播期与播种方式的不同配套对一年两作区旱地冬小麦农艺性状及产量的影响

刘小丽，王 凯，杨珍平，薛建福，杜天庆，宗毓铮，郝兴宇，孙 敏，高志强

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)

山西省南部是主要的冬小麦夏玉米一年两作区，该区年降雨量为500～650 mm，因降水季节分布不均、春冬两季降水少且田间蒸发量大，造成这一地区农作物长期处于水分胁迫环境。冬小麦收获后降雨偏少会导致夏玉米不能及时播种，而夏玉米收获偏晚又导致下茬冬小麦不能及时播种进而引起小麦因生育期缩短干物质累积减少，加之返青期小麦也往往受旱情况严重，极易引起减产。研究表明[1]，随播期推迟，旱地小麦干物质量降低，穗数、产量降低，而适期播种可增加有效积温，延长小麦有效生长期，增加干物质积累量[2]。小麦产量不但受耕作方式[3]、土壤状况[4-6]、遗传因素的影响，与播种方式也有密切联系[7]。不同的播种方式下，小麦个体及群体生长情况不同，利用资源的能力也存在差异，进而影响物质积累及产量提高[8-11]。针对上述问题，该区一直采取地膜覆盖保水的播种方式来缓解冬小麦旱情[12]，但随着覆盖年限延长，残膜回收率低，土壤中残膜量逐渐增加，残膜污染严重。因此，如何在有限的降水条件下获得较高产量并实现环境友好型生产，是该区长期研究拟解决的关键问题。有研究表明，覆膜有助于旱作冬小麦的生长，减少后期无效分蘖，促进干物质积累，增加穗数，进而显著提高小麦产量[13]。垄作栽培显著改善了小麦与个体群体质量，不仅群体冠层不同层次(上、中、下层)叶面积系数均高于平作小麦，群体透光率、群体和旗叶光合速率及干物质积累等指标也均优于平作，同时还提高了小麦茎秆基部充实度，垄作小麦较平作小麦增产11%左右[14]。沟播与直播相比，耕层土壤踏实，保水能力强，下层根系分布比例较大，沟播小麦比直播小麦增产约8.4%[15]。垄膜沟播比传统种植模式可减少土壤水分损耗，提高水分利用效率[16-17]。垄膜沟播、平膜侧播的平均土壤水分含量、旗叶叶绿素相对含量等光合特性以及小麦经济产量和水分利用效率等指标均高于传统平作，沟播较侧播的提高幅度更明显[18]。综合前人研究发现，关于播种方式对冬小麦生长发育及产量的影响研究较多，其中有垄作/平作、沟播/直播、覆膜/不覆膜、人工撒播/人工挖窝播种/机播、人工撒播/条播/穴播、宽幅精播等多种模式的比较研究[12-28]，而关于宽窄行沟播方式和播期配套播种方式的研究较少[29-30]。

本试验通过研究3种不同播期与播种方式的配套对一年两作区旱地冬小麦品种烟农21农艺性状、产量及干物质累积运转的影响，旨在为我国冬小麦夏玉米一年两作区旱地麦田建立高产高效集雨保墒且环境友好型种植模式提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试材料 供试小麦品种为烟农21号。该品种冬性，中晚熟、多穗型、优质强筋。长势强壮，分蘖力强。抗倒能力强，抗倒春寒能力较强，抗旱性中等。株型紧凑，旗叶上举，穗层整齐。穗纺锤型，长芒，白壳，白粒，籽粒角质。由侯马市金色农田有限公司提供。

1.1.2 供试土壤 试验田为山顶梯田，土壤以黄土和红土为主，土层深厚。前茬作夏玉米收获后机械化秸秆还田并深翻60 cm，冬小麦播前用直径8 cm螺旋土钻取0～40 cm耕层土壤，测得土壤养分含量为：有机质10.2～14.9 g/kg、全氮0.62～0.87 g/kg、碱解氮36.3～41.5 mg/kg，速效磷14.2～18.9 mg/kg、速效钾116.1～148.2 mg/kg。pH值8.0。

