旱地小麦高产稳产提质增效栽培技术研究

张定一，党建友，裴雪霞，张 晶，闫翠萍，宁东贤，刘志峰，段忠红

（1.山西农业大学小麦研究所，山西临汾 041000；2.山西省农业技术推广总站，山西太原 030002）

山西省属黄土高原典型的雨养旱作农业区，年均降雨量500 mm 左右，受大陆季风气候影响，年际间变化幅度大，年内分布不匀，60%左右降雨量集中在7—9 月。山西省旱地小麦占全省小麦面积的60%以上，麦田休闲期（6—9 月）降雨量占全年的60%以上，休闲期降雨与小麦生育期错位，制约着旱地小麦持续高产稳产[1]。如何利用休闲期降雨，提高降水利用率，实现旱地小麦高产稳产，前人围绕抗旱品种、播期播量、土壤耕作、配方施肥和覆盖技术做了大量工作。高志强等研制出“三提前一覆膜蓄水保墒技术和探墒沟播技术”，协调旱地小麦土、肥、水、根、苗五大关系，实现降水资源的周年调控与土壤水分的跨季节利用[2]；李守谦等研制出“全膜覆土穴播”、“一膜两用、多茬种植”、“黑膜微垄穴播”旱地小麦地膜覆盖栽培技术[3]，对促进旱地小麦生产起到重要作用。近年来，随着气候变暖、土壤质量下降、生态环境恶化、农村劳动力结构变化以及农机农艺相融合，过去的旱地小麦栽培技术已不能满足小麦产业高质量发展的需求。本研究立足不同降雨年型，围绕旱地小麦优质品种选用、播期调整、耕作制度、有机无机配合以及施肥技术优化，采取单因素试验与多因素试验相结合，边试验、边示范、边推广，创新集成选用抗旱优质品种，改变传统伏耕时间、施磷方式、施肥种类和播期为核心内容的旱地小麦高产稳产、品质提升、化肥减量栽培技术体系，并进行了大面积示范应用，对山西省旱地小麦生产，特别是西北地区200 万hm2旱地小麦高产稳产高质量发展具有一定指导意义。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2008 年9 月至2015 年6 月，在山西省临汾市尧都区大阳镇岳壁村小麦所旱地试验基地进行。试验地位于北纬36°05′，东经111°47′，海拔693.5 m，年均气温12.6 ℃，年降水量430～550 mm，无灌溉条件，一年一作小麦。

1.2 试验方法

采取大区（面积400 m2）设计，不设重复。试验区降雨情况及土壤基础肥力如表1、2 所示。根据国内常用的降水年型划分标准[4]，2009、2010 年为干旱年，2011、2013 年为平水年，2012、2014、2015 年为丰水年。

表1 2009—2015 年度试验区降水分布 mm

表2 2008—2014 年试验区土壤基础肥力

1.2.1 优质抗旱稳产型小麦品种筛选试验 2010—2013 年，对生产上主推的优质强筋、中强筋旱地小麦品种运旱618 和晋麦92 号、山西省及国家近3 a新审定的共12 个优质旱地品种，用籽粒产量和成穗数、穗粒数、千粒质量4 项指标的变异系数来评价品种的抗旱性、广适性和稳产性。

其中，x 为某一指标的值，x 为某一指标在种植年限下的平均值，n 为种植年限。S 为标准偏差。

1.2.2 适时耕作和分次施磷试验 在2009—2014 年降雨年型下，选取丰水年（2012 年）、平水年（2013 年）和丰水年（2014 年）的试验数据，分析不同深翻时间和施磷方式（播种时1 次施磷、深翻和播种时分2 次施磷，每次50%）的产量，创新出适时深耕和施磷关键技术。

1.2.3 旱地麦田有机肥配施试验 2012—2014 年，采取随机区组设计，有机肥设2 个处理，分别为施羊粪22.5 t/hm2（Ms）、猪粪22.5 t/hm2（Mp），供试有机肥养分含量见表3；N、P 配施量设2 个处理，分别为纯N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2（N150P105），纯N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2（N105P75），以不施肥为对照（CK），共5 个处理。连续进行2 a 试验，对2014 年数据进行分析并通过生产验证，提出配施有机肥、减施氮磷化肥抗旱稳产提质关键技术。

