張慧芋，孫敏，高志強(qiáng)，梁艷妃，楊清山，張娟，李念念

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旱地麥田深松蓄水和覆蓋播種土壤水分變化與小麥籽粒 蛋白質(zhì)含量的關(guān)系

張慧芋，孫敏，高志強(qiáng)，梁艷妃，楊清山，張娟，李念念

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801）

【目的】明確旱地麥田休閑期深松蓄水和覆蓋保水的技術(shù)效果，有利于探索旱地小麥增產(chǎn)提質(zhì)的最佳耕作及覆蓋播種技術(shù)新途徑?！痉椒ā坑?012—2014年度在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)聞喜小麥試驗(yàn)基地開展大田試驗(yàn)，以休閑期深松和當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作為主區(qū)，以全膜覆土穴播、膜際條播、常規(guī)條播為副區(qū)，研究深松和覆蓋播種對(duì)3 m內(nèi)土壤水分、小麥籽粒蛋白質(zhì)含量及其產(chǎn)量的影響。【結(jié)果】旱地麥田休閑期深松處理播種至開花期0—300 cm土層蓄水量較免耕處理顯著提高，產(chǎn)量提高12%—30%，且籽粒谷蛋白含量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著提高。兩覆蓋播種較常規(guī)條播，土壤蓄水量越冬至開花期均顯著提高，產(chǎn)量提高6%—24%，籽粒醇溶蛋白、總蛋白含量及蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著提高，清蛋白提高。深松條件下，膜際條播較全膜覆土穴播開花期土壤水分顯著降低；免耕條件下，兩覆蓋處理間各生育時(shí)期土壤水分差異不顯著。膜際條播較全膜覆土穴播產(chǎn)量提高，在2012—2013深松條件和2013—2014免耕條件下差異顯著。深松條件下，膜際條播較全膜覆土穴播籽粒蛋白質(zhì)組分含量，總蛋白質(zhì)含量及其產(chǎn)量顯著提高。此外，相關(guān)性分析表明，開花期0—100、100—200、200—300 cm土層土壤蓄水量通過直接與間接作用對(duì)籽粒蛋白質(zhì)積累的總影響均表現(xiàn)為正向作用，且2012—2013年100—200 cm土層土壤水分對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量的提高貢獻(xiàn)最大，2013—2014年200—300 cm土層土壤水分對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量的提高貢獻(xiàn)最大。從籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量形成的貢獻(xiàn)來看，休閑期深松主要通過影響開花期土壤水分影響籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量，且深松條件下覆蓋播種主要是通過影響孕穗期土壤水分而影響籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量，且膜際條播對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)顯著大于全膜覆土穴播?！窘Y(jié)論】休閑期深松有利于蓄積休閑期降雨，覆蓋播種有利于保蓄土壤水分，其效果延續(xù)至開花期，而生育中期土壤水分與籽粒蛋白質(zhì)積累密切相關(guān)，休閑期深松配套膜際條播覆蓋播種有利于旱地小麥產(chǎn)量和品質(zhì)協(xié)同提高。

