秸稈帶狀覆蓋對(duì)旱地冬小麥生長的影響

宋亞麗，楊長剛，柴守璽(.慶陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 慶陽 745000； .甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 70070；.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 70070)

秸稈帶狀覆蓋對(duì)旱地冬小麥生長的影響

宋亞麗1，楊長剛2，柴守璽3
(1.慶陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 慶陽 745000； 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

進(jìn)行西北半干旱雨養(yǎng)條件下，秸稈帶狀覆蓋對(duì)冬小麥生長、產(chǎn)量和土壤水分影響的田間試驗(yàn)。結(jié)果表明，秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋均可提高冬小麥開花前的土壤含水量，開花后地膜覆蓋的土壤墑情不如秸稈帶狀覆蓋；秸稈帶狀覆蓋冬小麥的株高和葉面積指數(shù)在抽穗前不如地膜覆蓋，但開花后與地膜覆蓋無顯著差異；秸稈帶狀覆蓋使冬小麥增產(chǎn)27.9%，水分利用效率提高20.7%，地膜覆蓋的產(chǎn)量和水分利用效率均與秸稈帶狀覆蓋無顯著差異。秸稈帶狀覆蓋是兼顧高產(chǎn)節(jié)水高效的耕作方式。

旱地冬小麥； 秸稈覆蓋； 農(nóng)藝性狀； 產(chǎn)量

干旱缺水是制約旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的瓶頸。降水是北方旱地土壤水分的主要來源，80% 以上的農(nóng)作物生長是靠250～600 mm的天然降水[1]，其中70%～80% 的雨水以地表徑流和無效蒸發(fā)形式損失，導(dǎo)致干旱頻發(fā)，作物生產(chǎn)潛力由于水分的限制衰減了67%～75%，糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)[2]。因此，將有限的降水?dāng)r截蓄積，減少地表徑流和蒸發(fā)散失，增加土壤的蓄水保墑作用對(duì)旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義[3- 4]。通過改良栽培措施實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)，是亟待解決的問題[5]。覆蓋技術(shù)具有保蓄雨水、保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)、減少養(yǎng)分損耗、調(diào)節(jié)土溫、抑制雜草生長、增加產(chǎn)量和提高水分利用效率等多方面的綜合作用[6- 7]，有利于農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。目前，我國廣泛應(yīng)用的覆蓋方式主要是地膜覆蓋和秸稈覆蓋。大量研究表明，地膜覆蓋具有增溫、保水和增產(chǎn)早熟作用[1]，但普通地膜的抗分解特性使其殘留于土壤中難以降解，造成所謂的“白色污染”[8]，嚴(yán)重影響作物根系的生長發(fā)育和水肥的運(yùn)移，致使農(nóng)作物減產(chǎn)[9]，尤其在水肥不能充分保證的旱地上長期地膜覆蓋會(huì)導(dǎo)致地力的嚴(yán)重耗竭[10]。秸稈覆蓋在改善土壤物理?xiàng)l件、培肥地力、蓄水保墑和增加作物產(chǎn)量方面，已被大量研究和生產(chǎn)實(shí)踐所證明[4,11]，是解決我國北方旱農(nóng)地區(qū)“旱”與“薄”的有效途徑之一[12]，但陳素英等[13]研究認(rèn)為，秸稈覆蓋對(duì)作物出苗率具有抑制作用，造成冬小麥穗數(shù)降低，導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

秸稈帶狀覆蓋是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)提出的一種局部覆蓋的作物種植新技術(shù)，克服傳統(tǒng)全地面覆蓋降低地溫的缺點(diǎn)，冬小麥較露地增產(chǎn)30% 以上[14]。但現(xiàn)有研究多集中于秸稈帶狀覆蓋對(duì)土壤水分和溫度的影響，而對(duì)于小麥群體結(jié)構(gòu)的研究尚缺乏，本研究以露地種植為對(duì)照，并對(duì)比地膜覆蓋，分析秸稈帶狀覆蓋對(duì)冬小麥地上部生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響，為實(shí)現(xiàn)冬小麥節(jié)水高產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1材料

