带旋和全旋耕作对稻茬小麦生长和土壤理化性质的影响

石梦迪，于乔乔，蒋文月，葛雨洋，朱 敏,2，李春燕,2，朱新开,2，丁锦峰,2，郭文善,2

带旋和全旋耕作对稻茬小麦生长和土壤理化性质的影响

石梦迪1，于乔乔1，蒋文月1，葛雨洋1，朱 敏1,2，李春燕1,2，朱新开1,2，丁锦峰1,2※，郭文善1,2

（1. 扬州大学小麦研究中心，扬州 225009；2. 江苏省作物遗传生理重点实验室/江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，扬州 225009）

为明确带旋耕作在稻茬麦区的适用性，该研究于2018—2020年在水稻秸秆切碎匀铺还田条件下，以全旋（full rotary tillage，FRT）耕作为对照，研究了带旋（strip rotary tillage，SRT）耕作对稻茬麦田土壤理化性质、小麦生长和籽粒产量的影响。结果表明，与FRT相比，SRT在土壤偏干状况下大幅提升了0～10 cm土层贮水量，提升幅度为15%～43%，而在土壤偏湿时提升幅度仅为3%～9%。带旋耕作下土壤温度日变化幅度平缓，且在低温条件下有助于提升5和15 cm土层温度。2 a间5～15 cm土层SRT土壤速效氮与速效钾含量较FRT分别增加12%、55%、41%和17%，差异显著（<0.05），SRT促进了土壤养分在浅层富集。在2019—2020年，SRT较FRT显著增加了幼苗单株次生根数、单株地上部生物量、植株可溶性糖含量和叶片RuBPCase活性（<0.05），明显提升了幼苗质量，同时2 a间均提高了开花期和乳熟期单茎叶面积、叶片RuBPCase活性以及开花期和成熟期单茎干物质量。2 a间均以SRT产量最高，比FRT分别增产11%和14%，穗粒数比FRT分别增加16%和5%，差异均达显著水平（<0.05）。综上，带旋耕作下良好的土壤水、热、肥条件有助于幼苗健壮生长，提升了单茎光合生产能力，促进了幼穗发育和穗粒数形成，但带旋耕作出苗率较全旋耕作低了19.3%，未来还需结合其壮苗优势开展农机农艺配套技术研究。

土壤；产量；全旋耕；带旋耕；稻茬小麦；幼苗生长

0 引 言

耕作方式不仅改变作物秸秆在土表和土壤中的存在形式和数量，还显著影响土壤容重、水分和养分状况[1]。前人研究表明，旋耕、耕翻和深松耕等技术可使表层土壤软硬适宜，有助于降低土壤容重，提高小麦出苗率与整齐度，但不利于土壤表层养分聚集[2]。与传统的旋耕或耕翻相比，少免耕对土壤扰动少，有助于保肥储水；在低降水地区，有助于减轻干旱胁迫、促进植株生长；而在多雨地区，可实现高湿土壤抢早播种，且降低生产成本[3]。然而，长期采用免耕会增加土壤容重[4]，不利于土壤养分向深分布，并限制根系伸长和地上部生长[5]。近年研究表明，带旋耕作作为一项有效的耕作措施，可保留板茬与常规耕作的优势。其机械作业特点是在秸秆切碎匀铺还田条件下，通过开沟刀片仅对播种带进行浅层旋耕，将根茬和地表泥土及肥料进行破除与混合，并将种子均匀撒落于播种沟内，泥土、根茬和碎草混合盖种，而带间免耕保留土壤，形成旋耕带与免耕带相间的地表形态，这有助于解决播种质量和秸秆还田问题，提高整地作业效率[6]。与全旋耕作相比，带旋耕作减小了土壤扰动面积，将耕作的土壤留在条带之间，既增加了耕作区域土壤通透性，也保留了未耕作土壤的结构稳定性，实现了良好的土壤湿度和较少的养分流失[7]，有助于改善土壤微生物群落组成及其多样性，提高土壤有机碳、可溶性氮含量[8-9]。李朝苏等[6]和吴晓丽等[10]在四川稻茬麦区开展研究，认为带旋耕作可在水稻秸秆全量还田、较高土壤湿度下实施机械化播种作业，小麦出苗快、断垄少、播种质量高。HE等[11]和WANG等[12]在黄淮海麦区研究表明，带旋耕作为旱地小麦营造了良好的土壤环境，促进了植株生长，增加了籽粒产量。

长江中下游是国内小麦的主要生产地区，多采用水稻与小麦轮作。在水稻季，传统的土壤捣浆耕作和淹水管理虽增加了产量，但破坏了土壤结构，使土壤质地变得黏重、耕性差[13]。加之该区在小麦播种、出苗期间易出现连续阴雨天气，在水稻秸秆大量还田条件下，土壤过湿且黏重，严重制约了机械化耕作和播种质量的提高，降低了幼苗生长质量，减少籽粒产量。当前该地区传统的整地播种方式是：采用铧式犁深翻再旋耕或直接旋耕破碎土块，平整土地，然后进行机械条播、宽幅播种或撒播。研究发现，这种常规的旋耕或耕翻技术易使土壤形成大坷垃，从而在播种时易造成排种口堵塞，出现播种过深过浅不一致、缺苗断垄等情况，对播种出苗质量产生影响[14]。LI等[15]研究认为，在高降雨量稻麦轮作地区，免耕较犁耕利于土壤墒情过湿时排水、低温时保温，且养分在土壤表层富集，有助于形成更多和更活跃的表层根系，提高幼苗活力、增加单株穗数、提升籽粒产量。但免耕也显示出缺点，随着连续免耕时间的延长，苗床质量下降，会对小麦出苗产生影响，降低产量。XU等[16]在长江流域稻茬麦区研究表明，与全旋耕作相比，带旋耕作促进了幼苗生长，提高了籽粒氮积累量以及籽粒产量。

