李升東，韓 偉，王 丹，畢香君，王宗帥，馮 波，王旭清，李華偉，司紀升，王法宏

(1.山東省農業(yè)科學院 作物研究所，山東 濟南 250100；2.山東省農業(yè)技術推廣總站，山東 濟南 250100)

小麥(TriticumaestivumL.)是我國三大糧食作物之一，在保障糧食安全中起著至關重要的作用[1]。近年來，隨著農業(yè)從業(yè)人口數量的降低，小麥生產出現了從精耕細作向規(guī)?；a轉變的趨勢[2]。小麥規(guī)?；a的主要特點是投入產出比高、作業(yè)效率快、產量水平穩(wěn)定，因此，小麥玉米周年“雙少耕”高產栽培技術、冬小麥寬幅精播高產栽培技術、小麥標準化生產技術、小麥精播半精播栽培技術等比較效益突出的生產技術開始逐漸實現了較大規(guī)模的生產應用。

由于耕作方式能夠直接改變小麥的群體構成狀況，并對小麥的群體光合生產潛力產生影響。因此，有必要明確不同生產技術的冠層光截獲狀態(tài)對小麥產量水平發(fā)揮的影響。因為，限制糧食冬小麥光能利用率的因素并非光合有效輻射量，而是其對光合有效輻射的利用能力。首先，從農藝角度來看冬小麥冠層光截獲量與作物光能利用效率密切相關[3]，增加冠層光截獲量是增加光能利用效率關鍵。其次，葉片是冬小麥最重要的光合器官，其光合產物占總光合產物的82.5%以上[4]，如何發(fā)揮各葉位葉片的光合潛力是增加作物光能利用效率的基礎。研究表明，冬小麥冠層光截獲量與其冠層構型相關，如何改善冬小麥的冠層構型增加光合有效輻射的截獲量是發(fā)揮冬小麥光合潛力的重要途徑。

研究發(fā)現，玉米、高粱等單株、寬行種植作物的冠層光截獲量要顯著高于小麥、水稻和谷子等分蘗成穗、密植作物[5-6]，因此，小麥栽培學界對比研究了大小行種植、波浪式種植、壟作和多品種混播等措施，以期提高冬小麥冠層光截獲量[7-8]。但是這些種植方式與當前小麥的生產條件和農戶種植習慣存在較大差異，在大面積推廣應用方面存在明顯的限制。小麥玉米周年“雙少耕”播種技術，近年來在黃淮海麥區(qū)大面積推廣應用。該技術的核心是玉米收獲后，由小麥少耕播種機直接播種小麥，該播種機具有小麥苗帶精整功能，避免了對非播種土壤的擾動[9-11]，減少了傳統(tǒng)小麥生產的農田翻耕、耙平、起畦等操作環(huán)節(jié)，節(jié)本、節(jié)水和增產效果突出。本試驗對比研究了小麥少耕播種和翻耕播種對不同基因型小麥品種(多穗型、中大穗型)冠層溫度、群體內部光分布狀況、不同葉位葉片的凈光合速率、植被歸一化指數(NDVI)和產量的影響，以期為小麥節(jié)本高產栽培方法提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗地點、材料及設計

試驗于2016-2018年在山東省農業(yè)科學院作物研究所試驗田(N35°22′ E117°13′)進行，該區(qū)為典型的溫帶大陸性季風氣候，雨熱同季，試驗田為粘壤土田塊，有灌溉條件，種植模式為小麥/玉米周年輪作?；A肥力狀況見表1。

供試品種為多穗型小麥品種濟麥23和濟麥44、中大穗型品種泰農18和山農24。以少耕播種(Less-tillage sowing，LT) 處理和翻耕播種(Ploughing sowing，PS) 處理2種耕作方式種植，小區(qū)面積4×20=80 m2，3次重復，隨機區(qū)組排列，LT處理播幅為240 cm，種植12行小麥，大行距24 cm，小行距16 cm，平均行距為20 cm；PS處理播幅為200 cm，種植16行小麥，平均行距為12.5 cm。試驗田預設小麥基本苗為270萬/hm2，小區(qū)播種量按種子千粒質量調整。2016年10月6日播種，2017年6月10日收獲，2017年10月8日播種，2018年6月5日收獲。

表1 試驗田基礎肥力狀況Tab.1 Physical and chemical properties of soils in experimental site

1.2 測定項目與方法

1.2.1 小麥冠層溫度及測定方法 用Raytek公司的Raynger ST型非接觸式手持紅外線測溫儀于小麥揚花期測量，測量方法是在小麥冠層上方50 cm處，用紅外溫度儀以30°角讀數，每小區(qū)從東南和西南2個方向各測量2次，以其平均數為該小區(qū)測定值。

1.2.2 小麥群體內部不同層次光分布 用AccuPAR公司生產的LP-80植物冠層分析儀于小麥揚花期測量。測量方法是先在小麥冠層上方無遮掩處測得太陽光照強度，然后分別在小麥冠層下方10，20，30，40，50 cm處測量光照強度，測量時間為10：30-12：00，測量過程中，冠層分析儀的測量桿與小麥行保持垂直。試驗采用循環(huán)測量的方法固定順序，為減少光線變化對試驗結果的影響，取3次測量的平均值作為該小區(qū)光照分布最終值。

