不同机械化耕播模式对冬小麦幼苗质量和产量的影响

赵凌天，咸云宇，刘光明，姜恒鑫，廖平强，赵 灿，王维领，霍中洋

（江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省作物栽培生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，扬州大学，扬州 225009）

0 引 言

农业机械化是实现农业现代化的重要标志和前提，随着中国社会经济的快速发展与政策的不断支持，农业生产机械化水平不断提高[1]，有力促进了粮食现代化生产。小麦是主要的粮食作物，也是机械化程度最高的粮食作物，2020年全国小麦耕种收综合机械化率稳定在95%以上，基本实现了小麦生产全程机械化[2]。稻茬麦是中国南方地区最主要的麦作方式[3]，其生产水平直接影响着小麦的安全生产。近年来，随着机插与直播稻的大面积种植，水稻成熟期推迟[4]，小麦耕播等农耗时间缩短，加之稻秸全量还田的普及[5]，不仅增加了小麦耕播难度，也影响着小麦耕播质量[6]，给小麦的优质高产高效生产带来了一定的影响[7]。关于不同耕播模式对小麦生长发育的影响已有研究。如张成等[8]研究认为，成都平原地区稻茬小麦采用“翻耕＋旋耕”复合耕作技术增产增收效果明显。吴鹏等[9]研究表明，旋耕撒播、旋耕条播的出苗率基本一致，均高于板茬免耕条播，但两者幼苗质量低于板茬免耕条播。李福建等[10]研究发现，板茬搭配均匀摆播的耕播方式能够提高小麦养分吸收能力，增加养分吸收率，提高籽粒产量。彭思姣[11]研究认为，“耕翻＋镇压＋条播”处理的穗数、千粒质量、产量均极显著高于“旋耕＋撒播”、“旋耕＋条播”、“旋耕＋镇压＋条播”等处理。但以上研究主要集中在不同耕作及播种方式搭配组合对小麦产量及其形成的影响，不仅操作环节多，而且需要配套多种作业机械，耕作与播种农耗时间长，作业效率低，不利于新时期稻茬小麦壮苗早发与高产高效生产。为此，本研究选择双轴分层切削施肥播种镇压开沟复式作业机和LCB-10型小麦精确施肥旋耕播种机两种新型复式作业机械，并以传统耕播与人工撒播为对照，比较研究了不同机械及其耕播模式对小麦幼苗生长、产量和经济效益的影响，以期为小麦规模化机械化高产高效生产提供理论与实践依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点与供试材料

试验于2019—2021年在江苏省泰州市姜堰区井贤农场进行。试验田为潴育型水稻土，质地为黏性，前茬为水稻。2019—2020年0～20 cm耕层土壤含有机质质量为31.83 g/kg、全氮1.97 g/kg、速效钾166.34 mg/kg、速效磷63.12 mg/kg，播种前土壤相对含水量为72.36%；2020—2021年0～20 cm耕层土壤含有机质质量为31.69 g/kg、全氮1.94 g/kg、速效钾165.94 mg/kg、速效磷62.93 mg/kg，播种前土壤相对含水量为79.36%。

供试小麦品种为春性中熟优质强筋小麦农麦88，株高83 cm左右，全生育期210 d左右。2019—2020年耕播日期为2019年11月1日，收获日期为2020年5月30日；2020—2021年耕播日期为2020年11月3日，收获日期为2020年6月1日。

