造墒与播后镇压对小麦冬前耗水和生长发育的影响*

党红凯曹彩云郑春莲马俊永郭丽王亚楠李伟李科江**

（1.河北省农林科学院旱作农业研究所/河北省农作物抗旱性研究重点实验室　衡水　053000；2.河北省农业技术推广总站　石家庄　050011）



造墒与播后镇压对小麦冬前耗水和生长发育的影响*

党红凯1曹彩云1郑春莲1马俊永1郭丽1王亚楠2李伟1李科江1**

（1.河北省农林科学院旱作农业研究所/河北省农作物抗旱性研究重点实验室衡水053000；2.河北省农业技术推广总站石家庄050011）

为明确造墒和播后镇压对小麦冬前耗水和群体与个体特征及产量的影响，为确定播后镇压技术和提高小麦水分利用效率提供依据，分别于2013—2014年和2014—2015年小麦生长季在河北省衡水市选用当地小麦品种‘衡4399’，分9月15日（I9.15）、9月20日（I9.20）、9月25日（I9.25）和9月30日（I9.30）4期造墒，以不造墒为对照（CK），每期处理又设每延米0kg（G0）、95kg（G95）和120kg（G120） 3个水平镇压的冬小麦田间试验。冬前对土壤水分和小麦幼苗生长情况进行动态监测，翌年成熟期考察产量性状并测产。结果表明，播种时土壤水分含量高，冬前阶段农田蒸散量也高。同一造墒不同镇压处理比较，I9.30处理以G95田间蒸散量最低，其他处理均以G120蒸散量最低，处理间差异显著。对苗情的影响，同一造墒不同镇压比较，苗期单株生物量、叶面积、群体总茎数以G120与G95处理较高，以G0处理较低，处理间显著水平不同；同一镇压不同造墒处理间比较，不造墒的 CK总茎数显著减少，产量显著较低，且年际变化不稳定。造墒与镇压对穗数影响较大，其中造墒处理穗数显著高于CK，镇压处理对穗数的影响表现一致：G120＞G95＞G0。以上处理对产量与对穗数的影响一致：造墒处理间产量差异水平不同，但以CK最低；镇压处理间产量差异不显著，但以G0最低。造墒和镇压对产量的交互作用不显著。综上可见，墒情适宜是小麦播后镇压的基础，镇压又是提墒壮苗的保障。河北地区小麦造墒水提前到9月20—25日，播种后采用95kg·m-1镇压器便于田间操作且镇压效果较好。

冬小麦 造墒 播后镇压 蒸散量土壤水分 产量

小麦是我国仅次于水稻、玉米的第三大粮食作物，是河北省的基本口粮作物。小麦适应性强，可在华北气温较低的秋冬季节生长［1］，增加该地区复种指数，提高周年粮食产量［2］。小麦也是北方地区秋冬季节覆盖地面的重要绿色植物，提高小麦冬前苗质量，保证叶片带绿越冬，不仅为丰产打下基础，同时也改善京津冀地区的生态环境［3］。可见，冬前壮苗对小麦生产和环境改良都具有重要的意义。河北平原小麦生育期平均降雨量为109mm，而小麦需水量为420mm，河北平原自然降水不能满足小麦生长对水分的需求［4-5］。由于无地表水供给，深层地下水是补给麦田水分的主要水源［6］。长期超采地下水，带来了严重的生态问题。减小土壤水分的无效蒸发和提高水分生产效率是当前小麦生产亟待解决的问题［7］。