1.2 试验方法

试验于2014-2016年在山西省运城市垣曲县长直乡鲁家坡村十倾园进行。基于山西省垣曲县晋垣惠农种植专业合作社的旱作麦田，采取的3个播种时期配以3种播种方式，分别是：①10月13日+小麦宽窄行机械化探墒沟播技术(T)，采用免耕探墒沟播机一次性完成深开沟、深施肥、浅覆土、播种，播后形成沟深8 cm，垄高12 cm，沟底到垄顶20 cm，宽行25 cm，窄行12cm；②10月23日+机械化垄盖地膜沟播技术(D)，采用起垄盖膜施肥沟播机一次性作业，垄上覆膜，垄宽30 cm，化肥深施于膜内侧，膜外侧沟内条播2行小麦，沟宽30 cm，沟内行距15 cm；③11月7日+常规机械化露地条播技术(L)，采用常规施肥条播机，行距20 cm。肥料(NPK复合肥，N∶P2O5∶K2O=18∶22∶5，盐安徽红四方肥业有限公司)用量750 kg/hm2。播量112.5 kg/hm2。每种方式选面积1 333.4 m2，重复3次。田间管理按常规进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 农艺性状测定 于小麦拔节-孕穗期(4月14日)和抽穗-扬花期(5月9日)，分别进行田间取样，每个播种处理均随机取样10株，测量茎高、倒二叶长、倒二叶宽、分蘖数、次生根数、单株绿叶数。于灌浆期(5月17日、5月22日、5月27日、6月1日)和成熟期(6月14日)分别进行田间取样，每个播种处理均随机取样10株，烘干后测单株总质量、单株茎质量、单株绿叶质量、单株绿鞘质量和单株穗质量。

1.3.2 产量测定 于小麦成熟期，每个播种处理均选取3个样段，测定单位面积内总穗数、穗粒数、穗粒质量、千粒质量和实际产量等。其中，宽窄行机械化探墒沟播技术(T)，每个样段取3个宽窄行，每个宽窄行平均37 cm，行长1 m，每个样段合计面积为3×(0.37 m×1 m)=1.11 m2；机械化垄盖地膜沟播技术(D)，每个样段取2个(沟宽30 cm+垄宽15 cm)，每个(沟+垄)45 cm，行长1 m，每个样段合计面积为2×(0.45 m×1 m)=0.90 m2；常规机械化露地条播技术(L)，每个样段取5行，行距20 cm，行长1 m，每个样段合计面积为5×(0.20 m×1 m)=1.00 m2。

1.4 数据整理与统计分析

采用Excel软件进行数据整理，用SAS 9.1.3统计分析软件的ANOVA过程进行方差分析与多质量比较。结果用平均值±标准偏差来表示。

2 结果与分析

2.1 不同播种处理小麦单株农艺性状分析

4月14日调查单株农艺性状时，宽窄行探墒沟播(T，10月13日播种)和垄盖地膜沟播(D，10月23日播种)小麦均处在孕穗期，常规露地条播(L，11月7日播种)小麦处在拔节期；5月9日再次调查单株农艺性状时，宽窄行探墒沟播(T)和垄盖地膜沟播(D)小麦均处在扬花期，常规露地条播(L)小麦处在抽穗期。可见，冬前播种较晚的小麦，春季返青后生育时期加快。将2次测定结果汇总于表1。从表1可以看出，常规露地条播(L)小麦，因播种较晚，冬前干物质积累不足，因此直到抽穗期，其株高和单株质量均明显低于宽窄行探墒沟播(T)和垄盖地膜沟播(D)小麦，且D和L之间存在显著差异(P<0.05)；与T和L相比，垄盖地膜沟播(D)方式具有显著的促根生蘖作用(P<0.05)，不仅单株绿叶数多，而且叶片较长且宽，提高了光合作用能力，尤其处理D的播种时期还晚于T，可见，地膜覆盖的蓄水保墒增温作用促进了单株发育。本研究结果亦表明，在山西南部的旱作麦区适时播种，采用宽窄行探墒沟播方式，将小麦播种在沟底，同样能起到一定的蓄水保墒增温壮苗作用。