旱地小麥；休閑期深松；覆蓋播種；土壤水分；籽粒蛋白質(zhì)含量

0 引言

【研究意義】土壤水分直接影響作物養(yǎng)分吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)，從而影響作物產(chǎn)量和品質(zhì)。灌溉是水地小麥調(diào)節(jié)土壤水分的主要途徑，而旱作麥區(qū)僅依靠降水來調(diào)節(jié)土壤水分。本試驗(yàn)點(diǎn)屬黃土高原半干旱地區(qū)的東緣，年度降水分布不均，常年大約60%的降雨集中在小麥?zhǔn)斋@后的休閑期（7—9月），土壤存儲(chǔ)的水量決定著旱地小麥播前底墑的豐欠，是影響產(chǎn)量的重要因素，有效蓄納休閑期自然降雨是實(shí)現(xiàn)旱地小麥高產(chǎn)的重要途徑。【前人研究進(jìn)展】前人在耕作蓄水方面進(jìn)行了大量研究。侯賢清等[1]研究表明，旱地麥田麥?zhǔn)蘸筮M(jìn)行免耕處理可降低土壤容重，促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，從而提高土壤保水能力，但長(zhǎng)期免耕會(huì)造成土壤緊實(shí)。Wang等[2]研究表明，深耕翻可改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤滲水速度，增加蓄水容量，有利于最大限度地接納雨水，但土壤結(jié)構(gòu)的改變會(huì)加速土壤有機(jī)質(zhì)含量降低及養(yǎng)分流失，從而使耕地質(zhì)量變差。Wang等[3]、侯賢清等[4]研究表明，休閑期深松加深耕層而不翻動(dòng)土壤，可降低耕層土壤容重0.2 mg·cm-3以上，改善土壤的透水性，減少蒸發(fā)，提高其對(duì)自然降水的蓄積能力，最終提高作物產(chǎn)量及水分利用效率。秦紅靈等[5]研究表明，土壤深松處理較不深松可實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)18.3%?？梢姡荒暌蛔骱档佧溙镄蓍e期深松可實(shí)現(xiàn)蓄水、增產(chǎn)、增效。此外，為更有效蓄積周年降水，地膜覆蓋播種很早就受到人們的關(guān)注，且自20世紀(jì)70年代引進(jìn)國(guó)內(nèi)后，其蓄水增產(chǎn)效果得到充分驗(yàn)證[6-8]。侯慧芝等[9]研究表明，生育期地膜覆蓋可提高小麥產(chǎn)量42.8%，水分利用效率10.5%。李福等[10]研究表明，全膜覆土穴播技術(shù)可蓄積全年約50%的降水，自然降水利用率達(dá)到70%。李儒等[11]在陜西省不同降水年型的研究表明，相對(duì)于條播不覆蓋播種技術(shù)，壟覆地膜+溝內(nèi)不覆播種技術(shù)的旱地小麥產(chǎn)量均顯著提高，達(dá)17%—27%。總之，旱作麥田耕作蓄水和覆蓋保水在黃土高原廣大旱區(qū)均可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增效。此外，旱地小麥的品質(zhì)優(yōu)良早已受到關(guān)注。籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量、谷醇比是評(píng)價(jià)小麥品質(zhì)的重要指標(biāo)[12]，且土壤水分是影響籽粒蛋白質(zhì)積累的重要因素，尤其是旱地小麥[12-13]。范雪梅等[14]研究表明，土壤干旱或漬水均會(huì)影響小麥籽粒氮代謝關(guān)鍵酶活性，從而導(dǎo)致籽粒蛋白質(zhì)含量及其產(chǎn)量下降，影響籽粒品質(zhì)；許振柱等[15]研究表明，花后土壤水分過低不利于籽粒蛋白質(zhì)的積累，過高則不利于與籽粒品質(zhì)相關(guān)的貯藏蛋白和谷蛋白大聚體的積累。戴廷波等[12]、Ozturk等[16]研究表明，適度干旱有利于籽粒蛋白質(zhì)積累，改善品質(zhì)，而漬水則相反?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】對(duì)旱地小麥而言，極度干旱的年份不利于籽粒蛋白質(zhì)積累，同時(shí)限制產(chǎn)量提高；降水較少的年份有利于改善籽粒品質(zhì)，但產(chǎn)量降低；降水較多的年份有利于提高產(chǎn)量，但由于蛋白質(zhì)的稀釋效應(yīng)，相對(duì)較高的土壤水分不利于籽粒蛋白質(zhì)的積累[13]。旱地麥田在周年蓄保水分增產(chǎn)增效的同時(shí)，如何提高品質(zhì)是旱作栽培工作者需研究解決的一個(gè)難題?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文研究分析了休閑期深松的蓄水、增產(chǎn)、提質(zhì)效果，比較了兩種覆蓋播種技術(shù)對(duì)0—3 m土層水分周年變化、產(chǎn)量和籽粒蛋白質(zhì)形成的影響，以期為制定黃土高原旱地麥區(qū)產(chǎn)量與品質(zhì)協(xié)同提高的優(yōu)化栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本概況

本試驗(yàn)于2012—2014年度，在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)聞喜小麥試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)地位于東經(jīng)110°59′—111°37′、北緯35°9′—35°34′，四季分明，年均氣溫12.5℃，無霜期185 d，屬典型的暖溫帶大陸氣候。試驗(yàn)田為丘陵旱地，無灌溉條件，種植制度為夏季休閑制，即從前茬小麥?zhǔn)斋@至下茬小麥播種為裸地。2012—2013年度，6月10日測(cè)定表層土壤肥力結(jié)果為有機(jī)質(zhì)11.88 g·kg-1、堿解氮38.62 mg·kg-1、速效磷14.61 mg·kg-1；2013—2014年度，6月10日測(cè)定結(jié)果為有機(jī)質(zhì)10.18 g·kg-1、堿解氮39.32 mg·kg-1、速效磷16.62 mg·kg-1。2012—2014年試驗(yàn)地的降雨情況見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為“20410”，由山西省聞喜縣農(nóng)業(yè)局提供。采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，以休閑期耕作方式為主區(qū)，設(shè)深松（深度為30—35 cm，SS）和免耕（休閑期不進(jìn)行耕作，NT）2個(gè)水平，以播種方式為裂區(qū)，設(shè)膜際條播（FM）、全膜覆土穴播（FSH）、常規(guī)條播（DS）3個(gè)水平，共6個(gè)處理，重復(fù)3次，小區(qū)面積150 m2（3 m×50 m）（表2）。前茬小麥?zhǔn)斋@時(shí)留高茬20—30 cm，約7月中旬進(jìn)行耕作處理，8月下旬淺旋、耙耱平整土地，播前基施150 kg N·hm-2、150 kg P2O5·hm-2、150 kg K2O·hm-2，小麥生育期內(nèi)不再追肥。9月底或10月初播種，基本苗225×104株/hm2。2012年7月15日深松，8月25日淺旋耕、平整土地，10月1日播種，次年6月3日收獲；2013年7月15日深松，8月23日淺旋耕、平整土地，9月29日播種，次年6月1日收獲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤蓄水量的測(cè)定 分別于播種期、越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期用土鉆取0—300 cm（每20 cm為一個(gè)土層）土樣，樣品采集后立即裝入鋁盒，采用烘干法測(cè)定土壤水分含量。按侯賢清[14]的計(jì)算方法如下：

