汪洪濤,趙凱男,張 軍,黃修利,趙雯馨,李淑靖,黃 明,李友軍,吳金芝,蔣 向

(1.河南科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,河南 洛陽 471023,2.河南省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站,河南 鄭州 450002)

小麥?zhǔn)俏覈蠹Z食作物之一,其產(chǎn)量的高低直接關(guān)系到糧食安全。旱地小麥占我國小麥種植面積的1/3,同時占我國重要糧食生產(chǎn)基地黃淮海麥-玉復(fù)種區(qū)小麥種植面積的42.7%[1-2]。由于旱地小麥生育期間容易遭受干旱等非生物脅迫,產(chǎn)量一直處于較低水平,特別是在對水肥要求更高的旱地麥-玉復(fù)種體系中表現(xiàn)更為突出[3-4],產(chǎn)量往往低于4 500 kg/hm2,在極端年份產(chǎn)量低于1 500 kg/hm2,甚至?xí)霈F(xiàn)絕收現(xiàn)象,因而如何提高旱地小麥產(chǎn)量一直備受人們關(guān)注。由于旋耕具有作業(yè)簡便、耗時少、投入低等優(yōu)點,近年來在小麥生產(chǎn)中應(yīng)用越來越廣,已導(dǎo)致農(nóng)田耕層過淺、犁底層上移、蓄水保墑能力降低,小麥根系下扎受阻、水肥吸收和物質(zhì)生產(chǎn)受阻等問題[5-7],嚴(yán)重限制著小麥產(chǎn)量的進(jìn)一步提升,特別是在麥-玉復(fù)種區(qū)夏玉米季免耕、小麥季旋耕生產(chǎn)體系中表現(xiàn)更為嚴(yán)重[8-9]。因此,如何優(yōu)化耕作措施穩(wěn)定或提高麥-玉復(fù)種體系中小麥產(chǎn)量具有重要意義。深耕是解決旋耕負(fù)面效應(yīng)的主要途徑,其主要包括深松和深翻,二者均可打破犁底層,有效調(diào)節(jié)土壤生態(tài)環(huán)境,從而促進(jìn)小麥生長發(fā)育,改善葉片光合特性,進(jìn)而改善干物質(zhì)以及氮素積累轉(zhuǎn)運特性,最終顯著提高產(chǎn)量,但其機(jī)理并不完全相同,且調(diào)控效應(yīng)因耕作時間而異[10-15]。聶良鵬等[16]在山東灌區(qū)的研究表明,秋深松夏免耕較秋免耕夏深松顯著增加了麥-玉復(fù)種體系作物產(chǎn)量。Latifmanesh等[13]對華北平原灌區(qū)麥-玉復(fù)種體系的研究表明,與夏深松秋旋耕和夏免耕秋旋耕相比,夏免耕秋深松能提高小麥葉片凈光合速率,促進(jìn)生育后期的干物質(zhì)積累,最終使產(chǎn)量分別提高20.7%,8.9%。劉衛(wèi)玲等[17]在豫南地區(qū)的研究表明,深耕及耕作時間可優(yōu)化冬小麥干物質(zhì)積累和氮素養(yǎng)分吸收,從而獲得高產(chǎn)。閻曉光等[18]研究表明,春季和秋季深松均會在不同程度上影響旱地春玉米干物質(zhì)的積累與分配,產(chǎn)量較傳統(tǒng)翻耕分別顯著增加10.32%,13.61%。雖然目前關(guān)于深耕時間和方式及其作用機(jī)制的研究較多,但多圍繞旱地一年一熟體系或灌區(qū)麥-玉復(fù)種體系進(jìn)行,有關(guān)深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系小麥產(chǎn)量、光合特性、干物質(zhì)和氮素積累轉(zhuǎn)運特性的影響研究鮮見報道。因此,本研究在豫西典型的旱地麥-玉復(fù)種區(qū),設(shè)置夏深翻(SP)、夏深松(SS)、秋深翻(AP)和秋深松(AS)4個處理,探討深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系中小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、穗部性狀,以及關(guān)鍵生育時期的莖蘗數(shù)、旗葉SPAD值和凈光合速率、干物質(zhì)和氮素積累轉(zhuǎn)運特性的影響,為優(yōu)化旱地麥-玉復(fù)種體系耕作制度提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2019年6月—2021年6月在河南省孟津區(qū)小浪底鎮(zhèn)明達(dá)村(E112°34′, N34°84′)進(jìn)行,該試驗地位于黃土高原與黃淮海平原交匯區(qū)域,為典型的半濕潤易旱區(qū),海拔為374 m,年平均氣溫為13.7 ℃,多年平均降水量為622.8 mm,主要集中在6—9月。試驗開始前土壤肥力狀況如表1,試驗期間降雨狀況如圖1。

