基于旱地小麦“三提前”蓄水保墒技术播种方式的研究

赵红梅，高志强，任爱霞，李光，邓妍，孙敏

（山西农业大学 农学院，山西 太谷030801）

近年来，地膜覆盖栽培技术由于其具有显著的 增温保墒作用和增产增收效益，已在我国的干旱半干旱地区得到大面积推广和应用［1～4］，其中较为典型的为甘肃模式［5，6］和山西模式［5，7］。但这些技术只是在小麦播种时才进行覆膜，不能把夏闲期60%的降水最大限度地蓄住保住，最终因底墒不足，使地膜覆盖的增产效果受到很大限制。本课题组多年致力于研究休闲期的蓄水保墒技术，并提出了旱地小麦“三提前”栽培技术，即指前茬小麦收获时留高茬，麦收后10～15天，提前深耕或深松，提前深施有机肥或保水剂，提前覆盖的一次性操作技术，旨在改善土壤结构、提高有机质含量、增加土壤动物、微生物数量，有效提高土壤蓄水保水能力，真正实现旱地小麦伏雨春夏用。此技术在山西闻喜旱地小麦生产的实践研究中在不同土层土壤蓄水方面及提高小麦产量上已取得了显著效果，并在此基础上形成了两大技术体系：深翻模式和深松模式。此两种模式在休闲期均有较好的蓄水、保水和防止水土流失的效果，是两项很好的小麦高产栽培技术。因此，如能将休闲期降水高效利用栽培技术与生育期高产栽培技术相结合，则对培育冬前壮苗，实现旱地冬小麦的优质高产或超高产具有重要的意义，而前人对这方面的综合栽培技术研究较少。探讨“三提前”蓄水保墒技术的深翻和深松模式的蓄水保墒效果，以及在此基础上搞清不同播种方式对旱地小麦土壤水分、产量及水分利用效率的影响，明确旱地小麦休闲期“三提前”蓄水保墒技术最适配套的播种方式，有助于为旱地小麦蓄水保墒综合技术提供新途径。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验于2011～2012年在山西农业大学闻喜试验基地进行。试验地为夏闲地，土壤肥力：有机质11.88g·kg－1，碱解氮38.62mg·kg－1，速效磷14.61mg·kg－1。2011～2012年降水量见表1，全年降水量充足，尤其在休闲期和播种－越冬期均高于往年，分别较往年平均值高出203.33mm和93.80mm，可认为属于丰水年。

表1 闻喜试验点的降水量／mmTable 1 Precipitation at the experimental site in Wenxi

1.2 试验设计

供试品种为运旱20410，由闻喜县农业局提供。采用二因素裂区设计，设深翻模式（Deep tillage mode，DTM）、深 松模式 （Subsoiling mode，SSM）、农户模式（No tillage mode，NTM）为主区，实施时间为前茬小麦收获后进行。其中深翻模式为：耕深30～35cm，有机肥为1500kg·hm－2与打碎的秸秆采用深耕施肥机一并施入；深松模式为：深度35～40cm，有机肥为1500kg·hm－2采用深松施肥机施入，秸秆打碎后覆盖于地表。农户模式：休闲期不采取任何耕作方式，仅在播前旋耕一次。设5种播种方式为副区：条播（Drilling sowing，DS），沟播（Furrowing sowing，FS），膜际条播（Film mulch，FM），全膜覆土穴播（Film covering soil hole sowing，FSH），宽幅精播（Wide precision seeding，WPS）。其中条播：常规条播，行距20 cm；沟播：采用沟播机播种，沟深10cm，小麦种沟底，每沟种两行，行距19cm；膜际条播：采用地膜覆盖机播种，膜宽40cm，膜两侧种植两行小麦，行距30cm；全膜覆土穴播：采用全膜覆土穴播机覆膜与覆土，用穴播机播种，膜宽120cm共12行，行距20cm，穴距12cm，每穴播6～8粒；宽幅精播：采用宽幅精量播机播种，播幅7cm，行距26cm。播量97.5kg·hm－2，共3×5＝15个处理，小区面积为3×50＝150m2，重复3次。基施氮、磷、钾肥，纯氮150kg·hm－2，P2O5150kg·hm－2，K2O 75kg·hm－2，8月25日耙磨收墒，10月1日播种，基本苗2.25×106株·hm－2。

