豆利嶺 劉慶峰 王寧 于建光 劉滿強 張永春 艾玉春

摘要：為準確評估稻秸對小麥的化感效應，有效設計農(nóng)藝技術措施和配套農(nóng)機操作，以應對稻秸還田產(chǎn)生的負面效應，開展不同土壤類型和播種深度下稻秸淋洗對小麥出苗及生長發(fā)育影響的盆缽試驗。試驗設置不覆蓋稻秸直接降水（無秸稈淋洗）或覆蓋稻秸后降水（秸稈淋洗）2種降水方式，選取2種土壤和3種播種深度，測定上述因素對小麥出苗率及小麥幼苗生長發(fā)育的影響。結果表明，在45 d內(nèi)模擬降水總量80 mm的條件下，高沙土中小麥的出苗率及生長發(fā)育狀況總體好于黃泥土;隨著播種深度的增加，2種土壤中小麥的出苗率均呈下降趨勢，其中高沙土播種深度為5.0 cm、黃泥土播種深度為1.0 cm且覆蓋秸稈時，小麥出苗率和群體地上部總鮮質量顯著下降;秸稈淋洗顯著抑制小麥出苗率和生物量，且抑制作用隨小麥播種深度的增加而增強，當黃泥土中小麥播種深度達5.0 cm時，秸稈淋洗導致小麥不能出苗。在長江中下游稻麥輪作區(qū)土壤黏粒含量較高的地區(qū)，當?shù)窘者€田并伴有降水時，應避免小麥播種過深，以減輕稻秸還田對小麥出苗及生長發(fā)育的抑制作用。

關鍵詞：土壤;播種深度;稻秸;淋洗;小麥;出苗;生長發(fā)育

中圖分類號： S512.104 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2019）23-0106-04

秸稈還田作為一項有效的秸稈處置措施被廣泛采用，秸稈還田技術以及還田效應在國內(nèi)外被長期、大量地研究并報道[1]。長期秸稈還田不僅能增加土壤中養(yǎng)分含量，改善土壤結構，增加作物產(chǎn)量，還具有良好的環(huán)境與生態(tài)效應[2]。長江中下游稻麥輪作區(qū)是我國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，在該區(qū)域的茬口時間，要求快速收獲并播種下茬作物與處理上茬秸稈的矛盾長期存在;盡管長期秸稈還田有助于提高小麥的產(chǎn)量和增加土壤肥力[3]，但水稻收獲后大量稻秸還田對小麥出苗及幼苗生長發(fā)育產(chǎn)生不利影響的報道并不鮮見，同時稻秸還田后所引發(fā)的化感效應、病蟲草害多發(fā)、耕種質量低、農(nóng)機農(nóng)藝不配套等負面效應制約了其推廣應用，大量未有效處理的秸稈被遺棄后產(chǎn)生的大氣和水體污染事件層出不窮。

多數(shù)已有研究表明，秸稈全量還田使后茬小麥增產(chǎn)[4-5]，但也有研究認為，是否增產(chǎn)取決于多種因素的綜合效應[6]，如玉米秸稈還田對小麥產(chǎn)量的影響不顯著，但會提高赤霉病發(fā)生概率[7]。還有報道發(fā)現(xiàn)，未風化的冬小麥秸稈對自身秧苗生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用[8]。水稻秸稈還田條件下，影響小麥出苗的首要因素是土壤水分失衡，其次是秸稈阻礙[9]。水稻秸稈浸提液對小麥苗高、苗鮮質量、根鮮質量的影響表現(xiàn)為低濃度促進、高濃度抑制[10]。植物殘體導致的化感作用在全世界廣泛存在，植物常通過活體分泌或殘體腐解釋放化感物質[11]。當前的稻秸還田技術研究更多地圍繞克服還田稻秸的物理性障礙、養(yǎng)分固定以及構建快腐菌群等開展，而對稻秸化感效應的研究遠遠不夠。

目前，國內(nèi)外圍繞秸稈覆蓋對小麥幼苗的影響研究較多，但關于秸稈覆蓋并經(jīng)淋洗對不同土壤類型、播種深度下小麥的影響研究鮮有報道。稻麥輪作區(qū)水稻收獲后播種小麥時，由于水稻秸稈產(chǎn)生量大且稻秸還田耕作后土壤表層松軟，小麥的播種更易產(chǎn)生過深或過淺現(xiàn)象，加之小麥播種后常伴隨有間歇性陰雨天氣，因此應有效評估水稻秸稈還田后，在不同區(qū)域（土壤類型）、不同播種深度下，稻秸淋洗對小麥出苗及幼苗生長發(fā)育的影響，進而更有效地設計農(nóng)藝技術措施和配套農(nóng)機操作，以應對稻秸還田實踐產(chǎn)生的負面效應，同時助于有效預測稻麥輪作區(qū)不同年份小麥產(chǎn)量變動。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2015年10—12月在江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所人工氣候室開展，供試水稻秸稈為成熟干燥未腐爛的水稻秸稈，粉碎至長2～5 cm備用。供試土壤為采自江蘇省泰州市的高沙土（pH值為7.25，有機質含量為 20 g/kg，全氮含量為0.55 g/kg）和無錫市的黃泥土（pH值為6.38，有機質含量為 48.2 g/kg，全氮含量0.88 g/kg）;供試小麥品種為寧麥13。

