华北平原小麦新型耕作施肥播种方式增产增效研究*

徐 萍,杨宪杰,冯佐龙,孙彦玲,杨 震,张西群,邓学斌,史家益,张正斌**

(1.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 050022; 2.中国科学院种子创新研究院 北京 100101;3.山东驰象机械有限公司 德州 253000; 4.河北省农机化技术推广总站 石家庄 050011; 5.河北省农业机械化研究所有限公司 石家庄 050051; 6.山东省德州市陵城区农业广播电视学校 德州 253000)

小麦()是我国北方的主要粮食作物,在保障我国粮食安全中占有重要地位。华北平原是我国夏玉米()-冬小麦主产区,近20年来,华北平原主要是在玉米收割后进行秸秆粉碎还田和撒施化肥后旋耕(15 cm)播种小麦,小麦收割后免耕播种玉米,导致耕层普遍变浅,土壤退化,增产增效幅度下降。同时华北平原又是半湿润易旱地区、地下水严重超采区和现代节水农业重点发展区。除了选育种植抗旱节水作物品种发展生物节水技术,小麦-玉米抗旱节水技术一体化研究已成为华北平原作物持续绿色增产增效的重点发展方向。近年来随着耕作栽培和农业机械的快速发展,配套农业机械功率越来越大,农艺和农机紧密结合,许多学者开展了深松机、旋耕深松一体机、小麦播种施肥一体机、小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播一体机的研发和示范推广,小麦整地施肥播种农艺农机技术更加趋于多功能集成一体化和高效率化。以前大多数研究都集中在免耕、旋耕、深松、深翻、深松分层施肥等不同耕作施肥方式对土壤容重、养分和水分及产量的影响,肯定了深松和分层施肥技术可以打破犁底层、降低土壤容重、蓄水保墒、提高土壤养分和水分利用效率和产量等。近年来更多的研究则是转向不同耕作和施肥播种集成方式对小麦产量形成调控机理的研究。例如,孙彦玲等在河北开展了小麦深松旋耕施肥等深匀播机试验研究,结果表明,该机具一次作业完成旋耕、深松、分层施肥、等深匀播、覆土、镇压等工序,减少农机具进地次数,可节约农机作业费150～200 元·hm。等深匀播地块比传统条播对照地块小麦个体发育好,利于冬前幼苗生根增蘖,提高成穗率,增加单位面积穗数,提高小麦产量。郭丽果等研究了播前旋耕、深松和深耕对节水栽培下冬小麦光合特性、叶绿素含量、叶面积指数、成熟期干物质积累量与分配量以及籽粒产量的影响,结果表明在河北平原区推广播前深松技术,能有效改善小麦群体和个体发育,增加光合同化面积和光合碳同化能力和产量。本课题组在国家重点研发计划粮食丰产增效项目的资助下,在山东省德州市开展了旋松耕层优化绿色提质增产增效试验研究,旋松耕层优化田与深耕田对比,小麦株高高出5 cm 左右,分蘖增加2 个左右,增加1 个绿色叶片,穗大粒多粒饱粒大,明显衰老落黄延后,产量潜力明显提高,实打实收为9237 kg·hm,比深耕田(7344 kg·hm)增产25.8%; 其后茬玉米实打实收产量达12 904.95 kg·hm,比前茬深耕田产量(10 042.2 kg·hm)增产28.5%; 周年小麦-玉米总产22 141.95 kg·hm,有望今后在节水条件下实现吨半粮田(22 500 kg·hm)。但目前在河北省小麦-玉米主产区,还少见有在节水灌溉下,开展不同耕作播种施肥优化集成模式对小麦生长发育调控、产量形成、水分养分利用效率、玉米-小麦周年增产经济效益比较研究。为了打破犁底层,提高水分和养分等资源利用效率,减少耕种作业次数、降低生产成本增产增效,本试验在河北省石家庄当地传统种植模式基础上,集成新的耕作栽培种植模式,设置了4 种不同耕作施肥播种处理,调查不同处理下小麦生长发育、产量构成性状、水分养分利用效率、玉米-小麦周年产量和经济效益的变化,以期筛选出高产高效的耕作施肥播种优化模式,并揭示其增产增效机理,为华北平原农田高质量发展、玉米-小麦持续节水绿色提质增产增效技术示范推广提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验在中国科学院栾城农业生态系统试验站(37°53′N,114°41′E,海拔50 m)进行,属暖温带半湿润季风气候,是华北平原干旱气候的中心区域,年降水量530 mm。该站位于太行山山前平原区,土壤类型以潮褐土为主,生态类型是以小麦-玉米为主体的两熟制农田生态系统,代表华北平原北部典型潮褐土高产农业生态类型,具有集约高产型、资源约束型、井灌农业类型和城郊型等特征。由中国科学院栾城农业生态系统试验站提供的气象数据表明,2020年10月8日小麦播种到2021年6月13日小麦收获,降水量为97.9 mm,属干旱年份,各月降水如图1 所示。

