不同机械耕播方式对稻茬小麦产量形成及经济效益的影响

薛亚光 石吕 韩笑 魏亚凤 石晓旭 杨美英 刘建

摘要：为探究稻秸全量还田与小麦丰产增效相协调的机械耕播方式。以镇麦10号为试验材料，设置常规耕播、翻耕+旋耕复合耕播、稻秸行间集覆宽窄行播种3种机械耕播方式，研究其对稻茬麦产量形成及经济效益的影响。结果表明，与常规耕播相比，翻耕+旋耕复合耕播、稻秸行间集覆宽窄行播种均能改善种床质量，提高出苗数和最终成穗数，同时二者也能延缓花后绿叶的衰老，提高剑叶的SPAD值和光合速率，促进抽穗至成熟期的干物质积累，显著提高小麦产量。其中稻秸行间集覆宽窄行播种方式下小麦增产效果更好。另外，稻秸行间集覆宽窄行播种采用全秸秆茬地洁区旋耕智能施肥播种机一次性完成秸秆清分、条带施肥、宽窄行播种、对位镇压以及沟系配套等多道工序，能减少作业成本，提高作业效率，显著提高稻茬小麦的经济效益。

关键词：稻茬小麦;机械耕播;产量;经济效益;稻秸行间集覆宽窄行

中图分类号： S512.104  文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2021）22-0094-05

收稿日期：2021-06-15

基金项目：江苏省科技项目（编号：BE2020388）;江苏省现代农机装备与技术示范推广项目（编号：NJ2020-04）;南通市科技项目（编号：JC2019147、JC2020160）。

作者简介：薛亚光（1986—），男，江苏如皋人，博士，副研究员，主要从事农机农艺融合关键技术研究。E-mail：xiaoqiyaguang@126.com。

通信作者：刘 建，硕士，研究员，主要从事耕作栽培与现代农作制度研究。E-mail：ntliuj@sina.com。

稻茬麦是江苏省小麦生产的主要茬口类型，稻麦两熟种植面积约为160万hm2，稻茬小麦生产水平的高低直接关系到全省小麦的生产与可持续发展[1-2]。因稻麦轮作周年干湿交替，土壤黏闭性强，耕作性差[2-3]，在水稻机械收获的同时，大量水稻秸秆抛至地表，加上田面高低不平，对下茬小麦播种出苗造成了不利影响[4]，导致小麦田间出苗率明显降低，出苗不匀，苗情素质差以及冬春冻害死苗重，大面积稻茬小麦产量偏低[2，5]。为了提高稻茬小麦播种出苗质量，前人对稻秸还田的耕作方式开展了大量研究。研究指出，免耕是解决稻茬麦播种难题的有效途径[6-8]，但也有研究认为，免耕会导致稻田套种小麦产量明显降低，秸秆翻耕和深旋耕能提高小麦出苗率和出苗均匀性[5，9-10]。江苏省沿江地区农业科学研究所耕作栽培团队通过多年研究提出了稻茬麦条带旋耕秸秆行间集覆宽窄行播种技术（简称稻秸行间集覆宽窄行播种），其技术特征为在前茬水稻秸秆全量粉碎还田后，利用清分秸秆的装置，可以将地表的残茬、秸秆等集中覆盖到宽行里，同时在窄行里形成一片洁净的小环境，在洁区进行施肥、旋耕、播种及镇压。试验结果表明，与稻秸覆盖还田和浅旋耕还田相比，稻茬麦秸秆行间集覆宽窄行播种能显著提高小麦出苗率和麦苗素质，并减少低温下苗期小麦冻害率，一定程度上增加了小麦产量[11-12]。

近年來，随着中型一体化播种机械的发展与推广，耕作+播种越来越多地整合在一台播种机械中，此外，不同耕作机械正结合播种机械一同应用以实现小麦高产高效生产。围绕稻茬麦条带旋耕秸秆行间集覆宽窄行播种技术，江苏省沿江地区农业科学研究所耕作栽培研究团队与农机厂合作研制出配套机具“2BFGK12（6）260型全秸秆茬地洁区旋耕智能施肥播种机”。以往研究大多采用盆栽或小区试验，秸秆经人工切碎后归还土壤，而田间大区秸秆还田机械耕播试验目前研究较少。为此，在稻麦轮作区开展了不同机械耕播方式对稻茬小麦产量形成及经济效益的影响研究，以期为稻茬小麦高产高效栽培提供理论和技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试验地基本情况

