壟作栽培條件下作物生理特性研究進展

扈 婷，鄭華斌，陳 楊，黃 璜

(湖南農業大學農學院，長沙410128)

當前，作物栽培研究的重點是節水節肥，降低成本，提高效益及保護環境，有利于農業的可持續發展。壟作栽培是一種相對于傳統栽培(平作)的新型栽培方法，不僅克服了傳統栽培的許多不利因素，有節水、保肥、增產等優點，而且還能在一定程度上改變土壤的光、熱、水條件和微生物活動環境，較好地協調作物賴以生存的小氣候條件，可產生節能、降耗、高效的良好生態效益和社會經濟效益[1]，特別是對于需水量大的作物，如水稻，壟作栽培能顯著提高稻田的水分利用率，緩解干旱缺水地區水稻生產的壓力，減少稻田水資源的浪費。

國外在作物壟作栽培技術上的研究起步較早，40年代已有作物壟作技術的研究。近年來作物壟作技術已由原來雨量稀少而多暴雨的半干旱地區擴大到熱帶草原，由中耕作物擴大到麥類作物，由旱地農業擴展到灌溉農業[2]。當前，美國約有50%的耕地采用起壟、覆蓋、少免耕的保護性耕作法，墨西哥90%的小麥區實行了壟作栽培[3]。

在我國，自20世紀80年代以來，壟作栽培技術也已在水稻、小麥、玉米、大豆、油菜等多種作物上取得了較為廣泛的推廣應用，并獲得了相應的增產效果[4]，其中山東省成功研究出小麥壟作栽培方法。壟作栽培在我國南方稻區也得到廣泛應用并取得了一系列成果[5]。筆者擬分別介紹壟作對水稻以及對旱地作物(小麥、玉米、大豆、棉花等作物)生理特性的影響。

1 壟作的田間小氣候效應

1.1 對田間溫度的影響

壟作增加了土壤表面積，因而受光受熱面積增大，白天溫度高，升溫快，晚上由于土壤表面積大，含水量相對少而降溫迅速，導致壟作栽培的晝夜溫差變幅較大，對作物生長和干物質積累極為有利[6]。

馬忠明[7]等連續17 d對春小麥壟作溝灌栽培進行調查，結果表明，與平作栽培相比，壟作栽培具有明顯的增溫效應，0～10 cm土壤日均溫度較平作栽培提高0.65～1.25℃，平均提高1.41℃。隨著氣溫升高，壟作與平作栽培土壤溫度的差異逐漸增大，至16:00左右，差異最大，達1.73℃，之后隨氣溫下降土壤溫度差異減小。在春小麥拔節前，以0～5 cm土層土壤溫度增幅最大，平均土壤溫度較平作栽培高1.39℃。許多研究和生產實踐證明，壟作比平作耕層溫度提高1～3℃，是改善土壤溫度狀況的有效措施[8，9]。此外，在棉花研究中發現，壟作的增溫作用可有效地克服麥套春棉普遍存在的遲發、晚熟、低產等問題，更有利于實現麥套春棉壯苗、早發、早熟、高產[10]。

應用半旱式栽培方式可以使稻田土壤處于濕潤狀態，有利于土體與空氣交換，減少水中的有害物質，促進微生物活動，提高土壤養分轉化。崔光輝等[11]發現，在水稻根密集、吸收水分作用較大的5～10 cm耕層，分蘗期和孕穗期溫度均高于平作，這對加速水稻秧苗的返青和后期的生長發育有著重要的作用。另有研究發現，壟作與平作相比，由于受熱受光面積大，稻田表層溫度升高，日均溫可增加0.5℃，水稻生育期有效積溫增加，使分蘗高峰期比平作早10～15 d出現，同時有效分蘗增多，分蘗生長加快，成穗率提高，使水稻產量增加[6，12]。

1.2 對田間水分的影響

合理耕作，巧妙運籌水肥是植物健壯生長的良好基礎，也是提高作物經濟效益的有效技術措施。研究表明，壟作能減低作物生育期濕度和淺耕層含水量，有利于植株的生長發育，減少病蟲害的發生，葉片披垂型的品種更能充分發揮壟作降低田間濕度的作用，利于群體健康發展[13]。