試驗(yàn)于2014年9月至2015年7月在甘肅省通渭縣常河鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行。該地海拔1 590 m，年日照時(shí)數(shù)2 100～2 430 h，年均氣溫7.4 ℃，無霜期120～170 d，年蒸發(fā)量>1 350 mm，年降水量390.7 mm，為黃土高原典型雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)典型代表區(qū)。試驗(yàn)點(diǎn)土壤為黃綿土，試驗(yàn)?zāi)甓刃←溕诳偨邓?45.8 mm，5 mm 以上的有效降水為319.9 mm。

供試小麥品種為甘肅農(nóng)科院選育的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)新品種蘭天26號(hào)。地膜采用高強(qiáng)度地膜，幅寬120 cm、厚度0.008 mm。

1.2處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理：秸稈帶狀覆蓋(SM)；地膜覆蓋(PM)；以露地條播為對(duì)照(CK)。小區(qū)面積45 m2(5 m×9 m)，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。 SM處理，秸稈覆蓋帶與種植帶共60 cm，播種時(shí)預(yù)留覆蓋帶，寬度30 cm，于冬小麥3葉期將玉米秸稈整稈放置于預(yù)留覆蓋帶，種植帶條播3行，行距15 cm。PM處理，平作，地膜全地面覆蓋，膜面覆土1 cm，穴播，穴距12 cm，行距20 cm。對(duì)照，平作，開溝條播，行距20 cm。

地膜覆蓋時(shí)間為2014年9月26日，秸稈覆蓋量為風(fēng)干重9 000 kg·hm-2。播種期為2014年10月1日。各處理播種量和施肥量相同，每小區(qū)種25行，播量均為270 kg·hm-2，基肥用量為純N 150 kg·hm-2，P2O5120 kg·hm-2，生育期不再追肥，在灌漿前期進(jìn)行1次“一噴三防”作業(yè)。

1.3測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤水分及相關(guān)指標(biāo)

在冬小麥各主要生育時(shí)期采用烘干法測(cè)定0～200 cm 土層的土壤含水量，分0～20、20～40、40～60、60～90、90～120、120～150、150～180 和180～200 cm 共8個(gè)土層分別取土樣，各處理取樣位置均位于種植行間。計(jì)算土壤水分利用效率。

1.3.2 各生育時(shí)期小麥莖數(shù)、株高和葉面積

分別于冬小麥各生育時(shí)期，調(diào)查小麥1 m 樣段的小麥莖數(shù)。每小區(qū)隨機(jī)選取10株，測(cè)定小麥株高，并將其全部綠色葉片摘下稱重，稱取全部葉片的1/5，通過長寬系數(shù)法，用比重法計(jì)算葉面積，計(jì)算葉面積指數(shù)。

1.3.3 小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

小麥成熟前1周，從每小區(qū)中選3點(diǎn)測(cè)定單位面積穗數(shù)；小麥成熟后按小區(qū)收獲，脫粒后曬干稱重，折算成籽粒含水量為12.5% 的產(chǎn)量。在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20株帶回室內(nèi)按國標(biāo)方法測(cè)定每穗粒數(shù)、千粒重。

1.4數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1對(duì)0～200cm土壤水分的影響

由圖1可知，在冬小麥拔節(jié)前，SM和PM處理0～200 cm土壤含水量均高于對(duì)照，差異達(dá)到顯著水平，2個(gè)覆蓋處理間無顯著差異；在返青期和拔節(jié)期，SM處理的土壤含水量分別較對(duì)照高1.2 和1.0百分點(diǎn)(不同處理間含水量差值，下同)，PM處理分別較對(duì)照高1.4 和1.1百分點(diǎn)。隨著生育進(jìn)程推進(jìn)，植株蒸騰作用增強(qiáng)，開花后PM處理的土壤含水量顯著低于對(duì)照，SM處理與對(duì)照間無顯著差異；在開花期、灌漿期和成熟期，SM處理土壤含水量分別較PM處理高0.8、0.6 和0.7百分點(diǎn)。可見，秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋均能改善冬小麥生長前期的土壤墑情，地膜覆蓋在小麥開花后表現(xiàn)出明顯的降墑效應(yīng)，秸稈帶狀覆蓋的土壤墑情則與露地?zé)o明顯差異，有利于小麥開花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)。