图1 研究区小麦生育期降雨量(2020-2021年)Fig.1 Precipitation during wheat growth season of 2020-2021 in the study area

1.2 试验设计与试验材料

采用裂区试验设计,主区为前茬免耕玉米播种和遁耕分层施肥玉米播种2 个处理,玉米免耕播种主区里设置人工施肥-小麦旋耕-条播(T1)、人工施肥-小麦旋耕深松一体机-条播(T2) 2 个副区; 玉米遁耕分层施肥处理主区后茬为人工施肥-小麦旋耕-条播(T3)和小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播(T4) 2 个副区处理。每个处理面积是0.11 hm,随机排列,重复3次。统一施用的是衡水湖牌复混肥(N∶PO∶KO=18∶20∶5) 600 kg·hm。统一灌溉底墒水900 mm。供试小麦品种为‘紫优5 号’,T1、T2 和T3 播量为300 kg·hm,T4 播量为375 kg·hm。

前茬玉米免耕播种利用40 马力小四轮拖拉机牵引的河北农哈哈2BYFSF-4 型免耕种肥同播一体机,播种深度5 cm,施肥深度10 cm。前茬玉米遁耕分层施肥机(专利号CN210298459U)由山东驰象机械有限科技公司制造,由180 马力拖拉机配套作业,可以遁耕(底层深耕深松40 cm)并在耕层下15 cm 和25 cm进行分层施肥,分层施肥量分别占总施肥量的40%和60%。

2020年10月8日进行统一播种后茬小麦,利用180 马力拖拉机统一进行小麦旋耕灭茬2 遍,在T1处理小区进行小麦旋耕(15 cm)整地; 用山东驰象机械有限科技公司制造的旋耕深松(40 cm)一体机(专利号CN209527085U)在T2 和T3 处理整地,再利用40 马力小四轮拖拉机配套河北农哈哈2BX-9 型小麦播种机在T1、T2 和T3 处理作业。利用180 马力拖拉机配套使用河北省兴华农业机械有限公司制造的2BFSG-12(12)(200)型旋耕深松分层施肥宽幅匀播机(简称旋松施肥播种机)在T4 处理作业,深松30 cm并在耕层下15 cm 和25 cm 分层施肥,其分层施肥量分别占总施肥量的40%和60%。小麦条播和宽幅匀播的行距都是17 cm,条播带宽2 cm,宽幅匀播带宽5 cm。返青拔节期统一打除草剂1 次。

1.3 土壤样品测定

土壤容重: 在小麦播种前和成熟期以10 cm 为一层,利用环刀法和烘干法测定0～100 cm 土壤容重,每个处理重复3 次。

土壤含水率测定: 在小麦播种前和成熟期以10 cm为一层,采用土钻环刀法和铝盒-烘干法测定0～100 cm 土壤质量含水率,每个处理重复3 次。

土壤养分含量: 在小麦播种前和成熟期每个小区多点混合采集0～20 cm 和20～40 cm 土样,风干研磨过筛。全氮含量采用凯氏定氮法测定,碱解氮含量采用碱解扩散法测定,速效磷含量采用NaHCO浸提-钼锑抗比色法测定,速效钾含量采用NHOAc 浸提-火焰光度法测定。

