孟維偉，劉靈艷，尹訓(xùn)彬，南鎮(zhèn)武，尚立紅，張萍，王其霞，張賓，劉開昌

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所，山東 濟南 250100；2.夏津農(nóng)家豐植保農(nóng)機服務(wù)專業(yè)合作社，山東 夏津 253200）

魯西北平原是黃淮海平原的重要組成部分，位于黃河下游，旱澇鹽堿并存，曾以棉花種植為主。近年來，隨著農(nóng)田地力提升、排灌設(shè)施改善、農(nóng)村勞動力流失及植棉效益降低［1］，逐漸從山東省棉花生產(chǎn)基地過渡為重要的糧食生產(chǎn)基地，農(nóng)田棄棉改糧成為趨勢［2］。小麥-玉米輪作已是當?shù)孛薷募Z農(nóng)田的主要種植模式［3］。但是，魯西北棉改糧農(nóng)田以旱地居多，旱地小麥“七分種，三分管”，播種質(zhì)量成為小麥產(chǎn)量高低的決定性因素，而播種質(zhì)量與耕種方式密切相關(guān)［4］。

不同耕種方式下，小麥個體和群體生長、資源利用能力等存在明顯差異［5-7］。研究指出，常年旋耕等傳統(tǒng)耕種方式導(dǎo)致土壤耕層變淺，形成犁底層，土壤緊實，透水通氣性變差［5，6］，嚴重影響作物根系生長發(fā)育，制約作物產(chǎn)量［7］。旋耕導(dǎo)致土壤孔隙增大、播種深度不一，容易出現(xiàn)缺苗斷壟現(xiàn)象［7，8］；深耕可打破犁底層，使深層土壤緊實度降低，土壤孔隙狀況得到改善，促使根系向深處生長，利于吸收養(yǎng)分和水分，進而實現(xiàn)作物高產(chǎn)［9-11］。耕翻+鎮(zhèn)壓利于增加小麥有效穗數(shù)，促進籽粒灌漿，提高小麥千粒重，產(chǎn)量明顯高于旋耕+鎮(zhèn)壓及旋耕處理［7，12，13］。然而，耕作措施影響是雙向的，長期采用翻耕、旋耕、深松耕等任何單一耕作措施均會對土壤生產(chǎn)性能產(chǎn)生不利影響，降低作物產(chǎn)量［14］。

因此，如何通過適宜的耕種措施在改善土壤性狀、提高土地生產(chǎn)力的同時，提高作物產(chǎn)量，保證糧食安全，已成為魯西北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中亟待解決的問題。為探索提升魯西北棉改糧農(nóng)田小麥耕種質(zhì)量的新途徑，以傳統(tǒng)的旋耕條播為對照，設(shè)置旋耕+雙鎮(zhèn)壓播種、免耕播種、深松+雙鎮(zhèn)壓播種、深耕+雙鎮(zhèn)壓播種4種耕種模式，研究不同耕種方式對小麥群體發(fā)育、干物質(zhì)積累、小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，并在比較其生產(chǎn)成本、種植效益基礎(chǔ)上篩選出大田條件下適宜魯西北棉改糧麥田的最佳耕種模式，為促進棉改糧農(nóng)田農(nóng)機農(nóng)藝融合和全程機械化高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年10月—2019年6月在德州市夏津縣農(nóng)家豐植保合作社試驗基地進行?；氐靥庺斘鞅秉S泛沖積平原，屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，四季分明，年均氣溫12.7℃，年均降水量565 mm，年均日照時數(shù)2 599 h，無霜期192 d，冷熱干濕明顯。試驗地塊為棉改糧三年農(nóng)田，潮土，土層深厚，地勢平坦，肥力均勻，排灌方便。前茬為夏玉米，秸稈粉碎還田。播前試驗地（0～20 cm土層）土壤有機質(zhì)含量11.96 g／kg、全氮0.95 g／kg、堿解氮61.44 mg／kg、速效磷32.74 mg／kg、速效鉀148.77 mg／kg，pH 值8.18，鹽分含量1.01‰。

1.2 試驗設(shè)計

供試小麥品種為濟麥229，基本苗為375萬株／hm2。

試驗采用大區(qū)設(shè)計，共5種耕種模式（表1），每種模式播種寬度以播種機型的作業(yè)寬度乘以整數(shù)8來確定，播種長度75 m。試驗于2018年10月18日播種，2019年6月15日收獲。各處理播前均基施氮磷鉀復(fù)合肥（15-15-15）750 kg／hm2，拔節(jié)期追施尿素300 kg／hm2。其它管理措施同一般高產(chǎn)大田。