由于受季风性气候影响，河北平原进入 9月份降雨明显减少，降雨难以满足小麦出苗对水分的需求。考虑到小麦玉米一体化种植，可在玉米乳熟后期为小麦提前造墒［8］，但该灌溉技术对小麦的影响鲜见报道。另外河北平原小麦出苗 1个月后陆续进入越冬期，与河南山东相比，该区麦田冬季寒冷少雪，极易遭遇冻害，增温保墒对小麦安全越冬很重要［1，9］。小麦播后镇压有踏实土壤、压碎土块、平整地面的作用，起到稳定地温、保水提墒的作用［1］。镇压通过增加耕层土壤紧密度而提高土壤含水量，使种子与土壤紧密接触，利于根系喷发和下扎［1］。但土壤紧实度过大或过小都不利于小麦出苗。镇压后土壤过度紧实，非但起不到促苗壮苗作用，反而会造成土壤板结、致使苗情偏弱［10］。可见，通过适度镇压及与玉米倒茬时适期灌水，对提高小麦苗质量具有重要意义。为此，本研究通过不同时期造墒形成的不同墒情麦田和播后不同镇压重力构建的小麦群体，研究不同条件下麦田冬前耗水特征及小麦群体、个体特征和产量性状，为确定小麦播后镇压技术和提高水分利用效率提供研究依据。

1　材料与方法

1.1基本情况

田间试验于2013—2014年和2014—2015年连续 2个小麦生长季在河北省农林科学院旱作节水农业试验站进行。该站位于河北平原中南部，属于黑龙港小麦生长区，具有中国北方半干旱农业生产区的典型特征。该区常年采用冬小麦夏玉米一年两熟种植制。年均日照时数、无霜期、蒸发量、降水量、气温分别为2 509.4 h、188d、1 785mm、510mm、12.8℃［11］。试验田土质为壤土，0～200cm平均土壤容重1.40 g·cm-3；0～20cm耕层土壤肥力为：有机质含量14.39g·kg-1，全氮含量1.48g·kg-1，速效氮含量101.36mg·kg-1，速效磷含量21.95mg·kg-1，速效钾含量113.68mg·kg-1。小麦生长季降雨量见表1。

表1　试验年度小麦生育期内降雨量Table 1 Precipitation during growing period of wheat in the test years mm

1.2试验设计

选用大面积种植且具节水高产潜力的冬小麦品种衡‘4399’为试验材料，按照常规播种量（225kg·hm-2）统一播种。主处理为小麦造墒时期处理，设9月15日（I9.15）、9月 20日（I9.20）、9月25日（I9.25）、9月30日（I9.30）灌水造墒和不灌水（CK）5个水平。灌水量45mm，每个处理占地666.7mm2，顺序排列。主处理下设镇压重力副处理。镇压机具采用SL200型小麦镇压器，长、宽、高分别为2.00m、0.45m和0.40m，机体重量190kg，镇压轮直径0.35m。通过在镇压器机架上配重土壤调节镇压强度。以生产上普遍采用的 190kg（G95）镇压为对照，增设不镇压（G0）和240kg加重镇压（G120），共3个水平。

冬小麦夏玉米收获后秸秆全量粉碎还田。整地前底施二铵525kg·hm-2，氯化钾150kg·hm-2。拔节期追施尿素375kg·hm-2。折合施用化肥量为N 267kg·hm-2，P2O5241.5kg·hm-2，K2O 90kg·hm-2。播后安排镇压试验。其他管理同常规大田。2013—2014年度，10月14日播种，10月16日镇压，翌年5月10日扬花，6月9日收获；2014—2015年度，2014年10月12日播种，10月14日镇压，翌年5月8日扬花，6月11日收获。

1.3田间调查

1.3.1表层土壤硬度

镇压后在每个处理区，利用土壤硬度仪（上海）测定表层土硬度，每区测定重复30次，取其平均值。

1.3.2总茎数调查

在每个副处理定3个点，从11月2日开始，每隔5 d数苗一次。按1 m双行折算总茎数，取各点的平均数折算处理的总茎数。

1.3.3植株性状

在每个处理多点取苗30株，作为考察样本。逐株考察株高、单株茎数、叶面积和次生根数。考察单株性状后，去掉根部，置烘箱 105℃杀青，80℃烘干至恒重，冷却后称重，计算单株干重。

