于琦，李軍，周棟，王淑蘭，王浩，李敖，張元紅，寧芳，王小利，王瑞

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不同降水年型黃土旱塬冬小麥免耕與深松輪耕蓄墑增收效應(yīng)

于琦，李軍，周棟，王淑蘭，王浩，李敖，張元紅，寧芳，王小利，王瑞

（西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100）

【】為旱區(qū)不同降水年型冬小麥蓄墑增產(chǎn)耕作方式的選擇提供科學(xué)依據(jù)。于2007—2018年在陜西黃土旱塬實施免耕與深松輪耕長期定位試驗，設(shè)置免耕/免耕/深松（NNS）、免耕/深松（NS）和連續(xù)免耕（N）3種耕作處理，分析不同降水年型輪耕模式下冬小麥休閑期和生育期蓄墑效果及ET、WUE、產(chǎn)量和經(jīng)濟效益。降水年型對冬小麥休閑期及生育期土壤蓄墑、ET、WUE、產(chǎn)量和經(jīng)濟效益影響顯著。豐水年型較干旱和平水年型分別提高冬小麥休閑期（23.9%和31.9%）和生育期（6.5%和16.6%）0—200 cm土層土壤蓄墑量，并在冬小麥水分急劇消耗的拔節(jié)期至灌漿期，分別增加耗水量1倍和3倍以上，且較干旱和平水年型WUE分別提高21.1%和16.3%，增產(chǎn)70.0%和25.8%，增效2倍和1/2倍以上。干旱、豐水和平水年型分別以免耕/深松（NS）（106.1 mm）、連續(xù)免耕（N）（192.0 mm）和連續(xù)免耕（N）（91.5 mm）處理休閑期0—200 cm土壤蓄墑量最高；生育期0—100 cm土壤蓄墑效果受降雨和冬小麥生長發(fā)育影響波動較大，但120—200 cm深層土壤蓄水量基本呈“先增后減”的穩(wěn)定變化趨勢，并以免耕和深松輪耕措施蓄墑效果較好；免耕/免耕/深松（NNS）處理在干旱和豐水年型WUE及增產(chǎn)增效優(yōu)勢顯著，在平水年型，連續(xù)免耕（N）處理產(chǎn)量和經(jīng)濟效益最高，分別為4 297 kg·hm-2和4 773元/hm2。受深松作業(yè)及其頻次影響，免耕/免耕/深松（NNS）和免耕/深松（NS）輪耕處理分別增加生產(chǎn)成本172和227元/hm2，但生產(chǎn)投入的高低并非是影響經(jīng)濟效益的關(guān)鍵因素。較免耕/深松（NS）處理，免耕/免耕/深松（NNS）能以較少的深松頻次節(jié)省生產(chǎn)成本，以較高的籽粒產(chǎn)量實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化，具有減耗節(jié)水、提高冬小麥WUE和節(jié)本增效的優(yōu)勢，并在多數(shù)試驗?zāi)攴菹卤３止?jié)水減耗、經(jīng)濟高效的生產(chǎn)正效應(yīng)，更具生產(chǎn)普適性。從可持續(xù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及綠色低耗高效的發(fā)展目標綜合分析，推薦免耕/免耕/深松（NNS）輪耕措施為黃土旱區(qū)冬小麥蓄墑增產(chǎn)增收的最適耕作方式。

