李博文，楊長(zhǎng)剛，蘭雪梅，宋亞麗，李守蕾，常 磊，韓凡香，程宏波，黃彩霞，柴守璽

(1.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

秸稈帶狀覆蓋對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量的影響

李博文1，楊長(zhǎng)剛1，蘭雪梅1，宋亞麗1，李守蕾1，常 磊1，韓凡香1，程宏波2，黃彩霞3，柴守璽1

(1.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

為探索利于西北黃土高原旱作麥田可持續(xù)發(fā)展的覆蓋保墑栽培新技術(shù)，通過(guò)大田試驗(yàn)研究了不同覆蓋方式(秸稈帶狀覆蓋：BSC，舊膜二茬利用：PAH，露地條播：CK)和不同施肥量(純氮、P2O5分別為：90、120、150 kg·hm-2)對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，覆蓋方式與施肥量對(duì)冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量三因素、生育期耗水量及水分利用效率有顯著影響，且二者互作效應(yīng)顯著。秸稈帶狀覆蓋下，籽粒產(chǎn)量達(dá)到5 305.0 kg·hm-2，較PAH和CK分別顯著增加24.0%和37.5%，水分利用效率達(dá)10.8 kg·hm-2·mm-1，較PAH和CK分別顯著提高20.6%和33.3%，且同等施肥量下BSC的產(chǎn)量和水分利用效率均顯著高于PAH和CK。從產(chǎn)量三因素看，BSC單位面積穗數(shù)較PAH和CK分別顯著提高27.0%和42.2%，而穗粒數(shù)分別降低14.3%和6.7%，千粒重分別降低2.3%和6.8%，差異均達(dá)顯著水平。與CK相比，BSC和PAH全生育期表現(xiàn)為顯著的增墑效應(yīng)，其中返青前以BSC保墑效果最好，拔節(jié)后則以PAH保墑效果最好。比較全生育期0～25 cm土壤溫度差異，BSC越冬前表現(xiàn)為增溫效應(yīng)，較CK高1.2℃，返青后表現(xiàn)為降溫效應(yīng)，較CK低1.8℃；而PAH全生育期表現(xiàn)為增溫效應(yīng)，平均較CK高0.9℃。通徑分析表明，秸稈帶狀覆蓋主要是通過(guò)改善土壤水熱條件，顯著提高單位面積穗數(shù)，從而提高冬小麥產(chǎn)量。

秸稈帶狀覆蓋；旱地；冬小麥；產(chǎn)量；土壤水分；土壤溫度

西北地區(qū)小麥多分布在年降水250～600 mm的內(nèi)陸地帶[1]；該區(qū)域冬春少雨干旱，夏秋降水多而集中，降水與小麥生長(zhǎng)需水錯(cuò)位嚴(yán)重[2]。干旱是西北地區(qū)小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)的首要原因[3]；由干旱帶來(lái)的土壤貧瘠，是制約西北小麥發(fā)展的另一個(gè)主要因素[4]。

地膜覆蓋是西北旱區(qū)運(yùn)用最成功的抗旱栽培技術(shù)。研究表明[5-6]，其保墑增溫，改變作物耗水模式，提高水分生產(chǎn)效率，使旱作地區(qū)小麥等作物普遍增產(chǎn)30%以上[7]。但隨地膜種植的持續(xù)運(yùn)用，其對(duì)土壤水肥過(guò)度消耗和聚乙烯地膜的“白色污染”問題日益突出，引發(fā)人們對(duì)覆膜種植可持續(xù)生產(chǎn)的思考[8]。秸稈覆蓋是另一項(xiàng)在旱作地區(qū)應(yīng)用較多的抗旱栽培技術(shù)，其不但保墑增產(chǎn)，且能改善土壤結(jié)構(gòu)、提高土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)旱地農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[9]。研究表明[10-12]，秸稈覆蓋后近地面水熱狀況改變，土壤導(dǎo)水性增強(qiáng)、降水就地入滲加快，水分蒸發(fā)得到有效抑制。對(duì)秸稈覆蓋下土壤溫度變化的研究表明[13]，秸稈覆蓋在低溫時(shí)段具有“增溫效應(yīng)”，高溫時(shí)段具有“降溫效應(yīng)”，可有效減緩地溫劇變對(duì)作物造成的傷害。此外，連續(xù)秸稈覆蓋還能提高土壤孔隙度、增加土壤有機(jī)質(zhì)[14]。