SWSi=Wi×Di×Hi×10/100

式中，SWSi為第i土層土壤蓄水量（mm）；Wi為第i土層土壤質(zhì)量含水量（%）；Di為第i土層土壤容重（g·cm-3）；Hi為第i土層厚度（cm）。

1.3.2 籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的測(cè)定 采用連續(xù)提取法測(cè)定籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白含量；采用半微量凱氏定氮法測(cè)定含氮量，再乘以5.7即為蛋白質(zhì)含量。

1.3.3 籽粒蛋白質(zhì)增產(chǎn)效果 休閑期深松蓄水、覆蓋播種保水的籽粒蛋白質(zhì)增產(chǎn)具體計(jì)算方法如下：

△Y/△W=(Y-Y0)/(W-W0)

式中，△Y/△W為單位深松蓄水、覆蓋保水量下的籽粒蛋白質(zhì)增產(chǎn)量（kg·hm-2·mm-1）；Y、Y0分別為相同播種方式下休閑期深松、免耕（相同耕作措施下兩覆蓋播種、常規(guī)播種）措施下的籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量（kg·hm-2）；W、W0分別為相同播種方式下休閑期深松、免耕（相同耕作措施下兩覆蓋播種、常規(guī)播種）措施下的各生育時(shí)期的土壤蓄水量（mm）。

1.3.4 產(chǎn)量相關(guān)性狀 成熟期調(diào)查單位面積穗數(shù)，每穗平均粒數(shù)及千粒重；從每小區(qū)取50株測(cè)定生物產(chǎn)量，收獲20 m2實(shí)測(cè)產(chǎn)量。

表1 聞喜試驗(yàn)點(diǎn)的降水量

數(shù)據(jù)來源：山西省聞喜縣氣象站。休閑期：6月下旬至9月下旬；播種—越冬：10月上旬至11月下旬；越冬—拔節(jié)：12月上旬至4月上旬；拔節(jié)—開花：4月中旬至5月上旬；開花—成熟：5月中旬至6月中旬

Source: Meteorological observation of Wenxi county, Shanxi province, China. FP (Fallow Period): from the last 10 d of June to the last 10 d of Sep.; SS-WS (Sowing Stage-Wintering Stage): from the first 10 d of Oct. to the last 10 d of Nov.; WS-JS (Wintering Stage-Jointing Stage): from the first 10 d of Dec. to the first 10 d of Apr. in the following year; JS-AS (Jointing Stage-Anthesis Stage): from the middle 10 d of Apr. to the first 10 d of May; AS-MS (Anthesis Stage-Maturity Stage): the middle 10 d of May to the middle 10 d of Jun

表2 冬小麥不同覆蓋播種方式特征描述

1.4 統(tǒng)計(jì)方法

試驗(yàn)采用Microsoft Excel 2010處理數(shù)據(jù)，采用DPS 7.05軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，差異顯著性檢驗(yàn)用LSD法，顯著性水平設(shè)定為=0.05。

2 結(jié)果

2.1 休閑期深松和覆蓋播種對(duì)土壤蓄水量的影響

與免耕處理（NT）相比較，休閑期深松（SS）3 m內(nèi)土壤蓄水量在小麥播種期和越冬至開花期均顯著提高；全膜覆土穴播（FSH）和膜際條播（FM）兩種覆蓋播種較常規(guī)條播（DS）各生育期土壤蓄水量也均顯著提高（表3）。SS條件下，F(xiàn)SH處理較FM處理開花期土壤蓄水量顯著提高，越冬期和拔節(jié)期兩處理間差異不顯著；免耕條件下，兩覆蓋處理間差異均不顯著。此外，SS條件下，兩覆蓋處理對(duì)孕穗期土壤水分的影響存在差異，其中，2012—2013年度FSH處理孕穗期土壤蓄水量顯著高于FM處理，而2013—2014年度兩覆蓋處理間差異不顯著?？梢姡蓍e期深松和覆蓋播種可有效提高花前土壤蓄水量，且在干旱年份（2012—2013）深松可明顯增強(qiáng)全膜覆土穴播生育中后期的保水效果。

測(cè)驗(yàn)表明，年份、耕作、播種方式對(duì)播種至開花期土壤水分均具有顯著或極顯著影響，其中年份對(duì)播種期、拔節(jié)期、開花期土壤水分的影響最大，其次是耕作，再次是播種方式。耕作對(duì)越冬期、孕穗期土壤水分的影響最大，其次是年份，再次是播種方式。年份×耕作對(duì)孕穗期土壤水分有極顯著影響。年份×播種方式對(duì)播種期土壤水分有顯著影響。年份×播種方式、耕作×播種方式對(duì)拔節(jié)期、孕穗期土壤水分有極顯著影響，且對(duì)孕穗期土壤水分的影響最大。

2.2 休閑期深松和覆蓋播種對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量和蛋白質(zhì)含量的影響

休閑期深松（SS）較免耕（NT）處理的籽粒產(chǎn)量顯著提高，兩試驗(yàn)?zāi)甓确謩e達(dá)21%—30%和12%—16%（表4）。在兩個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓壤?，膜際條播（FM）和全膜覆土穴播（FSH）兩種覆蓋播種較常規(guī)條播（DS）的籽粒產(chǎn)量，深松處理下分別提高11%—24%和9%—13%；免耕（NT）處理下分別提高9%—15%和6%—11%。膜際條播（FM）較全膜覆土穴播（FSH）處理產(chǎn)量提高，且2012—2013年度深松與2013—2014年當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作條件下，兩處理間差異顯著。