黃土旱塬；冬小麥；免耕與深松輪耕；蓄水保墑；產(chǎn)量；經(jīng)濟效益

0 引言

【研究意義】保護性耕作能有效吸收—貯蓄—利用降水[1-3]，減輕農(nóng)田風(fēng)蝕與水蝕危害[4-6]，促進作物蓄墑增產(chǎn)[7-8]；同時也是緩解黃土旱塬區(qū)因降水時空變率大且季節(jié)分布不均導(dǎo)致冬小麥生產(chǎn)矛盾的關(guān)鍵技術(shù)措施[9-10]。但長期應(yīng)用單一耕作方式會積累生產(chǎn)負效應(yīng)，如土壤耕層變淺，犁底層上移，水分利用效率降低[11-13]，病蟲草害加劇[14]，作物減產(chǎn)[15]和生產(chǎn)成本提高[16]等。因此，亟需將不同耕作措施進行合理組配與輪換，使其均衡互補地發(fā)揮生產(chǎn)正效應(yīng)[17-20]。黃土旱區(qū)降水年際變率大，不同年份降水量及其季節(jié)分布是影響冬小麥土壤蓄墑和增產(chǎn)的重要因素，分析不同降水年型下不同輪耕模式的蓄墑增產(chǎn)效應(yīng)，有助于篩選和補充與當(dāng)?shù)亟邓晷拖噙m應(yīng)的保護性耕作模式[18-19]?！厩叭搜芯窟M展】目前，對免耕和深松輪耕系統(tǒng)的相關(guān)研究顯示，免耕/深松輪耕措施能改善土壤孔隙分布，利于冬小麥蓄水保墑[21]；免耕/深松/免耕和深松/免耕/深松輪耕措施WUE較傳統(tǒng)翻耕方式平均提高7%以上；在免耕基礎(chǔ)上實施深松，可降低表層土壤容重，增加作物耗水量，提高作物水分利用效率和產(chǎn)量[22-24]。不均衡的自然降水易使小麥不同生產(chǎn)年份差別較大。高艷梅等[25]研究顯示，不同降水年型麥田休閑期蓄水量均高于休閑初期，在干旱年份休閑期覆蓋麥田蓄水效果較好，且更利于麥田深層蓄水；胡雨彤等[26]在黃土高原多年定位試驗結(jié)果表明，冬小麥平均產(chǎn)量以豐水年最高，平水年次之，干旱年最低，且豐水年麥田產(chǎn)量在2 676.73—3 941.13 kg·hm-2范圍內(nèi)變化?！颈狙芯壳腥朦c】盡管對免耕和深松保護性輪耕系統(tǒng)蓄水保墑效應(yīng)的探索已取得一些進展，但對不同降水年型免耕和深松輪耕系統(tǒng)蓄水增墑和節(jié)本增產(chǎn)效應(yīng)的研究仍尚需關(guān)注和深入?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究依托黃土旱塬連作冬小麥秸稈覆蓋保護性輪耕試驗，探討不同降水年型免耕與深松輪耕措施對冬小麥休閑期及生育期蓄墑效果、籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟效益的影響，旨在為旱區(qū)不同降水年型冬小麥蓄墑增產(chǎn)和節(jié)本增效耕作方式的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2007—2018年在陜西省合陽縣甘井鎮(zhèn)西北農(nóng)林科技大學(xué)旱作試驗站（35°19′N，110°05′E，海拔877 m）進行。該區(qū)為典型暖溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，2007—2018年試驗期間年平均氣溫和年降水量分別為11.5℃和501.4 mm，夏閑期（7—9月）平均降雨量為286.8 mm，占年降雨總量的57.2%；冬小麥生育期平均降雨量為214.7 mm，占年降雨總量的42.8%。試驗田地勢平坦，土壤為黑壚土，容重平均為1.31 g·cm-3，田間持水量平均為30.2%，飽和含水量平均為32.9%。

1.2 降水年型劃分

降水年型依據(jù)干燥指數(shù)DI為劃分標準[27]，DI= (P-M)/σ，式中，DI為干燥指數(shù)；P為當(dāng)年降雨（mm）；M為多年平均降雨（mm）；σ為多年平均降雨均方差。2007—2018年冬小麥夏閑期、生育期和生產(chǎn)年度降水年型劃分結(jié)果如表1所示：（1）若按冬小麥夏閑期降水量劃分，2009—2010、2012—2013和2015—2017年均為干旱年；2011—2012、2014—2015和2017—2018年為豐水年；2007—2009、2010—2011和2013—2014年為平水年。（2）若按冬小麥生育期降水量劃分，2010—2011、2012—2013、2014—2015和2017—2018年為干旱年；2008—2009、2011—2012和2015—2016年為豐水年；2007—2008、2009—2010、2013—2014和2016—2017年為平水年。（3）若按小麥生產(chǎn)年度（夏閑期+生育期）降水總量劃分，2009—2011年和2012—2014年均為干旱年；2008—2009、2011—2012、2014—2015年為豐水年；2007—2008和2015—2018年均為平水年型。2009—2018年降水年型數(shù)據(jù)分析均采用冬小麥夏閑期、生育期和生產(chǎn)年度降水年型劃分結(jié)果中全部年份的平均值（表2），夏閑期相關(guān)數(shù)據(jù)用來分析冬小麥夏閑期0—200 cm土層蓄墑情況，生育期相關(guān)數(shù)據(jù)用來分析冬小麥生育期和關(guān)鍵生育時期0—200 cm土層蓄水量及土壤濕度剖面分布情況，冬小麥生產(chǎn)年度相關(guān)數(shù)據(jù)分析其ET、WUE、產(chǎn)量及經(jīng)濟收益。

