尹璐，高志強，孫敏，任愛霞，林文，薛建福，曹碧蕓

(山西農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山西 太谷 030801)

地膜覆蓋栽培技術早已受到廣大旱農(nóng)工作者的重視，該技術在旱作冬小麥生產(chǎn)上具有明顯的蓄水增產(chǎn)效果。候慧芝等[1]研究表明，全膜覆土穴播技術是保墑提墑，有效提高土壤含水量的有效播種方式。黨廷輝等[2]研究表明，地膜栽培提高冬小麥生育前期0～100 cm土層水分26.9%～8.6%，提高表層水分7.6%～36.9%，具有較好的保墑作用，可提高產(chǎn)量12.1%～17.7%。柴守璽等[3]研究表明，全膜覆土穴播較不覆蓋播種可提高產(chǎn)量49.4%、53.2%，提高水分利用效率11.8%、14.3%。山西省70年代開始引入地膜覆蓋技術，膜際條播因其蓄水增產(chǎn)效果顯著被廣泛應用，但該技術采用壟上覆膜，壟溝種植的方式，起壟覆膜占用了一半土地面積，因此，選擇適宜播量調(diào)節(jié)群體非常重要。王燕等[4]研究表明，增加播量可顯著提高穗數(shù)，優(yōu)化群體構建。張明明等[5]研究表明隨著播量的增加基本苗及穗數(shù)提高，生物量提高17.6%～42.4%。安霞等[6]研究表明播量過低，雖然個體單位面積充足，小麥單株成穗率高，但群體分蘗較低；播量過高，群體分蘗較高，由于冬后小麥單株間對資源爭奪使得無效分蘗增多，影響田間小氣候，反而會影響冬小麥最終產(chǎn)量的形成。此外，冬小麥土壤水分與種植方式和群體密度密切相關，膜際條播對土壤水分有較大調(diào)控性，需要合理配置播量才能協(xié)調(diào)群體與個體的矛盾，合理利用土壤水分，防止覆膜引起小麥生育前期生長過密，生育后期土壤水分不充足，導致早衰最終減產(chǎn)[7，8]。為此，本文研究膜際條播對土壤水分、群體動態(tài)變化、產(chǎn)量形成的影響及其與播量的調(diào)控效應，旨在探索黃土高原旱地冬小麥最適宜蓄水增產(chǎn)技術，為旱地冬小麥節(jié)水增產(chǎn)栽培技術提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗田位于山西省聞喜縣旱地冬小麥試驗基地，年均氣溫12.5 ℃，年均日照時數(shù)2242.0 h，該地區(qū)屬于溫帶大陸性氣候，為丘陵旱地，無灌溉條件，夏季休閑，土質(zhì)為粘壤土，pH為7.5～8.0，0～20 cm土層土壤的基本性質(zhì)見表1。

表1試驗點供試土壤的基本理化性質(zhì)

Table1 Basic soil physicochemical properties of experimental soil in experiment station

土層/cmLayer有機質(zhì)/g·kg-1Organic matter全氮/g·kg-1Total N堿解氮/mg·kg-1Available N速效磷/mg·kg-1Available phosphorus0～2010.550.6837.6517.64

本試驗自2014年9月開始，2016年6月結束。經(jīng)過2個生長季，生長季生育期降水量分別為386.8 mm、516.7 mm，2005-2016年平均降水量為450.5 mm(圖1)。

數(shù)據(jù)來源：山西省聞喜縣氣象站。FP：休閑期；SS-WS：播種-越冬；WS-JS：越冬-拔節(jié)；JS-AS：拔節(jié)-開花；AS-MS：開花-成熟Source: Meteorological Observation of Wenxi county, Shanxi province, China. FP (Fallow Period); SS-WS (Sowing Stage-Wintering Stage); WS-JS (Wintering Stage-Jointing Stage); JS-AS (Jointing Stage-Anthesis Stage); AS-MS (Anthesis Stage-Maturity Stage)圖1 2014-2016年冬小麥生育期降水量及多年平均降水量Fig.1 Monthly rainfall in growth stages of winter wheat and mean monthly rainfall of 2014-2016 years

