高甜甜 柴守璽 李亞偉 楊佳佳 程宏波,* 趙廣才

(1 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，北京 100081； 3 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命與技術(shù)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

小麥(TriticumaestivumL.)是世界上種植面積最大的糧食作物之一[1]。我國(guó)西北干旱半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)光照充足，但水資源緊缺，無(wú)灌溉條件[2]。因此，一般采用覆蓋栽培技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)[3]。秸稈覆蓋是目前開(kāi)發(fā)和應(yīng)用較廣的覆蓋栽培技術(shù)之一，具有蓄水保墑、調(diào)溫控溫和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的作用[4]，但傳統(tǒng)的全地面秸稈覆蓋會(huì)導(dǎo)致土壤溫度過(guò)低，作物生長(zhǎng)延緩，增產(chǎn)不顯著等問(wèn)題[5-6]。甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)作物耕作與栽培團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了多年多點(diǎn)試驗(yàn)示范，提出了“種的地方不覆，覆的地方不種”的秸稈帶狀覆蓋小麥栽培新技術(shù)，取得了顯著的增產(chǎn)效果[7-8]。

在作物全生育期使用秸稈覆蓋技術(shù)有利于增加作物株高[9-10]及各部位干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運(yùn)[11-12]，促進(jìn)籽粒灌漿，提高產(chǎn)量[13]，其中對(duì)灌漿速率的影響在籽粒生長(zhǎng)各階段均存在顯著差異[14]。免耕秸稈覆蓋相較于傳統(tǒng)耕作的小麥在灌漿至成熟期土壤溫度略低，可減緩干熱風(fēng)對(duì)小麥的傷害，有利于小麥籽粒灌漿[15]。旱地小麥高產(chǎn)關(guān)鍵在于水肥管理，秸稈覆蓋可以提高自然降水利用率，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量形成，免耕覆蓋在一定范圍內(nèi)隨干旱程度的加重增產(chǎn)效果更明顯[16]。另外，相關(guān)研究表明提高小麥產(chǎn)量的關(guān)鍵是提高成穗率、增加單位面積有效穗數(shù)[17]。地膜覆蓋處理小麥花后葉片的葉綠素含量比露地對(duì)照高，可延緩葉片衰老，增強(qiáng)同化能力，提高籽粒產(chǎn)量[18]。秸稈覆蓋處理的平均作物產(chǎn)量較未覆蓋處理有所提高[19]。小麥產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨秸稈覆蓋量的增加而提高[20-21]。