1.4 小麦水分利用效率及氮肥偏生产力测定

水分利用效率(WUE,kg·hm·mm)为产量()和生育期总耗水量(ET)之比,WUE=/ET。

ET 为生育期土壤水分蒸发和小麦植株的蒸腾量之和,计算公式:

式中:为全生育期灌水总量(mm),为生育期有效降雨量(mm),为地表径流(mm),地下水补给(mm),ΔSW 为播前与收后土壤储水量变化量(mm),SW 为土壤储水量(mm)。由于本试验站所在地区地下水位超过5 m,故和可忽略不计。

式中:为土壤容重(g·cm),为土层厚度(cm),SWC为土壤质量含水量(%)。

氮肥偏生产力(partial factor productivity of nitrogen,PFP)计算公式为:

式中:为施氮小区籽粒产量(kg·hm),为施氮小区总施氮量(kg·hm)。

1.5 农艺性状测定

分别在分蘖期(tillage stage)、拔节期(jointing stage)、开花期(flowering stage)、灌浆期(filling period)和成熟期(mature stage),每个小区随机取1 行30 cm 行长的完整植株,重复3 次,测定小麦株高、分蘖、地上部干物质量、40 cm 土层根干重等生长发育性状。收获前每个小区随机选取2 m×2 m 测产,测定株高、单位面积穗数、每穗小穗数、穗粒数、千粒重、生物学产量、籽粒产量和收获指数等产量性状。

1.6 经济效益分析

按照每个处理的生产环节进行投入计价并最后进行投入成本合计,按照玉米和小麦市场收购价,分别计算单位面积玉米和小麦产量的经济收入,再按照产出/投入比较不同种植模式的经济效益。

1.7 数据分析

使用 Excel 2017 和 SPSS 20.0 软件进行农艺性状差异比较和作图。

2 结果与分析

2.1 小麦耕种方式对土壤容重和土壤含水率的影响

由图2A 可以看出,小麦成熟期0～20 cm 土层的容重低于下层土壤,这主要是由于0～20 cm 耕层有旋耕处理和大量植物根系分布,土壤相对疏松。T1 处理在前茬玉米免耕播种和后茬小麦旋耕(15 cm)播种的多年连续作业下,土壤容重最大。T2 处理在前茬玉米免耕播种后小麦旋松(40 cm)播种,土壤容重有一定的降低。T3 处理在玉米遁耕(40 cm)和小麦旋松(40 cm)作业后,0～20 cm 耕层容重最低。T4 处理在前茬玉米遁耕(40 cm)和后茬小麦旋松施肥播种机(30 cm)作业后土壤容重排第3,T3 和T4 处理的容重显著低于T1(＜0.05) 。

20～40 cm 耕层土壤容重整体高于0～20 cm 耕层。T1 土壤容重最大,T2 处理与T1 处理无显著差异,T3 处理显著低于其他处理(＜0.05),T4 处理土壤容重排第3,显著低于T1 处理(＜0.05)。

在40～60 cm、60～80 cm 和80～100 cm 耕层土壤容重差异不大,但各处理间差异不显著。

由图2B 可以看出,4 个耕作处理小麦成熟期的0～20 cm 土壤含水率较高,主要是由于6月10日有10.4 mm 的降雨(图1)。T1 处理因为植株矮小、稀疏,表层土壤水分蒸散量大,土壤含水率最低。T2 处理因为植株较为疏散,表层土壤也有较大的蒸散,含水率倒数第2。T3 和T4 处理植株高密,表层土壤蒸水分散少,因此含水率相对较高。T1 和T3、T4 处理0～20 cm 土壤含水率差异显著(＜0.05)。