1.2 試驗設計

采用二因素裂區(qū)設計，共設4個處理，播種方式為主區(qū)，設膜際條播(Film mulch sowing，F(xiàn))、常規(guī)條播(Drilling sowing，D)2個水平，以播量為副區(qū)，分別設置90 kg·hm-2(低播量，LB)、105 kg·hm-2(高播量，HB)2個播量水平，3次重復，小區(qū)面積150 m2(50 m×3 m)

供試品種為運旱20410，由聞喜縣農(nóng)委提供。2014年6月小麥收獲時留高茬(20～30 cm)，兩年度試驗分別在7月15日，7月15日深翻，深翻深度(35～40 cm)，8月25日、8月25日淺旋耕、耙平土壤表層，10月1日、10月2日播種。各處理肥料用量一致，播前基施純氮、P2O5和K2O各150 kg·hm-2，常規(guī)管理，在生產(chǎn)上于開花期后10 d左右，可人工揭膜，于2016年6月10日收獲。

膜際條播：具體操作如圖2。常規(guī)條播：傳統(tǒng)播種方式，行距20 cm。

圖2 膜際條播播種方式Fig.2 Film mulching sowing method

1.3 測定指標與方法

1.3.1 土壤蓄水量

參考孫敏等[9]測定方法。

1.3.2 生長特性、農(nóng)藝性狀的調(diào)查與測定

參考孫敏等[9]、史曉芳[10]測定方法。

1.3.3 產(chǎn)量及構成的測定

參考孫敏等[9]測量方法。

1.3.4 節(jié)水增產(chǎn)率的測定

節(jié)水增產(chǎn)率參考高艷梅等[11]計算方法。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

在Microsoft Excel 2010中計算、繪圖，使用DPS 7.05軟件分析，使用LSD法進行多重比較，顯著性水平采用a=0.05。

2 結果與分析

2.1 膜際條播和播量對關鍵生育時期0～200 cm土壤蓄水量的影響

膜際條播與常規(guī)條播比較，拔節(jié)期0～200 cm土壤蓄水量顯著提高，且0～100 cm差異較大；開花期0～80 cm土層顯著降低，而80～200 cm提高，且100～120 cm差異達顯著水平(圖3)。低播量較高播量，拔節(jié)期0～60 cm顯著提高，且膜際條播條件下，100～120 cm土層土壤蓄水量也顯著提高；開花期0～140 cm、180～200 cm提高，膜際條播條件下0～160 cm兩者之間差異不明顯。其中，2014-2015年160～200 cm土層土壤蓄水量差異不顯著，但2015-2016年160～200 cm兩者之間差異顯著?？梢?，采用膜際條播有利于提高拔節(jié)期土壤蓄水量，且采用低播量可減少拔節(jié)期土壤耗水，且在2015-2016年膜際條播有利于提高開花期中下層土壤蓄水，采用低播量可減少開花期深層土壤水分消耗。

2.2 膜際條播和播量對群體動態(tài)變化的影響

膜際條播與常規(guī)條播比較，各生育時期群體分蘗顯著提高，冬前分蘗速率提高，春季分蘗速率顯著降低(圖4)。低播量較高播量，冬前最大分蘗數(shù)及冬前分蘗速率顯著降低，拔節(jié)-開花分蘗速率顯著提高。開花期、成熟期群體分蘗數(shù)在膜際條播條件下低播量顯著高于高播量，常規(guī)條播條件下低播量顯著低于高播量?？梢?，采用膜際條播且配套低播量降低后期群體分蘗消亡，最終增加成穗數(shù)。

2.3 膜際條播和播量對成熟期農(nóng)藝形狀的影響

膜際條播與常規(guī)條播比較，株高、穗長、可孕小穗、干物質(zhì)量顯著提高，不孕小穗顯著降低；低播量較高播量比較，膜際條播條件下穗長、可孕小穗及干物質(zhì)量顯著提高，其中，2014-2015年株高差異顯著，2015-2016年處理差異不顯著；常規(guī)條播條件下株高、可孕小穗及干物質(zhì)量顯著降低，穗長和不孕小穗差異不顯著(表2)。可見，膜際條播配套90 kg·hm-2，常規(guī)條播配套105 kg·hm-2均有利于穗部充實，干物質(zhì)積累，且膜際條播效果較好。