已有諸多學(xué)者做了大量關(guān)于秸稈覆蓋對(duì)小麥株高、籽粒灌漿和產(chǎn)量的影響的研究，而關(guān)于秸稈帶狀覆蓋對(duì)小麥植株及產(chǎn)量性狀影響的研究較少。因此，本研究以西北旱地小麥主要種植區(qū)生態(tài)條件為背景，比較秸稈帶狀覆蓋對(duì)小麥小穗敗育率、節(jié)間長(zhǎng)度及株高、籽粒灌漿速率和產(chǎn)量的影響，以期探明秸稈帶狀覆蓋對(duì)旱地小麥增產(chǎn)的效果，為旱地小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的栽培方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017―2018年在甘肅省通渭縣進(jìn)行，該地海拔1 750 m，年均氣溫7.2℃。試驗(yàn)期間冬小麥生育期(2017年9月11日至2018年7月13日)總降水量387.4 mm，較往年平均降水量(219.6 mm)多167.8 mm，其中有效降水量(≥5 mm)307.8 mm，屬于豐水年份；試驗(yàn)區(qū)土壤為黃綿土，0～20 cm土層平均容重為1.25 g·cm-3，土壤有機(jī)碳含量5.52 g·kg-1，全氮0.65 g·kg-1，有效磷10.63 mg·kg-1，速效鉀107.1 mg·kg-1，pH值8.5。供試小麥品種為定西農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供的隴中2號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)秸稈帶狀覆蓋(M)和露地種植(CK)2種主要種植模式，其中秸稈帶狀覆蓋設(shè)置4個(gè)不同覆蓋度，即種植帶等間距播種3行小麥(M3)、4行小麥(M4)、5行小麥(M5)和6行小麥(M6)，其種植帶和覆蓋帶的帶幅比分別為35∶50、50∶50、70∶50、85∶50，覆蓋度分別為59%、50%、40%、37%。秸稈覆蓋量為風(fēng)干重9 000 kg·hm-2(約為1 hm2旱地玉米的秸稈量)。各處理小麥播種量均為225 kg·hm-2，播種時(shí)預(yù)留覆蓋帶，土壤封凍前(一般在小麥三葉期)將秸稈放置于覆蓋帶，覆蓋時(shí)秸稈覆蓋帶與播種帶兩個(gè)邊行各留2～5 cm間距，以防秸稈壓苗，各處理行距為17 cm，播種方式為機(jī)械條播。各小區(qū)所施純氮150 kg·hm-2、P2O5120 kg·hm-2，做基肥一次性施入，所用肥料為尿素(N 46%)和磷酸二銨(P2O546%)?；ê? d用三唑酮、吡蟲啉和磷酸二氫鉀進(jìn)行 “一噴三防”，防后期病蟲害和干熱風(fēng)等。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 產(chǎn)量的測(cè)定及考種 成熟后按小區(qū)收獲，現(xiàn)場(chǎng)稱鮮重，曬干后再次稱重，計(jì)算產(chǎn)量。考種在小麥?zhǔn)斋@前1周左右取樣，每處理隨機(jī)選3個(gè)點(diǎn)取樣，同一小區(qū)3個(gè)樣點(diǎn)混合，在各小區(qū)的混合樣中隨機(jī)取20株進(jìn)行室內(nèi)考種，測(cè)定株高[從分蘗節(jié)量起至穗頂(芒除外)的平均高度]、各莖節(jié)長(zhǎng)、穗長(zhǎng)[穗軸基部至穗頂(芒除外)的長(zhǎng)度]、總小穗數(shù)(每穗結(jié)實(shí)小穗和不孕小穗的總和)、不孕小穗數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)(20穗的平均每穗結(jié)實(shí)粒數(shù))、千粒重(風(fēng)干籽粒隨機(jī)取樣1 000粒稱重，以2次重量相差不大于其平均值的3%為準(zhǔn))等指標(biāo)。

1.3.2 灌漿速率的測(cè)定 每小區(qū)選取揚(yáng)花期一致的100穗掛牌標(biāo)記，花后一周開(kāi)始，每隔5 d取樣1次，每次在各試驗(yàn)小區(qū)取10穗，于105℃殺青20 min(前期籽粒過(guò)小不易脫粒，先對(duì)穗子殺青而后脫粒)，80℃恒溫烘至恒重，測(cè)定籽粒千粒重，并按公式計(jì)算灌漿速率：

灌漿速率=每次測(cè)定籽粒干物質(zhì)增加質(zhì)量/測(cè)定間隔的天數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 20.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理，采用Duncan法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)，顯著水平為α=0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 覆蓋對(duì)小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

由表1可知，秸稈帶狀覆蓋能影響小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素(穗數(shù)和穗粒數(shù))。秸稈帶狀3行(M3)的籽粒產(chǎn)量較CK顯著提高6.2%，而4行(M4)、5行(M5)、6行(M6)分別較CK降低0.8%、5.2%、6.2%，各秸稈帶狀覆蓋處理的小麥籽粒產(chǎn)量隨覆蓋度降低逐漸降低。秸稈覆蓋處理單位面積穗數(shù)的變化與產(chǎn)量變化趨勢(shì)一致，僅M3較CK提高12.4%，M4、M5、M6分別較CK降低3.9%、5.7%、6.4%。各覆蓋處理均較CK減少了穗粒數(shù)，且除M4外均存在顯著性差異，覆蓋處理間則差異不顯著。覆蓋處理的千粒重均與CK無(wú)顯著差異。