SD為播種期；RV為返青期；JT為拔節(jié)期；FL為開花期；GF為灌漿期；MT為成熟期。同生育期無相同小寫字母表示組間差異達(dá)顯著水平(P<5%)圖1 各處理小麥不同生育期0～200 cm的土壤含水量

2.2對(duì)麥田耗水量和水分利用效率的影響

由表1可見，SM和PM處理均有利于冬小麥土壤的貯水，0～200 cm土壤貯水量分別較對(duì)照增加24.4和46.5 mm；PM處理的土壤貯水消耗量高于SM處理，差異達(dá)到顯著水平；SM和PM處理的總耗水量分別較對(duì)照增加6.0%和11.5%。SM和PM處理的水分利用效率顯著高于對(duì)照，增幅分別為20.7%和18.5%，2個(gè)覆蓋處理間無顯著差異。

可見，秸稈帶狀覆蓋和地膜覆蓋均可提高小麥水分利用效率，但秸稈帶狀覆蓋的農(nóng)田耗水量顯著低于地膜覆蓋。

表1 各處理麥田總耗水量及其分配情況

注：同列無相同小寫字母表示組間差異達(dá)顯著水平(P<5%)。表2～5同。

2.3對(duì)冬小麥生長的影響

2.3.1 群體變化

由表2可見，各處理冬小麥基本苗數(shù)無明顯差異。從出苗到越冬期，小麥群體明顯增加，以PM處理的莖數(shù)最多，分別比SM處理和對(duì)照增加15.5%和23.3%。在拔節(jié)期，群體數(shù)量達(dá)到最大。在開花期和灌漿期，2個(gè)覆蓋處理分別平均較對(duì)照增加12.7% 和19.0%，覆蓋處理間無顯著差異。

表2 小麥不同生育時(shí)期各處理的群體生長表現(xiàn)

在越冬期，地膜覆蓋的莖數(shù)比秸稈帶狀覆蓋多173.5萬·hm-2，在返青期僅略多62.7萬·hm-2，可見，秸稈帶狀覆蓋小麥分蘗的越冬率高于地膜覆蓋，小麥生長中后期，覆蓋處理的莖數(shù)無明顯差異。

2.3.2 株高

表3表明，處理間小麥各生育時(shí)期的株高均存在顯著差異，越冬期覆蓋處理的株高顯著高于對(duì)照，2個(gè)覆蓋處理間無顯著差異。返青至抽穗期，PM處理顯著高于SM處理，SM處理與對(duì)照無顯著差異；抽穗期各處理間株高的極差最大，PM處理的株高比對(duì)照增加12.1 cm；開花和成熟期，覆蓋處理的株高顯著高于對(duì)照，SM和PM處理分別較對(duì)照增加9.7和10.9 cm。開花前地膜覆蓋對(duì)冬小麥株高的增加最為有利，抽穗至成熟期，秸稈帶狀覆蓋的株高增幅最大，成熟期2個(gè)覆蓋處理的株高無明顯差異。

表3 小麥不同生育時(shí)期各處理的株高表現(xiàn)

2.3.3 葉面積指數(shù)

葉面積指數(shù)是反映作物群體光合能力的重要指標(biāo)。各處理小麥葉面積指數(shù)在不同生育時(shí)期均存在顯著差異。表4表明，拔節(jié)期和抽穗期均表現(xiàn)為PM處理>SM處理>對(duì)照；在開花期，2個(gè)覆蓋處理間無顯著差異，但顯著高于對(duì)照；灌漿期表現(xiàn)為SM處理>對(duì)照>PM處理。

表4 小麥不同生育時(shí)期各處理的葉面積指數(shù)表現(xiàn)

開花前地膜覆蓋小麥植株發(fā)育較好，葉面積指數(shù)最高。開花后地膜覆蓋小麥植株的葉片開始衰老，秸稈帶狀覆蓋小麥葉片的功能期較長；在灌漿期，地膜覆蓋單株葉面積明顯下降，葉面積指數(shù)顯著低于秸稈帶狀覆蓋。

2.4產(chǎn)量和主要農(nóng)藝指標(biāo)

