耕播方式對稻茬小麥籽粒產量、養分吸收和利用的影響

李福建，徐東憶，吳 鵬，張新缽，丁永剛，馬 泉，朱 敏，李春燕，朱新開，丁錦峰，郭文善

(揚州大學江蘇省作物遺傳生理國家重點實驗室培育點/糧食作物現代產業技術協同創新中心/揚州大學小麥研究中心，江蘇揚州 225009)

長江流域的光熱資源豐富，降水豐沛，是中國稻茬小麥主要分布區域，也是小麥最具增產潛力的區域[1-3]。但稻茬田土壤質地粘重，耕性差，適播期墑情變化大；水稻秸稈還田量大，還田質量差；農村勞動力短缺等問題導致播種質量差，幼苗素質不高。這些因素已成為限制稻茬小麥產量提升的重要原因[4-5]。為了提高稻茬小麥的生產潛力，前人相繼在機械耕播方式對土壤特性、群體質量、產量等方面開展了研究。李朝蘇等[6]研究表明，秸稈還田條件下免耕有利于防止土壤水分蒸發，降低地表徑流，提高耕地潛在持續生產力。張斯梅等[7]對稻麥兩熟制地區研究認為，免耕處理下小麥穗數、穗粒數和產量均高于淺耕處理。李華偉[8]和季中亞等[9]研究提出，耕作方式、播種方式、秸稈還田對小麥群體質量和產量均有顯著的調節作用。耕作與播種方式對小麥產量的影響因播種和生態條件如播期、秸稈還田與否、前茬作物、土壤墑情條件等的不同，表現出明顯的差異[10]。

必需營養元素在調控作物生長發育和產量形成中發揮著重要作用。氮、磷、鉀是作物三大營養元素，合理施用氮磷鉀肥料已成為近年來大幅提高小麥產量的重要調控技術[11]。研究表明，我國糧食作物的氮肥利用率為30%～35%，磷肥利用率約20%，鉀肥利用率為40%～50%[12-13]。大量化學肥料投入不僅增加了農業生產成本，也加劇了對農田、大氣、水體等環境的污染。一直以來，我國農業生產中一直存在肥料投入普遍偏高、利用效率低的問題。為保證糧食安全、維護農業生態平衡，糧食作物產量和資源利用效率應同步提高[14]。因此，深入闡明植株養分吸收與小麥產量形成間的關系，對于促進小麥節本增效和保護生態環境具有重要的現實意義。

耕作方式會引起土壤物理性質的變化，改變土壤養分固定和礦化速率，進而影響作物對養分的吸收利用[15]。研究表明，隨著保護性耕作年限的增加，土壤全氮、堿解氮和有機碳含量也隨之呈現逐漸增加的趨勢[16]。旋耕條播可顯著增加麥田土壤速效氮含量，提高小麥氮肥偏生產力[17]。耕作播種方式也會影響植株體內的養分轉運。丁晉利等[18]研究認為，免耕播種可明顯提高小麥營養器官氮素轉運量、轉運效率和對籽粒氮的貢獻率。耕播方式對小麥養分吸收利用影響的研究多在旱茬麥區進行，針對稻茬麥區的研究還相對較少。本研究在水稻秸稈全量還田條件下，調查了不同機械耕作方式和播種方式對小麥籽粒產量和蛋白質含量、氮磷鉀養分吸收和利用的影響，以期為稻茬小麥綠色高效生產提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及供試材料

試驗于2018-2019年在江蘇省儀征市進行。試驗田前茬為水稻，土壤為淤泥土，播種前0～20 cm土壤相對含水量為85.7%，有機質含量為 42.6 g·kg-1，速效氮含量為183 mg·kg-1，速效磷含量為20 mg·kg-1，速效鉀含量為99 mg·kg-1。供試品種為揚麥23。