2.2 不同播种处理小麦灌浆期功能绿叶面积分析

灌浆期功能绿叶的叶面积大小可以反映植株进入灌浆期的光合强度。将同一播种处理小麦不同灌浆时期功能绿叶面积和同一灌浆时期不同播种处理小麦功能绿叶面积分别列于表2，3。

由表2可知，随着灌浆进程的推进，小麦植株功能绿叶长宽及面积大致呈递减趋势，以5月27日调查的减小幅度最大；经计算，5月27日宽窄行探墒沟播(T)小麦的旗叶、倒二叶、倒三叶、倒四叶的叶面积分别较5月17日减小了33.85%，23.79%，33.53%，56.52%；垄盖地膜沟播(D)小麦的分别减小30.21%，35.04%，45.77%，81.69%；露地条播(L)小麦的分别减小25.00%，58.87%，72.00%，72.06%；以倒四叶最早落黄，其次是倒三叶，旗叶和倒二叶落黄较晚；进一步对同一处理同一灌浆时期的4个功能叶面积进行多重比较，结果表明，旗叶和倒二叶的叶面积最大，且与倒三叶和倒四叶的差异显著(P< 0.05)，表明旗叶和倒二叶是灌浆期的主要功能叶。比较3个播期配套3种播种方式，结果发现，露地条播(L)小麦的功能叶较早衰退，其次是垄盖地膜沟播(D)小麦，宽窄行探墒沟播(T)小麦功能绿叶持续时间较长。

5月17日测定的倒三叶和倒四叶的叶长和叶宽均以垄盖地膜沟播小麦(D)更长且更宽，最终叶面积大于T和L；5月22日测定的旗叶和倒二叶的叶长均以宽窄行探墒沟播(T)小麦 < 垄盖地膜沟播(D)< 露地条播(L)，叶宽均以宽窄行探墒沟播(T)小麦 > 垄盖地膜沟播(D)> 露地条播(L)，因此，叶面积差异不显著；5月27日测定的3种播种方式的小麦旗叶叶面积没有显著差异，倒四叶因大部分枯黄也没有显著差异，而T和D的倒二叶和倒三叶的叶面积均大于L，且D和L之间存在显著差异(P<0.05)。可见，露地条播(L)小麦以叶长截获光照，宽窄行探墒沟播(T)小麦以叶宽截获光照，垄盖地膜沟播(D)小麦叶长叶宽均衡发展。3种播种方式在灌浆期的光合能力差异主要源于倒二叶和倒三叶的绿叶面积。

2.3 不同播种处理小麦灌浆期干物质积累运转分析

由表3可知，随灌浆进程推进，烘干后茎干质量、绿鞘干质量不同程度地逐渐减少，绿叶干质量先增后减，穗干质量逐渐增加，说明茎、叶、鞘的干物质不断向穗部输送；6月1日灌浆末期，宽窄行探墒沟播(T)、垄盖地膜沟播(D)、露地条播(L)3种方式下的小麦茎干质量较5月17日灌浆开始分别减少20.23%，37.55%，46.29%；此时，功能叶全部落黄，干物质全部转移到穗部；3种方式下的小麦穗部干质量分别较5月17日灌浆开始增加30.45%，91.41%，180.15%，表明宽窄行探墒沟播(T)方式灌浆高峰及最大速率出现较早(5月17日前)，露地条播(L)方式出现较晚(6月1日)，垄盖地膜沟播(D)方式居中(5月27日)。因此，从灌浆进程来看，宽窄行探墒沟播(T)方式优于垄盖地膜沟播(D)和露地条播(L)方式。

表1 不同播种处理小麦拔节和抽穗期的农艺性状Tab.1 Wheat agronomic traits at jointing and heading stages on different sowing treats

注：同行小写字母不同，表示同一指标不同处理间差异显著(P<0.05)。表2，4同。

Note: Different lowercase letter show significant difference at the 0.05 level in the same row. The same as Tab.2,4.