前人关于深翻、旋耕和免耕等耕作方式对土壤理化性质、植株生长和籽粒产量的影响研究已有较多报道，但对带旋耕作如何影响长江中下游地区稻茬麦田土壤性质、小麦生长生理和籽粒产量的报道较少。本文在水稻秸秆切碎匀铺还田条件下，比较了带旋和全旋耕作方式对稻茬麦田土壤理化性质、小麦生长和籽粒产量的影响，以期明确带旋耕作对稻茬小麦生产的适应性及其高产机制，为稻茬小麦高产高效栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2018—2020年在江苏省泰州市姜堰区宏昌家庭农场进行。前茬为水稻，水稻秸秆全量还田（还田量约为9 000 kg/hm2）。水稻由带有稻草切碎匀铺装置的半喂入式联合收割机收获，秸秆切碎约5 cm长度。图1为2018—2019和2019—2020年小麦生长季月累计降水量和月平均温度。试验田土壤为腰黑勤泥土。2019年耕播时土壤相对含水率为85%（偏湿），施用基肥前取0～20 cm表土测土壤基础地力，其中有机质质量分数40.9 g/kg、碱解氮质量分数162.6 mg/kg、速效磷质量分数40.7 mg/kg、速效钾质量分数123.0 mg/kg；2020年，耕播时土壤相对含水率为59%（偏干），有机质质量分数48.1 g/kg、碱解氮质量分数194.5 mg/kg、速效磷质量分数41.2 mg/kg、速效钾质量分数206.0 mg/kg。由于土壤偏干，2020年播种后进行灌水以确保出苗，但由于之后降水也导致了苗期土壤偏湿。

1.2 试验设计

试验采用完全随机设置，设全旋（full rotary tillage，FRT）和带旋（strip rotary tillage，SRT）耕作方式，以FRT为对照，重复3次。FRT作业流程为：旋耕机旋耕2次（旋耕深度为10～15 cm），将秸秆均匀混入耕作层土壤，再采用旋耕智能施肥播种机（2BFG-10(8)230型，江苏项瑛农机有限公司，WD750型沃德轮式拖拉机牵引）进行播种。该播种机结合了灭茬（浅旋耕5 cm）、播种（条播，行距22.5 cm）、盖籽、开排水沟（20 cm深，20 cm宽）、滚轮镇压等功能。SRT作业流程为：水稻秸秆茬均匀覆盖于土壤表面，直接采用免耕带旋播种机（2BMF-10型，中江县泽丰小型农机制造有限公司，WD750型沃德轮式拖拉机牵）播种。该播种机播种时提前将作业深度统一设置为4 cm，通过宽为4 cm的开沟刀片对根茬和地表泥土及肥料进行破除与混合，在田间形成宽约4 cm、深约4 cm的播种带和宽约16 cm的免耕带，种子均匀播落于播种沟内，同时后方的链网将开沟器甩出的泥土连同碎草档回覆盖在播种沟上，该播种机结合了条带旋耕、播种（条播，行距22 cm）、链网覆土覆草等功能。SRT下板茬（SRT-N）和带旋（SRT-T）土壤理化性质分别进行取样与测定。

图1 2018—2019和2019—2020年小麦生长季月降水量和月平均温度

氮肥、磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）施用量分别为225、120和120 kg/hm2。其中60%氮肥随播种作为基肥施入，40%氮肥用作拔节肥追施；磷肥和钾肥分别作基肥和拔节肥各施50%。肥料施用采用人工撒施的方式进行。试验品种为扬麦25，2 a的播种时间分别为2018年11月1日和2019年11月1日，FRT播种量为163 kg/hm2、SRT为217 kg/hm2（出苗率低，增加播种量）。于小麦三叶期选择长势均匀的3个1 m2区域人工匀苗，按基本苗3×106株/hm2定苗。2019年6月3日和2020年6月4日收获。其他栽培管理措施参照大面积高产栽培进行。

2 测定项目与方法

2.1 土壤容重、紧实度、含水率、贮水量和温度

2019年小麦播后24和43 d以及2020年播后11和40 d，采用环刀法（体积为100 cm3）在每小区采用五点取样法测定0～10 cm、10～20 cm的土壤容重及含水率[17]，2020年增加测定20～30 cm，SRT方式下分别对SRT-N和SRT-T取点测定。取样前，称量环刀和有孔盖的总质量（1），取样后，测定1与原状土柱总质量（2），最后将环刀放置在烘箱中烘干至恒质量，再次称量（3）。土壤容重、土壤含水率及不同耕层土壤贮水量[3]按照以下公式进行计算：

土壤容重（g/cm3）＝（3-1）/100 （1）

土壤含水率（%）=(2-3)/(3-1)×100 （2）

土壤贮水量（mm）=土壤含水率（%）×该层土壤容重（g/cm3） ×土层厚度（cm）×10-1（3）

为清晰反映土壤紧实度状况，2020年于越冬始期采用数显土壤紧实度测定仪（TJSD-750-IV，浙江托普云农科技有限公司）测定5、10、15、20和25 cm处土壤紧实度，SRT方式下分别对SRT-N和SRT-T取点测定。

土壤温度采用直角地温计进行，在FRT、SRT-N和SRT-T下分别埋设5、10、15、20和25 cm直角地温计，2019年于播后24和43 d以及2020年播后11和40 d在6:00—18:00每隔2 h记录1次土壤温度。

2.2 土壤养分含量

于越冬始期，采用五点法用土钻采集0～5和5～15 cm深度土壤样品，自然风干后去除根系、秸秆等杂物并过2 mm网筛。按照常规土壤农化分析方法，碱解氮含量采用碱解扩散法；速效磷含量采用碳酸氢钠法；速效钾含量采用乙酸铵浸提法。

