李金剛 ，樊高瓊 ，湯永祿 ，李朝蘇 ，吳 春 ，陳 溢 ，郭 翔 ，馬宏亮

四川是我國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，小麥?zhǔn)撬拇ㄖ匾募Z食作物[1-3]。四川小麥主要分布在丘陵旱地，種植制度為“小麥/玉米/大豆”[4]。丘陵旱地坡多路窄，地塊狹小，加上多熟的種植制度，導(dǎo)致該區(qū)域機(jī)械化水平低，小麥種植效益低，2007年調(diào)查的種麥?zhǔn)找鏋?.6元/667m2，播種人工投入占小麥生產(chǎn)成本的69%-87%[5]。小麥種植面積也由2000年的160萬(wàn)hm2下滑到2012年的128萬(wàn)hm2，總產(chǎn)由614萬(wàn)t下滑到555萬(wàn)t。如何促進(jìn)丘陵旱地小麥生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展、確保區(qū)域糧食安全是農(nóng)學(xué)家們急需解決的重要課題。在我國(guó)人口結(jié)構(gòu)變化和城鎮(zhèn)化大背景下，勞動(dòng)力是未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大問(wèn)題，解決勞動(dòng)力短缺問(wèn)題，機(jī)械化是必經(jīng)之路。我國(guó)北方小麥生產(chǎn)機(jī)械化率已基本達(dá)到100%，四川丘陵旱地小麥生產(chǎn)機(jī)械化尚處于起步階段，加快機(jī)械化進(jìn)程尤為迫切。

結(jié)合丘陵地勢(shì)起伏、地塊小和套作種植特點(diǎn)，四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所與中江縣豐澤小型農(nóng)機(jī)制造有限公司聯(lián)合設(shè)計(jì)研制了2B-4等多種型號(hào)播種器，播幅0.8m或1.0m，條播，配套動(dòng)力為3.7-7.4kW的微耕機(jī)[3]。該播種器經(jīng)過(guò)近幾年的示范推廣，逐漸暴露出一些問(wèn)題，最重要的問(wèn)題是機(jī)播小麥抗旱性不強(qiáng)，一旦遇到冬干（如2010和2012年），機(jī)播小麥出苗差，分蘗少，前期生物量積累不足，有效穗偏低，嚴(yán)重減產(chǎn)。出現(xiàn)機(jī)播小麥節(jié)支卻不增產(chǎn)增效，甚至減產(chǎn)減效的尷尬局面，限制了機(jī)播技術(shù)的推廣應(yīng)用。根本原因在于缺乏與機(jī)播技術(shù)配套的農(nóng)藝措施，降低了機(jī)播技術(shù)的應(yīng)用效果，農(nóng)機(jī)農(nóng)藝急需交融促進(jìn)[3,4,7]。前人研究表明，保護(hù)性耕作有顯著保墑效果[8-14]，而在四川丘陵區(qū)域，與機(jī)播小麥配套的耕作措施研究缺乏，限制了機(jī)械化播種的增產(chǎn)潛力和推廣應(yīng)用。鑒于此，結(jié)合四川丘陵旱地小麥生產(chǎn)問(wèn)題和前人研究結(jié)果，試驗(yàn)在免耕、旋耕和翻耕條件下，設(shè)置秸稈覆蓋和不覆蓋，研究耕作措施對(duì)機(jī)播小麥播種質(zhì)量、群體質(zhì)量和產(chǎn)量的影響，采用綜合指數(shù)分析法全面評(píng)價(jià)不同耕作措施條件下機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果的優(yōu)劣，以期探索提高丘陵旱地小麥機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果的配套耕作措施，促進(jìn)旱地小麥機(jī)播技術(shù)推廣應(yīng)用，提高四川小麥生產(chǎn)機(jī)械化水平。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2011-2013年在四川簡(jiǎn)陽(yáng)市蘆葭鎮(zhèn)英明村進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)（104°30′E，30°17′N(xiāo)）位于川中丘陵生態(tài)區(qū)。試驗(yàn)地土壤肥力中等，pH值7.5，全氮0.0696%，全磷0.9840%，全鉀0.0634%，速效氮51.13mg/kg，速效磷4.23mg/kg，速效鉀100.9mg/kg，有機(jī)質(zhì)1.14%。2012-2013年小麥生育期降雨量和溫度見(jiàn)圖1，氣象數(shù)據(jù)由四川省農(nóng)業(yè)氣象中心提供。試驗(yàn)采用2B-4型播種機(jī)，該播種機(jī)由四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所主持研發(fā)，質(zhì)量輕，條播，由微耕機(jī)驅(qū)動(dòng)，適應(yīng)丘陵旱地生產(chǎn)和地形[3]。