1.2 试验设计

试验设计6种稻秸全量还田条件下小麦机械化耕播模式：双轴分层切削施肥播种镇压开沟复式作业模式（模式1），即一次性完成机械施肥→旋耕→开沟 →播种→覆土→镇压→开排水沟作业；LCB-10型小麦精确施肥播种机施肥→旋耕→播种→覆土→镇压（模式2）；LCB-10型小麦精确施肥播种机施肥→浅旋耕→播种→覆土→镇压（模式3）；金奥双盘撒肥机TW-350撒肥→2BFG-10（6）230旋耕智能施肥播种机旋耕→开沟→播种→覆土→镇压（模式4）；传统施肥撒播旋耕机施肥→撒播→旋耕（模式5）；传统施肥撒播旋耕机旋耕→人工撒播→人工撒肥→老式手扶拖拉机旋耕覆土（模式6）。其中，双轴分层切削施肥播种镇压开沟复式作业机械为扬州大学自研，LCB-10型小麦精确施肥播种机为镇江立昌智能装备有限公司出品，2BFG-10（6）230旋耕智能施肥播种机为江苏项瑛农机有限公司出品。随机区组设计。为便于机械耕作，各处理以田块为单元构建大区，模式1～5面积为40 000 m2，模式6面积为2 000 m2。

播种量为150 kg/hm2，其中模式1～4为条播，模式5、模式6为撒播；氮、磷、钾施用量分别为315 、157 和157 kg/hm2，其中氮肥运筹模式为基肥∶拔节肥∶孕穗肥＝6∶2∶2，拔节肥于倒三叶期施用，孕穗肥于倒一叶期施用，磷、钾肥均一次性基施。其他措施均按高产要求进行。不同机械的耕播农艺参数如表1。

表1 各模式的耕深、行距、幅宽Table 1 Tillage depth, row spacing and width of each mode

1.3 测定项目与方法

1.3.1 耕深

各处理沿对角线随机取5个测区，每测区宽度为1个工作幅宽，长度为10 m，然后在每个测区内随机取5点，以耕后地表为基准，用耕深尺测量每点耕深，计算平均耕深。检测点位置避开地边和地头。

1.3.2 植被覆盖率

各处理于播种前及播种后分别沿对角线随机取5个观测区，每个观测区取5点，每点1 m2，分别测定植被

1.3.3 露籽率

各处理沿对角线随机取5个测区，每个测区宽度为1个工作幅宽，长度为10 m，然后在每个测区内随机取5点，其中模式1～4每点连续取5行，每行1 m，模式5～6每点取1 m2，调查暴露在地表的籽粒数量。

1.3.4 播深与出苗率

小麦出苗后，各处理沿对角线随机取5点，其中模式1～4每点取1行，行长1 m，模式5～6每点取1 m2，分别调查出苗数，计算出苗率及出苗数变异系数，并以出苗数变异系数的倒数表示出苗均匀度。同时每点调查麦苗10株，将土壤扒开，量取种子至地表的深度，计算平均值，即为播深。

1.3.5 越冬初期幼苗质量

各处理于越冬初期取幼苗20株，分别测量株高和调查单株分蘖数，同时用叶面积仪（L1-3000C，美国）测定植株绿叶面积，计算叶面积指数，随后将地上部植株（茎鞘与叶片）装袋，于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量，测定干物质积累量。

1.3.6 产量及其构成

各处理于成熟前1周沿对角线随机取5点，模式1～4每点连续取5行，每行1 m，模式5～6每点取1 m2，调查实际成穗数，然后每点取麦穗50个考种，测定每穗粒数。成熟期每处理实割5点，每点1 m2，经脱粒与晒至适宜水分后称取质量，计算实际产量，同时数粒测定千粒质量。

1.3.7 作业效率

分别用计时器记录各处理模式施基肥、旋耕、播种、镇压与开沟作业等环节的作业时间，计算作业效率。

1.3.8 经济效益

经济效益计算公式为

式中EB为经济效益，元/hm2；YR为小麦产量收入，元/hm2；LW为人工费用，元/hm2；MW为机械费用，元/hm2；OW为其他费用，元/hm2。机械费用包括油费、租赁费用；其他费用包括肥料费用、农药费用、灌溉费用、管理费用等。上述参数的计算均参照生产季度当时的市场价格，包括小麦价格、用工价格、油费、水价等。