试验于2019—2020年在江苏省农垦发展有限公司海安分公司王院基地（32°35′47″N，120°30′4″E）进行。前茬作物为水稻。海安农场王院基地土壤质地为沙壤土，有机质含量2.09%，全氮含量0.13%，碱解氮含量125.77 mg/kg，速效磷含量 20.67 mg/kg，速效钾含量97.67 mg/kg。供试品种为春性中熟小麦品种镇麦10号，10月24日播种，播种量为120 kg/hm2，第二年6月1日收割。

1.2 试验设计

前茬水稻用久保田688收割机收获，留茬 20 cm，秸秆全量切碎均匀抛洒，秸秆长度8～10 cm。设置3种机械耕播方式：T1：常规耕播，即稻秸旋耕还田，耕作深度10～12 cm，小麦等行距机条播;T2：翻耕+旋耕复合耕播，即稻秸翻埋还田，耕作深度20～22 cm，旋耕碎土平田后，小麦等行距机条播;T3：稻秸行间集覆宽窄行播种，即将稻秸及残茬清分到行间覆盖，形成30 cm覆盖秸秆的宽行和15 cm洁净的窄行，在窄行中进行旋耕播种。具体耕作和播种作业流程详见表1。不同处理总施氮量为270 kg/hm2，基肥 ∶壮蘖肥 ∶拔节孕穗肥=5 ∶2 ∶3，基肥于播种前施用，壮蘖肥于4～5叶期施用，拔节孕穗肥于倒3叶期一次性施用。磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）施用量均为135 kg/hm2，作为基肥一次性施用。基肥施用时，T1、T2处理均为撒施后旋耕入土，T3处理的肥料集中撒施于窄行洁区后旋耕入土，宽行不施肥。壮蘖肥和拔节孕穗肥各处理均为人工均匀撒施。每个处理播种面积 162 m2，重复3次，其他管理措施按当地高产田进行。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 群体茎蘖数 每个小区随机选取1 m2定点，重复3次，分别于小麦3叶期、返青期、拔节期、成熟期调查群体茎蘖数。

1.3.2 干物质积累和叶面积指数（LAI） 分别于抽穗期、乳熟期、成熟期，各小区取植株样20株，剪掉地下部分后，洗净晾干，分绿色叶片和植株其余部分，用比叶重法测定单茎叶面积，并计算叶面积指数。植株所有部分于105 ℃下杀青30 min，75 ℃烘至恒质量后称量，同时调查取样周边群体茎数，计算干物质积累量。干物质积累量（kg/hm2）=单茎干质量（kg/茎）×单位面积茎数（茎/hm2）。

1.3.3 剑叶SPAD值和净光合速率 开花期标记同一天开花的麦穗，分别于花后0、14、28、42 d，每个处理随机选取10张长势均匀的单茎剑叶，用日产SPAD-502型叶绿素计直接测定SPAD值，并计算平均值。在同一时期于晴天09：00—11：00或 14：00—16：30用美国产LI-6800便携式光合系统测定小麦剑叶净光合速率。

1.3.4 产量及其结构 于小麦成熟期在茎蘖定点取20株代表性的植株进行室内考种，调查穗粒数、小穗数、结实小穗数等穗部性状。另外，各小区分别收获3 m2进行脱粒测产，随机取3 000粒（3份）称质量并测量含水率，按照籽粒含水率13%折算出千粒质量和籽粒产量。

1.3.5经济效益净效益（元/hm2）=总产值-总成本;

总成本（元/hm2）=物资成本+人工成本+机械作业成本;

总产值（元/hm2）=籽粒产量×小麦单价。

式中：根据2019年当地价格调研估算，小麦收购单价为2.2元/kg。物资成本：小麦种子单价为 4.3元/kg，普通尿素（46%）单价为2.2元/kg，三元复合肥（纯N、P2O5、K2O含量均为15%）单价为 2.5元/kg，病虫草害防控成本为700元/hm2;人工成本为1 500元/hm2;机械作业成本：旋耕播种施肥一体机作业费为 1 350元/hm2，双铧犁翻耕作业费为330元/hm2，圆盘耙旋耕作业费为270元/hm2，全秸秆茬地洁区旋耕智能施肥播种机作业费为1 350元/hm2，小麦机械收获作业费为1 200元/hm2。