圖1 2012-2013年小麥季降雨量和溫度

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為耕作方式，設(shè)翻耕（CT，conventional tillage）、旋耕 （RT，rotary tillage）、免耕（NT，no-tillage）三種耕作方式，其中翻耕為手工鋤頭翻挖，深度20 cm，微耕為旋耕機(jī)旋耕2次，旋耕深度15 cm；副區(qū)為秸稈覆蓋，設(shè)秸稈覆蓋（M，straw mulching）與不覆蓋（NM，no straw mulching），播前將玉米秸稈粉碎，長(zhǎng)度小于5 cm，覆蓋量為2625 kg/hm2。試驗(yàn)共6個(gè)處理，3次重復(fù)，18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為40 m2（20 m×2 m）。采用“雙三O”模式，麥/玉套作，即2 m為一個(gè)復(fù)合單元，其中1m播種機(jī)播種4行小麥（行距25 cm），另外1 m為預(yù)留行，翌年3月種玉米。參試品種為川麥42，采用播種機(jī)條播，播量82.5 kg/hm2，預(yù)定基本苗120×104株/hm2，出苗調(diào)查后勻苗。全生育期施純N 75 kg/hm2，P2O545 kg/hm2、K2O 45 kg/hm2；氮肥60%作底肥，40%于12月中旬追施。播種后澆水6 mm，以保證出苗；澆水后對(duì)相應(yīng)小區(qū)進(jìn)行秸稈覆蓋。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目與測(cè)定方法

1.3.1 播種質(zhì)量調(diào)查 播種后，于各小區(qū)選擇10個(gè)樣點(diǎn)調(diào)查土壤覆種厚度；在每小區(qū)選擇3個(gè)1 m2樣點(diǎn)調(diào)查裸露種子數(shù)，以裸露種子數(shù)占單位面積播種粒數(shù)的比例為晾籽率。出苗后，在每小區(qū)選擇3個(gè)1 m2樣點(diǎn)調(diào)查每行的斷壟長(zhǎng)度（連續(xù)20 cm內(nèi)無(wú)苗則視為斷壟），以斷壟長(zhǎng)度占樣點(diǎn)各行總長(zhǎng)（4 m）的比例為斷壟率；在每小區(qū)選擇10個(gè)0.5 m2樣點(diǎn)調(diào)查苗數(shù)，將樣點(diǎn)間苗數(shù)的變異系數(shù)（CV）作為衡量出苗均勻度的指標(biāo)，變異系數(shù)越小則出苗越均勻。

1.3.2 小麥群體指標(biāo)測(cè)定及產(chǎn)量調(diào)查 于小麥三葉期，在每小區(qū)選取2個(gè)1 m2作為定點(diǎn)調(diào)查樣點(diǎn)，分別在三葉期、拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期調(diào)查群體莖蘗數(shù)。在分蘗期、拔節(jié)期、開(kāi)花期和成熟期，分別在各小區(qū)邊行和中間行各取15 cm樣段植株樣，將植株分器官分裝，于105℃殺青1 h，置80℃烘干后用千分之一天平稱(chēng)重。用于換算群體干物質(zhì)積累量，采用干質(zhì)量法換算LAI[4]。

收獲時(shí)挖方（挖方面積4 m2）測(cè)產(chǎn)。對(duì)成熟期取樣植株進(jìn)行考種，調(diào)查穗粒數(shù)和千粒重；并分籽粒和秸稈烘干稱(chēng)重，換算收獲指數(shù)。

物質(zhì)積累關(guān)系式：花后積累量＝成熟期干質(zhì)量－開(kāi)花期干質(zhì)量；花后貢獻(xiàn)率＝花后積累量/產(chǎn)量×100%。

1.3.3 整地和播種物質(zhì)能量投入調(diào)查 調(diào)查各處理整地和播種環(huán)節(jié)物質(zhì)能量投入，并以大面積生產(chǎn)中不同耕作措施的整地、播種物質(zhì)能量投入調(diào)查結(jié)果為輔助參考。將物質(zhì)能量投入轉(zhuǎn)換為貨幣形式。