2.3 播种深度、出苗率和出苗均匀度

于小麦三叶期每个处理连续取20株幼苗，测定幼苗基部白色区域长度，即为播种深度。调查各处理单位面积的成苗数，重复10次，按式（4）计算出苗率[18]。

出苗率（%）=[单位面积出苗数/（单位面积播种量×1 kg种子数×种子发芽率×种子净度）]×100（4）

根据每处理单位面积调查的苗数算出每小区出苗变异系数的倒数表示出苗均匀度，其值越大，出苗越均匀。

2.4 幼苗质量及花后单茎生长状况

分别于越冬始期、开花期、乳熟期从每个处理中连续取30株植株，其中越冬期植株调查次生根数、分蘖数。去根清洗后，将绿叶摘下，用便携式叶面积仪（LI-3000C型，美国LI-COR公司）测定叶片面积。样品按器官分开，105 ℃杀青1 h，80 ℃烘干至恒质量，测定干物质量。越冬期植株样品经烘干后磨碎，采用H2SO4-H2O2-靛酚蓝比色法[19]测定含氮量；采用蒽酮法[20]测定可溶性糖含量。

于越冬始期、开花期、乳熟期田间另取小麦主茎最上全展叶10片，冰盒储存，液氮速冻，置于-70 ℃冰箱保存，采用苏州科铭生物科技有限公司产二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPCase）试剂盒测定RuBPCase活性。

2.5 籽粒产量

于乳熟期连续取100个麦穗测定每穗结实粒数。于成熟期调查1 m2穗数并收获，脱粒自然晾干，称质量并测量含水率，换算为13%含水率千粒质量和籽粒产量。

2.6 统计分析

采用Microsoft Excel 2016进行数据整理。采用DPS 7.0方差分析耕作方式对土壤容重和土壤储水量的影响、耕作方式对不同土层土壤紧实度、土壤温度和土壤养分含量的影响。处理间差异采用LSD法比较。采用Origin 2018软件做图。图表中数据均为平均值±标准差。

3 结果与分析

3.1 耕作方式对土壤物理性质和养分含量的影响

3.1.1 土壤容重和紧实度

采用数显土壤紧实度测定仪测定结果显示（图2），5 cm处SRT-N土壤紧实度显著高于SRT-T和FRT（<0.05），SRT-T与FRT间无显著差异（>0.05）；10 cm处SRT-N显著高于FRT（<0.05），SRT-N与SRT-T间无显著差异（>0.05）；15 cm处SRT-N与SRT-T间无显著差异（>0.05），均显著高于FRT（<0.05）；20和25 cm处耕作间无显著差异（>0.05）。由图3可知，不同耕作方式下各土层土壤容重均有显著差异（<0.05）。随土层深度的增加，2019年（0～20 cm）和2020年（0～30 cm）土壤容重逐渐增加。在2019年和2020年，FRT下0～10 cm土层土壤容重均显著低于SRT-N和SRT-T（<0.05），SRT-N与SRT-T间无显著差异（>0.05）。10～20 cm土层土壤容重，在2019年播后24 d表现为FRT仅显著低于SRT-N（<0.05），与SRT-T差异不显著（>0.05），43 d表现为不同耕作间差异不显著（>0.05）；在2020年播后11和40 d均表现为FRT显著最低（<0.05），SRT-N与SRT-T间差异不显著（>0.05）。耕作处理未显著影响20～30 cm土层土壤容重（>0.05）（2020年测定）。表明，FRT有效松散了耕作层（0～20 cm）土壤，而SRT仅降低带旋耕作处约5 cm深度处土壤紧实度。这可能是由于播种机在播种时，机械仅对浅层土壤产生了扰动，对深层土壤影响较小。

注：FRT、SRT-N和SRT-T分别代表全旋耕作、带旋耕作板茬区域和带旋耕作浅旋区域。下同。

3.1.2 土壤贮水量

由图4可知，2019年0～20 cm土层土壤贮水量在46.1～92.0 mm，土壤偏干；2020年0～30 cm土层土壤贮水量在84.7～148.2 mm，土壤偏湿。2 a间，不同耕作对不同土层土壤贮水量有均有显著影响。2019年，土壤贮水量随土层增加显著下降（0～20 cm）（<0.01）；而2020年，土壤贮水量随土层增加显著增加（0～30 cm）（<0.01）。2 a间，SRT-N和SRT-T下0～10 cm土层土壤贮水量均高于FRT，2019年测定时高15%～43%，而2020年测定时仅高3%～9%。10～20 cm土层土壤贮水量，在2019年播后24 d表现为不同耕作间差异不显著（>0.05），播后43 d以FRT最高，较SRT-N和SRT-T高7%～19%；2020年播后11 d以SRT-T最高，较FRT高15%，播后40 d以SRT-N最高，较FRT和SRT-T增加3%和9%。在20～30 cm土层中，土壤贮水量均以SRT-T最高，较FRT和SRT-N轻微增加了1%～4%。表明，SRT可较FRT整体上增加0～30 cm土层土壤贮水量，在土壤偏干状况下（2019）可大幅提升表层土壤湿度，而在土壤偏湿下（2020）仅略有增加。这可能是由于带旋耕作土壤结构相较稳定，在偏干条件下有利于降低水分无效蒸发，提高土壤蓄水和持水能力。此外，稳定的土壤结构可减少水分下渗，这可能是带旋耕作在土壤偏湿时水分仅略有增加的原因。

注：图中不同字母表示处理间显著差异（P<0.05）。下同。

图4 耕作方式对不同土层土壤贮水量的影响

3.1.3 土壤温度

由图5可知，0～25 cm土层土壤温度较高时（测定土壤温度8～18℃），土壤温度随土层深度总体呈下降趋势，15与25 cm差异较小；但当土壤温度较低时（测定土壤温度2～6 ℃），土壤温度则随土层深度总体呈增加趋势。耕作方式对土壤温度的影响因测定深度和环境温度而异。当土壤温度较高时（2019年播后第24天和2020年播后第11天），不同耕作方式间5、15和25 cm处土壤温度均未表现出显著差异（>0.05）。当土壤温度偏低时（2019年播后第43天和2020年播后第40天），SRT-N下5 cm处土壤温度均显著高于FRT（<0.05），但在2019年SRT-T与FRT间以及2020年SRT-N与SRT-T间土壤温度差异不显著（>0.05）；15 cm处土壤温度仅在2019年播后43 d表现为SRT-N>SRT-T>FRT，处理间差异显著（<0.05），2020年不同处理间差异不显著（>0.05）；耕作方式对25 cm处土壤温度无显著性影响（>0.05）。

