耕作方式和播种量对稻茬小麦产量及形态建成的影响

孙加威，李 浩，阎 洪，何玉亭，王 科，张 成，李纪堂，杨 勋，吴继开

（成都市农业技术推广总站，成都 610041）

小麦是四川省重要的粮食作物[1-2]，小麦产量的稳定和提高有利于食品加工、酿酒等相关产业的原料和口粮的供应。随着粮食生产逐步向规模化生产的方式转变，既要保证小麦的产量又要实现和现代农业的深度融合，是小麦生产面临的主要问题[3]。成都是四川小麦的主要产区，小麦播种面积达3.73×104hm2，且小麦前茬作物大多为水稻，因特有的华西秋雨[4]加之成都市平原地区土壤稻茬田质地黏重[5]，导致小麦播种前土壤偏湿[6]，而在播种后常出现“干冬”天气对小麦产量稳定限制极大。对此前人做了大量研究工作，提出了浅旋机播[7]、免耕半旋耕机播[8]等小麦播种技术，以适应特殊的气候条件和规模化、机械化的生产需求。前人对上述技术的肥料运筹[9]、肥料用量[10]以及肥料利用效率[11]等方面进行了深入详细的研究，对比了不同耕播方式对小麦生长发育、产量形成[12-14]的影响。当前成都市小麦播种技术主要有免耕稻草覆盖、浅旋机播、免耕半旋耕机播等播种方式，其中免耕稻草覆盖主要适用于小面积的小麦生产模式，而浅旋机播、免耕半旋耕机播主要适宜于规模化的小麦种植模式。成都市平坝区耕作机具由适宜于大量劳动力的传统人工畜力耕作到便捷化的小马力微型机械再到当前符合规模化生产的大马力机械，耕作模式和栽培技术也在随之发生变化，耕作机械的进步使得传统的小麦栽培模式可以通过大型机械得以重生，但又与传统模式不同。稻茬麦复合耕作栽培技术是结合成都平原地区实际生产中的问题，针对稻茬小麦的栽培技术。通过对水稻收获前后的稻田土壤进行控水排湿、翻旋土壤调节土壤墒情后，播种小麦、施入底肥，再用水田打浆机浅旋土壤、盖种盖肥，结合水肥管理、病虫草害防治和化学调控等的管理措施的一种高效、抗旱、抗湿和丰产的小麦栽培技术。为此本研究以川麦104为材料，设置稻茬麦复合耕作、浅旋机播以及免耕稻草覆盖3种小麦栽培模式，探究稻茬麦复合耕作栽培技术对小麦生长发育的影响和稻茬麦复合耕作栽培技术的最适播种量。

1 材料和方法

1.1 试验设计

供试小麦品种为川麦104，发芽率87.76%。试验于2018—2019年在邛崃市固驿镇仁寿村（30°23′N，103°35′E，海拔482 m）进行，前作水稻，试验田土壤类型为水稻土，土壤质地为壤土。于试验前采用五点取样法用土转取耕层土（0～20 cm），自然风干。试验前土样测定土壤基础肥力，包括有机质、全氮、磷、钾和速效氮、磷、钾；速效氮采用碱解扩散法测定，全钾、速效钾用火焰光度计测定[15]，速效磷用钼锑抗比色法测定。土壤基础肥力测定结果为：有机质31.8 g/kg，全氮 1.25 g/kg，速效氮 107.3 mg/kg，速效钾158.0 mg/kg，速效磷32.9 mg/kg。

试验采用二因素裂区设计（耕作方式为主区，播种量为副区），耕播方式为复合耕作（T1）、浅旋机播（T2）、免耕稻草覆盖（T3），详见表1。设置3个不同播种量为副区：150（D1）、210（D2）和270 kg/hm2（D3）。3次重复，小区面积为4 m×15 m=60 m2，2018年11月3日播种，2019年5月12日收获。氮肥（N）用量均为150 kg/hm2，磷（P2O5）、钾（K2O）肥用量均为105 kg/hm2。其中氮肥施用比例为：底肥∶苗肥=7∶3，磷钾肥全部作底肥一次性施用。雨养供水。其他田间管理按大面积生产田进行。