1.2 試驗設計

試驗采用二因素裂區設計，以耕作方式(T)為主區，設耕翻(T1)、旋耕(T2)、板茬(T3)三種方式；以播種方式(S)為裂區，設條播(S1)、帶狀條播(S2)、均勻擺播(S3)三種方式，共9個處理。耕翻處理：水稻收獲后，鏵式犁旋耕1次+旋耕機旋耕1次，耕作深度18～20 cm；旋耕：水稻收獲后，旋耕機旋耕兩次，耕作深度10～12 cm；板茬：在水稻收獲后，不進行耕旋操作。條播：采用2BG-6A型條播機一次性完成旋耕滅茬-條播-蓋籽-鎮壓，行距20 cm；帶狀條播：采用2BG-6A型小麥帶狀條播機一次性完成前置排種-帶狀條播-淺旋蓋籽-鎮壓，行距28 cm，帶寬10 cm；均勻擺播：采用2BG-6A型小麥均勻擺播機一次性完成前置排種-撒播-淺旋蓋籽-鎮壓。鏵式犁和旋耕機牽引動力為85馬力LX954型號的東方紅拖拉機，播種機牽引動力為12馬力2BG-6A型號的小型手扶拖拉機。

基本苗為270×104株·hm-2，施氮量為240 kg·hm-2，基肥∶壯蘗肥∶拔節肥∶孕穗肥為 5∶1∶2∶2；磷肥和鉀肥施用量均為120 kg·hm-2，基肥∶壯蘗肥為5∶5。其中基肥于播種前施用，壯蘗肥于4.5葉期施用，拔節肥于倒2.5葉期施用，孕穗肥于劍葉露尖施用。每個耕播處理下均設不施肥處理作為對照。2018年11月4日播種，三葉期間苗8 m2用于測定，2019年6月5日收獲。每個小區面積為75 m2，三次重復。其他管理措施同當地高產栽培。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 籽粒產量測定

每小區成熟期收獲1 m2籽粒，換算為13%含水量千粒重和籽粒產量。

1.3.2 籽粒蛋白質含量測定

取收獲的籽粒研磨粉碎，采用H2SO4-H2O2靛酚藍比色法，測得籽粒含氮量，乘5.7即為蛋白質含量。

1.3.3 植株氮、磷、鉀養分含量和效率測定

分別于越冬期、拔節期、開花期和成熟期在間苗區連續取樣20株，于105 ℃殺青1 h，80 ℃烘干至恒重，稱重。烘干植株研磨混勻，按照H2SO4-H2O2靛酚藍比色法測定氮含量，采用釩鉬黃比色法測定磷含量，火焰光度法測定鉀含量。參照朱元剛[19]和馬泉等[20]方法，計算植株各器官氮素、磷素和鉀素積累量及養分利用效率。

氮(磷、鉀)肥農學效率=[施肥處理產量-無肥處理產量]/施氮(磷、鉀)量

氮(磷、鉀)肥表觀利用率=[施肥處理氮(磷、鉀)素積累量-無肥處理氮(磷、鉀)素積累量]/施氮(磷、鉀)量

氮(磷、鉀)素利用效率=[施肥處理產量-無肥處理產量]/[施肥處理氮(磷、鉀)素積累量-無肥處理氮(磷、鉀)素積累量]

百公斤籽粒吸氮(磷、鉀)量=籽粒氮(磷、鉀)積累量/籽粒產量×100

氮(磷、鉀)收獲指數=籽粒氮(磷、鉀)積累量/同處理成熟期總氮(磷、鉀)素積累量

1.4 數據分析

采用Excel 2003 建立數據庫，用DPS v7.55軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 耕作與播種方式對稻茬小麥籽粒產量和蛋白質含量的影響

由圖1可知，耕作方式和播種方式均顯著影響稻茬小麥籽粒產量和蛋白質含量，但耕作與播種方式間互作效應在籽粒產量和蛋白質含量上均不明顯。T3的平均產量較T2和T1分別高 9.6%和14.9%；S3的平均產量較S2和S1分別高7.5%和24.3%。籽粒蛋白質含量在T1與T2兩個耕作方式間差異不顯著，但二者均顯著高于T3。不同播種方式下籽粒平均蛋白質含量表現為S2>S3>S1，播種方式間差異顯著。所有處理中，T3S3處理的產量最高，但蛋白質含量以T1S2和T2S2處理最高。