图5 耕作方式对不同土层土壤温度的影响

图6展示了不同耕作方式下土壤温度在6:00—18:00动态变化，总体呈现出先升高后下降的变化趋势，耕作方式对土壤温度日变化幅度的影响随土层深度增加逐渐变小。在6:00—18:00，5 cm土层处土壤最低温度和最高温度均出现在FRT，SRT-N和SRT-T日变化幅度均较FRT平缓；在土温较高时SRT-N与SRT-T方式间差异不明显，但在土温较低时SRT-N土壤温度明显高于SRT-T，15 cm土层处SRT-N的这种保温效果更为明显。25 cm土层处土壤温度日变化幅度平缓，耕作方式间差异较小。综上所述，SRT较FRT有助于减小土壤温度的变化幅度，低温条件下可提升表层土壤温度。其原因可能在于带旋耕作土壤水分含量较高，其板茬部分由于水分较高可起到温度缓冲作用，从而使得土壤温度日变化更加平缓。

图6 不同耕作方式下各土层土壤温度的日变化

3.1.4 土壤养分含量

由图7可知，0～5 cm土层土壤养分含量总体高于5～15 cm土层。2 a间，耕作方式均未显著影响0～5 cm和5～15 cm土层土壤速效磷含量（>0.05）。在0～5 cm土层，耕作方式未显著影响2019年土壤速效氮和速效钾含量（>0.05），但2020年SRT方式均显著高于FRT方式，分别增加39%和20%（<0.05）。在5～15 cm土层，2 a间SRT土壤速效氮与速效钾含量较FRT分别增加12%、55%、41%和17%，差异显著（<0.05）。表明SRT有助于土壤养分在浅层（0～15 cm）土壤聚集。这可能是由于带旋耕作对土壤扰动小，施用的肥料大都在土壤表层聚集。

图7 耕作方式对不同土层土壤养分含量的影响

3.2 耕作方式对冬小麦播种质量和生长情况的影响

2 a间，FRT方式下小麦播种深度和出苗率均显著高于SRT（<0.05），其中SRT 2 a的出苗率较FRT分别降低了19.3%和18.9%（表1）。2019年，SRT出苗均匀度显著高于FRT（<0.05），2020年则FRT显著高于SRT（<0.01）。

由表1可知，2020年越冬始期小麦单株分蘖数、单株地上部生物量、单株叶面积、氮含量和叶片RuBPCase活性较2019年分别高60.08%、27.92%、53.77%、26.45%、25.37%。2019年耕作方式未显著影响单株分蘖数、次生根数、单株地上部生物量、单株叶面积和可溶性糖含量（>0.05），SRT植株氮含量和叶片RuBPCase活性显著高于FRT（<0.05）。2020年，SRT较FRT可显著增加幼苗次生根数、单株地上部生物量、可溶性糖含量和叶片RuBPCase活性（<0.05），但处理间单株分蘖数、单株叶面积和氮含量差异不显著（>0.05）。

表1 耕作方式对小麦播种质量和幼苗生长的影响

由表2可知，总体上，2020年叶片RuBPCase活性高于2019年，单茎叶面积和单茎干物质量在2 a间各有高低。2 a间，除2019年开花期和2020年乳熟期单茎叶面积在不同耕作方式间差异不显著外（>0.05），SRT方式均较FRT方式显著提高了开花期和乳熟期单茎叶面积和剑叶RuBPCase活性以及开花期和成熟期单茎干物质量（<0.05）。表明，SRT方式有利于提高小麦花后单茎光合生产能力，可归因于SRT下冬前高质量的幼苗具有更为健壮的单茎。

表2 耕作方式对小麦花后单茎生长状况的影响

3.3 耕作方式对冬小麦产量的影响

由表3可知，2020年籽粒产量较2019年高19%，主要原因在于2020年穗数较高。2019年和2020年，SRT方式下籽粒产量分别较FRT高11%和14%，差异显著（<0.05）。不同耕作方式对穗数和千粒质量在2 a间均无显著影响（>0.05），但SRT方式下穗粒数均显著高于FRT，增幅分别为16%和5%（<0.05）。SRT下更多的穗粒数可解释为SRT下健壮单茎有助于幼穗发育和穗粒数形成。

表3 耕作方式对小麦籽粒产量及其构成的影响

4 讨 论

本研究表明，与FRT相比，SRT处理下低温时土壤表层温度和土壤养分含量均较高，且减少了土壤扰动，增大了秸秆的通透性，对湿黏稻茬麦田的适应性显著提升，这与李朝苏等[6]、李明等[21]的研究结果一致。良好的幼苗生长质量和分蘖发育能促进小麦后续营养和生殖生长[2,18]。本研究显示，带旋耕作构建了良好的土壤环境，使小麦幼苗健壮生长，提升了植株中后期光合生产能力，促进了籽粒产量提升。

