耕作方式和有机肥对灌浆中后期小麦茎秆抗倒特性的影响

张黛静，张艳艳,王艳杰，刘雪晴，刘安琪，陈倩青，马建辉，李春喜

(河南师范大学生命科学学院，河南新乡 453007)

耕作方式和有机肥对灌浆中后期小麦茎秆抗倒特性的影响

张黛静，张艳艳,王艳杰，刘雪晴，刘安琪，陈倩青，马建辉，李春喜

(河南师范大学生命科学学院，河南新乡 453007)

为了解玉米秸秆还田下耕作方式与增施有机肥对小麦茎秆抗倒特性的调节作用，在前期定位试验的基础上，于2014-2015和2015-2016小麦生长季，选用百农207为材料，分析玉米秸秆全量粉碎还田条件下，不同耕作方式(深耕、浅耕、免耕)与增施有机肥相结合后小麦茎秆主要物理特性、抗倒性及产量的变化。结果表明，增施有机肥后小麦灌浆中后期的茎秆重心高度降低，茎秆鲜重、基部第二节间的茎壁粗度及茎壁厚度增加，抗折力增强，倒伏指数降低，抗倒性提高。两个年度的数据显示，小麦茎秆抗倒性均以深耕+有机肥处理效果最好，浅耕+有机肥处理次之；同时，深耕+有机肥处理(2014-2015)与浅耕+有机肥处理(2015-2016)产量较高。

小麦；耕作方式；有机肥；抗倒伏；产量

小麦倒伏分为根倒伏和茎倒伏，而后者是倒伏的主要形式，是小麦自身与环境条件综合作用的结果[1-2]。研究表明，小麦茎倒伏是由于茎秆基部机械组织不发达或基部节间伸长变细，难以支撑地上部植株而弯曲、折断，从而发生倒伏[3-4]。小麦茎秆的倒伏特性与茎秆的重心高度、鲜重、基部第二节间的粗度、茎壁厚度等物理特性关系密切[3-4]，且有研究认为小麦乳熟期是测定茎秆强度的最佳时期[5]。

我国作物秸秆资源丰富，秸秆中含有大量的营养元素，还田后能有效地增加土壤有机质含量，改良土壤，培肥地力，因此，秸秆还田对发展循环经济、促进农业的可持续发展有着重要作用[6-10]。在秸秆还田基础上，合理的耕作措施能够改善土壤的理化性质，改善作物生长微环境[11-13]；增施有机肥能够培肥改土，二者均能够促进小麦生长，增加产量[14-16]。然而目前有关耕层调控与增施有机肥对小麦茎秆物理特征的影响研究较少。河南省是我国粮食的重要产区，“小麦-玉米”一年两熟是主要的作物种植模式。本试验在玉米秸秆全量还田的基础上，研究了耕作方式与有机肥对小麦灌浆中后期茎秆重心高度、鲜重、基部第二节间粗度、茎壁厚度等茎秆物理特征的影响，以期为小麦高产抗逆栽培提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验地点位于河南省许昌县陈曹乡史庄村小麦高产试验田。本试验以2010年开始的耕作定位试验为基础，于2014-2015和2015-2016年度小麦季进行。试验将耕作与培肥相结合，采用二因素随机区组设计，共设置6个处理：深耕(DT)、浅耕(ST)、免耕(NT)、深耕+有机肥(DTF)、浅耕+有机肥(STF)、免耕+有机肥(NTF)，小区面积140 m2(10 m×14 m)，3次重复。3种耕作方式的具体作业过程见表1。供试小麦为半冬性中晚熟品种百农207，播前土壤的基本情况见表2。前茬玉米秸秆在整地前全量粉碎还田(还田量8 000 kg·hm-2)，播前施入复合肥(2014-2015年度750 kg·hm-2，折合纯 N 150 kg·hm-2、P2O5112.5 kg·hm-2、K2O 37.5 kg·hm-2；2015-2016年度900 kg·hm-2，折合纯N 180 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2、K2O 45 kg·hm-2)及有机肥料(950 kg·hm-2，有机质含量492.69 g·kg-1)，整地时翻入地下，拔节期追施纯氮90 kg·hm-2。两个年度分别于2014年10月14日和2015年10月15日播种，播量均为135 kg·hm-2，行距20 cm，基本苗为280 万株·hm-2，分别于2015年6月7日和2016年6月5日收获。