2 结果与分析

2.1 不同机械耕播方式下小麦茎蘖动态

从表2可以看出，在相同播量下，3种机械耕播方式的小麦出苗情况以常规耕播（T1）最差，其基本苗分别较翻耕+旋耕复合耕播（T2）和稻秸行间集覆宽窄行播种（T3）减少12.5%、11.8%。并且3种耕播方式的高峰苗茎蘖数也表现为T1处理最低，T2处理最高，但T1处理的茎蘖成穗率显著高于T2处理，而T3处理高峰苗茎蘖数和茎蘖成穗率均较高，其最终成穗数也高于其他处理（表2）。

2.2 不同机械耕播方式下小麦花后叶面积指数和干物质积累

3种机械耕播方式在抽穗期和乳熟期的小麦叶面积指数均表现为T3处理>T2处理>T1处理，其中T3处理和T1处理的差异均达到显著水平，表明秸秆行间集覆，宽窄行条播在抽穗后仍保持较高的绿叶面积。另外，3种机械耕播方式下，T3处理在抽穗期、成熟期以及抽穗期至成熟期均有最高的干物质积累，其中成熟期和抽穗期至成熟期分别较T1处理和T2处理增加了7.53%、2.37%和7.46%、2.32%（表3）。

2.3 不同机械耕播方式下小麦花后剑叶光合特性

由图1-A可知，3种机械耕播方式的小麦剑叶SPAD值均随着生育进程的推进呈现下降趋势，在花后0～14 d下降较为缓慢，不同处理间差异不显著。而在花后28 d，T1处理剑叶的SPAD值较T2、T3处理下降的更快，其中T1处理与T3处理间差异显著，在花后42 d，T2处理和T3处理的剑叶则仍有较高的SPAD值。不同处理小麦剑叶的光合速率也与SPAD值趋势相一致，表现为在花后0～14 d差异不显著，在花后28～42 d，T3处理的剑叶光合速率均显著高于T1处理，与T2处理差异不显著（图1-B），表明稻秸行间集覆宽窄行播种和翻耕+旋耕复合耕播2种方式下小麦在花后28～42 d仍有较高的光合生产性能。

2.4 不同机械耕播方式下小麦产量及其构成因素

从表4可以看出，3种机械耕播方式下小麦产量以T3处理最高，T2处理次之，T1处理最低。其中T3处理和T2处理的实收产量均与T1处理差异显著，分别较T1处理增加10.29%、6.42%。T2、T3处理间差异不显著。从产量构成因素来看，T2、T3处理的单位面积穗数均显著高于T1处理，但各处理的每穗粒数和千粒质量差异均不显著，因此单位面积穗数的显著增加，并保持较高的每穗粒数和千粒质量是T2、T3处理增产的主要原因。

2.5 不同机械耕播方式下小麦经济效益

由表5可知，由于T3处理显著提高了小麦籽粒产量，因此其总产值也高于其他2個处理，分别较T1、T2处理增加了1 518.04、 563.57元/hm2。从种植成本来看，T3处理的物资成本和人工成本与其他2个处理相一致，但由于机械作业成本投入的降低，T3处理总成本的投入较T2处理减少了 600元/hm2，与T1处理相当。因此，T3处理的净效益最高，分别较T1、T2处理提高了23.1%、16.8%，而T2处理虽然较T1处理明显提高了总产值，但也明显提高了机械作业成本，其净效益比T1处理仅增加354.47元/hm2。