傳統平作一般采取大水漫灌方式，不僅浪費大量水資源，而且容易使土壤板結，影響作物根系乃至整個植株的生長發育。機械壟作栽培改地面灌水方式為小水溝內滲灌，使水分利用率提高了30% ～40%，增加了土壤透氣性，消除了根際土壤的板結現象，為小麥根系的健康生長及土壤微生物的活動創造了條件[14]。王法宏等[15]研究證明，采用壟畦溝灌技術可有效協調節水與增產之間的矛盾，壟作麥田平均灌溉用水比平作少360 cm3/hm2，小麥平均增產7 200 kg/hm2。

1.3 對田間透光率的影響

壟作通過改變土壤和作物在田間的空間配置[3]，增大受光面積和光能截獲量，增加單位面積植株密度和緊湊度，改善了傳統平作因群體密度過大田間郁蔽而導致的通風透光不良現象，為植株的健壯生長打下良好的基礎[16]。

有研究表明，偏壟寬窄行種植模式下，無論行內還是行間，玉米距地面不同高度的透光率均高于常規種植，且冠層下部改善明顯[6]。王旭清等人[16]總結了小麥壟作的優勢:由于增加了邊行受光和多層受光及直接光照面積，葉片的葉綠素含量增加，光合性能增強，因而光能利用率顯著提高，高產小麥的產量潛力充分發揮出來，使小麥生物產量和經濟產量均不同程度增加。

水稻平作栽培因基部長期淹水，光照很弱，抑制了分蘗芽的萌發，壟作的斜面造型使水稻基部光照充足。劉建松觀測發現，在距田面10、20、30 cm處，晚稻幼穗分化期壟作田比平作田距田透光度分別增加 0.02%、0.113%、0.307%[17]，有利于延長植株中下部葉片的功能期，降低呼吸消耗，為中后期分蘗和幼穗分化提供充足的養料，使早發分蘗成穗。

2 壟作栽培對作物光合作用的影響

2.1 壟作栽培對葉面積指數及SPAD值變化的影響

徐成忠[26]等認為，壟作夏玉米全生育期葉面積系數比傳統平作增加2.3% ～36.4%，其中播后14 d葉面積指數增加36.4%，達到第一個峰值，表明苗期壟作比傳統平作長勢強壯;抽雄期葉面積指數增加5.5%，為第2個峰值，表明壟作栽培在生長最旺盛時比傳統平作栽培長勢更好;灌漿期葉面積指數增加8.9%，為第3個峰值，表明壟作栽培灌漿期綠葉面積穩定時間長，更有利于灌漿成熟。

對小麥的研究也發現了相似的規律。壟作處理下小麥各時期SPAD值均高于平作，特別是開花后，表明壟作栽培有利于提高小麥旗葉整個功能期以及灌漿中期的生理活性，有助于功能葉片保持長久的高光合能力[27]。

章秀福等人[28]研究發現，壟畦栽培對水稻葉片的長、寬有影響。在分蘗期，壟畦栽培的葉面積較大，協優9308葉片長度和寬度比常規栽培增加9.4%和5.6%，葉片寬度差異顯著;在齊穗期，上部3葉的長度和寬度均是常規栽培大于壟畦栽培;在抽穗后10～15 d，不同栽培方法的葉綠素含量相近，但到灌漿后期，壟畦栽培明顯高于常規栽培，且在抽穗后35 d葉綠素含量差別最大，秀水110和協優9308分別比常規栽培高414%和713%。

2.2 壟作栽培對葉片光合速率、蒸騰速率及氣孔導度的影響

馬麗等人[4]對夏玉米在吐絲期和拔節期的觀測結果表明，平作和壟作相比，從拔節期開始，壟作光合速率明顯高于平作，表現出較高的光合優勢。一天之內，在12∶00之前差異較小，12∶00之后差距加大，到18∶00左右二者差異又減小。壟作處理的葉片蒸騰速率(Tr)高于平作。不同生育時期處理間Tr的差異表現一致，但吐絲期Tr值要高于拔節期，在吐絲期，壟作的Tr最高值比平作的最高值高0.37 mmol H2O/m2·s。在兩個生育時期內，夏玉米不同處理葉片氣孔導度日變化均表現為壟作高于平作，這說明夏玉米實行壟作栽培，通風透光良好，田間空氣濕度降低，蒸騰速率增加，有利于氣體交換。

分析壟作小麥不同葉位葉片光合速率的變化，發現在壟作和平作栽培方式下，除大穗型的旗葉到倒二葉無明顯差異外，從旗葉到倒五葉的光合速率均存在顯著性差異，說明壟作通過改善群體內部的光分布狀況，能夠提高各葉位葉片的光合速率[29]。