產(chǎn)量與產(chǎn)量要素之間的相關(guān)性分析結(jié)果表明(表2)，籽粒產(chǎn)量與穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)，表明覆蓋增產(chǎn)主要由穗數(shù)的增加引起。穗數(shù)與穗粒數(shù)和千粒重之間呈極顯著和顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明產(chǎn)量三要素之間存在相互制約。

2.2 覆蓋對(duì)小麥穗結(jié)實(shí)的影響

由表3可知，覆蓋對(duì)小麥穗部特征有不同程度的影響。秸稈帶狀覆蓋總體減小了穗長(zhǎng)、總小穗數(shù)、結(jié)實(shí)小穗數(shù)、未結(jié)實(shí)小穗數(shù)及小穗敗育率，其均值分別減小5.3%、5.1%、3.3%、10.5%以及1.4%。各覆蓋度處理之間結(jié)實(shí)小穗數(shù)、未結(jié)實(shí)小穗數(shù)及小穗敗育率存在一定差異，其中M3的未結(jié)實(shí)小穗數(shù)及小穗敗育率均最低。由于水分和養(yǎng)分的限制，在單位面積穗數(shù)增加的同時(shí)會(huì)限制單穗的發(fā)育，減少小穗分化。雖然秸稈帶狀覆蓋處理的總小穗數(shù)低于CK，但其顯著減少了未結(jié)實(shí)小穗數(shù)(M6不顯著)，降低了小穗敗育率，尤其是M3的表現(xiàn)最為突出，在增加群體數(shù)量的同時(shí)，個(gè)體發(fā)育也保持較好的狀態(tài)。

表1 小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 1 Yield and yield components of wheat

表2 小麥產(chǎn)量及其主要要素相關(guān)分析Table 2 Correlations between grain yield and its components of wheat

2.3 覆蓋對(duì)冬小麥?zhǔn)炱谥旮吆透髑o節(jié)發(fā)育的影響

由表4可知，秸稈帶狀覆蓋處理可以增加小麥成熟期的株高，且能不同程度地提高小麥穗下節(jié)長(zhǎng)、倒二節(jié)長(zhǎng)、倒三節(jié)長(zhǎng)和基部節(jié)長(zhǎng)；各秸稈帶狀覆蓋處理的株高隨覆蓋度的增加先降低后增加，其中以M6的株高(93.2 cm)最高，M3次之，且M6和M3的株高分別較CK顯著提高5.3%和4.4%；各覆蓋度處理的平均穗下節(jié)長(zhǎng)、倒二節(jié)長(zhǎng)、倒三節(jié)長(zhǎng)、基部節(jié)長(zhǎng)分別較CK提高4.0%、10.1%、11.2%、7.0%，倒四節(jié)長(zhǎng)降低9.4%。分析可見(jiàn)，秸稈覆蓋主要通過(guò)影響倒二節(jié)長(zhǎng)、倒三節(jié)長(zhǎng)、倒四節(jié)長(zhǎng)、基部節(jié)長(zhǎng)而影響株高，由于秸稈帶狀覆蓋的水分條件優(yōu)于CK，其生長(zhǎng)量較CK高，尤其是在倒二節(jié)、倒三節(jié)、基部節(jié)間生長(zhǎng)階段，水分差異導(dǎo)致莖節(jié)生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)更為明顯，且以水分條件最好的M3生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)最突出。

由表5可知，產(chǎn)量和穗長(zhǎng)之間呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明大穗是高產(chǎn)的保障。穗下節(jié)是旱地冬小麥籽粒灌漿時(shí)期重要的“流”器官，千粒重與穗下節(jié)長(zhǎng)之間呈顯著正相關(guān)，穗下節(jié)長(zhǎng)、倒二節(jié)長(zhǎng)、基部節(jié)長(zhǎng)均與株高呈顯著正相關(guān)。穗長(zhǎng)與倒四節(jié)長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)；穗下節(jié)長(zhǎng)分別與倒二節(jié)長(zhǎng)和倒三節(jié)長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)；倒二節(jié)長(zhǎng)和基部節(jié)長(zhǎng)呈極顯著正相關(guān)，倒三節(jié)長(zhǎng)和基部節(jié)長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)，說(shuō)明在良好的水熱條件下，節(jié)間的伸長(zhǎng)具有同伸關(guān)系。