秸稈覆蓋可避免地膜種植對(duì)土壤的“白色污染”和秸稈焚燒引起的霧霾污染，也更符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展要求；但在西北旱作區(qū)，因地形條件和積溫不足等條件制約，尚處于應(yīng)用探索階段。秸稈帶狀覆蓋技術(shù)[15]是甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)研發(fā)的利用玉米整稈局部覆蓋種植旱地冬小麥的一種新型旱作覆蓋保墑栽培技術(shù)，其有效解決了高海拔地區(qū)秸稈覆蓋種植積溫不足的問題；但對(duì)其增產(chǎn)機(jī)理尚缺乏研究。本研究以西北旱地冬小麥主要種植區(qū)生態(tài)條件為背景，比較研究不同施肥量和覆蓋方式對(duì)旱地冬小麥土壤水溫、產(chǎn)量及水分利用效率的影響，旨在明確該技術(shù)增產(chǎn)機(jī)理，為該技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化和完善提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2014年9月—2015年7月在甘肅省通渭縣平襄鎮(zhèn)甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)基地為西北黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)典型代表區(qū)，屬溫帶半濕潤(rùn)半干旱性季風(fēng)氣候，海拔1 760 m，年均溫6.6℃，無(wú)霜期120～170 d，年蒸發(fā)量>1 500 mm，年均降水量380.2 mm，但主要集中于7—9月，與當(dāng)?shù)佧滎愖魑锷谛杷e(cuò)位。試區(qū)土壤為典型的黃綿土。

試驗(yàn)?zāi)甓榷←溕诳偨邓?18.0 mm，較常年平均多44.7%，其中冬小麥返青至成熟降水量254.0 mm，較多年同期高61.9%。冬小麥生育期各月降水量情況如下：2014年9—12月份分別為30.8、25.6、5.4 mm和0.5 mm，2015年1—7月份分別為0.9、0.8、27.1、31.8、88.9、39.8 mm和66.4 mm，冬小麥生育期≥5 mm有效降水量為301.6 mm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)秸稈帶狀覆蓋(BSC)、舊膜二茬利用(PAH)和露地條播(CK)3種覆蓋方式，每種覆蓋方式下設(shè)高、中、低3種施肥量，相應(yīng)的施肥量如表1。試驗(yàn)共9個(gè)處理，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積300 m2(10 m×30 m)。3種覆蓋方式如下：

表1 不同處理的施肥量

秸稈帶狀覆蓋(BSC)：分秸稈覆蓋帶和種植帶(圖1)，兩帶共60 cm、相間排列。秸稈覆蓋帶采用玉米整稈覆蓋，覆蓋量約9 000.0 kg·hm-2，約為1 hm-2旱地玉米秸稈量。覆蓋時(shí)秸稈覆蓋帶與播種帶的兩個(gè)邊行各留2～5 cm左右間距，以防止秸稈壓苗。每播種帶平作穴播3行小麥，穴距12 cm，總寬度約27 cm，預(yù)留覆蓋帶寬度約33 cm。本季為二茬免耕，播前將頭茬種植帶和覆蓋帶互換，然后采用免耕穴播方式，播種冬小麥，具體技術(shù)指標(biāo)同頭茬。

圖1 秸稈帶狀覆蓋示意圖

Fig.1 Bundled straw covering pattern

舊膜二茬利用(PAH)：前茬為全膜覆土穴播(全地面平作覆膜，膜面覆土1 cm；平作穴播小麥，行距20 cm，穴距12 cm)。

露地條播(CK)：播前旋耕整地施肥，地面不覆膜，平作條播小麥，行距20 cm。

各小區(qū)播種量相同，冬小麥供試品種為蘭天26，播種量均為270 kg·hm-2，各處理所施氮肥為尿素，磷肥為磷酸二銨。因本研究BSC和PAH處理均為二茬免耕，播前7 d采用穴播的方式將肥料施入，播種時(shí)同樣采用免耕穴播的方式種植小麥。冬小麥生育期在灌漿前期將葉面肥、殺蟲劑和殺菌劑等混合噴施用于防止后期病蟲害、干熱風(fēng)和冬小麥植株早衰。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤含水量測(cè)定及相關(guān)指標(biāo)計(jì)算 在冬小麥苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期以及成熟期，按0～20，20～40，40～60，60～90，90～120，120～150，150～180，180～200 cm共8個(gè)土層取土樣，從小麥種植行間取土樣，用烘干法測(cè)定土壤含水量。0～200 cm平均含水量為8個(gè)土層含水量的加權(quán)平均值。土壤含水量(%)=(土壤鮮重-土壤干重)/土壤干重×100。