表3 供试有机肥养分含量 g/kg

1.2.4 旱地小麦适播期试验 2008—2015 年，每年设3 个播期处理。分析不同降雨年型条件下，播期对旱地小麦产量影响，提出旱地小麦播期调控方案。

1.3 数据处理

用Microsoft Excel 和SPSS 软件进行数据处理。

2 结果与分析

2.1 优质抗旱稳产型小麦品种的筛选

2.1.1 小麦品种的产量及构成 对12 个旱地小麦品种产量及产量构成因素进行分析，如表4 所示。

2011 年总降雨量为450.7 mm、小麦生育期降雨量为99.2 mm，所有品种产量水平较低，仅有3 个品种的产量＞2 000 kg/hm2。临丰3 号成穗数和千粒质量较高、穗粒数最高，产量最高；运旱618 穗粒数低于临丰3 号，成穗数和千粒质量均高于临丰3 号，其中，千粒质量在所有品种中最高，产量排第2；运旱719 成穗数和穗粒数低于运旱618、千粒质量与临丰3 号相当，产量排第3；临抗11 号成穗数最多，但穗粒数和千粒质量不高，产量低于2 000 kg/hm2。

表4 不同降水年型旱地小麦品种产量及产量构成因素

2012 年总降雨量为527.8 mm、小麦生育期降雨量为195.1 mm，所有品种产量水平较高，其中，临丰3 号、晋麦90 号、运旱719 和运旱618 的产量＞6 000 kg/hm2。临丰3 号成穗数、穗粒数和千粒质量较高且协调，产量最高；晋麦90 号成穗数高于运旱719 和运旱618、千粒质量最高，产量排第2；运旱719 成穗数低于运旱618，但穗粒数和千粒质量高于运旱618，产量排第3；运旱618 成穗数较低、穗粒数多、千粒质量高，产量较高。运旱22-33 成穗数最多，但穗粒数和千粒质量不高，产量低于6000kg/hm2。

2013 年总降雨量为483.3 mm、小麦生育期降雨量为130.8 mm，所有品种产量水平中等，其中，临丰3 号、运旱618、临抗11 号和晋麦92 号＞3500kg/hm2。临丰3 号和运旱618 成穗数、穗粒数和千粒质量较高且协调，产量排第1、2 位；临抗11 号成穗数一般、穗粒数和千粒质量较高，产量排第3 位；晋麦92 号成穗数最多、穗粒数较高、千粒质量一般，产量较高；运旱20410 成穗数最多，但穗粒数和千粒质量不高，产量低于3 500 kg/hm2。

由此可见，旱地小麦产量的高低，不仅与年总降雨量有关，而且与小麦生育期降雨量相关。

2.1.2 小麦品种稳产广适性评价 由表5 可知，3 种降雨年型，运旱618、临丰3 号、晋麦92 号和运旱719 产量和产量构成因素的年际间变异系数相对较小。运旱618 产量变异系数最小，成穗数变异系数仅高于临抗11 号，千粒质量变异系数仅高于晋麦79 号，穗粒数变异系数最小，抗旱稳产性最好；其次为临丰3 号，产量、成穗数、穗粒数及千粒质量变异系数均高于运旱618；晋麦92 号、运旱719 产量和穗粒数变异系数高于临丰3 号和运旱618，成穗数变异系数高于运旱618、低于临丰3 号，但晋麦92 号千粒质量变异系数高于运旱618、低于临丰3 号，运旱719 千粒质量变异系数高于运旱618、晋麦92 号和临丰3 号，因此，晋麦92 号抗旱稳产性一般，运旱719 抗旱稳产性最差。

综合分析生产上主推的12 个优质强筋、中强筋旱地小麦品种籽粒产量及构成，要实现旱地小麦高产稳产，其成穗数、穗粒数和千粒质量至少2 个因素较高且变异系数较小。运旱618 和临丰3 号的平均产量高于4 000 kg/hm2，丰水年或高肥力旱地种植高产稳产；晋麦92 号和运旱719 平均产量3500kg/hm2左右，平水年、干旱年或中、低肥力旱地种植稳产性较好。

