不同耕作方式對小麥光合性能和產量形成的影響

王丹　李升東　馮波　李華偉　王宗帥　王法宏

摘要：耕作方式是影響小麥產量水平發揮的關鍵因素，明確其對小麥農藝性狀指標的影響，可為選擇適宜該區域的高效耕作方式提供理論支撐。本試驗設免耕（NT）、旋耕（RT）、深松（DL）和深翻（DT）四種耕作方式，研究其對小麥光合性能與產量的影響。結果表明：免耕（NT）有利于小麥植株根重密度（DRWD）的增加，旋耕（RT）的小麥根重密度最小，兩地區（德州和泰安）小麥免耕（NT）和旋耕（RT）處理的根重密度分別相差25.7%和21.7%，差異達顯著水平;免耕（NT）處理的小麥葉綠素值（SPAD）最高，有助于灌漿后期葉片捕捉更多光能供光合作用所用，從而增加小麥產量;深松（DL）處理能夠顯著增加開花期葉面積指數（LAI=5.4），相反旋耕（RT）處理的開花期葉面積指數最小為3.6，兩者相差33.3%，差異顯著;兩地區各耕作方式處理的小麥旗葉光合速率（Pn）表現為：NT﹥DL﹥RT、DT和NT、DL﹥DT﹥RT;泰安地區成熟期小麥干物質積累量免耕（NT）處理為22 673.6 kg/hm2，旋耕（RT）處理為18 930.3 kg/hm2，總體表現為NT﹥DL﹥DT﹥RT;從產量構成因素看，免耕（NT）和深松（DL）處理更有利于小麥栽培高效輕簡方式的形成和產量的增加。

關鍵詞：小麥;免耕;旋耕;深松;深翻;光合速率;產量

中圖分類號：S512.105.2文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2019）10-0035-05

Effects of Different Tillage Methods on Photosynthetic

Performance and Yield Formation of Wheat

Wang Dan，Li Shengdong，Feng Bo，Li Huawei，Wang Zongshuai，Wang Fahong

（Crop Research Institute，Shandong Academy of Agricultural Sciences，Jinan 250100，China）

Abstract Tillage method is the key factor affecting wheat yield. The influence of tillage method on wheat agronomic indexes is clarified to provide theoretical supports for selecting efficient tillage method suitable for this region.Four tillage treatments were designed in this experiment as no-tillage （NT）， rotational tillage （RT）， deep loosing （DL） and deep tillage （DT）. The results showed that NT treatment was beneficial to the increase of root weight density （DRWD） of wheat plants， while the DRWD under RT treatment was the lowest; their differences between Dezhou and Taian were 25.7% and 21.7% respectively， which reached significant level. The chlorophyll value （SPAD） under NT treatment was the highest， which was helpful for the leaves to capture more light energy for photosynthesis at later stage of filling， and thus increased the yield of wheat. DL treatment could significantly increase the leaf area index （LAI） at flowering stage up to 5.4， and that under RT treatment was the minimum as 3.6; the difference between them was 33.3% reaching significant level. The flag leaf photosynthetic rate （Pn） under different treatments showed as NT﹥DL﹥RT & DT and NT & DL﹥DT﹥RT in Dezhou and Taian respectively. The dry matter accumulation of mature wheat in Taian area was 22 673.6 kg/hm2 under NT treatment and 18 930.3 kg/hm2 under RT treatment， which showed NT﹥DL﹥DT﹥RT. From the yield components， it could be concluded that NT and DL treatments were more conducive to the formation of efficient and light cultivation and the increase of yield.

Keywords Wheat; No tillage; Rotational tillage; Deep loosing; Deep tillage; Photosynthetic rate; Yield

隨著小麥生產全程機械化的發展，各類農機具輪番作業造成土壤表層不斷在松軟和緊實之間轉換，選擇合適的耕作方式栽培小麥迫在眉睫。Blanco-Canqui[1]、Lampurlanes[2]等研究表明，少、免耕有利于增加土壤團聚體含量，進而增加表層土壤水分和養分含量，可為小麥高產提供保障。傳統的耕作方式易使土壤形成堅硬犁底層、阻礙根系下扎、降低表層土壤團聚體質量，使之易受風蝕，并且最終會導致小麥產量下降。保護性耕作采取的少、免耕等措施則易使土壤容重增大從而提高小麥播種質量。深松整地是指以打破犁底層為目的，通過拖拉機牽引松土機械，在不打亂原有土層結構情況下松動土壤的一種機械化整地技術。有研究認為深松有利于提高小麥花后干物質積累和光合產物向籽粒分配[3]。

