耕作方式與種植密度對土壤物理性狀及春小麥產(chǎn)量性狀的影響

廉博，李強，魏曉軍，包妍妍，王紅霞，王麗君

（1.呼倫貝爾市農(nóng)業(yè)技術推廣服務中心，內(nèi)蒙古海拉爾021008；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學院，內(nèi)蒙古呼和浩特010031）

呼倫貝爾市春小麥主產(chǎn)區(qū)地處大興安嶺丘陵旱作區(qū)，為內(nèi)蒙古自治區(qū)春小麥主產(chǎn)區(qū)之一，播種面積占全區(qū)面積的25%左右，總產(chǎn)占全區(qū)春小麥總產(chǎn)的1/3以上，在全區(qū)春小麥生產(chǎn)中占有重要的地位[1]。呼倫貝爾市夏季氣候涼爽，十分適宜灌漿，適合春小麥的生長[2]。但是由于春季干旱、風災頻發(fā)，土壤流失嚴重、肥力下降、種植密度不合理及春小麥單產(chǎn)低等問題，極大地影響該區(qū)域春小麥持續(xù)生產(chǎn)[3-4]。在呼倫貝爾市的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，由于土質(zhì)黏重、整地粗放等原因，春小麥處于中產(chǎn)或中低產(chǎn)水平，增加穗數(shù)仍然是提高產(chǎn)量的重要措施[5-6]。因此，在生產(chǎn)實踐中農(nóng)民習慣于增加播種量，以保證基本苗數(shù)[7]。研究表明，過分增加種植密度，不利于產(chǎn)量增加。邵慶勤等[8]研究發(fā)現(xiàn)，春小麥種植密度由基本苗300萬株/hm2增加到450萬株/hm2時，倒伏率及倒伏程度顯著上升?？梢?，每個春小麥品種都有適宜的種植密度，且種植密度取決于土壤肥力、產(chǎn)量水平、氣候特點、播種早晚等因素[9]。秸稈全量還田免耕是內(nèi)蒙古東部區(qū)一項重大的旱作農(nóng)業(yè)保護性耕作技術[10]，該技術因集雨抑蒸、涵養(yǎng)水源、增溫保墑，能夠有效地改善土壤水熱狀況，減少水土流失，顯著提高作物產(chǎn)量，得到了大面積的推廣[11]。

如何挖掘春小麥的增產(chǎn)潛力，大幅度提高春小麥的單產(chǎn)水平，在合理耕作、科學水肥管理條件下，選擇適宜的種植密度、科學的種植模式，不斷完善種植技術，是進一步提高春小麥單產(chǎn)水平的有效途徑[12]。2019年在呼倫貝爾市牙克石農(nóng)場進行春小麥秸稈全量還田免耕和秸稈不還田翻耕下春小麥種植密度的比較試驗，分析不同種植密度下兩種耕作方式春小麥農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量的差異，初步確定適宜當?shù)卮盒←湻N植的最佳種植密度；2020年在牙克石農(nóng)場進行最佳種植密度下秸稈全量還田免耕耕作方式對土壤物理性狀的影響試驗，分析土壤含水量、土壤容重和產(chǎn)量的差異，初步解析油菜秸稈全量還田免耕種植春小麥增產(chǎn)的原因，為該地區(qū)春小麥保護性耕作提供技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市牙克石農(nóng)場試驗地進行，地處高寒旱作春小麥種植區(qū)，年積溫1 970～2 310℃，年降水量250～340 mm，且氣溫低、晝夜溫差大，春季積雪多、溫度低。耕層0～20 cm有機質(zhì)含量64.6 g/kg、堿解氮含量223.9 mg/kg、有效磷含量19.5 mg/kg、速效鉀含量225 mg/kg，pH值6.7。試驗地前茬作物為油菜，肥力中等以上，土質(zhì)為黑鈣土。

