耕作方式与种植密度对土壤物理性状及春小麦产量性状的影响

廉博，李强，魏晓军，包妍妍，王红霞，王丽君

（1.呼伦贝尔市农业技术推广服务中心，内蒙古海拉尔021008；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古呼和浩特010031）

呼伦贝尔市春小麦主产区地处大兴安岭丘陵旱作区，为内蒙古自治区春小麦主产区之一，播种面积占全区面积的25%左右，总产占全区春小麦总产的1/3以上，在全区春小麦生产中占有重要的地位[1]。呼伦贝尔市夏季气候凉爽，十分适宜灌浆，适合春小麦的生长[2]。但是由于春季干旱、风灾频发，土壤流失严重、肥力下降、种植密度不合理及春小麦单产低等问题，极大地影响该区域春小麦持续生产[3-4]。在呼伦贝尔市的雨养农业区，由于土质黏重、整地粗放等原因，春小麦处于中产或中低产水平，增加穗数仍然是提高产量的重要措施[5-6]。因此，在生产实践中农民习惯于增加播种量，以保证基本苗数[7]。研究表明，过分增加种植密度，不利于产量增加。邵庆勤等[8]研究发现，春小麦种植密度由基本苗300万株/hm2增加到450万株/hm2时，倒伏率及倒伏程度显著上升。可见，每个春小麦品种都有适宜的种植密度，且种植密度取决于土壤肥力、产量水平、气候特点、播种早晚等因素[9]。秸秆全量还田免耕是内蒙古东部区一项重大的旱作农业保护性耕作技术[10]，该技术因集雨抑蒸、涵养水源、增温保墒，能够有效地改善土壤水热状况，减少水土流失，显著提高作物产量，得到了大面积的推广[11]。

如何挖掘春小麦的增产潜力，大幅度提高春小麦的单产水平，在合理耕作、科学水肥管理条件下，选择适宜的种植密度、科学的种植模式，不断完善种植技术，是进一步提高春小麦单产水平的有效途径[12]。2019年在呼伦贝尔市牙克石农场进行春小麦秸秆全量还田免耕和秸秆不还田翻耕下春小麦种植密度的比较试验，分析不同种植密度下两种耕作方式春小麦农艺性状、产量的差异，初步确定适宜当地春小麦种植的最佳种植密度；2020年在牙克石农场进行最佳种植密度下秸秆全量还田免耕耕作方式对土壤物理性状的影响试验，分析土壤含水量、土壤容重和产量的差异，初步解析油菜秸秆全量还田免耕种植春小麦增产的原因，为该地区春小麦保护性耕作提供技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在内蒙古自治区呼伦贝尔市牙克石农场试验地进行，地处高寒旱作春小麦种植区，年积温1 970～2 310℃，年降水量250～340 mm，且气温低、昼夜温差大，春季积雪多、温度低。耕层0～20 cm有机质含量64.6 g/kg、碱解氮含量223.9 mg/kg、有效磷含量19.5 mg/kg、速效钾含量225 mg/kg，pH值6.7。试验地前茬作物为油菜，肥力中等以上，土质为黑钙土。

1.2 试验设计

供试品种为龙麦30号。2019年在呼伦贝尔市牙克石农场试验地进行不同耕作方式种植密度筛选试验，采用两种耕作方式：秸秆全量还田免耕（A），秸秆不还田翻耕（B），设置9个种植密度梯度处理：300万（D1）、375万（D2）、450万（D3）、525万（D4）、600万（D5）、675万（D6）、750万（D7）、825万（D8）、900万株/hm2（D9）。采用裂区设计，随机区组排列，小区面积200 m2，条播，行距15 cm，3次重复。田间管理：种肥施尿素45 kg/hm2，磷酸二铵150 kg/hm2，硫酸钾45 kg/hm2，3～4叶期追施尿素4.5 kg/hm2，拔节前地表追施尿素60 kg/hm2，抽穗扬花期结合防病喷施磷酸二氢钾1 500 g/hm2，其他管理同当地大田生产。2020年测定试验地最佳种植密度下不同耕作方式的土壤物理性状（土壤含水量、土壤容重）。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 产量春小麦成熟后，每个处理随机取3个1 m2（非边行小区）测产，并取20株春小麦考种（株高、穗长、结实小穗数、无效小穗数、穗粒重、千粒重），并计算籽粒产量。

1.3.2 土壤含水量及容重分别于播前、三叶期、孕穗期、开花期、灌浆期、收获期采用烘干法测定土壤含水量，环刀法测定土壤容重，每处理5点取样。取样时挖取40 cm深土壤剖面，用修土刀刮平后，分别在0～10、10～20、20～30、30～40 cm土层用环刀法取土。称重后，装入密封袋带回实验室，在烘箱内80℃烘干，再称重，计算土壤含水量和土壤容重。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2007进行试验数据处理和绘制图表，选用SPSS 20.0数据处理系统（statistical product and service solutions）进行方差分析和相关分析。

