不同耕种模式对小麦群体光合和氮肥利用的影响

黄杰，禚其翠，司纪升，张立顺，靳华磊，李华伟

（1.山东省农业机械试验鉴定站，山东 济南 250100；2.山东省农业科学院作物研究所，山东 济南 250100；3.济南永丰种业有限公司，山东 济南 250306；4.山东交通学院，山东 济南 250357）

目前“秸秆还田→肥料撒施→深翻→旋耕→播种”是山东省小麦播种主要作业流程。而这种耕种方式存在一些问题，如：连年翻耕容易造成土壤团聚体结构质量下降，耕层土壤营养流失，继而影响其蓄水保肥能力；多次机械作业，致使犁底层变厚上移、阻碍根系下扎，小麦抗逆稳产能力下降，同时也增加作业成本［1-3］；基肥大量撒施，造成土壤酸化、肥料利用效率低［4-6］。

保护性耕作可通过少耕或免耕，减少农田土壤侵蚀，保护农田生态环境，提高生态和经济效益［7，8］。但由于前茬玉米秸秆还田量大、还田质量差，导致少免耕播种质量差，常出现田间缺苗断垄、疙瘩苗等现象。目前山东省少免耕耕种只占小麦面积的20%［1］。大力推广少免耕为核心的栽培技术有利于农业生态环境保护和农业生产比较效益的提高［9，10］。为此，我们已集成适用于山东地区以“耕层优化双行匀播”为核心的保护性耕作栽培技术［11］，并与山东省农机总站联合郓城工力有限公司研制出“2BMZS-12-6振动深松免耕施肥播种机”，实现了农机农艺融合。该技术可一次性完成苗带旋耕、振动深松、肥料分层深施、等深匀播和播后镇压等多个技术环节。为此，本研究在济南、淄博设置小麦振动深松免耕施肥播种（使用2BMZS-12-6振动深松免耕施肥播种机）、深翻播种、旋耕播种3个单环节对比试验，研究不同耕种模式对土壤理化性状、小麦光合生产、氮肥利用效率和产量效益的影响，以期为解决山东省小麦播种作业环节多、肥料利用率低等问题并实现增产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验设计与田间管理

试验于2018—2019年小麦生长季在山东省农业科学院试验示范基地（济南）和淄博市农业科学院试验站（淄博桓台）进行。小麦品种为齐麦1号，每公顷基本苗为225万株。

试验设置三种耕种模式，分别为：①旋耕后播种（RT），即前茬玉米秸秆全量粉碎还田→人工撒施基肥→1GQN-200旋耕机旋耕两遍（深度约13 cm）→拖拉机耙地两遍→人工筑埂打畦→机播等行距种植（行距20 cm）；②深耕后播种（DT），即前茬玉米秸秆全部粉碎还田→人工撒施基肥→1LF-440液压翻转犁耕翻（深度约25 cm）→1GQN-200旋耕机旋耕两遍（深度13 cm）→拖拉机耙地两遍→人工筑埂打畦→机播等行距种植（行距20 cm）；③振动深松免耕施肥播种（MT），即前茬玉米秸秆全部粉碎还田→2BMZS-12-6型振动深松免耕施肥播种机直接播种：一次性完成苗带旋耕、振动深松打破犁底层（25～30 cm）、基肥5∶5比例分层深施（10～13 cm和17～20 cm）和大小行播种（大行距25 cm，小行距17 cm）。

随机区组设计，重复3次。小区面积：50 m×6 m。

试验于10月10日播种。RT、DT处理播前基施复合肥750 kg／hm2（N∶P∶K＝8∶8∶8），拔节期追施尿素200 kg／hm2。其它管理措施同高产大田。

1.2 样品采集与测定

于小麦开花后15 d，用环刀法通过5点取样按每20 cm一个层次取0～100 cm土样，测定土壤容重和水分。

成熟期每小区取有代表性的2 m×2行计算公顷穗数，每小区收获4 m2用于生物产量和籽粒产量测定。随机取30穗计算穗粒数，并分成籽粒和其余部分，烘干至恒重，用于氮素含量测定。

群体光合速率（canopy apparent photosynthetic rate，CAP）于开花后15 d参照文献［12］的方法测定。

群体透光性（light transmission，LT）使用ACCUPAR 80冠层辐射仪（美国）直接测定叶面积指数和群体透光性。

全氮含量测定采用半微量凯氏定氮法（上海植物生理学会，1999）。

氮肥偏生产效率（kg／kg）＝籽粒产量／氮肥施用量 ；

氮素收获率（%）＝籽粒氮素积累量／成熟期群体氮素积累总量 。

1.3 数据处理

用SPSS 16.0软件进行数据统计分析，并用SigmaPlot 10.0作图。

2 结果与分析

2.1 不同耕种模式对小麦群体透光性和群体光合速率的影响

由图1可以看出，小麦群体光合速率受耕种模式影响显著，总体表现为MT处理大于DT和RT处理。济南试点，处理间差异显著，群体光合速率MT模式较RT、DT模式高3.3%、7.9%；淄博试点，群体光合速率MT和DT处理显著高于RT，但DT和MT处理间无显著差异。