表3 覆蓋對(duì)小麥穗結(jié)實(shí)的影響Table 3 Effects of coverage on ears of wheat

表4 成熟期小麥株高及各莖節(jié)發(fā)育的變化Table 4 The changes of plant height and its main components in mature wheat

表5 小麥成熟期株高及其組成要素的相關(guān)關(guān)系Table 5 Person’s correlation coefficient between final plant height and its main components

2.4 覆蓋對(duì)籽粒灌漿的影響

2.4.1 籽粒灌漿千粒重的差異 由圖1可知，不同處理的小麥千粒重均呈現(xiàn)“慢-快-慢”的增加趨勢(shì)?；ê?～12 d增長(zhǎng)緩慢；花后12～22 d迅速增長(zhǎng)；花后22 d之后，CK增長(zhǎng)緩慢并逐漸趨于穩(wěn)定，秸稈帶狀覆蓋處理仍在緩慢上升?；ê?～22 d，各處理均以CK千粒重最大，且不同覆蓋度處理與CK均存在顯著性差異(P<0.05)；在花后32和42 d，秸稈帶狀覆蓋處理的千粒重與CK相近，花后32 d時(shí)略低于CK，42 d時(shí)略高于CK，但均無(wú)顯著差異?？梢?jiàn)秸稈帶狀覆蓋抑制了灌漿初期籽粒內(nèi)干物質(zhì)的積累。

圖1 不同處理下小麥千粒重變化Fig.1 The change of 1 000-grain weight of wheat under differenTTreatments

2.4.2 籽粒灌漿速率的差異 由圖2可知，秸稈帶狀覆蓋可較CK提高快增期(花后12～22 d)及緩增期(花后22 d以后)灌漿速率，降低漸增期(花后7～12 d)灌漿速率，漸增期秸稈帶狀覆蓋灌漿速率均值較CK低22.6%，快增期和緩增期秸稈帶狀覆蓋灌漿速率均值分別較CK提高11.8%和154.5%。在漸增期，各覆蓋度處理灌漿速率以M3最低，M5最高；在快增期無(wú)顯著差異，以M3、M4最高，緩增期則以M4最高。秸稈帶狀覆蓋達(dá)到最大灌漿速率較CK延后5 d，且秸稈帶狀覆蓋的最大灌漿速率高于CK，各覆蓋度處理以M5的灌漿速率最小，M3、M4、M6間無(wú)顯著差異。覆蓋對(duì)各測(cè)定時(shí)間段的灌漿速率影響具有較大差異，花后7～12 d、12～17 d，秸稈帶狀覆蓋的灌漿速率低于CK；17～22 d、22～32 d以及32～42 d的灌漿速率均高于CK；且各秸稈帶狀覆蓋處理各時(shí)段的灌漿速率總體隨覆蓋度增加呈先降低后升高的趨勢(shì)。

圖2 覆蓋對(duì)小麥灌漿速率的影響Fig.2 Effects of coverage on grain filling rate of wheat

3 討論

作物產(chǎn)量不僅受品種的影響，還受外界環(huán)境的影響。適宜的土壤溫度與水分能使作物更好的生長(zhǎng)發(fā)育，土壤溫度與水分的變化與作物根系功能、穗發(fā)育、株高、產(chǎn)量形成、植株含水、干物質(zhì)積累分配、籽粒灌漿等密切相關(guān)[22-23]，地表覆蓋可以改變土壤環(huán)境、調(diào)控農(nóng)田土壤水熱特性，對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育具有重要作用[24]。魯向暉等[25]研究發(fā)現(xiàn)，秸稈覆蓋可顯著提高春玉米株高、生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量等，且土壤保水保墑效果好，產(chǎn)量、水分利用效率明顯提高；李博文等[4]、程宏波[26]研究也表明，秸稈帶狀覆蓋可以提高小麥的水分利用效率和產(chǎn)量。