2 结果与分析

2.1 耕作方式与种植密度对春小麦产量性状的影响

由表1可知，从株高、穗长、结实小穗数、无效小穗数、穗数、穗粒数及千粒重在耕作方式、种植密度间的方差分析可以看出，产量性状均表现为耕作方式、种植密度及其互作均达到显著或极显著水平（P＜0.05，P＜0.01），其中，在种植密度水平中株高、穗数、穗粒数、千粒重达到极显著水平（P＜0.01），耕作方式与种植密度的互作对春小麦穗数、穗粒数、千粒重达到极显著水平（P＜0.01），说明春小麦种植密度、耕作方式与种植密度的互作效应对春小麦产量性状影响显著。

表1 不同耕作方式与种植密度对春小麦产量性状的影响

两种耕作方式对春小麦株高、穗长、结实小穗数、穗粒数和千粒重均表现为随着种植密度的增加而逐渐降低，呈负相关关系；而无效小穗数、穗数随着种植密度的增加而增大，呈正相关关系。两种耕作方式春小麦株高与穗长均表现为D1、D2显著高于其他种植密度（P＜0.05），说明种植密度越大株高和穗长越小。在两种耕作方式下均表现为D1种植密度下，结实小穗数达到最大值，分别为16.4万穗/hm2、16.0万穗/hm2；B耕作方式下D1显著高于其他种植密度（P＜0.05）；A耕作方式下D1与D2差异不显著（P＞0.05），D1显著高于其他种植密度（P＜0.05），同时D1种植密度时A比B耕作方式增加了0.4万穗/hm2。不同种植密度处理水平A耕作方式的无效小穗数比B耕作方式明显减少，A耕作方式不同种植密度无效小穗数平均数为1.4万穗/hm2，B耕作方式为1.6万穗/hm2，说明秸秆全量还田免耕较秸秆不还田翻耕可以有效地减少无效小穗数。春小麦穗数在各种植密度水平下两种耕作方式均表现为：各种植密度间差异显著（P＜0.05），且随着种植密度的增加而增加，A耕作方式各种植密度的平均穗数为573.7万穗/hm2，B耕作方式为565.4万穗/hm2，说明秸秆全量还田免耕较秸秆不还田翻耕可以有效地提高保苗率，从而增加每公顷的春小麦穗数。两种耕作方式下，春小麦穗粒数均表现为D1、D2显著高于其他种植密度（P＜0.05），说明种植密度越大穗粒数越少。两种耕作方式千粒重均表现为随着种植密度的增加而减少，其中A耕作方式D1～D4千粒重均达到38.0 g以上，而B耕作方式仅有D1达到38.0 g；同时，不同种植密度下A耕作方式千粒重均高于B耕作方式，说明秸秆全量还田免耕耕作方式较秸秆不还田翻耕可以有效地提高春小麦千粒重。

2.2 耕作方式与种植密度对春小麦产量的影响

由图1可知，秸秆全量还田免耕与秸秆不还田翻耕的产量均表现为：随着种植密度的增加先稳步提高而降低的趋势，均在D6种植密度下产量最高，且A耕作方式下不同种植密度的春小麦产量均高于B耕作方式相应种植密度。A耕作方式D6种植密度下春小麦产量为5 601.3 kg/hm2，B耕作方式D6种植密度下春小麦产量为5 097.2 kg/hm2；同时，两种耕作方式下，D6与D5种植密度处理间产量差异不显著（P＞0.05），但D6与其他种植密度处理间差异均显著（P＜0.05）。D6种植密度下A较B春小麦产量增加了9.9%，说明秸秆全量还田免耕与秸秆不还田翻耕均表现为：春小麦种植密度D6（675万株/hm2）时产量最高，种植密度D5（600万株/hm2）产量次之。

图1 不同种植密度与耕作方式对春小麦产量的影响

从春小麦产量在耕作方式、种植密度及两者互作效应的方差分析结果可以看出（表2），春小麦产量表现为与耕作方式的影响达到显著水平（P＜0.05），与种植密度及两者的互作效应达到极显著水平（P＜0.01）。

表2 不同耕作方式、种植密度与产量的方差分析结果

2.3 不同耕作方式对土壤含水量的影响

由表3可知，综合分析两种耕作方式在春小麦的播前和不同生育期0～40 cm土层土壤含水量变化总体规律表现为：秸秆全量还田免耕优于秸秆不还田翻耕，同时随着土层深度的加大土壤含水量逐渐增加，不同时期土壤含水量差异较大。播前A耕作方式在0～40 cm土层均显著高于B耕作方式（P＜0.05），尤其是0～10、10～20 cm土层土壤含水量显著增加（P＜0.05），分别为19.7%、18.0%；三叶期、孕穗期0～40 cm土层A耕作方式显著高于B耕作方式（P＜0.05），30～40 cm土层土壤含水量增加最显著，分别增加4.4%、3.9%；开花期、灌浆期A耕作方式较B耕作方式显著增加10～40 cm土层土壤含水量（P＜0.05）；收获期0～40 cm土层A耕作方式显著高于B耕作方式（P＜0.05）。这说明秸秆全量还田免耕对0～40 cm土层土壤含水量保水和蓄水能力优于秸秆不还田翻耕。