1.2.3 不同葉位葉片凈光合速率的測定 由CIRAS-1便攜式光合作用測定系統(tǒng)測量，測定時期為揚花期，測量時間為9：30-11：30，測量標定的植株，固定順序，3次重復。

1.2.4 植被歸一化指數(NDVI)的測定 由N-Tech，Inc公司生產Green Seeker Sensor從抽穗期開始測定，測量過程中行進速度為0.8 m/s，儀器距離小麥冠層距離為30 cm，固定測量順序，3次重復。

1.3 統(tǒng)計分析

采用IBM SPSS Statistics 22數據處理系統(tǒng)進行處理。

2 結果與分析

2.1 耕作方式對揚花期不同基因型小麥品種群體內部光分布的影響

由表2可見，不同基因型小麥對其群體內的光分布狀況能夠產生明顯影響，多穗型小麥品種濟麥23和濟麥44由于分蘗力較強，群體較大，其冠層下方不同層次光合有效輻射量顯著低于群體相對較小的中大穗型小麥品種泰農18和山農24。比較2種耕作方式處理間的差異發(fā)現，多穗型小麥品種濟麥23和濟麥44冠層下方10 cm處光合有效輻射量，LT處理要顯著高于PS處理，而中大穗型小麥品種間未見顯著差異性。比較冠層下方20 cm處光合有效輻射量分布，其結果與冠層下方10 cm處的趨勢一致，說明LT處理能夠顯著改善多穗型小麥品種的群體內部光分布狀況。進一步比較發(fā)現，多穗型小麥品種(濟麥23和濟麥44)及中大穗品種(泰農18和山農24)冠層下方30，40，50 cm處的光合有效輻射量均表現為LT處理顯著高于PS處理。說明，LT處理對小麥群體內光分布狀況的改善有利于充分發(fā)揮多穗型和中大穗型小麥群體的光合性能，提高光能利用率，這主要是因為在群體一致的情況下，采用LT處理改變了小麥的田間配置狀況，顯著增加了植株中下部葉片的可受光量，為其更快、更早的達到光補償點創(chuàng)造了條件。

表2 耕作方式對小麥群體內部光照強度的影響Tab.2 Comparison of light distribution in wheat population under two tillage treatments μmol/(m2·s)

2.2 耕作方式對小麥不同葉位葉片光合速率的影響

本試驗中小麥不同葉位葉片由于其受光量的不同，凈光合速率表現出了顯著的差異，其差異性與可受光量一致。由表3可見，多穗型小麥品種濟麥23在2種耕作方式處理下倒二葉差異不顯著，但旗葉、倒三葉、倒四葉、倒五葉的凈光合速率在2種耕作方式處理下均存在顯著差異；濟麥44結果為：旗葉、倒二葉在2種耕作方式處理下差異不顯著，LT處理下倒三葉、倒四葉和倒五葉的凈光合速率均顯著高于PS處理。中大穗型小麥品種泰農18和山農24在2種耕作方式處理下倒四葉和倒五葉的光合速率值存在顯著性差異，其他葉的凈光合速率無顯著差異。由此可見，LT處理種植改善了群體下部及內部的光分布狀況，提高了下層葉位葉片的凈光合速率，為小麥品種的產量潛力發(fā)揮創(chuàng)造了條件。

2.3 耕作方式對不同基因型小麥品種揚花期冠層溫度的影響

揚花期測定不同基因型小麥品種在2種耕作方式下的冠層溫度發(fā)現(圖1)，LT處理較PS處理能夠顯著降低濟麥23、濟麥44和山農24的冠層溫度，多穗型小麥品種濟麥23和濟麥44降溫幅度尤為突出，差異達顯著水平。濟麥44的冠層溫度在LT處理作用下較PS處理降低0.62 ℃，降溫幅度達2.52%，冠層溫度越小對后期產量增加就越明顯。但中大穗型小麥品種泰農18在2種耕作方式處理下的冠層溫度變化差異不明顯。

表3 耕作方式對小麥揚花期不同葉片光合速率的影響Tab.3 Comparison of leaf photosynthetic rates at different leaf positions at flowering stage of wheat under two tillage treatments

2.4 耕作方式對不同基因型小麥植被歸一指數(NDVI)的影響

由表4可知，本試驗中小麥群體的NDVI值呈現先增后降的趨勢，在揚花期(5月3日)達到最大值，其后隨著生育進程的推進快速下降。多穗型小麥品種濟麥23和濟麥44在2種耕作處理下的差異不顯著，中大穗型小麥品種山農24在揚花期后(5月3-13日)的NDVI值表現為LT處理顯著高于PS處理。由此可見，LT處理對多穗型小麥品種NDVI的影響較小，但是對中大穗型小麥品種有顯著影響，更有利于群體光合生產力的增加。

