不同土壤和播種深度下稻秸淋洗對小麥出苗及生長發育的影響

豆利嶺 劉慶峰 王寧 于建光 劉滿強 張永春 艾玉春

摘要：為準確評估稻秸對小麥的化感效應，有效設計農藝技術措施和配套農機操作，以應對稻秸還田產生的負面效應，開展不同土壤類型和播種深度下稻秸淋洗對小麥出苗及生長發育影響的盆缽試驗。試驗設置不覆蓋稻秸直接降水（無秸稈淋洗）或覆蓋稻秸后降水（秸稈淋洗）2種降水方式，選取2種土壤和3種播種深度，測定上述因素對小麥出苗率及小麥幼苗生長發育的影響。結果表明，在45 d內模擬降水總量80 mm的條件下，高沙土中小麥的出苗率及生長發育狀況總體好于黃泥土;隨著播種深度的增加，2種土壤中小麥的出苗率均呈下降趨勢，其中高沙土播種深度為5.0 cm、黃泥土播種深度為1.0 cm且覆蓋秸稈時，小麥出苗率和群體地上部總鮮質量顯著下降;秸稈淋洗顯著抑制小麥出苗率和生物量，且抑制作用隨小麥播種深度的增加而增強，當黃泥土中小麥播種深度達5.0 cm時，秸稈淋洗導致小麥不能出苗。在長江中下游稻麥輪作區土壤黏粒含量較高的地區，當稻秸還田并伴有降水時，應避免小麥播種過深，以減輕稻秸還田對小麥出苗及生長發育的抑制作用。

關鍵詞：土壤;播種深度;稻秸;淋洗;小麥;出苗;生長發育

中圖分類號： S512.104 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）23-0106-04

秸稈還田作為一項有效的秸稈處置措施被廣泛采用，秸稈還田技術以及還田效應在國內外被長期、大量地研究并報道[1]。長期秸稈還田不僅能增加土壤中養分含量，改善土壤結構，增加作物產量，還具有良好的環境與生態效應[2]。長江中下游稻麥輪作區是我國重要的糧食主產區，在該區域的茬口時間，要求快速收獲并播種下茬作物與處理上茬秸稈的矛盾長期存在;盡管長期秸稈還田有助于提高小麥的產量和增加土壤肥力[3]，但水稻收獲后大量稻秸還田對小麥出苗及幼苗生長發育產生不利影響的報道并不鮮見，同時稻秸還田后所引發的化感效應、病蟲草害多發、耕種質量低、農機農藝不配套等負面效應制約了其推廣應用，大量未有效處理的秸稈被遺棄后產生的大氣和水體污染事件層出不窮。

多數已有研究表明，秸稈全量還田使后茬小麥增產[4-5]，但也有研究認為，是否增產取決于多種因素的綜合效應[6]，如玉米秸稈還田對小麥產量的影響不顯著，但會提高赤霉病發生概率[7]。還有報道發現，未風化的冬小麥秸稈對自身秧苗生長發育產生抑制作用[8]。水稻秸稈還田條件下，影響小麥出苗的首要因素是土壤水分失衡，其次是秸稈阻礙[9]。水稻秸稈浸提液對小麥苗高、苗鮮質量、根鮮質量的影響表現為低濃度促進、高濃度抑制[10]。植物殘體導致的化感作用在全世界廣泛存在，植物常通過活體分泌或殘體腐解釋放化感物質[11]。當前的稻秸還田技術研究更多地圍繞克服還田稻秸的物理性障礙、養分固定以及構建快腐菌群等開展，而對稻秸化感效應的研究遠遠不夠。

目前，國內外圍繞秸稈覆蓋對小麥幼苗的影響研究較多，但關于秸稈覆蓋并經淋洗對不同土壤類型、播種深度下小麥的影響研究鮮有報道。稻麥輪作區水稻收獲后播種小麥時，由于水稻秸稈產生量大且稻秸還田耕作后土壤表層松軟，小麥的播種更易產生過深或過淺現象，加之小麥播種后常伴隨有間歇性陰雨天氣，因此應有效評估水稻秸稈還田后，在不同區域（土壤類型）、不同播種深度下，稻秸淋洗對小麥出苗及幼苗生長發育的影響，進而更有效地設計農藝技術措施和配套農機操作，以應對稻秸還田實踐產生的負面效應，同時助于有效預測稻麥輪作區不同年份小麥產量變動。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2015年10—12月在江蘇省農業科學院農業資源與環境研究所人工氣候室開展，供試水稻秸稈為成熟干燥未腐爛的水稻秸稈，粉碎至長2～5 cm備用。供試土壤為采自江蘇省泰州市的高沙土（pH值為7.25，有機質含量為 20 g/kg，全氮含量為0.55 g/kg）和無錫市的黃泥土（pH值為6.38，有機質含量為 48.2 g/kg，全氮含量0.88 g/kg）;供試小麥品種為寧麥13。