表3 不同耕作方式对土壤含水量的影响单位：%

2.4 不同耕作方式对土壤容重的影响

土壤容重是土壤物理性状因素的重要指标之一，对土壤养分的转运、吸收及利用影响显著。由表4可知，在种植密度为675万株/hm2下，总体表现为：土壤容重随着春小麦生育期的递进逐渐增加，但随着土层的增加而降低。土壤容重对不同耕作方式的响应均表现为：秸秆全量还田免耕优于秸秆不还田翻耕。播前A耕作方式较B耕作方式显著降低了10～30 cm土层土壤容重（P＜0.05），三叶期A较B显著降低了10～30 cm土层土壤容重（P＜0.05），孕穗期A较B显著降低了10～20 cm土层土壤容重（P＜0.05），开花期、灌浆期、收获期A较B显著降低了0～40 cm土层土壤容重（P＜0.05）。这说明秸秆全量还田免耕较秸秆不还田翻耕有效地降低了0～40 cm土层的土壤容重，开花期、灌浆期、收获期效果最佳。

表4 不同耕作方式对土壤容重的影响 单位：g/cm3

2.5 最佳密度下不同耕作方式对产量的影响

最佳密度下不同耕作方式对产量的影响有所不同，由表5可知，A耕作方式的产量比B耕作方式增加433.8 kg/hm2，增产率9.47%，且在最佳密度下A耕作方式较B耕作方式增产效益显著（P＜0.05）。

表5 不同耕作方式对产量的影响（种植密度675万株/hm2）

3 结论与讨论

目前，秸秆还田和保护性耕作（少耕、免耕）已成为现代农业发展的一项重要措施，应用广、效果好，适用于旱作农业的发展[13]。以秸秆还田、少耕和免耕为具体措施的保护性耕作制度能解决我国土壤侵蚀、水资源短缺及干旱加剧等问题，具有独特的经济效益、社会效益和生态效益。

陈丽[14]研究表明，春小麦实际产量以翻耕秸秆全量还田和麦季免耕最大，分别比传统种植高8.60%、8.57%，秸秆全量还田与少耕半量还田处理下的千粒重显著低于秸秆不还田翻耕，免耕处理穗粒数的增加使得产量提高。张明伟等[15]研究认为，种植密度过大，穗粒数和千粒重下降，对产量的负面影响增大。本试验结果表明，不同种植密度水平春小麦株高、穗数、穗粒数、千粒重达到极显著水平（P＜0.01），耕作方式与种植密度的互作对春小麦穗数、穗粒数、千粒重达到极显著水平（P＜0.01），说明耕作方式与种植密度互作效应对春小麦产量性状影响显著。两种耕作方式下，春小麦株高、穗长、结实小穗数、穗粒数和千粒重均表现为随着种植密度的增加而逐渐降低，呈负相关关系；而无效小穗数、穗数随着种植密度的增加而提高，呈正相关关系。春小麦产量与耕作方式达到显著水平（P＜0.05），与种植密度及两者的互作效应达到极显著水平（P＜0.01）。随着种植密度的增加产量稳步提高，在D6种植密度下均达到最高产量，之后逐渐下降，同时两种耕作方式D6与D5春小麦产量差异不显著，D6与其他种植密度差异显著（P＜0.05）。种植密度为675万株/hm2时，A耕作方式春小麦产量为5 601.3 kg/hm2，B耕作方式春小麦产量为5 097.2 kg/hm2，A较B春小麦产量增加了9.9%。这说明秸秆全量还田免耕比秸秆不还田翻耕产量高。

王幸[16]研究表明，免耕播种土壤容重增加，秸秆还田使土壤容重降低；随着还田年限的增加，秸秆还田对土壤容重的影响可能大于耕作方式的作用，免耕播种能降低土壤表层的温度、增加土壤湿度，而传统播种方式土壤温度略高，易散墒；同时在夏季降雨时秸秆覆盖可有效防止降雨造成的地表土层紧实、土壤容重增加。本试验结果表明，两种耕作方式下春小麦6个种植和生育时期0～40 cm土层含水量变化总体规律表现为：秸秆全量还田免耕优于秸秆不还田翻耕，同时随着土层深度的加大土壤含水量逐渐增加，不同生育时期土壤含水量差异较大。播前、三叶期、孕穗期、收获期A耕作方式在0～40 cm土层均显著高于B耕作方式（P＜0.05），说明秸秆全量还田免耕对0～40 cm土层土壤含水量提升优于秸秆不还田翻耕。开花期、灌浆期、收获期A较B显著降低了0～40 cm土层土壤容重（P＜0.05），说明秸秆全量还田免耕种植方式较传统种植方式有效地降低了0～40 cm土层的土壤容重，开花期、灌浆期、收获期效果最佳。

在本试验条件下，内蒙古自治区呼伦贝尔市秸秆全量还田免耕和秸秆不还田翻耕下的最佳种植密度均为675万株/hm2，600万株/hm2种植密度效果次之，采用秸秆全量还田免耕较秸秆不还田翻耕能显著改善0～40 cm土层的土壤含水量和土壤容重，有效改善了土壤物理性状，春小麦产量提高了433.8 kg/hm2。