王福玉，陳貴菊，孫雷明，黃 玲，邵敏敏，趙 凱，楊本洲，張玉丹，閆 璐，王 霖

（濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 濟(jì)寧 272031）

0 引言

秸稈還田和土壤耕作是小麥生產(chǎn)重要的增產(chǎn)與土壤培肥技術(shù)措施[1]。秸稈還田還可以增加土壤有機(jī)質(zhì)，提高氮素利用率，改善小麥品質(zhì)。秸稈還田能提高作物干物質(zhì)積累量，增加產(chǎn)量[2]。秸稈還田后連年旋耕是當(dāng)前魯西南冬小麥生產(chǎn)普遍采用的耕作方式，但是連年旋耕易造成冬小麥播種過淺、出苗率低、苗小、苗弱等現(xiàn)象。因此，秸稈還田技術(shù)的應(yīng)用也對(duì)作物生產(chǎn)模式提出新的挑戰(zhàn)。

秸稈還田和耕作方式通過對(duì)土壤的物理結(jié)構(gòu)和水肥狀況的改變，從而極大得改善了作物的生長環(huán)境，調(diào)節(jié)作物的生長發(fā)育，進(jìn)而影響作物的產(chǎn)量[3-4]。旋耕利于有機(jī)質(zhì)富集于表層，下層土壤容重增加、孔隙度降低，對(duì)小麥具有增產(chǎn)效應(yīng)。深耕還田均衡耕層的有機(jī)質(zhì)分布，降低容重、改善孔隙度空間分布，有利于創(chuàng)造適于作物生長發(fā)育的耕層結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)冬小麥年度間穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)[5]。在秸稈還田和耕作方式實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的目標(biāo)后，如何通過品種改良和技術(shù)創(chuàng)新來改善小麥品質(zhì)，已成為當(dāng)前小麥生產(chǎn)中必須解決的主要問題。前人研究表明不同的耕作方式，造成小麥的個(gè)體、群體生長及小麥籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)表現(xiàn)不同[6-8]。小麥籽粒品質(zhì)受多種因素的影響，如基因型、環(huán)境和農(nóng)藝措施等[9-11]。Ortiz等[12]研究表明，氮肥不僅影響蛋白質(zhì)的數(shù)量，也影響蛋白質(zhì)的質(zhì)量，從而改善谷物的加工品質(zhì)。強(qiáng)筋小麥對(duì)氮素缺乏反應(yīng)明顯，適當(dāng)提高氮肥施用量是改善小麥營養(yǎng)品質(zhì)的有效措施,但生產(chǎn)中普遍存在氮肥施用過量問題，這不僅使成本增加，也造成大量的氮肥損失，污染了環(huán)境，同時(shí)降低了氮肥利用效率。因此，找出秸稈還田條件下最佳施氮量迫在眉睫。關(guān)于不同耕作方式對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)的影響已有較多研究[13-16]，但不同耕作方式與氮肥互作對(duì)小麥籽粒品質(zhì)的影響報(bào)道較少，研究結(jié)果也因地域環(huán)境、土壤質(zhì)地、土壤肥力、定位時(shí)間長短等條件的不同而有所差異[17-19]。為此，本研究在連續(xù)多年秸稈還田的基礎(chǔ)上，分析了連續(xù)三年不同耕作方式和施氮量互作對(duì)小麥生長、產(chǎn)量與品質(zhì)的影響，以期為魯西南小麥高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016—2019年山東省濟(jì)寧市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)農(nóng)場(N:35°27′15′，E:116°35′11′)進(jìn)行。該地區(qū)年均降雨量597 ～820 mm，年均氣溫13.3℃ ～14.1℃，無霜期199天。試驗(yàn)地土壤為褐土，土壤的有機(jī)質(zhì)13.1 g/kg，堿解氮58.6 mg/kg，速效磷48.3 mg/kg，速效鉀128.5 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與管理

供試品種為‘山農(nóng)20’，種植密度為2.25×106株hm2，行距25cm。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)秸稈不還田免耕(T1)、秸稈還田免耕(T2)、秸稈還田兩旋一耕(T3)、秸稈還田深耕(T4)4個(gè)處理，隨機(jī)排列主區(qū)（表1）。副區(qū)設(shè)3個(gè)不同施氮量處理，分別為：N1（施純N 225 kg/hm2）、N2（施純N 165 kg/hm2）、N3（施純N 300 kg/hm2），隨機(jī)排列副區(qū)，重復(fù)3次。小區(qū)長15.0 m，寬4.0 m，重復(fù)間走道1.0 m，周圍設(shè)保護(hù)區(qū)；不同耕作方式間留4.0 m過渡區(qū)，重復(fù)3次。施磷肥(P2O5)105 kg/hm2、鉀肥(K2O)75 kg/hm2，全部磷鉀肥與50%的氮肥于耕前撒施，其余50%氮肥于拔節(jié)期追施。