1.3.4 綜合評(píng)價(jià)指數(shù) 為全面科學(xué)有效的評(píng)價(jià)不同耕作措施下小麥機(jī)播技術(shù)的應(yīng)用效果，本文選擇了重要的相關(guān)指標(biāo)建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1），結(jié)合指標(biāo)的重要性賦予相應(yīng)權(quán)重值（wi）[15,16]。采用綜合指數(shù)評(píng)分法分析小麥機(jī)播技術(shù)在不同耕作措施間應(yīng)用效果的優(yōu)劣。綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（I0）越大，則表明應(yīng)用效果越突出[15]。

表1 小麥機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.4 數(shù)據(jù)處理

兩年試驗(yàn)規(guī)律基本一致，本文分析數(shù)據(jù)采用2012-2013年試驗(yàn)結(jié)果。試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007整理計(jì)算，用DPS7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果分析

2.1 不同耕作措施對(duì)小麥機(jī)播播種質(zhì)量的影響

表2表明，旋耕和翻耕后機(jī)播小麥種子入土深，覆土效果顯著好于免耕；免耕下的晾籽率和斷壟率顯著高于旋耕和翻耕；但免耕的田間出苗率達(dá)到85.7%，顯著高于旋耕和翻耕的。秸稈覆蓋處理的田間出苗率顯著高于不覆蓋。耕作方式間、覆蓋與不覆蓋間的出苗均勻度差異均不顯著。

表2 耕作措施對(duì)小麥機(jī)播播種質(zhì)量的影響

2.2 不同耕作措施對(duì)機(jī)播小麥群體質(zhì)量和產(chǎn)量的影響

2.2.1 耕作措施對(duì)機(jī)播小麥分蘗特性及成穗特性的影響 由表3可知，在基本苗基本一致的情況下，免耕下的最高苗和有效穗顯著高于旋耕和翻耕，旋耕和翻耕間差異不顯著；秸稈覆蓋的最高苗和有效穗均顯著高于不覆蓋處理；而耕作方式和秸稈覆蓋間的互作效應(yīng)不顯著。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，免耕的單株分蘗力分別比旋耕和翻耕的高37.4%和62.6%；單株成穗數(shù)比旋耕和翻耕的高5.6%和10.3%，分蘗成穗的貢獻(xiàn)率比旋耕和翻耕的高4.2%和7.4%。就秸稈覆蓋而言，覆蓋后的單株分蘗力、單株成穗數(shù)分別較不覆蓋高36.6%和19.2%，分蘗成穗的貢獻(xiàn)率比不覆蓋高12.9%。

2.2.2 耕作措施對(duì)機(jī)播小麥干物質(zhì)積累及LAI的影響 試驗(yàn)結(jié)果表明（表4），免耕處理在拔節(jié)期和開(kāi)花期的LAI均最大，在拔節(jié)期顯著高于旋耕和翻耕處理；無(wú)論是免耕、旋耕還是翻耕，秸稈覆蓋后的LAI均高于不覆蓋處理，拔節(jié)期以免耕+覆蓋的LAI最大。就均值而言，拔節(jié)期和開(kāi)花期秸稈覆蓋下的LAI較不覆蓋高18.8%和21.2%，差異顯著。就群體干物質(zhì)積累而言，在分蘗、拔節(jié)、開(kāi)花和成熟期，均以免耕處理下的群體干物質(zhì)積累量最高，在拔節(jié)期差異達(dá)到顯著水平；而秸稈覆蓋能顯著增加以上各個(gè)生育時(shí)期的干物質(zhì)積累；秸稈覆蓋尤其能促進(jìn)各耕作方式生育前期，即分蘗期和拔節(jié)期的干物質(zhì)積累。群體花后干物質(zhì)積累與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量有直接密切的關(guān)系，而秸稈覆蓋也顯著增加了花后干物質(zhì)積累，較不覆蓋高31.6%，花后干物質(zhì)積累量對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率也顯著提高。以上結(jié)果說(shuō)明，免耕和秸稈覆蓋能顯著促進(jìn)群體生長(zhǎng)，群體LAI大，花前和花后干物質(zhì)積累量多，為高產(chǎn)奠定了堅(jiān)實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)。