SS較NT處理兩試驗(yàn)?zāi)甓茸蚜９鹊鞍缀?、蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著提高，F(xiàn)M條件下，清蛋白、醇溶蛋白和總蛋白質(zhì)含量提高顯著，且2012—2013年谷醇比顯著提高。兩覆蓋播種較DS處理，兩試驗(yàn)?zāi)甓茸蚜４既艿鞍?、總蛋白含量及蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著提高，清蛋白含量提高，且2012—2013年籽粒球蛋白、谷蛋白含量，谷醇比顯著提高。SS條件下，F(xiàn)M處理籽粒蛋白質(zhì)組分含量，總蛋白質(zhì)含量及其產(chǎn)量顯著高于FSH處理。而NT條件下，兩試驗(yàn)?zāi)甓炔町愝^大，2012—2013年FSH處理籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量、谷醇比高于FM處理，球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、總蛋白質(zhì)含量差異顯著；2013—2014年，F(xiàn)SH處理籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量、谷醇比、蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著低于FM處理。

表3 休閑期深松和覆蓋播種對(duì)0—300 cm土壤蓄水量的影響

同列不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著。*和**代表顯著水平達(dá)5%和1%。下同

Values followed by different small letters within a column indicate significant differences at 0.05 level. *and** represent significant differences at 0.05 and 0.01 levels. The same as below

較干旱的年份（2012—2013年）休閑期免耕（NT）條件下，全膜覆土穴播（FSH）和膜際條播（FM）產(chǎn)量無明顯差異，但全膜覆土穴播（FSH）在提質(zhì)方面表現(xiàn)出較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。而休閑期深松（SS）條件下，采用膜際條播（FM）較全膜覆土穴播（FSH）在增產(chǎn)和提質(zhì)方面均表現(xiàn)出較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

測(cè)驗(yàn)表明，年份、耕作、播種方式對(duì)籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)含量及籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量均有極顯著影響，其中耕作對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響最大，其次是年份，再次是播種方式；年份對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量的影響最大，其次是耕作，再次是播種方式；對(duì)籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響以年份最大，其次是播種方式，再次是耕作方式；播種方式對(duì)籽粒清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白、谷醇比均有極顯著影響。此外，年份×耕作方式對(duì)籽粒產(chǎn)量、籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量分別有顯著、極顯著影響。年份×播種方式對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量及產(chǎn)量有極顯著、顯著影響。耕作×播種方式、年份×耕作×播種方式對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量及產(chǎn)量均有極顯著影響。

2.3 休閑期深松和覆蓋播種的蛋白質(zhì)增產(chǎn)效果

2.3.1 休閑期深松的蓄水和蛋白質(zhì)增產(chǎn)效果 休閑期深松（SS）較免耕（NT），增加越冬至開花各生育時(shí)期土壤蓄水量，可增加籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量（表5）。各生育時(shí)期土壤含水量每增加1 mm，籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量從越冬期到開花期，分別增加2.16—5.24、1.39—4.21、1.10—8.74、2.24—11.21 kg·hm-2?？梢?，休閑期深松條件下，開花期土壤水分對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，其次是孕穗期，再次是越冬期。采用覆蓋播種可顯著增加深松蓄水對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)效果，其中采用膜際條播（FM）的效果更佳，尤其是2012—2013年顯著高于全膜覆土穴播（FSH）。

2.3.2 覆蓋播種的保水和蛋白質(zhì)增產(chǎn)效果 覆蓋播種較常規(guī)條播（DS），增加越冬至開花期各生育時(shí)期土壤蓄水量，可增加籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量，且采用膜際條播（FM）對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)顯著大于全膜覆土穴播（FSH）（表6）。深松蓄水影響了覆蓋播種對(duì)籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)規(guī)律。深松條件（SS）下，各生育時(shí)期土壤含水量每增加1 mm，籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量分別增加3.37—9.33、3.88—8.11、2.88—12.38、1.62—6.58 kg·hm-2，免耕（NT）條件下，分別為2.04—4.64、1.28—3.01、0.93—2.14、1.46—3.66 kg·hm-2。可見，覆蓋播種在深松條件（SS）下，孕穗期土壤水分對(duì)蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，在免耕條件下，越冬期土壤水分的貢獻(xiàn)最大。

表4 休閑期深松和覆蓋播種對(duì)籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量的影響

表5 休閑期深松對(duì)籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)

△Y：休閑期深松與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作成熟期籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量之差；△W1—△W4：休閑期深松較當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期土壤蓄水量之差；△Y/△W1—△Y/△W4：休閑期深松較對(duì)照每增加1 mm越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期土壤蓄水量的蛋白質(zhì)增產(chǎn)量

△Y: The difference of grain protein yield between sub-soiling during fallow period and traditional farming at maturity; △W1-△W4: The difference of soil water storage between sub-soiling during fallow period and traditional farming at wintering stage, jointing stage, booting stage, anthesis; △Y/△W1-△Y/△W4: Grain protein increase per mm soil water storage at wintering stage, jointing stage, booting stage, anthesis