1.2 测定项目及方法

于小麦灌浆的乳熟期(花后17 d)、面团期(花后27 d)、蜡熟期(花后37 d)进行取样。

1.2.1 抗倒指标测定

取长势一致未倒伏的单茎30个，测定重心高度[茎秆剪去根部，量取茎秆基部至该茎秆(含穗、叶、鞘)平衡支点的距离]、单茎鲜重(含穗、叶、鞘)，然后用游标卡尺量出基部第二节间中间部位内径、外径，再参照陈晓光等[17]的方法，使用YYD-1型茎秆强度测定仪测定。取基部第二节间，剥除叶鞘，两端放于高50 cm、间隔5 cm的支撑木架凹槽内，在节间中点施力使其折断，茎秆折断时屏幕上显示的峰值即为茎秆抗折力。计算茎秆倒伏指数：

表1 2010-2016年生长季不同耕作方式的耕作规程

Table 1 Tillage procedures of different tillage patterns during the 2011-2016 growth seasons

耕作方式Tillagepattern作业程序 Operationprocedure深耕Deeptillage(DT)施入底肥→深耕一遍(深度30～40cm)→旋耕、耙地→播种机播种Basefertilizerspreading→Deeptillageonce(workingdepthwas30-40cm)→Rotarycultivating，Harrowing→Seedingwithcommonseeder浅耕Shallowtillage(ST)施入底肥→大型旋耕机完成旋耕(深度15～25cm)→耙平→播种机播种Basefertilizerspreading→Rotarycultivatingwithlargerotarycultivator(workingdepthwas15-25cm)→Har⁃rowing→Seedingwithcommonseeder免耕No⁃tillage(NT)前茬玉米收获后，不进行土壤翻耕、犁耙→施入底肥→使用多功能播种机一次性完成机播、覆土、镇压等多项作业Aftertheharvestofcorn，thefieldwasnotplowingtillage，ploughingandharrowing→Basefertilizerspreading→Completingseeding，coveringwithsoil，andcompactionatthesametimewiththemultifunctionaldirectseeder

表2 播前土壤基础养分含量

Table 2 Basic nutrient content of soil before sowing

年份Year土壤有机质SOM/(g·kg-1)全氮TotalN/(g·kg-1)速效氮AvailableN/(mg·kg-1)速效磷AvailableP/(mg·kg-1)速效钾AvailableK/(mg·kg-1)2014-201528．301．5235．4724．25128．062015-201626．031．1937．3318．82123．81

抗倒伏指数=(茎秆重心高度×茎秆鲜重)/茎秆抗折力。

1.2.2 产量及其构成因素测定

成熟期每处理随机取30个小麦单茎进行考种，测定穗粒数、千粒重，并收获4 m2统计穗数、测产。

1.3 数据分析

用Excel 2010 整理数据并作图，用SPSS 17.0 进行统计分析，采用Duncan’s 新复极差法(SSR)检验处理间差异显著性。

2 结果与分析

2.1 耕作方式与有机肥对小麦茎秆主要物理特征的影响

两个年度中，灌浆中后期小麦茎秆重心高度随生育进程均呈先降后升的趋势(图1A)。在不同灌浆阶段，DTF和STF处理的重心高度较对应的DT和ST处理均稍降；在乳熟期和蜡熟期，DTF处理的茎秆重心高度与其他处理相比最低。

两个年度中，灌浆中后期茎秆鲜重随生育进程而降低(图1B)。与不施有机肥处理相比，施有机肥后小麦茎秆鲜重总体上增加。从乳熟期到蜡熟期，在施有机肥处理中，DTF处理的茎秆鲜重降幅最大(2014-2015年度为45.71%，2015-2016年度为55.34%)。除2014-2015年度面团期STF显著高于DTF、NTF处理外，各生育期增施有机肥的3个处理间差异不显著。总体来看，施有机肥有利于茎秆鲜重的增加。

两个年度中，从乳熟期到蜡熟期，小麦茎秆基部第二节间的茎壁厚度大体呈下降趋势，在2015-2016年降低趋势尤为明显，但节间粗度变化不大(图1 C、图1 D)。在相同耕作方式下，施有机肥的处理茎秆基部第二节间的粗度和茎壁厚度均较大。

