旱作集雨覆盖方式对春小麦生长特性及产量的影响

苏靖茸 ，刘宏胜 ，李映 ，高玉红 ，吴兵，4* ，牛俊义

（1甘肃农业大学生命科学技术学院，兰州 730070；2会宁县农业技术推广中心，甘肃会宁 730799；3甘肃农业大学农学院，兰州 730070；4甘肃省干旱生境作物学重点实验室，兰州 730070）

小麦作为西北地区的主要粮食作物［1］，其产量的高低对维持该地区粮食安全、实现农民增收等具有十分重要的意义［2］。但西北地区常年干旱少雨，且降水高峰期与作物需水期错位［3-5］，不合理的耕作方式不仅会造成水资源的浪费，还会影响粮食产量。因此，探究黄土高原旱区最佳的种植方式，对维持该地区粮食有效供给意义重大。

目前，关于耕作方式对小麦产量的研究主要集中在覆盖材料、种植方式、覆膜颜色等单因素对小麦等作物生长特性与产量的影响。有研究认为，秸秆覆盖能够显著提高小麦干物质的积累与氮磷钾的吸收，产量提高6.9%～8.0%［6，7］；地膜覆盖能促进春小麦干物质积累与转运［8-10］，能够有效增加小麦单株干物质量及产量［11］；王红丽等［12］对马铃薯的研究发现，黑膜通过调节水热效应使其产量增加。垄作栽培具有良好的保水效应［13-17］，能够有效提高干旱地区作物的产量［16，17］。但高亚军等［18］研究表明，秸秆覆盖造成小麦生育后期贪青晚熟，影响干物质的积累与其向籽粒的转移。刘胜尧等［19］认为，地膜覆盖后虽然促进了甘薯的干物质积累，但降低了干物质向薯块的转运率达28.27%，减产达1.86%。

大量研究表明，覆盖材料、栽培方式等单一因素对不同作物在不同地区的影响不一。本试验综合考虑各种因素，设置全膜覆土穴播、黑色全膜垄作穴播、膜侧沟播、秸秆粉碎微垄覆盖沟播、秸秆带状覆盖条播5种栽培方式，研究不同覆盖与栽培方式下西北旱作雨养灌溉区春小麦生长特性与产量的差异性，为进一步探索旱地雨养农业区春小麦的高效增产栽培技术体系提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017年3—7月在会宁县甘沟镇六十铺试验基地（35°55′N，105°00′E）实施。该地海拔1 639 m，年平均气温9.2℃，无霜期154 d，≥10℃有效活动积温2 588.5℃，年降水量400 mm左右，年蒸发量1 700 mm左右。气候干燥，土质黄绵土，属靖会沿黄段干旱灌溉农业区。

1.2 试验材料

供试小麦品种为甘春25号，由甘肃农业大学旱地小麦育种室提供。

1.3 试验设计

采取单因素随机区组设计，设6个处理：T1.全膜覆土穴播，选用宽幅1.2 m的地膜平铺，表面覆盖1 cm左右的薄土，穴播机播种，播种深度3～5 cm，行距15 cm，穴距12 cm；T2.黑色全膜垄作穴播，双行垄作，行距33 cm、垄底宽32～33 cm、垄面宽18～20 cm、垄高8 cm，起垄后黑色地膜全地面覆盖并撒土，穴播机在垄沟播种；T3.膜侧沟播，起垄，垄宽25 cm、高10～15 cm，沟宽15 cm，沟内覆膜播种；T4.秸秆粉碎微垄覆盖沟播，人工起垄，起垄后用粉碎秸秆覆盖，垄宽22 cm，幅宽34 cm，沟宽12 cm，沟内播种2行小麦，行距17 cm；T5.秸秆带状覆盖条播，种植带种3行，预留覆盖带，播后将玉米整秆置于预留覆盖带，覆盖时秸秆带与播种带的两个边行各留2～5 cm间距，条播机播种，行距为17 cm，种植带种3行，总宽度34 cm；CK.露地条播，不覆膜。

每个处理3次重复，共18个小区。小区面积20 m2（5 m×4 m），种植密度为525万株/hm2，各小区播量为1.05万株，保证小区播量一致。处理前，各小区统一基施尿素（N含量为46.4%）、过磷酸钙（P2O5含量为16%）。

2017年3月25日播种，7月18日收获。其他处理措施同一般大田。

1.4 测定项目与方法

叶面积测定：分别在春小麦孕穗期、抽穗期、扬花期、灌浆期与成熟期从各小区选取叶龄基本一致的植物进行叶龄标记，采用LI-3100C型微电子叶面积测量仪测定。

干物质测定与计产：在春小麦主要生育期，每小区随机取样10株，将茎、叶、穗等器官置于烘箱内105℃杀青30 min，然后于85℃恒温烘6～8 h后测定其干物质量。计算公式：