2.2 耕作與播種方式對稻茬小麥氮、磷、鉀積累的影響

2.2.1 對氮素積累的影響

耕作方式和播種方式均顯著影響稻茬小麥各生育時期和花后植株、成熟期籽粒氮素積累量，同時耕作和播種方式間互作對各指標影響顯著(表1)。不同耕作方式中T3的各生育時期和花后植株、成熟期籽粒平均氮素積累量均顯著高于T1和T2；不同播種方式間各生育時期和花后植株、成熟期籽粒氮素積累量表現為S3>S2>S1，差異均達顯著水平。不同耕播組合中，T3S3處理最有利于小麥植株氮素的積累及其向籽粒的轉運。

表1 耕作和播種方式對稻茬小麥氮素積累的影響Table 1 Effects of tillage and sowing methods on nitrogen accumulation of wheat following rice

2.2.2 對磷素積累的影響

耕作方式和播種方式對小麥各生育時期植株和成熟期籽粒磷素積累量均有顯著的影響，花后植株磷素積累量受播種方式影響顯著。越冬期、拔節期和成熟期植株和成熟期籽粒磷素積累量均顯著受耕作方式和播種方式間互作影響(表2)。不同耕作方式中T3的各時期植株、成熟期籽粒磷素積累量均顯著高于T2和T1，T2和T1間無顯著差異；花后植株平均磷素積累量在耕作方式間表現為T3>T2>T1，但差異不顯著。不同播種方式間各時期和花后植株和成熟期籽粒磷素積累量均表現為S3>S2>S1，播種方式間差異顯著。不同耕播組合中，T3S3處理最有助于促進小麥植株磷素積累及其向籽粒的轉運。

表2 耕作和播種方式對稻茬小麥磷素積累的影響Table 2 Effects of tillage and sowing methods on phosphorus accumulation of wheat following rice

2.2.3 對鉀素積累的影響

由表3可知，小麥越冬始期至成熟期植株鉀素積累量呈現先增后降的變化趨勢，最高值出現在拔節期至開花期，開花期至成熟期鉀素少量流失，故花后鉀素積累量表現為負增長。耕作方式顯著影響小麥各生育時期植株和籽粒鉀素積累量；播種方式顯著影響各生育時期和花后植株、成熟期籽粒鉀素積累量；各生育時期和花后植株、成熟籽粒鉀素積累量在耕作方式和播種方式間均無顯著互作效應。不同耕作方式中T3的各生育時期植株和成熟期籽粒平均鉀素積累量均顯著高于T1和T2；花后植株平均鉀素積累量在耕作方式間表現為T1>T3>T2，但差異均不顯著。不同播種方式間各生育時期的植株和成熟籽粒鉀素積累量均表現為S3>S2>S1，播種方式間差異均達顯著水平；而花后植株鉀素積累量表現為S1顯著高于S2和S3。耕播組合中，T3S3處理最有利于植株的鉀素積累及其向籽粒的轉運。

表3 耕作和播種方式對稻茬小麥鉀素積累的影響Table 3 Effects of tillage and sowing methods on potassium accumulation of wheat following rice

2.3 耕作與播種方式對稻茬小麥氮、磷、鉀利用效率的影響

2.3.1 對氮利用效率的影響

由表4可知，小麥氮肥農學效率、氮肥表觀利用率、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量和氮收獲指數在耕作方式間均無顯著差異；播種方式顯著影響氮肥農學效率、氮肥表觀利用率、氮素利用效率；氮肥利用效率顯著受耕作與播種方式間互作的影響。不同耕作方式中T3的平均氮肥農學效率、氮肥表觀利用率、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量和氮收獲指數均大于T1和T2；不同播種方式間平均氮肥農學效率、氮肥表觀利用率、氮素利用效率、百公斤籽粒吸氮量和氮收獲指數均表現為S3>S2>S1。不同耕播組合中，T3S3處理可以實現較高的氮肥農學效率、氮肥表觀利用率和氮素利用率。

表4 耕作和播種方式對稻茬小麥氮肥效率的影響Table 4 Effects of tillage and sowing methods on nitrogen efficiency of wheat following rice

表5 耕作和播種方式對稻茬小麥磷肥效率的影響Table 5 Effects of tillage and sowing methods on phosphorus efficiency of wheat following rice