表1 2019年試驗前0～20 cm和20～40 cm土壤理化性質(zhì)Tab.1 Basic physical and chemical properties in 0—20 cm and 20—40 cm soils in 2019 before experiment

圖1 2019年6月—2021年5月的逐月降雨量Fig.1 Monthly precipitation from June 2019 to May 2021

1.2 試驗設(shè)計與田間管理

試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,共設(shè)置夏深翻(SP)、夏深松(SS)、秋深翻(AP)和秋深松(AS)4個處理(表2)。為了方便大型農(nóng)用器械進(jìn)行大田農(nóng)事操作,參考黨建友等[19]描述的方法,各處理采用大區(qū)對比設(shè)置,大區(qū)面積為360 m2(60 m×6 m),出苗后將每個大區(qū)平均劃為3個取樣小區(qū),視為每個處理的3次重復(fù)。施肥量為N∶P2O5∶K2O=25∶10∶5的復(fù)合肥750 kg/hm2,肥料全部基施,2019—2020年度和2020—2021年度的供試小麥品種分別為中麥895和洛旱22,分別于2019年10月15日和2020年10月21日播種,2020年5月30日和2021年6月3日收獲,2 a播量均為187.5 kg/hm2,行距20 cm。試驗期間未進(jìn)行灌溉,其他管理同當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶。

表2 試驗不同處理描述Tab.2 Description of different treatments in the experiment

1.3 測定內(nèi)容與方法

1.3.1 產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及穗部性狀的測定 于2019—2020年度和2020—2021年度小麥成熟期,從每個取樣小區(qū)隨機(jī)收割4個1.0 m×1.0 m樣方,混合后風(fēng)干脫粒并稱質(zhì)量,然后取籽粒50 g左右,80 ℃烘至恒質(zhì)量,測定風(fēng)干籽粒含水量,再以12.5%的含水量折算產(chǎn)量(kg/hm2)。同時,從每個取樣小區(qū)選4行長50 cm且有代表性的小麥,測定穗數(shù),并從每個取樣小區(qū)隨機(jī)選取20 株,測定穗粒數(shù)﹑千粒質(zhì)量、穗長、小穗數(shù)、結(jié)實小穗數(shù)和不孕小穗數(shù)。

1.3.2 莖蘗數(shù) 2020—2021年度,于四葉期在每個取樣小區(qū)隨機(jī)選取1 m2定點,并分別于返青期、孕穗期、開花期調(diào)查小麥莖蘗數(shù)。

1.3.3 干物質(zhì)和氮素積累與轉(zhuǎn)運 2020—2021年度,分別于返青期、孕穗期、開花期、成熟期,在每個取樣小區(qū)取植株20株,沿根莖結(jié)合處剪掉根系后為地上部樣品,開花期進(jìn)一步分為莖葉和穗,成熟期分為莖葉、穗軸+穎殼和籽粒,于105 ℃下殺青30 min,80 ℃烘至恒質(zhì)量后稱量,測定干物質(zhì)質(zhì)量,計算干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運量。稱質(zhì)量后,將開花期和成熟期的樣品粉碎用于全氮含量測定。采用H2SO4-H2O2法消解樣品,將消解液稀釋并定容至100 mL,采用連續(xù)流動分析儀(Auto Analyzer 3,Seal,德國)測定全氮含量。某一器官的氮素積累量為該器官干物質(zhì)積累量與全氮含量之積。某一時期地上部氮素積累量為各器官氮素積累量之和[20]。