1.4土壤含水量的测定及农田蒸散量和水分利用率的计算

播种前（2013年10月12日，2014年10月10日）在各造墒水试验区，用土钻钻取0～200cm土层；越冬前（2013年12月2日，2014年12月3日）在各处理小区，用土钻钻取0～100cm土层土样，每10cm为一层。每个处理取土3次重复。采用烘干法测定土壤含水量，用于计算蒸散量。由于冬前小麦根系浅，水分消耗主要考虑0～100cm土层，公式如下［12］：

式中：ET1-2为阶段蒸散量；i为土层编号；n为总土层数；γi为第i层土壤干容重；Hi为第i层土壤厚度；θi1和θi2为第i层土壤时段初和时段末的含水率，以占干土重的百分数计算；M为时段内的灌水量；P0为有效降雨量；K为时段内的地下水补给量，当地下水埋深大于2.5m时，K值可以不计，本试验的地下水埋深在10m以下，因此无地下水补给。

耗水来源比例（％）=耗水构成/蒸散量×100％（2）

1.5产量和产量构成因素测定

成熟前在田间计数各样点上的穗数，计算出穗数。然后在样点中随机抓取20穗，调查穗粒数。在同一块地上多点取样30株左右，带回室内。逐株考察植株性状。每区收获2m2的样点3个，折算每hm2产量。从各样点晒干的籽粒中随机抽取，计数千粒重。

1.6数据处理

采用Microsoft Excel和DPS软件进行数据处理和统计分析。

2　结果与分析

2.1不同造墒和镇压处理对土壤性状的影响

2.1.1对表层土壤硬度的影响

土壤硬度大，土壤紧实度也高。同一造墒处理，随着镇压重力的增加，表层土壤硬度也提高，部分处理间差异达到显著水平（见表2）。年际间处理间变化基本一致，2013年以I9.20造墒处理下G120处理最大，达到9.20kg·cm-2；2014年则以I9.25造墒处理下G120处理最大，达到11.40kg·cm-2。同镇压重力不同造墒水处理间比较，以I9.20、I9.25处理土壤硬度最高或较高，以不灌水的对照（CK）最低。

表2　2013年和2014年不同造墒时期和不同镇压处理对土壤硬度的影响Table 2 Soil hardness under post-sowing soil compaction treatments with different times of pre-sowing irrigation in 2013 and 2014kg·cm-2

2.1.2不同时期造墒处理对底墒的影响

2年不同造墒处理0～100cm土层土壤含水量变化基本一致，CK处理0～80cm土壤墒情明显低于不同时期灌水的处理。年际间比较，以2014年差异更为明显（见图1）。不同处理间比较，0～100cm土层土壤水分含量，2年变化基本一致：I9.30＞I9.25≥I9.20＞I9.15＞CK。总体来看，灌水越晚，0～100cm土层土壤含水量越高。

综合评分=(N1/感官评分 max)×30+(破碎力min/N2)×20+(含油量 min/N3)×30+(N4/L*max)×20

图1　2013年（a）和2014年（b）不同造墒时期处理下小麦播前0～200cm土层土壤含水量Fig.1 Water contents of different layers of 0-200cm soil with different times of pre-sowing irrigation in 2013（a） and 2014（b）

100～200cm处理间土壤含水量变化与0～100cm相似，但处理间差异较小，土壤水分含量变幅 17.28％～30.92％。年际间比较，以2014年CK处理最低，与2014年玉米季降雨较少，玉米消耗深层土壤水分后没有得到有效补给有关。

2.1.3冬前土壤耗水特征

本研究条件下，小麦播种-越冬前农田蒸散量为19.78～51.76mm。同一底墒处理，I9.30处理以G95镇压蒸散量最低，其他处理均以G120蒸散量最低。土壤供水量所占蒸散量的比例为18.64％～73.01％，随着镇压重力的增加土壤供水量所占蒸散量的比例有减小趋势；降雨量所占农田蒸散量的比例随着镇压重力的增加有增加的趋势。同一底墒处理，年际间有一定差异：2013年以灌水处理较早的I9.15和不灌水的 CK处理农田蒸散量与土壤供水量较大；2014年以灌水处理较晚的I9.25和I9.30处理农田蒸散量与土壤供水量较大。