表2 同一播种处理小麦不同灌浆时期功能绿叶面积Tab.2 Green function leaf area of wheat at different filling stages on the same sowing treatment

2.4 不同播种处理小麦产量及产量结构分析

分析表4的产量与产量结构，结果发现，3个播种处理的产量结构差异主要表现在总穗数和穗粒质量两个方面，而小穗数和穗粒数差异不大。其中，宽窄行探墒沟播(T)和垄盖地膜沟播(D)小麦的总穗数均显著高于露地条播(L)(P<0.05)，而T和D的差异不显著(P>0.05)；宽窄行探墒沟播(T)小麦的穗粒质量(或千粒质量)显著高于垄盖地膜沟播(D)和露地条播(L)(P<0.05)，而D和L的差异不显著(P>0.05)；另外，宽窄行探墒沟播(T)和垄盖地膜沟播(D)小麦的茎总质量亦显著高于露地条播(L)(P<0.05)，但T和D的差异不显著(P>0.05)；3种方式的地上部总质量差异显著(P<0.05)，大小顺序表现为T>D>L；从实际产量来看，处理T和D与L之间存在显著性差异(P<0.05)，处理T和D分别比处理L增产53%和49%。

综上所述，在一年两作旱作麦区，可以推广宽窄行探墒沟播(T)方式替代露地条播(L)方式取得小麦高产。另外，本研究中，立冬播种小麦同样取得了一定产量，说明冬前刚刚萌动的小麦苗可以安全越冬。

2.5 小麦农艺性状、干物质累积运转及产量形成与降雨的关系

从图1可以看出，试验年度垣曲县年降雨量分别为844，636 mm，主要集中在2014年6，7，8，9月的夏玉米生长期，降水季节分布不均，而从冬小麦10月份播种后直到4月前，降雨量都比较少，对于立冬播种的露地条播(L)小麦，远远不能满足对水分的需求，因而生长前期苗小、干物质积累少、分蘖少，导致后期茎叶干物质运转少、成穗数少。而垄盖地膜沟播(D)方式由于地膜的蓄水保墒作用，生长前期促根生蘖，干物质积累多，后期成穗数多；探墒沟播(T)模式尽管没有地膜覆盖，但因其同样是沟播种植，起到了一定蓄水保墒作用，生长前期干物质积累居中。从3月17日返青期开始，到27日降水25.3，57.0 mm，初步缓解干旱胁迫危机，之后连续2个月共降水102.9，109.6 mm，及时满足了拔节-灌浆期间的水分需求，保证了生长后期“源-库-流”的协调性，从而保证了一定的穗粒数和籽粒质量最终获得相应的产量。

表3 不同播种处理小麦灌浆期10个茎的不同器官干物质积累Tab.3 Different organs dry matter accumulation per 10 stems of wheat at filling stage on different sowing treats

注：+/-(%)表示(6月1日的值-5月17日的值)/6月1日的值×100%。

Note：+/-(%)=(The investigated value on June 1-the investigated value on May 17)/the investigated value on June 1×100%.

表4 不同播种处理对小麦地上部生产力及产量结构的影响Tab.4 Effect of different sowing treatments on aboveground productivity and yield components of wheat

图1 2014-2016年小麦生长期间垣曲县降雨和气温变化Fig.1 Rainfall and temperature variation chart of Yuanqu county in the period of winter wheat growth from 2014 to 2016 year

