趙紅梅,高志強(qiáng),任愛(ài)霞,李光,鄧妍,孫敏
(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,山西 太谷030801)
近年來(lái),地膜覆蓋栽培技術(shù)由于其具有顯著的 增溫保墑作用和增產(chǎn)增收效益,已在我國(guó)的干旱半干旱地區(qū)得到大面積推廣和應(yīng)用[1~4],其中較為典型的為甘肅模式[5,6]和山西模式[5,7]。但這些技術(shù)只是在小麥播種時(shí)才進(jìn)行覆膜,不能把夏閑期60%的降水最大限度地蓄住保住,最終因底墑不足,使地膜覆蓋的增產(chǎn)效果受到很大限制。本課題組多年致力于研究休閑期的蓄水保墑技術(shù),并提出了旱地小麥“三提前”栽培技術(shù),即指前茬小麥?zhǔn)斋@時(shí)留高茬,麥?zhǔn)蘸?0~15天,提前深耕或深松,提前深施有機(jī)肥或保水劑,提前覆蓋的一次性操作技術(shù),旨在改善土壤結(jié)構(gòu)、提高有機(jī)質(zhì)含量、增加土壤動(dòng)物、微生物數(shù)量,有效提高土壤蓄水保水能力,真正實(shí)現(xiàn)旱地小麥伏雨春夏用。此技術(shù)在山西聞喜旱地小麥生產(chǎn)的實(shí)踐研究中在不同土層土壤蓄水方面及提高小麥產(chǎn)量上已取得了顯著效果,并在此基礎(chǔ)上形成了兩大技術(shù)體系:深翻模式和深松模式。此兩種模式在休閑期均有較好的蓄水、保水和防止水土流失的效果,是兩項(xiàng)很好的小麥高產(chǎn)栽培技術(shù)。因此,如能將休閑期降水高效利用栽培技術(shù)與生育期高產(chǎn)栽培技術(shù)相結(jié)合,則對(duì)培育冬前壯苗,實(shí)現(xiàn)旱地冬小麥的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)或超高產(chǎn)具有重要的意義,而前人對(duì)這方面的綜合栽培技術(shù)研究較少。探討“三提前”蓄水保墑技術(shù)的深翻和深松模式的蓄水保墑效果,以及在此基礎(chǔ)上搞清不同播種方式對(duì)旱地小麥土壤水分、產(chǎn)量及水分利用效率的影響,明確旱地小麥休閑期“三提前”蓄水保墑技術(shù)最適配套的播種方式,有助于為旱地小麥蓄水保墑綜合技術(shù)提供新途徑。
試驗(yàn)于2011~2012年在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)聞喜試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地為夏閑地,土壤肥力:有機(jī)質(zhì)11.88g·kg-1,堿解氮38.62mg·kg-1,速效磷14.61mg·kg-1。2011~2012年降水量見(jiàn)表1,全年降水量充足,尤其在休閑期和播種-越冬期均高于往年,分別較往年平均值高出203.33mm和93.80mm,可認(rèn)為屬于豐水年。
表1 聞喜試驗(yàn)點(diǎn)的降水量/mmTable 1 Precipitation at the experimental site in Wenxi
供試品種為運(yùn)旱20410,由聞喜縣農(nóng)業(yè)局提供。采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì),設(shè)深翻模式(Deep tillage mode,DTM)、深 松模式 (Subsoiling mode,SSM)、農(nóng)戶(hù)模式(No tillage mode,NTM)為主區(qū),實(shí)施時(shí)間為前茬小麥?zhǔn)斋@后進(jìn)行。其中深翻模式為:耕深30~35cm,有機(jī)肥為1500kg·hm-2與打碎的秸稈采用深耕施肥機(jī)一并施入;深松模式為:深度35~40cm,有機(jī)肥為1500kg·hm-2采用深松施肥機(jī)施入,秸稈打碎后覆蓋于地表。