1.2 試驗設計

試驗選取2種土壤，設置不覆蓋秸稈直接模擬降水（無秸稈淋洗）或覆蓋稻秸后模擬降水（秸稈淋洗）2種水分管理方式，并設置3種播種深度，共12個處理（表1）。每個處理重復4次，總計48個盆缽。試驗容器為塑料盆缽（直徑為 17 cm，高度為16.5 cm），盆缽底部加網(wǎng)篩并用托盤支撐盆缽，每盆缽裝風干土2.3 kg。氮磷鉀用量：純N為0.15 g/kg，P2O5為0.1 g/kg，K2O為0.15 g/kg。將各處理盆缽所施用化肥與土壤充分混勻。覆蓋秸稈各處理盆缽分別添加秸稈，添加秸稈量等同于常規(guī)大田秸稈還田量（9 000 kg/hm2）。

試驗開始時，各處理盆缽土壤與水量均根據(jù)不同處理進行裝填，各盆缽最終加水至土壤田間最大持水量的75%。不同處理盆缽分別在不同深度播種小麥種子，各盆缽均播種小麥種子36粒，所有盆缽置于人工培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，白天培養(yǎng)溫度為 20 ℃，恒溫，光照12 h，光照度為10 000 lx;夜間培養(yǎng)溫度為15 ℃恒溫，無光照。模擬降水各盆缽加入同等水量，具體操作：每5 d進行1次模擬降水，通過噴霧模擬降水，通過天平稱質量控制降水量，每次模擬降水量為8 mm，共10次，模擬降水總量為80 mm。

培養(yǎng)45 d后，對所有盆缽進行破壞性采樣，將小麥幼苗從土壤根部剪開，快速統(tǒng)計小麥苗數(shù)、株高和地上部鮮質量等，計算小麥出苗率;對部分小麥新鮮植株進行冷藏，用于測定植株丙二醛（MDA）、脯氨酸含量。

1.3 測定指標與方法

小麥出苗率通過出苗數(shù)與播種數(shù)相比獲得，小麥苗期株高采用直尺進行測量，地上部鮮質量通過精確到0.01 g的電子天平進行稱量，小麥植株丙二醛含量的測定采用硫代巴比妥酸法，脯氨酸含量的測定采用磺基水楊酸法。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用Microsoft Excel 2007和SPSS13.0軟件進行，顯著性差異分析采用LSD法，因素分析采用GLM模型進行。

2 結果與分析

2.1 不同土壤類型、播種深度下秸稈淋洗對小麥出苗率的影響

由圖1可知，在相同播種深度與秸稈淋洗條件下，經(jīng)45 d的培養(yǎng)后，高沙土處理小麥的出苗率均顯著高于黃泥土（P<0.05）;2種土壤無論是否經(jīng)秸稈淋洗，隨著小麥播種深度增加，小麥的出苗率均逐漸下降，其中高沙土中播種深度達 5.0 cm 時小麥的出苗率顯著低于0.5、1.0 cm處理，黃泥土中播種深度達1.0 cm時小麥的出苗率就開始顯著降低。

高沙土中當小麥的播種深度為0.5、1.0 cm時，秸稈淋洗未對小麥的出苗率產(chǎn)生顯著影響，而當播種深度為5.0 cm時，秸稈淋洗顯著抑制小麥的出苗;黃泥土中所有播種深度下，秸稈淋洗均可降低小麥出苗率，其中播種深度為 1.0 cm 時，秸稈淋洗使小麥出苗率接近零，而當播種深度為 5.0 cm 時，秸稈淋洗的小麥不出苗，因此后面不對該處理作差異顯著性分析。

2.2 不同土壤類型、播種深度下秸稈淋洗對小麥株高的影響

由圖2可知，在相同播種深度及秸稈淋洗條件下，經(jīng)45 d的培養(yǎng)后，高沙土處理小麥的株高大多大于黃泥土處理;高沙土中，無論是否經(jīng)秸稈淋洗，隨著小麥播種深度增加，小麥的株高均先增加后降低，而在黃泥土中，小麥的株高在不同播種深度時的變化不大。