表3 耕作措施對(duì)機(jī)播小麥分蘗特性和成穗特性的影響

表4 耕作措施對(duì)機(jī)播小麥LAI和干物質(zhì)積累的影響

2.2.3 耕作措施對(duì)機(jī)播小麥產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量的影響 耕作方式和秸稈覆蓋顯著影響機(jī)播小麥產(chǎn)量構(gòu)成和產(chǎn)量（表5）。免耕的產(chǎn)量分別比旋耕和翻耕高8.3%和12.6%，與翻耕差異達(dá)顯著水平，旋耕和翻耕差異不顯著。產(chǎn)量的提高在于有效穗的增加，免耕的有效穗分別比旋耕和翻耕高11.9%和15.1%，差異顯著。而耕作方式間穗粒數(shù)和千粒重差異不顯著。秸稈覆蓋對(duì)有效穗和穗粒數(shù)均有顯著的促進(jìn)作用，分別較不覆蓋高17.8%和5.2粒/穗，而千粒重差異不顯著。在三種耕作方式條件下，秸稈覆蓋均表現(xiàn)出顯著的增產(chǎn)效應(yīng)，秸稈覆蓋的產(chǎn)量比不覆蓋平均高出17.3%，又以免耕+秸稈覆蓋后的產(chǎn)量最高，達(dá)4231.7 kg/hm2，較翻耕+不覆蓋增產(chǎn)34.9%。綜合表明，免耕較大的群體有效穗是其增產(chǎn)的基礎(chǔ)，而秸稈覆蓋顯著促進(jìn)群體有效穗的形成和提高小花結(jié)實(shí)率，增加穗粒數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)群體的增產(chǎn)效應(yīng)。

表5 耕作措施對(duì)機(jī)播小麥產(chǎn)量構(gòu)成、產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響

2.3 耕作措施間小麥機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果綜合評(píng)價(jià)分析

根據(jù)建立的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（表1），以I1為整地、播種階段的評(píng)價(jià)指數(shù)，I2為出苗質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)，I3為群體質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)，以綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（I0）評(píng)價(jià)不同耕作措施下小麥機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果。結(jié)果表明（表6），三種耕作方式間，免耕具有投入少（I1最大），出苗效果好（I2最大）和較好的群體質(zhì)量（I3最大），免耕的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（I0）大于旋耕和翻耕，表明免耕下機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果最優(yōu)。秸稈覆蓋雖然會(huì)增加物質(zhì)投入，但與不覆蓋相比，能促進(jìn)出苗，提高機(jī)播小麥群體質(zhì)量，秸稈覆蓋的I0大于不覆蓋，表明秸稈覆蓋能提升機(jī)播技術(shù)的應(yīng)用效果。因此，從減少勞動(dòng)投入、提高播種質(zhì)量、增強(qiáng)群體質(zhì)量、提升機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果而言，四川丘陵旱地機(jī)播小麥配套的耕作措施宜為免耕+秸稈覆蓋。

表6 耕作措施與小麥機(jī)播技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用效果綜合評(píng)價(jià)

3 討論

3.1 耕作措施對(duì)四川丘陵旱地小麥播種質(zhì)量及群體質(zhì)量的影響

良好的播種質(zhì)量是小麥高產(chǎn)的基礎(chǔ)，“苗全、苗勻、苗壯”是評(píng)判播種質(zhì)量的重要指標(biāo)[2]。適宜的群體大小，合理的群體LAI，充足的群體干物質(zhì)積累以及協(xié)調(diào)的產(chǎn)量構(gòu)成是實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)[3,4]。對(duì)于機(jī)播小麥，一般認(rèn)為[4,7,17]，土壤耕作后地表相對(duì)平整，土壤疏松，利于開(kāi)溝，播種機(jī)通過(guò)性好，播種質(zhì)量好。本文也得出了類(lèi)似的研究結(jié)果，旋耕和翻耕處理下的覆種效果好，斷壟率和露籽率極低，出苗均勻。但在四川丘陵特殊氣候生態(tài)條件下，土質(zhì)粘重，冬干頻發(fā)，而適合于丘陵旱地套作條件的機(jī)械以小型或微型為主，碎土和鎮(zhèn)壓能力有限，導(dǎo)致旋耕或翻耕后土壤并不細(xì)碎，大土塊多，土壤間隙大，種子與泥土接觸不緊密，加上白天水分蒸發(fā)快，保水能力差，干濕交替導(dǎo)致出苗率下降，且大土塊更易導(dǎo)致播種過(guò)深，出苗費(fèi)時(shí)費(fèi)力，消耗營(yíng)養(yǎng)多，苗子瘦弱，幼苗質(zhì)量差，本研究中，旋耕和翻耕下的出苗率低，出苗后單株分蘗少、群體LAI小、干物質(zhì)積累量小，最終導(dǎo)致產(chǎn)量低，不適合作為機(jī)播的配套耕作措施。