農(nóng)戶(hù)模式:休閑期不采取任何耕作方式,僅在播前旋耕一次。設(shè)5種播種方式為副區(qū):條播(Drilling sowing,DS),溝播(Furrowing sowing,F(xiàn)S),膜際條播(Film mulch,F(xiàn)M),全膜覆土穴播(Film covering soil hole sowing,F(xiàn)SH),寬幅精播(Wide precision seeding,WPS)。其中條播:常規(guī)條播,行距20 cm;溝播:采用溝播機(jī)播種,溝深10cm,小麥種溝底,每溝種兩行,行距19cm;膜際條播:采用地膜覆蓋機(jī)播種,膜寬40cm,膜兩側(cè)種植兩行小麥,行距30cm;全膜覆土穴播:采用全膜覆土穴播機(jī)覆膜與覆土,用穴播機(jī)播種,膜寬120cm共12行,行距20cm,穴距12cm,每穴播6~8粒;寬幅精播:采用寬幅精量播機(jī)播種,播幅7cm,行距26cm。播量97.5kg·hm-2,共3×5=15個(gè)處理,小區(qū)面積為3×50=150m2,重復(fù)3次。基施氮、磷、鉀肥,純氮150kg·hm-2,P2O5150kg·hm-2,K2O 75kg·hm-2,8月25日耙磨收墑,10月1日播種,基本苗2.25×106株·hm-2。
土壤蓄水量的測(cè)定:采用土鉆分別于播前和小麥生育期采集3m深土壤樣品,每20cm為一層,樣品采集后立即裝入鋁盒,用烘干法測(cè)定土壤蓄水量,土壤蓄水量/mm=[(濕土重-烘干土重)/烘干土重×100%]×土層厚度/mm×土層容重;
群體動(dòng)態(tài)的測(cè)定:分別于越冬期(Winteing stage,WS)、返青期(Regreening stage,RS)、拔節(jié)期(Elongation stage,ES)、孕穗期(Booting stage,BS)及成熟期(Maturity stage,MS),采用人工定點(diǎn)計(jì)數(shù)法測(cè)定總莖數(shù)的動(dòng)態(tài)變化,再折算成單位面積平均值。
成熟期考察穗數(shù)、每穗粒重及粒重,每小區(qū)取20株進(jìn)行考種,并分析單株經(jīng)濟(jì)性狀,收割20m2測(cè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。
水分利用效率:WUE=Y(jié)/ET,式中:Y-小麥籽粒產(chǎn)量/kg·hm-2;ET-田間耗水量/mm,其中ET=處理前土壤蓄水量+休閑期降雨量+生育期降雨量-收獲期土壤蓄水量
利用SAS9.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。
隨著土層深度的增加,旱地小麥播前0~300 cm水分呈現(xiàn)“低-高-低”的變化趨勢(shì),在100cm處出現(xiàn)最低值后開(kāi)始上升,180cm處達(dá)到峰值后下降。由圖1可看出,休閑期采用深翻和深松模式均可提高0~280cm各土層土壤蓄水量,且在80~220cm土層的土壤蓄水量差異達(dá)到顯著水平,且深松模式好于深翻模式。采用深翻模式分別可提高0~100cm、100~200cm、200~300cm土層土壤蓄水量7.92mm、15.03mm、2.54mm;深松模式可提高16.77mm、26.23mm、8.53mm。深翻和深松模式分別可提高0~300cm土壤蓄水量25.49mm和51.54mm。可見(jiàn),休閑期采用“三提前”蓄水保墑技術(shù)的深翻和深松模式可達(dá)到明顯的蓄水保水效果,為旱地小麥的播種提供良好的底墑。
圖1 “三提前”技術(shù)模式對(duì)旱地小麥播前0~300cm不同土層土壤蓄水量的影響Fig.1 Effect of three advance technology pattern on soil water storage at the depth of 0~300cm in dryland wheat