3 讨论与结论

实践表明，稻茬田普遍质地黏重、耕性差，旋耕处理后，土壤破碎不充分，大土块、大孔隙比较多，再加上上一季留下的秸秆残茬，使得种床质量很差，种子在土壤中空间分布不均匀，从而造成幼苗空间分布不均匀[13]。本研究结果表明，常规耕播方式下小麦出苗最差，基本苗数最低，但翻耕+旋耕复合耕播和稻秸行间集覆宽窄行播种条件下均有更高的出苗数以及高峰苗茎蘖数。翻耕+旋耕复合耕播通过犁耕将秸秆深埋，并且多次旋耕粉碎大土块，保持田面清洁平整，稻秸行间集覆宽窄行播种则通过机械清分秸秆、残茬到行间，从而形成一片洁净的小环境作为播种行。2种耕播方式均能改善种床质量，给幼苗创造适宜的生长环境。相关研究指出，对于规模化种植户而言小麦播后出苗效果是产量形成的关键，在如今的小麦生产中相较于提高后期小麦穗粒数或千粒质量而言有效穗数的提高更为可靠、风险更小[14]。本研究结果发现，与常规耕播相比，翻耕+旋耕复合耕播、稻秸行间集覆宽窄行播种方式下小麦的产量分别增加了6.48%、10.29%。从产量构成因素来看，二者产量的显著增加主要由于单位面积穗数的显著增加。但翻耕+旋耕复合耕播增产不及后者，有研究指出，小麦宽窄行种植，能充分利用其边行优势，培育健壮个体，使产量构成因素协调发展，增加穗数，提高小麦在穗粒数和粒质量方面的优势，促进产量提高[15-17]。

相关研究认为，小麦开花以后是产量形成的主要时期，小麦籽粒干物质的70%～80%是在抽穗开花后形成的，在小麦生育后期延缓叶片衰老，提高抽穗开花后的光合能力，提高干物质积累量和转运效率，对增加小麦粒质量、提高经济产量具有重要意义[18]。张奎等研究认为，秸秆还田下耕翻较旋耕显著提高了小麦叶绿素含量及净光合速率，使小麦增产[19]。郑成岩等试验结果也表明，玉米秸秆还田条件下耕翻方式干物质积累总量和籽粒产量高于旋耕和条旋耕方式[20]。但也有研究表明，少耕、免耕覆盖和深松覆盖能延缓旗叶叶绿素的降解，提高叶面积指数，有利于叶片光合性能的提高，较传统耕作能显著提高小麦花后干物质生产量、花后干物质转运率和小麦的收获指数[21-23]。本研究结果表明，与常规耕播相比，翻耕+旋耕复合耕播、稻秸行间集覆宽窄行播种在花后均有更高的绿叶面积、SPAD值和光合性能，显著提高了抽穗期至成熟期的干物质积累，促进了籽粒产量的增加。其中稻秸行间集覆宽窄行播种方式表现尤为明显，可能在于其具有的宽窄行种植特征改善了田间通风透光条件，能显著提高内行群体质量，有利于抗倒伏、抗早衰，提高小麦生育后期光合特性[24-25]。

生产实践中，耕作和播种作业因选用的机械类型会导致作业效率、耗油、人工等差异，引起生产成本的变化。因此，生产中需要根据生态和生产条件选择适宜的耕作和播种机械，以实现较好的经济效益。本研究结果表明，与常规耕播方式采用旋耕播种施肥一体机作业相比，翻耕+旋耕复合耕播方式增加了双铧犁翻耕埋草、圆盘耙旋耕碎土等多道工序，虽然整体改善了种植环境，促进小麦生长发育以及总产值的增加，但也显著降低了作业效率，提高了作业成本，而且遇到下雨天气还会耽误作业进程，其整体的净效益仅较常规耕播方式增加 354元/hm2 左右。但稻秸行间集覆宽窄行播种方式一次性完成秸秆还田、施肥、播种、开沟、镇压等多道工序，其作业成本与旋耕播种施肥一体机无显著差异，由于其采用的条带旋耕方式，相比常规耕播下全田旋耕也能在一定程度上提高作业效率。同时稻秸行间集覆宽窄行播种方式在总成本没有增加的情况下显著提高了小麦总产值，也进一步增加了稻茬麦的净效益。

综上所述，与常规耕播相比，翻耕+旋耕复合耕播、稻秸行间集覆宽窄行播种方式均能改善稻茬麦生长环境，促进小麦丰产增效，但稻秸行间集覆宽窄行方式减少了作业工序，提高了作业效率，节本增收效果更为明显。

参考文献：

[1]张斯梅，杨四军，石祖梁，等. 江苏省稻麦秸秆收集利用现状分析及对策[J]. 生态与农村环境学报，2014，30（6）：706-710.