4.1 带旋耕作有助于缓冲土壤水热环境变化，促进幼苗生长

耕作能够通过物理作用明显影响田间秸秆分布和土壤结构，主要体现在土壤水分、热量和养分有效性等方面。土壤水热环境的变化幅度对作物出苗和生长具有重要意义。不同的耕作处理对土壤扰动程度不同，导致土壤容重有所差异[22-23]，从而对降水入渗和水分蒸发产生影响。在本研究中，带旋耕作仅降低了播种出苗区域0～5 cm土层的土壤紧实度，与全旋耕作相比，减少了对土壤的扰动，既增加了播种区域土壤通透性，也保留了未耕作土壤的结构稳定性。耕作对土壤环境的影响还因水分状况而异。虽然本试验是在降水丰沛的生产区进行，但年际间降水变化较大，导致土壤墒情差异大。本研究发现，当土壤偏干时带旋较全旋耕作能够提升0～10 cm土层土壤贮水量，这表明全旋耕作虽松散了土壤，加入秸秆增加土壤孔隙度，但偏干条件下会导致土壤结构破坏，增加水分蒸发和养分流失，不利于保水保肥[12,24]；而带旋耕作下稳定的土壤结构有利于降低水分无效蒸发，提高土壤蓄水和持水能力[25]。本研究土壤偏湿条件下，带旋与全旋耕作方式间0～30 cm土层土壤贮水量相当。前人研究认为少耕土壤容重高，可减少水分下渗，在高降水条件下易产生地表径流[26]，这可能有助于地表快速排水，降低渍害发生风险。本试验缺少在高湿土壤条件下的试验结果，具体影响效应还需进一步研究。此外，本试验虽未记录小麦整个生育期土壤水分含量变化，但李明等[21]研究表明，相比于深旋耕作，浅旋和免耕带旋耕作可提高播种出苗期、分蘖期、拔节期和孕穗期0～10 cm土层土壤水分含量，开花期以后处理间差异不明显。这表明耕作对土壤水分的影响效应随着时间推移而减弱，可能的解释是降水致土壤逐渐沉实。本研究结果还表明，带旋较全旋耕作有助于平缓土壤温度的变化幅度，并且在低温条件下提升表层土壤温度。这与HE[11]和黄高宝等[27]研究结果基本一致，前人认为全旋耕作将作物秸秆与土壤混匀，增加了土壤孔隙度，加大了土壤的吸热与散热速率，使得土壤温度变幅扩大。此外，土壤温度的变化还与其水分状况有关，由于土壤颗粒比水具有更低的热容和更大的导热性，干土壤要比湿土壤冷热得更快[28-29]。在本研究中，带旋耕作土壤水分含量较高，其板茬部分由于水分较高可起到温度缓冲作用，从而使得土壤温度日变化更加平缓。

土壤环境的改善有助于种子出苗和幼苗早期生长[30-31]。张斯梅等[32]研究认为浅耕下小麦出苗率高于免耕，前者可改善土壤与种子接触状况，有利于促进出苗。申冠宇等[2]认为旋耕可显著提高种子出苗率、整齐度，有助于获得高质量幼苗，同时耕层增加可以提高植株发根能力和根系活力，进而间接影响生育后期灌浆速率以及籽粒产量。亦有研究认为少免耕下也可实现均匀出苗，且出苗快，绿叶面积大，分蘖多，幼苗生长健壮[32-34]。在本研究中，带旋耕作对幼苗质量的提升在2020年度更为明显，显著增加了幼苗次生根数、单株地上部生物量、植株可溶性糖含量和叶片RuBPCase活性。带旋耕作促进幼苗健壮生长可能归因于其土壤养分多富集在浅层土壤，本研究结果表明，带旋较全旋耕作增加了0～15 cm土层土壤碱解氮和速效钾含量。这可能是由于带旋耕作对土壤扰动小，施用的肥料大都在土壤表层聚集，较少的耕作增加了土壤通透性，有利于降雨入渗，促进浅层根系对有效养分的吸收和利用[35]。此外，低温条件下土壤的增温作用有助于保护小麦安全越冬，且减少热量散失，充分利用热量资源。2020年度小麦越冬前降水较少、温度较高，可能提升了带旋耕作的土壤储水、增温效应，对幼苗生长促进更为明显。

4.2 带旋耕作有助于提升单茎生产力，促进籽粒产量形成

李福建等[36]研究认为免耕小麦灌浆后期叶片可截取更多光能，提升了叶片光合生产能力，有利于粒质量增加。LATIFMANESH[37]和SUN等[38]研究表明，灌溉和雨养条件下少免耕降低了穗数和每穗粒数，但LIU等[39]研究结果与之相反。前人研究结果不尽相同可能由于试验条件差异所致。本试验在等基本苗条件下，表明全旋与带旋耕作间穗数和千粒质量均无显著差异，但带旋耕作显著提高了每穗粒数和籽粒产量。分析显示，带旋耕作提高了小麦花后单茎绿叶面积、单茎干物质量和叶片RuBPCase活性，指示带旋耕作下更强的单茎生长生理能力，可能有助于促进幼穗发育和穗粒数形成。HE等[11]研究认为，带旋耕作可增加花后叶片叶绿素含量和面积，延缓叶片早衰，使植株保持较高的光合性能，提升最终籽粒产量。本研究显示，带旋耕作构建了良好的土壤水、热、肥条件，使得冬前幼苗具有较优的形态和生理特征，提升了植株中后期光合生产能力，促进了籽粒产量提升。结果进一步明确了培育冬前壮苗与促进产量提升具有协同一致性，深化了壮苗培育和高产形成机制。

4.3 带旋耕作下出苗率偏低

在本研究中，在水稻秸秆全量还田条件下，带旋耕作虽较全旋耕作提升了小麦幼苗质量，提高了产量，但2 a间小麦出苗率较全旋耕作明显偏低，这可能是由于机械条件限制，在种子落入种沟后，种子覆土效果较差，造成种子在土壤空间中分布不均匀。虽然通过增加播种量可以提高出苗数量，但带旋耕作模式下适宜播种量与基本苗数还需进一步明确。

5 结 论

本研究在水稻秸秆切碎匀铺还田条件下，通过2 a时间的大田试验，比较了带旋和全旋耕作方式对长江流域稻茬麦田土壤理化性质、小麦生长和籽粒产量的影响，主要结论如下：

1）湿黏稻茬麦田条件下，与全旋耕作相比，带旋耕作在土壤偏干时（2019年）大幅提升了0～10 cm土层储水量，提升幅度为15%～43%；在土壤偏湿时（2020年）提升幅度仅为3%～9%。同时，带旋耕作下土壤温度日变化幅度减小，当土壤温度较低时，带旋耕作有助于提升5 cm和15 cm土层温度。

2）2 a间5～15 cm土层SRT土壤速效氮与速效钾含量较FRT分别增加12%、55%、41%和17%，差异显著（<0.05），有助于促进土壤养分在浅层土壤富集。

