鲁西北棉改粮农田小麦不同耕种模式的产量和效益比较研究

孟维伟，刘灵艳，尹训彬，南镇武，尚立红，张萍，王其霞，张宾，刘开昌

（1.山东省农业科学院作物研究所，山东 济南 250100；2.夏津农家丰植保农机服务专业合作社，山东 夏津 253200）

鲁西北平原是黄淮海平原的重要组成部分，位于黄河下游，旱涝盐碱并存，曾以棉花种植为主。近年来，随着农田地力提升、排灌设施改善、农村劳动力流失及植棉效益降低［1］，逐渐从山东省棉花生产基地过渡为重要的粮食生产基地，农田弃棉改粮成为趋势［2］。小麦-玉米轮作已是当地棉改粮农田的主要种植模式［3］。但是，鲁西北棉改粮农田以旱地居多，旱地小麦“七分种，三分管”，播种质量成为小麦产量高低的决定性因素，而播种质量与耕种方式密切相关［4］。

不同耕种方式下，小麦个体和群体生长、资源利用能力等存在明显差异［5-7］。研究指出，常年旋耕等传统耕种方式导致土壤耕层变浅，形成犁底层，土壤紧实，透水通气性变差［5，6］，严重影响作物根系生长发育，制约作物产量［7］。旋耕导致土壤孔隙增大、播种深度不一，容易出现缺苗断垄现象［7，8］；深耕可打破犁底层，使深层土壤紧实度降低，土壤孔隙状况得到改善，促使根系向深处生长，利于吸收养分和水分，进而实现作物高产［9-11］。耕翻+镇压利于增加小麦有效穗数，促进籽粒灌浆，提高小麦千粒重，产量明显高于旋耕+镇压及旋耕处理［7，12，13］。然而，耕作措施影响是双向的，长期采用翻耕、旋耕、深松耕等任何单一耕作措施均会对土壤生产性能产生不利影响，降低作物产量［14］。

因此，如何通过适宜的耕种措施在改善土壤性状、提高土地生产力的同时，提高作物产量，保证粮食安全，已成为鲁西北农业生产中亟待解决的问题。为探索提升鲁西北棉改粮农田小麦耕种质量的新途径，以传统的旋耕条播为对照，设置旋耕+双镇压播种、免耕播种、深松+双镇压播种、深耕+双镇压播种4种耕种模式，研究不同耕种方式对小麦群体发育、干物质积累、小麦产量及其构成因素的影响，并在比较其生产成本、种植效益基础上筛选出大田条件下适宜鲁西北棉改粮麦田的最佳耕种模式，为促进棉改粮农田农机农艺融合和全程机械化高效生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年10月—2019年6月在德州市夏津县农家丰植保合作社试验基地进行。基地地处鲁西北黄泛冲积平原，属暖温带半湿润大陆性季风气候，四季分明，年均气温12.7℃，年均降水量565 mm，年均日照时数2 599 h，无霜期192 d，冷热干湿明显。试验地块为棉改粮三年农田，潮土，土层深厚，地势平坦，肥力均匀，排灌方便。前茬为夏玉米，秸秆粉碎还田。播前试验地（0～20 cm土层）土壤有机质含量11.96 g／kg、全氮0.95 g／kg、碱解氮61.44 mg／kg、速效磷32.74 mg／kg、速效钾148.77 mg／kg，pH 值8.18，盐分含量1.01‰。

1.2 试验设计

供试小麦品种为济麦229，基本苗为375万株／hm2。

试验采用大区设计，共5种耕种模式（表1），每种模式播种宽度以播种机型的作业宽度乘以整数8来确定，播种长度75 m。试验于2018年10月18日播种，2019年6月15日收获。各处理播前均基施氮磷钾复合肥（15-15-15）750 kg／hm2，拔节期追施尿素300 kg／hm2。其它管理措施同一般高产大田。