冬小麥生育期無論何種降水年型（圖1），降雨均集中于生育前期（播種期—返青期），返青—拔節(jié)期降雨最匱乏，之后隨冬小麥生育進程推進有所增加。干旱、豐水和平水年型平均降雨總量分別為436.2、583.3和489.4 mm；3種年型冬小麥播種期—返青期、返青期—拔節(jié)期、拔節(jié)期—灌漿期及灌漿期—成熟期的平均降雨量分別為57.6、29.3、27.7和44.8 mm（干旱年型）；160、18.3、29.1和62 mm（豐水年型）；83.2、18.1、42.6和69 mm（平水年型）。

表1 2007—2018年冬小麥夏閑期、生育期和生產(chǎn)年度降水年型劃分情況

AR，年降水；TPG，生育期總降水；TPF，夏閑期總降水；DI，干燥指數(shù)（DI＜-0.35為干旱型；DI＞0.35為豐水型；-0.35≤DI≤0.35為平水型）；DI-1，年降水干燥指數(shù)；DI-2，生育期總降水干燥指數(shù)；DI-3，夏閑期總降水干燥指數(shù)；D，干旱年型；H，豐水年型；N，平水年型。下同

AR, annual precipitation; TPG, total precipitation during growth period; TPF, total precipitation in summer fallow period; DI, the drought index (DI＜-0.35 was dry year. DI＞0.35 was humid year. -0.35≤DI≤0.35 was normal year); DI-1, annual precipitation drought index; DI-2, total precipitation drought index during the growth period; DI-3, drought index of total precipitation in summer fallow period; D, dry precipitation pattern; H, humid precipitation pattern; N, normal precipitation pattern. The same as below

表2 2009—2018年冬小麥夏閑期、生育期和生產(chǎn)年度各年份與降水年型匹配情況

Table 2 Different years under precipitation patterns in summer fallow, growth period and productivity period of winter wheat in 2009-2018

1.3 試驗設(shè)計

長期定位試驗分別設(shè)置免耕/免耕/深松（NNS）輪耕、免耕/深松（NS）輪耕和連續(xù)免耕（N）共3種耕作處理，試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為112.5 m2（22.5 m×5 m）。2007年試驗前，土壤耕作均采用傳統(tǒng)翻耕措施。在2007—2018年試驗期間，每年前茬冬小麥收獲后進行免耕（秸稈等殘茬全額粉碎還田后無任何土壤耕作措施）或深松（秸稈高留茬覆蓋地表，每間隔40—60 cm使用深松機留茬深松35—40 cm）處理。2007—2018年試驗期間逐年麥田耕作措施如表3所示，各耕作處理品種、施肥水平及其他田間管理措施均相同。2007—2013年冬小麥品種為晉麥47；2014年至今冬小麥品種為長6359。采用冬小麥連作一年一熟制，通常于當(dāng)年9月下旬播種，翌年6月中旬收獲，試驗期間無灌溉。播種時以尿素、磷酸二銨和硫酸鉀為基肥，施肥量分別為150 kg N·hm-2、120 kg P2O5·hm-2、90 kg K2O·hm-2。此外，夏閑期統(tǒng)一噴施除草劑。

表3 2007—2018年冬小麥生產(chǎn)耕作處理情況

NNS，免耕/免耕/深松輪耕；NS，免耕/深松輪耕；N，連續(xù)免耕。下同

NNS, no-tillage/no-tillage/subsoiling rotation; NS, no-tillage/subsoiling rotation; N, continuous no-tillage. The same as below

1.4 測定指標及計算方法

1.4.1 降雨量 采用試驗站雨量器進行連續(xù)定位觀測并記錄當(dāng)?shù)刂鹑战涤炅俊?/p>

1.4.2 土壤水分 冬小麥夏閑期（7—9月）及生育期每小區(qū)設(shè)定1個樣點，采用土鉆取土烘干法測定0—200 cm土壤含水量。土壤含水量（C）、土壤蓄水量（S）、土壤蒸散量（ET）、水分利用效率（WUE）計算公式如下：

C= (M1-M2)/M2×100%

S= H×D×C×10

ET= P+ (Ss-Sh)

WUE= Y/ET

式中，C為土壤含水量（%），M1和M2分別為濕土質(zhì)量和烘干土質(zhì)量（g）；S為土壤蓄水量（mm），H為土層深度（cm），通常為20 cm，D為土壤容重（g·cm-3）；ET為冬小麥生育期土壤蒸散量（mm），P為冬小麥生育期降雨總量（mm），Ss為播種期0—200 cm土層蓄水量（mm），Sh為成熟期0—200 cm土層蓄水量（mm）；WUE為水分利用效率（kg·hm-2·mm-1），Y為籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）。