图2 不同耕作处理土壤容重(A)和土壤含水率(B)差异比较Fig.2 Comparison of soil bulk density(A) and soil water content(B) under different tillage treatments

由于小麦根系主要集中在20～40 cm 耕层土壤,耗水量大,土壤含水率最低; 且由于长期干旱,地表水下渗很少、地下水上供也很少,因此不同耕作处理该土层含水率均低,且没有显著差异。

40～60 cm、60～80 cm 和80～100 cm 土壤中,T1处理因为长期没有深松,含水率显著低于有遁耕和深松的T2、T3 和T4 处理(＜0.05,60～80 cm T2 处理除外)。因为小麦生育期只有97.9 mm的降水,小麦又是深根作物,根系可以达2 m 以下,因此耗去了大量深层土壤水分,导致T2、T3 和T4 处理间深层土壤含水率没有太大差异。

2.2 小麦耕种方式对土壤养分含量的影响

从图3 可以看出,由于长期玉米免耕和小麦旋耕及表层施肥,T1 处理0～20 cm 土层全氮(图3A)、碱解氮(图3B)、速效磷(图3C)和速效钾(图3D)含量均显著高于20～40 cm 土层(＜0.05)。T2 处理0～20 cm土壤全氮(图3A)显著低于20～40 cm 耕层土壤(＜0.05),可能是由于上层秸秆被旋耕到20 cm 以下所致; T2 处理的碱解氮(图3B)、速效磷(图3C)和速效钾(图3D)含量0～20 cm 土层显著高于20～40 cm土层(＜0.05),但差异缩小,说明小麦旋松(40 cm)加快了上层土壤中速效养分向下层土壤的转移。T3和T4 处理0～20 cm 土层全氮(图3A)、碱解氮(图3B)、速效磷(图3C)和速效钾(图3D)均显著低于20～40 cm 土层(＜0.05),说明这两种处理更利于上层土壤养分向下层的转移。

图3 不同耕作处理在不同土层中全氮(A)、碱解氮(B)、速效磷(C)和速效钾(D)含量差异比较Fig.3 Contents of total nitrogen(A),alkali-hydrolysis nitrogen(B),available phosphorus(C) and available potassium(D) under different tillage treatments

2.3 耕种方式对小麦生长发育的影响

从图4A 中可以看出,株高在分蘖期不同处理间差异不明显。在拔节期株高快速增长,且不同处理差异显著(＜0.05),且随着深松深耕次数的增加有提高的趋势,即T4＞T3＞T2＞T1。在开花期株高达峰值,到灌浆期再到成熟期株高变化不大。在开花期、灌浆期和成熟期,T4 处理株高显著高于T1(＜0.05),其他两个处理间差异不明显。

从图4B 可以看出,单位面积分蘖数从冬前分蘖期到春季拔节期呈增加趋势,从拔节期到开花期有一定的下降,从开花期到成熟期基本稳定,且均为T4＞T3＞T2＞T1。在分蘖期,不同处理间差异显著(＜0.05); 拔节期到成熟期,T4 处理显著高于T1 处理(＜0.05),其他两个处理间差异不显著。

从图4C 可以看出,地上部干物质量从分蘖期到灌浆期呈快速上升趋势,灌浆期到成熟期略微下降,这与成熟期植株脱水和养分转移有关。地上部干物质量在分蘖期和拔节期不同处理间差异不显著。开花期到成熟期有T4＞T3＞T2＞T1 的趋势。开花期T4处理显著高于T1 处理(＜0.05),其他两个处理间差异不显著。灌浆期4 个处理之间差异增大,T4 显著高于T1 处理(＜0.05)。成熟期4 个处理之间差异显著(＜0.05)。

从图4D 可以看出,0～40 cm 耕层根干重分蘖期到开花期快速上升,开花期到成熟期,因为根系水分和养分向上运移和自然死亡,根干重略微下降。拔节期到成熟期不同处理间均为T4＞T3＞T2＞T1,且差异显著(＜0.05)。