表1 试验处理设计

1.3 测定项目与方法

1.3.1 小穗发育及产量指标测定 成熟期每大区取代表性样点3个，调查其1 m×2行穗数，计算公顷穗数；每样点随机取30穗测定单株小穗数、不孕小穗数和每穗粒数；每样点收获2 m2，脱粒晾干后用于籽粒产量和千粒重的测定［15］。

1.3.2 群体调查与干物质积累 分别于冬前、返青、拔节、开花和成熟期调查3个1 m×2行的群体，计算公顷蘖数（茎数）。并取10株烘干后称重，计算地上部干物质积累量［15］。

1.3.3 茎基腐病发病率调查 灌浆中后期进行小麦茎基腐病发病情况调查。每大区调查采用5点对角线取样，每点调查50穗，记录发病穗数（白穗），计算发病率。

1.3.4 经济效益计算 生产成本包括直接成本和间接成本。直接成本包括土地使用和种子、化肥、农药等购买费用；间接成本有田间管理所用人工、机械费等。根据当时当地价格比较不同耕种模式的利润（产出-投入）和产投比（产出／投入）。

1.4 数据处理与分析

用Microsoft Excel 2010进行数据整理，用SPSS 19.0软件进行数据分析，用LSD法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同耕种模式对棉改粮农田小麦群体发育的影响

由表2可以看出，传统旋耕后条播（T-A，CK）冬前至成熟期群体均最小，深松、深耕后双镇压播种的T-D、T-E处理则获得全生育期较高群体，其中冬前、返青和开花期均显著高于对照，两处理间无显著差异。T-E处理成熟期公顷穗数最高，有利于获得较高产量。

表2 不同耕种模式对棉改粮农田小麦群体发育的影响 （万／hm2）

2.2 不同耕种模式对棉改粮农田小麦干物质积累的影响

由图1可以看出，不同处理小麦干物质积累量随生育进程逐渐增加，其中拔节前各处理间差异较小，开花期、成熟期各处理间差异逐渐增大。成熟期干物质积累量表现为T-D、T-E＞T-A＞T-B、T-C，T-D、T-E处理比对照T-A平均提高11.89%。

图1 不同耕种模式对棉改粮农田小麦干物质积累的影响

2.3 不同耕种模式对棉改粮农田小麦小穗发育的影响

由表3可以看出，旋耕条播处理（T-A，CK）单株小穗数较低，不结实小穗数较高，结实率较低。深松、深耕后双镇压播种处理T-D、T-E显著提高小麦单株小穗数，减少不结实小穗数，显著提高小穗结实率。与T-D、T-E比较，两个旋耕后播种处理T-A、T-B降低小麦单株小穗数和小穗结实率，深耕深松处理间无显著差异（表3）。

表3 不同耕种模式对棉改粮农田小麦小穗发育的影响

2.4 不同耕种模式对棉改粮农田小麦产量及产量三要素的影响

与对照（T-A）相比，深耕+双镇压播种处理（T-E）显著提高小麦公顷穗数、穗粒数和千粒重，从而显著增加籽粒产量；旋耕后双镇压播种（T-B）、免耕播种（T-C）、深松后双镇压播种（T-D）提高公顷穗数，对穗粒数无显著影响；旋耕后双镇压播种（T-B）则对小麦产量三要素和籽粒产量影响不明显（表4）。

从增幅上看，深耕后双镇压播种处理的公顷穗数、穗粒数、千粒重和籽粒产量比对照分别增加11.71%、7.57%、12.68%和33.96%，说明该耕种模式能够协调改善小麦产量结构，进而显著增产。

表4 不同耕种模式对棉改粮农田小麦产量及产量三要素的影响

2.5 不同耕种模式下棉改粮农田小麦茎基腐病发病率分析

自然条件下于灌浆后期观测不同耕种模式的小麦茎基腐病（白穗）发生情况，结果（表5）表明，深耕后双镇压播种（T-E）显著降低小麦茎基腐病的发病率，比对照降低6.9个百分点。