MT处理改善光在群体内的分布，群体透光率在距离地表40 cm以上部位都显著高于DT和RT处理，而在0～40 cm距离与RT、DT无显著差异。两试点表现出一致趋势（图2）。

2.2 不同耕种模式对麦田土壤容重的影响

由图3看出，0～20 cm和80～100 cm土层土壤容重在不同耕种模式下无显著差异；20～40 cm土层，RT处理的土壤容重大于MT、DT处理，济南试点MT处理的土壤容重与DT间无显著差异，但淄博试点显著大于DT处理；40～60 cm土层，DT处理的土壤容重迅速增加，济南试点显著大于RT，淄博试点与RT无显著差异，但DT和RT处理都显著大于MT；60～80 cm土层，土壤容重表现为DT处理大于RT大于MT，处理间差异显著，两试点表现一致。

2.3 不同耕种模式对氮肥利用效率的影响

由表1可知，相同施氮量前提下，不同耕作模式的小麦群体氮素积累量、籽粒氮素积累量、氮素收获率和氮肥偏生产效率存在明显差异。淄博试点，MT处理成熟期群体氮素积累量显著大于DT、RT，处理间差异显著；济南试点，MT处理成熟期群体氮素积累量与DT间无显著差异，但显著大于RT处理。两试点小麦籽粒氮素积累量、氮素收获率、氮肥偏生产效率都表现为MT＞DT＞RT，处理间差异显著。

表1 不同耕种模式对氮肥利用效率的影响

2.4 不同耕种模式对小麦产量的影响

由表2可以看出，2018—2019年度济南、淄博两试点MT处理小麦产量较RT、DT分别增产7.4%、1.4%和4.4%、2.7%。耕种方式对小麦千粒重无显著影响，但和RT、DT处理相比，MT处理增加小麦公顷穗数和穗粒数，从而增产。

表2 不同耕种模式对产量及其构成因素的影响

3 讨论与结论

山东省是小麦生产大省，常年播种面积稳定在333.3×104hm2以上，小麦总产量占全省粮食产量的48.8%。2003年以来，山东省小麦种植面积、单产、总产均呈增长趋势。至2019年山东省小麦最高单产记录达12 600 kg／hm2，平均单产突破6 150 kg／hm2。但目前存在的小麦播种量过大、氮素化肥用量偏多、频繁机械作业等问题，限制着小麦产量继续提高，使生产成本居高不下，比较效益也难以提升。而推广普及科学合理肥水管理和少免耕栽培为核心的轻简化小麦生产技术是提高小麦生产比较效益的有效途径［9，13，14］。

麦苗群体质量决定着小麦生育后期的群体质量，可以说播种质量决定着小麦的丰歉［15，16］。目前最常用的小麦耕种方式是深耕后旋耕再耙压播种模式，该模式虽能保证播种质量，但这一程序至少进行4次机械作业，易破坏土壤结构，造成土壤水蚀和风蚀，从而破坏土壤微生态环境、降低土壤保肥保水力［1］；同时，多次机械作业也提高生产成本，生产比较效益不高。旋耕后直接播种也是目前小麦耕种常采取的方式之一，但常年旋耕会在土壤15～30 cm土层形成坚实的犁底层，导致土壤耕层变浅、肥力变弱［17］。和传统的深耕播种和旋耕播种相比，28MZS-12-6型固定道式振动深松施肥免耕播种机可一次性实现苗带旋耕、振动深松、肥料分层施用、等深匀播和播后镇压等多道程序，作业流程减少，作业效率提高。本研究中，旋耕播种麦田20～40 cm土层土壤容重显著提高，形成犁底层，而深翻播种后40～60 cm土层土壤容重也显著高于MT处理，而通过振动深松，麦田20～60 cm土层土壤容重降低，打破犁底层的存在；苗带旋耕和振动深松相结合，能创造良好苗床，有利于苗匀苗齐，有利于公顷穗数的提高；和传统深耕和旋耕后等宽播种（DT和RT处理）相比，28MZS-12-6型固定道式振动深松施肥免耕播种机设置有宽窄行播距，能改善群体透光性，提高群体光资源利用和光合能力，实现增产。

过度依赖氮肥是我国粮食生产中普遍而突出的现象［18-20］。我国以全球10%耕地面积消耗全球27%氮肥量。氮肥的大量施用使我国氮肥偏生产力从20世纪60年代的151 kg／kg持续降到2005年的9 kg／kg。基肥撒施是目前氮肥施用的主要方式，不符合小麦生长发育对氮素吸收利用的规律，造成氮肥利用效率降低。肥料分层深施，优化了肥料在土壤中的分布；振动深松播种显著提高小麦的氮肥偏生产效率、籽粒氮素积累量和氮素收获率。

综上所述，与传统耕种方式相比，28MZS-12-6型振动深松施肥免耕播种机可提高作业效率、降低作业成本，打破犁底层、提高土壤保水能力，优化苗床质量、增加群体成穗数，改善群体透光性、提高群体光合同化能力，最终实现增产。