营养器官开花前贮藏同化物运转量=开花期干物质量-成熟期干物质量

营养器官开花前贮藏同化物运转率=（开花期干物质量-成熟期干物质量）/开花期干物质量×100%

开花后同化物输入籽粒量=成熟期籽粒干物质量-营养器官花前贮藏物质运转量

开花后干物质积累量对籽粒产量的贡献率=开花前营养器官贮藏物质转运量/成熟期籽粒干物质量×100%

净同化率（NAR）：以某一时间段内单位叶面积干物质的增长量表示（g/m2·d），作为一个广泛田间条件下作物群体净同化能力的综合结果，可以较真实反映作物群体的生产性能。计算公式：

式中：L为叶面积；ln为自然对数，其值为常用对数的2.30倍；W1、W2为t1和t2时的干物质量；L1、L2为t1和t2时间内的叶面积。

相对生长率（RGR）：以作物在某一段时间内单位质量的物质生长率来表示干物质生产能力（g/g·d）。计算公式：

式中：W1、W2分别为t1和t2时间单位面积上的总干物质量。

小麦产量：收获前，每个小区随机取样20株考种，测定穗数、穗粒数、千粒质量等产量构成因子，按小区单打单收，测定实际产量。

1.5 数据处理

采用Excel 2010进行数据整理，采用SPSS21.0进行统计分析与显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖栽培方式下春小麦叶面积动态变化

由表1可知，T1～T5处理春小麦叶面积由孕穗期至成熟期均表现为先升高后降低的趋势，抽穗期最高；T1～T3处理在整个生育期叶面积均显著高于T4、T5与CK；T2处理抽穗期春小麦叶面积最高，达39.73 cm2；成熟期，T1、T2、T3与T4处理叶面积均显著高于CK，增幅依次为30.46%、49.20%、41.50%与13.71%，而T5比CK低4.26%，但差异不显著。由此可见，地表覆盖能够有效提高西北旱作雨养灌溉区春小麦全生育期叶面积，且地膜覆盖优于秸秆覆盖，黑色地膜优于白色地膜，而秸秆覆盖条播不利于春小麦生育后期的叶面积生长。

表1 不同覆盖栽培方式下春小麦叶面积的动态变化Table 1 Dynamic change of leaf area of spring wheat under different mulch cultivation methods cm2

2.2 不同覆盖栽培方式下春小麦各生育期地上部干物质积累量的动态变化

由表2可知，各处理春小麦干物质量呈现由孕穗期至乳熟期逐渐升高，到成熟期有所下降的趋势。T1、T2处理从孕穗期至灌浆期干物质量均显著高于其他各处理，且在乳熟期达到整个生育期最高，分别为9.35与12.02 g/株；除T3在扬花期与成熟期、T5在扬花期显著低于CK外，T1～T5各处理各生育期干物质积累量均显著高于CK；T3与T4在孕穗期、T3、T4与T5在抽穗期、T3与T5在扬花期与灌浆期、T1与T4在乳熟期的干物质积累无显著差异。由此可见，覆盖材料与耕作方式对春小麦干物质的快速积累在生育前期的影响高于其对生育后期的影响。

表2 不同覆盖栽培方式下春小麦各生育期地上部干物质积累量的动态变化Table 2 Variation of aboveground dry matter weight of spring wheat at different growth_stages under different mulching methods g·株-1

2.3 不同覆盖栽培方式下春小麦干物质积累特性比较

由表3可知，与CK相比，T1、T3与T5在孕穗至抽穗期春小麦相对生长率（RGR）均高于CK；T3、T4与T5在扬花至灌浆期RGR均高于CK，而T1～T5在抽穗至扬花期RGR均低于CK；其中T5在孕穗至抽穗期、扬花与灌浆期，T4在抽穗至扬花期RGR依次为0.11、0.08与0.12 g/g·d；T1与T5在孕穗至抽穗期、T1与T4在抽穗至扬花期、T3与T5在扬花与灌浆期净同化率（NAR）较高于T2，其中T1在孕穗至抽穗期、T4在抽穗至扬花期、T5在扬花与灌浆期NAR依次为1.60、2.26与1.7 g/m2·d。在孕穗至抽穗期，T1与T5处理的NAR、RGR均差异不大，而T2与T5、T2与T1具有较大差异。由此可见，覆盖材料与耕作方式影响了各生育阶段干物质的积累、单位叶面积同化物合成。

表3 不同覆盖栽培方式下春小麦干物质积累特性比较Table 3 Comparison of dry matter accumulation characteristics of spring wheat under different mulch cultivation methods

2.4 不同覆盖栽培方式下春小麦花后干物质转运与再分配比较

由表4可知，T1～T4处理开花前营养器官贮藏同化物转运量（DMTAA）、开花前营养器官贮藏同化物转运率（DMTRA）、开花前营养器官贮藏同化物转运量对籽粒的贡献率（CDMTAATTG）均显著高于CK；T5处理则均显著低于CK。T1处理DMTAA、DMTRA、CDMTAATTG 最高，分别为3.37 g/株、34.97%、25.56%，T5处理DMTAA、DMTRA、CDMTAATTG最低，分别为0.18 g/株、3.40%、1.75%；T1～T5处理春小麦CDMAAATG分别为74.44%、77.40%、84.52%、80.94%、98.25%与94.28%。由此可见，春小麦籽粒的干物质积累主要来源于花后干物质的转运，其中T5处理开花后干物质积累量对籽粒的贡献率显著高于CK及其它处理。