在對水稻的研究過程中，發現在壟作方式下的光合速率都高于同一時期同一光強下傳統耕作方式下的光合速率[30]。在不同生育時期，壟作方式的光合速率和氣孔導度率均顯著或極顯著高于傳統耕作方式，而蒸騰速率差異不顯著，表明壟作促進了水稻光合速率的提高。

3 壟作栽培對作物生理酶活性的影響

研究表明，壟作與傳統平作相比，小麥籽粒灌漿后期旗葉超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、過氧化物酶(POD)、過氧化氫酶(CAT)及可溶性蛋白質含量等各項衰老指標均有顯著改善，表明壟作有利于延緩旗葉衰老，延長綠葉功能期[27]。

水稻在畦溝(壟作)栽培條件下，土壤干濕交替灌溉復水后，即土壤水勢為0 kPa時，水稻劍葉中的POD活性較傳統平作無顯著差異，但在落干期即土壤水勢小于0 kPa時，畦溝灌溉條件下POD活性顯著增加，且CAT、SOD活性變化趨勢與POD活性變化趨勢一致，表明在畦溝條件下，水稻能及時適應環境，使劍葉的保護酶活力維持在一個較高水平，有利于植株生長。在畦溝(壟作)栽培和傳統平作下，丙二醛含量均無顯著差異，說明兩種栽培方式對膜脂損傷程度無太大差別[33]。

4 壟作栽培對作物產量的影響

研究發現，壟作栽培可以使作物不同程度地增產。由于開溝起壟改變了土壤的微地形，提高了土壤氧化還原電位，有效地增強了作物根系活力，擴大了田面受光總面積，提高了土壤溫度，促進了有益微生物活動，增加了有效養分，土體內水、肥、氣、熱協調，作物抗逆性提高，病蟲危害減輕，同時靠近壟溝或者較寬空間的邊行產生較大的邊際效應，產量貢獻率大[34，35]。壟作玉米籽粒灌漿速率增大，千粒重增加26.79%，空稈率和倒伏率明顯降低，收獲指數提高，比平作增產 11.7%[36]。

有研究表明，與傳統平作相比，壟作栽培技術更有利于分蘗成穗率較高的多穗型品種發揮其產量潛力[29]。壟作栽培能夠顯著增加多穗型小麥的穗粒數和千粒重，進而提高產量，而大穗型小麥則不能完全發揮出壟作栽培的優勢。壟作小麥邊際效益高，使小麥產量較平作增產10% ～30.9%[15，16]。另有數據表明，在相同播量條件下，某些小麥品種壟作的成穗率不高，最終產量也不高，也說明壟作受品種影響[37，38]。

多年水稻壟作的試驗報道表明，壟栽能不同程度地增產，主要表現在有效穗的增加和結實率提高[39]。1994年，黃慶裕對比標準壟作的水稻經濟性狀及實際產量發現，標準壟作實際產量比平作增產14.6%，差異極顯著，明顯比其它處理好[34]。壟作的理論產量比傳統耕作方式增加32.86%，但是半旱式栽培廂作的產量隨廂寬的增加而下降[6，30]。此外，在壟作稻田養魚成功的基礎上，將種植業與養殖業結合，推行壟作稻田養雞鴨的生態種養，增加了單位面積利潤和產投比，水稻產量提高了9.04%，水稻的經濟效益、社會效益和生態效益也顯著提高[40，41]。

5 問題及展望

壟作栽培技術雖然早已存在并廣泛應用，但還存在一些亟待解決的問題。在壟作栽培技術上，應因地制宜地選擇配套技術類型;在作物品種的選擇上，篩選培育葉片披散型品種，以充分利用空間資源，截獲盡可能多的光能，可最大限度地發揮作物的邊行優勢[38]。此外，由于壟溝栽培起壟費工費時，農民投入大，生產積極性不高。為了解決這一矛盾，應探索出更切實可行的栽培方法，提高壟廂規格質量，加快起壟插秧機的機械研發，實現農機農藝的配套結合，為大面積推廣創造條件。

壟作栽培技術在干旱半干旱地區應用較多，但是由于壟作土壤保墑能力較平作差，土壤水分蒸發較快，應提倡壟作與免耕覆蓋相結合。在了解不同地區秸稈覆蓋方式、時期和數量產生的水溫效應不同，解決土壤水分和土壤增溫之間的矛盾等的前提下[3]，充分利用農田生產的大量秸稈，不僅可以減少焚燒秸稈帶來的污染問題，同時還能夠彌補旱作區壟作栽培前期壟體土壤水分散失快的不足，熱帶區還可防止夏季高溫對作物的危害。

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