表5 旱地小麦品种产量及构成因素的变异系数 %

2.2 适时深耕和分次施磷研究

2.2.1 耕作时间对旱地麦田土壤水分特性和小麦产量影响 从表6 可以看出，降水年型不同，随耕作时间的推迟，播前0～200 cm 土壤蓄水量先升高后降低，2012 和2013 年8 月16 日深翻最高，2014 年8 月3 日深翻最高；2012 年耕作时间对蓄水量的影响大于2013 和2014 年，这与2012 年7—9 月降雨均匀有关，且9 月较多；2013 年7—8 月降雨较多，9 月降雨较少；2014 年7 月降雨较多，8—9 月降雨较少（表1）。由此可见，8 月上中旬深翻，休闲期7—9 月降雨分布均匀且集中有利于纳雨，增加土壤蓄水量。

从表6 还可以看出，小麦生育期耗水量随耕作时间的推迟先升高后降低，丰水年2012 年和平水年2013 年8 月16 日深翻最多，丰水年2014 年8 月3 日深翻最多；生育期耗水量表现为2012 年＞2014 年＞2013 年。小麦产量随耕作时间的推迟先升高后降低，3 a 都以8 月16 日深翻最高；小麦产量表现为2014 年＞2012 年＞2013 年。这是因为3 a休闲期降雨分别为332.7、352.5 和398.0 mm，小麦生育期降雨195.1、130.8 和199.2 mm。2012 年冬前小麦分蘖期降雨多，有利于培育冬前壮苗，多成穗，产量较高；2014 年春季降雨集中于4—5 月，即小麦拔节-孕穗期，有利于穗粒数增加和千粒质量提高，产量最高；2013 年虽然休闲期降雨（352.5 mm）高于2012 年，但由于小麦生育期降雨（130.8 mm）集中于5 月下旬（76.2 mm），对产量作用小，产量最低。由此可见，旱地小麦要高产，休闲期纳雨蓄墒、增加土壤蓄水量是基础，小麦生长发育关键期有效降雨也十分重要。

表6 各深翻处理的土壤水分特性和小麦产量

2.2.2 耕作时间和分次施磷对小麦产量及水分利用率影响 从表7 可以看出，降雨年型不同，深翻时间与施磷方式互作的小麦产量都以8 月16 日深翻、2 次施磷处理的产量最高。不同降水年型，深翻时间与施磷方式互作的旱地小麦水分利用率（WUE）在2014 年以2 次施磷高于1 次施磷，且以8 月16 日深翻、2 次施磷最高；2010 和2011 年分别以8 月16 日和8 月30 日深翻、2 次施磷高于1 次施磷。

2.3 旱地麦田有机肥配施技术研究

2.3.1 有机肥与氮磷配施对旱地小麦干物质积累量和产量的影响 由表8 看出，旱地小麦成熟期干物质积累量和产量表现为有机肥与氮磷配施＞CK。其中，MSN150P105与对照差异达极显著水平，MPN105P75与对照差异达显著水平，但二者差异不显著。羊粪与氮磷配施干物质积累量、产量及其构成因素均随氮磷施用量增加而增加。猪粪与氮磷配施干物质积累量、成穗数、千粒质量及产量均随氮磷施用量增加而降低，穗粒数则相反。

表7 深翻时间和施磷方式互作的产量及其构成、水分利用率

表8 有机肥与氮磷配施小麦干物质积累量和产量

2.3.2 有机肥与氮磷配施对旱地小麦加工品质的影响 由表9 看出，有机肥与氮磷配施品质指标均高于对照。湿面筋以MpN150P105处理最高，与其他处理差异显著；沉降值以MsN150P105处理最高，且与其他处理差异显著；有机肥与氮磷配施各处理形成时间和稳定时间差异不显著，但表现为MpN105P75处理形成时间和稳定时间最高。

表9 有机肥与氮磷配施小麦的加工品质

2.4 旱地小麦适播期研究

由表10 可知，降水年型不同，降水量对旱地小麦产量的影响是丰水年＞平水年＞干旱年。从产量构成因素看，丰水年成穗数显著高于平水年和干旱年，是影响旱地小麦产量的主要因素；穗粒数也高于平水年和干旱年；千粒质量与平水年的相近。

丰水年，2015 年产量和成穗数随播期推迟而增加；2014 年穗粒数随播期推迟而减少，千粒质量随播期推迟而增加，产量以9 月29 日播期最高。平水年和干旱年，产量和成穗数随播期推迟先升高后降低，9 月27—30 日播期最高，除2011 年外，播期早的产量和成穗数均最低；除2010 年9 月28 日播期穗粒数最高外，穗粒数随播期推迟而增加；千粒质量随播期推迟变化规律不明显。