表1 耕作方式

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 各生育期群體動(dòng)態(tài)調(diào)查及產(chǎn)量測定 采用定點(diǎn)方法調(diào)查小麥群體動(dòng)態(tài)：三葉期在各小區(qū)選取具有代表性的1.0 m雙行固定樣點(diǎn)，分別在越冬、返青、拔節(jié)、成熟關(guān)鍵生育期調(diào)查群體動(dòng)態(tài)。成熟期調(diào)查小麥穗粒數(shù)、千粒重、每公頃穗數(shù)。每個(gè)小區(qū)收獲20.0 m2脫粒自然風(fēng)干，至含水量低于13%左右時(shí)稱重，并折算成公頃產(chǎn)量。

1.3.2 干物質(zhì)積累測定 苗期、越冬期、返青期和拔節(jié)期每小區(qū)取50株長勢均勻的單株測定干物質(zhì)量，生殖生長期（開花期和成熟期）每小區(qū)隨機(jī)取長勢一致的50個(gè)單莖測定干物質(zhì)量。取樣后，樣品置于105℃烘箱中殺15 min，然后80℃烘至恒重。

1.3.3 籽粒品質(zhì)測定 籽粒品質(zhì)測定在農(nóng)業(yè)部谷物品質(zhì)檢測中心（泰安）進(jìn)行。籽粒蛋白質(zhì)含量測定：采用濃硫酸消煮，半微量凱氏定氮法測定。面粉的制備采用德國Brabender公司產(chǎn)880101型小型實(shí)驗(yàn)?zāi)ブ苽?，?xì)度為100目。濕面筋含量測定參照國標(biāo)GB131506-85測定，瑞典Perten公司產(chǎn)2200型洗滌儀洗滌。面團(tuán)流變學(xué)特性測定采用德國Brabender公司產(chǎn)810106002型粉質(zhì)儀測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)整理，用DPS 7.05軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕作方式與施氮量互作對(duì)小麥群體動(dòng)態(tài)的影響

從表2可知，耕作方式對(duì)基本苗(F=2.44)無顯著影響，而對(duì)冬前群體(F=101.04**)、返青群體(F=19.79**)、最大群體(F=46.72**)、有效群體(F=21.93**)的影響極顯著。施氮量對(duì)基本苗(F=1.16)、有效群體(F=3.14)無顯著影響，而對(duì)冬前群體(F=6.13*)、返青群體(F=7.85*)影響顯著，最大群體(F=11.11**)影響達(dá)極顯著。耕作方式和施氮量的交互作用對(duì)各個(gè)時(shí)期群體互作效應(yīng)不顯著。同一施氮量時(shí)，各個(gè)時(shí)期以T4耕作方式的群體最大；其中有效群體T4與T3差異不顯著，與T2、T1差異顯著；其他各個(gè)時(shí)期群體差異較大。同一耕作方式下，隨著施氮量的增加，各個(gè)時(shí)期群體呈逐漸增加趨勢，均以N3處理群體最大；施氮量對(duì)最大群體影響較大，且不同施氮量處理間差異顯著，其他各個(gè)時(shí)期N3與N1差異不顯著，N3與N2差異顯著。本試驗(yàn)中，不同處理間小麥基本苗無明顯差異，田間調(diào)查發(fā)現(xiàn)，秸稈還田與不還田相比，T1出苗率明顯高于T2，但是出苗整齊度和均勻度秸稈還田均低于不還田處理，T3、T4出苗質(zhì)量顯著好于T1、T2。可見，秸稈還田影響出苗率，但提高了小麥的出苗質(zhì)量；耕作方式和施氮量顯著影響了小麥的群體結(jié)構(gòu)與成穗率，連年深耕并適當(dāng)增加施氮量可以有效提高小麥出苗質(zhì)量，增加分蘗，利于小麥群體構(gòu)建。