3）2 a试验期间带旋耕作小麦籽粒产量较全旋耕作分别提高了11%和14%，穗粒数增加了16%和5%，差异均达显著水平（<0.05）。其主要原因是带旋耕作土壤条件能够促进幼苗健壮生长，提升花后单茎光合生产能力，进而增加每穗粒数和籽粒产量。但带旋耕作出苗率较全旋耕作低了19%，未来还需结合其壮苗优势开展农机农艺配套技术研究。

[1] 郭孟洁，李建业，李健宇，等. 实施16年保护性耕作下黑土土壤结构功能变化特征[J]. 农业工程学报，2021，37(22)：108-118. GUO Mengjie, LI Jianye, LI Jianyu, et al. Changes of soil structure and function after 16-year conservation tillage in black soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(22): 108-118. (in Chinese with English abstract)

[2] 申冠宇，杨习文，周苏玫，等. 土壤耕作技术对小麦出苗质量、根系功能及粒重的影响[J]. 中国农业科学，2019，52(12)：2042-2055. SHEN Guanyu, YANG Xiwen, ZHOU Sumei, et al. Impacts of soil tillage techniques on seedling quality, root function and grain weight in wheat[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(12): 2042-2055. (in Chinese with English abstract)

[3] 丁晋利，魏红义，杨永辉，等. 保护性耕作对农田土壤水分和冬小麦产量的影响[J]. 应用生态学报，2018，29(8)：2501-2508. DING Jinli, WEI Hongyi, YANG Yonghui, et al. Effects of conservation tillage on soil water condition and winter wheat yield in farmland[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2018, 29(8): 2501-2508. (in Chinese with English abstract)

[4] 张银平，迟岩杰，王占滨，等. 麦-玉两熟区组合耕作模式周期生产力综合评价[J]. 农业工程学报，2020，36(16)：35-43. ZHANG Yinping, CHI Yanjie, WANG Zhanbin, et al. Comprehensive evaluation of periodic productivity of combined tillage mode in wheat-maize double cropping areas[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(16): 35-43. (in Chinese with English abstract)

[5] FRANZLUEBBERS A J, SCHOMBERG H H, ENDALE D M. Surface-soil responses to paraplowing of long-term no-tillage cropland in the Southern Piedmont USA[J]. Soil and Tillage Research, 2007, 96(1): 303-315.

[6] 李朝苏，汤永禄，解立胜，等. 2BMFDC-6型稻茬麦半旋播种机设计与性能试验[J]. 西南农业学报，2011，24(2)：789-793. LI Chaosu, TANG Yonglu, XIE Lisheng, et al. Design and experiment of 2BMFDC-6 half-tillage seeder of wheat after rice[J]. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2011, 24(2): 789-793. (in Chinese with English abstract)

[7] VAITAUSKIENE K, ŠARAUSKIS E, ROMANECKAS K, et al. Design, development and field evaluation of row-cleaners for strip tillage in conservation farming[J]. Soil and Tillage Research, 2017, 174: 139-146.

[8] 王小玲，马琨，汪志琴，等. 冬小麦免耕覆盖与有机栽培对土壤微生物群落组成的影响[J]. 中国生态农业学报，2019，27(2)：267-276. WANG Xiaoling, MA Kun, WANG Zhiqin, et al. Effects of no-tillage, mulching and organic fertilization on soil microbial composition in winter wheat field[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(2): 267-276. (in Chinese with English abstract)

[9] 李彤，王梓廷，刘露，等. 保护性耕作对西北旱区土壤微生物空间分布土壤理化性质的影响[J]. 中国农业科学，2017，50(5)：859-870. LI Tong, WANG Ziting, LIU Lu, et al. Effect of conservation tillage practices on soil microbial spatial distribution and soil physico-chemical properties of the northwest dryland[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(5): 859-870. (in Chinese with English abstract)

[10] 吴晓丽，汤永禄，李朝苏，等. 不同生育时期渍水对冬小麦旗叶叶绿素荧光及籽粒灌浆特性的影响[J]. 中国生态农业学报，2015，23(3)：309-318. WU XiaoLi, TANG Yonglu, LI Chaosu, et al. Effect of waterlogging at different growth stages on flag leaf chlorophy11 fluorescence and grain-filling properties of winter wheat[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(3): 309-318. (in Chinese with English abstract)

[11] HE J, LI H W, KUHN N J, et al. Effect of ridge tillage, no-tillage, and convesational tillage on soil temperature, water use, crop performance in cold and semi-arid areas in Northeast China[J]. Soil Research, 2010, 48(8): 737-744.

[12] WANG H G, GUO Z J, SHI Y, et al. Impact of tillage practices on nitrogen accumulation and translocation in wheat and soil nitrate-nitrogen leaching in drylands[J]. Soil and Tillage Research, 2015, 153: 20-27.

[13] 胡红，李洪文，李传友，等. 稻茬田小麦宽幅精量少耕播种机的设计与试验[J]. 农业工程学报，2016，32(4)：24-32. HU Hong, LI Hongwen, LI Chuanyou, et al. Design and experiment of broad width and precision minimal tillage wheat planter in rice stubble field[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(4): 24-32. (in Chinese with English abstract)

[14] 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.

[15] LI F J, ZHANG X B, XU D Y, et al. No-Tillage promotes wheat seedling growth and grain yield compared with plow–rotary tillage in a rice–wheat rotation in the high rainfall region in China[J]. Agronomy, 2022, 12(4): 865-865.

[16] XU D Y, DING J F, YANG D D, et al. Strip tillage improves grain yield and nitrogen efficiency in wheat under a rice–wheat system in China[J]. Agronomy, 2022, 12(11): 2698.

[17] 王岩，刘玉华，张立峰，等. 耕作方式对冀西北栗钙土土壤物理性状及莜麦生长的影响[J]. 农业工程学报，2014， 30(4)：109-117. WANG Yan, LIU Yuhua, ZHANG Lifeng, et al. Effects of tillage mode on chestnut soil’s physical characters and naked oats growth in Northwest Hebei province[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(4): 109-117. (in Chinese with English abstract)

[18] 吴鹏，李福建，于倩倩，等. 耕作与播种方式、密度和施氮量对稻茬小麦幼苗质量的影响[J]. 麦类作物学报，2021，41(1)：72-80. WU Peng, LI Fujian, YU Qianqian, et al. Effect of tillage and seeding method, planting density, and nitrogen rate on seedling quality of wheat following rice[J]. Journal of Triticeae Crops, 2021, 41(1): 72-80. (in Chinese with English abstract)

[19] SCHEINER D. Determination of ammonia and kjeldahl nitrogen by indophenol method[J]. Water Research. 1976, 10(1): 31-36.