2.4 開花期土壤水分與籽粒蛋白質(zhì)含量的相關(guān)分析

蛋白質(zhì)含量（Y）與影響因子開花期0—100 cm土壤水分（X1）、100—200 cm土壤水分（X2）、200—300 cm土壤水分（X3）建立逐步回歸方程。如下：

Y= 5.9870+0.0355X1+0.0487X2+0.0106X3（2012—2013）；

Y= 7.3116+0.0812X1-0.0318X2+0.0081X3（2013—2014）。

由回歸方程和表7可知，2012—2013年，X1、X2、X3對(duì)Y均為正向直接作用，通徑系數(shù)分別為0.4205、0.4905、0.1417，且X2對(duì)Y的直接影響最大；由于X1、X2、X3之間存在相互關(guān)系，X1、X2、X3對(duì)Y的作用之和均為正向作用，且X2＞X1＞X3。2013—2014年，X1、X3對(duì)Y為正向直接作用，X2對(duì)Y為負(fù)向直接作用，通徑系數(shù)分別為1.1102、-0.4956、0.1430，且X1對(duì)Y為正向直接作用大于X3；由于X1、X2、X3之間存在相互關(guān)系，X1、X2、X3對(duì)Y的作用之和均為正向作用，且X3＞X1＞X2。可見，0—100 cm、200—300 cm、200—300 cm土層土壤水分通過相互作用，對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量產(chǎn)生正向作用，即隨土壤水分的增加，籽粒蛋白質(zhì)含量提高。在2012—2013降水較少的年份，100—200 cm土層土壤水分對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量的提高貢獻(xiàn)最大，而在2013—2014降水較多的年份，200—300 cm土層土壤水分對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量的提高貢獻(xiàn)最大。

表6 覆蓋播種對(duì)籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)

△Y’：覆蓋播種較常規(guī)條播成熟期籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量之差；△W’1—△W’4：覆蓋播種較常規(guī)條播越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期土壤蓄水量之差；△Y’/△W’1—△Y’/△W’4：覆蓋播種較常規(guī)條播每增加1 mm越冬期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期土壤蓄水量的蛋白質(zhì)增產(chǎn)量

△Y’: The difference of grain protein yield between mulched-sowing and drill sowing at maturity; △W’1-△W’4: The difference of soil water storage between mulched-sowing and drill sowing at wintering stage, jointing stage, booting stage, anthesis; △Y’/△W’1-△Y’/△W’4: Grain protein increase per mm soil water storage at wintering stage, jointing stage, booting stage, anthesis

表7 籽粒蛋白質(zhì)含量（Y）與開花期0—100 cm土壤水分（X1）、100—200 cm土壤水分（X2）、200—300 cm土壤水分（X3）的通徑系數(shù)

3 討論

3.1 旱地麥田休閑期深松的蓄水增產(chǎn)效果

適宜的耕作栽培技術(shù)可以改善土壤理化性狀，增加土壤肥力，提高土壤貯水量和水分利用率，起到蓄水保墑作用[2,17]。旱地小麥休閑期深松可降低土壤緊實(shí)度，增加土壤孔隙度，減少地表徑流和蒸發(fā)量，增加旱地麥田有效水分，提高旱地小麥水分利用效率，從而達(dá)到蓄水保墑增產(chǎn)的效果[17]。本文與本團(tuán)隊(duì)多年研究結(jié)果一致表明，旱地麥田休閑期深松改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤庫容，顯著提高旱地麥田播種期0—300 cm土壤水分，且其蓄水效果可延續(xù)至開花期，且干旱年份效果更顯著[18-19]。

旱地麥田充足的土壤水分有利于促進(jìn)植株對(duì)養(yǎng)分的吸收運(yùn)轉(zhuǎn)，滿足小麥生長(zhǎng)發(fā)育的需要，從而影響產(chǎn)量的形成。褚鵬飛等[20]研究表明，深松可以促進(jìn)旱地小麥高效利用土壤水分，從而獲得高產(chǎn)。本團(tuán)隊(duì)多年研究結(jié)果表明，深松蓄水可增加小麥分蘗，提高開花前各器官積累氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)量，尤其是葉片、穎殼+穗軸，促進(jìn)生育后期吸收0—3 m土層的土壤水分，提高開花后氮素積累量，有利于提高產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素，在枯水年、豐水年可分別增產(chǎn)34%—45%和17%—22%[18, 21-22]。本研究結(jié)果表明，深松蓄水顯著提高籽粒產(chǎn)量，在降水較少的2012—2013年度和降水較多的2013—2014年度分別提高21%—30%和12%—16%，與本團(tuán)隊(duì)多年研究結(jié)果一致，增產(chǎn)幅度相對(duì)較小的原因，可能與本試驗(yàn)?zāi)甓刃蓍e期降雨較多有關(guān)。

