不同耕種模式對小麥群體光合和氮肥利用的影響

黃杰，禚其翠，司紀升，張立順，靳華磊，李華偉

（1.山東省農業機械試驗鑒定站，山東 濟南 250100；2.山東省農業科學院作物研究所，山東 濟南 250100；3.濟南永豐種業有限公司，山東 濟南 250306；4.山東交通學院，山東 濟南 250357）

目前“秸稈還田→肥料撒施→深翻→旋耕→播種”是山東省小麥播種主要作業流程。而這種耕種方式存在一些問題，如：連年翻耕容易造成土壤團聚體結構質量下降，耕層土壤營養流失，繼而影響其蓄水保肥能力；多次機械作業，致使犁底層變厚上移、阻礙根系下扎，小麥抗逆穩產能力下降，同時也增加作業成本［1-3］；基肥大量撒施，造成土壤酸化、肥料利用效率低［4-6］。

保護性耕作可通過少耕或免耕，減少農田土壤侵蝕，保護農田生態環境，提高生態和經濟效益［7，8］。但由于前茬玉米秸稈還田量大、還田質量差，導致少免耕播種質量差，常出現田間缺苗斷壟、疙瘩苗等現象。目前山東省少免耕耕種只占小麥面積的20%［1］。大力推廣少免耕為核心的栽培技術有利于農業生態環境保護和農業生產比較效益的提高［9，10］。為此，我們已集成適用于山東地區以“耕層優化雙行勻播”為核心的保護性耕作栽培技術［11］，并與山東省農機總站聯合鄆城工力有限公司研制出“2BMZS-12-6振動深松免耕施肥播種機”，實現了農機農藝融合。該技術可一次性完成苗帶旋耕、振動深松、肥料分層深施、等深勻播和播后鎮壓等多個技術環節。為此，本研究在濟南、淄博設置小麥振動深松免耕施肥播種（使用2BMZS-12-6振動深松免耕施肥播種機）、深翻播種、旋耕播種3個單環節對比試驗，研究不同耕種模式對土壤理化性狀、小麥光合生產、氮肥利用效率和產量效益的影響，以期為解決山東省小麥播種作業環節多、肥料利用率低等問題并實現增產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗設計與田間管理

試驗于2018—2019年小麥生長季在山東省農業科學院試驗示范基地（濟南）和淄博市農業科學院試驗站（淄博桓臺）進行。小麥品種為齊麥1號，每公頃基本苗為225萬株。

試驗設置三種耕種模式，分別為：①旋耕后播種（RT），即前茬玉米秸稈全量粉碎還田→人工撒施基肥→1GQN-200旋耕機旋耕兩遍（深度約13 cm）→拖拉機耙地兩遍→人工筑埂打畦→機播等行距種植（行距20 cm）；②深耕后播種（DT），即前茬玉米秸稈全部粉碎還田→人工撒施基肥→1LF-440液壓翻轉犁耕翻（深度約25 cm）→1GQN-200旋耕機旋耕兩遍（深度13 cm）→拖拉機耙地兩遍→人工筑埂打畦→機播等行距種植（行距20 cm）；③振動深松免耕施肥播種（MT），即前茬玉米秸稈全部粉碎還田→2BMZS-12-6型振動深松免耕施肥播種機直接播種：一次性完成苗帶旋耕、振動深松打破犁底層（25～30 cm）、基肥5∶5比例分層深施（10～13 cm和17～20 cm）和大小行播種（大行距25 cm，小行距17 cm）。

隨機區組設計，重復3次。小區面積：50 m×6 m。

試驗于10月10日播種。RT、DT處理播前基施復合肥750 kg／hm2（N∶P∶K＝8∶8∶8），拔節期追施尿素200 kg／hm2。其它管理措施同高產大田。

1.2 樣品采集與測定

于小麥開花后15 d，用環刀法通過5點取樣按每20 cm一個層次取0～100 cm土樣，測定土壤容重和水分。

成熟期每小區取有代表性的2 m×2行計算公頃穗數，每小區收獲4 m2用于生物產量和籽粒產量測定。隨機取30穗計算穗粒數，并分成籽粒和其余部分，烘干至恒重，用于氮素含量測定。

群體光合速率（canopy apparent photosynthetic rate，CAP）于開花后15 d參照文獻［12］的方法測定。

群體透光性（light transmission，LT）使用ACCUPAR 80冠層輻射儀（美國）直接測定葉面積指數和群體透光性。

全氮含量測定采用半微量凱氏定氮法（上海植物生理學會，1999）。

氮肥偏生產效率（kg／kg）＝籽粒產量／氮肥施用量 ；

氮素收獲率（%）＝籽粒氮素積累量／成熟期群體氮素積累總量 。

1.3 數據處理

用SPSS 16.0軟件進行數據統計分析，并用SigmaPlot 10.0作圖。

2 結果與分析

2.1 不同耕種模式對小麥群體透光性和群體光合速率的影響

由圖1可以看出，小麥群體光合速率受耕種模式影響顯著，總體表現為MT處理大于DT和RT處理。濟南試點，處理間差異顯著，群體光合速率MT模式較RT、DT模式高3.3%、7.9%；淄博試點，群體光合速率MT和DT處理顯著高于RT，但DT和MT處理間無顯著差異。