W=10×h×ρ×ω，式中W為土壤貯水量(mm)，h為土層深度(cm)，ρ為土壤容重(g·cm-3)，ω為土壤含水量(%)。

ET=(W1-W2)+P，式中ET為作物生育期耗水量(mm)，P為作物生育期≥5 mm有效降雨量，W1、W2分別為播前和收獲時(shí)的土壤貯水量(mm)。

WUE=Y/ET，式中WUE為水分利用效率(kg·hm-2·mm-1)，Y為小麥籽粒產(chǎn)量(kg·hm-2)，ET為農(nóng)田耗水量(mm)。

1.3.2 土壤溫度測(cè)定 各小區(qū)選擇一定點(diǎn)，在小麥各生育時(shí)期分5、10、15、20、25 cm共5個(gè)土層分別于小麥種植行間用曲管溫度計(jì)測(cè)定土壤溫度。各生育時(shí)期測(cè)定時(shí)，均選在晴朗干燥天氣進(jìn)行，分別在早晨(6∶00—6∶30)、中午(12∶00—12∶30)和傍晚(18∶00—18∶30)分三次測(cè)定，土壤日均溫為早、中、晚三次測(cè)定的平均值。

1.4 產(chǎn)量測(cè)定

小麥成熟前一周，從每個(gè)小區(qū)選3點(diǎn)測(cè)定單位面積穗數(shù)；小麥成熟后按小區(qū)收獲，脫粒后曬干稱重，計(jì)算產(chǎn)量，籽粒含水量約為12.5%。在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取20株帶回室內(nèi)按國(guó)標(biāo)方法測(cè)定穗粒數(shù)、千粒重。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SPSS19.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)分析，采用LSD法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，顯著性水平設(shè)定為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量及主要農(nóng)藝指標(biāo)變化

從表2可見，覆蓋方式與施肥量對(duì)冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量三因素、生育期耗水量、水分利用效率(WUE)和收獲指數(shù)均產(chǎn)生顯著影響，且二者對(duì)冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量三因素、生育期耗水量和水分利用效率均存在顯著互作效應(yīng)。BCS的產(chǎn)量達(dá)5 305.0 kg·hm-2，分別較CK和PAH顯著增加24.0%和37.5%；高施肥量的產(chǎn)量分別較中、低施肥量顯著增加6.6%和14.7%；而BSC在3種施肥量的產(chǎn)量均顯著高于同等施肥量的PAH和CK。

進(jìn)一步比較產(chǎn)量三因素差異，發(fā)現(xiàn)BSC增產(chǎn)的主要原因是大幅度提高單位面積穗數(shù)，而穗粒數(shù)和千粒重顯著低于PAH和CK。BSC較PAH和CK單位面積穗數(shù)分別顯著增加42.2%和27.1%，且高、中施肥量均顯著高于同等施肥量的PAH和CK，而千粒重分別顯著降低2.3%和6.8%，穗粒數(shù)則分別顯著降低14.3%和6.7%。不同施肥量下，單位面積穗數(shù)，中施肥量分別較高、低施肥量顯著增加6.6%和16.8%；穗粒數(shù)，中、低施肥量分別較高施肥量增加12.6%和11.3%；千粒重，高施肥量較低施肥量顯著高2.7%，而與中施肥量無(wú)顯著差異。分析覆蓋方式與施肥量對(duì)產(chǎn)量三因素的影響，發(fā)現(xiàn)覆蓋方式是引起產(chǎn)量三因素差異的主要因子，不同覆蓋方式下單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的變異系數(shù)(18.4%、7.7%和3.6%)均明顯高于不同施肥量下產(chǎn)量三因素的變異系數(shù)(7.8%、6.4%和1.4%)。進(jìn)一步分析引起處理間產(chǎn)量差異的主要因素，發(fā)現(xiàn)引起處理間產(chǎn)量差異的首要因素是單位面積穗數(shù)，處理間單位面積穗數(shù)的變異系數(shù)(18.2%)明顯高于穗粒數(shù)(10.3%)和千粒重(3.7%)。相關(guān)分析表明，產(chǎn)量與單位面積穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)(r=0.929**)，而與穗粒數(shù)(r=-0.623)和千粒重(r=-0.343)呈不顯著負(fù)相關(guān)。