1.3 测定项目和方法

土壤蓄水量的测定：采用土钻分别于播前和小麦生育期采集3m深土壤样品，每20cm为一层，样品采集后立即装入铝盒，用烘干法测定土壤蓄水量，土壤蓄水量／mm＝［（湿土重－烘干土重）／烘干土重×100%］×土层厚度／mm×土层容重；

群体动态的测定：分别于越冬期（Winteing stage，WS）、返青期（Regreening stage，RS）、拔节期（Elongation stage，ES）、孕穗期（Booting stage，BS）及成熟期（Maturity stage，MS），采用人工定点计数法测定总茎数的动态变化，再折算成单位面积平均值。

成熟期考察穗数、每穗粒重及粒重，每小区取20株进行考种，并分析单株经济性状，收割20m2测经济产量。

水分利用效率：WUE＝Y／ET，式中：Y－小麦籽粒产量／kg·hm－2；ET－田间耗水量／mm，其中ET＝处理前土壤蓄水量＋休闲期降雨量＋生育期降雨量－收获期土壤蓄水量

1.4 数据分析

利用SAS9.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 “三提前”技术模式对旱地小麦播前0～300 cm不同土层土壤蓄水量的影响

随着土层深度的增加，旱地小麦播前0～300 cm水分呈现“低－高－低”的变化趋势，在100cm处出现最低值后开始上升，180cm处达到峰值后下降。由图1可看出，休闲期采用深翻和深松模式均可提高0～280cm各土层土壤蓄水量，且在80～220cm土层的土壤蓄水量差异达到显著水平，且深松模式好于深翻模式。采用深翻模式分别可提高0～100cm、100～200cm、200～300cm土层土壤蓄水量7.92mm、15.03mm、2.54mm；深松模式可提高16.77mm、26.23mm、8.53mm。深翻和深松模式分别可提高0～300cm土壤蓄水量25.49mm和51.54mm。可见，休闲期采用“三提前”蓄水保墒技术的深翻和深松模式可达到明显的蓄水保水效果，为旱地小麦的播种提供良好的底墒。

图1 “三提前”技术模式对旱地小麦播前0～300cm不同土层土壤蓄水量的影响Fig.1 Effect of three advance technology pattern on soil water storage at the depth of 0～300cm in dryland wheat

2.2 基于“三提前”技术模式不同播种方式对生育期0～300 cm土壤水分的影响

由表2可看出，各生育期0～300cm土壤蓄水量均表现为降低趋势，越冬期最高。休闲期采用深翻和深松模式均可显著提高越冬期到抽穗期0～300cm土壤蓄水量，降低开花期到成熟期土壤蓄水量，以深松模式效果最好。可见，“三提前”蓄水保墒技术蓄水保水效应一直可延续到开花期，从而为旱地小麦的生长提供良好的水土环境，又由于后期作物耗水量增加，导致了开花期到成熟期土壤蓄水量的减少。深翻和深松模式基础上不同播种方式对越冬期到抽穗期0～300cm土壤蓄水量的影响均表现为全膜覆土穴播最高，其次是膜际条播，沟播，宽幅精播，条播，且各播种方式间差异显著；开花期到成熟期则反之，但深翻模式基础上全膜覆土穴播与膜际条播在成熟期土壤蓄水量的差异不显著。可见，“三提前”蓄水保墒技术在创造良好底墒的情况下，采用全膜覆土穴播或膜际条播方式更能起到蓄水保墒的效果。农户模式基础上采用膜际条播方式的蓄水保墒效果较好，尤其对越冬期到拔节期0～300cm的土壤蓄水量影响较大，这可能与此模式创造的底墒环境有关。