由表2可看出,各生育期0~300cm土壤蓄水量均表現(xiàn)為降低趨勢(shì),越冬期最高。休閑期采用深翻和深松模式均可顯著提高越冬期到抽穗期0~300cm土壤蓄水量,降低開(kāi)花期到成熟期土壤蓄水量,以深松模式效果最好??梢?jiàn),“三提前”蓄水保墑技術(shù)蓄水保水效應(yīng)一直可延續(xù)到開(kāi)花期,從而為旱地小麥的生長(zhǎng)提供良好的水土環(huán)境,又由于后期作物耗水量增加,導(dǎo)致了開(kāi)花期到成熟期土壤蓄水量的減少。深翻和深松模式基礎(chǔ)上不同播種方式對(duì)越冬期到抽穗期0~300cm土壤蓄水量的影響均表現(xiàn)為全膜覆土穴播最高,其次是膜際條播,溝播,寬幅精播,條播,且各播種方式間差異顯著;開(kāi)花期到成熟期則反之,但深翻模式基礎(chǔ)上全膜覆土穴播與膜際條播在成熟期土壤蓄水量的差異不顯著??梢?jiàn),“三提前”蓄水保墑技術(shù)在創(chuàng)造良好底墑的情況下,采用全膜覆土穴播或膜際條播方式更能起到蓄水保墑的效果。農(nóng)戶(hù)模式基礎(chǔ)上采用膜際條播方式的蓄水保墑效果較好,尤其對(duì)越冬期到拔節(jié)期0~300cm的土壤蓄水量影響較大,這可能與此模式創(chuàng)造的底墑環(huán)境有關(guān)。
表2 基于“三提前”技術(shù)模式不同播種方式對(duì)0~300cm土壤蓄水量變化的影響/mmTable 2 Effect of sowing method based on three advance technology mode on soil water storage at the depth of 0~300cm
由表3可看出,隨著生育期進(jìn)程的推移,群體動(dòng)態(tài)表現(xiàn)為先升高后降低的變化趨勢(shì),拔節(jié)期達(dá)到最高后開(kāi)始下降。休閑期采用深翻和深松模式顯著增加了各生育期的群體分蘗,其中深松模式較深翻模式效果好。深翻模式和深松模式基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播和膜際條播方式的群體分蘗在各生育期(除返青期外)顯著高于其它播種方式,溝播對(duì)群體分蘗的影響在越冬期到拔節(jié)期高于條播,但在孕穗期到成熟期卻低于條播,且除返青期外各時(shí)期差異顯著。農(nóng)戶(hù)模式基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播或膜際條播方式較其它播種方式可顯著增加各生育期的群體分蘗,且采用膜際條播方式從返青期到成熟期的群體分蘗高于全膜覆土穴播。可見(jiàn),“三提前”蓄水保墑技術(shù)基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播方式有利于冬前形成壯苗,增加分蘗數(shù)量,為高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。
表3 基于“三提前”技術(shù)模式不同播種方式對(duì)群體動(dòng)態(tài)的影響/萬(wàn)·hm-2Table 3 Effect of sowing method based on three advance technology mode on population/104·hm-2
由表4可看出,休閑期采用深翻和深松模式均可促進(jìn)冬小麥的生長(zhǎng),增加植株高度,顯著增加穗長(zhǎng)及可育小穗數(shù),顯著減少了不育小穗數(shù),其中深松模式較深翻模式的效果好?!叭崆啊毙钏劶夹g(shù)基礎(chǔ)上不同播種方式對(duì)株高、穗長(zhǎng)及可育小穗數(shù)的影響均表現(xiàn)為全膜覆土穴播最高,其次為膜際條播,溝播,寬幅精播,條播,而對(duì)不育小穗數(shù)的影響則反之,各播種方式間在穗長(zhǎng)及不育小穗數(shù)的差異均達(dá)顯著水平。農(nóng)戶(hù)模式基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播方式的株高及穗長(zhǎng)顯著高于其它播種方式,但可育小穗顯著低于膜際條播。這說(shuō)明在“三提前”蓄水保墑技術(shù)提高底墑的情況下,采用全膜覆土穴播方式可明顯改善小麥生長(zhǎng)的環(huán)境,促進(jìn)有效穗的形成。