表2 冬小麥產(chǎn)量、耗水量、水分利用效率及主要農(nóng)藝指標(biāo)

BSC：秸稈帶狀覆蓋，PAH：舊二茬利用，CK：露地條播，M：覆蓋方式，F(xiàn)：施肥量。SN：穗數(shù)，GNS：穗粒數(shù)，GW：千粒重，GY：籽粒產(chǎn)量，HI：收獲指數(shù)，WCA：耗水量，WUE：水分利用效率，SWC：0～200 cm土壤含水量，ST：0～25 cm土壤溫度。CV：變異系數(shù)。NS、*和**分別表示無(wú)顯著差異及在0.05和0.01水平上差異顯著。同一列數(shù)字后的不同小寫字母表示在0.05水平上差異顯著。

BSC: bundled straw covering, PAH: mulching with used plastic film after harvest, CK: uncovered and row-seeding, M: mulching patterns, F: fertilizer amount. SN: spike number, GNS: grain number per spike, GW: 1000-grain weight, GY: grain yield, HI: harvest index, WCA: water consumption amount, WUE: water use efficiency, SWC: soil water content in 0～200 cm soil layer, ST: soil temperature in 0～25 cm soil layer. CV: variation coefficient. NS, *and** indicate non-significant, significant atP<0.05 and significant atP<0.01, respectively. Different lowercase letters within a column mean significant difference atP<0.05.

比較各處理生育期耗水量發(fā)現(xiàn)，BSC生育期耗水量較CK和PAH分別顯著增加3.0%；高施肥量的生育期耗水量較中、低施肥量分別顯著低1.4%和2.1%；而BSC在高、低施肥量的生育期耗水量均顯著高于同等施肥量的PAH和CK。從水分利用效率上看，BSC的WUE達(dá)10.8 kg·hm-2·mm-1，較CK和PAH分別顯著提高20.6%、33.3%；高施肥量的WUE達(dá)10.0 kg·hm-2·mm-1，較中、低肥量分別顯著提高7.8%和17.0%；而BSC在3種施肥量的WUE均顯著高于同等施肥量的PAH和CK。分析處理間收獲指數(shù)的變化發(fā)現(xiàn)，以CK收獲指數(shù)最高，分別較BSC和PAH顯著提高4.9%和12.3%；隨著施肥量的增加收獲指數(shù)呈遞增趨勢(shì)，但覆蓋方式與施肥量對(duì)收獲指數(shù)無(wú)顯著互作。進(jìn)一步分析生育期耗水量、WUE和收獲指數(shù)的變異系數(shù)發(fā)現(xiàn)，覆蓋方式與施肥量交互作用最大(2.3%、14.8%和6.1%)、覆蓋方式其次(1.7%、14.7%和5.6%)、施肥量的影響最弱(1.1%、7.9%和3.8%)，可見覆蓋方式的影響效應(yīng)明顯大于施肥量，起主導(dǎo)作用。

綜上可見，半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)免耕條件下，BSC能顯著提高單位面積穗數(shù)，為增產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)，并能獲得較高的水分利用效率，同時(shí)適當(dāng)增加施肥量可進(jìn)一步提高冬小麥?zhǔn)斋@指數(shù)、籽粒產(chǎn)量和水分利用效率。

2.2 各生育時(shí)期土壤水熱狀況

覆蓋方式與施肥量對(duì)全生育期0～200 cm平均土壤含水量和0～25 cm平均土壤溫度產(chǎn)生極顯著影響，且二者對(duì)0～25 cm土壤溫度的影響存在顯著交互作用(表2)。從不同覆蓋方式來(lái)看，BSC較CK和PAH，全生育期0～200 cm平均含水量分別高1.1和0.3個(gè)百分點(diǎn)，與CK差異顯著，但與PAH無(wú)顯著差異；全生育期0～25 cm土層平均溫度分別顯著低1.0℃和1.9℃。從不同施肥量來(lái)看，高、中、低施肥量下全生育期0～200 cm平均含水量和0～25 cm土層平均溫度均無(wú)顯著差異，從覆蓋方式與施肥量的組合來(lái)看，全生育期0～200 cm平均含水量以高施肥量的BSC和PAH最高，顯著高于不同施肥量的CK，但與中、低施肥量的BSC和PAH無(wú)顯著差異；全生育期0～25 cm土層平均溫度以低施肥量的PAH最高，顯著高于不同施肥量下的BSC和CK，但與中、高施肥量的PAH無(wú)顯著差異，而高施肥量的BSC與同等施肥量的CK無(wú)顯著差異。可見，就土壤水分狀況而言，不同覆蓋方式均可顯著改善土壤水分狀況，但在覆蓋的同時(shí)增加或降低施肥量對(duì)其影響不大；就土壤溫度而言，覆膜整體提高地溫，秸稈帶狀覆蓋整體降低地溫，但在秸稈帶狀覆蓋的同時(shí)適當(dāng)增加施肥量有助于提高地溫，這因秸稈覆蓋的同時(shí)增加施肥有助于微生物分解秸稈，釋放熱量[16]。