2.5 耕作方式對不同基因型小麥品種產量構成因素的影響

收獲前調查不同基因型小麥品種在LT和PS兩處理下的產量構成發(fā)現(表5)，在少耕和翻耕2種耕作方式處理下，多穗型小麥品種濟麥23的穗數、穗粒數、千粒質量數值間不存在顯著性差異，但產量因素在LT處理較PS處理增產12.6%，且差異達到顯著水平；濟麥44在LT處理下取得了3.99 g的千粒質量，而PS處理下為38.8 g，增幅為2.7%，但較大群體的構建為濟麥44在LT處理下取得高產提供了可能，產量水平增幅為12.3%，差異顯著；而中大穗型小麥品種在2種耕作方式之間的穗數、穗粒數、千粒質量未表現出與多穗型品種一致的規(guī)律，如泰農18在LT處理下的產量較PS處理降低了5.36%，其他處理之間差異不顯著。由此可見，多穗型小麥品種更適合采用LT處理，且能夠充分發(fā)揮其較強的分蘗成穗的特性，而大穗型小麥品種則更適用于傳統(tǒng)生產的PS處理。

表4 耕作方式對小麥植被歸一化指數(NDVI)的影響Tab.4 Comparison of NDVI between wheat cultivars with different genotypes under two tillage treatments

表5 不同基因型小麥品種在2種耕作方式處理下的產量構成要素比較Tab.5 Comparison of yield factors of wheat cultivars with different genotypes under two tillage treatments

3 討論

3.1 LT處理能夠改善多穗型小麥品種的群體光分布狀況，進而發(fā)掘中下層葉片的光合生產潛力

葉片是小麥進行光合作用的主要器官，光合有效輻射作為光合作用的能量來源，對小麥產量潛力的發(fā)揮具有重要的影響。為了明確LT和PS 2種耕作方式對小麥產量潛力發(fā)揮的影響[12]，本研究利用冠層分析儀調查了2種耕作方式對不同基因型小麥群體內部光分布的影響。作物的冠層形態(tài)結構是由作物地上部分與環(huán)境因素互相作用的結果，冠層結構可直接影響作物群體的受光能力和生產力[13]。有研究表明，如果植株中下葉位葉片的可受光量長期處于光補償點以下，那么其不但不能起到光合產物累積的作用，反而因為其呼吸作用會消耗大量光合產物，影響作物形態(tài)建成，進而降低小麥群體產量[14]，這與本試驗的研究結果一致。植被歸一化指數(NDVI)能夠反映小麥群體的生長狀況，本試驗研究表明，多穗型與中大穗型小麥植株在株型上的差異決定了冠層結構參數的差異，進而影響光分布、光合作用及作物產量，這一結果與于強、高亮之等[15-16]的研究結果一致。作物冠層溫度是由土壤-作物-大氣連通體內的熱量和水汽流決定的，取決于環(huán)境因子和作物本身因素，它反映了作物冠層的能量平衡狀況，以及作物與大氣之間的能量交換狀況[17]。研究表明，冠層溫度低有利于小麥光合作用的發(fā)揮，增強小麥的抗衰老性能[18]，江曉東等[19]的研究結果表明，作物冠層溫度與產量之間存在負相關性，這與本試驗研究結果相一致，濟麥44的冠層溫度在LT處理作用下較PS處理降低0.62 ℃，降溫幅度達2.52%，而對應的產量水平值最高。

3.2 LT處理結合多穗型小麥品種是取得小麥高產的有效技術途徑

有研究表明，增加群體數量是糧食作物取得高產的關鍵技術途徑[20]，但是相對于小麥、水稻等依靠自身分蘗成穗的作物來說，當密植到一定程度后極易造成田間郁閉，冠層下方的受光量快速下降，通風條件差、田間濕度大、發(fā)病率高等負面影響，最終造成果穗小、粒少，不能實現高產[21]。因此，在生產上，專家建議避免種植旗葉平展寬大的小麥品種，應種植株型緊湊矮稈旗葉上沖的小麥品種，從而改善田間小氣候狀況，達到高產的目的。本研究中選用的濟麥44和濟麥23 2個品種均為旗葉上沖，株型緊湊的矮稈高產品種，但是隨著高產群體的持續(xù)增加，單靠選用旗葉上沖的品種已經不能滿足小麥中下位葉片的光能需求，因此，必須通過耕作方式的改進，才能進一步發(fā)揮現有高產品種的高產潛力。本研究結果表明，LT處理種植多穗型小麥品種，能夠合理將同位葉片交錯，增加群體內部的透光量，滿足中下部葉片的光需求，既能增加小麥中下位葉片的可受光量，又能提高其凈光合速率，改善作物冠層的田間小氣候，增加通風、透光量的同時，可以充分發(fā)揮其各自品種優(yōu)勢，在降低冠層溫度，提高小麥抗病性的同時，充分提升了中下位葉片的光合生產能力，在顯著增加單位面積穗數的基礎上，增加了穗粒數和千粒質量，所以在LT處理下種植多穗型小麥品種是取得進一步高產的有效途徑之一。