[20] CHOW P S, LANDHAUSSER S M. A method for routine measurements of total sugar and starch content in woody plant tissues[J]. Tree Physiology, 2004, 24(10): 1129–1136.

[21] 李明，李朝苏，刘淼，等. 耕作播种方式对稻茬小麦根系发育、土壤水分和硝态氮含量的影响[J]. 应用生态学报，2020，31(5)：1425-1434. LI Ming, LI Chaosu, LIU Miao, et al. Effects of different tillage and sowing practices on root growth, soil moisture, and soil nitrate nitrogen content of wheat after rice[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2020, 31(5): 1425-1434. (in Chinese with English abstract)

[22] 闫雷，喇乐鹏，董天浩，等. 耕作方式对东北黑土坡耕地土壤物理性状及根系垂直分布的影响[J]. 农业工程学报，2021，37(1)：125-132. YAN Lei, LA Yuepeng, DONG Tianhao, et al. Soil physical properties and vertical distribution of root systems affected by tillage methods in black soil slope farmlands in Northeast China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(1): 125-132. (in Chinese with English abstract)

[23] 陈学文，张晓平，梁爱珍，等. 耕作方式对黑土硬度和容重的影响[J]. 应用生态学报，2012，23(2)：439-444. CHEN Xuewen, ZHANG Xiaoping, LIANG Aizhen, et al. Effects of tillage mode on black soil’s penetration resistance and bulk density[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(2): 439-444. (in Chinese with English abstract)

[24] VIZIOLI B, CAVALIERI-POLIZELI KARINA M V, TORMENA C A, et al. Effects of long-term tillage systems on soil physical quality and crop yield in a Brazilian Ferralsol[J]. Soil and Tillage Research, 2021, 209.

[25] 于同艳，张兴. 耕作措施对黑土农田耕层水分的影响[J]. 西南大学学报，2007，29(3)：121-124. YU Tongyan, ZHANG Xing. Effects of different soil tillage systems on soil water in the black farmland[J]. Journal of Southwest University, 2007, 29(3): 121-124. (in Chinese with English abstract)

[26] 杨永辉，武继承，张洁梅，等. 耕作方式对土壤水分入渗、有机碳含量及壤结构的影响[J]. 中国生态农业学报，2017，25(2)：258-266. YANG Yonghui, WU Jicheng, ZHANG Jiemei, et al. Effect of tillage method on soil water infiltration, organic carbon content and structure[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2017, 25(2): 258-266. (in Chinese with English abstract)

[27] 黄高宝，李玲玲，张仁陟，等. 免耕秸秆覆盖对旱作麦田土壤温度的影响[J]. 干旱地区农业研究，2006，24(5)：1-4，19. HUANG Gaobao, LI Lingling, ZHANG Renzhi, et al. Effects of no tillage with stubble retention on soil temperature of rainfed spring wheat field[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2006, 24(5): 1-4, 19. (in Chinese with English abstract).

[28] PRAMANIK P, CHAKRABARTI B, BHATIA A, et al. Effect of elevated temperature on soil hydrothermal regimes and growth of wheat crop[J]. Environmental Monitoring and Assessment, 2018, 190(4): 217.

[29] 陈丽娟，张新民，王小军，等. 不同土壤水分处理对膜上灌春小麦土壤温度的影响[J]. 农业工程学报，2008，24(4)：9-13. CHEN Lijuan, ZHANG Xinmin, WANG Xiaojun, et al. Effect of different soil moisture treatments on soil temperature of plastic film mulched spring wheat[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(4): 9-13. (in Chinese with English abstract)

[30] 张银平，杜瑞成，刁培松，等. 机械化生态沃土耕作模式提高土壤质量及作物产量[J]. 农业工程学报，2015，31(7)：33-38. ZHANG Yinping, DU Ruicheng, DIAO Peisong, et al. Mechanical and ecological tillage pattern improving soil quality and crop yields[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(7): 33-38. (in Chinese with English abstract)

[31] 聂良鹏，郭利伟，牛海燕，等. 轮耕对小麦-玉米两熟农田耕层构造及作物产量与品质的影响[J]. 作物学报，2015，41(3)：468-478. NIE Liangpeng, GUO Liwei, NIU Haiyan, et al. Effects of rotational tillage on tilth soil structure and crop yield and quality in maize–wheat cropping system[J]. Acta Agronomica Sinica, 2015, 41(3): 468-478. (in Chinese with English abstract)

[32] 张斯梅，顾克军，张恒敢，等. 稻秸还田下耕作与播种方式对小麦出苗及产量的影响[J]. 中国农学通报，2017，33(10)：19-22. ZHANG Simei, GU Kejun, ZHANG Henggan, et al. Effects of tillage and sowing patterns on wheat seedling emergence and yield with rice straw returning[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2017, 33(10): 19-22. (in Chinese with English abstract)

[33] 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. LI Wei, DING Qishuo, HE Ruiyin, et al. Micro-climate characteristics and seedling qualities in seed-zone of post-paddy wheat field under different tillage and seeding modes[J]. Journal of South China Agricultural University, 2018, 39(1): 45-50. (in Chinese with English abstract)

[34] 郑亭，樊高琼，王秀芳，等. 耕作方式、播深及覆土对机播套作小麦麦苗素质的影响[J]. 农业工程学报，2011，27(5)：164-168. ZHENG Ting, FAN Gaoqiong, WANG Xiufang, et al. Effect of tillage managements, sowing depth and soil-covering on the seedlings quality of mechanical sowing wheat under intercropping condition[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(5): 164-168. (in Chinese with English abstract)