表1 不同耕作方式处理流程Table 1 Procedures of different tillage managements

1.2 主要测定项目与方法

1.2.1 地上部分各时期各干物质积累

分别于小麦孕穗期和成熟期每小区取样30～35株。取样植株剪掉地下部分后，整株在105℃恒温烘箱中杀青30 min后，调温至80℃烘干至恒重，称质量，计算小麦在单茎和群体干物质积累量(×t/hm2)。其中：

孕穗后单茎干物质积累量=成熟期单茎干物质积累量-孕穗期单茎干物质积累量；

孕穗后群体干物质积累量=成熟期群体干物质积累量-孕穗期群体干物质积累量。

1.2.2 小麦分蘖调查

小麦播种出苗后，用1 m2的铝框调查各小区的单位面积基本苗数（×104/hm2）、高峰茎数（×104/hm2）、有效穗数（×104/hm2），计算成穗率、单株分蘖力以及单株成穗数。其中：

成穗率=有效穗数/最高茎数×100%；

单株分蘖力=（最高苗-基本苗）/基本苗；

单株成穗数=有效穗/基本苗。

1.2.3 植株形态测定

抽穗期每小区取10株具有代表性的小麦调查小麦旗叶长度、小麦各节间外径。成熟期每小区取10株具有代表性的小麦，调查成熟期小麦地上部分植株高度（茎秆基部到穗尖的长度）、穗长（穗茎节到穗尖长度）。

1.2.4 产量及产量构成

收获前，每小区分别取30株具有代表性的植株，进行考种，测定实粒数、千粒重，计算粒容量（×104/hm2）等性状，收获时小区全部机收，计算小麦在单位面积产量。其中：

粒容量=有效穗数×单穗粒数；

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2013和DPS 7.05处理系统分析数据，并用LSD法进行显著性测验。

2 结果与分析

2.1 不同耕播方式和播种量对稻茬小麦穗数形成的影响

由表2可知不同耕播方式对小麦有效穗建成存在显著影响；小麦基本苗数、最高苗数、有效穗数、成穗率T1处理显著高于T2、T3处理，表现为T1>T2>T3，表明复合耕作能够为小麦出苗提供良好的出苗环境，并有利于稳定小麦后期有效穗数；不同耕播方式对小麦的单株穗数和分蘖力无显著影响，这可能与小麦品种固有的特征有关。在T1处理中，小麦基本苗数、最高苗数以及有效穗数均表现为随播种量的增加而增加，在不同播种量下差异均表现显著。而单株穗数、单株分蘖力以及成穗率均表现为随播种量的增加显著降低。这表明在复合耕作条件下提高播种量能够显著增加小麦有效穗数，但同时也限制了小麦单株的分蘖能力，增加播种量的同时也提高了小麦的最高苗数导致成穗率显著下降；在T2处理中，小麦基本苗数、最高苗数和有效穗数均表现为随播种量的增加而增加，其基本苗数、最高苗数在不同播种量下差异均表现显著，但与T1处理中不同，T2处理小麦在有效穗数上（表5）以D2、D3显著高于D1，D2、D3间差异不显著。而单株穗数、单株分蘖力、成穗率均表现为随播种量的增加而降低，且均已D1处理显著高于D2、D3处理，D2、D3处理间差异不显著。表明浅旋机播中在D2的基础上进一步提高播种量对小麦有效穗的形成无显著助益效果；在T3处理中，不同播种量下小麦基本苗数、最高苗数、有效穗数均表现与T2处理趋势一致，而小麦单株穗数、单株分蘖力、成穗率均表现为随播种量的增加而降低。与T2不同T3处理在进一步提高播种量后单株成穗数和单株分蘖力在不同播种量下差异显著。原因可能是免耕覆盖稻草处理小麦基本苗数不足导致的。

表2 耕作方式和播种量对小麦有效穗形成的影响Table 2 Effects of tillage and sowing rate on effective panicle formation of wheat