[2]杨四军，顾克军，张恒敢，等. 影响稻茬麦出苗的关键因子与应对措施[J]. 江苏农业科学，2011，39（5）：89-91.

[3]王小燕，高春保，熊勤学，等. 江汉平原小麦生产面临的挑战及对策[J]. 作物杂志，2013（3）：17-20.

[4]汤永禄，程少兰，李朝苏，等. 稻茬麦半旋高效播种技术[J]. 四川农业科技，2010（9）：20-21.

[5]石祖梁，张 姗，孙仁华，等. 秸秆还田下晚播稻茬麦适宜施氮量研究[J]. 生态与农村环境学报，2015，31（4）：589-593.

[6]袁礼勋，黄 钢，余 遥，等. 四川盆地稻茬麦免耕栽培增产机理研究[J]. 西南农业学报，1991，4（4）：49-56.

[7]汤永禄，黄 钢，袁礼勋. 稻茬麦精量露播稻草覆盖高效栽培技术[J]. 作物杂志，2000（3）：22-24.

[8]Erenstein O，Laxmi V.Zero tillage impacts in Indias rice-wheat systems：a review[J]. Soil and Tillage Research，2008，100（1/2）：1-14.

[9]刘世平，陈后庆，陈文林，等. 稻麦两熟制不同耕作方式与秸秆还田对小麦产量和品质的影响[J]. 麦类作物学报，2007，27（5）：859-863.

[10]李 波，魏亚凤，季 桦，等. 水稻秸秆还田与不同耕作方式下影响小麦出苗的因素[J]. 扬州大学学报（农业与生命科学版），2013，34（2）：60-63.

[11]薛亚光，石 吕，魏亚凤，等. 稻秸全量还田方式下小麦苗期低温的生理响应及其抗寒性分析[J]. 南方农业学报，2018，49（9）：1722-1728.

[12]薛亚光，魏亚凤，李 波，等. 不同稻秸还田方式对冬小麦产量及冻害的影响[J]. 中国农学通报，2017，33（32）：58-63.

[13]李 伟，丁启朔，何瑞银，等. 不同耕作和播种模式下稻茬麦种子区微气候特征及出苗效应[J]. 华南农业大学学报，2018，39（1）：45-50.

[14]孙加威，李 浩，阎 洪，等.  耕作方式和播种量对稻茬小麦产量及形态建成的影响[J/OL]. （2021-04-30）[2021-05-08]. 四川农业大学学报.  https：//kns.cnki.net/kcms/detail/51.1281.S.20210430.1054.002.html.

[15]杨文平，郭天财，刘胜波，等. 行距配置对‘兰考矮早八小麦后期群体冠层结构及其微环境的影响[J]. 植物生态学报，2008，32（2）：485-490.

[16]黄 峰，吕永军，韩玉林，等. 宽窄行种植对周麦27生长及产量的影响[J]. 中国种业，2018（10）：60-62.

[17]宋鑫玥，孙小诺，刘胜尧，等. 条带种植不同带间距对冬小麦产量的影响[J]. 江苏农业科学，2021，49（10）：76-81.

[18]凌启鸿. 作物群体质量[M]. 上海：上海科学技术出版社，2000.

[19]张 奎，邹 兵，宋 贺，等. 耕播方式及秸秆还田对皖北小麦产量和品质的影响[J]. 安徽农业大学学报，2019，46（1）：111-116.

[20]郑成岩，崔世明，王 东，等. 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]. 作物学报，2011，37（8）：1432-1440.

[21]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.

[22]王 丹，李升東，冯 波，等. 不同耕作方式对小麦光合性能和产量形成的影响[J]. 山东农业科学，2019，51（10）：35-39.

[23]丁锦峰，乐 韬，李福建，等. 耕作方式和施氮量对稻茬小麦产量构成和群体质量的影响[J]. 中国农学通报，2019，35（5）：93-99.

[24]郅胜军，李如意，魏凤珍，等. 花后不同时期高温处理和行距对不同品种小麦旗叶光合特性的影响[J]. 安徽农业大学学报，2008，35（3）：340-345.

[25]李娜娜，李 慧，裴艳婷，等. 行株距配置对不同穗型冬小麦品种光合特性及产量结构的影响[J]. 中国农业科学，2010，43（14）：2869-2878.