1.4.3 產(chǎn)量和經(jīng)濟效益 冬小麥收獲期，每小區(qū)沿對角線方向選取長勢均勻的3個樣點，每樣點取1.0 m2進行測產(chǎn)。

經(jīng)濟效益（元/hm2）= 產(chǎn)量收益（元/hm2）-生產(chǎn)投入（元/hm2）。產(chǎn)量收益為籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）×市價（元/kg），試驗期間冬小麥平均市價為2.2元/kg。2007—2018年試驗期間種子、肥料、機械作業(yè)及藥劑費用均以試驗期間多年平均值進行計算（表4）。

表4 冬小麥生產(chǎn)投入情況

Table 4 Total input of winter wheat production

供試品種每季播種量為150 kg·hm-2；N，免耕；S，深松

The sowing amount of the tested varieties is 150 kg·hm-2per year; N, no-tillage; S, subsoiling

1.5 數(shù)據(jù)分析

本文選取2009—2018年相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析。采用Excel 2016軟件計算數(shù)據(jù)，SPSS 17.0（SPSS Inc.，Chicago，IL，USA）軟件進行差異顯著性檢驗（LSD法）和相關(guān)性分析，制圖軟件為Origin 2015。

2 結(jié)果

2.1 冬小麥休閑期0—200 cm土層蓄墑情況

休閑初期冬小麥0—200 cm土層蓄墑量受年型影響較小，但經(jīng)雨季休閑，不同降水年型0—200 cm土層蓄墑量表現(xiàn)為豐水年型（453.1 mm）＞干旱年型（365.7 mm）＞平水年型（343.9 mm），豐水年型較干旱和平水年型分別增墑23.9%和31.8%（圖2）。豐水年型NNS、NS和N處理0—200 cm土層蓄水量較休閑初期分別提高169.5、187.5和192.0 mm，N處理較NS和NNS處理分別增墑13.3%和2.4%；干旱年型，0—200 cm土層蓄水量較休閑初期N處理增幅較小（81.7 mm），而NS處理增幅較大（106.1 mm），較N和NNS處理分別提高29.9%和27.1%；平水年型，NNS、NS和N處理麥田0—200 cm土層蓄水量較休閑初期分別提高49.1、78.3和91.5 mm，N較NNS和NS處理分別增墑42.4和13.2 mm。

休閑期蓄積更多的自然降水，有利于提高麥田底墑，為冬小麥適期播種提供保障。冬小麥休閑期0—200 cm土壤蓄水量受降水年型影響顯著，具體表現(xiàn)為豐水年型蓄墑量最高，干旱年型次之，平水年型較低。在豐水和平水年型N處理增墑效果較好；在干旱年型NS處理增墑效果較好。

同一降水年型不同字母表示耕作處理間差異達到顯著水平（P＜0.05）。下同

2.2 冬小麥生育期0—200 cm土層蓄墑情況

降水年型對冬小麥生育期0—200 cm土層蓄墑效果影響顯著（圖3）。不同降水年型冬小麥生育期0—200 cm土層平均蓄水總量為豐水年（345.1 mm）＞干旱年（323.9 mm）＞平水年（296 mm），豐水較干旱和平水年型分別增墑6.5% 和16.6%。不同耕作處理0—200 cm土壤蓄墑量隨冬小麥生長發(fā)育進程而逐漸降低，經(jīng)拔節(jié)期和灌漿期不同程度耗水后，灌漿期與成熟期蓄水量無顯著差異。在干旱年型，NNS，NS和N處理冬小麥生育期0—200 cm土壤蓄水量分別降低117.3、143.2和106.7 mm，以NS處理土壤水分消耗量最多；在豐水和平水年型，NNS、NS和N處理0—200 cm土壤蓄水量分別降低197.3、226.9和227.3 mm（豐水年型）和71.9、78.5和80.0 mm（平水年型），且均以N處理土壤水分消耗量最多。

R—返青期；E—拔節(jié)期；G—灌漿期；H—成熟期

生育期蓄水保墑效果將直接影響冬小麥生長發(fā)育狀況，最終直觀體現(xiàn)在產(chǎn)量水平。冬小麥生育期0—200 cm土壤蓄墑效果受降水年型顯著影響，表現(xiàn)為豐水年型＞干旱年型＞平水年型。在干旱年型NS處理生育期耗水量最多；豐水和平水年型N處理土壤水分消耗量最多。

2.3 冬小麥關(guān)鍵生育時期0—200 cm土層水分剖面分布

無論何種降水年型，冬小麥均在拔節(jié)期至灌漿期期間急劇耗水，干旱、豐水和平水年型灌漿期0—200 cm土壤平均蓄水量分別較拔節(jié)期降低27%、56%和12%，且豐水年型較干旱和平水年型分別顯著提高耗水量1倍和3倍以上（圖4）。此外，無論何種降水年型冬小麥拔節(jié)期、灌漿期和成熟期各處理蓄墑量均在0—100 cm土層表現(xiàn)出不同程度的波動，而在120—200 cm相對較深的土層，土壤蓄水量基本呈“先增后減”的穩(wěn)定變化趨勢。