3.2 旱地小麥覆蓋播種的保水增產(chǎn)效果

地膜覆蓋以其優(yōu)越的增溫保墑作用，有效地調(diào)節(jié)農(nóng)田小氣候，提高作物穗數(shù)、穗粒數(shù)等產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)，從而起到增產(chǎn)作用[23-26]。楊長(zhǎng)剛等[27]在甘肅省研究不同覆膜方式（全膜覆土穴播、全膜穴播、壟膜溝播、露地條播）對(duì)旱作冬小麥籽粒產(chǎn)量的影響表明，覆膜播種較露地播種能夠調(diào)節(jié)不同生育期耗水比例，將更多比例的水分用于拔節(jié)至成熟期，以保證增產(chǎn)，在不同年際間提高達(dá)49%—53%，且不同降水年型，全膜覆土穴播較壟膜溝播產(chǎn)量提高，但差異不顯著。壟膜溝播與膜際條播類似，多年實(shí)踐表明，采用膜際條播可增產(chǎn)達(dá)50%以上，但在極端年型，也存在減產(chǎn)問題。膜際條播在雨水較多的年份，由于播種面積僅占總面積一半，而造成穗數(shù)不足導(dǎo)致減產(chǎn)；在極度缺水的年份，覆蓋造成無水可保而加劇土壤干旱，導(dǎo)致減產(chǎn)。張勉等[28]在山西運(yùn)城研究發(fā)現(xiàn)，膜際條播的保水作用，可促進(jìn)植株對(duì)深層水分的利用，有利于花后氮素向籽粒運(yùn)轉(zhuǎn)，提高籽粒氮素積累量，進(jìn)而提高產(chǎn)量。趙曉東等[29]在山西洪洞的研究表明，壟膜溝播能有效提高冬小麥對(duì)土壤水分和氮素的吸收利用能力，最終提高其公頃穗數(shù)，促進(jìn)小麥增產(chǎn)。但何紅霞等[30]研究表明，地膜覆蓋并不總是提高旱地小麥產(chǎn)量，個(gè)別年份也會(huì)因收獲指數(shù)降低而降低。李鳳民等[31]研究表明，在底墑不足或生育期降水較少年份，地膜覆蓋可減少有效穗數(shù)10%，從而使產(chǎn)量降低。

本文兩試驗(yàn)?zāi)甓鹊慕涤炅糠謩e為355.7 mm、489.7 mm，與常年降雨量比較，2012—2013年為較干旱年型，2013—2014年為常年。研究結(jié)果表明覆蓋播種較常規(guī)條播顯著提高旱地小麥各生育時(shí)期0—300 cm土壤水分，小麥產(chǎn)量也顯著提高；2012—2013年深松蓄水條件下和2013—2014年免耕條件下產(chǎn)量表現(xiàn)為膜際條播顯著高于全膜覆土穴播，而2012—2013年免耕條件下和2013—2014年深松蓄水條件下兩處理間差異不顯著。這可能是因?yàn)榈啬じ采w具有增溫（越冬期）和降溫（拔節(jié)—成熟期）的雙重效應(yīng)[32]。根據(jù)播種技術(shù)操作，膜際條播技術(shù)的地膜回收時(shí)間于小麥?zhǔn)斋@前的5月中旬，而全膜覆土穴播技術(shù)則于小麥?zhǔn)斋@后的6月上旬回收地膜，且其覆膜操作為地膜全地面覆蓋后，在膜面上覆一層1—2 cm 厚的細(xì)土，所以造成全膜覆土穴播在越冬期的覆膜增溫時(shí)期增溫效果明顯，而在拔節(jié)—成熟期的覆膜降溫時(shí)期降溫效果顯著。陳玉章等[33]研究表明，覆蓋前期的升溫效應(yīng)有利于培育冬前壯苗，后期降溫效應(yīng)有利于減輕開花至灌漿期的高溫危害，提高粒重；但前期若升溫幅度過大，會(huì)形成旺苗、易遭凍害而減產(chǎn)，后期降溫幅度過大，會(huì)導(dǎo)致成熟過遲，易遭干熱風(fēng)危害而減產(chǎn)。此外，陳玉華等[34]研究表明，冬小麥生育后期覆膜會(huì)抑制作物根系發(fā)育，使得作物蒸散量和水分利用效率下降，影響產(chǎn)量的形成甚至減產(chǎn)，因此冬小麥不能全程覆膜，而應(yīng)適時(shí)揭膜。

3.3 深松和覆蓋播種籽粒蛋白質(zhì)積累的優(yōu)化效果

通常籽粒蛋白質(zhì)的積累通過籽粒氮素積累實(shí)現(xiàn)。蛋白質(zhì)作為氮素代謝的終極產(chǎn)物，其生物合成受到氮代謝酶活性谷氨酰胺合成酶、谷氨酸合成酶的調(diào)控，而提高土壤蓄水量可促進(jìn)灌漿前期氮素從主要載體谷氨酸向其他氨基酸轉(zhuǎn)移，促進(jìn)無機(jī)氮向有機(jī)氮轉(zhuǎn)化，有利于籽粒蛋白質(zhì)積累。有關(guān)休閑期深松與籽粒蛋白質(zhì)積累的關(guān)系，前人研究結(jié)果不盡一致。李國(guó)清等[35]研究表明，休閑期深松可以打破土壤犁底層，增加蓄積水分下滲，促進(jìn)旱地小麥根系下扎，提高開花后根系細(xì)胞膜脂過氧化程度，增強(qiáng)根系的代謝水平和氮素同化能力，促進(jìn)小麥增產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。趙紅梅等[19]研究表明，休閑期深松降低了花后旗葉脯氨酸含量、花后5—15 d 籽粒脯氨酸含量，提高了旗葉和籽粒GS活性，而不同降水年型對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量的影響不同，降水較少的年份采用休閑期深松降低籽粒蛋白質(zhì)含量，而降水較多的年份有利于提高籽粒蛋白質(zhì)含量。本研究結(jié)果表明，降水較多的年份（2013—2014）較降水較少的年份（2012—2013）籽粒蛋白質(zhì)含量降低；深松蓄水后，兩試驗(yàn)?zāi)甓茸蚜Ｇ宓鞍?、谷蛋白、總蛋白含量及產(chǎn)量均提高?？傊?，籽粒蛋白質(zhì)含量受到土壤水分的直接影響。此外，本試驗(yàn)條件下，深松蓄水后，花前各生育時(shí)期土壤水分每增加1 mm，蛋白質(zhì)產(chǎn)量均有不同程度的提高，且以開花期土壤水分對(duì)蛋白質(zhì)增產(chǎn)貢獻(xiàn)最大，達(dá)2.24—11.21 kg·hm-2，這可能是由于休閑期深松的蓄水效果延續(xù)至開花期，開花期土壤水分與旗葉GS、GOGAT活性關(guān)系密切，尤其是旗葉GS活性，而旗葉GS活性與籽粒蛋白質(zhì)形成密切相關(guān)[13]。