1.2 試驗設計

試驗選取2種土壤，設置不覆蓋秸稈直接模擬降水（無秸稈淋洗）或覆蓋稻秸后模擬降水（秸稈淋洗）2種水分管理方式，并設置3種播種深度，共12個處理（表1）。每個處理重復4次，總計48個盆缽。試驗容器為塑料盆缽（直徑為 17 cm，高度為16.5 cm），盆缽底部加網篩并用托盤支撐盆缽，每盆缽裝風干土2.3 kg。氮磷鉀用量：純N為0.15 g/kg，P2O5為0.1 g/kg，K2O為0.15 g/kg。將各處理盆缽所施用化肥與土壤充分混勻。覆蓋秸稈各處理盆缽分別添加秸稈，添加秸稈量等同于常規大田秸稈還田量（9 000 kg/hm2）。

試驗開始時，各處理盆缽土壤與水量均根據不同處理進行裝填，各盆缽最終加水至土壤田間最大持水量的75%。不同處理盆缽分別在不同深度播種小麥種子，各盆缽均播種小麥種子36粒，所有盆缽置于人工培養箱中培養，白天培養溫度為 20 ℃，恒溫，光照12 h，光照度為10 000 lx;夜間培養溫度為15 ℃恒溫，無光照。模擬降水各盆缽加入同等水量，具體操作：每5 d進行1次模擬降水，通過噴霧模擬降水，通過天平稱質量控制降水量，每次模擬降水量為8 mm，共10次，模擬降水總量為80 mm。

培養45 d后，對所有盆缽進行破壞性采樣，將小麥幼苗從土壤根部剪開，快速統計小麥苗數、株高和地上部鮮質量等，計算小麥出苗率;對部分小麥新鮮植株進行冷藏，用于測定植株丙二醛（MDA）、脯氨酸含量。

1.3 測定指標與方法

小麥出苗率通過出苗數與播種數相比獲得，小麥苗期株高采用直尺進行測量，地上部鮮質量通過精確到0.01 g的電子天平進行稱量，小麥植株丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸法，脯氨酸含量的測定采用磺基水楊酸法。

1.4 數據處理

數據統計分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS13.0軟件進行，顯著性差異分析采用LSD法，因素分析采用GLM模型進行。

2 結果與分析

2.1 不同土壤類型、播種深度下秸稈淋洗對小麥出苗率的影響

由圖1可知，在相同播種深度與秸稈淋洗條件下，經45 d的培養后，高沙土處理小麥的出苗率均顯著高于黃泥土（P<0.05）;2種土壤無論是否經秸稈淋洗，隨著小麥播種深度增加，小麥的出苗率均逐漸下降，其中高沙土中播種深度達 5.0 cm 時小麥的出苗率顯著低于0.5、1.0 cm處理，黃泥土中播種深度達1.0 cm時小麥的出苗率就開始顯著降低。

高沙土中當小麥的播種深度為0.5、1.0 cm時，秸稈淋洗未對小麥的出苗率產生顯著影響，而當播種深度為5.0 cm時，秸稈淋洗顯著抑制小麥的出苗;黃泥土中所有播種深度下，秸稈淋洗均可降低小麥出苗率，其中播種深度為 1.0 cm 時，秸稈淋洗使小麥出苗率接近零，而當播種深度為 5.0 cm 時，秸稈淋洗的小麥不出苗，因此后面不對該處理作差異顯著性分析。

2.2 不同土壤類型、播種深度下秸稈淋洗對小麥株高的影響

由圖2可知，在相同播種深度及秸稈淋洗條件下，經45 d的培養后，高沙土處理小麥的株高大多大于黃泥土處理;高沙土中，無論是否經秸稈淋洗，隨著小麥播種深度增加，小麥的株高均先增加后降低，而在黃泥土中，小麥的株高在不同播種深度時的變化不大。