1.3.4 旗葉凈光合速率和SPAD值 2020—2021年度,分別在孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿中期和灌漿后期的晴天,于09:00—11:00用便攜式光合測定系統(tǒng)Li-6400XT(LICOR,美國)測定小麥旗葉凈光合速率,每個取樣小區(qū)隨機(jī)測定10片旗葉,均值為測定值。同時,用葉綠素測定儀SPAD-520(Minolta,日本)避開葉脈測定長勢一致的旗葉SPAD值,每個取樣小區(qū)隨機(jī)測定10片旗葉,均值為測定值。

1.4 參數(shù)計算

地上部干物質(zhì)積累量(kg/hm2)=單莖干物質(zhì)量×單位面積莖數(shù)[21];

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量(kg/hm2)=開花期地上部營養(yǎng)器官干物質(zhì)量-成熟期地上部營養(yǎng)器官干物質(zhì)量[21];

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/開花期地上部營養(yǎng)器官干物質(zhì)量×100%[21];

花前干物質(zhì)對籽粒貢獻(xiàn)率=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100%[21];

花后干物質(zhì)積累量(kg/hm2)=成熟期籽粒干物質(zhì)量-花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量[21];

花后干物質(zhì)對籽粒貢獻(xiàn)率=花后干物質(zhì)積累量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100%[21];

地上部氮素積累量(kg/hm2)=地上部干物質(zhì)積累量×全氮含量[14];

花前氮素轉(zhuǎn)運量(kg/hm2)=開花期地上部營養(yǎng)器官氮素積累量-成熟期營養(yǎng)器官氮素積累量[14];

花前氮素轉(zhuǎn)運率=花前氮素轉(zhuǎn)運量/開花期地上部營養(yǎng)器官氮素積累量×100%[14];

花前氮素對籽粒的貢獻(xiàn)率=花前氮素轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒氮素積累量×100%[14];

花后氮素積累量(kg/hm2)=成熟期氮素積累量-開花期地上部氮素積累量[14];

花后氮素對籽粒的貢獻(xiàn)率=花后氮素積累量/成熟期籽粒氮素積累量×100%[14]。

1.5 統(tǒng)計分析

采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和差異顯著性檢驗(LSD法),采用Origin 2015軟件進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素及穗部性狀的影響

如表3所示,2 a中深耕時間和方式均可通過調(diào)控穗數(shù)影響小麥籽粒產(chǎn)量。與SP相比,SS的產(chǎn)量和產(chǎn)量三要素?zé)o顯著變化,AP和AS的穗數(shù)分別顯著增加15.22%～20.82%,16.85%～26.05%,產(chǎn)量分別顯著增加8.39%～16.30%,18.38%～19.55%。在2020—2021年度,AS的穗數(shù)和產(chǎn)量較AP分別顯著提高4.33%,9.22%,但對穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量無顯著影響。說明秋深耕可顯著提高小麥穗數(shù)和產(chǎn)量,且以秋深松的效果更優(yōu)。深耕時間和方式對旱地小麥穗長、小穗數(shù)和不孕小穗數(shù)也具有顯著影響,但調(diào)控效應(yīng)在不同年度表現(xiàn)不同。與夏深耕相比,秋深耕在2019—2020年度顯著提高穗長,在2020—2021 年度顯著增加小穗數(shù),降低不孕小穗數(shù)。與SP相比,在2019—2020年度,AP和AS的穗長分別顯著增加7.02%,7.85%,AS的小穗數(shù)顯著增加8.34%;在2020—2021年度,AP和AS的不孕小穗數(shù)分別顯著降低18.08%,22.31%,AS的小穗數(shù)顯著增加12.22%。說明秋深耕能有效增加小麥穗長和小穗數(shù),減少不孕小穗數(shù),且以秋深松的效果最好。