2.2 不同耕播方式和播种量对稻茬小麦干物质积累的影响

由表3可见，孕穗期小麦单茎干物质重和群体干物质重表现为T1>T2>T3，其中孕穗期小麦单茎干物质重以T1、T2显著高于T3处理，T1、T2间差异不显著。孕穗期小麦群体干物质重在不同耕播方式下差异不显著；成熟期小麦单茎干物质重表现为T2处理显著高于T1、T3处理。原因可能是后期T2处理单穗重增加导致的，这反映在T2处理的成熟期穗长（表4）和穗粒数（表5）等性状上。成熟期小麦群体干物质重表现为T1>T2>T3，且不同处理间差异显著；孕穗后单茎干物质积累量以T2T3处理显著高于T1处理，群体干物质积累量则表现为T2>T1>T3，原因可能是浅旋机播处理后期穗部良好的性状相关；不同耕播方式下孕穗期单茎干物质重均表现为D1>D2>D3，不同耕播方式下中不同播种量对孕穗期群体干物质重均无显著影响；T1处理中成熟期小麦单茎干重表现为D1>D3>D2，不同播种量间差异显著，小麦群体干物质重以D3处理显著高于D1、D2处理，D1、D2处理间差异不显著。T2处理中成熟期小麦单茎干重表现为D1、D3显著高于D2，群体干物质重以D3处理显著高于D1、D2处理，D1、D2处理间差异不显著。T3处理中成熟期小麦单茎干重表现为D1显著高于D2、D3，不同播种量下群体干物质重差异不显著，说明相较于复合耕作和浅旋机播，免耕稻草覆盖条件下增加播种量对小麦在成熟期群体干物质积累无显著影响。孕穗期后小麦单茎干物质积累量随播种量的增加呈先减少后增加的趋势，群体干物质则表现为随播种量的增加而增加的趋势。

表3 耕作方式和播种量对小麦干物质积累的影响Table 3 Effects of tillage and sowing rate on dry matter accumulation in wheat

由图1可见，不同耕播方式的小麦在各阶段干物质积累比例表现为：抽穗期前>抽穗期后。不同处理小麦在抽穗前干物质积累比例表现为T1（45.9%）>T2（40.6%）>T3（39.5%），在抽穗后则与之相反。表明采用复合耕作耕播方式小麦抽穗前的干物质积累阶段较其他两者更具优势，可能是其基本苗数不同导致的有效穗差异造成的。在不同播种方式下，小麦抽穗前的干物质积累比例均表现为随播种量的增加逐渐减少的趋势。

图1 耕作方式和播种量对各阶段干物质积累比例的影响Figure 1 Effects of tillage methods and sowing rate on dry matter accumulation ratio in different stages

2.3 不同耕播方式和播种量对稻茬小麦抽穗期形态的影响

由表4可知不同耕播方式和播种量对小麦各形态指标均存在显著或极显著影响。不同耕播方式间抽穗期小麦各节间外径表现为T1>T2>T3，抽穗期旗叶长度以T2处理显著高于T1、T3处理。成熟期穗长株高均以T1、T2处理显著高于T3处理。表明浅旋机播处理相较于T1、T3处理能获得长穗、大穗。T1处理中小麦各节间外径均表现为D3处理最小，说明播种量提高后不利于植株外径的增加。抽穗期旗叶长度表现为D2、D3显著高于D1处理，说明适当增加小麦播种量后能提高小麦抽穗期旗叶长度。但成熟期的穗长和株高以D2处理最低，这可能是其单株分蘖数高于D3处理导致的。T2处理中小麦各节间外径均表现为D1>D2>D3，说明增加播种量会导致小麦茎秆变细。于T1处理不同，T2处理抽穗期旗叶长度、成熟期株高、穗长表现为D1>D2>D3，这可能与有效穗的数量有关。T3处理中小麦各节间外径均表现为D2>D1>D3，说明免耕覆盖稻草条件下适当增加播种量对小麦茎秆外径提高有一定助益，分析其原因可能是在低播种量条件下其单株有效分蘖数过高造成的。抽穗期小麦旗叶长度表现为D1、D2显著高于D3处理，成熟期株高、穗长在不同播种量条件下不存在显著差异。