1.4 数据分析

用Microsoft excel 2019、SPSS 23.0进行处理和分析，用Origin 2018作图，采用LSD最小显著性差异法在P＜0.05水平进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 播种与出苗质量

由表2可知，模式1至模式4对小麦播种质量均具有显著影响，模式5相较于模式6仅露籽率2 a均有所改善，对播种深度以及植被覆盖率影响不显著。从播种深度看，2019—2020年和2020—2021年小麦均是模式2最深，分别为4.30和4.26 cm，显著高于其他模式，其次是模式4、模式3，在2019—2020年均显著高于模式1、模式5和模式6，在2020—2021年模式4显著高于模式1、模式5和模式6，模式3则仅显著高于模式1，与其他模式间无显著差异，模式4与模式3在2 a间均没有显著差异，模式6与模式5间也没有显著差异，2 a播深最浅的均为模式1，分别为2.14 和2.03 cm，但仍处于小麦适宜播深范围内；2020—2021年所有模式的露籽率相较于2019—2020年均有所上升，2 a露籽率最低的均为模式2、3，并显著低于其他模式，其次为模式1，2019—2020年和2020—2021年露籽率分别为12.62%和17.47%，2 a均显著低于模式4、模式5和模式6，2019—2020年和2020—2021年露籽率最高的均为模式6，分别高达35.92%和37.18%，对比其他模式平均高出12.61～35.46个百分点；2019—2020年和2020—2021年植被覆盖率最高的均为模式1，达80.12%和78.43%，且2 a均显著高于其他模式，模式2、5、4、6在2019—2020年和2020—2021年平均达67.3%～72.3%，2 a植被覆盖率最低的均为模式3，比其他模式平均低49.64～62.91个百分点。2019—2020年和2020—2021年作业效率相同，最高为新型机械化复合作业模式1，达0.36 hm2/h，较其他模式高100%～620%。其次是模式2，较模式3至模式6高0%～260%。其中模式1、模式2与模式3分别是模式4的3.27、1.64和1.64倍，比模式5分别高176.92%和38.50%，分别是人工撒播模式6的7.2、3.6和3.6倍。

表2 2019—2021年不同机械化耕播模式对冬小麦播种与出苗质量的影响Table 2 Effects of different mechanized tillage and sowing modes on sowing and seedling emergence quality of winter wheat from 2019 to 2021

不同机械耕播模式对小麦出苗质量也有显著影响。其中2019—2020年和2020—2021年出苗率最高的均为模式2，2 a平均出苗率达59.66%，与模式1差异不显著，较其他模式2 a平均高6.77%～20.60%，模式1较模式3至模式6两年平均高6.13%～19.87%。其次为模式4，在2019—2020年显著高于模式3、模式5和模式6，在2020—2021年仅显著高于模式5，2019—2020年和2020—2021年出苗率最低的均为模式5，分别比模式1、模式2平均低16.59%和17.09%；2019—2020年和2020—2021年出苗均匀度最高的均为模式1，2 a平均达27.95，显著高于其他处理，2 a平均高102.26%～300.55%，2019—2020年出苗均匀度最低的为模式2及模式6，分别比模式1低21.18和21.39，2020—2021年出苗均匀度最低的为模式3、模式6、模式2，分别比模式1低20.53、19.76和19.05。