图4 不同耕作处理下小麦不同生育期株高(A)、分蘖数(B)、地上部干物质量(C)和根干重(D)的差异Fig.4 Plant height(A),tillage number(B),shoot dry weight(C) and root dry weight(D) of wheat at different growth stages under different tillage treatments

由于T1 处理长期表层旋耕(15 cm)和施肥,不利于根系的下扎和高效利用土壤水分和养分,因此株高、分蘖数、地上部干物质量和根干重4 个生长发育性状均低于其他处理。T2 处理因为只有小麦旋松(40 cm),无分层施肥,因此4 个生长发育性状排列第3。T3 处理因为有前茬玉米遁耕(40 cm)分层施肥和后小麦旋深松(40 cm),4 个生长发育性状都排第2。T4 处理有前茬玉米遁耕(40 cm)分层施肥和后茬小麦旋松(30 cm)分层施肥,耕层结构和养分分布得到了优化,最有利于小麦株高增长、根系下扎、分蘖增多和地上部干物质积累,4 个生长发育性状都排第1。

2.4 耕种方式对小麦农艺性状的影响

从图5 中可以看出来,成熟期株高(图5A)、穗粒数(图5D)、生物学产量(图5F)和收获指数(图5H)均为T4＞T3＞T2＞T1,且不同处理间差异显著(＜0.05)。单位面积穗数(图5B)以T4 处理最高,T1 处理最低,差异显著(＜0.05); T2 和T3 处理相近且居中。每穗小穗数(图5C) T2 处理最多,T1 处理最少,差异显著(＜0.05); T3 和T4 处理无显著性差异,且居中。籽粒产量(图5G)表现为T4(8333.75 kg·hm)＞T3(8222.63 kg·hm)＞T2(7778.17 kg·hm)＞T1(7000.35 kg·hm)。T4、T3、T2 处理分别比T1 处理显著增产19.05%、17.46%和11.1%(＜0.05)。

T4 处理的株高(图5A)、单位面积穗数(图5B)、穗粒数(图5D)、生物学产量(图5F)、籽粒产量(图5G)和收获指数(图5H) 表现最好,说明“玉米遁耕分层施肥-小麦旋松分层施肥宽幅匀播”模式可以明显提高单位面积穗数和穗粒数,进而提高籽粒产量和收获指数。T1 处理的株高(图5A)、单位面积穗数(图5B)、每穗小穗数(图5C)、穗粒数(图5D)、千粒重(图5E)、生物学产量(图5F)、籽粒产量(图5G)和收获指数(图5H)都表现最低,说明 “玉米硬茬播种-小麦旋耕播种”的长期表层旋耕是低产模式。由以上分析可以看出,“前茬玉米遁耕分层施肥” “后茬小麦旋松施肥播种” 和“小麦旋松一体机”模式都能够在不同程度上比“玉米硬茬播种-小麦旋耕播种”传统模式增产。但不同耕作施肥播种处理的产量构成三要素穗数、穗粒数和千粒重有不同的自动优化调控方式,形成了不同的产量水平。

图5 不同耕作处理下小麦株高(A)、穗数(B)、每穗小穗数(C)、穗粒数(D)、千粒重(E)、生物学产量(F)、产量(G)和收获指数(H)的差异Fig.5 Plant height(A),spike number(B),spikelets per spike(C),grain number per spike(D),1000-grain weight(E),biomass weight(F),yield(G) and harvest index(H) of wheat under different tillage treatments

2.5 耕种方式对小麦生产效率的影响

由图6 可以看出,小麦水分利用效率(图6A)和氮肥偏生产力(图6B)均表现为T4＞T3＞T2＞T1。说明“玉米遁耕分层施肥-小麦旋松分层施肥宽幅匀播”处理,在深松耕层优化和分层养分优化组合下,小麦水分利用效率和氮肥偏生产力最高,小麦旋耕深松一定程度上有利于提高小麦水分利用效率和氮肥偏生产力; 而“玉米硬茬播种-小麦旋耕播种”明显不利于水分和氮素利用效率的提高。