干物質是小麥光合產物的最高形式，它的積累與經濟產量有密切關系[4]，因而一直是小麥高產栽培研究的重點，也是揭示小麥高產機理的重要方面。小麥產量的90%～95%來自光合作用[5]，開花期到成熟期通常是小麥產量形成的重要時期，該期小麥旗葉的光合產物對籽粒的貢獻可以達到80%左右[6]。基于此，本試驗在德州和泰安兩地區設置免耕（NT）、旋耕（RT）、深松（DL）、深翻（DT）四種耕作方式處理，研究其對小麥根重密度（DRWD）、葉面積指數（LAI）、干物質積累量、葉綠素值（SPAD）、旗葉凈光合速率（Pn）和產量構成因素指標的影響，旨在篩選出適宜的耕作方式，為實現小麥高產穩產提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017—2018年度在德州市農業科學研究院科技示范園和泰安市岱岳區馬莊鎮進行。德州農科院科技示范園土壤肥力為有機質含量9.49 g/kg、堿解氮87.73 mg/kg、速效磷24.72 mg/kg和速效鉀143.2 mg/kg。馬莊鎮試驗地肥力為有機質含量12.19 g/kg、堿解氮90.65 mg/kg、速效磷28.12 mg/kg和速效鉀145.9 mg/kg。供試小麥品種為濟麥44。試驗地土質為壤土，地勢平坦，灌排方便。

1.2 試驗設計

試驗共設置四種耕作方式處理，分別是：免耕（NT）、旋耕（RT）、深松（DL）、深翻（DT）。德州、泰安兩地試驗的播種日期分別是10月16日和10月18日，都于次年6月9日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 小麥根重密度（DRWD） 根重密度是指單位體積土壤中的根干重，用公式DRWD=M/V計算。其中M是根干重，V是土壤體積。

1.3.2 葉面積指數（LAI） 采用對角線取樣法分別于拔節期、開花期、灌漿期隨機選取三個點調查20 cm范圍內小麥植株的葉面積，繼而計算出葉面積指數。

1.3.3 干物質積累量 采用對角線取樣法分別于返青期、拔節期、孕穗期、抽穗期、成熟期隨機選取三個點調查20 cm范圍內各時期具有代表性的小麥植株，剪除小麥根系后放入烘箱105℃殺青30 min，降至75℃烘干至恒重，稱重并計算每公頃小麥干物質重量。

1.3.4 小麥葉片葉綠素值（SPAD） 每個處理選擇有代表性的小麥旗葉10片，分別于3月15日、3月20日、4月1日、4月26日、5月7日、5月20日用日本美能達SPAD—502葉綠素計直接測定SPAD值，并計算其平均值。

1.3.5 小麥旗葉凈光合速率（Pn） 于小麥孕穗期（4月14日）、開花期（5月7日）、花后15 d（5月23日）選10株長勢一致且具代表性者掛牌標記。用CIRAS—2型光合作用測定儀（PP，Systems公司，英國）于9∶30—11∶30自然光照條件下測定小麥旗葉凈光合速率。

1.3.6 小麥產量測定 小麥成熟期各處理分別取3 m2測產，重復3次。隨機取3 000粒（3份）測千粒重。最終按照籽粒含水率13%折算出每公頃產量和千粒重。每個處理連續取20株代表性植株進行室內考種。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2007整理試驗數據并作圖，用DPS 7.0軟件進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同耕作方式處理對小麥根重密度的影響

由圖1可知，不同耕作方式處理的小麥根重密度存在顯著性差異，表明耕作方式對小麥根重密度具有調控作用。德州點NT處理的根重密度與RT處理的根重密度之間存在顯著差異，泰安點的結果與此相同。NT處理的小麥植株根重密度最大，說明其更有利于根系延伸，適于小麥根系生長;RT處理的小麥根重密度最小。兩個試驗點小麥NT和RT處理之間的根重密度分別相差25.7%和21.7%。