高沙土中，秸稈淋洗處理小麥的株高略有增加，而在黃泥土中當播種深度為0.5、1.0 cm時，秸稈淋洗處理使小麥的株高略有增加，但在播種深度為5.0 cm時，秸稈淋洗處理小麥未出苗。這表明在相同的播種深度下，秸稈淋洗對小麥株高的影響不因土壤類型而變化，除黃泥土播種深度達5.0 cm時小麥未出苗而無法比較外，秸稈淋洗似乎有利于增加出苗后小麥的株高。

2.3 不同土壤類型、播種深度下秸稈淋洗對小麥生物量的影響

由圖3-A可知，在相同播種深度與秸稈淋洗條件下，經(jīng)45 d的培養(yǎng)后，高沙土處理小麥單株地上部鮮質量大多大于相應黃泥土處理;無論是否經(jīng)秸稈淋洗，隨著播種深度增加，高沙土處理的小麥單株地上部鮮質量先增加后降低，其中播種深度為 1.0 cm 時最高，而為5.0 cm時最低;除CRs 5處理外，2種土壤在相同的播種深度下，秸稈淋洗均有助于小麥單株地上部鮮質量的增加，且大多處理間差異顯著。

小麥地上部總鮮質量反映了群體狀態(tài)，其受小麥單株地上部鮮質量和出苗率的影響。由圖3-B可知，在相同播種深度及秸稈淋洗條件下，高沙土中小麥地上部總鮮質量均大于黃泥土;無論是否經(jīng)秸稈淋洗，隨著播種深度增加，高沙土處理小麥植株地上部總鮮質量先增加后大幅降低，其中播種深度為 1.0 cm 時最高，而播種深度為5.0 cm時最低;在播種深度為0.5、1.0 cm時，高沙土和黃泥土中秸稈淋洗均增加了小麥群體地上部的生物量（黃泥土播種深度為 1.0 cm 的處理除外），而在播種深度為5.0 cm時，高沙土中秸稈淋洗降低了小麥群體地上部總鮮質量;黃泥土播深5.0 cm時秸稈淋洗條件下小麥未出苗，無法比較。

2.4 不同土壤類型、播種深度下秸稈淋洗對小麥生理生化過程的影響

MDA含量的高低與植株的抗逆性有密切的聯(lián)系。由圖4-A可知，在相同土壤和秸稈淋洗條件下，播種深度對小麥植株丙二醛含量的影響不同，高沙土中無論是否經(jīng)秸稈淋洗，不同播種深度下小麥植株丙二醛含量差異不大，而黃泥土中小麥未經(jīng)秸稈淋洗處理下，小麥播種深度由0.5 cm變?yōu)?1.0 cm 和 5.0 cm 時，小麥植株丙二醛含量顯著升高;相同土壤與播種深度下，秸稈淋洗大多對丙二醛含量沒有顯著影響，而在黃泥土播種深度為0.5 cm時，秸稈淋洗顯著增加了小麥丙二醛的含量。

脯氨酸含量是表征植物體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)能力的指標，在受到外界環(huán)境脅迫條件下會上升。由圖4-B可知，無論在何種土壤及秸稈淋洗條件下，隨著播種深度的增加，小麥植株脯氨酸含量出現(xiàn)遞增的趨勢，且大多差異顯著;高沙土中在05、5.0 cm播種深度下，經(jīng)秸稈淋洗的小麥植株脯氨酸含量顯著高于未經(jīng)秸稈淋洗的。

2.5 植株生長變化的多因素分析

多因素分析結果（表2）表明，土壤類型與播種深度均極顯著地影響小麥出苗率、株高、單株鮮質量、總鮮質量及脯氨酸含量;秸稈淋洗極顯著或顯著影響小麥出苗率、總鮮質量、丙二醛含量及脯氨酸含量。土壤類型與播種深度的交互作用極顯著影響小麥出苗率、總鮮質量和脯氨酸含量;土壤類型和秸稈淋洗的交互作用顯著或極顯著影響小麥單株鮮質量、總鮮質量和脯氨酸含量;播種深度和秸稈淋洗的交互作用顯著影響脯氨酸含量，而3因素間的交互作用極顯著影響脯氨酸含量。