3 讨论与结论

3.1 关于3个播种时期配套3种播种方式的探讨

作物生长过程同时受水、肥、气、热等诸多因子的影响，其中，水和肥2个因子起着决定性作用，是作物生产力水平提高的关键因素。谭培珍等[31]研究表明，沟播小麦播种在沟底，充分利用土壤有限水分，蓄墒保墒，有利于提高抗旱、抗寒、抗病能力，形成冬前壮苗，抑制无效分蘖，成穗率高，穗大、粒多、高产。杨建设等[12]研究表明，地膜覆盖有促进晚茬麦赶早茬麦的增产作用。本研究中，在垄盖地膜沟播模式(D)下，由于地膜的蓄水保墒增温作用，雨水降于垄上，蓄积在沟内，有效促进了生育前期沟内小麦的生长发育，尤其是生育前期的促根生蘖作用，尽管垄盖地膜沟播模式(D)较宽窄行探墒沟播模式(T)的小麦晚播10 d，但其植株干物质累积明显高于后者。宽窄行探墒沟播模式(T)同样实现了雨水蓄积沟内，有效控制了无效蒸发，减少了土面蒸发量，生育前期小麦的生长发育明显优于露地条播(L)模式。

而在灌浆期，在宽窄行探墒沟播模式(T)下，小麦功能绿叶持续时间明显长于处理D和L，尤其旗叶和倒二叶；3种播种方式在灌浆期的光合能力差异主要源于倒二叶和倒三叶的绿叶面积；比较发现，探墒沟播模式(T)以叶宽截获光照，露地条播(L)小麦以叶长截获光照，垄盖地膜沟播(D)小麦叶长叶宽均衡发展。卫云宗等[32]研究表明，旱地地膜覆盖小麦生态型是重穗型，粒数多，粒质量高，根穗比值大，叶片功能期长。崔贤[33]研究表明，沟播小麦的单株叶面积大，群体叶面积系数下降速度慢，叶绿素含量增加，单株干物质生产力高于平作畦麦的生产特性。本研究表明，早播+宽窄行探墒沟播模式(T)较延迟播种+垄盖地膜沟播模式(D)更有利于延长叶片功能期，提高粒质量。可能是由于宽窄行种植模式更有利于提高地上部冠层的通风透光性能，促进光合作用进行，延长功能绿叶持续时间，提高穗粒质量，进而提高产量。

从灌浆进程来看，宽窄行探墒沟播(T)方式灌浆高峰及最大速率出现较早(5月17日前)，露地条播(L)方式出现较晚(6月1日)，垄盖地膜沟播(D)方式居中(5月27日)。可能的原因主要是3种模式下小麦的播种时期早晚不同，播种越早，灌浆高峰及最大速率出现越早，反之亦然；而地膜覆盖(D)模式是否有延迟灌浆高峰及最大速率出现时间的作用值得后续探讨。另外，播种时期早晚也是3种模式下单位面积小麦总穗数差异的主要原因。刘玲玲等[30]研究表明，无论露地条播还是覆膜穴播，适期播种是保证山西南部旱地小麦穗数及产量的重要条件，覆膜播种可适当晚于适播期，露地播种可适当早于适播期，播期推迟可适当加大播量。

关于不同播种方式下的肥料种类、用量及水肥利用效率，本研究未曾探讨。后续研究将进一步深入探讨宽窄行探墒沟播模式下水肥耦合对作物肥料利用率的影响。同时在水分利用效率上，宽窄行探墒沟播模式的沟宽和深度亦值得探究。

2015年在垣曲县长直乡鲁家坡村十倾园(晋垣惠农种植专业合作社)100 hm2示范区随机选取某一地块，用联合收割机收获后，测量长127.0 m，宽25.4 m，合计面积0.32 hm2，收获小麦总产2 001.35 kg，按13.1%水分含量折算，收获小麦总产1 999.58 kg，平均产量为6 197.05 kg/hm2。

综上所述，冬小麦夏玉米一年两作的旱作麦区，采用宽窄行探墒沟播模式可以替代垄盖地膜沟播起到一定的集雨保墒作用，可避免残膜污染问题；在相同施肥量的基础上，宽窄行探墒沟播方式和垄盖地膜沟播通过增加小麦总穗数和穗粒质量来提高作物产量，较露地条播分别增产53%和49%，效果显著(P<0.05)。

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