表1 試驗處理設(shè)計

1.3 測定項目與方法

1.3.1 小穗發(fā)育及產(chǎn)量指標測定 成熟期每大區(qū)取代表性樣點3個，調(diào)查其1 m×2行穗數(shù)，計算公頃穗數(shù)；每樣點隨機取30穗測定單株小穗數(shù)、不孕小穗數(shù)和每穗粒數(shù)；每樣點收獲2 m2，脫粒晾干后用于籽粒產(chǎn)量和千粒重的測定［15］。

1.3.2 群體調(diào)查與干物質(zhì)積累 分別于冬前、返青、拔節(jié)、開花和成熟期調(diào)查3個1 m×2行的群體，計算公頃蘗數(shù)（莖數(shù)）。并取10株烘干后稱重，計算地上部干物質(zhì)積累量［15］。

1.3.3 莖基腐病發(fā)病率調(diào)查 灌漿中后期進行小麥莖基腐病發(fā)病情況調(diào)查。每大區(qū)調(diào)查采用5點對角線取樣，每點調(diào)查50穗，記錄發(fā)病穗數(shù)（白穗），計算發(fā)病率。

1.3.4 經(jīng)濟效益計算 生產(chǎn)成本包括直接成本和間接成本。直接成本包括土地使用和種子、化肥、農(nóng)藥等購買費用；間接成本有田間管理所用人工、機械費等。根據(jù)當時當?shù)貎r格比較不同耕種模式的利潤（產(chǎn)出-投入）和產(chǎn)投比（產(chǎn)出／投入）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

用Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理，用SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析，用LSD法進行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕種模式對棉改糧農(nóng)田小麥群體發(fā)育的影響

由表2可以看出，傳統(tǒng)旋耕后條播（T-A，CK）冬前至成熟期群體均最小，深松、深耕后雙鎮(zhèn)壓播種的T-D、T-E處理則獲得全生育期較高群體，其中冬前、返青和開花期均顯著高于對照，兩處理間無顯著差異。T-E處理成熟期公頃穗數(shù)最高，有利于獲得較高產(chǎn)量。

表2 不同耕種模式對棉改糧農(nóng)田小麥群體發(fā)育的影響 （萬／hm2）

2.2 不同耕種模式對棉改糧農(nóng)田小麥干物質(zhì)積累的影響

由圖1可以看出，不同處理小麥干物質(zhì)積累量隨生育進程逐漸增加，其中拔節(jié)前各處理間差異較小，開花期、成熟期各處理間差異逐漸增大。成熟期干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為T-D、T-E＞T-A＞T-B、T-C，T-D、T-E處理比對照T-A平均提高11.89%。

圖1 不同耕種模式對棉改糧農(nóng)田小麥干物質(zhì)積累的影響

2.3 不同耕種模式對棉改糧農(nóng)田小麥小穗發(fā)育的影響

由表3可以看出，旋耕條播處理（T-A，CK）單株小穗數(shù)較低，不結(jié)實小穗數(shù)較高，結(jié)實率較低。深松、深耕后雙鎮(zhèn)壓播種處理T-D、T-E顯著提高小麥單株小穗數(shù)，減少不結(jié)實小穗數(shù)，顯著提高小穗結(jié)實率。與T-D、T-E比較，兩個旋耕后播種處理T-A、T-B降低小麥單株小穗數(shù)和小穗結(jié)實率，深耕深松處理間無顯著差異（表3）。

表3 不同耕種模式對棉改糧農(nóng)田小麥小穗發(fā)育的影響

2.4 不同耕種模式對棉改糧農(nóng)田小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量三要素的影響

與對照（T-A）相比，深耕+雙鎮(zhèn)壓播種處理（T-E）顯著提高小麥公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，從而顯著增加籽粒產(chǎn)量；旋耕后雙鎮(zhèn)壓播種（T-B）、免耕播種（T-C）、深松后雙鎮(zhèn)壓播種（T-D）提高公頃穗數(shù)，對穗粒數(shù)無顯著影響；旋耕后雙鎮(zhèn)壓播種（T-B）則對小麥產(chǎn)量三要素和籽粒產(chǎn)量影響不明顯（表4）。

從增幅上看，深耕后雙鎮(zhèn)壓播種處理的公頃穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和籽粒產(chǎn)量比對照分別增加11.71%、7.57%、12.68%和33.96%，說明該耕種模式能夠協(xié)調(diào)改善小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)，進而顯著增產(chǎn)。

表4 不同耕種模式對棉改糧農(nóng)田小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量三要素的影響

2.5 不同耕種模式下棉改糧農(nóng)田小麥莖基腐病發(fā)病率分析

自然條件下于灌漿后期觀測不同耕種模式的小麥莖基腐病（白穗）發(fā)生情況，結(jié)果（表5）表明，深耕后雙鎮(zhèn)壓播種（T-E）顯著降低小麥莖基腐病的發(fā)病率，比對照降低6.9個百分點。