從表5可見，SM和PM處理的產(chǎn)量分別較對(duì)照增加27.9% 和32.1%，2個(gè)覆蓋處理間無顯著差異。比較構(gòu)成產(chǎn)量的3個(gè)要素，SM處理的穗數(shù)和千粒重分別較對(duì)照增加16.1% 和9.3%，PM處理分別較對(duì)照增加25.4% 和6.3%，各處理間的每穗粒數(shù)無顯著差異。

表5 各處理小麥產(chǎn)量及主要農(nóng)藝指標(biāo)的表現(xiàn)

單株生物量能直觀反映作物營養(yǎng)生長狀況，SM和PM處理的單株生物量均高于對(duì)照，差異達(dá)到顯著水平，平均增幅為21.7%，2個(gè)覆蓋處理間無顯著差異。收獲指數(shù)是反映營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)化為籽粒的生產(chǎn)效率的指標(biāo)，PM處理的收獲指數(shù)顯著低于對(duì)照，SM處理與對(duì)照無顯著差異，可見地膜覆蓋小麥籽粒的生產(chǎn)效率明顯低于秸稈帶狀覆蓋。

3 小結(jié)與討論

土壤水分狀況是作物根系生長的關(guān)鍵因素，對(duì)作物生長發(fā)育和產(chǎn)量具有決定性作用[15]。提高自然降水的利用效率，使作物充分利用環(huán)境水和最大限度地節(jié)約本身用水，是實(shí)現(xiàn)作物高效用水的基本途徑[16]。本試驗(yàn)中，秸稈帶狀覆蓋小麥各生育時(shí)期的土壤含水量均處于較高水平，特別在開花后顯著高于地膜覆蓋。覆蓋處理均可顯著提高冬小麥水分利用效率，但地膜覆蓋的高產(chǎn)建立在高耗水的基礎(chǔ)上，不利于下茬作物的生產(chǎn)。

不同栽培方式土壤水熱狀況不同，進(jìn)而影響作物的生長發(fā)育。春季風(fēng)大，土壤水分散失快，覆蓋處理的保墑效果明顯，土壤含水量顯著高于露地。 陳玉章等[17]在定西的試驗(yàn)結(jié)果表明，秸稈帶狀覆蓋下冬麥拔節(jié)后0～25 cm土層溫度比露地低1.8～2.7 ℃。本試驗(yàn)條件下，返青至拔節(jié)期，地膜覆蓋小麥植株生長明顯好于秸稈帶狀覆蓋和露地，但地膜小麥由于生長旺盛，土壤水分的消耗最大，從孕穗期開始，秸稈帶狀覆蓋小麥的株高和分蘗數(shù)與地膜覆蓋相近。葉片是作物重要的光合器官，由于秸稈帶狀覆蓋的降溫效應(yīng)，冬小麥生長后期的葉面積系數(shù)明顯大于地膜覆蓋，葉片的衰老速度慢、功能期長；同時(shí)秸稈帶狀覆蓋是一種“種的地方不覆，覆的地方不種”的種植模式，形成“稀中有密、密中有稀”的田間小環(huán)境冠層結(jié)構(gòu)，透光性好，使小麥群體受光均勻，有利于小麥籽粒灌漿。本試驗(yàn)中2個(gè)覆蓋處理間產(chǎn)量無顯著差異，但秸稈帶狀覆蓋的收獲指數(shù)顯著高于地膜覆蓋，可見，秸稈帶狀覆蓋可提高作物蒸騰/蒸發(fā)比例，將有限降水用于籽粒生產(chǎn)。

地膜種植帶來的污染問題不容忽視，同時(shí)購買地膜、覆膜以及掏苗等費(fèi)用的產(chǎn)生，降低了地膜小麥的種植效益[18]，秸稈帶狀覆蓋技術(shù)通過合理使用秸稈資源，解決了秸稈焚燒所帶來的環(huán)境污染和資源浪費(fèi)的問題，運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)省時(shí)省力，且可結(jié)合旋耕將玉米秸稈還田，用以培肥土壤，有利于旱作農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

[1] 王彩絨, 田霄鴻, 李生秀. 溝壟覆膜集雨栽培對(duì)冬小麥水分利用率及產(chǎn)量的影響 [J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, 37(2): 208- 214.