表5 不同耕种模式下棉改粮农田小麦茎基腐病的发病率

2.6 棉改粮农田小麦不同耕种模式的经济效益比较

由表6可知，深耕后双镇压播种（T-E）处理较对照（T-A）农药成本减少270元／hm2，用工减少300元／hm2，机械费用减少90元／hm2，总计降低660元／hm2。这主要是因为该处理减少麦田杂草（节节麦）的发生，少喷施一次除草剂所致。深松后双镇压播种（T-D）处理作业效率提高，用工较对照减少300元／hm2，机械费用减少225元／hm2，总计降低525元／hm2。免耕播种（T-C）处理机械费用最低，较对照减少300元／hm2。旋耕后双镇压播种（T-B）处理机械费用最高，生产成本较对照增加375元／hm2。

不同耕种模式的产出和利润均以T-E处理最高，其次为T-D，对照最低。旋耕后双镇压播种、免耕播种、深松后双镇压播种模式和深耕后双镇压播种模式比对照分别增收440、2 735、3 083、5 708元／hm2。可见，在棉改粮农田条件下，深耕+双镇压播种（T-E）模式可减少农药、机械、用工等生产成本，提高经济产出和种植效益。不同模式产投比表现为T-E＞T-D＞T-C＞TB＞T-A，分别为1.37、1.19、1.16、1.01和0.98。

表6 棉改粮农田小麦不同耕种模式的生产成本、种植效益 （元／hm2）

3 讨论与结论

研究表明，耕作方式可以影响土壤耕层土壤容重、有机碳含量和铵态氮含量，进而改善土壤结构，改良土壤物理性质，提高小麦产量［16］。深耕显著提高土壤总孔隙度以及田间持水量［17］，增加小麦穗粒数和千粒重，最终增产［18］。也有研究表明，不同耕种方式对小麦生长发育进程、干物质积累动态、茎蘖数量变化动态以及穗粒数、千粒重均无显著影响，但对籽粒产量的影响达到极显著水平［19］。孙铭泽等［20］研究表明，三种耕作方式中深耕增加公顷穗数、获得最高产量，免耕次之，旋耕小麦产量最低。本试验结果表明，与旋耕、免耕、深松等方式比较，深耕获得全生育期较高的群体数量和成熟期最高公顷穗数，提高了单株小穗数和小穗结实率，获得最高产量。

程晓亮［21］研究表明，秸秆还田后耕作方式的不同对小麦根部病害有明显影响，旋耕和免耕下小麦根部病害高于同期深耕处理；旋耕和免耕下禾谷镰刀菌和离蠕孢菌的致病力高于深耕。本试验结果表明，深耕+双镇压播种模式显著降低灌浆期后小麦茎基腐病的发病率，旋耕条播、旋耕+双镇压播种、免耕直播、深松+双镇压播种模式对小麦茎基腐病的影响差异不显著。这可能是因为秸秆还田后深耕，秸秆埋藏较深，减少了病害发生，而旋耕、免耕、深松等对还田后秸秆的分布影响差异不明显。

镇压增加小麦出苗率，促进小麦成穗数，提高产量［7，22］。本试验结果表明，旋耕条件下，仅增加播后镇压环节较旋耕条播产量提高5.49%。范红霞［23］研究表明，在秸秆全量还田条件下，深耕有利于提高小麦播种质量，增加麦苗的分蘖能力和抗逆能力。深翻可以翻埋肥料，促进土壤熟化，消灭杂草，减轻病虫害［24］。本试验中，秸秆还田后深耕+双镇压播种（T-E）模式减少了农药用量，较传统旋耕条播增产33.96%，利润增加5 708元／hm2，各模式中具有最高籽粒产量和产投比，是鲁西北棉改粮农田小麦最佳耕种模式。