表2 基于“三提前”技术模式不同播种方式对0～300cm土壤蓄水量变化的影响／mmTable 2 Effect of sowing method based on three advance technology mode on soil water storage at the depth of 0～300cm

2.3 基于“三提前”技术模式不同播种方式对群体动态变化的影响

由表3可看出，随着生育期进程的推移，群体动态表现为先升高后降低的变化趋势，拔节期达到最高后开始下降。休闲期采用深翻和深松模式显著增加了各生育期的群体分蘖，其中深松模式较深翻模式效果好。深翻模式和深松模式基础上采用全膜覆土穴播和膜际条播方式的群体分蘖在各生育期（除返青期外）显著高于其它播种方式，沟播对群体分蘖的影响在越冬期到拔节期高于条播，但在孕穗期到成熟期却低于条播，且除返青期外各时期差异显著。农户模式基础上采用全膜覆土穴播或膜际条播方式较其它播种方式可显著增加各生育期的群体分蘖，且采用膜际条播方式从返青期到成熟期的群体分蘖高于全膜覆土穴播。可见，“三提前”蓄水保墒技术基础上采用全膜覆土穴播方式有利于冬前形成壮苗，增加分蘖数量，为高产奠定了基础。

表3 基于“三提前”技术模式不同播种方式对群体动态的影响／万·hm－2Table 3 Effect of sowing method based on three advance technology mode on population／104·hm－2

2.4 基于“三提前”技术模式不同播种方式对成熟期主要性状、产量及其构成的影响

由表4可看出，休闲期采用深翻和深松模式均可促进冬小麦的生长，增加植株高度，显著增加穗长及可育小穗数，显著减少了不育小穗数，其中深松模式较深翻模式的效果好。“三提前”蓄水保墒技术基础上不同播种方式对株高、穗长及可育小穗数的影响均表现为全膜覆土穴播最高，其次为膜际条播，沟播，宽幅精播，条播，而对不育小穗数的影响则反之，各播种方式间在穗长及不育小穗数的差异均达显著水平。农户模式基础上采用全膜覆土穴播方式的株高及穗长显著高于其它播种方式，但可育小穗显著低于膜际条播。这说明在“三提前”蓄水保墒技术提高底墒的情况下，采用全膜覆土穴播方式可明显改善小麦生长的环境，促进有效穗的形成。

由表4还可看出，休闲期采用深翻和深松模式显著提高了旱地小麦的穗数、穗粒数及产量，且以深松模式效果较好。深翻和深松模式基础上不同播种方式对产量的影响均表现为全膜覆土穴播最高，其次是膜际条播、沟播、宽幅精播，条播，且深松模式基础上各播种方式间的差异达显著水平，深翻模式基础上全膜覆土穴播与膜际条播间的差异不显著。农户模式基础上全膜覆土穴播和膜际条播方式的产量显著高于其他播种方式，其中膜际条播产量高于全膜覆土穴播，但差异不显著。深翻和深松模式基础上不同播种方式对穗数的影响大于穗粒数及千粒重，且均以全膜覆土穴播方式的穗数最高，各播种方式间在穗数上的差异显著。深翻模式基础上采用全膜覆土穴播方式的穗粒数显著高于其它播种方式，采用沟播方式的千粒重显著高于其它播种方式。深松模式基础上采用全膜覆土穴播和膜际条播方式的穗粒数显著高于其它播种方式，但此两种方式间差异不显著；采用沟播方式的千粒重显著高于其它播种方式。农户模式基础上采用膜际条播方式的穗数、穗粒数及千粒重高于其它播种方式，且在穗数及穗粒数上的差异达显著水平。可见，“三提前”蓄水保墒技术在增加土壤蓄水量的同时，有利于提高旱地小麦产量，且采用全膜覆土穴播或膜际条播方式时通过增加小麦穗数及穗粒数，进一步提高产量。虽然沟播的千粒重较高，但由于沟播穗数较低，所以影响了产量的提高。