降水在年度内分布对旱地小麦产量影响也较大。从表1、10 可以看出，2014 年度，小麦生育期降水量199.2 mm，4—5 月降水量136.6 mm，有利于穗粒数增加和籽粒灌浆，产量最高。平水年的2013 年，小麦生育期降水130.8 mm，其中，76.2 mm 集中在5 月下旬，对籽粒灌浆作用不大，产量较低。小麦籽粒水分利用率为：丰水年＞干旱年＞平水年。丰水年和干旱年，籽粒水分利用率随播期推迟而升高；平水年，籽粒水分利用率随播期推迟先升高后降低，2011、2013 年分别以9 月27 日和9 月28 日播期最高。

表10 不同降水年型和播期的小麦产量及水分利用率

3 讨论

小麦籽粒产量及构成因素的变异系数是考察小麦高产和稳产的直接因素。产量构成中成穗数、穗粒数和千粒质量变异系数均小的小麦品种抗旱广适稳产性好于2 个因素小的品种，且变异系数越小，抗旱广适稳产性越好；穗粒数和千粒质量变异系数小的品种抗旱稳产性好于成穗数和千粒质量变异系数小的品种，也好于成穗数和穗粒数变异系数小的品种；成穗数或穗粒数变异系数相近时，千粒质量变异性小的品种，抗旱广适稳产性好。降水年型不同，抗旱性不同的小麦品种之间产量表现出较大差异。吴金芝等[5]研究认为，冬小麦产量及构成因素对干旱的响应因品种的抗旱性和干旱程度而异。孙本普等[6]研究表明，在冬小麦产量构成三因素中，成穗数是构成产量的主导因素，其次为穗粒数，而千粒质量的作用很小，特别是在风调雨顺的年份，产量随成穗数和穗粒数的增加而增加，同时，三要素之间具有一定的自动调节和补偿能力。本研究认为，降雨年型不同，生产上主推的12 个优质强筋、中强筋旱地小麦品种在丰水年产量较高，影响其产量的主导因素为成穗数和千粒质量；在平水年或干旱年，抗旱性强的品种产量明显高于抗旱性弱的品种，主要通过增加成穗数和穗粒数支撑产量，这可能与品种的遗传特性以及品种对环境的适应程度有关。

由于小麦生长发育与降雨的错位，旱地麦田休闲期纳雨蓄墒是小麦高产稳产的水分基础。任爱霞等[7]研究表明，小麦收获后45 d 深翻或深松，对播前0～300 cm 土壤蓄水的增加效果优于收获后15 d，深翻优于深松，并促进氮素吸收运转与积累，使成穗数、穗粒数增加而增产。这与苗果园等认为此时进入旱地麦田土壤有效水积蓄期一致[8]。本研究认为，生育期耗水量2012 年＞2014 年＞2013 年，都以8 月上中旬深翻最高；小麦产量2014 年＞2012 年＞2013 年，都以8 月16 日深翻最高。这是因为2012 年小麦生育期冬前降雨多，有利于培育冬前壮苗，多成穗，产量较高；2014 年春季降雨集中于4—5 月，有利于穗粒数增加和千粒质量提高，产量最高；2013 年虽然休闲期降雨较高，但由于小麦生育期有效降雨（76.2 mm）集中于5 月下旬，对产量三因素作用小，所以，产量最低。由此可见，旱地小麦要高产，休闲期纳雨蓄墒、增加土壤蓄水量是基础，小麦生长发育关键期有效降雨也十分重要。

磷素的重要功能是促进小麦植株根系下扎、扩大小麦植株吸水深度、开发利用土壤深层水和提高水分利用率。康利允等[9]研究表明，在黄土高原旱作农业区，当土壤水分供应不足时，磷肥深施有利于促进冬小麦深层土壤根系生长发育，提高对土壤水分的吸收利用能力，有利于高产。SINGH 等[10]研究表明，在水分胁迫条件下，与表层施磷（5～7 cm）相比，侧深施磷（10～15 cm）使小麦产量显著增加30%～43%。本研究认为，深翻结合播种2 次施磷，既满足小麦苗期生长发育对磷素的需求，又促进小麦植株根系下扎。不同降雨年型，深翻时间与施磷方式互作的小麦产量都以8 月16 日深翻、2 次施磷处理的产量最高。2014 年水分利用率以2 次施磷高于1 次施磷，且以8 月16 日深翻、2 次施磷最高；2010 和2011 年分别以8 月16 日和8 月30 日深翻、2 次施磷高于1 次施磷。