由表4還可看出,休閑期采用深翻和深松模式顯著提高了旱地小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)及產(chǎn)量,且以深松模式效果較好。深翻和深松模式基礎(chǔ)上不同播種方式對(duì)產(chǎn)量的影響均表現(xiàn)為全膜覆土穴播最高,其次是膜際條播、溝播、寬幅精播,條播,且深松模式基礎(chǔ)上各播種方式間的差異達(dá)顯著水平,深翻模式基礎(chǔ)上全膜覆土穴播與膜際條播間的差異不顯著。農(nóng)戶(hù)模式基礎(chǔ)上全膜覆土穴播和膜際條播方式的產(chǎn)量顯著高于其他播種方式,其中膜際條播產(chǎn)量高于全膜覆土穴播,但差異不顯著。深翻和深松模式基礎(chǔ)上不同播種方式對(duì)穗數(shù)的影響大于穗粒數(shù)及千粒重,且均以全膜覆土穴播方式的穗數(shù)最高,各播種方式間在穗數(shù)上的差異顯著。深翻模式基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播方式的穗粒數(shù)顯著高于其它播種方式,采用溝播方式的千粒重顯著高于其它播種方式。深松模式基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播和膜際條播方式的穗粒數(shù)顯著高于其它播種方式,但此兩種方式間差異不顯著;采用溝播方式的千粒重顯著高于其它播種方式。農(nóng)戶(hù)模式基礎(chǔ)上采用膜際條播方式的穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重高于其它播種方式,且在穗數(shù)及穗粒數(shù)上的差異達(dá)顯著水平??梢?jiàn),“三提前”蓄水保墑技術(shù)在增加土壤蓄水量的同時(shí),有利于提高旱地小麥產(chǎn)量,且采用全膜覆土穴播或膜際條播方式時(shí)通過(guò)增加小麥穗數(shù)及穗粒數(shù),進(jìn)一步提高產(chǎn)量。雖然溝播的千粒重較高,但由于溝播穗數(shù)較低,所以影響了產(chǎn)量的提高。
表4 基于“三提前”技術(shù)模式不同播種方式對(duì)成熟期主要性狀、產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響Table 4 Effect of sowing method based on three advance technology mode on main character in maturity,yield and its constitution
由表5可看出,休閑期采用深翻和深松模式可顯著提高旱地小麥水分利用效率,其中深松模式較深翻模式效果好。深翻和深松模式基礎(chǔ)上不同播種方式對(duì)水分利用效率的影響表現(xiàn)為全膜覆土穴播最高,其次是膜際條播、溝播、寬幅精播和條播。深翻模式基礎(chǔ)上全膜覆土穴播與膜際條播的水分利用效率顯著高于其它播種方式,而此兩種播種方式間差異不顯著;深松模式基礎(chǔ)上全膜覆土穴播的水分利用效率顯著高于其它播種方式,膜際條播與溝播間差異不顯著,寬幅精播與條播間差異不顯著。農(nóng)戶(hù)模式基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播和膜際條播方式的水分利用效率顯著高于其它播種方式,其中膜際條播方式的水分利用效率高于全膜覆土穴播,但差異不顯著??梢?jiàn),“三提前”蓄水保墑技術(shù)基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播方式可增加作物耗水量,促進(jìn)水分的吸收,提高水分利用效率。