同一镇压强度不同灌水处理间比较，随造墒时间的推迟，土壤供水量与农田蒸散量有增加的趋势。土壤供水量所占农田蒸散量的比例随着造墒的推迟有所增加；降雨所占农田蒸散量的比例随着造墒的推迟有所减小。年际间比较，随镇压强度的变化，农田蒸散量与土壤供水量差异不具规律性。

2.2不同造墒和镇压处理对小麦冬前群个体影响

2.2.1对小麦冬前苗情影响

2.2.2小麦冬前群体动态变化

由表5可见，冬前阶段随时间推迟总茎数逐渐增加，处理间增加趋势因造墒水与播后镇压不同而有所差异。2年中 5个造墒水平之间的差异显著性不同，2013年以I9.25处理总茎数最高，2014年以I9.30处理总茎数最高，均以CK处理最低，差异达到显著水平。2年中 3个镇压水平之间的差异显著性相近。以G120或G95总茎数较高，均以CK处理最低。

表3　2013年和2014年不同造墒时期和不同镇压处理对冬前小麦耗水的来源及其比例的影响Table 3 Effects of different post-sowing soil compaction treatments and different times of pre-sowing irrigation on the ratios of different water resource of water consumption in 2013 and 2014

表4　不同造墒时期和不同镇压处理对冬前小麦幼苗质量影响Table 4 Effects of different post-sowing soil compaction treatments and different times of pre-sowing irrigation on the seedling quality of winter wheat

表5　不同造墒时期和不同镇压处理对冬前不同时期小麦群体总茎数的主效应与方差分析Table 5 Main effects and F values of different post-sowing soil compaction treatments and different times of pre-sowing irrigation on stem number of winter wheat at pre-winter stage

两个年度冬前不同时期小麦群体的方差分析表明（表5），造墒对群体的影响达到显著水平。造墒和镇压对冬前群体的交互作用也达到显著水平。

2.3不同造墒和镇压处理对产量构成的影响

对不同造墒和镇压的主效应进行多重比较（见表6），发现同一年份不同造墒处理对穗数影响差异显著，CK处理穗数显著低于其他造墒处理，造墒处理间也有一定的差异，年际间比较，以I9.25处理成穗数较高，也比较稳定。不同镇压重力对穗数的影响年际间处理间表现一致：G120＞G95＞G0，且G120与G0差异达到显著水平。造墒处理与播后镇压对穗粒数的影响较小，只有2014—2015年G120与G0差异显著，其他处理差异均不显著。镇压对千粒重的影响较小，差异没有达到显著水平；造墒处理间千粒重差异显著，但处理间不具规律性。

不同造墒处理间比较，2013—2014年度随灌水时间的推迟，产量有逐渐增加的趋势，以I9.25与I9.30产量最高或较高；2014—2015年度以I9.15最高，2年均以CK处理产量最低。不同镇压重力比较，以G95与G120产量较高，以G0产量较低。年际间比较，以CK产量差异最大，2014年CK产量显著低于2015年。与2014年秋季小麦造墒差，小麦基本苗少，冬前总茎数低，成穗数不足有关。

两个年度小麦产量和产量构成因素的方差分析表明（表6），造墒对产量和产量构成因素的影响均达到显著水平。2013—2014年镇压对穗数影响显著；2014—2015年镇压对穗数、穗粒数、千粒重影响显著。2013—2014年造墒和镇压对穗数、穗粒数和千粒重的交互作用显著；而2014—2015年造墒和镇压仅对穗粒数和千粒重的交互作用显著。造墒和镇压对产量的交互作用不显著，镇压对产量的主效也不显著。

由表7可见，小麦产量与播前土壤含水量正相关，其中产量与0～10cm土壤水分显著正相关，与10～20cm土壤水分极显著正相关（2014年），与其他土层相关不显著。产量与同一造墒不同镇压处理条件下土壤硬度相关性年际间差异较大。2014年正相关，其中I9.25处理达到显著水平；2015年负相关，其中CK极