2.5 旱区不同覆盖栽培方式下春小麦产量及构成因素比较

由表5可知，T1与T2处理的穗数、T1、T2与T3处理的穗粒数、T3处理的千粒质量显著高于其它处理；T1、T2处理的籽粒产量显著高于CK，分别提高了28.11%和28.33%；T3、T4处理比CK 增产2.77%和1.36%，但差异不显著；而T5处理则比CK减产2.65%，且显著低于其他各处理。由此可见，覆盖材料、耕作方式、覆膜颜色对产量构成因子的影响主要体现在穗数与穗粒数，且T1与T2处理的产量显著高于CK及其它处理，而T5低于CK，表明T1与T2为该地区最佳处理方式，而T5处理则不利于该地区产量的提高。

表4 不同覆盖栽培方式下春小麦花后干物质转运与再分配比较Table 4 Comparison of dry matter transport and redistribution after anthesis of spring wheat under different mulching cultivation methods

表5 旱区不同覆盖栽培方式下春小麦产量及构成因素比较Table 5 Comparison of yield and components of spring wheat under different mulch cultivation methods in arid area

3 讨论

叶片是植物光合作用的主要器官，叶面积大小、叶绿素含量与干物质积累呈正相关。研究表明，植物生长过程中，采用地表覆盖能够有效增加光合作用面积、抑制叶绿素的降解、提高作物产量［20］。本研究表明，与CK相比，孕穗期至扬花期5种覆盖处理均显著增加了小麦叶面积，说明地表覆盖与垄作栽培具有保温与保墒效应［6，13］，能够有效提高西北旱作雨养灌溉区春小麦生育前期叶面积，这与前人研究结果相似［20］。T1～T3处理孕穗期至抽穗期叶面积均显著高于T4与T5，但T1与T3、T4与T5处理之间均无显著差异，表明与秸秆覆盖相比，地膜覆盖更利于促进该地区春小麦叶面积的增长，但耕作方式对该地区春小麦生育前期的叶面积增加效应不显著，可能是受其它因素的影响。此外，T2处理春小麦在孕穗期至抽穗期叶面积增加最显著，表明黑膜比白膜更有利于促进该地区春小麦叶面积增长，这与王红丽等［12］在马铃薯上的研究结果一致。

干物质的积累与分配是产量形成的基础。现有研究表明，地表覆盖能够提高作物干物质的积累与干物质向籽粒的转运率［6，7］。本研究表明，5种处理下春小麦干物质的变化趋势在生育前期与其对叶面积的影响基本一致，这也与前人的研究结果相似［6，7］；但T1与T4、T2与T4分别在乳熟期与成熟期春小麦干物质量的积累无显著差异，说明覆盖材料与耕作方式对春小麦干物质量的影响主要体现在生育前期。此外，T3与T5在扬花期干物质量显著低于CK，可能与该时期受其它因素影响有关，有待进一步验证。

本试验中，T1与T5处理孕穗期至抽穗期的NAR、扬花与灌浆期的RGR均无显著差异，但该时期T2与T5的NAR和T2与T1的RGR差异显著，表明覆膜颜色对各个生育阶段干物质的积累、单位叶面积同化物合成的影响可能高于覆盖材料与耕作方式。有研究表明，作物籽粒的产量主要来源于花后干物质的积累［21］。本试验表明，T1～T5处理春小麦籽粒的干物质主要来源于花后干物质的转运，这也与高玉红等［21］的研究相似。此外，T5处理开花后干物质积累量对籽粒产量贡献率高于CK及其它处理，可能与秸秆带状覆盖不利于该地区春小麦生育前期的出苗与生长、影响前期干物质的积累相关。

作物产量是干物质积累与整个生育期生长特性的最终体现。已有研究表明，地表覆盖能够提高小麦穗数、穗粒数及产量［22］。本试验表明，T1～T4处理春小麦穗数、穗粒数、产量均显著高于CK及其它处理，这也与前人研究结果一致［6-8］；T1与T2处理产量显著高于CK及其它处理，而T5处理春小麦的产量显著低于其他处理，这一结果与宋亚丽等［22］对冬小麦的研究结果不一致，可能与该地区春季温度较低，影响出苗与生长，且春小麦贪青晚熟，营养器官合成的光合产物被呼吸消耗，降低了花前贮藏同化物向籽粒的转运相关［18］。

4 结论

本试验比较了全膜覆土穴播、黑色全膜垄作穴播、膜侧沟播、秸秆粉碎微垄覆盖沟播、秸秆带状覆盖条播5种不同栽培方式，在不同生育期对西北旱作雨养灌溉区春小麦叶面积增长、干物质积累与转运、产量的影响，发现5种处理对春小麦产量的影响主要体现在穗数与穗粒数上，且地膜覆盖对该地区产量的提高显著优于秸秆覆盖；相较于膜侧沟播、秸秆粉碎微垄覆盖沟播与秸秆带状覆盖条播，全膜覆土穴播与黑色全膜垄作穴播更适合西北旱作雨养小麦种植区推广和应用。