玉米-小麦周年总产(图6C)和产出/投入比(图6D)均为T4＞T3＞T2＞T1。说明“玉米遁耕分层施肥-小麦旋松分层施肥宽幅匀播”通过减少农机作业次数、耕层优化、养分分布优化,能够明显提高全年粮食总产和产出投入比。特别是T4 处理,在前茬玉米生育期降水较多、产量潜力高,后茬小麦节水灌溉条件下,累计全年粮食总产达19 469.7 kg·hm,超过了吨粮田(15 000 kg·hm),产出/投入比达3.76,是华北平原节水绿色提质增产增效的耕作发展模式。

图6 不同耕作处理下小麦水分利用效率(WUE,A)、氮肥偏生产力(PFPN,B)、玉米+小麦总产量(C)和产投比(D)的差异Fig.6 Water use efficiency(WUE,A),partial factor productivity of nitrogen(PFPN,B),maize+wheat yield(C) and rate of output and input(D) of wheat under different tillage treatments

3 讨论与结论

随着农业现代化的快速发展,农艺农机紧密结合、功能多样化集成一体化的大功率农业机械是华北平原未来发展方向。近年来许多学者对不同类型的新型耕作施肥播种农业机械进行了示范推广和增产增效研究,为未来农业科学发展提供了重要信息。但不同地区的生态环境不同,有关研究结论不尽统一,需要因地制宜地高效利用不同类型农业机械。例如,有研究表明,耕作方式对土壤性状和冬小麦生长有显著影响。深耕打破了密实的土层,相对于浅耕改善了土壤性质,但由于犁盘的压实作用,则可能形成深耕的犁底层。旋耕可疏松表层土壤,降低土壤容重,但由于表土过于疏松,增加了土壤水分迅速散失,不利于保墒; 同时小麦根系不能与松散的土壤保持紧密接触,出现悬根和断根,影响根系和分蘖生长。长期免耕或少耕会增加0～20 cm 土层土壤容重和渗透阻力,从而降低作物籽粒产量。

张胜爱等在冀中南山前平原研究表明,免耕和深松耕的耕作方式有利于改善土体结构,增加土壤蓄水保墒性能,提高小麦水分利用效率,节水、节本、增产增效明显。郭丽果等在河北研究表明,在小麦增产方面,深松处理最佳,深耕处理次之,旋耕处理最差。王丹等在山东研究表明,免耕和深松处理更有利于小麦栽培高效轻简方式的形成和小麦产量的增加。Wu 等研究表明,经过1 次垂直深旋耕后3年小麦都在一定程度表现持续增产。He 等研究表明,深松可以打破犁底层,但不上翻养分含量少的犁底层土壤,其增产效应可以持续4年。我们的研究表明,小麦旋耕深松一体机和小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播一体机作业明显比传统小麦旋耕模式增产,这与前人深松能够使小麦增产的结论相同,但与免耕播种小麦增产的结论不同。本试验研究表明,前茬玉米硬茬播种后茬小麦旋耕播种,土壤容重大,小麦成熟期土壤含水率、水分利用和氮肥偏生产力低,其产量明显低于前茬玉米遁耕分层施肥和后茬小麦旋耕深松一体机处理; 小麦-玉米周年总产和投入产出比降低,和以上免耕增产增效结果不同。在玉米遁耕分层施肥、小麦旋松、小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播条件下,降低了土壤容重、增加了成熟期土壤含水率,不但提高了水分利用效率,而且提高了偏氮肥生产力,同时还提高玉米-小麦周年总产和投入产出比,实现了节水、节本增效,结果和以上深耕效果相同。