3.1 覆蓋對(duì)小麥灌漿速率的影響

在單位面積穗數(shù)達(dá)到一定值時(shí)，可通過(guò)提高灌漿速率來(lái)提高西北地區(qū)小麥產(chǎn)量[4]。灌漿速率決定了小麥籽粒干物質(zhì)積累的快慢[11]，導(dǎo)致花后的籽粒千粒重增加呈現(xiàn)“慢-快-慢”的趨勢(shì)。覆蓋栽培較露地栽培的平均灌漿速率提高，且能延長(zhǎng)灌漿持續(xù)期[13]。有研究表明，秸稈覆蓋較不覆蓋顯著提高了小麥旗葉的SPAD值、光合速率和蒸騰速率，并延緩了旗葉的衰老，進(jìn)而提高了灌漿后期籽粒的灌漿速率，有增加千粒重的趨勢(shì)[27]；另外，秸稈覆蓋有提高小麥產(chǎn)量以及使其速增期和緩增期的灌漿速率保持較高水平的作用[28]。本研究與之一致，在小麥灌漿中后期，適宜的秸稈覆蓋(M3)提高了灌漿速率，延長(zhǎng)了小麥的灌漿持續(xù)期，增加了籽粒的飽滿度和粒重，進(jìn)而增加了產(chǎn)量。

3.2 覆蓋對(duì)小麥產(chǎn)量及其要素的影響

產(chǎn)量三要素的協(xié)調(diào)發(fā)展是小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵，而產(chǎn)量三要素之間存在制約和競(jìng)爭(zhēng)[29-30]，秸稈覆蓋下進(jìn)行適當(dāng)?shù)膶挿シN植可顯著提高穗數(shù)[31]。單位面積穗數(shù)是影響旱地小麥產(chǎn)量的主要因素，其次為穗粒數(shù)，而千粒重受環(huán)境影響較小，在保證穗數(shù)的同時(shí)，可以通過(guò)降低不育小穗率使西北雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)小麥增產(chǎn)[4]。本研究結(jié)果表明，穗數(shù)的差異是引起產(chǎn)量差異的主要因素，處理間穗粒數(shù)和千粒重的差異較小，但三者之間存在制約關(guān)系，與上述學(xué)者研究結(jié)果一致。本研究表明M3的穗長(zhǎng)和總小穗數(shù)低于CK，但顯著減少了未結(jié)實(shí)小穗數(shù)、降低了小穗敗育率。形成這些結(jié)果的原因可能是受水分和養(yǎng)分的限制，在單位面積穗數(shù)增加的同時(shí)會(huì)限制單穗的發(fā)育，減少小穗分化。另外本研究結(jié)果表明秸稈帶狀覆蓋處理M3、M6的小麥株高顯著高于CK，且秸稈帶狀覆蓋處理的倒二節(jié)長(zhǎng)、倒三節(jié)長(zhǎng)和基部節(jié)長(zhǎng)均高于CK，這與宋亞麗等[13]和張向前等[32]的研究結(jié)果一致，主要可能是由于秸稈覆蓋栽培水分條件優(yōu)于露地栽培。李博文[4]研究表明，秸稈帶狀覆蓋可以提高小麥的產(chǎn)量；也有研究發(fā)現(xiàn)[33]，秸稈覆蓋處理的土壤有良好的保水保墑效果，可提高產(chǎn)量；這與本研究中秸稈帶狀覆蓋3行可提高小麥產(chǎn)量的結(jié)果一致。

4 結(jié)論

適宜覆蓋措施可構(gòu)建形成較好的群體結(jié)構(gòu)進(jìn)而提高產(chǎn)量，其中秸稈帶狀覆蓋3行較露地提高單位面積穗數(shù)，從而較露地增產(chǎn)。秸稈帶狀覆蓋總體增加了小穗結(jié)實(shí)率和株高，除較低覆蓋度的M6外，秸稈帶狀覆蓋模式顯著降低了小穗敗育率。秸稈帶狀覆蓋在灌漿階段提高了快增期及緩增期時(shí)灌漿速率，最大灌漿速率高于露地，且延長(zhǎng)了灌漿持續(xù)期，促進(jìn)了籽粒灌漿。