表4 基于“三提前”技术模式不同播种方式对成熟期主要性状、产量及其构成的影响Table 4 Effect of sowing method based on three advance technology mode on main character in maturity，yield and its constitution

2.5 基于“三提前”技术模式不同播种方式对水分利用效率的影响

由表5可看出，休闲期采用深翻和深松模式可显著提高旱地小麦水分利用效率，其中深松模式较深翻模式效果好。深翻和深松模式基础上不同播种方式对水分利用效率的影响表现为全膜覆土穴播最高，其次是膜际条播、沟播、宽幅精播和条播。深翻模式基础上全膜覆土穴播与膜际条播的水分利用效率显著高于其它播种方式，而此两种播种方式间差异不显著；深松模式基础上全膜覆土穴播的水分利用效率显著高于其它播种方式，膜际条播与沟播间差异不显著，宽幅精播与条播间差异不显著。农户模式基础上采用全膜覆土穴播和膜际条播方式的水分利用效率显著高于其它播种方式，其中膜际条播方式的水分利用效率高于全膜覆土穴播，但差异不显著。可见，“三提前”蓄水保墒技术基础上采用全膜覆土穴播方式可增加作物耗水量，促进水分的吸收，提高水分利用效率。

表5 基于“三提前”技术模式不同播种方式对水分利用效率的影响Table 5 Effect of sowing method based on three advance technology mode on WUE

3 讨论

有关旱地小麦生产，栽培工作者已提出许多蓄水保墒的栽培措施［8～11］。但目前，旱地小麦生产上仍存在的主要问题是：有机肥投入少，地力低，土壤蓄水保水能力低，致使水分利用效率不高；秸秆还田时间晚，不能及时腐烂，达不到当季增加有机质的作用，同时影响播种质量；休闲期虽然降雨相对较多，占到全年降雨的60%以上，但夏季温度高，地表水分蒸发损失多，达不到伏雨春用的目的；旱地小麦基本上是趁墒或等雨播种，所以播种时间或早或晚，过早播种冬前旺长和过晚播种苗小苗弱几乎每年都有发生。本课题组根据多年生产调查与总结，提出了休闲期“三提前”栽培技术模式，且通过2009～2011年的试验研究表明“三提前”技术具有明显的蓄水保墒效果，可高效利用休闲期降雨。本试验结果进一步证实，休闲期采用“三提前”蓄水保墒技术可起到良好的蓄水保墒效果，提高播前0～300cm土壤蓄水量，由于休闲期年际间降雨量的差异，本试验得出深松模式的蓄水保墒效果好于深翻模式，本年度休闲期降雨量为459.90mm，雨水充足，通过深松可使土壤水分不断的渗入，减少了土壤蒸发，最大限度的将休闲期降雨蓄于土壤之中，提高了降雨利用效率，从而为旱地小麦播种提供良好的底墒。

韩思明［9］研究表明膜侧沟播由于具有抑蒸、聚水、保水等作用，土壤水分状况优于膜上穴播，且有较好的增产作用，但在特别干旱的年份和半干旱偏旱区，无雨可聚，平膜穴播的增温、保水效果明显。张正茂等［12］在渭北旱原的研究表明，冬小麦在越冬期和收获期膜侧沟播均较膜上穴播可提高0～2m土体含水量。刘晓伟等［13］和王德强等［14］在甘肃旱作区研究表明全膜覆土穴播具有增温保墒作用，可减少土壤的无效蒸发，增加土壤含水量。本研究结果表明，在休闲期未耕作条件下，由于底墒条件较差，采用膜际条播方式反而比全膜覆土穴播方式的蓄水保墒效果好，可能是由于膜际条播方式的半封闭状态比全封闭状态更易聚集生育期降水的缘故。与前人研究不同，本试验研究采用休闲期 “三提前”蓄水保墒技术，以及在此基础上采用不同播种方式的蓄水保墒效果表明“三提前”蓄水保墒技术可提高小麦生长关键时期的土壤蓄水量，且在此基础上采用全膜覆土穴播或膜际条播方式由于在生育期全程覆膜减少了土壤水分蒸发，有利于蓄住生育期降水，因此较其它方式更能起到聚水、保水的作用。采用沟播方式由于垄面与垄沟的地势，从而有利于截流水分，提高土壤蓄水量，效果仅次于全膜覆土穴播及膜际条播。