高沙土中，秸稈淋洗處理小麥的株高略有增加，而在黃泥土中當播種深度為0.5、1.0 cm時，秸稈淋洗處理使小麥的株高略有增加，但在播種深度為5.0 cm時，秸稈淋洗處理小麥未出苗。這表明在相同的播種深度下，秸稈淋洗對小麥株高的影響不因土壤類型而變化，除黃泥土播種深度達5.0 cm時小麥未出苗而無法比較外，秸稈淋洗似乎有利于增加出苗后小麥的株高。

2.3 不同土壤類型、播種深度下秸稈淋洗對小麥生物量的影響

由圖3-A可知，在相同播種深度與秸稈淋洗條件下，經45 d的培養后，高沙土處理小麥單株地上部鮮質量大多大于相應黃泥土處理;無論是否經秸稈淋洗，隨著播種深度增加，高沙土處理的小麥單株地上部鮮質量先增加后降低，其中播種深度為 1.0 cm 時最高，而為5.0 cm時最低;除CRs 5處理外，2種土壤在相同的播種深度下，秸稈淋洗均有助于小麥單株地上部鮮質量的增加，且大多處理間差異顯著。

小麥地上部總鮮質量反映了群體狀態，其受小麥單株地上部鮮質量和出苗率的影響。由圖3-B可知，在相同播種深度及秸稈淋洗條件下，高沙土中小麥地上部總鮮質量均大于黃泥土;無論是否經秸稈淋洗，隨著播種深度增加，高沙土處理小麥植株地上部總鮮質量先增加后大幅降低，其中播種深度為 1.0 cm 時最高，而播種深度為5.0 cm時最低;在播種深度為0.5、1.0 cm時，高沙土和黃泥土中秸稈淋洗均增加了小麥群體地上部的生物量（黃泥土播種深度為 1.0 cm 的處理除外），而在播種深度為5.0 cm時，高沙土中秸稈淋洗降低了小麥群體地上部總鮮質量;黃泥土播深5.0 cm時秸稈淋洗條件下小麥未出苗，無法比較。

2.4 不同土壤類型、播種深度下秸稈淋洗對小麥生理生化過程的影響

MDA含量的高低與植株的抗逆性有密切的聯系。由圖4-A可知，在相同土壤和秸稈淋洗條件下，播種深度對小麥植株丙二醛含量的影響不同，高沙土中無論是否經秸稈淋洗，不同播種深度下小麥植株丙二醛含量差異不大，而黃泥土中小麥未經秸稈淋洗處理下，小麥播種深度由0.5 cm變為 1.0 cm 和 5.0 cm 時，小麥植株丙二醛含量顯著升高;相同土壤與播種深度下，秸稈淋洗大多對丙二醛含量沒有顯著影響，而在黃泥土播種深度為0.5 cm時，秸稈淋洗顯著增加了小麥丙二醛的含量。

脯氨酸含量是表征植物體內滲透調節能力的指標，在受到外界環境脅迫條件下會上升。由圖4-B可知，無論在何種土壤及秸稈淋洗條件下，隨著播種深度的增加，小麥植株脯氨酸含量出現遞增的趨勢，且大多差異顯著;高沙土中在05、5.0 cm播種深度下，經秸稈淋洗的小麥植株脯氨酸含量顯著高于未經秸稈淋洗的。

2.5 植株生長變化的多因素分析

多因素分析結果（表2）表明，土壤類型與播種深度均極顯著地影響小麥出苗率、株高、單株鮮質量、總鮮質量及脯氨酸含量;秸稈淋洗極顯著或顯著影響小麥出苗率、總鮮質量、丙二醛含量及脯氨酸含量。土壤類型與播種深度的交互作用極顯著影響小麥出苗率、總鮮質量和脯氨酸含量;土壤類型和秸稈淋洗的交互作用顯著或極顯著影響小麥單株鮮質量、總鮮質量和脯氨酸含量;播種深度和秸稈淋洗的交互作用顯著影響脯氨酸含量，而3因素間的交互作用極顯著影響脯氨酸含量。