2.2 耕作方式与有机肥对小麦茎秆抗倒能力的影响

两年测定结果(图2A)显示，随着生育期的推进，各处理茎秆基部第二节间的抗折力逐渐下降。在相同耕作方式下，施有机肥处理的茎秆基部第二节间的抗折力大于未施有机肥处理。在同一时期，DTF处理的茎秆抗折力显著高于其他处理，STF处理次之，也处于较高水平，但DTF与STF处理之间只在2015-2016年度差异显著。表明在施有机肥条件下深耕和浅耕均可增强茎秆的抗折力，有利于小麦茎秆抗倒。

倒伏指数是通过茎秆重心高度、鲜重、基部第二节间抗折力的综合体现。从两年数据(图2B)看，随着生育期的推进，各处理茎秆倒伏指数呈升高趋势。在不同生育期，茎秆倒伏指数除NTF>NT处理外，相同耕作方式下总体上表现为施有机肥处理显著低于未施有机肥处理。在同一生育期，DTF处理倒伏指数显著低于其他处理，其次是STF处理，其倒伏指数两年均稍高于DTF处理(P<0.05)。说明在施有机肥基础上深耕的茎秆抗倒性最好，浅耕效果次之，这与茎秆抗折力的结果是一致的。

2.3 耕作方式与有机肥对小麦产量的影响

相同耕作方式下，施有机肥处理的有效穗数、穗粒数高于未施有机肥处理，以有效穗数表现最明显。两个年度中，产量也表现为施有机肥处理高于未施有机肥处理，其中，在深耕和免耕条件下施有机肥的增产效果显著。2014-2015年度DTF处理的产量最高，STF处理次之，但DTF与STF处理间差异不显著，而在2015-2016年度STF处理产量显著高于其他处理，DTF处理仅次于STF处理(表3)。可见DTF、STF处理主要是通过增加小麦有效穗数、穗粒数来提高产量的。

图柱上不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Different small letters on the columns mean significant difference among treatments at 0.05 level.The same below.

图1 不同耕作方式与有机肥处理下小麦茎秆的重心高度、鲜重、基部节间粗度和茎壁厚度

Fig.1 Gravity center height of culm,fresh weight of culm,internode diameter and culm wall thickness under different tillage and organic fertilizer treatments

图2 不同耕作方式与有机肥处理下小麦茎秆的抗折力和倒伏指数

Table 3 Wheat yield and yield components under different tillage and of organic fertilizer treatments

同列数值后不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05)。

Different small letters after the values in the same line mean significantly different among the treatments at 0.05 level.

3 讨 论

开花后小麦以生殖生长为主，营养生长为辅。徐 磊等[18]认为，灌浆中期是小麦抗倒性复杂变化的时期,最好在这一时期以及其前后均进行研究，可以取得更准确的分析结果。李晴祺等[5]发现，小麦茎秆在乳熟期才能够发育完全，此后随着物质转运，茎秆强度会降低。因此，本试验在玉米秸秆还田基础上将耕层方式与增施有机肥相结合，对小麦茎秆乳熟期到蜡熟期倒伏特性进行研究。

小麦茎秆的抗倒伏能力是多个因素共同作用的结果，茎秆抗折力、倒伏指数与小麦抗倒伏能力密切相关，二者可作为茎秆倒伏性能的评价指标。抗折力是小麦茎秆弹性与硬度的综合体现。冯素伟[3,19]、李 波等[20]研究表明，小麦茎秆抗倒伏强度随着花后生育进程的推进呈明显递减趋势，成熟期茎秆抗倒性最弱，倒伏指数从开花到蜡熟期呈增大趋势。本研究表明，从乳熟期到蜡熟期，小麦茎秆抗折力呈降低趋势，倒伏指数呈增大趋势，蜡熟期时茎秆的抗倒性最弱，这与前人的研究结果是一致的。