2.2 越冬初期幼苗生长情况

比较分析不同机械化耕播模式小麦越冬初期幼苗生长情况（图1）可以看出，2019—2020年和2020—2021年苗高最高的均为模式2、模式6，但两处理间无显著差异，且2 a间均显著高于其他模式，模式1的苗高在2019—2020年和2020—2021年均显著高于模式3、模式4及模式5，分别平均高11.26%、15.13%和15.58%，模式3、模式4和模式5间没有显著差异（图 1a）；单株分蘖数在2019—2020年和2020—2021年均是模式2最高，平均比其他处理高1个/株以上，且差异达显著水平，模式1的单株分蘖数在2019—2020年显著大于模式3、模式5和模式6，在2020—2021年显著高于模式3、模式4、模式5和模式6，其他模式间差异较小（图1b）；叶面积指数在2019—2020年和2020—2021年均以模式6最高，其次为模式2，但两处理间没有显著差异，模式1的叶面积指数也相对较高，2 a平均达0.61，并显著高于模式3、模式4与模式5，模式3与模式4及模式5间则没有显著差异（图1c）；群体干物质积累量上，2019—2020年和2020—2021年均是模式2最高，2 a平均达1.91 t/hm2，其次是模式6，但与模式2差异不显著，再次是模式1，显著高于模式3、模式4与模式5，2 a分别平均高16.83%、23.73%、16.94%，模式3、模式4、模式5之间无显著差异。

2.3 产量及其构成因素

由表3可知，不同机械化耕播模式对小麦产量影响显著。其中2019—2020和2020—2021年产量最高的均为模式2，其次为模式1，2 a产量分别达9 894.38和9 689.64 kg/hm2，模式2较模式3至模式6两年平均高23.84%～42.90%，模式1较模式3至模式6两年平均高21.28%～39.94%。模式4的产量也相对较高，2 a平均达7 989.40 kg/hm2，较模式3、模式5间和模式6两年平均高7.01%～15.39%。2019—2020和2020—2021年模式4、模式3、模式5产量均显著高于模式6。从产量构成因素看，单位面积穗数、每穗粒数与千粒质量在不同模式处理间也均表现出显著差异。其中，2019—2020和2020—2021年单位面积穗数最高的均为模式1，其次为模式2，处理间差异达显著水平，且均显著高于其他处理，2 a平均高6.22%以上，最低的为模式5，比其他处理2 a平均低5.4%以上；2019—2020和2020—2021年每穗粒数最高的均为模式2，其次是模式5，比其他处理2 a平均高10.72%以上；2019—2020和2020—2021年千粒质量均为模式6最高，其次是模式5，比其他处理高1.38%以上，最低的为模式3，比其他处理2 a平均低2.85%以上。进一步分析单位面积总粒数（单位面积库容量）可以看出，其表现出与单位面积产量一致的规律，说明以相对较高的穗数与每穗粒数协调产出足量的群体库容量，并保持相对稳定的千粒质量，是小麦高产的关键。

表3 2019-2021年不同机械化耕播模式对冬小麦产量及其构成因素的影响Table 3 Effects of different mechanized tillage and sowing modes on winter wheat yield and its components from 2019 to 2021

2.4 经济效益

经济效益为产量收益与总投入成本的差值。由表4可知，2019—2020和2020—2021年的人工费、机械费、其他费用和总投入成本均相同，产量收益表现为与产量趋势一致的规律性，其中2019—2020和2020—2021年产量收益最高的均为模式2，比模式1两年平均高450.7元/hm2，平均高2.11%，模式1两年均分别依次高于模式4、模式3、模式5与模式6；总成本为模式6最高，最低的为模式1，模式2与模式3也相对较低，分别比模式6低2.5%、1.8%、1.8%。最终经济效益2019—2020和2020—2021年均为模式2最高，较模式3和模式6两年平均高51.14%～112.68%，其次是模式1，较模式3至模式6两年平均高46.94%～106.23%。最低的为模式6，其比模式2、模式1两年平均分别低53.00%和51.51%，模式4两年均依次高于模式3、模式5和模式6，2 a平均高14.23%～

表4 2019—2021年不同机械化耕播模式对冬小麦经济效益的影响Table 4 Effects of different mechanized tillage and sowing modes on economic benefits of winter wheat from 2019 to 2021