表3 不同處理對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和穗部性狀的影響Tab.3 Effects of different treatments on yield,yield components and spike traits in winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system

2.2 深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系小麥不同生育時期莖蘗數(shù)的影響

由圖2可以看出,返青后冬小麥的群體莖蘗數(shù)呈先降低后逐漸穩(wěn)定的趨勢,不同生育時期處理間均表現(xiàn)為AS>AP>SS>SP。與SP 相比,SS 的莖蘗數(shù)增幅不顯著,AP和AS分別顯著提高8.43%～20.82%,13.30%～26.05%;與AP相比,AS的莖蘗數(shù)在孕穗期、開花期和成熟期分別顯著增加4.65%,5.79%,4.33%。表明秋深耕利于提高不同生育時期的莖蘗數(shù),其中以秋深松的效果最好。

不同字母表示同一生育時期內(nèi)處理間差異顯著(P<0.05)。圖3同。Different letters indicate significant difference among treatments at the same growing stage(P<0.05).The same as Fig.3.圖2 不同處理對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥莖蘗數(shù)的影響(2020—2021)Fig.2 Effect of different treatments on number of tillers of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

2.3 深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系小麥不同生育時期旗葉光合特性的影響

由圖3可知,隨著生育進(jìn)程的推進(jìn),各處理小麥旗葉SPAD值和凈光合速率均呈先增加后降低的趨勢,在開花期達(dá)到最大值。不同處理之間比較,AS的旗葉SPAD值一直保持最高水平,其他處理在孕穗期和抽穗期無明顯規(guī)律,但開花期后表現(xiàn)為AS>AP>SS>SP,且AS和AP顯著高于SP,其中在灌漿中期顯著提高5.24%,4.38%,在灌漿后期顯著提高9.69%,8.21%。與SP相比,SS與AP的旗葉凈光合速率在各測定時期均無顯著變化,AS在抽穗期、開花期、灌漿中期和灌漿后期分別顯著提高5.55%,13.01%,23.70%和22.10%?？梢?秋深松可顯著提高小麥灌漿中后期旗葉SPAD值和凈光合速率,更利于冬小麥干物質(zhì)生產(chǎn)。

折線代表SPAD值。Broken line represents SPAD value.圖3 不同處理對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥旗葉凈光合速率和SPAD值的影響(2020—2021)Fig.3 Effects of different treatments on net photosynthetic rate and SPAD value in flag leaves of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

2.4 深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系小麥地上部干物質(zhì)和氮素積累轉(zhuǎn)運的影響

2.4.1 地上部干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運 深耕時間和方式對小麥不同生育時期不同器官的干物質(zhì)積累量可產(chǎn)生顯著影響(圖4)。各生育時期不同器官的干物質(zhì)積累量均以AS處理最高,SP處理最低。與SP相比,除開花期地上部干物質(zhì)總積累量外,SS的各時期地上部各器官干物質(zhì)量及總量均無顯著變化;AP在開花期和成熟期地上部干物質(zhì)總積累量分別顯著增加14.46%,13.86%,其中,開花期莖葉和穗分別顯著增加15.05%,11.92%,成熟期莖葉、穗軸+穎殼和籽粒分別顯著增加16.70%,19.55%和8.39%;AS在返青期、孕穗期、開花期和成熟期小麥地上部干物質(zhì)總積累量分別顯著增加15.33%,16.77%,20.25%,20.28%,其中在開花期莖葉和穗部分別顯著增加20.17%,20.56%,在成熟期莖葉、穗軸+穎殼和籽粒分別顯著增加20.73%,24.01%和18.38%。與AP相比,AS開花期與成熟期地上部干物質(zhì)總積累量分別顯著增加5.06%,5.64%?？梢?秋深耕較夏深耕更利于增加旱地麥-玉復(fù)種體系小麥干物質(zhì)積累量,且以秋深松的效果最優(yōu),其為產(chǎn)量形成奠定物質(zhì)供應(yīng)基礎(chǔ)。