表5 基于“三提前”技術(shù)模式不同播種方式對(duì)水分利用效率的影響Table 5 Effect of sowing method based on three advance technology mode on WUE
有關(guān)旱地小麥生產(chǎn),栽培工作者已提出許多蓄水保墑的栽培措施[8~11]。但目前,旱地小麥生產(chǎn)上仍存在的主要問(wèn)題是:有機(jī)肥投入少,地力低,土壤蓄水保水能力低,致使水分利用效率不高;秸稈還田時(shí)間晚,不能及時(shí)腐爛,達(dá)不到當(dāng)季增加有機(jī)質(zhì)的作用,同時(shí)影響播種質(zhì)量;休閑期雖然降雨相對(duì)較多,占到全年降雨的60%以上,但夏季溫度高,地表水分蒸發(fā)損失多,達(dá)不到伏雨春用的目的;旱地小麥基本上是趁墑或等雨播種,所以播種時(shí)間或早或晚,過(guò)早播種冬前旺長(zhǎng)和過(guò)晚播種苗小苗弱幾乎每年都有發(fā)生。本課題組根據(jù)多年生產(chǎn)調(diào)查與總結(jié),提出了休閑期“三提前”栽培技術(shù)模式,且通過(guò)2009~2011年的試驗(yàn)研究表明“三提前”技術(shù)具有明顯的蓄水保墑效果,可高效利用休閑期降雨。本試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí),休閑期采用“三提前”蓄水保墑技術(shù)可起到良好的蓄水保墑效果,提高播前0~300cm土壤蓄水量,由于休閑期年際間降雨量的差異,本試驗(yàn)得出深松模式的蓄水保墑效果好于深翻模式,本年度休閑期降雨量為459.90mm,雨水充足,通過(guò)深松可使土壤水分不斷的滲入,減少了土壤蒸發(fā),最大限度的將休閑期降雨蓄于土壤之中,提高了降雨利用效率,從而為旱地小麥播種提供良好的底墑。
韓思明[9]研究表明膜側(cè)溝播由于具有抑蒸、聚水、保水等作用,土壤水分狀況優(yōu)于膜上穴播,且有較好的增產(chǎn)作用,但在特別干旱的年份和半干旱偏旱區(qū),無(wú)雨可聚,平膜穴播的增溫、保水效果明顯。張正茂等[12]在渭北旱原的研究表明,冬小麥在越冬期和收獲期膜側(cè)溝播均較膜上穴播可提高0~2m土體含水量。劉曉偉等[13]和王德強(qiáng)等[14]在甘肅旱作區(qū)研究表明全膜覆土穴播具有增溫保墑作用,可減少土壤的無(wú)效蒸發(fā),增加土壤含水量。本研究結(jié)果表明,在休閑期未耕作條件下,由于底墑條件較差,采用膜際條播方式反而比全膜覆土穴播方式的蓄水保墑效果好,可能是由于膜際條播方式的半封閉狀態(tài)比全封閉狀態(tài)更易聚集生育期降水的緣故。與前人研究不同,本試驗(yàn)研究采用休閑期 “三提前”蓄水保墑技術(shù),以及在此基礎(chǔ)上采用不同播種方式的蓄水保墑效果表明“三提前”蓄水保墑技術(shù)可提高小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的土壤蓄水量,且在此基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播或膜際條播方式由于在生育期全程覆膜減少了土壤水分蒸發(fā),有利于蓄住生育期降水,因此較其它方式更能起到聚水、保水的作用。采用溝播方式由于壟面與壟溝的地勢(shì),從而有利于截流水分,提高土壤蓄水量,效果僅次于全膜覆土穴播及膜際條播。