比較各生育時(shí)期0～200 cm土壤水分和0～25 cm土壤溫度變化(圖2、圖3)，發(fā)現(xiàn)不同覆蓋方式可顯著影響各時(shí)期土壤墑情和土壤溫度，而不同施肥量下各生育期時(shí)期土壤墑情和土壤溫度相差不大。從不同覆蓋方式來(lái)看，各時(shí)期0～200 cm土壤水分，BSC在抽穗前平均較PAH和CK分別顯著高0.6和0.9個(gè)百分點(diǎn)，而在抽穗至成熟期仍較CK顯著高1.0個(gè)百分點(diǎn)，但與PAH無(wú)顯著差異；各時(shí)期0～25 cm土壤溫度，BSC在返青前與CK無(wú)顯著差異，但比PAH顯著低2.0℃，而在返青至成熟期分別較PAH和CK顯著低2.3℃和1.8℃。從不同施肥量來(lái)看，高施肥量在各時(shí)期的土壤墑情和土壤溫度雖普遍大于中、低施肥量，但3種施肥量間在各時(shí)期普遍無(wú)顯著差異。從覆蓋方式與施肥量的組合來(lái)看，各時(shí)期0～200 cm土壤水分，BSC顯著高于同等施肥量的CK，但從抽穗期開始明顯不如同等施肥量的PAH；各時(shí)期0～25 cm土壤溫度，BSC均顯著低于同等施肥量下的PAH，而從返青開始才明顯不如同等施肥量的CK?？梢?，秸稈帶狀覆蓋可顯著改善各生育時(shí)期0～200 cm土壤墑情，但從返青期開始0～25 cm土壤溫度明顯不如露地種植。

比較處理間土壤水分和溫度的變異系數(shù)(表2)，覆蓋方式(3.4%、6.8%)大于施肥量(1.1%、1.0%)，對(duì)不同處理間土壤水溫差異起主要作用。相關(guān)分析表明0～200 cm土層平均含水量(r=0.760*)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，0～25 cm土壤溫度(r=-0.784*)與產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)?？梢姡珺SC在全生育期的保墑效應(yīng)和在生育期后期的降溫效應(yīng)，為冬小麥前期營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和后期籽粒形成提供了良好的土壤水熱環(huán)境，為增產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。

注：誤差線代表LSD0.05；H、M、F分別表示高、中和低不同施肥量；SD：播種期；WT：越冬期；RV：返青期；JT：拔節(jié)期；HD：抽穗期；FL：開花期；GF：灌漿期；MT：成熟期。下同。

Note: Error bars show the LSD0.05; H, M and L mean high, moderate and low fertilizer amount, respectively; SD: seeding; WT: wintering; RV: revival; JT: jointing; HD: heading; FL: flowering; GF: grain-filling; MT: maturity. The same below.