3 討論

不同的土壤類型由于其理化性狀的差異會使得在其中生長作物的發芽及生長發育狀況存在差異，本試驗中的2種土壤理化性狀差異明顯，高沙土黏粒含量低，黃泥土黏粒含量高，因此2種土壤的持水性能、養分供應能力和微生物活性均不同。在小麥播種深度和水稻秸稈淋洗相同的條件下，小麥在2種土壤中的表現迥異，其出苗率、株高、生物量和植株脯氨酸含量等均因土壤類型不同而出現差異，總體上，高沙土中小麥的出苗率、株高、生物量要高于黃泥土，與朱衛紅等進行的玉米出苗試驗結果[12]一致。土壤質地產生的影響更多與含水量相關，土壤含水量過高或過低顯著影響小麥出苗及幼苗生長[13];已有研究中更多報道的是在北方旱作中水分含量較低時，黏土相比于沙土更有利于作物的出苗與生長[14]，而在長江中下游稻麥輪作區由于小麥播種后降水出現頻率較大，在模擬田間間歇降水的條件下，2種土壤水分含量均較高，黃泥土由于具有較好的保水性，使土壤有效含水量超過小麥適宜的需水范圍，而高沙土由于排水量及蒸發量相對較大，相比于黃泥土更有利于小麥的出苗與生長發育。

播種深度是影響小麥出苗和長勢的條件之一，播種過深或過淺均能影響小麥的出苗。大量試驗表明，小麥苗期的出苗率受播種深度、土壤類型、秸稈、溫度、土壤濕度、種子本身特點等的影響，生產中一般會綜合諸多因素選擇適合的小麥播種深度[15]。一般隨著播種深度的增加，作物種子的出苗率會下降[16-18]，本試驗結果與上述研究發現一致。植株的生物量可以衡量植株的生長狀況，在本試驗中小麥播種深度達50 cm時，所有處理（C處理除外）小麥生物量均顯著下降，與劉鑫等的研究[19]相似。已有研究表明，在2～6 cm范圍內，播種越淺小麥出苗率和越冬期單株干質量越高，淹水對其影響越小[19]。小麥屬于不耐澇的作物，而長江中下游地區降水充沛，土壤含水量高，因而小麥的播種深度不宜較深。

已有研究報道，不同類型秸稈均可對小麥的發芽或出苗產生抑制作用，如麥田雜草播娘蒿、薺菜、野燕麥、婆婆納、澤漆浸提液明顯抑制小麥的發芽[20-21];玉米秸稈抑制小麥種子萌發，降低小麥出苗率以及生物量等[22-23]。秸稈覆蓋由于具有良好的保水保溫性而在農田中被采用，但其在小麥播種后初期能否發揮正效應則取決于是否有降水過程，即秸稈是否經歷淋洗過程，原因在于秸稈浸提液或腐解液可能對小麥出苗產生化感作用[24-25];在本試驗中，秸稈淋洗會影響小麥的出苗及生長發育，與董志強等的研究結果[26]大體一致。筆者的前期研究結果表明，水稻秸稈淋洗和腐解液中含有多種化感物質（未發表數據），而化感物質如酚酸等可能會抑制小麥的出苗或幼苗的生長[27]，本試驗中這種作用則更多表現在對小麥出苗的抑制上，而對于出苗后小麥幼苗似乎有促進作用，原因可能在于早期秸稈淋洗液中化感物質的種類和濃度更易產生抑制作用，而隨著秸稈淋洗次數及時間的增加，秸稈淋洗液中化感物質的種類及濃度均發生變化，更多地體現出低濃度的正向促進作用。

4 結論

在本試驗模擬土壤水分供應條件下，高沙土中小麥的出苗及生長發育狀況總體好于黃泥土。

2種土壤無論是否經秸稈淋洗，隨著小麥播種深度增加，小麥的出苗率均逐漸下降，其中高沙土中播種深度達 5.0 cm、黃泥土中播種深度達1.0 cm時小麥的出苗率顯著降低（P<0.05）。

秸稈淋洗極顯著或顯著影響小麥出苗率和生物量，其中出苗率所受影響尤其明顯，且抑制作用隨小麥播種深度的增加而增強;當高沙土中播種深度達5.0 cm、黃泥土中播種深度達1.0 cm時，小麥出苗率受到顯著抑制作用（P<0.05），尤其當黃泥土中小麥播種深度達5.0 cm時，秸稈淋洗導致小麥不能出苗。

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收稿日期：2018-09-04

基金項目：公益性行業（農業）科研專項（編號：201503136）;國家自然科學基金面上項目（編號：41271308）;江蘇省農業科技自主創新資金[編號：CX（17）1001]。

作者簡介：豆利嶺（1991—），女，河北邯鄲人，碩士，研究實習員，主要從事農田土壤退化與修復研究。E-mail：1376102637@qq.com。

通信作者：于建光，博士，研究員，主要從事土壤生態學以及農田土壤退化與修復研究。E-mail：yujg@jaas.ac.cn。