2.2 不同耕作方式處理對小麥葉部性狀相關指標的影響

2.2.1 對小麥SPAD值的影響 由圖2可以看出，隨著時間推移小麥的SPAD值呈現由低到高的總體趨勢。德州點小麥3月15日RT、DL、DT三個處理間差異不顯著，但與NT處理存在顯著差異;4月10日四個不同耕作方式處理間差異均不顯著;5月20日DT和DL處理之間差異不顯著，與NT和RT差異顯著。NT處理小麥的SPAD值最高，DL次之，這兩個處理更能延緩葉綠素的降解，對灌漿后期小麥葉片有明顯的保綠防衰效果，有助于灌漿后期葉片捕捉更多光能供光合作用所用，從而增加小麥產量，反之降低，RT處理的SPAD值最低。泰安點不同耕作方式處理的小麥SPAD值結果與德州點相同，NT與RT之間存在顯著差異。

2.2.2 對小麥葉面積指數（LAI）的影響 分別在小麥拔節期、開花期、灌漿期測定不同耕作方式處理的小麥葉面積指數，結果（圖3）顯示，NT和DL處理的小麥葉面積指數差異不顯著，但德州點DL處理能夠顯著增加小麥開花期葉面積指數（5.4），RT處理的小麥開花期葉面積指數最小（3.6），兩者相差達33.3%，差異顯著。由圖3還可知，泰安點NT處理的葉面積指數顯著增加。綜合來看，NT耕作方式處理更有利于小麥葉面積指數增加，這是由于該耕作方式為小麥生長提供了良好的群體結構。

2.2.3 對小麥凈光合速率（Pn）的影響 由表1可見，不同耕作方式處理多為孕穗期的Pn值最大且處理間差異不顯著;開花期Pn值略有降低，且DT與其它處理存在顯著差異，其它處理間差異不顯著;花后15 d各處理間差異顯著，德州和泰安點各處理小麥旗葉光合速率分別表現為NT﹥DL﹥RT、DT和NT、DL﹥DT﹥RT，其Pn的最大值比最小值分別多28.77%和37.33%。這說明NT和DL均能提高小麥后期旗葉光合能力，對延緩小麥衰老起到積極作用，可為小麥灌漿期保持較高的灌漿速率奠定物質基礎。

2.3 不同耕作方式對小麥干物質積累量的影響

由圖4可知，兩地不同耕作方式處理的小麥干物質積累量呈持續增長態勢，但增長量各有不同。德州點小麥成熟期干物質積累量NT處理顯著大于RT，說明免耕處理更有利于小麥植株干物質的積累。泰安點成熟期小麥干物質的積累量NT處理為22 673.6 kg/hm2，RT處理為18 930.3 kg/hm2，總體表現為NT﹥DL﹥DT﹥RT。

2.4 不同耕作方式對小麥產量的影響

由表2可以看出，四種耕作方式對小麥產量的影響具體表現為NT﹥DL﹥DT﹥RT，NT產量最高，RT產量最低，兩試點的NT比RT分別增產10.92%和5.83%。分析小麥產量構成要素可看出，NT和DL處理更有利于增加小麥的單位面積穗數、千粒重。

3 討論與結論

曾浙榮等[7]研究北部冬麥區冬小麥品種籽粒灌漿特性時指出，千粒重是決定籽粒產量的重要性狀。陳久月等[8]通過主成分分析和偏相關分析認為小麥的有效穗數是影響其產量的主要因素，增加穗粒數是提高小麥單產的突破口。王法宏等[9]研究指出，相對于常規耕作，結合深松覆蓋可以提高土壤的保水能力，少免耕對作物產量具有積極作用。本研究結果表明免耕（NT）和深松（DL）能顯著提高產量。有研究認為，小麥開花以后是產量形成的主要時期，花后保持較好的群體結構、較高的光合速率、延長光合時間和降低呼吸消耗，對增加小麥粒重、提高經濟產量具有重要作用。從小麥的產量水平和構成要素發現，翻耕（DT）和旋耕（RT）不利于增加小麥的群體和穗粒數，對千粒重影響也不大，這是因為翻耕或旋耕較少（免）耕既不能保障小麥良好的群體結構又不能保障小麥群體的健壯度。本試驗結果與荊奇等[10]的結果一致。

王法宏等[9]在對保護性耕作與光合性狀的研究中指出，深松能改善旗葉光合特性。李友軍等[11]研究表明少耕、免耕覆蓋、深松覆蓋能提高葉片光合作用能力。此結論在本試驗結果中也有體現，德州和泰安試驗點各處理小麥旗葉光合速率表現為NT﹥DL﹥RT、DT和NT、DL﹥DT﹥RT，其Pn的最大值比最小值分別多28.77%和37.33%。SPAD值是衡量植物葉綠素相對含量或綠色程度的重要參數，相關研究[12]表明，SPAD值與葉綠素總量呈顯著正相關，所以較高的SPAD值能提高光合能力，延長后期灌漿時間，提高產量。本研究結果表明，免耕和深松能延緩旗葉葉綠素的降解，提高葉面積指數，有利于小麥葉片光合性能的提高。