覆蓋因改善土壤水、肥、氣、熱等微生態(tài)環(huán)境對(duì)小麥籽粒品質(zhì)有一定影響。李強(qiáng)等[36]研究表明，地膜覆蓋促進(jìn)了冬小麥營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期地上部干物質(zhì)的形成和積累，也使開花期具有良好的土壤水分，為后期灌漿和養(yǎng)分轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)物質(zhì)條件，從而有效提高成熟期籽粒含氮率。張禮軍等[37]研究表明，地膜覆蓋較露地條播籽粒蛋白質(zhì)含量增加2.66%，品質(zhì)提高的主要原因是土溫的升高促進(jìn)了根系對(duì)氮素的吸收。本研究結(jié)果表明，覆蓋播種可提高籽粒清蛋白、醇溶蛋白、總蛋白質(zhì)含量及產(chǎn)量。同時(shí)，覆蓋播種后，花前各生育時(shí)期土壤水分每增加1 mm，蛋白質(zhì)產(chǎn)量均有不同程度的提高，且在深松蓄水條件下，以孕穗期土壤水分對(duì)蛋白質(zhì)增產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大，達(dá)2.88—12.38 kg·hm-2，這可能是由于在深松蓄水的條件下，覆蓋播種可以加強(qiáng)深松的水分效應(yīng)，而覆膜對(duì)農(nóng)田土壤水分有較強(qiáng)的調(diào)控能力，在小麥水分臨界期（孕穗期）會(huì)調(diào)控農(nóng)田土壤水分以供給小麥吸收利用，從而促進(jìn)小麥籽粒對(duì)氮素的積累[29]，此外，可能覆膜在生育中后期的降溫效應(yīng)不利于小麥根系對(duì)土壤水養(yǎng)分的吸收，因此相對(duì)提高了小麥需水臨界期（孕穗期）土壤水分對(duì)籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。覆蓋播種可通過調(diào)節(jié)土壤水分和溫度來影響籽粒蛋白質(zhì)的積累，但兩覆蓋播種對(duì)籽粒蛋白質(zhì)的積累效果存在差異。深松蓄水后，膜際條播籽粒蛋白質(zhì)組分含量，蛋白質(zhì)含量及其產(chǎn)量顯著高于全膜覆土穴播；免耕條件下，全膜覆土穴播較膜際條播，在降水較少的年份（2012—2013年）籽粒蛋白質(zhì)及其組分含量、谷醇比提高，而在降水較多的年份（2013—2014年）蛋白質(zhì)及其組分含量、谷醇比、蛋白質(zhì)產(chǎn)量均顯著降低?？梢姡钏尚钏?，無論降水多少，膜際條播在提質(zhì)方面均表現(xiàn)出較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)，而當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)耕作下，在較干旱的年份（2012—2013年）全膜覆土穴播則表現(xiàn)出較好的提質(zhì)效果。造成這種結(jié)果的原因，可能是由于深松蓄水通過促進(jìn)小麥根系下扎，增強(qiáng)根系對(duì)氮素的吸收及植株器官對(duì)氮素的運(yùn)轉(zhuǎn)能力，膜際條播條件下小麥籽粒氮素的前期積累主要通過莖稈的運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)，而全膜覆土穴播條件下則主要通過葉片的運(yùn)轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)。在免耕條件下，旱地小麥生長(zhǎng)水分來源于生育期降水，在降水較少的年份（2012—2013年），生育期降水主要集中在開花至成熟期，膜際條播于花后5月中旬回收地膜，該時(shí)期的降水充分滲透進(jìn)土壤供小麥后期發(fā)育利用，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)，而籽粒蛋白質(zhì)含量則由于其稀釋效應(yīng)相對(duì)降低；全膜覆土穴播于收獲后6月上旬回收地膜，集中在開花至成熟期的降水滲透入土壤不充分，但是由于該覆膜方式下土壤水分蒸發(fā)量小的優(yōu)點(diǎn)，使全膜覆土穴播條件下小麥籽粒產(chǎn)量降低不顯著，而適度的水分虧缺有利于籽粒蛋白質(zhì)積累。