圖2 不同生育時(shí)期0～200 cm土壤含水量

Fig.2 Soil water content in 0～200 cm profile at different growth stages

圖3 不同生育時(shí)期0～25 cm土壤溫度

Fig.3 Soil temperature in 0～25 cm profile at different growth stages

2.3 產(chǎn)量效益機(jī)制分析

不同覆蓋方式與施肥量下，冬小麥籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量三要素、0～200 cm平均含水量、0～25 cm平均溫度的相關(guān)分析和通徑分析結(jié)果表明(表3)，冬小麥籽粒產(chǎn)量與單位面積穗數(shù)、0～200 cm平均含水量呈顯著正相關(guān)、與0～25 cm平均溫度呈顯著負(fù)相關(guān)，而與其他指標(biāo)相關(guān)不顯著。由籽粒產(chǎn)量與上述指標(biāo)的直接通徑系數(shù)可以看出，覆蓋方式與施肥量對(duì)冬小麥產(chǎn)量因素的影響順序?yàn)椋簡(jiǎn)挝幻娣e穗數(shù)(1.416)>穗粒數(shù)(0.585)>千粒重(0.256)>0～200 cm平均含水量(0.128)>生育期耗水量(0.033)>0～25 cm平均溫度(-0.021)。由籽粒產(chǎn)量與上述指標(biāo)的間接通徑系數(shù)可以看出，穗粒數(shù)(-1.202)、千粒重(-0.613)及0～25 cm平均溫度(-1.047)主要通過(guò)減小單位面積穗數(shù)而對(duì)增加產(chǎn)量起負(fù)效應(yīng)；而0～200 cm平均含水量(0.978)和生育期耗水量(0.734)能通過(guò)增加單位面積穗數(shù)對(duì)提高產(chǎn)量起正效應(yīng)。因此，說(shuō)明適宜的覆蓋方式和施肥量主要是通過(guò)提高單位面積穗數(shù)，來(lái)增加冬小麥產(chǎn)量，而單位面積穗數(shù)的提高可歸因于土壤水熱狀況的改善。

表3 籽粒產(chǎn)量與主要農(nóng)藝指標(biāo)及土壤水熱特征指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)和通徑分析

注：*，**分別表示在0.05和0.01水平上顯著相關(guān)；X1、X2、X3、X4、X5和X6分別表示冬小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、0～200 cm平均土壤含水量、0～25 cm土壤平均溫度和生育期耗水量。

Note: * and ** indicate significant correlation at 0.05 and 0.01, respectively. X1, X2, X3, X4, X5and X6indicate spike number, grain number per spike, 1000-grain weight, average soil water content in 0～200 cm profile, average soil temperature in 0～25 cm profile and water consumption amount, respectively.

3 討 論

促進(jìn)有限水分的高效利用是旱地小麥高產(chǎn)研究的主要課題，而覆蓋與施肥是提高作物產(chǎn)量與水分利用效率的有效措施[4-9,17]。研究發(fā)現(xiàn)[18]，地表覆蓋能明顯抑制土壤水分蒸發(fā)，促使土壤水分消耗主要用于作物蒸騰性生產(chǎn)，提高蒸騰蒸發(fā)比，使小麥、玉米等作物產(chǎn)量和水分利用效率顯著提高。本研究結(jié)果表明，BSC冬小麥產(chǎn)量較CK增加18.60%～49.5%，WUE提高14.9%～45.3%，同時(shí)增加施肥量有助于冬小麥產(chǎn)量和WUE的提高；這與谷潔[19]、魯向暉[20]等人的研究結(jié)果類似。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)PAH較CK有減產(chǎn)現(xiàn)象，其減產(chǎn)的主要原因是單位面積穗數(shù)較CK顯著降低，這可能是因?yàn)楦材で捌诹己玫乃疅釛l件促使冬小麥群體生長(zhǎng)過(guò)旺，加劇了土壤水分和養(yǎng)分的消耗，后期脫水脫肥，而導(dǎo)致成穗率降低，最終造成減產(chǎn)[21-23]，而PAH收獲指數(shù)較CK顯著降低也證明了這一點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外研究認(rèn)為[6,24-26]，旱地小麥穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的關(guān)鍵是提高單位面積成穗數(shù)。本研究BSC單位面積穗數(shù)顯著高于CK，穗數(shù)與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)(r=0.929**)與上述理論結(jié)果一致，通徑分析進(jìn)一步明確土壤水熱條件的改善是穗數(shù)增加的主要原因。

有研究認(rèn)為[26-28]，在豐水年份，秸稈覆蓋的保水作用并不明顯，反而會(huì)因降溫效應(yīng)影響籽粒發(fā)育，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。這與本研究結(jié)果不盡相同，本研究發(fā)現(xiàn)，BSC處理保墑效果明顯，雖然也表現(xiàn)出降溫效應(yīng)，但并未導(dǎo)致減產(chǎn)，反而大幅增產(chǎn)；分析其原因可能是本研究采用玉米整稈局部覆蓋、局部密植的措施，與以往全田秸稈覆蓋的處理方式對(duì)土壤水熱影響的差異較大。相關(guān)分析也表明，BSC處理的保墑和降溫效應(yīng)與冬小麥產(chǎn)量均呈顯著正相關(guān)(r=0.760*、r=0.784*)，而通過(guò)對(duì)各農(nóng)藝指標(biāo)變異系數(shù)的比較發(fā)現(xiàn)，覆蓋方式始終起主導(dǎo)作用。因此，從理論和實(shí)踐上來(lái)說(shuō)，秸稈帶狀覆蓋是一種行之有效的增產(chǎn)、提高水分利用效率的農(nóng)藝措施。