[2] 任小龍, 賈志寬, 丁瑞霞, 等. 我國旱區(qū)作物根域微集水種植技術(shù)研究進(jìn)展及展望 [J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2010, 28(3): 83- 89.

[3] 魯向暉, 隋艷艷, 王飛, 等. 秸稈覆蓋對(duì)旱地玉米休閑田土壤水分狀況影響研究 [J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境, 2008, 22(3): 156- 159.

[4] 劉婷, 賈志寬, 張睿, 等. 秸稈覆蓋對(duì)旱地土壤水分及冬小麥水分利用效率的影響 [J]. 西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2010, 38(7): 68- 76.

[5] 李玲玲, 黃高寶, 秦舒浩, 等. 保護(hù)性耕作對(duì)綠洲灌區(qū)冬小麥產(chǎn)量形成的影響 [J]. 作物學(xué)報(bào), 2011, 37(3): 514- 520.

[6] 李全起, 陳雨海, 吳巍, 等. 秸稈覆蓋和灌溉對(duì)冬小麥農(nóng)田光能利用率的影響 [J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2006, 17(2): 243- 246.

[7] 楊長剛, 柴守璽, 常磊. 半干旱雨養(yǎng)區(qū)不同覆膜方式對(duì)冬小麥土壤水分利用及產(chǎn)量的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2015, 35(8): 2676- 2685.

[8] 薛少平, 朱琳, 姚萬生, 等. 麥草覆蓋與地膜覆蓋對(duì)旱地可持續(xù)利用的影響 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2002, 18(6): 71- 73.

[9] 畢繼業(yè), 王秀芬, 朱道林. 地膜覆蓋對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量的影響 [J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2008, 24(11): 172- 175.

[10] 汪景寬, 張繼宏. 地膜覆蓋對(duì)土壤肥力影響的研究 [J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1992, 23(z9): 32- 37.

[11] 秦嘉海. 免耕留茬秸稈覆蓋對(duì)河西走廊荒漠化土壤改土培肥效應(yīng)的研究 [J]. 土壤, 2005, 37 (4): 105- 108.

[12] 趙聚寶, 梅旭榮, 薛軍紅, 等. 秸稈覆蓋對(duì)旱地作物水分利用效率的影響 [J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 1996, 29(2): 58- 66.

[13] 陳素英, 張喜英, 孫宏勇, 等. 華北平原秸稈覆蓋冬小麥減產(chǎn)原因分析 [J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013, 21(5): 519- 525.

[14] 柴守璽. 一種旱地秸稈帶狀覆蓋作物種植新技術(shù) [J]. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2014, 49(5): 42.

[15] 于舜章, 陳雨海, 余松烈, 等. 溝播和壟作條件下冬小麥田的土壤水分動(dòng)態(tài)變化研究 [J]. 水土保持學(xué)報(bào), 2005, 19(2): 133- 137.

[16] 高延軍, 張喜英, 陳素英, 等. 冬小麥品種間水分利用效率的差異及其影響因子分析 [J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2004, 23(5): 45- 49.

[17] 陳玉章, 柴守璽, 范穎丹, 等. 覆蓋模式對(duì)旱地冬小麥土壤溫度和產(chǎn)量的影響 [J]. 中國農(nóng)業(yè)氣象, 2014, 35(4): 403- 409.

[18] 宋亞麗, 楊長剛, 李博文, 等. 秸稈帶狀覆蓋對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量及土壤水分的影響 [J]. 麥類作物學(xué)報(bào), 2016, 36(6): 765- 772.

(責(zé)任編輯：張才德)

S512

：A

：0528- 9017(2017)09- 1519- 04

2017- 06- 29

宋亞麗(1990—)，女，甘肅慶陽人，助理農(nóng)藝師，碩士，從事作物栽培與生理生態(tài)研究工作，E- mail: SAL219600@163.com。

文獻(xiàn)著錄格式：宋亞麗，楊長剛，柴守璽. 秸稈帶狀覆蓋對(duì)旱地冬小麥生長的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(9)：1519- 1522.

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170907