有机肥合理替代部分化肥不仅能有效利用禽畜粪便培肥地力，还可减少化肥施用。许多研究表明，有机无机肥配施可显著提高小麦成熟期干物质积累量和产量[11-13]，还可以明显改善小麦品质[14]。李丰丰等[15]研究表明，有机肥与适量化肥配施可以有效提高小麦单位面积穗数，保证较高的穗粒数，一定程度上提高千粒质量，最终实现高产。马臣等[16]研究表明，有机无机肥配施比单施小麦产量提高13.9%，有效穗数增加了6.4%，而对小麦穗粒数和千粒质量影响并不显著。李燕青等[17]研究认为，与常规施肥量相比，高施肥量条件下小麦各品质指标均有所提升。本研究认为，羊粪、猪粪与氮磷配施均能提高小麦产量，改善小麦的各种品质指标。施羊粪22.5 t/hm2时，配施纯N150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2增产效果最好，小麦的沉降值最高；施猪粪22.5 t/hm2时，配施纯N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2增产效果较好，小麦的形成时间和稳定时间最长。

播期影响小麦产量及水分利用效率。赵青松等[18]研究表明，随播期推迟小麦产量明显降低，需通过加大播量来提高成穗数获得高产。裴雪霞等[19]研究表明，暖冬条件下，播期过早，气温连续偏高，易引起冬前小麦旺长，生育期提前，个体偏弱，群体质量下降，产量降低；播期过晚，气温偏低，冬前小麦个体偏弱，群体质量差，穗数少，产量降低。本研究表明，降水年型不同，旱地小麦产量为丰水年＞平水年＞干旱年，小麦籽粒水分利用率为丰水年＞干旱年＞平水年。张建诚等[20]在自然降水年型和人工模拟伏雨年型条件下，分别建立了旱塬地小麦旱、平、丰3 个伏雨年型氮磷施肥模式和播期播量模式，形成了应变伏雨年型的播期、播量、施肥策略与方案。党建友等[21]研究表明，在干旱年份，临汾市尧都区旱地小麦适播期为9 月30 日左右，可提高自然降水生产率，实现高产高效。本研究认为，丰水年型适播期在10 月4 日左右，可获得高产，产量因素协调，水分利用率较高；平水年型和干旱年型适播期在9 月28 日左右，产量最高，水分利用率也较高。

4 结论

本研究表明，实现旱地小麦优质高产稳产，在培育冬前壮苗力争足穗基础上增加粒数和粒质量，使成穗数、穗粒数和千粒质量至少2 个因素较高且三因素协调，生产上应选用丰产性好、抗旱性强、成穗率高、穗数稳定、千粒质量较高的运旱618 和晋麦92 号等优质品种。8 月上中旬深翻，有利于发挥8—9 月降雨量大的优势，集中且纳雨蓄墒，增加土壤蓄水量；不同年际间小麦生长发育期的降雨量差异也影响到小麦产量的高低。深翻结合播种2 次施磷的小麦产量和水分利用率（WUE）最高。在山西省南部丘陵旱地区，小麦的适播期在9 月28 日至10月4 日，有机肥配施化肥用量为羊粪22.5 t/hm2、纯N 150 kg/hm2、P2O5105 kg/hm2增产效果最好；猪粪22.5 t/hm2、纯N 105 kg/hm2、P2O575 kg/hm2增产效果较好，小麦形成时间和稳定时间最长，达到增产、提质、减施、增效的目的。

5 示范应用

2017—2019 年，旱地小麦高产稳产、品质提升、化肥减量栽培技术体系累计示范面积8.127 万hm2。特别是2019 年，休闲期降雨316.7 mm，较常年减少18.3 mm，生育期降雨81.3 mm，较常年偏少67.3 mm，临汾市3.787 万hm2小麦示范田长势明显好于周边农户。2019 年6 月5 日，以国家小麦产业技术体系首席科学家肖世和研究员为组长的专家组，对临汾市尧都区大阳镇岳壁村示范田进行了实收测产，技术示范田产量为4 992 kg/hm2，较传统技术对照田（2 556 kg/hm2），增产95.3%。国家小麦产业技术体系临汾综合试验站团队集成的旱地小麦“一优四改”绿色栽培技术被列为2020 年山西省农业生产推广的主推技术[22]。