研究發現，與傳統淺耕相比，深松能提高總根量及促進根系下扎，有利于吸收深層土壤中的水分及養分，提高生育中后期的葉面積指數，提高干物質積累速率和增加積累量，最終獲得較高玉米籽粒產量和經濟效益[13]。此結論與本試驗結果一致。LAI是作物長勢評估的一個重要指標，利用遙感技術進行LAI模型構建和預測已有較多研究[14]。在一定范圍內，LAI越大光合作用越強，更有利于構建合理的小麥群體結構。本試驗結果表明，德州試驗點深松（DL）處理能夠顯著增加小麥開花期葉面積指數（5.4），相反旋耕（RT）處理的小麥開花期葉面積指數最小（3.6），兩者相差達33.3%。

干物質是作物光合作用后形成的最終形態，其積累轉運及分配是當前小麥研究的熱點。有研究發現，花前和花后干物質積累與分配特征在不同小麥品種之間存在差異。干物質的積累和分配與經濟產量有密切關系，干物質積累越多，相應的產量也越高。本試驗結果表明，泰安試驗點成熟期小麥干物質的積累量免耕（NT）處理為22 673.6 kg/hm2，旋耕（RT）處理為18 930.3 kg/hm2，總體表現為NT﹥DL﹥DT﹥RT。這與霍李龍等[15]的研究結果一致。

參 考 文 獻：

[1]Blanco-Canqui H，Lal R.Mechanisms of carbon sequestration in soil aggregates[J]. Critical Reviews in Plant Sciences，2004，23（6）：481-504.

[2]Lampurlanes J，Cantero-Martinez C. Hydraulic conductivity，residue cover and soil surface roughness under different tillage systems in semiarid conditions[J].Soil and Tillage Research，2006，85（1/2）：13-26.

[3]Zhao B Q，Li F C，Xue J，et al. Effect of different tillage methods on root growth of winter wheat[J]. Acta Agronomica Sinica，1997，23（5）：587-596.

[4]祝宗美. 不同耕作深度對小麥生長發育、產量及水分生產效率的影響[J]. 山東農業科學，2012，44（7）：48-49.

[5]吾麗扎巴依爾·別肯. 土壤耕作方式對小麥干物質生產和水分利用效率的影響[J]. 農民致富之友，2018（14）：33.

[6]李燕，劉蘋，林海濤，等. 不同施肥方式對小麥農藝性狀及產量的影響[J]. 山東農業科學，2016，48（12）：101-103.

[7]曾浙榮，龐家智，周桂英，等. 我國北部冬麥區小麥品種籽粒灌漿特性的研究[J]. 作物學報，1996，22（6）：720-728.

[8]陳久月，沈健，王楊，等. 小麥新品種 （系） 產量及其與主要產量性狀的相關性[J]. 西北農業學報，2015，24（1）：49-53.

[9]王法宏，王旭清，任德昌，等. 土壤深松對小麥根系活性的垂直分布及旗葉衰老的影響[J]. 核農學報，2003，17（1）：56-61.

[10]荊奇，戴廷波，姜東，等. 不同生態條件下不同基因型小麥干物質和氮素積累與分配特征[J]. 南京農業大學學報，2004，27（1）：1-5.

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[12]張維城，王紹中，李春喜. 小麥植株分布狀況對干物質積累和產量的影響[J]. 河南農業科學，1995（6）：1-6.

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[14]趙春江.農業遙感研究與應用進展[J]. 農業機械學報，2014，45（12）：277-293.

[15]霍李龍，苗芳，賈麗芳，等. 種植方式對關中灌區冬小麥冠層光合及產量性狀的影響[J]. 麥類作物學報，2017，37（8）：1098-1104.

收稿日期：2019-05-14

基金項目：國家重點研發計劃項目（2017YFD0301003，2017YFD0201706）;山東省重點研發計劃項目（2017GNC11106）

作者簡介：王丹（1993—），女，碩士研究生，主要從事小麥輕簡化栽培技術研究。E-mail：1922787800@qq.com

通訊作者：李升東（1978—），男，副研究員，主要從事小麥輕簡化栽培技術研究。E-mail：lsd01@163.com