誤差線表示相同土層耕作處理間差異達到顯著水平（P＜0.05）

不同生育時期及降水年型條件下各耕作處理平均蓄水量差異顯著。拔節(jié)期干旱和平水年型各處理分別在160—180 cm和0—40 cm土層差異最顯著，NNS較N和NS處理分別在干旱年型增墑8.6%和9.2%，在平水年型增墑7.7%和9.7%；豐水年型各處理在100—120 cm土層差異最顯著，N較NS和NNS處理分別增墑2.0%和4.5%；同理，灌漿期干旱年型各處理在120—140 cm土層差異最顯著，NS較N和NNS處理分別增墑5.1%和13.9%；豐水年型各耕作處理在100—120 cm土層差異最顯著，N較NS和NNS處理分別增墑5.4%和6.7%；平水年型各處理在140—160 cm土層差異最顯著，NNS較NS和N處理分別增墑2.9%和3.1%；在冬小麥成熟期，干旱和豐水年型各處理分別在80—100 cm和120—140 cm土層差異最顯著，N較NNS和NS處理分別在干旱年型增墑7.1%和15.5%，在豐水年型增墑15.0%和11.6%；平水年型各處理在0—40 cm土層差異最顯著，NNS較N和NS處理分別增墑7.4%和4.5%。

2.4 冬小麥ET、WUE和產(chǎn)量

冬小麥ET、WUE和產(chǎn)量受降水年型影響顯著（表5）。豐水年型平均ET、WUE和產(chǎn)量分別為397.0 mm、13.8 kg·hm-2·mm-1和5 308 kg·hm-2，較干旱和平水年型ET分別增加43.6%和12.8%，WUE分別提高21.1%和16.3%，平均增產(chǎn)70.0%和25.8%。

在干旱年型，NNS、NS和N處理ET波動范圍分別為226.2—232.3、235.7—329.0和251.3—340.9 mm，NS和N處理平均ET（282.3和282.6 mm）較NNS處理顯著增加6.6%和6.8%；同理，各處理WUE分別為10.8—13.9、9.0—15.3和9.5—11.8 kg·hm-2·mm-1，產(chǎn)量分別為2 444—3 656、2 544—3 611和2 389—4 022 kg·hm-2，其中NNS處理平均WUE（12.3 kg·hm-2·mm-1）和產(chǎn)量（3 238 kg·hm-2）最高，較N處理分別顯著提高16.5%和8.0%。在豐水年型，NNS、NS和N處理ET波動范圍分別為359.1—440.4、344.3—468和344.9—425.2 mm，NNS和NS處理平均ET（399.8和406.2 mm）較N處理顯著增加3.8%和5.5%；各處理WUE分別為11.0—17.8、9.1—17.9和12.0—14.8 kg·hm-2·mm-1；產(chǎn)量分別為4 833—6 408、4 250—6 161和5 083— 5 113 kg·hm-2，其中NNS處理平均WUE（14.4 kg·hm-2·mm-1）和產(chǎn)量（5 621 kg·hm-2）較N處理分別顯著提高8.0%和10.2%。在平水年型，NNS、NS和N處理ET波動范圍分別為276.3—373.2、310.8—436.4和310.2—427.9 mm，NS和N處理平均ET（367.4和358.5 mm）較NNS處理分別顯著提高11.3%和8.6%；各處理WUE分別為10.1—15.0、10.4—13.3和9.3—13.9 kg·hm-2·mm-1，NNS處理平均WUE（12.1 kg·hm-2·mm-1）最高，較NS處理顯著提高5.5%；各處理產(chǎn)量分別為2 792— 5 612、3 347—5 817和2 881—5 333 kg·hm-2，NS和N處理平均產(chǎn)量（4 282和4 297 kg·hm-2）較NNS處理分別顯著增加5.0%和5.4%。另外，多年定位試驗結(jié)果表明NS 和N處理多年平均ET（338.2和330.7 mm）分別較NNS處理顯著提高6.9%和4.5%；NNS處理多年平均WUE（12.7 kg·hm-2·mm-1）分別較NS和N處理顯著提高7.6%和9.5%，且NNS處理多年平均產(chǎn)量（4 048 kg·hm-2）較N處理顯著提高3.8%。