不同小寫字母表示同一生育時期內(nèi)處理間各器官差異顯著;不同大寫字母表示同一生育時期內(nèi)處理間總量差異顯著(P<0.05)。圖5同。Different lowercase letters indicate significant difference in each organ among treatments at the same growing stage;while different capital letters indicate significant difference in the total amount among treatments at the same growth stage(P<0.05).The same as Fig.5.圖4 不同處理對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥地上部干物質(zhì)積累量的影響(2020—2021)Fig.4 Effects of different treatments on shoot dry matter accumulation of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

由表4可以看出,深耕時間和方式可顯著調(diào)控小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率和花后干物質(zhì)積累量,但不同處理間花前干物質(zhì)對籽粒貢獻(xiàn)率和花前干物質(zhì)對籽粒貢獻(xiàn)率無顯著變化。與SP相比,SS的干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運特性無顯著變化,AP和AS的花后干物質(zhì)積累量分別顯著提高11.30%,20.43%,且AS的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量還顯著提高16.47%,但AP的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率顯著降低1.9百分點。

表4 不同處理對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥地上部干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運的影響(2020—2021)Tab.4 Effects of different treatments on shoot dry matter accumulation and translocation of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

2.4.2 地上部氮素積累和轉(zhuǎn)運 由圖5可知,不同深耕時間和方式對旱地小麥開花期和成熟期地上部氮素積累量具有顯著調(diào)控作用,以AS氮素積累量最高,AP其次,SS與SP之間無顯著差異。與SP相比,SS開花期和成熟期地上部各器官氮素總積累量均無顯著變化,而AP和AS開花期和成熟期小麥地上部氮素總積累量分別顯著增加20.02%～30.18%,26.11%～33.81%,其中開花期莖葉和穗分別顯著增加19.63%～30.48%和21.23%～29.26%,成熟期莖葉和籽粒分別顯著增加19.16%～24.52%和30.87%～40.07%。與AP相比,AS開花期和成熟期地上部氮素總積累量分別顯著增加8.47%,6.10%。

圖5 不同處理對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥地上部氮素積累量的影響(2020—2021)Fig.5 Effects of different treatments on shoot N accumulation of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

進(jìn)一步分析氮素轉(zhuǎn)運特性和貢獻(xiàn)率(表5)可知,與SP相比,SS的花前氮素轉(zhuǎn)運量、花前轉(zhuǎn)運率、花前對籽粒貢獻(xiàn)率、花后積累量和花后對籽粒貢獻(xiàn)率無顯著變化; AS和AP花前氮素轉(zhuǎn)運量顯著增加了36.49%,23.25%,花后氮素積累量顯著增加了58.39%,53.00%,且AS花前氮素轉(zhuǎn)運率顯著增加了3.3百分點,但對不同處理間花前氮素對籽粒貢獻(xiàn)率和花后氮素積累對籽粒的貢獻(xiàn)率無顯著變化。

表5 不同處理對旱地麥-玉復(fù)種體系小麥地上部氮素積累轉(zhuǎn)運的影響(2020—2021)Tab.5 Effects of different treatments on shoot N accumulation and translocation of winter wheat in dryland wheat-maize multiple cropping system(2020—2021)