张睿等［15］研究表明地膜穴播的群体分蘖均较露地条播及露地穴播高。温晓霞等［16］研究认为全生育期地膜覆盖穴播技术由于具有增温效应，从而增加了小麦的分蘖数量，增大了群体。何春雨等［17］研究认为全膜技术可显著改变冬小麦生育进程，提高越冬期壮苗率。本试验结果表明采用全膜覆土穴播与膜际条播方式较其它播种方式可显著增加各生育期群体数量，且在“三提前”蓄水保墒技术提供良好底墒的情况下更强化了全膜覆土穴播及膜际条播的效果，由于全生育期覆膜的增温效应，使得小麦出苗时间提前，从而增加了群体分蘖数，促进冬前壮苗的形成。

白丽婷等［18］研究认为陕西渭北旱塬区采用地膜覆盖栽培冬小麦株高、产量及水分利用效率均显著高于常规露地栽培。李俊红等［19］在河南洛阳研究表明沟播较平播可显著增产，提高水分利用效率。王勇等［20］研究认为地膜穴播的冬小麦在株高、穗长、单穗粒数、结实小穗数和千粒重等性状上均较露地小麦明显提高。但王虎全和韩思明［21］认为地膜覆盖穴播小麦产量的高低与土壤底墒状况有密切关系，底墒好，会使此技术的增产效果得到充分发挥；底墒不好，则会出现增产不增收的结果。杜延军等［22］研究认为增加底墒和合理的覆膜进程均会显著增加作物的生长和产量。本试验结果表明，在休闲期未耕作条件下，采用膜际条播方式较其它方式提高了穗数，穗粒数及千粒重，从而提高了产量，这可能与其底墒创造的水土环境有关。而“三提前”蓄水保墒技术为旱地小麦的生长提供了充足的底墒。在充足的底墒条件下，由于全膜覆土穴播与膜际条播全生育期进行覆膜，提前了小麦开花时间，延长了灌浆时间，有利于形成大穗，提高了穗数及穗粒数，从而提高了产量；沟播由于沟内种植，虽然影响了群体的数量，但由于可将生育期降水沿垄面截流土壤之中，增加土壤蓄水量，因此个体性状较好，通过增加穗粒数及千粒重来增加产量；宽幅精播与条播由于土壤裸露，土壤水分蒸发较快，从而使得产量低于其它方式，但其中宽幅精播由于是精量播种，个体间竞争较小，且蓄水效果比条播好，因此产量也比条播高。“三提前”蓄水保墒技术基础上采用全膜覆土穴播与膜际条播方式由于增加了小麦生育期的耗水量，促进了根系对水分的吸收，提高了水分利用效率。

4 结论

“三提前”蓄水保墒技术的深翻和深松模式具有较好的蓄水保墒效果，可提高播前各土层土壤蓄水量，将休闲期降雨最达程度的蓄存于土壤之中，为旱地小麦的生长提供充足的底墒，且可提高从越冬期到抽穗期土壤蓄水量，保证生育期土壤水分的供应，可提高各生育期群体数量，促进有效穗的形成，提高穗数及穗粒数，从而提高产量及水分利用效率；“三提前”蓄水保墒技术基础上采用全膜覆土穴播或膜际条播方式可较好的蓄住生育期降水，增加后期作物耗水，促进小麦的生长，增加群体分蘖，增加旱地小麦穗数及穗粒数，最终提高了产量及水分利用效率。因此，“三提前”蓄水保墒技术配套全膜覆土穴播或膜际条播方式是适宜山西省旱地麦田种植的最佳综合栽培技术。

［1］张德奇，廖允成，贾志宽.旱区地膜覆盖技术的研究进展及发展前景［J］.干旱地区农业研究，2005，23（1）：208－213.