显著负相关。产量与同一镇压不同造墒处理条件下土壤硬度表现正相关性，但年际间处理间变化不具规律性。

表6　不同造墒时期和不同镇压处理对小麦产量和产量构成因素的主效应与方差分析Table 6 Main effects and F values of pre-sowing irrigation and soil compaction on yield and yield components

表7　小麦产量与播前0～60cm不同土层土壤含水量及不同造墒时期和不同镇压处理下土壤硬度的相关性Table 7 Correlation coefficients between grain yield and pre-sowing soil moisture and soil hardness

3　讨论与结论

3.1造墒和播后镇压对土壤耗水特性的影响

本研究条件下，冬前阶段麦田蒸散量为19.78～51.76mm，与李梦哲等［6］（10.6～47.9mm）结果相似。本研究2年I9.15、I9.20、I9.25、I9.30等处理播前0～100cm土壤含水量分别比CK平均高19.55％、26.38％、31.58％和48.16％。从农田蒸散量来看，2013年I9.15、I9.20、I9.25、I9.30等处理分别比CK高74.07％、56.10％、38.84％和76.90％，2014年则高45.63％、87.73％、96.61％和119.56％。可见，随农田水分含量增高，其蒸散量有增大的趋势［13］。因此，从水分消耗的角度，土壤水分含量越低，蒸散量越少［13］。但结合生产实际，I9.20和I9.25处理，既能满足小麦出苗对水分的需求，又能适度降低麦田冬前阶段蒸散量（特别是2014年I9.20和I9.25处理农田蒸散量比I9.15处理还要低），是比较适宜的造墒时期。

镇压处理冬前阶段土壤耗水差异较小，从农田蒸散量来看以不镇压的G0最高。2013年G120、G95等镇压处理分别比不镇压G0减少蒸散量16.01％和8.63％，2014年则为10.56％和4.16％。从数值上可以看出，镇压保墒明显，有助于提高土壤含水量［14］。结合本研究冬前小麦群个体性状和表层土壤硬度，发现镇压具有踏实土壤和蹲苗促壮的功能。联系到张迪等［1］结果，在雨雪天气镇压处理地温显著高于不镇压处理。综上可见，播后镇压具有很好的节水增产效果［15］。

另外，从土壤供水变化来看，同一造墒水处理，I9.30以G95土壤供水最低，其他处理均以G120土壤供水最低。充分说明墒情较好的麦田，使用较轻的镇压器进行镇压效果好；墒情差的麦田，使用较重的镇压器镇压效果好［1，10］。

3.2造墒与播后镇压对小麦生长发育和产量的影响

本研究2年19.15、I9.20、I9.25、I9.30等不同造墒处理小麦生物量分别比CK高11.48％、14.48％、21.04％和44.26％，次生根条数高6.24％、12.07％、13.84％和13.10％，叶面积高17.56％、22.98％、25.26％和27.39％。在本研究条件下，墒情条件越好麦田苗质量越高［16］。与造墒处理相比镇压对幼苗的影响较小，且镇压处理对小麦冬前幼苗的影响与水分也不同。从幼苗质量来看，同一水分条件下不镇压的处理受影响程度，以叶面积最大，次生根次之，生物量最小［17］。

本研究冬前群体总茎数不同处理间有一定差异。从2年结果看，与CK相比冬前群体总茎数均以造墒水处理较高。CK年际间差异较大，2014年群体总茎数明显低于2013年，主要与2014年玉米灌浆后期降雨偏少墒情较差有关［11］。2014年CK处理，由于底墒不足出苗差，后期补水也未能减少产量损失。说明提高播种质量的重要性，更说明适宜群体是小麦丰产稳产的关键［18］。该地区年际间降雨时空差异较大［5］，从本研究结果看，CK处理群体总茎数与降雨年型依附性较强，不利于小麦稳产［4-5］。结合产量与播后镇压土壤硬度相关性不具规律性，但与耕层土壤水分含量显著正相关的结论，可以认为，墒情适宜是小麦播后镇压的基础，镇压又是提墒壮苗的保障［1，14-15］。考虑到土壤硬度与墒情、土质及镇压强度等多因素有关，因此确定产量与镇压的相关关系，还需要在精确控制干扰因素的条件下做更深入的研究。