可見，豐水年型冬小麥WUE較高，增產(chǎn)效果顯著。NNS處理在干旱和豐水年型高效用水及增產(chǎn)效應(yīng)顯著；在平水年型N處理增產(chǎn)效果較好。同時，多年試驗結(jié)果表明NNS處理具備相對穩(wěn)定的節(jié)水增效的生產(chǎn)正效應(yīng)。

2.5 冬小麥生產(chǎn)收益與經(jīng)濟效益

2009—2018年冬小麥生產(chǎn)收益與經(jīng)濟效益情況如表6所示，降水年型對冬小麥生產(chǎn)收益和經(jīng)濟效益影響顯著。豐水年型平均生產(chǎn)收益和經(jīng)濟效益最高，分別為11 678元/hm2和6 891元/hm2，較干旱和平水年型分別增收70.0%和25.8%，增效2倍和1/2倍以上。

在干旱年型，免耕和深松輪耕處理生產(chǎn)收益和經(jīng)濟效益均高于N處理，其中NNS較N處理增收8.0%，增效14.4%。在豐水年型，各處理生產(chǎn)收益均突破10 000元/hm2，其中NNS較N處理增收10.2%，增效17.6%。在平水年型，N處理生產(chǎn)收益（9 453元/hm2）和經(jīng)濟效益（4 773元/hm2）最高，較NNS和NS處理分別增收5.3%和0.4%，增效15.7%和4.4%。多年試驗結(jié)果表明，NNS和NS處理平均生產(chǎn)投入（4 852和4 907元/hm2）分別較N處理增加172和227元/hm2，但產(chǎn)量收益均以免耕和深松輪耕處理較高，其中NNS處理平均產(chǎn)量收益較N處理提高329元/hm2，差異顯著，經(jīng)濟效益也顯著高于N處理，提高162元/hm2。

表5 不同降水年型各耕作處理冬小麥ET、WUE與產(chǎn)量情況

ET，播種期—成熟期蒸散量；WUE，水分利用效率；Yield，產(chǎn)量。平均值為全部試驗?zāi)攴莸钠骄担?009—2018年）。相同年型同列不同字母表示處理間差異達到顯著水平（＜0.05）。下同

ET, values of evapotranspiration from sowing to harvesting stages; WUE, water use efficiency; Yield, yield of winter wheat. The average of all years during the 2009-2018 trial. Different letters under the same rainfall pattern and volume are significantly different among treatments at＜0.05. The same as below

表6 不同降水年型冬小麥生產(chǎn)收益與經(jīng)濟效益情況

可見，在豐水年型冬小麥經(jīng)濟效益較高。免耕和深松輪耕措施受深松作業(yè)及其頻次影響均不同程度增加了生產(chǎn)成本，但其對經(jīng)濟效益的影響并不是絕對的。相比NS處理，NNS處理能以相對較少的深松頻次，實現(xiàn)產(chǎn)投比間的協(xié)調(diào)平衡，并以較高的產(chǎn)量收益實現(xiàn)經(jīng)濟收益的最大化。

3 討論

3.1 不同降水年型各耕作處理休閑期及生育期蓄水增墑效果

耕作措施可改變麥田土壤結(jié)構(gòu)，從而影響其蓄水保墑效果[28-29]。相關(guān)研究表明，在休閑期降雨相對集中的旱區(qū)，采用秸稈覆蓋免耕保護性耕作方式，其休閑期蓄水量較高[30]；侯賢清等[31]在寧南旱區(qū)的研究認為，2年免耕1年深松和2年深松1年免耕的保護性輪耕措施較傳統(tǒng)翻耕措施，可顯著降低土壤表層體積質(zhì)量，提升麥田蓄水增墑能力。本試驗研究結(jié)果表明，降水年型對冬小麥休閑期0—200 cm土壤蓄墑效果影響顯著，并以豐水年型蓄墑效果較好。休閑期豐水和平水年型，N處理蓄墑效果較好，干旱年型以NS處理蓄墑效果較好。可能是由于休閑期地表秸稈覆蓋能在一定程度上減少地表水分無效蒸發(fā)。在降雨相對充足的豐水和平水年型，連續(xù)免耕（N）處理0—100 cm土層水分能得到及時補充，從而緩解其水分匱乏狀況；干旱年型在免耕基礎(chǔ)上進行深松作業(yè)，能改善土體結(jié)構(gòu)，增加土壤蓄水保墑的深度和性能[32-33]，進而提高麥田蓄墑水平。冬小麥生育期豐水年型0—200 cm土壤蓄墑總量最高，較干旱和平水年型分別增加6.5%和16.6%。拔節(jié)期、灌漿期和成熟期，受降水和冬小麥生長影響，無論何種降水年型，麥田0—100 cm土層蓄墑量波動較大，但120—200 cm深層土壤蓄水量基本呈“先增后減”的穩(wěn)定變化趨勢，并以免耕和深松輪耕措施蓄水效果較好。這可能是適度深松能緩解長期免耕帶來的土壤緊實問題[34]，促進水分向深層入滲，與冬小麥生長發(fā)育階段需水逐漸加深趨勢一致，能增強土壤透氣性和貯水能力，擴大土壤水庫容[35]。