［2］刘新伦，张睿，王哲笃，等.旱地地膜小麦高产栽培优化数学模型研究［J］.麦类作物学报，2004，24（4）：154－157.

［3］崔欢虎，张松令，张鸿杰，等.半干旱地区冬小麦地膜覆盖穴播技术研究［J］.山西农业科学，1997，25（1）：10－14.

［4］王敏，党建友，张定一，等.大旱之年小麦地膜覆盖增产效果的研究［J］.山西农业科学，2010，38（2）：57－59.

［5］马爱萍，崔欢虎，梁维治，等.地膜穴播冬小麦播期、密度效应［J］.山西农业科学，1998，26（2）：3－6.

［6］王亚军.甘肃省地膜冬小麦的发展及其在冬麦北移中的作用［J］.麦类作物学报，1999，19（3）：48－50.

［7］张金帮，孙本普，袁训成，等.地膜覆盖对晚播小麦产量构成因素的影响［J］.小麦研究，2005，26（4）：9－16.

［8］野宏巍.陇东旱作农业蓄水保墒综合技术［J］.干旱地区农业研究，2001，19（3）：7－12.

［9］韩思明.黄土高原旱作农田降水资源高效利用的技术途径［J］.干旱地区农业研究，2002，20（1）：1－9.

［10］Abbas Hemmat，Iraj Eskandari.Dryland winter wheat response to conservation tillage in a continuous cropping system in northwestern Iran［J］.Soil ＆ Tillage Research，2006，86：99－109.

［11］Debashis Chakraborty，Shantha Nagarajan，Pramila Aggarwal，et al.Effect of mulching on soil and plant water status，and the growth and yield of wheat（Triticum aestivumL.）in a semi－arid environment［J］.Agricultural Water Management，2008，95：1323－1334

［12］张正茂，王虎全.渭北地膜覆盖小麦最佳种植模式及微生境效应研究［J］.干旱地区农业研究，2003，21（3）：55－60.

［13］刘晓伟，何宝林，康恩祥，等.播种方式对旱区冬小麦产量及土壤水分、土壤温度的影响［J］.作物杂志，2011（5）：77－81.

［14］王德强，李靖，田军平，等.覆膜方式对旱地冬小麦产量的影响［J］.甘肃农业科技，2011（12）：14－16.

［15］张睿，刘新伦，刘党校，等.播种方式对小麦生长发育及产量的影响［J］.麦类作物学报，2001，21（2）：92－95.

［16］温晓霞，韩思明，赵凤霞.旱作小麦地膜覆盖生态效应研究［J］.中国生态农业学报，2003，11（2）：93－95.

［17］何春雨，周祥椿，鲁清林，等.全膜覆土免耕穴播栽培技术对冬小麦产量效应的研究［J］.农业现代化研究，2010，31（6）：746－749.

［18］白丽婷，海江波，韩清芳，等.不同地膜覆盖对渭北旱塬冬小麦生长及水分利用效率的影响［J］.干旱地区农业研究，2010，28（4）：135－139.

［19］李俊红，姚宇卿，丁志强，等.沟播对冬小麦群体干物质、土壤水分利用效率及土壤温度的影响［J］.作物研究，2010，24（1）：16－18.

［20］王勇，樊庭禄，宋尚有.干旱年份陇东旱塬地膜覆盖穴播冬小麦增产效果试验研究初报［J］.甘肃农业科技，1996（5）：5－7.

［21］韩思明，王虎全.旱作地膜覆盖穴播小麦底墒与产量关系［J］.西北农林科技大学学报，2001，29（2）：91－94.

［22］杜延军，李自珍，李凤民.半干旱黄土高原地区地膜覆盖和底墒对春小麦生长及产量的影响［J］.西北植物学报，2004，24（3）：404－411.