本研究以冬小麥為例研究了旱地免耕條件下秸稈帶狀覆蓋技術(shù)的土壤水熱效應(yīng)，并對(duì)其增產(chǎn)、提高水分利用效率的原因做了簡(jiǎn)單剖析。但是，對(duì)土壤水熱的研究?jī)H圍繞種植帶，缺乏對(duì)覆蓋帶與種植帶間土壤水熱運(yùn)移的研究。此外，覆蓋帶和種植帶帶寬的分配，以及播量、播種方式之間的搭配是否能夠最大化的協(xié)調(diào)產(chǎn)量要素還屬未知，未對(duì)生理方面的指標(biāo)和其它作物進(jìn)行研究，有些機(jī)理難以解釋，這些問題有待進(jìn)一步探索。

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Effects of bundled straw covering on yield of dryland winter wheat in semiarid region

LI Bo-wen1, YANG Chang-gang1, LAN Xue-mei1, SONG Ya-li1, LI Shou-lei1, CHANG Lei1,HAN Fan-xiang1, CHENG Hong-bo2, HUANG Cai-xia3, CHAI Shou-xi1

(1.CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity/GansuProvincialKeyLabofAridlandCrop,Lanzhou,Gansu730070,China; 2.CollegeofLifeScienceandTechnology,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China; 3.CollegeofEngineering,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou,Gansu730070,China)

With the purpose to probe new mulching cultivation technology for sustainable development of winter wheat in northwest Loess Plateau, a field experiment was conducted to study the effects of different mulching patterns (bundled straw covering: BSC, mulching with used plastic film after harvest: PAH, uncovered and row-seeding: CK) and fertilization treatments (pure N and P2O5: 90 kg·hm-2, 120 kg·hm-2, 150 kg·hm-2) on the yield of dryland winter wheat. The results showed that mulching patterns and fertilizer amount had significant effects on grain yield, yield components, water consumption amount and water use efficiency (WUE), and their interaction effect was also significant. The grain yield reached 5 305.0 kg·hm-2under BSC, which was 24.0% and 37.5% higher than that under PAH and CK, and the WUE reached 10.8 kg·hm-2·mm-1, which was 20.6% and 33.3% higher than that under PAH and CK, respectively. Under same fertilizer amount, the yield and WUE of BSC were significantly higher than those of PAH and CK. In aspects of yield components, the spike number per unit area of BSC was 27.0% and 42.2% higher than that of PAH and CK, respectively; however, the grain number per spike reduced by 14.3% and 6.7%, and the 1000-grain weight reduced by 2.3% and 6.8%, respectively. Compared to CK, both BSC and PAH increased soil moisture significantly during the whole growth period, in which BSC was the best before the revival stage, and PAH was the best after the jointing stage. By comparing the difference of soil temperature in 0～25 cm during the whole growth period, it was found that BSC showed a warming effect before wintering, being 1.2℃ higher than CK, but it showed a cooling effect after revival stage, being 1.8℃ lower than CK; PAH showed a warming effect during the whole growth period, being 0.9℃ higher than CK in average. Based on path analysis, it was concluded that BSC increased the spike number per unit area and the yield of winter wheat mainly by improving soil hydrothermal condition.

bundled straw covering; dryland; winter wheat; yield; soil moisture; soil temperature

1000-7601(2017)02-0014-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.02.03

2015-12-11基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資助項(xiàng)目(CARS-3-2-49)；公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303104)；盛彤笙科技創(chuàng)新基金 (GSAU-STS-1512)

李博文(1990—)，男，甘肅慶陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事作物栽培與生態(tài)生理研究。 E-mail: 837808901@qq.com。

柴守璽(1962—)，男，甘肅會(huì)寧人，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事小麥栽培育種和生態(tài)生理研究。 E-mail: sxchai@126.com。

S343.1

A