3.2 不同降水年型各耕作處理水分利用效率

科學(xué)的耕作措施，能營造“虛實并存”的耕層結(jié)構(gòu)，減少土壤水分無效蒸發(fā)，最大限度地提高WUE[36-38]。本試驗研究結(jié)果表明，降水年型對冬小麥ET和WUE影響顯著，豐水年型較干旱和平水年型ET平均提高43.6%和12.8%，WUE增加21.1%和16.3%，增產(chǎn)70.0%和25.8%。同時，無論何種降水年型，NNS處理均能保持較高的水分利用效率，這可能是由于麥田秸稈覆蓋能夠減少地表因裸露造成的水分無效蒸發(fā)，同時適度深松能夠改善麥田土層結(jié)構(gòu)和孔隙分布，利于冬小麥根系生長，增強其根系吸水和用水能力，促進更多有效水分參與冬小麥生長發(fā)育進程，進而提高其WUE和產(chǎn)量。特別是在干旱年型條件下，適度深松對促進麥田WUE的提高效果更顯著，這與前人研究結(jié)果相一致[39-40]。

3.3 不同降水年型各耕作處理冬小麥產(chǎn)量及經(jīng)濟效益

輪耕方式不僅能改善麥田土壤孔隙狀況，降低土壤體積質(zhì)量和緊實度，還能促進冬小麥籽粒萌發(fā)，提高產(chǎn)量[41]；靳海洋等[42]對砂姜黑土連續(xù)周年耕作對夏玉米-冬小麥田產(chǎn)量等影響的研究也表明，進行深松-旋耕、深松-免耕輪耕措施，作物籽粒產(chǎn)量顯著增加。本試驗研究結(jié)果表明，降水年型對冬小麥產(chǎn)量收益和經(jīng)濟效益影響顯著。豐水年型生產(chǎn)收益和經(jīng)濟效益最高，較干旱年型增收70.0%，增效近2倍以上。干旱和豐水年型NNS處理產(chǎn)量收益和經(jīng)濟效益最高，平水年型N處理產(chǎn)量收益和經(jīng)濟效益最高。受深松作業(yè)影響，NNS和NS處理在一定程度上增加了生產(chǎn)投入成本，但其并非是決定經(jīng)濟效益高低的關(guān)鍵因素。多年試驗結(jié)果顯示，NNS較NS處理能以相對適宜的深松次數(shù)節(jié)省生產(chǎn)成本，并以較高的籽粒產(chǎn)量實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化。這也表明免耕基礎(chǔ)上實施深松作業(yè)具有較好的增產(chǎn)增收潛力，但深松次數(shù)需適宜。本試驗在連續(xù)免耕2年后第3年深松（NNS）的輪耕措施冬小麥產(chǎn)量及經(jīng)濟效益最優(yōu)。

4 結(jié)論

增強麥田深蓄水能力，進而提高其WUE是雨養(yǎng)旱地冬小麥增產(chǎn)增效的關(guān)鍵。豐水年型較干旱和平水年型能分別提高休閑期（23.9%和31.9%）和生育期（6.5%和16.6%）0—200 cm土壤蓄墑量，并在冬小麥水分急劇消耗的拔節(jié)期至灌漿期，分別增加耗水量1倍和3倍以上，且較干旱和平水年型WUE分別提高21.1%和16.3%，增產(chǎn)70.0%和25.8%，增效2倍和1/2倍以上。

干旱、豐水和平水年型分別以免耕/深松（NS）（106.1 mm）、連續(xù)免耕（N）（192.0 mm）和連續(xù)免耕（N）（91.5 mm）處理休閑期0—200 cm土壤蓄墑效果較好；生育期0—100 cm土壤蓄墑效果受降雨和冬小麥生長發(fā)育影響波動較大，但120—200 cm深層土壤蓄水量基本呈“先增后減”的穩(wěn)定變化趨勢，并以免耕和深松輪耕措施蓄墑效果最佳；免耕/免耕/深松（NNS）處理在干旱和豐水年型WUE及增產(chǎn)增效優(yōu)勢顯著。盡管受深松作業(yè)及其頻次影響，NNS和NS處理分別增加生產(chǎn)成本172和227元·hm-2，但NNS處理能以適宜的深松頻次節(jié)省生產(chǎn)成本，并以較高的籽粒產(chǎn)量實現(xiàn)經(jīng)濟效益的最大化，具有減耗節(jié)水、提高冬小麥WUE和節(jié)本增效的優(yōu)勢，特別是在連續(xù)9年定位試驗中的干旱年型（4年）和豐水年型（2年）都具有穩(wěn)定突出的生產(chǎn)正效應(yīng)。因此，從長遠生產(chǎn)效益及綠色低耗高效的生產(chǎn)目標綜合分析，免耕/免耕/深松（NNS）輪耕措施應(yīng)為黃土旱區(qū)冬小麥蓄墑增產(chǎn)增收的最適耕作方式。