表4 耕作方式和播种量对小麦形态的影响Table 4 Effects of tillage methods and sowing rate on wheat morphogenesis

2.4 不同耕播方式和播种量对稻茬小麦产量及其构成的影响

由表5可知不同耕播方式和播种量对小麦产量及其构成均存在极显著影响，产量以T1和T2处理显著高于T3处理，较T3处理分别高出14.3%、12.0%，主要原因在于T1、T2处理的千粒重和粒容量显著高于T3处理；进一步分析可见T1处理有效穗显著高于T2、T3处理，T2处理千粒重显著高于T1、T3处理；表明复合耕作的优势在于有效穗，而浅旋机播的优势在于穗粒数。T1处理中小麦产量以D3处理最高，随着播种量的增加，小麦产量、有效穗呈显著增加的趋势，粒容量、穗粒数以D2、D3显著高于D1处理。千粒重则以D1处理显著高于D2、D3处理。表明复合耕作栽培提高播种量可提高小麦群体的粒容量进而提高小麦产量，但会导致千粒重的下降；T2处理中不同播种量间小麦实际产量差异显著，以D3处理最高，随着播种量的增加，小麦产量、有效穗、千粒重呈增加的趋势，穗粒数则与之相反，穗粒数以D1、D2处理显著高于D3处理。不同密度下的粒容量无显著差异；T3处理中小麦产量以D3处理最高，D1、D2间的差异不显著，产量构成上随着播种量的增加小麦有效穗逐渐增加，以D2、D3处理显著高于D1处理，D2、D3间无显著差异，穗粒数则表现为随播种量的增加逐渐减少以D1处理显著高于D2、D3处理。不同播种密度下的粒容量无显著差异。

表5 耕作方式和播种量对小麦产量及其构成的影响Table 5 Effects of tillage and sowing rate on yield and composition of wheat

3 讨论

3.1 不同耕播方式和播种量对稻茬小麦形态建成的影响

关于播种方式对小麦生长和形态建成的影响，李金刚等[12]研究认为免耕条件下小麦的单株分蘖力及有效穗高于翻耕。樊高琼等[14]认为免耕较翻耕具有更强的分蘖能力，茎蘖成穗率高且显著增产。本研究表明：复合耕作条件下小麦的单株成穗数略低于其他两种方式，但无显著差异。复合耕作的小麦成穗能力更强，各节间外径均大于其余两种播种方式。复合耕作处理条件下小麦的穗短、旗叶短，单茎重心低等性状表现有利于小麦抗倒伏[16]。前人研究表明播种量提高会降低小麦穗长[17]，本研究中浅旋机播和免耕稻草覆盖在提高播种量后旗叶长度、穗长和株高降低。但对复合耕作而言适当提高播种量有利于提高小麦旗叶长度，播种量为270 kg/hm2；条件下穗长、株高显著增加。这可能是复合耕作在进一步提高播种量后单株分蘖能力较其他耕作措施降幅更大，使小麦个体获得了充足的空间和养分所致。

3.2 不同耕播方式和播种量对稻茬小麦干物质积累的影响

赵竹等[18]的研究表明旋耕耕作有利于小麦生长后期干物质积累。本研究表明：复合耕作和浅旋机播处理小麦在孕穗期的单茎干物质重显著高于免耕覆盖稻草处理，其原因可能在于翻旋土壤后改善了土壤的物理性状有利于小麦对土壤深层养分的吸收，复合耕作处理小麦在各生育阶段的群体干物质重量显著高于浅旋机播主要与其有效穗数间的差异有关。进一步对比浅旋机播和复合耕作在干物质积累的差异可见复合耕作可以通过分蘖的大量发生提高其在孕穗前的干物质积累量和积累比例，但在孕穗后浅旋机播的小麦单茎干物质积累量显著高于复合耕作。张小涛等[19]的研究表明增加播种量均有利于小麦干物质累积量的增加；师日鹏等[20]的研究表明提高播种量可显著增加小麦在开花-成熟阶段干物质累积量，这与本研究中的复合耕作和浅旋机播处理一致，但免耕覆盖稻草处理下，各生育期的小麦群体干物质重和孕穗后干物质积累量在不同播种量间差异不明显，原因在于免耕处理小麦基本苗数量少，但单株分蘖能力强所致。在单茎秆干物质积累方面，不同耕作处理下，小麦孕穗期单茎干物质重随播种量的增加逐渐减少，至成熟期不同播种方式下单茎干物质重均表现为随播种量的增加先减少后增加，原因可能与不同播种量下小麦的单株分蘖能力和有效穗数的变化有关。