3 結(jié)論與討論

3.1 深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和穗部性狀的影響

深耕主要有深松和深翻2種方式,二者均可打破犁底層,調(diào)節(jié)土壤結(jié)構(gòu),營造良好的耕層環(huán)境,從而促進(jìn)養(yǎng)分吸收和作物生長,最終達(dá)到作物增產(chǎn)的目的[15],但其作用效果受深耕時間的影響[17,22]。劉衛(wèi)玲等[17]在豫南麥-玉復(fù)種區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),深松(耕)能夠顯著提高冬小麥產(chǎn)量,其中與秋旋耕夏免耕相比,秋深耕夏側(cè)位深松的冬小麥產(chǎn)量增幅最大,為27.8%。在山東麥-玉復(fù)種灌區(qū),周鵬翀[23]研究表明,秋深松使當(dāng)季小麥增產(chǎn)明顯,夏深松對后茬小麥產(chǎn)量也有積極影響,二者較對照旋耕分別顯著增加10.98%,11.83%;聶良鵬等[16]也發(fā)現(xiàn),兩季耕作方式的交互效應(yīng)極顯著影響小麥產(chǎn)量,且當(dāng)季耕作對當(dāng)季作物產(chǎn)量的影響更大。陳麗等[24]在河北麥-玉復(fù)種區(qū)的研究發(fā)現(xiàn),不同時間的單季深松對小麥產(chǎn)量有顯著影響,與秋旋耕夏免耕相比,秋深松夏免耕使小麥產(chǎn)量顯著提高8.63%,而秋旋耕夏深松對小麥產(chǎn)量無顯著影響。本研究表明,在旱地麥-玉復(fù)種體系下,秋深耕較夏深耕更有利于提高小麥產(chǎn)量,且秋深松的效果優(yōu)于秋深翻,產(chǎn)量的變化主要歸功于穗數(shù)的變化,其原因是當(dāng)季深耕的耕作效益比隔季大[16],使返青后的莖蘗數(shù)具有明顯優(yōu)勢,且在生育中后期的優(yōu)勢增加,最終保持較高的穗數(shù),喬祥梅等[25]對云南省3個不同生態(tài)區(qū)旱地小麥的研究也得到類似的結(jié)論。保持較優(yōu)的穗部性狀,是獲得較多穗粒數(shù)的基礎(chǔ)[26]。本研究還發(fā)現(xiàn),深耕時間和方式可在一定程度上調(diào)控穗部性狀,秋深松可提高穗長和小穗數(shù),降低不孕小穗數(shù),從而提高穗粒數(shù),這是其增產(chǎn)的又一原因。

3.2 深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥光合特性的影響

擁有良好的光合特性是增加小麥產(chǎn)量的重要保障,尤其在功能葉的光合作用對籽粒的貢獻(xiàn)率達(dá)到80%以上的生育后期更為突出[27]。大量研究表明,在干旱和半干旱區(qū),不同耕作方式能顯著提高小麥旗葉葉綠素含量,從而保持花后較強(qiáng)的光合能力[28-31]。王維等[32]在寧南一年一熟旱區(qū)的研究表明,與傳統(tǒng)翻耕相比,連年深松、連年免耕、免耕/深松和深松/免耕的旗葉SPAD值在灌漿期均顯著提高,開花期和灌漿期小麥旗葉光合速率表現(xiàn)為連年深松>免耕/深松>深松/免耕>連年免耕>傳統(tǒng)翻耕。這些結(jié)果表明,耕作方式和在不同時間耕作會影響小麥葉片光合特性,但有關(guān)年內(nèi)不同深耕時間和方式對小麥旗葉光合特性的影響效應(yīng)研究仍很少。本研究條件下,秋深耕較夏深耕相比,灌漿中后期的旗葉SPAD值顯著增加,且深松方式下抽穗以后的旗葉凈光合速率均顯著增加。深松相較深翻對旱地小麥光合特性的影響因耕作時間而異,秋深松較秋深翻開花期旗葉凈光合速率顯著增加,但夏深松相較夏深翻并不影響旱地小麥的旗葉光合特性,這與當(dāng)季耕作比隔季耕作對小麥生境的影響更大有關(guān)[16],因而旱地小麥生產(chǎn)中應(yīng)推廣播前深耕的方式。