表2 耕作方式與施氮量互作對(duì)小麥群體動(dòng)態(tài)的影響

從表3可知，耕作方式(F=0.44)、施氮量(F=0.94)及兩者的交互作用(F=1.67)對(duì)苗期干物質(zhì)積累無顯著影響，而耕作方式對(duì)越冬期(F=10.79*)影響顯著，對(duì)返青期(F=44.94**)、拔節(jié)期(F=44.52**)、開花期(F=14.98**)、成熟期(F=16.86**)干物質(zhì)積累影響極顯著，且各個(gè)處理間差異較大；施氮量對(duì)拔節(jié)期(F=10.03*)干物質(zhì)積累影響顯著，對(duì)開花期(F=19.92**)、成熟期(F=33.18**)干物質(zhì)積累影響極顯著；耕作方式與施氮量在越冬期(F=10.97**)、返青期(F=15.02**)、拔節(jié)期(F=42.28**)、開花期(F=64.30**)、成熟期(F=37.83**)對(duì)干物質(zhì)積累存在著顯著互作效應(yīng)。拔節(jié)期之前是冬小麥干物質(zhì)的緩慢累積階段，拔節(jié)期之后冬小麥進(jìn)入干物質(zhì)快速積累階段。T1、T2耕作方式下，在冬小麥返青期前干物質(zhì)積累量T1＞T2，拔節(jié)期后T2＞T1，這可能由于秸稈不還田冬前利于干物質(zhì)積累有關(guān)。T3、T4及較T1、T2耕作方式顯著提高了越冬至成熟期干物質(zhì)的積累量，大小順序?yàn)門4＞T3＞T2＞T1。在相同耕作方式時(shí)，小麥干物質(zhì)的積累量隨著施氮量的增加而增加，N3處理達(dá)到最大值，返青期后 N3與 N1、N3與 N2、N1與 N2差異顯著；相同施氮量時(shí)，干物質(zhì)積累量依次為T4＞T3＞T2＞T1，不同耕作模式在小麥越冬期以后不同施氮處理下小麥干物質(zhì)積累量之間均有明顯差異。試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著免耕應(yīng)用年限的延長，小麥生長發(fā)育及干物質(zhì)積累均受到不同程度的影響；增加施氮量有利于干物質(zhì)的積累，但是不同的耕作方式應(yīng)搭配不同的施氮量。

表3 耕作方式與施氮量互作對(duì)小麥干物質(zhì)積累的影響 kg/hm2

由表4和圖1可知，耕作方式對(duì)小麥穗數(shù)(F=21.93**)、穗粒數(shù)(F=18.36**)、千粒重(F=67.34**)及籽粒產(chǎn)量(F=62.42**)均有極顯著影響。同一氮肥水平下，T4耕作方式穗數(shù)和穗粒數(shù)最多，穗數(shù)多少依次為T4＞T3＞T2＞T1，T3與 T4差異較小，T4與 T1、T2差異顯著；其中T4的穗粒數(shù)平均為38.0，分別比T3、T1、T2高1.88%、5.76%、6.05%；以T4耕作方式千粒重最高，T2、T3、T4處理之間差異較小，T4與T1差異顯著；小麥籽粒平均產(chǎn)量為T4＞T3＞T2＞T1，且各個(gè)處理間差異顯著，其中T4平均產(chǎn)量為 8210.59 kg/hm2，較 T1、T3、T2分別增產(chǎn)2.25%、5.71%、8.61%。施氮量對(duì)穗數(shù)(F=3.74)和穗粒數(shù)(F=2.26)無顯著影響，而對(duì)千粒重(F=82.91**)和籽粒產(chǎn)量(F=35.30**)影響極顯著。同一耕作方式下，千粒重依次為N1＞N3＞N2，但是 N3與 N1差異較小，N2與N1差異顯著，N3與N2差異不顯著；小麥籽粒平均產(chǎn)量最高的是 N3，達(dá) 8094.15 kg/hm2，較 N1、N2分別增產(chǎn)3.04%、4.76%，從施純N165kg/hm2到施純N225kg/hm2，每公頃增施1 kg氮肥可以增產(chǎn)2.1 kg/hm2，從施純N 225 kg/hm2到施純N 300 kg/hm2，每公頃增施1 kg氮肥增產(chǎn)3.19 kg/hm2，可見，施純N 225 kg/hm2到施純N 300 kg/hm2增產(chǎn)效果顯著。耕作方式和施氮量對(duì)小麥產(chǎn)量的互作效應(yīng)顯著(F=5.78**)。

表4 耕作方式與施氮量互作對(duì)小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量的影響

圖1 耕作方式與施氮量互作對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響

由表5可知，耕作方式對(duì)蛋白質(zhì)含量無顯著影響(F=1.08)。同一氮肥水平下，T4的平均蛋白質(zhì)含量最高達(dá)15.00%。施氮量對(duì)小麥籽粒平均蛋白質(zhì)含量有顯著影響(F=8.05*)，且在所有的耕作方式下隨著施氮量的增加小麥籽粒平均蛋白質(zhì)含量增加。同一耕作方式下，N3的平均蛋白質(zhì)含量為15.14%，比N1、N2分別高1.90%、3.25%。耕作方式和施氮量對(duì)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量互作效應(yīng)達(dá)極顯著水平(F=5.4**)。