圖3 旱地冬小麥膜際條播和播量對拔節(jié)期、開花期0～200 cm各土層土壤蓄水量的影響Fig.3 Effects of film mulching sowing and sowing amount on soil water storage in different soil layers (0～200 cm) in arid land of winter wheat

SS-WS：10月6日-12月5日；WS-JS：12月6日-4月2日；JS-AS：4月3日-5月3日；AS-MS：5月4日-6月10日。SS-WS (Sowing stage to pre-wintering stage): Oct.6 to Dec.5; WS-JS (Pre-wintering stage to joining stage): Dec.6 to Apr.2; JS-AS(Joining stage to anthesi):Apr.3 to May.3; AS-MS (Anthesis to mature): May.4 to Jun.10.圖4 旱地冬小麥膜際條播和播量群體分蘗數(shù)變化趨勢與變化速率Fig.4 Trends in tillers and tillers rate of film mulching sowing and sowing amount in arid land of winter wheat

表2 膜際條播和播量對冬小麥成熟期農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effects of film mulching sowing and sowing amount on agronomic characters in maturity period of winter wheat

注：不同字母表示不同處理差異顯著(P<0.05)。下同。

Note：Different letters meant significant difference among treatments at 0.05 level.The same below.

2.4 膜際條播和播量對產(chǎn)量及水分利用效率的影響

膜際條播與常規(guī)條播比較，穗數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率顯著提高。2014-2015年度提高穗數(shù)達4%～12%、產(chǎn)量達11%～21%、水分利用效率達8%。2015-2016年度提高穗數(shù)達8%～27%、產(chǎn)量達19%～41%、水分利用效率達20%～47%，千粒重降低但不顯著(表3)。膜際條播條件下，2014-2015年度，低播量較高播量，穗、穗粒數(shù)、產(chǎn)量和水分利用效率均顯著提高，分別達4%、4%、5%、14%，千粒重顯著提高4%；2015-2016年度低播量與高播量比較，穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量和水分利用效率均顯著提高，分別達10%、17%、7%、14%，千粒重提高，但不顯著。常規(guī)條播條件下，兩年度低播量與高播量比較，穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率均顯著降低。可見，與常規(guī)條播比較，膜際條播主要通過提高穗數(shù)來實現(xiàn)增產(chǎn)與增效，且在膜際條播條件下90 kg·hm-2通過調(diào)節(jié)穗粒數(shù)來實現(xiàn)增產(chǎn)。在2015-2016(干旱年份)年膜際條播更有利于深層土壤水分，達到增產(chǎn)的目的。

表3 旱地冬小麥膜際條播和播量對產(chǎn)量及其構成的影響Table 3 Effects of film mulching sowing and sowing amount on winter wheat yield and its components in arid land

2.5 膜際條播節(jié)水增產(chǎn)效果

膜際條播較常規(guī)條播可實現(xiàn)節(jié)水、增產(chǎn)，且兩年度試驗差異明顯，膜際條播且配套低播量節(jié)水、增產(chǎn)效果顯著(表4)：2014-2015年度膜際條播條件下配套90 kg·hm-2單位糧食生產(chǎn)的節(jié)水量提高18%，消耗1 mm土壤水分增產(chǎn)量提高18%；2015-2016年度膜際條播條件下配套90 kg·hm-2單位糧食生產(chǎn)的節(jié)水量提高36%，消耗1 mm土壤水分增產(chǎn)量提高36%。

表4 2014-2016年度不同處理間的節(jié)水增產(chǎn)效果Table 4 Effects of water-saving and yield promotion in different treatment in 2014-2016 year