3.3 不同耕播方式和播种量对稻茬小麦产量的影响

不同耕作方式对小麦产量及其构成影响显著[21-22]，A.Akbarnia等[23]发现，常规耕作、少耕和免耕条件下小麦产量和千粒重大小表现为常规耕最大，免耕最小。李金刚等[12]的研究表明，旋耕和翻耕的覆种出苗效果好，断垄率和晾籽率低，这与本研究一致。本研究表明复合耕作和浅旋机播产量较免耕稻草覆盖能显著提高小麦实际产量的原因在于：相较于免耕覆盖稻草处理，复合耕作处理和浅旋机播处理在小麦播种后能显著提高小麦的基本苗数进而提高小麦有效穗。复合耕作和浅旋机播产量差异虽不显著，但浅旋机播有效穗不及前者，主要原因在于复合耕作通过两次旋耕盖种，相较于浅旋机播一次旋耕更能有效保障土壤墒情。在现今的小麦生产中相较于提高后期小麦穗粒数或千粒重而言有效穗的提高更为可靠风险更小。对于规模化种植户而言小麦播后出苗效果是产量形成的关键，对比本研究中传统的种植模式小麦出苗效果更好，更能保障小麦有效穗。这反映出复合耕作栽培技术的稳定性。与之对比，浅旋机播的主要优势在于其穗部性状（穗粒数、成熟期穗长度）、单茎干物质重以及孕穗后干物质积累量优于复合耕作。

前人的研究认为提高小麦的有效穗数是四川盆地小麦产量的关键，在此基础上协调好小麦穗部性状是小麦高产的基础[2,24-25]。朱正斌等[26]的研究表明小麦基本苗和有效穗与播种量有显著性正相关关系这与本研究结果一致。本研究表明三种不同耕播方式下产量均以播种量以270 kg/hm2处理最高，但原因各不相同。复合耕作是因播种量的增加导致的有效穗和粒容量的增加，浅旋机播和免耕稻草覆盖则是播种量增加后有效穗增加和千粒重增加共同作用的结果。程振勇、李进永等[27-28]的研究表明随着小麦播种量的提高穗粒数逐渐降低，本研究中不同耕作方式条件下皆呈现相同趋势。在千粒重方面：复合耕作和免耕覆盖稻草处理均表现为随播种的增加先降低后增加的趋势。浅旋机播处理则表现为随播种的增加逐渐增加，且差异显著。原因可能是在每次提高播种量后小麦穗粒数均显著下降，在播种量增加为270 kg/hm2后有效穗增加不显著导致，这反映出浅旋机播更能协调小麦的穗部性状和有效穗数量间的关系。

4 结论

复合耕作通过两次翻旋土壤，改善土壤结构为小麦提供了良好的出苗环境，相较于其他两种方式节间外径粗、旗叶短和群体干物质积累量多。在进一步提高播种量后仍能显著提高小麦有效穗，继而提高小麦产量。是典型的多穗型、稳定型小麦栽培模式。浅旋机播小麦后期干物质积累比例高，单穗长度大，能协调小麦有效穗和穗部性状间的关系进而提高小麦产量；免耕小麦在雨养灌溉条件下前期出苗差，导致单株分蘖能力提高，单茎素质下降，群体有效穗、干物质积累不足，产量低于复合耕作和浅旋机播。