表5 耕作方式與施氮量互作對(duì)小麥品質(zhì)指標(biāo)的影響

耕作方式對(duì)濕面筋含量(F=1.05)和降落值(F=1.77)均無顯著影響。施氮量對(duì)小麥濕面筋含量有極顯著影響(F=12.85**)，同一耕作方式下，施氮量顯著提高了小麥濕面筋含量，N3的平均濕面筋含量為37.9%，分別比N1、N2高3.27%、6.61%。施氮量對(duì)降落值無顯著影響(F=2.33)。耕作方式和施氮量對(duì)濕面筋含量(F=23.87**)和降落值(F=16.91**)有互作效應(yīng)。

耕作方式對(duì)面團(tuán)的形成時(shí)間(F=2.43)和穩(wěn)定時(shí)間(F=3.20)效應(yīng)不顯著，而對(duì)吸水量(F=5.66*)有顯著影響。同一氮肥水平下，平均吸水量最大的是T1，與T4差異較小，與T2、T3差異顯著。施氮量對(duì)面團(tuán)形成時(shí)間(F=8.10*)和吸水量(F=9.22*)有顯著影響，而對(duì)穩(wěn)定時(shí)間(F=4.85)無顯著影響，但隨著施氮量的增加穩(wěn)定時(shí)間呈增加趨勢。同一耕作方式下，施氮顯著增加了小麥面團(tuán)形成時(shí)間(F=8.10*)；N3的平均形成時(shí)間是3.35s，分別比N1、N2的面團(tuán)形成時(shí)間增加了6.35%、15.19%；同時(shí)增加氮肥用量提高了小麥面團(tuán)的吸水量。耕作方式和施氮量對(duì)形成時(shí)間(F=1.19)和穩(wěn)定時(shí)間(F=1.63)互作效應(yīng)不顯著。

耕作方式對(duì)小麥面團(tuán)延伸性(F=5.16*)、最大抗延阻力(F=2.69*)和最大拉伸比值(F=5.23*)均有顯著影響。同一氮肥水平下，面團(tuán)的延伸性平均值依次為T4＞T1＞T3＞T2，其中T4延伸性平均值為164，較T1、T3、T2分別高2.50%、4.46%、7.89%。最大抗延阻力平均值依次為 T2＞T3＞T4＞T1，T2與 T3無顯著差異，但顯著大于T4、T1的最大抗延阻力。最大拉伸比值最高的是T2，較T3、T4、T1分別高3.57%、16.46%、26.85%。施氮量對(duì)面團(tuán)延伸性(F=6.75*)有顯著影響，而對(duì)最大抗延阻力(F=0.09)和最大拉伸比值(F=0.88)無顯著影響?？梢?，施氮通過增加面團(tuán)的延伸性來降低最大拉伸比值。耕作方式和施氮量互作對(duì)面團(tuán)延伸性(F=0.77)無顯著影響，而對(duì)最大抗延阻力(F=4.04**)和最大拉伸比值(F=9.30**)影響極顯著。

3 討論與結(jié)論

土壤耕作通過對(duì)土壤環(huán)境進(jìn)行調(diào)節(jié)，解決作物和土壤環(huán)境之間矛盾，促進(jìn)作物正常生長發(fā)育的一項(xiàng)重要農(nóng)藝措施[20]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，耕作方式和施氮量顯著改變了小麥的群體動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，大大提高了小麥的成穗率，連年深耕并適當(dāng)增加施氮量可以大幅增加分蘗，利于小麥合理群體構(gòu)建。在相同耕作方式下，小麥干物質(zhì)的積累量隨著施氮量的增加而增加；相同施氮量時(shí)，干物質(zhì)積累量深耕處理最大。Simmons[21]研究表明，深耕大都可以提高作物產(chǎn)量，深耕比旋耕增產(chǎn)25%。江曉東等[20]研究指出，不同耕作方式及不同施氮量均對(duì)小麥產(chǎn)量有明顯影響，且隨連續(xù)年數(shù)的延長而變化較大，這與本研究結(jié)果基本一致，這也說明耕作方式和施氮量是影響小麥產(chǎn)量的主要因素。陳貴菊等[22]研究表明，深耕和兩旋一耕耕作方式下小麥籽粒產(chǎn)量差異不顯著，對(duì)小麥千粒重?zé)o顯著影響，施氮量對(duì)穗數(shù)和千粒重均影響不大。而本研究表明，耕作方式對(duì)小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及籽粒產(chǎn)量均有顯著影響；隨著施氮量的增加，穗數(shù)和穗粒數(shù)增多，且明顯提高了小麥的千粒重。出現(xiàn)這種差異可能由于隨著定位試驗(yàn)?zāi)陻?shù)的增加，秸稈還田和深耕對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的累積效應(yīng)造成的。

