较少的流失对籽粒产量的形成也十分关键。

前人研究多认为，与旋耕处理相比，耕翻能提高籽粒蛋白质含量[32-33]。朱新开等[34]的试验结果表明，稻茬撒播小麦蛋白质含量相对较高。乐韬[23]认为，带状条播方式无论在土壤过湿还是偏湿条件下均能提高小麦蛋白质含量。本试验条件下，T3S3耕播组合可实现小麦最高产量，但蛋白质含量低于T1和T2与S2的组合。小麦籽粒产量与蛋白质含量一般呈负相关。因此，如何兼顾小麦籽粒产量和品质选择合理的耕播组合是值得进一步探讨的问题。

综上所述，耕作与播种方式主要通过影响小麦早期的养分吸收和植株生长，进而制约了后期养分的吸收和转运，影响产量形成和营养高效利用。本试验土壤偏湿播种条件下在板茬下采用均匀摆播方式进行播种，能够在提高植株氮、磷、钾养分的积累和花后养分向籽粒转运，协同增加小麦产量和氮、磷、钾吸收和利用效率。