2.3.2 對磷利用效率的影響

由表5可知，耕作方式對小麥磷肥表觀利用率、磷素利用效率和磷收獲指數影響顯著，對磷肥農學效率和百公斤籽粒吸磷量影響不顯著；播種方式極顯著影響磷肥農學效率、磷肥表觀利用率、磷收獲指數和百公斤籽粒吸磷量，對磷素利用效率影響不顯著。耕作方式和播種方式互作顯著影響磷素表觀利用率和磷收獲指數。平均磷肥農學效率、磷肥表觀利用率、磷素利用效率、百公斤籽粒吸磷量和磷收獲指數在耕作方式間表現為T3>T2>T1；平均磷肥農學效率、磷肥表觀利用率、百公斤籽粒吸磷量和磷收獲指數在不同播種方式間表現為S3>S2>S1。不同耕播組合中，T3S3處理可以實現較高的磷肥農學效率、磷肥表觀利用率、磷素利用率及磷收獲指數。

2.3.3 對鉀利用效率的影響

由表6可知，耕作方式對小麥鉀肥農學效率，鉀肥表觀利用率、鉀素利用效率、百公斤籽粒吸鉀量和鉀收獲指數的影響均不顯著；播種方式均顯著影響小麥鉀肥農學效率、鉀素利用效率、百公斤籽粒吸鉀量和鉀收獲指數，對小麥鉀肥表觀利用率無顯著影響。耕作與播種方式間的互作顯著影響鉀肥表觀利用率。不同耕作方式的平均鉀肥農學效率，鉀肥表觀利用率、鉀素利用效率、百公斤籽粒吸鉀量和鉀收獲指數均表現為T3>T2>T1；不同播種方式的平均鉀肥農學效率、鉀素利用效率、百公斤籽粒吸鉀量和鉀收獲指數均表現為S3>S2>S1。不同耕播組合中，T3S3處理可以實現較高的小麥鉀肥農學效率、鉀肥表觀利用率和鉀素利用率。

表6 耕作和播種方式對稻茬小麥鉀肥效率的影響Table 6 Effects of tillage and sowing methods on potassium efficiency of wheat following rice

3 討 論

3.1 耕作與播種方式對稻茬小麥氮、磷、鉀積累的影響

前人關于耕作方式對小麥養分積累和分配的影響已有一些報道。研究表明，免耕有利于小麥植株氮磷鉀的積累，能顯著提高籽粒吸氮量[21,22]。趙小星[23]研究認為，保護性耕作免耕覆蓋促進小麥植株對氮素的吸收，與傳統耕作和傳統耕作+秸稈覆蓋相比，籽粒中的氮素分配量最大。而沈學善等[24]研究認為，玉米秸稈深耕還田方式下小麥開花期營養器官氮、磷、鉀含量和成熟期籽粒氮、磷、鉀含量高于玉米秸稈旋耕方式。不同耕作方式和生態條件下小麥的養分吸收特征存在較大差異。本試驗條件下，T3的各生育時期植株氮、磷、鉀積累量和成熟期籽粒氮、磷、鉀積累量，花后植株氮素積累量均高于T1和T2。這說明，T3更有利于小麥植株養分的積累，同時有利于植株花后積累更多的氮素，并將開花前積累的磷素和鉀素向籽粒運轉。與耕翻處理相比，板茬處理保持了穩定的土壤結構，增加了土壤養分的有效性，因此前期營養物質積累較多，總體養分積累多，利于后期養分轉運和產量形成[15]。

播種方式對小麥營養吸收具有顯著的調控效應。季中亞[9]對不同土壤墑情條件下播種方式對氮、磷的積累進行了研究，結果表明，播種期墑情適宜情況下，機撒播小麥前期的氮、磷積累量高于機條播和帶狀條播，中后期的氮、磷積累量低于機條播和帶狀條播；而播種期土壤墑情偏大時，機條播小麥苗期發育差，前期干物質積累量較小，影響后期氮素和磷素的吸收和轉運。樂韜[25]的研究結果也顯示，不同年份和生態條件下，小麥需要選擇適宜的播種方式播種，以提高養分的積累和轉運。本試驗條件下，S3的小麥各生育時期植株氮、磷、鉀積累量，成熟期籽粒氮、磷鉀素積累量，花后植株氮、磷素積累量均顯著高于S2和S1。本研究結果與前人的不盡一致，這可能是由于氣候條件導致的。本試驗播種期墑情較為適宜，S3播種方式有利于小麥幼苗早發，可保證幼苗質量，能夠促進早期光合物質的積累，后期能保持較高的光能利用和養分吸收利用能力，越冬期連續降雨導致條播和帶狀條播群體數量一直處于較低水平，故可能抑制了營養吸收。結果還表明，不同耕播組合中T3S3處理最能提高小麥各關鍵生育時期植株氮、磷積累量，籽粒氮磷積累量和氮、磷轉運量。