40.35%。

进一步分析不同耕播模式的总成本构成要素可知，单位面积所需人工费用最低的为模式1，仅为129.4元/hm2，其次为模式2与模式3，最高的为模式6，达445.3 元/hm2，分别比模式1、模式2高244.1%和192.4%；单位面积所需机械费最低的为模式6，仅为144 元/hm2，最高的为传统机械条播的模式4，比模式1高23.5%，模式2、模式3与模式5机械费相同，比模式4低3.2%，但比模式6、模式1分别高87.5%和19.5%。

3 讨 论

3.1 不同机械耕播模式对小麦播种及出苗质量的影响

出苗率是衡量出苗质量的重要指标之一。研究结果表明，地表植被和残茬过多，植被覆盖率过小，将直接影响播种工序和出苗质量的优劣[12]。易峰等[13]研究表明，小麦的基本苗数随着播深的增加呈现先增加后减少的趋势，并且在播深2～3 cm时小麦出苗质量较好。徐红军等[14]研究认为，小麦出苗率受到播种深度、种子质量、土壤湿度、整地质量等因素的影响。在土壤墒情适宜的条件下，小麦播种深度以3～5 cm为宜，底墒充足、地力较差和播种偏晚的地块，播种深度以3 cm左右为适宜，墒情较差、地力较肥的地块以4～5 cm为宜。大粒种子可稍深播种，小粒种子可稍浅播种。胡国平等[15]研究认为，人工撒播播量不易控制，播种均匀性差。本研究结果表明，不同机械化耕播模式对小麦播种质量及出苗质量具有显著影响，模式1不仅机械作业效率高，而且植被覆盖率最高，地表植被与残茬最少，播种深度最浅且适宜，因而机械播种后露籽率少，出苗率与出苗均匀度高，利于提高播种及出苗质量，可在大面积生产上示范应用；模式2的机械作业效率相对较高，植被覆盖率也相对较高，露籽率少，出苗率最高，但播种深度最大，出苗均匀度最差，这可能与该模式的耕深相对较深有关，但仍在适宜播种深度范围，因此在生产中如适当调整耕整深度，降低播种深度至适宜范围内，也可在大面积上示范应用。模式3由于实行了浅旋播种，植被覆盖率相对较低，地表植被与残茬较多，一定程度上影响了出苗均匀度，但播种深度较为适宜，露籽率也很低，因而出苗率也相对较高，也可以在大面积生产中示范应用；传统机械耕整与人工撒播（模式6）虽平均播深适宜，但植被覆盖率相对较低，地表植被与残茬较多，因而露籽率多，出苗均匀度也最差，同时作业效率也最低，不适宜大面积推广应用。

3.2 不同机械化耕播模式对小麦幼苗生长、产量及其构成因素的影响

丁锦峰等[16]认为板茬方式小麦产量显著高于旋耕和翻耕，每穗粒数和千粒质量较高；欧阳西荣[17]认为，免耕播种小麦的出苗早于旋耕播种，分蘖速度快，长叶快，前期积累优势多，后期易高产。张斯梅等[18]研究认为，在秸秆还田条件下免耕比浅耕更具优势，免耕播种小麦的穗数和穗粒数高于浅耕方式，能够获得更高的产量。而孔凡磊等[19]则持相反观点，认为秸秆还田后免耕导致显著减产。刘世平等[20]研究认为，在稻麦轮作的制度下，免耕的穗粒数少于耕翻，产量更低。在播种方式方面，季中亚等[21-24]研究认为，在不同气候、不同地域条件下，条播小麦均高于撒播小麦。本研究结果表明，传统浅旋耕整与人工撒播模式（模式6）在越冬初期的幼苗单株叶面积与干物质积累量虽然相对较大，但分蘖数最少，质量差，最终群体穗数最少，产量最低。少免耕机条播（模式3）在越冬初期的幼苗单株分蘖数、叶面积与群体干物质积累量少，幼苗质量差，成熟期穗数较少、穗型较小，产量较低。而LCB-10型小麦精确施肥旋耕播种机复合作业模式（模式2）越冬初期幼苗单株分蘖数最多，叶面积与干物质积累量最大，幼苗质量高，并且成熟期群体穗数相对较高，穗型大，产量最高，双轴分层切削施肥播种镇压开沟复式作业模式（模式1）在越冬初期叶也具有相对较多的单株分蘖数与较高的叶面积与干物质积累量，且成熟期穗数多，群体颖花高，产量也高，仅比模式2低2.06%。与传统机械施肥旋耕撒播模式（模式5）相比，由于模式4实施了智能条播，因此出苗率与出苗均匀度显著提高，群体茎蘖数显著高于模式5，最终成熟期群体穗数相比模式5显著增多，多23.54%，产量相比模式5也显著提高，高7.22%。因此，研究与应用机械深旋耕与智能精确条直播配套的复合耕播作业机械，不仅利于减少农耗，提高温光资源利用率，而且利于提高耕播质量，促进小麦壮苗早发与个群体质量提高，最终提高小麦产量。