3.3 深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運的影響

干物質(zhì)積累和轉(zhuǎn)運是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[33]。劉衛(wèi)玲等[17]對豫南麥-玉復(fù)種體系的研究表明,深松(耕)時期與方式能夠顯著影響植株干物質(zhì)積累量,進(jìn)而提高產(chǎn)量,以秋深耕夏側(cè)位深松最高,較秋旋耕夏免耕的干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量分別增加28.2%,27.8%。Latifmanesh等[13]在華北平原麥-玉復(fù)種區(qū)進(jìn)行的研究表明,秋深松夏免耕能夠促進(jìn)小麥干物質(zhì)量的增加,顯著提高花后干物質(zhì)對籽粒貢獻(xiàn)率,最終獲得最高產(chǎn)量。本研究中,在相同季節(jié)采用深松能比深翻增加冬小麥的干物質(zhì)積累量,尤其在秋季進(jìn)行能顯著增加各時期的干物質(zhì)積累量,其中秋深松在各測定時期均有最大的干物質(zhì)積累量,且較其他處理均顯著提高了花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和花后干物質(zhì)積累量。 這主要是因為秋深松不僅發(fā)揮了當(dāng)季深耕的作物增產(chǎn)優(yōu)勢,而且較當(dāng)季深翻還可更好地維持土壤結(jié)構(gòu),從而促進(jìn)小麥生長發(fā)育,提高葉片葉綠素含量和凈光合速率,進(jìn)而促進(jìn)小麥干物質(zhì)積累量增加[34]。安崇霄等[35]對伊犁河谷中部麥-豆復(fù)種體系的研究也發(fā)現(xiàn),秋季深松比深翻能增加冬小麥的干物質(zhì)積累量以及產(chǎn)量。

3.4 深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系冬小麥氮素積累轉(zhuǎn)運的影響

氮素是作物生長發(fā)育的三大營養(yǎng)元素之一,良好的氮素積累轉(zhuǎn)運特性是小麥獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。仝星星等[36]在黃淮海區(qū)研究表明,年內(nèi)耕作時間和方式的搭配對麥-玉氮素積累轉(zhuǎn)運的調(diào)控效應(yīng)不同,相比于傳統(tǒng)的秋旋耕夏免耕,兩季均旋耕有利于植株氮素吸收積累并提高籽粒氮素含量,秋深松夏免耕和兩季均深松效果次之。聶良鵬[37]對灌區(qū)麥-玉復(fù)種體系的研究發(fā)現(xiàn),小麥氮素積累總量、籽粒氮素積累量和秸稈氮素積累量均表現(xiàn)為秋深松大于夏深松。本研究中,與夏深耕相比,秋深耕顯著增加了開花期和成熟期植株氮素積累總量,并且顯著增加了成熟期籽粒氮素積累量,顯著提高了花前氮素轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率和花后氮素積累量,最終獲得更高的籽粒產(chǎn)量。深松相較深翻處理對旱地小麥氮素積累的影響因耕作時間而異,夏深松相較夏深翻并不影響旱地小麥的氮素積累,但秋深松較秋深翻顯著提高了開花期和成熟期植株氮素積累總量及各器官積累量,規(guī)律與旗葉光合特性一致,說明深耕時間和方式通過增加小麥氮素積累,改善旗葉光合特性,最終達(dá)到籽粒產(chǎn)量的增加。這與鄭成巖等[38]研究發(fā)現(xiàn)秋深松能在拔節(jié)—成熟階段增強(qiáng)小麥的氮素吸收,提高光合作用,最終獲得高產(chǎn)的研究結(jié)果一致。

綜上,深耕時間和方式對旱地麥-玉復(fù)種體系中小麥產(chǎn)量、光合特性和物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運特性均有顯著影響。與夏深耕相比,秋深耕能夠顯著增加小麥產(chǎn)量、單位面積穗數(shù)、莖蘗數(shù)、旗葉凈光合速率、旗葉SPAD值、干物質(zhì)積累量和氮素積累量。與秋深翻相比,秋深松可顯著增加小麥產(chǎn)量、單位面積穗數(shù)、莖蘗數(shù)、旗葉凈光合速率、干物質(zhì)積累量和氮素積累量。綜合來看,在麥-玉復(fù)種體系中,秋季深松在優(yōu)化小麥莖蘗數(shù)和光合特性促進(jìn)物質(zhì)積累的同時,改善了干物質(zhì)和氮素的轉(zhuǎn)運特性,最終使產(chǎn)量顯著提高,是適宜于旱地麥-玉復(fù)種區(qū)小麥高產(chǎn)的耕作模式。