3 討論

不同的土壤類型由于其理化性狀的差異會使得在其中生長作物的發(fā)芽及生長發(fā)育狀況存在差異，本試驗中的2種土壤理化性狀差異明顯，高沙土黏粒含量低，黃泥土黏粒含量高，因此2種土壤的持水性能、養(yǎng)分供應能力和微生物活性均不同。在小麥播種深度和水稻秸稈淋洗相同的條件下，小麥在2種土壤中的表現(xiàn)迥異，其出苗率、株高、生物量和植株脯氨酸含量等均因土壤類型不同而出現(xiàn)差異，總體上，高沙土中小麥的出苗率、株高、生物量要高于黃泥土，與朱衛(wèi)紅等進行的玉米出苗試驗結果[12]一致。土壤質地產(chǎn)生的影響更多與含水量相關，土壤含水量過高或過低顯著影響小麥出苗及幼苗生長[13];已有研究中更多報道的是在北方旱作中水分含量較低時，黏土相比于沙土更有利于作物的出苗與生長[14]，而在長江中下游稻麥輪作區(qū)由于小麥播種后降水出現(xiàn)頻率較大，在模擬田間間歇降水的條件下，2種土壤水分含量均較高，黃泥土由于具有較好的保水性，使土壤有效含水量超過小麥適宜的需水范圍，而高沙土由于排水量及蒸發(fā)量相對較大，相比于黃泥土更有利于小麥的出苗與生長發(fā)育。

播種深度是影響小麥出苗和長勢的條件之一，播種過深或過淺均能影響小麥的出苗。大量試驗表明，小麥苗期的出苗率受播種深度、土壤類型、秸稈、溫度、土壤濕度、種子本身特點等的影響，生產(chǎn)中一般會綜合諸多因素選擇適合的小麥播種深度[15]。一般隨著播種深度的增加，作物種子的出苗率會下降[16-18]，本試驗結果與上述研究發(fā)現(xiàn)一致。植株的生物量可以衡量植株的生長狀況，在本試驗中小麥播種深度達50 cm時，所有處理（C處理除外）小麥生物量均顯著下降，與劉鑫等的研究[19]相似。已有研究表明，在2～6 cm范圍內(nèi)，播種越淺小麥出苗率和越冬期單株干質量越高，淹水對其影響越小[19]。小麥屬于不耐澇的作物，而長江中下游地區(qū)降水充沛，土壤含水量高，因而小麥的播種深度不宜較深。

已有研究報道，不同類型秸稈均可對小麥的發(fā)芽或出苗產(chǎn)生抑制作用，如麥田雜草播娘蒿、薺菜、野燕麥、婆婆納、澤漆浸提液明顯抑制小麥的發(fā)芽[20-21];玉米秸稈抑制小麥種子萌發(fā)，降低小麥出苗率以及生物量等[22-23]。秸稈覆蓋由于具有良好的保水保溫性而在農(nóng)田中被采用，但其在小麥播種后初期能否發(fā)揮正效應則取決于是否有降水過程，即秸稈是否經(jīng)歷淋洗過程，原因在于秸稈浸提液或腐解液可能對小麥出苗產(chǎn)生化感作用[24-25];在本試驗中，秸稈淋洗會影響小麥的出苗及生長發(fā)育，與董志強等的研究結果[26]大體一致。筆者的前期研究結果表明，水稻秸稈淋洗和腐解液中含有多種化感物質（未發(fā)表數(shù)據(jù)），而化感物質如酚酸等可能會抑制小麥的出苗或幼苗的生長[27]，本試驗中這種作用則更多表現(xiàn)在對小麥出苗的抑制上，而對于出苗后小麥幼苗似乎有促進作用，原因可能在于早期秸稈淋洗液中化感物質的種類和濃度更易產(chǎn)生抑制作用，而隨著秸稈淋洗次數(shù)及時間的增加，秸稈淋洗液中化感物質的種類及濃度均發(fā)生變化，更多地體現(xiàn)出低濃度的正向促進作用。

4 結論

在本試驗模擬土壤水分供應條件下，高沙土中小麥的出苗及生長發(fā)育狀況總體好于黃泥土。

2種土壤無論是否經(jīng)秸稈淋洗，隨著小麥播種深度增加，小麥的出苗率均逐漸下降，其中高沙土中播種深度達 5.0 cm、黃泥土中播種深度達1.0 cm時小麥的出苗率顯著降低（P<0.05）。

秸稈淋洗極顯著或顯著影響小麥出苗率和生物量，其中出苗率所受影響尤其明顯，且抑制作用隨小麥播種深度的增加而增強;當高沙土中播種深度達5.0 cm、黃泥土中播種深度達1.0 cm時，小麥出苗率受到顯著抑制作用（P<0.05），尤其當黃泥土中小麥播種深度達5.0 cm時，秸稈淋洗導致小麥不能出苗。

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收稿日期：2018-09-04

基金項目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（編號：201503136）;國家自然科學基金面上項目（編號：41271308）;江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金[編號：CX（17）1001]。

作者簡介：豆利嶺（1991—），女，河北邯鄲人，碩士，研究實習員，主要從事農(nóng)田土壤退化與修復研究。E-mail：1376102637@qq.com。

通信作者：于建光，博士，研究員，主要從事土壤生態(tài)學以及農(nóng)田土壤退化與修復研究。E-mail：yujg@jaas.ac.cn。