3.3 不同机械化耕播模式对小麦经济效益及作业效率的影响

王少峰[25]研究表明，小麦生产成本的主要构成因素是肥料、机械和人工费，三者共计占含税总成本的75.47%。在本研究中，不同耕播模式处理的肥料成本一致，造成成本差异的主要因素是机械和人工费用。研究结果表明，双轴分层切削施肥播种镇压开沟复式作业模式（模式1）的机械和人工费均分别明显低于多次机械作业模式2～5，模式1～5的人工费用更明显低于传统浅旋耕整与人工撒播模式（模式6），机械费用则以模式6最低。本研究还发现，经济效益是综合评价和反映小麦种植技术与经济可行性的关键指标，由小麦产量收益与总投入成本决定。在高产高效栽培中起决定性因素的是产量收益，比较不同耕播模式经济效益发现，经济效益与产量收益呈现极显著正相关关系，而与总投入成本呈弱负相关关系，其中经济效益最好的为模式2，产量收益也最高，但其总投入成本比模式1略高，经济效益位居第2的是模式1，其产量收益也位居第2，但总投入成本最低，模式6是所有处理中经济效益最低的，其产量收益最低，总投入成本却最高。因此，在小麦规模化高效生产中，应强化农机与农艺的优化配套，尽可能实现少人化与机械化、智能化，不断提高作业效率，节省投入成本。

分析不同耕播模式作业效率及其与生产投入成本及经济效益的关系发现，机械化、智能化播种（模式1～5）比人工播种（模式6）的作业效率显著提高，且总投入成本低，经济效益高，机械化撒播（模式5）比机械化条播（模式4）的作业效率略高，总投入成本略低，但产量收益与经济效益显著提高，模式1与模式2不仅作业效率高，而且出苗率高，成苗均匀，投入成本低，产量收益高，经济效益好。因此，不断加强一次性高质量完成机械化智能化施肥、旋耕、秸秆全量还田、播种、覆土、镇压与开沟复式作业机械研制与农艺技术的集成应用，是未来小麦高产优质绿色高效生产的发展方向。

4 结 论

新型双轴分层切削施肥播种镇压开沟复式作业模式与LCB-10型小麦精确施肥播种机施肥旋耕播种覆土镇压复式作业模式及配套技术机械作业效率高，分别达0.36、0.18 hm2/h，且植被覆盖率高、出苗率与出苗均匀度高、幼苗叶面积与干物质生长量大、穗数多，库容充足，经济产量与效益高，两种模式产量均达9 500 kg/hm2以上，相较其他模式增幅21.28%以上，经济效益均达12 000元/hm2以上，相较其他模式增幅46.94%以上，适宜在大面积生产上示范应用。综上，小麦机械化、智能化旋耕条播栽培的作业效率、生产成本、经济产量及效益优于浅耕与撒播栽培，大力发展以旋耕、浅匀条播与镇压为核心的小麦机械化智能化复式耕播模式及技术，是秸秆全量还田稻茬小麦丰产优质绿色高效栽培的关键。