表5 不同耕種模式下棉改糧農(nóng)田小麥莖基腐病的發(fā)病率

2.6 棉改糧農(nóng)田小麥不同耕種模式的經(jīng)濟效益比較

由表6可知，深耕后雙鎮(zhèn)壓播種（T-E）處理較對照（T-A）農(nóng)藥成本減少270元／hm2，用工減少300元／hm2，機械費用減少90元／hm2，總計降低660元／hm2。這主要是因為該處理減少麥田雜草（節(jié)節(jié)麥）的發(fā)生，少噴施一次除草劑所致。深松后雙鎮(zhèn)壓播種（T-D）處理作業(yè)效率提高，用工較對照減少300元／hm2，機械費用減少225元／hm2，總計降低525元／hm2。免耕播種（T-C）處理機械費用最低，較對照減少300元／hm2。旋耕后雙鎮(zhèn)壓播種（T-B）處理機械費用最高，生產(chǎn)成本較對照增加375元／hm2。

不同耕種模式的產(chǎn)出和利潤均以T-E處理最高，其次為T-D，對照最低。旋耕后雙鎮(zhèn)壓播種、免耕播種、深松后雙鎮(zhèn)壓播種模式和深耕后雙鎮(zhèn)壓播種模式比對照分別增收440、2 735、3 083、5 708元／hm2?？梢?，在棉改糧農(nóng)田條件下，深耕+雙鎮(zhèn)壓播種（T-E）模式可減少農(nóng)藥、機械、用工等生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟產(chǎn)出和種植效益。不同模式產(chǎn)投比表現(xiàn)為T-E＞T-D＞T-C＞TB＞T-A，分別為1.37、1.19、1.16、1.01和0.98。

表6 棉改糧農(nóng)田小麥不同耕種模式的生產(chǎn)成本、種植效益 （元／hm2）

3 討論與結(jié)論

研究表明，耕作方式可以影響土壤耕層土壤容重、有機碳含量和銨態(tài)氮含量，進而改善土壤結(jié)構(gòu)，改良土壤物理性質(zhì)，提高小麥產(chǎn)量［16］。深耕顯著提高土壤總孔隙度以及田間持水量［17］，增加小麥穗粒數(shù)和千粒重，最終增產(chǎn)［18］。也有研究表明，不同耕種方式對小麥生長發(fā)育進程、干物質(zhì)積累動態(tài)、莖蘗數(shù)量變化動態(tài)以及穗粒數(shù)、千粒重均無顯著影響，但對籽粒產(chǎn)量的影響達到極顯著水平［19］。孫銘澤等［20］研究表明，三種耕作方式中深耕增加公頃穗數(shù)、獲得最高產(chǎn)量，免耕次之，旋耕小麥產(chǎn)量最低。本試驗結(jié)果表明，與旋耕、免耕、深松等方式比較，深耕獲得全生育期較高的群體數(shù)量和成熟期最高公頃穗數(shù)，提高了單株小穗數(shù)和小穗結(jié)實率，獲得最高產(chǎn)量。

程曉亮［21］研究表明，秸稈還田后耕作方式的不同對小麥根部病害有明顯影響，旋耕和免耕下小麥根部病害高于同期深耕處理；旋耕和免耕下禾谷鐮刀菌和離蠕孢菌的致病力高于深耕。本試驗結(jié)果表明，深耕+雙鎮(zhèn)壓播種模式顯著降低灌漿期后小麥莖基腐病的發(fā)病率，旋耕條播、旋耕+雙鎮(zhèn)壓播種、免耕直播、深松+雙鎮(zhèn)壓播種模式對小麥莖基腐病的影響差異不顯著。這可能是因為秸稈還田后深耕，秸稈埋藏較深，減少了病害發(fā)生，而旋耕、免耕、深松等對還田后秸稈的分布影響差異不明顯。

鎮(zhèn)壓增加小麥出苗率，促進小麥成穗數(shù)，提高產(chǎn)量［7，22］。本試驗結(jié)果表明，旋耕條件下，僅增加播后鎮(zhèn)壓環(huán)節(jié)較旋耕條播產(chǎn)量提高5.49%。范紅霞［23］研究表明，在秸稈全量還田條件下，深耕有利于提高小麥播種質(zhì)量，增加麥苗的分蘗能力和抗逆能力。深翻可以翻埋肥料，促進土壤熟化，消滅雜草，減輕病蟲害［24］。本試驗中，秸稈還田后深耕+雙鎮(zhèn)壓播種（T-E）模式減少了農(nóng)藥用量，較傳統(tǒng)旋耕條播增產(chǎn)33.96%，利潤增加5 708元／hm2，各模式中具有最高籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)投比，是魯西北棉改糧農(nóng)田小麥最佳耕種模式。