MT處理改善光在群體內的分布，群體透光率在距離地表40 cm以上部位都顯著高于DT和RT處理，而在0～40 cm距離與RT、DT無顯著差異。兩試點表現出一致趨勢（圖2）。

2.2 不同耕種模式對麥田土壤容重的影響

由圖3看出，0～20 cm和80～100 cm土層土壤容重在不同耕種模式下無顯著差異；20～40 cm土層，RT處理的土壤容重大于MT、DT處理，濟南試點MT處理的土壤容重與DT間無顯著差異，但淄博試點顯著大于DT處理；40～60 cm土層，DT處理的土壤容重迅速增加，濟南試點顯著大于RT，淄博試點與RT無顯著差異，但DT和RT處理都顯著大于MT；60～80 cm土層，土壤容重表現為DT處理大于RT大于MT，處理間差異顯著，兩試點表現一致。

2.3 不同耕種模式對氮肥利用效率的影響

由表1可知，相同施氮量前提下，不同耕作模式的小麥群體氮素積累量、籽粒氮素積累量、氮素收獲率和氮肥偏生產效率存在明顯差異。淄博試點，MT處理成熟期群體氮素積累量顯著大于DT、RT，處理間差異顯著；濟南試點，MT處理成熟期群體氮素積累量與DT間無顯著差異，但顯著大于RT處理。兩試點小麥籽粒氮素積累量、氮素收獲率、氮肥偏生產效率都表現為MT＞DT＞RT，處理間差異顯著。

表1 不同耕種模式對氮肥利用效率的影響

2.4 不同耕種模式對小麥產量的影響

由表2可以看出，2018—2019年度濟南、淄博兩試點MT處理小麥產量較RT、DT分別增產7.4%、1.4%和4.4%、2.7%。耕種方式對小麥千粒重無顯著影響，但和RT、DT處理相比，MT處理增加小麥公頃穗數和穗粒數，從而增產。

表2 不同耕種模式對產量及其構成因素的影響

3 討論與結論

山東省是小麥生產大省，常年播種面積穩定在333.3×104hm2以上，小麥總產量占全省糧食產量的48.8%。2003年以來，山東省小麥種植面積、單產、總產均呈增長趨勢。至2019年山東省小麥最高單產記錄達12 600 kg／hm2，平均單產突破6 150 kg／hm2。但目前存在的小麥播種量過大、氮素化肥用量偏多、頻繁機械作業等問題，限制著小麥產量繼續提高，使生產成本居高不下，比較效益也難以提升。而推廣普及科學合理肥水管理和少免耕栽培為核心的輕簡化小麥生產技術是提高小麥生產比較效益的有效途徑［9，13，14］。

麥苗群體質量決定著小麥生育后期的群體質量，可以說播種質量決定著小麥的豐歉［15，16］。目前最常用的小麥耕種方式是深耕后旋耕再耙壓播種模式，該模式雖能保證播種質量，但這一程序至少進行4次機械作業，易破壞土壤結構，造成土壤水蝕和風蝕，從而破壞土壤微生態環境、降低土壤保肥保水力［1］；同時，多次機械作業也提高生產成本，生產比較效益不高。旋耕后直接播種也是目前小麥耕種常采取的方式之一，但常年旋耕會在土壤15～30 cm土層形成堅實的犁底層，導致土壤耕層變淺、肥力變弱［17］。和傳統的深耕播種和旋耕播種相比，28MZS-12-6型固定道式振動深松施肥免耕播種機可一次性實現苗帶旋耕、振動深松、肥料分層施用、等深勻播和播后鎮壓等多道程序，作業流程減少，作業效率提高。本研究中，旋耕播種麥田20～40 cm土層土壤容重顯著提高，形成犁底層，而深翻播種后40～60 cm土層土壤容重也顯著高于MT處理，而通過振動深松，麥田20～60 cm土層土壤容重降低，打破犁底層的存在；苗帶旋耕和振動深松相結合，能創造良好苗床，有利于苗勻苗齊，有利于公頃穗數的提高；和傳統深耕和旋耕后等寬播種（DT和RT處理）相比，28MZS-12-6型固定道式振動深松施肥免耕播種機設置有寬窄行播距，能改善群體透光性，提高群體光資源利用和光合能力，實現增產。

過度依賴氮肥是我國糧食生產中普遍而突出的現象［18-20］。我國以全球10%耕地面積消耗全球27%氮肥量。氮肥的大量施用使我國氮肥偏生產力從20世紀60年代的151 kg／kg持續降到2005年的9 kg／kg。基肥撒施是目前氮肥施用的主要方式，不符合小麥生長發育對氮素吸收利用的規律，造成氮肥利用效率降低。肥料分層深施，優化了肥料在土壤中的分布；振動深松播種顯著提高小麥的氮肥偏生產效率、籽粒氮素積累量和氮素收獲率。

綜上所述，與傳統耕種方式相比，28MZS-12-6型振動深松施肥免耕播種機可提高作業效率、降低作業成本，打破犁底層、提高土壤保水能力，優化苗床質量、增加群體成穗數，改善群體透光性、提高群體光合同化能力，最終實現增產。