此外，本團(tuán)隊(duì)相關(guān)研究結(jié)果表明，不同降水年型休閑期耕作條件下，開花期0—300 cm土層土壤水分與蛋白質(zhì)含量密切相關(guān)，且中下層水分較上層水分與籽粒蛋白質(zhì)積累關(guān)系密切[37]。本試驗(yàn)條件下，開花期土壤水分與籽粒蛋白質(zhì)積累呈密切正相關(guān)。在2012—2013降水較少的年份，100—200 cm土層土壤水分與籽粒蛋白質(zhì)含量的關(guān)系較密切，而在2013—2014降水較多的年份，200—300 cm土層土壤水分與籽粒蛋白質(zhì)含量關(guān)系較密切。

4 結(jié)論

休閑期深松可將休閑期降雨蓄積至開花期，達(dá)到伏雨春夏用的目的，提高小麥產(chǎn)量16%—30%；覆蓋播種可顯著提高花前各生育時(shí)期的土壤蓄水量，提高小麥產(chǎn)量6%—24%。深松蓄水后，開花期土壤水分每增加1 mm，籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量提高2.24—11.21 kg·hm-2；覆蓋播種后，在深松蓄水條件下，孕穗期土壤水分增加對(duì)籽粒蛋白質(zhì)增產(chǎn)的效果最好，孕穗期土壤水分每增加1 mm，籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量增加2.88—12.38 kg·hm-2，在免耕條件下，越冬期土壤水分對(duì)籽粒蛋白質(zhì)貢獻(xiàn)最佳，越冬期土壤水分每增加1 mm，籽粒蛋白質(zhì)產(chǎn)量增加2.04—4.64 kg·hm-2，且均以膜際條播增產(chǎn)效果顯著?？傊?，休閑期深松配套膜際條播可同步實(shí)現(xiàn)黃土高原旱地小麥增產(chǎn)提質(zhì)。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Relationship Between Soil Water variation, wheat Yield and Grain Protein and Its Components contents Under Sub-Soiling During the Fallow Period Plus Mulched-Sowing

ZHANG Huiyu, SUN Min, GAO ZhiQiang, LIANG YanFei, YANG QingShan, ZHANG Juan, LI NianNian

(College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi)

【Objective】The objective of this paper was to clarify the effects of sub-soiling in fallow period (SS) and mulched-sowing on soil water storage, so as to contribute to explore the best tillage and mulched-sowing technique of winter wheat, which could further improve wheat grain yield and quality coordinately. 【Method】Field experiment was carried out from 2012 to 2014 in Wenxi, Shanxi province. Taking with or without SS as the main plots and three sowing methods (film-mulched soil hole sowing, FSH; film-mulched sowing, FM; drill sowing, DS) as the subplots, the effects of sub-soiling and mulched-sowing on soil water storage in the depth of 3 m, grain yield, grain protein content and yield were assessed.【Result】Compared with NT, the soil water storage in 0-300 cm soil layer from sowing stage to anthesis was improved significantly under SS, the yield was increased by 12%-30%, and the grain glutenin content and grain protein yield were improved significantly. Compared with DS, the soil water storage from wintering stage to anthesis stage was improved significantly, the grain yield was increased by 6%-24%, the grain gliadin content, grain protein content and grain protein yield increased significantly, the grain albumin increased. Compared with FSH, the soil water storage at anthesis was decreased significantly under the condition of SS combined with FM, yet showed no significant difference at each stage under the condition of NT combined with FM. The grain yield under FM was superior to that under FSH, showing significant difference under SS in 2012-2013, NT in 2013-2014. Under the condition of SS, the grain protein components content, grain protein content and yield were improved significantly under FM, compared with FSH. In addition, the soil water storage in the soil layer of 0-100, 100-200, 200-300 cm at anthesis showed positive effect by interaction, the soil water storage in the 100-200 cm soil layer showed closely relationship with grain protein in 2012-2013, and the soil water storage in the 200-300 cm soil layer showed closely relationship with grain protein in 2013-2014. Focusing on the contribution to grain protein yield, SS influenced the grain protein yield by affecting the soil water storage at anthesis; under the condition of SS, the mulched-sowing influenced the grain protein yield by affecting the soil water storage at booting stage, and the contribution under FM was higher than under FSH.【Conclusion】SS was beneficial to accumulate the precipitation. Mulched-sowing was conductive to reserve the soil water, such effect could last to anthesis. The soil water during the medium-term of the whole life related closely to the grain protein accumulation. In conclusion, SS plus film-mulched sowing could ultimately achieve the coordinated improvement of yield and grain protein content.

dryland wheat; sub-soiling during the fallow period; mulched-sowing; soil water; grain protein content

2017-12-25；

2018-07-10

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-03-01-24）、國(guó)家自然科學(xué)基金（31771727）、國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201303104）、山西省科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（201605D131041）、山西省回國(guó)留學(xué)人員重點(diǎn)科研資助項(xiàng)目（2015-重點(diǎn)4）、山西省回國(guó)留學(xué)人員科研資助項(xiàng)目（2017-068）、晉中市科技計(jì)劃項(xiàng)目（Y172007-2）

張慧芋，Tel：0354-6286956；E-mail：18235447814@163.com。通信作者高志強(qiáng)，Tel：0354-6287187；E-mail：gaozhiqiang1964@126.com

10.3864/j.issn.0578-1752.2018.15.003