張睿等[15]研究表明地膜穴播的群體分蘗均較露地條播及露地穴播高。溫曉霞等[16]研究認(rèn)為全生育期地膜覆蓋穴播技術(shù)由于具有增溫效應(yīng),從而增加了小麥的分蘗數(shù)量,增大了群體。何春雨等[17]研究認(rèn)為全膜技術(shù)可顯著改變冬小麥生育進(jìn)程,提高越冬期壯苗率。本試驗(yàn)結(jié)果表明采用全膜覆土穴播與膜際條播方式較其它播種方式可顯著增加各生育期群體數(shù)量,且在“三提前”蓄水保墑技術(shù)提供良好底墑的情況下更強(qiáng)化了全膜覆土穴播及膜際條播的效果,由于全生育期覆膜的增溫效應(yīng),使得小麥出苗時(shí)間提前,從而增加了群體分蘗數(shù),促進(jìn)冬前壯苗的形成。
白麗婷等[18]研究認(rèn)為陜西渭北旱塬區(qū)采用地膜覆蓋栽培冬小麥株高、產(chǎn)量及水分利用效率均顯著高于常規(guī)露地栽培。李俊紅等[19]在河南洛陽(yáng)研究表明溝播較平播可顯著增產(chǎn),提高水分利用效率。王勇等[20]研究認(rèn)為地膜穴播的冬小麥在株高、穗長(zhǎng)、單穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)小穗數(shù)和千粒重等性狀上均較露地小麥明顯提高。但王虎全和韓思明[21]認(rèn)為地膜覆蓋穴播小麥產(chǎn)量的高低與土壤底墑狀況有密切關(guān)系,底墑好,會(huì)使此技術(shù)的增產(chǎn)效果得到充分發(fā)揮;底墑不好,則會(huì)出現(xiàn)增產(chǎn)不增收的結(jié)果。杜延軍等[22]研究認(rèn)為增加底墑和合理的覆膜進(jìn)程均會(huì)顯著增加作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明,在休閑期未耕作條件下,采用膜際條播方式較其它方式提高了穗數(shù),穗粒數(shù)及千粒重,從而提高了產(chǎn)量,這可能與其底墑創(chuàng)造的水土環(huán)境有關(guān)。而“三提前”蓄水保墑技術(shù)為旱地小麥的生長(zhǎng)提供了充足的底墑。在充足的底墑條件下,由于全膜覆土穴播與膜際條播全生育期進(jìn)行覆膜,提前了小麥開(kāi)花時(shí)間,延長(zhǎng)了灌漿時(shí)間,有利于形成大穗,提高了穗數(shù)及穗粒數(shù),從而提高了產(chǎn)量;溝播由于溝內(nèi)種植,雖然影響了群體的數(shù)量,但由于可將生育期降水沿壟面截流土壤之中,增加土壤蓄水量,因此個(gè)體性狀較好,通過(guò)增加穗粒數(shù)及千粒重來(lái)增加產(chǎn)量;寬幅精播與條播由于土壤裸露,土壤水分蒸發(fā)較快,從而使得產(chǎn)量低于其它方式,但其中寬幅精播由于是精量播種,個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)較小,且蓄水效果比條播好,因此產(chǎn)量也比條播高?!叭崆啊毙钏劶夹g(shù)基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播與膜際條播方式由于增加了小麥生育期的耗水量,促進(jìn)了根系對(duì)水分的吸收,提高了水分利用效率。
“三提前”蓄水保墑技術(shù)的深翻和深松模式具有較好的蓄水保墑效果,可提高播前各土層土壤蓄水量,將休閑期降雨最達(dá)程度的蓄存于土壤之中,為旱地小麥的生長(zhǎng)提供充足的底墑,且可提高從越冬期到抽穗期土壤蓄水量,保證生育期土壤水分的供應(yīng),可提高各生育期群體數(shù)量,促進(jìn)有效穗的形成,提高穗數(shù)及穗粒數(shù),從而提高產(chǎn)量及水分利用效率;“三提前”蓄水保墑技術(shù)基礎(chǔ)上采用全膜覆土穴播或膜際條播方式可較好的蓄住生育期降水,增加后期作物耗水,促進(jìn)小麥的生長(zhǎng),增加群體分蘗,增加旱地小麥穗數(shù)及穗粒數(shù),最終提高了產(chǎn)量及水分利用效率。因此,“三提前”蓄水保墑技術(shù)配套全膜覆土穴播或膜際條播方式是適宜山西省旱地麥田種植的最佳綜合栽培技術(shù)。
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