四川丘陵旱地小麥生育特點(diǎn)為“兩短一長(zhǎng)”[3]，即全生育期短，分蘗期短，灌漿期長(zhǎng)，單位面積有效穗數(shù)低是限制高產(chǎn)的瓶頸，更是機(jī)播小麥輕簡(jiǎn)高產(chǎn)高效的突破口。一播全苗、早蘗促穗是輕簡(jiǎn)高產(chǎn)栽培的重要思路。本試驗(yàn)中，免耕、秸稈覆蓋均能有效促進(jìn)機(jī)播小麥種子出苗，免耕播種的出苗率達(dá)到85.7%，顯著高于旋耕和翻耕；秸稈覆蓋較不覆蓋的出苗率高出5.3%，差異顯著。出苗后的單株分蘗力、單株成穗數(shù)均高于旋耕和翻耕，拔節(jié)期和開(kāi)花期LAI、花前花后的干物質(zhì)積累量均以免耕最大，免耕下的單株分蘗力和有效穗分別比翻耕高62.6%和15.1%，秸稈覆蓋下的單株分蘗力和有效穗分別比不覆蓋高36.6%和14.8%。前人研究表明，免耕、秸稈覆蓋等保護(hù)性耕作的保墑作用為作物生長(zhǎng)提供必要的水分保障，促進(jìn)作物群體質(zhì)量提高和增產(chǎn)[12,14,18,19]。本試驗(yàn)研究結(jié)果也表明，最終產(chǎn)量以免耕+秸稈覆蓋最高，達(dá)4231.7 kg/hm2，較翻耕+不覆蓋處理增產(chǎn)34.9%。因此，免耕+秸稈覆蓋可作為四川丘陵旱地機(jī)播小麥高產(chǎn)栽培技術(shù)中的配套耕作措施加以推廣應(yīng)用。

3.2 耕作措施與小麥機(jī)播技術(shù)配套應(yīng)用效果的綜合評(píng)價(jià)

綜合評(píng)價(jià)分析表明，相較于翻耕和旋耕，免耕具有投入低，出苗率高、群體質(zhì)量好、產(chǎn)量高的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)投比高，促進(jìn)機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果的提升。需進(jìn)一步完善機(jī)具性能以提升免耕的播種覆土效果。秸稈覆蓋能顯著改善丘陵旱地機(jī)播小麥群體分蘗不足，有效穗偏低的狀況，增產(chǎn)效應(yīng)突出，提升了丘陵旱地小麥機(jī)播技術(shù)的應(yīng)用效果。因此，免耕+秸稈覆蓋具有投入少、群體質(zhì)量好、產(chǎn)量高等優(yōu)點(diǎn)，是四川丘陵旱地機(jī)播小麥適宜的配套耕作措施。

4 結(jié)論

三種耕作方式中，旋耕和翻耕條件下的播種質(zhì)量較高，需要進(jìn)一步完善播種機(jī)具性能，使其進(jìn)一步適應(yīng)免耕播種。免耕促進(jìn)田間出苗，分蘗能力強(qiáng)，各生育時(shí)期LAI高，花前花后干物質(zhì)積累多，成穗多，與翻耕相比有明顯增產(chǎn)效應(yīng)；秸稈覆蓋對(duì)機(jī)播小麥群體質(zhì)量有顯著影響，各指標(biāo)均優(yōu)于不覆蓋，比不覆蓋顯著增產(chǎn)。綜合分析表明，免耕和秸稈覆蓋等保護(hù)性耕作措施能促進(jìn)小麥機(jī)播技術(shù)應(yīng)用效果的提升。因此，“免耕+秸稈覆蓋”具有高產(chǎn)高效特點(diǎn)，是適合于四川丘陵旱地機(jī)播小麥高產(chǎn)栽培配套的耕作措施。

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