王锡久等在山东的研究表明,深松分层施肥可以促进小麦个体健壮,抗冻害能力增强,群体质量提高,单位面积穗数和产量增加,而穗粒数和千粒重变化不明显。He 等研究表明,条带旋耕和深松能增加穗数、减缓小麦叶片衰落、增加灌浆速率、提高千粒重而进一步增加产量。我们的研究表明深松分层施肥可以明显增加穗数和产量,这与上述研究结论相同。同时深松分层施肥可以增加穗粒数,千粒重在深松或者深松分层施肥的处理也明显较高,这些结果与上述研究结果有所不同。

Latifmanesh 等研究表明,旋耕可以增加小麦产量和干物质积累。Shi 等研究表明,深松可以加快小麦干物质积累和提高小麦产量。 Chu 等研究表明,深松可以加快干物质积累和运转并提高水分利用效率和产量。这与我们的研究结果相同,我们的研究同时表明,深松可以提高小麦花后地上部干物质产量,同时提高了小麦水分利用效率和产量。

Mu 等研究表明,深翻耕30 cm 和深松30 cm比翻耕15 cm 土壤,可以分别增加小麦和玉米根重密度达40.6%和39.4%。Zhai 等研究表明,和硬茬播种、深松相比,垂直深旋耕可以降低土壤密度和增加土壤孔隙度,显著增加了0～40 cm 玉米根系干物质积累。我们的研究表明,前茬遁耕可以增加0～30 cm土层的玉米根干重,深松可以加快后茬0～40 cm 耕层小麦根系重量的增加。

本文的特色是结合了华北平原前茬玉米硬茬播种和玉米遁耕分层施肥两个处理,后茬小麦旋耕条播、旋耕深松条播、旋耕深松分层施肥宽幅播种3个处理,进行耕作施肥播种优化模式筛选,结果表明,前茬玉米遁耕分层施肥、后茬小麦旋耕深松一体机、小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播,应该是华北平原不同农事情景下的优化选择模式,特别是“小麦旋耕深松分层宽幅匀播”是华北平原未来发展的主流技术,应该加大该农机购置补贴和加快示范推广。不同地区的农田生态环境和农业机械不同,有关研究结论不尽统一,需要因地制宜利用不同类型农业机械。集成优良品种、农艺措施和先进农业机械,一方面可以挖掘不同生态地区小麦高产潜力,另一方面可以形成缩小小麦产量和效益差的技术体系,是现代高效农业的发展趋势。

张正斌通过抗旱节水高产小麦和玉米品种的筛选和组合及农艺措施的配套,实现了华北节水吨粮田。近年来随着玉米深松分层施肥精量播种密植、小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播等技术的推广,再配合现代节水灌溉技术如水肥一体化和高产抗逆优良品种,出现了许多吨粮田和吨半粮田,由大面积高产走向超高产。近日,《德州市吨半粮生产能力建设方案》在北京通过专家论证,计划利用5年时间,建成全国第一个大面积吨半粮示范区,带动全市粮食大面积均衡增产,成为总产过百亿的地级市。说明随着现代农业机械和水肥一体化等关键技术的快速发展和广泛应用,华北平原粮食生产潜力很大。

本研究表明“玉米遁耕分层施肥-小麦旋耕深松分层施肥宽幅匀播”模式能够降低0～40 cm 耕层土壤容重,增加深层土壤含水率,同时优化了耕层养分分布,提高了水分利用效率和氮肥偏生产力; 增加了小麦株高、分蘖、地上部干物质量和0～40 cm 耕层的根干重,进而提高了单位面积穗数和穗粒数,实现了节水条件下的小麦高产; 同时也实现了玉米-小麦周年高产高效。本文筛选出了玉米-小麦周年高产高效优化耕作方式,揭示了不同耕作施肥播种条件下,小麦产量形成的生长发育调控机理和增产要素及增产增效特征。建议加快在华北平原示范推广“小麦旋耕深松分层施肥和宽幅匀播技术”。以上研究结果为华北平原农田高质量发展、小麦-玉米持续节水绿色提质增产增效技术示范推广提供了理论依据和技术支撑。