土壤耕作可以通過改善耕層的環(huán)境而影響小麥的品質(zhì)，但目前的研究結(jié)果不盡一致[23-24]。劉世平等[25]認(rèn)為，免耕秸稈還田可以提高小麥的濕面筋和蛋白質(zhì)含量，有利于品質(zhì)的改善，這與本研究的結(jié)果相似，免耕較旋耕顯著提高了小麥蛋白質(zhì)和濕面筋含量，T1、T2蛋白質(zhì)含量較T3分別增加0.28%、1.16%；T2、T1、T3較T4濕面筋含量分別增加2.42%、1.89%、1.62%。王靖等[19]研究表明，深耕還田能顯著提高小麥籽粒蛋白質(zhì)、沉淀值和濕面筋含量，改善面條蒸煮品質(zhì)、加工品質(zhì)、口感及面團(tuán)拉伸特性，但降低了延伸性。趙廣才等[26]研究表明，隨施氮量的增加，濕面筋、降落值、形成時(shí)間和穩(wěn)定時(shí)間提高，降落值和吸水率較以上參數(shù)相對(duì)穩(wěn)定。Vocla等[23]認(rèn)為籽粒蛋白質(zhì)含量和粒重不受耕作方式的影響。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相同施氮量時(shí)深耕處理的小麥籽粒蛋白質(zhì)含量最高，隨著施氮量的增加，明顯提高了小麥籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋、形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和吸水量，而對(duì)降落值無顯著影響。T1、T2處理的蛋白質(zhì)含量、籽粒產(chǎn)量均低于T3、T4耕作方式。施氮量提高了籽粒蛋白質(zhì)、濕面筋含量，增加了面團(tuán)延伸性和吸水量，過量的氮肥應(yīng)用降低了最大拉伸比值，同時(shí)也不利于籽粒產(chǎn)量的形成，這與前人的研究結(jié)果不盡一致，可能是試驗(yàn)品種、試驗(yàn)處理、地域、氣候條件不同造成，產(chǎn)生差異的原因與結(jié)論均有待定位年數(shù)的增加進(jìn)一步研究與驗(yàn)證，另外連續(xù)2年旋耕1年深耕、3年旋耕2年深耕、1年免耕2年旋耕1年深耕哪種耕作方式更好及該模式下的最佳施氮量，需要繼續(xù)探索研究，找出最佳耕作方式與施氮量；另外此試驗(yàn)結(jié)果是在同一試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行，不同地域環(huán)境、土壤質(zhì)地、土壤肥力會(huì)有所差異，所以還需多點(diǎn)多年試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

總之，在本試驗(yàn)連續(xù)多年的耕作方式下，小麥籽粒產(chǎn)量受耕作方式和施氮量影響顯著，在一定范圍內(nèi)隨著施氮量的增加籽粒產(chǎn)量呈增加趨勢。施氮量主要增加了小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)，同一氮肥水平下，小麥籽粒產(chǎn)量深耕(T4)時(shí)最高，達(dá)產(chǎn)8210.59 kg/hm2，較T1、T3、T2分別增產(chǎn)2.25%、5.71%、8.61%；在同一耕作方式下，小麥籽粒產(chǎn)量N3(300 kg/hm2)水平達(dá)到最高，較N1、N2分別增產(chǎn)3.04%、4.76%。還田深耕處理顯著提高了小麥籽粒蛋白質(zhì)含量，同一耕作方式下，N3的平均蛋白質(zhì)含量為15.14%，比N1、N2分別高1.90%、3.25%；施氮量可以提高小麥形成時(shí)間、穩(wěn)定時(shí)間和吸水量，耕作方式和施氮量互作對(duì)籽粒蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量影響極顯著，且這種作用隨著施氮量的增加而增加。因此，為充分發(fā)揮耕作方式和施氮量對(duì)籽粒產(chǎn)量的互作效應(yīng)，在魯西南地區(qū)生產(chǎn)上推薦實(shí)施深耕并施純氮肥300 kg/hm2左右，既能大幅度提高小麥籽粒產(chǎn)量，也有利于改善小麥的加工品質(zhì)，是該地區(qū)小麥生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的最佳耕作和施氮模式。