结合小麦玉米一体化生产，小麦造墒水提前到 9月20—25日，既可满足上茬玉米灌浆对水分的需求，又为小麦储备了造墒水，起到了增墒蓄水、促产增收的作用［19］。本研究条件下，小麦播种后推荐95kg·m-1重量进行镇压，墒情较好的麦田，可适度减少镇压重量，墒情较差的麦田，可适度增加镇压器重量。

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Effects of pre-sowing irrigation and post-sowing soil compaction on water use and growth of winter wheat*

DANG Hongkai1，CAO Caiyun1，ZHENG Chunlian1，MA Junyong1，GUO Li1，WANG Yanan2，LI Wei1，LI Kejiang1**
（1.Institute of Dryland Farming，Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Laboratory of Crop Drought Resistance of Hebei Province，Hengshui 053000，China；2.General Station for Agricultural Technology Extension，Shijiazhuang 050011，China）

In order to clarify the effect of pre-sowing irrigation and post-sowing soil compaction on water use，growth and yield of winter wheat，a field experiment was conducted in Hengshui City in 2013-2014 and 2014-2015.The experiment included 4 treatments of pre-sowing irrigation of winter wheat — irrigation dates of Sep.15（I9.15），Sep.20（I9.20），Sep.25（I9.25） and Sep.30（I9.30） and no irrigation as control（CK） treatment.Each treatment consisted of 3 levels of soil compaction intensity after sowing per meter— 120kg（G120），95kg（G95） and 0kg（G0）.The ‘Heng 4399’ winter wheat variety was used in the field experiment and the soil moisture content，growth and grain yield monitored during the wheat growth period.The results of the study showed thatevapotranspiration of wheat before winter wheat overwinter time was positively associated with soil moisture at sowing time.There were significant differences in evapotranspiration among different soil compaction treatments under the same irrigation date.Comparison among different irrigation dates showed that early irrigation lowered soil moisture and evapotranspiration at wheat sowing stage，which was the reverse for late irrigation treatments.The minimum evapotranspiration was observed in G95 treatment under I9.30 irrigation date，while it was observed in G120 treatment under others irrigation dates.For different soil compaction treatments under the same irrigation date treatment，the order of the number of spikes was G120 ＞ G95 ＞ G0.Biomass accumulation，leaf area，stem number and grain yield were lowest in G0 treatment，while were higher under both G120 and G95 conditions.Stem number，spikes number and grain yield were lowest in CK treatment.Although irrigation time significantly influenced spike number，no significant interaction was noted between soil compaction and pre-sowing irrigation.The results demonstrated that the most suitable soil moisture for seed germination depended on the degree of soil compaction.Thus it was possible to use soil compaction to regulate soil moisture and invigorate seedling.The study suggested that the best period for early irrigation was from Sep.20th to Sep.25th.The most appropriate weight of roller was about 95kg per meter.

Jan.19，2016；accepted Apr.25，2016

Winter wheat；Pre-sowing irrigation；Post-sowing soil compaction；Evapotranspiration；Soil moisture；Grain yield

S512.1+1

A

1671-3990（2016）08-1071-09

10.13930/j.cnki.cjea.160079

*国家科技支撑计划项目（2013BAD05B05）、公益性行业（农业）科研专项（201203077，201303133）、河北省小麦产业体系和河北省自然基金项目（C2014301026）资助

**通讯作者：李科江，主要从事节水农业研究。E-mail：nkylkj@126.com

党红凯，主要从事作物高产栽培生理研究。E-mail：wheatcrop@126.com

2016-01-19接受日期：2016-04-25

*This study was supported by the National Key Technology R&D Program of China（2013BAD05B05），the Special Fund for Agro-Scientific Research in the Public Interest（201203077，201303133），Hebei Province Wheat Industry System and Hebei Province Science Foundation（C2014301026）.

**Corresponding author，E-mail：nkylkj@126.com