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Effects of No-Tillage/Subsoiling Rotational Tillage System on Increasing Soil Water Storage and Crop Yield Under Different Precipitation Patterns of Winter Wheat in the Loess Plateau

YU Qi, LI Jun, ZHOU Dong, WANG ShuLan, WANG Hao, LI Ao, ZHANG YuanHong, NING Fang, WANG XiaoLi, WANG Rui

(College of Agronomy, Northwest A&F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【】The aims of this study were to provide scientific basis for the selection of tillage method of soil moisture accumulation and yield increase in different precipitation types of winter wheat in the arid region of China. 【】Long-term no-tillage and subsoiling rotational tillage experiments were carried out in the Loess Plateau dryland, Shaanxi province from 2007 to 2018. Three tillage treatments, including no-tillage/no-tillage/subsoiling(NNS), no-tillage/subsoiling(NS) and continuous no-tillage (N), were set up to compare and analyze the effects of different precipitation patterns and tillage treatments on soil water storage, ET, WUE, yield and economic profits of winter wheat during its summer-fallow and growth period. 【】Different precipitation patterns had significant impact on soil water storage, ET, WUE, yield and economic profits during the fallow and growth period of winter wheat. Compared with dry and normal year, the soil water storage of 0-200 cm soil layer in fallow period (23.9% and 31.9%) and growth period (6.5% and 16.6%) of winter wheat could be increased in humid precipitation pattern, and the water consumption in elongation and grain-filling period of winter wheat with rapid water consumption increased by more than 1 and 3 times, respectively; whilst, the WUE increased by 21.1% and 16.3%, yield increased by 70.0% and 25.8%, and economic profits increased by more than 2 and 1/2 times, respectively. The soil water storage of 0-200 cm in fallow period was better treated by dry, humid and normal year under no-tillage/subsoiling (NS) (106.1mm), continuous no-tillage (N) (192.0 mm) and continuous no-tillage (N) (91.5 mm), respectively. The soil water accumulation of 0-100 cm in the growth period fluctuates greatly under the influence of precipitation and the growth of winter wheat. However, the soil water storage in 120-200 cm soil depth showed a stable change trend of “first increase, then decrease”, and the water storage effect of no-tillage and subsoiling rotational system was better. No-tillage/no-tillage/subsoiling (NNS) treatment had significant advantages in prompting yield and increasing the WUE in dry and humid year. In normal year, the yield and economic profits of continuous no-tillage (N) treatment were the highest, 4 297 kg·hm-2and 4 773 yuan/hm2, respectively. Under the influence of subsoiling and its frequency, the production cost of no-tillage/no- tillage/subsoiling (NNS) and no-tillage/subsoiling (NS) average increased by 172 and 227 yuan/hm2, respectively, but the level of production input was not the key factor affecting economic profits. Compared with no-tillage/subsoiling (NS) treatment, no-tillage/no-tillage/subsoiling (NNS) treatment could save production input with less subsoiling frequency and increase grain yield at the same time to maximize economic benefits. It had the advantages of reducing consumption and saving water, improving WUE and saving cost of winter wheat and increasing economic profit and maintains a positive production effect in most experimental years, also had more universal application. 【】Based on the comprehensive analysis of sustainable agricultural production and the development goals of green, low consumption and high water efficiency, no-tillage/no-tillage/subsoiling (NNS) rotational tillage was recommended as the most suitable tillage method for the winter wheat continuous cropping field in the Loess Plateau.

Loess Plateau; winter wheat; no-tillage and subsoiling rotational system; soil water storage conservation; yield;economic profit

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.11.003

2019-01-10；

2019-03-18

國家科技支撐計劃（2015BAD22B02）、國家自然科學(xué)基金（31571620，31671641）、國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503116）

于琦，E-mail：yq@nwsuaf.edu.cn。通信作者李軍，E-mail：junli@nwsuaf.edu.cn

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）