3 討論與結論

3.1 膜際條播的蓄水增產(chǎn)效果

旱地冬小麥產(chǎn)量提升的關鍵因素是對水分的積蓄與利用，覆蓋播種是提高土壤蓄水能力與改善深層土壤含水量的重要措施。李儒等[12]研究表明，起壟溝播有效儲存自然降水，減少地面無效蒸發(fā)，提升表層土壤水分，延長作物利用時間，有利于作物生長發(fā)育。李吾強等[13]研究表明，起壟覆膜溝播保墑效果明顯，在冬小麥拔節(jié)期0～50 cm土層土壤水分較傳統(tǒng)平作高6.1 mm。張勉等[14]研究表明，膜際條播蓄水效果明顯，并且可以促進冬小麥根系對深層土壤水分的吸收利用。本試驗分析兩年度2 m以內(nèi)的土壤水分變化，采用膜際條播較常規(guī)條播有效提高拔節(jié)期0～100 cm土層土壤水均為6.2 mm，提高2 m內(nèi)土壤蓄水量達50～56 mm，有利于兩級分化，形成壯蘗；開花期140～200 cm土層蓄水量提高5～7 mm?？梢?，膜際條播顯著增加2 m內(nèi)土壤蓄水量，蓄水保墑效果明顯，且在干旱年份有利于積蓄深層土壤水分供給生育后期作物生長。這與本團隊2009-2011年起進行旱地冬小麥蓄水保墑技術的研究相比結果較為一致[15]。

趙曉東等[16]在山西洪洞2014-2015年(生育期降雨量為95.9 mm)的研究表明，壟膜溝播可加快深層土壤水分(100～200 cm)向上層土壤轉移，導致深層土壤含水量下降，影響產(chǎn)量的提升。何剛等[17]在陜西省長武縣的研究表明，豐水年(降雨量>671 mm)壟覆溝播保水增產(chǎn)效果不顯著，平水年(降雨量492～671 mm)增產(chǎn)13%～43%，欠水年(降雨量<492 mm)減產(chǎn)16%。在山西聞喜試驗地兩年度全年降雨量為386.8 mm(生育期降雨為292.1 mm)，516.7 mm(生育期降雨為151.1 mm)，與常年降水量相比較2014-2015年為常年，2015-2016年為干旱年份。膜際條播較常規(guī)條播，分別提高穗數(shù)4%～12%、8%～27%，產(chǎn)量達19%～41%、11%～21%，水分利用效率達8%、20%～47%，干旱年份增產(chǎn)效果顯著。分析可能是由于2015-2016年本研究區(qū)域年度休閑期降雨量達94.7 mm，采用地膜覆蓋播種是在底墑充足的情況下進行，增產(chǎn)效果明顯。可見，在極端干旱年型，地膜覆蓋播種在一定程度加劇干旱導致減產(chǎn)，在底墑不足的情況下覆蓋播種也會出現(xiàn)無水可保的情況而加劇干旱。因此，以運城聞喜、垣曲、夏縣等旱地麥田采用膜際條播較常規(guī)地膜覆蓋具有更好的保墑增產(chǎn)作用，尤其在干旱年份其增產(chǎn)效果更加明顯。

3.2 播量的調(diào)節(jié)效應

播量是影響小麥群體性狀和產(chǎn)量形成的重要因素，適宜的播量有利于緩解個體與群體的矛盾、構建合理群體結構、最終提高產(chǎn)量[18]。柴守璽等[19]對西北綠洲旱地小麥的研究表明，播種密度225～450 kg·hm-2范圍內(nèi)，以播量為337.5 kg·hm-2時單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量和水分利用效率最高，播量過高或過低都會影響小麥的穗分化及群體構建，影響產(chǎn)量。海江波等[20]在陜西岐山縣的研究表明，旱地小麥播量0～105 kg·hm-2范圍內(nèi)，增加播量，穗粒數(shù)、結實小穗率隨著播量的增加，播量高于105 kg·hm-2，穗粒數(shù)下降。劉俊梅等[21]在渭北旱塬對不同播種方式適宜播量的研究表明，覆蓋播種顯著提高了播種到拔節(jié)初期土壤貯水量，但拔節(jié)后期至成熟期與常規(guī)處理的土壤貯水量之間差異不顯著。覆蓋播種條件下播量為150 kg·hm-2穗粒數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率最高，常規(guī)播種條件下播量為187.5 kg·hm-2，干物質(zhì)量、穗粒數(shù)、產(chǎn)量、水分利用效率最高?？梢?，由于播種方式引起了土壤水分的差異，需要調(diào)整播量以達到高產(chǎn)的目的。本試驗條件下，膜際條播提高了生育前期土壤蓄水量，顯著提高了冬前群體分蘗數(shù)，提高分蘗速率，雖增加花前上層土壤水分消耗，但于提高開花期中下層土壤蓄水，供給后期作物生長，且播量為90 kg·hm-2時較105 kg·hm-2更有利于形成合理群體，實現(xiàn)增產(chǎn)。