3.2 耕作與播種方式對氮素、磷素、鉀素效率的影響

譚月臣等[22]認為，與旋耕相比，免耕能顯著提高小麥氮素利用效率和籽粒吸氮量。趙小星[23]研究發現，保護性耕作免耕覆蓋的氮肥生產效率和收獲指數均明顯高于傳統耕作方式。而王靜等[26]在砂姜黑土地區的研究表明，與旋耕、耕翻相比，深松顯著提高了小麥氮素吸收效率和氮肥偏生產力。本試驗條件下，小麥氮、磷和鉀表觀利用率和利用效率、氮和鉀肥農學效率、氮和磷收獲指數以及百公斤籽粒吸氮量在T3下均大于T1和T2。這表明，在水稻秸稈全量還田條件下，免耕覆蓋有助于小麥養分的吸收和利用。

播種方式對小麥氮效率的影響，前人研究較少。樂韜[ 25]的研究結果顯示，年度土壤過濕條件下，條播方式的氮肥農學效率和氮肥表觀利用率顯著高于均勻擺播方式和帶狀條播方式；帶狀條播方式的氮素利用效率顯著高于均勻擺播方式和條播方式；土壤偏濕條件下，均勻擺播方式的氮肥農學效率和氮肥表觀利用率高于帶狀條播方式和條播方式；條播方式的氮素利用效率顯著高于均勻擺播和帶狀條播。本研究結果表明，氮肥、磷肥和鉀肥農學效率、氮和磷肥表觀利用率、氮素和鉀素利用效率、百公斤籽粒吸磷和鉀量以及氮和鉀收獲指數均表現為S3>S2>S1，差異均達極顯著水平。總體而言，T3S3處理的耕播處理可較其他處理在提高小麥氮素利用效率的同時獲得較高的磷素、鉀素表觀利用率和磷收獲指數。

3.3 耕作與播種方式對稻茬小麥籽粒產量和蛋白質含量的影響

在北方旱區，少免耕覆蓋能改善土壤結構，增加土壤養分的有效性，蓄水保墑，為作物生長創造良好的外部條件，使作物產量結構明顯改善，增產效應顯著[27]。也有研究表明，免耕增產的效果優于傳統耕作和少耕[28-29]。侯賢清等[30]提出，年度間土壤免耕和深松輪耕可改善土壤理化性狀，提高土壤肥力，提高小麥產量。李進永等[31]研究認為，在土壤墑情適宜時機條播小麥產量構成三因素更協調，產量顯著高于機撒播，而在土壤墑情偏濕時機撒播更有利于實現較高的產量。本試驗條件下，在T3下采用S3播種方式時，小麥產量最高。這說明，本試驗條件下充足的營養積累對小麥籽粒產量形成起決定性作用，開花后氮、磷的進一步積累和向籽粒的轉運，鉀元素較少的流失對籽粒產量的形成也十分關鍵。

前人研究多認為，與旋耕處理相比，耕翻能提高籽粒蛋白質含量[32-33]。朱新開等[34]的試驗結果表明，稻茬撒播小麥蛋白質含量相對較高。樂韜[23]認為，帶狀條播方式無論在土壤過濕還是偏濕條件下均能提高小麥蛋白質含量。本試驗條件下，T3S3耕播組合可實現小麥最高產量，但蛋白質含量低于T1和T2與S2的組合。小麥籽粒產量與蛋白質含量一般呈負相關。因此，如何兼顧小麥籽粒產量和品質選擇合理的耕播組合是值得進一步探討的問題。

綜上所述，耕作與播種方式主要通過影響小麥早期的養分吸收和植株生長，進而制約了后期養分的吸收和轉運，影響產量形成和營養高效利用。本試驗土壤偏濕播種條件下在板茬下采用均勻擺播方式進行播種，能夠在提高植株氮、磷、鉀養分的積累和花后養分向籽粒轉運，協同增加小麥產量和氮、磷、鉀吸收和利用效率。