李 波等[20]研究表明，水稻秸秆还田后小麦株高降低，茎秆基部节间茎壁加厚，充实度提高，抗折力增强，尤以深翻耕处理最好；茎秆抗倒能力与茎秆粗度、茎壁厚度呈极显著正相关。本试验是在玉米秸秆还田基础上，研究三种耕作方式与增施有机肥结合下茎秆的抗倒伏特性，发现增施有机肥能够降低茎秆的重心高度，增加茎秆鲜重、基部第二节间粗度及茎壁厚度，两个年度抗倒性均以深耕+增施有机肥的处理最好，其次是浅耕+增施有机肥处理，这与李波等的研究结果基本一致。

本研究还发现，同一生育期内，小麦茎秆基部第二节间的节间粗度、倒伏指数表现为2015-2016年度大于2014-2015年度，但茎秆基部第二节间的茎壁厚度、茎秆抗折力却表现为2015-2016年度小于2014-2015年度，这可能归因于两个年度小麦季降雨量的差异，在2015-2016年度降雨较多，茎秆虽长得粗，但茎壁厚度小，茎秆中空，充实度小，抗折力低，易倒伏。

茎倒伏是制约小麦高产的主要因素之一，对实现小麦高产构成严重威胁，而秸秆还田下科学的耕作与培肥能够促进小麦增产。邵 云等[14]研究发现，深耕+有机肥+秸秆还田处理下耕层土壤的全氮、全磷、有机质含量高，小麦的产量最好；杨杰瑞[21]的研究也表明，秸秆还田下深耕处理产量高。本研究发现，两个年度DTF处理下小麦茎秆的抗倒性最好，STF处理次之；秸秆还田下产量在2014-2015年度DTF处理下最高，2015-2016年度在STF处理下最高，这可能是由于该试验季雨水充足导致小麦根系对深层水的需求少，下扎浅，而深耕又将秸秆及肥料翻到下层，导致在2015-2016年度时产量表现为DTF

总体看来，秸秆还田下DTF与STF处理的茎秆抗倒性相对较好，说明增施有机肥下合理耕作有利于茎秆抗倒伏。但本研究只局限在对小麦茎秆物理形态的分析上，今后将在此基础上进行茎秆内部构造及相关活性成分、群体抗倒等方面的探讨，完善耕作方式与增施有机肥、秸秆还田在小麦抗倒特性影响的研究结果，为小麦高产、高效提供更为全面的理论基础。

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Effect of Tillage Parttern and Organic Fertilizer on Culm Lodging Resistance Characteristics of Wheat at the Mid-Late Filling Stage

ZHANG Daijing,ZHANG Yanyan,WANG Yanjie,LIU Xueqing,LIU Anqi,CHEN Qianqing,MA Jianhui,LI Chunxi

(College of Life Sciences,Henan Normal University,Xinxiang,Henan 453007,China)

Lodging is one of the important constraints to high yield and stable production of wheat. This study investigated the effect of different tillage and application of organic fertilizer under corn straw returning into field on culm lodging resistance of wheat to provide a theoretical basis for high yield wheat production at the basis of pre-positioning test. Bainong 207 was used as material in 2014-2015 and 2015-2016.Six treatments,such as deep tillage(DT),shallow tillage(ST),no-tillage(NT),deep tillage and application of organic fertilizer(DTF),shallow tillage and application of organic fertilizer(STF),and no-tillage or application of organic fertilizer(NTF),were conducted to investigate the main physical morphological characteristics,lodging resistance characteristics of wheat culm and wheat yield. The results showed that application of organic fertilizer could increase the lodging resistance of wheat culm. The lodging resistance of wheat culm was different at different stages. The main reasons for the lodging resistance increase of wheat were that the application of organic fertilizer increased breaking resistance of internodes,decreased the gravity center height,and increased the fresh weight of stem,internode diameter and culm wall thickness of the second internode of the culm. Lodging resistance under the treatment of DTF was better than the others,followed by STF. At the same time,the yield was relatively high under DTF(2014-2015) and STF(2015-2016).

Wheat; Tillage pattern; Organic fertilizer; Lodging resistance; Yield

时间：2017-03-07

2016-10-28

2016-11-28

国家“十二五”科技支撑计划“粮食丰产科技工程”项目(2013BAD07B07，2013BAD07B14)；河南省重点科技攻关项目(142102110056)

E-mail：zdjdai@163.com

李春喜(E-mail：wheat lab@163.com)

S512.1；S311

A

1009-1041(2017)03-0396-07

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170307.1639.034.html