[35] 汪可欣，王丽学，吴佳文，等. 不同耕作方式对土壤耕作层水、肥保持能力及玉米产量的影响分析[J]. 中国农村水利水电，2009(5)：53-55，59. WANG Kexin, WANG Lixue, WU Jiawen, et al. Effect of different cultivation methods on maintenance capacity of water and fertilizer surface soil and yield of corn[J]. China Rural Water and Hydropower, 2009(5): 53-55, 59. (in Chinese with English abstract)

[36] 李福建，徐东忆，吴鹏，等. 机械耕作和播种方式对稻茬小麦光合生产和产量的影响[J]. 农业工程学报，2021，37(5)：41-49. LI Fujian, XU Dongyi, WU Peng, et al. Effects of mechanical tillage and sowing methods on photosynthetic production and yield of wheat in rice stubble[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(5): 41-49. (in Chinese with English abstract)

[37] LATIFMANESH H, DENG A X, NAWAZ M M, et al. Integrative impacts of rotational tillage on wheat yield and dry matter accumulation under corn-wheat cropping system[J]. Soil and Tillage Research, 2018, 184: 100-108.

[38] SUN M, REN A X, GAO Z Q, et al. Long-term evaluation of tillage methods in fallow season for soil water storage, wheat yield and water use efficiency in semiarid southeast of the Loess Plateau[J]. Field Crop Research, 2018, 218: 24-32.

[39] LIU Y, SUI Y W, GU D D, et al. Effects of conservation tillage on grain filling and hormonal changes in wheat under simulated rainfall conditions[J]. Field Crop Research, 2013, 144: 43-51.

Effects of the strip rotary and full rotary tillage on the wheat growth and soil physicochemical properties in rice stubble

SHI Mengdi1, YU Qiaoqiao1, JIANG Wenyue1, GE Yuyang1, ZHU Min1,2, LI Chunyan1,2, ZHU Xinkai1,2, DING Jinfeng1,2※, GUO Wenshan1,2

(1.,,225009,;2.-,225009,)

Sticky texture of soil and tillage condition can be found in the rice-wheat rotation area, due to the conventional management practices of puddling and flooding. The returning rice straw into the field can also seriously affect the emergence and growth of wheat seedlings. The tillage modes can dominate the form and amount of the crop residues returning into the soil, together with the hydrothermal environment in the soil. Therefore, a suitable tillage and seeding mode can facilitate the emergence and growth of seedlings, even for the high grain yield of wheat. Strip rotary tillage (SRT) has been an effective practice to combine no- and convention-tillage. In this study, a systematic investigation was implemented to explore the effects of the SRT on the physical and chemical properties of soil, wheat growth, and grain yield in the rice stubble field from 2018 to 2020. The applicability of SRT was also clarified in the rice-wheat rotation areas. Among them, full rotary tillage (FRT) was taken as the control treatment. Specifically, the rotary tillage was implemented twice (10-15 cm depth), and the straw was evenly mixed into the soil, finally seeding. The used seeder included the functions of shallow rotary tillage, drill seeding, soil covering, excavating drainage ditch, and roller suppression. In SRT, the rice stubble was uniformly covered on the soil surface, and then directly seeded using the strip rotary seeder. The strip tillage depth of the seeder was set to 4 cm. The stubble, soil, and fertilizer on the surface were broken to mix with a 4 cm width of tillage blade. Thus, there was a sowing belt with about 4 cm width and a no-till belt with about 16 cm width in the field. The seeds were evenly sown in the sowing trench, and then a chain net covered the soil and straw on the sowing trench. The results showed that the SRT significantly increased the water storage in the 0-10 cm soil layer by 15%-43% under dry soil conditions, but only increased by 3%-9% under wet soil conditions, compared with the FRT. There was a gentle diurnal variation of soil temperature under SRT. The temperature of the soil layer at 5 and 15 cm increased at low temperatures. The content of available nitrogen and potassium in the 5-15 cm soil layer of SRT increased by 12%, 55%, 41%, and 17%, compared with the FRT, respectively (<0.05). The enrichment of soil nutrients was promoted in the shallow soil. The SRT significantly improved the number of secondary roots per plant, aboveground biomass per plant, plant soluble sugar content, and RuBPCase activity in the leaves (<0.05) in 2019-2020, compared with the FRT, indicating the better quality of seedlings. At the same time, the SRT improved the leaf area per stem, and the RuBPCase activity in the leaves at the anthesis and milk ripening in the two seasons. The highest yield of SRT was achieved, which increased by 11% and 14%, compared with the FRT. The number of grains per panicle also increased by 16% and 5%, respectively, with significant differences (<0.05). In conclusion, the favorable soil conditions in water, heat, and nutrient under SRT were conducive to the vigor growth of seedlings, the improved photosynthetic production of a single stem, the development of young spike, and the formation of grain number per spike. Furthermore, the low emergence rate of seedlings under SRT can be expected to investigate using the supporting agronomic techniques for the vigorous seedlings.

soil; yield; full rotary tillage; strip rotary tillage; wheat in rice stubble; seeding growth

2022-12-24

2023-04-28

国家自然科学基金项目（32172111）；国家重点研发计划项目（2022YFD2301404）；江苏现代农业（小麦）产业技术体系；江苏高校优势学科建设工程项目

石梦迪，研究方向为小麦机械化高产栽培技术。Email：mengdi0227@163.com

丁锦峰，博士，教授，研究方向为小麦高产高效栽培与生理。Email：jfdin@yzu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.202212165

S512.1；S282

A

1002-6819(2023)-08-0065-11

石梦迪，于乔乔，蒋文月，等. 带旋和全旋耕作对稻茬小麦生长和土壤理化性质的影响[J]. 农业工程学报，2023，39(8)：65-75. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202212165 http://www.tcsae.org

SHI Mengdi, YU Qiaoqiao, JIANG Wenyue, et al. Effects of the strip rotary and full rotary tillage on the wheat growth and soil physicochemical properties in rice stubble[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2023, 39(8): 65-75. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202212165 http://www.tcsae.org