1.2 試驗設計

供試品種為龍麥30號。2019年在呼倫貝爾市牙克石農(nóng)場試驗地進行不同耕作方式種植密度篩選試驗，采用兩種耕作方式：秸稈全量還田免耕（A），秸稈不還田翻耕（B），設置9個種植密度梯度處理：300萬（D1）、375萬（D2）、450萬（D3）、525萬（D4）、600萬（D5）、675萬（D6）、750萬（D7）、825萬（D8）、900萬株/hm2（D9）。采用裂區(qū)設計，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積200 m2，條播，行距15 cm，3次重復。田間管理：種肥施尿素45 kg/hm2，磷酸二銨150 kg/hm2，硫酸鉀45 kg/hm2，3～4葉期追施尿素4.5 kg/hm2，拔節(jié)前地表追施尿素60 kg/hm2，抽穗揚花期結合防病噴施磷酸二氫鉀1 500 g/hm2，其他管理同當?shù)卮筇锷a(chǎn)。2020年測定試驗地最佳種植密度下不同耕作方式的土壤物理性狀（土壤含水量、土壤容重）。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 產(chǎn)量春小麥成熟后，每個處理隨機取3個1 m2（非邊行小區(qū)）測產(chǎn)，并取20株春小麥考種（株高、穗長、結實小穗數(shù)、無效小穗數(shù)、穗粒重、千粒重），并計算籽粒產(chǎn)量。

1.3.2 土壤含水量及容重分別于播前、三葉期、孕穗期、開花期、灌漿期、收獲期采用烘干法測定土壤含水量，環(huán)刀法測定土壤容重，每處理5點取樣。取樣時挖取40 cm深土壤剖面，用修土刀刮平后，分別在0～10、10～20、20～30、30～40 cm土層用環(huán)刀法取土。稱重后，裝入密封袋帶回實驗室，在烘箱內(nèi)80℃烘干，再稱重，計算土壤含水量和土壤容重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2007進行試驗數(shù)據(jù)處理和繪制圖表，選用SPSS 20.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（statistical product and service solutions）進行方差分析和相關分析。

2 結果與分析

2.1 耕作方式與種植密度對春小麥產(chǎn)量性狀的影響

由表1可知，從株高、穗長、結實小穗數(shù)、無效小穗數(shù)、穗數(shù)、穗粒數(shù)及千粒重在耕作方式、種植密度間的方差分析可以看出，產(chǎn)量性狀均表現(xiàn)為耕作方式、種植密度及其互作均達到顯著或極顯著水平（P＜0.05，P＜0.01），其中，在種植密度水平中株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重達到極顯著水平（P＜0.01），耕作方式與種植密度的互作對春小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重達到極顯著水平（P＜0.01），說明春小麥種植密度、耕作方式與種植密度的互作效應對春小麥產(chǎn)量性狀影響顯著。

表1 不同耕作方式與種植密度對春小麥產(chǎn)量性狀的影響

兩種耕作方式對春小麥株高、穗長、結實小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而逐漸降低，呈負相關關系；而無效小穗數(shù)、穗數(shù)隨著種植密度的增加而增大，呈正相關關系。兩種耕作方式春小麥株高與穗長均表現(xiàn)為D1、D2顯著高于其他種植密度（P＜0.05），說明種植密度越大株高和穗長越小。在兩種耕作方式下均表現(xiàn)為D1種植密度下，結實小穗數(shù)達到最大值，分別為16.4萬穗/hm2、16.0萬穗/hm2；B耕作方式下D1顯著高于其他種植密度（P＜0.05）；A耕作方式下D1與D2差異不顯著（P＞0.05），D1顯著高于其他種植密度（P＜0.05），同時D1種植密度時A比B耕作方式增加了0.4萬穗/hm2。不同種植密度處理水平A耕作方式的無效小穗數(shù)比B耕作方式明顯減少，A耕作方式不同種植密度無效小穗數(shù)平均數(shù)為1.4萬穗/hm2，B耕作方式為1.6萬穗/hm2，說明秸稈全量還田免耕較秸稈不還田翻耕可以有效地減少無效小穗數(shù)。春小麥穗數(shù)在各種植密度水平下兩種耕作方式均表現(xiàn)為：各種植密度間差異顯著（P＜0.05），且隨著種植密度的增加而增加，A耕作方式各種植密度的平均穗數(shù)為573.7萬穗/hm2，B耕作方式為565.4萬穗/hm2，說明秸稈全量還田免耕較秸稈不還田翻耕可以有效地提高保苗率，從而增加每公頃的春小麥穗數(shù)。兩種耕作方式下，春小麥穗粒數(shù)均表現(xiàn)為D1、D2顯著高于其他種植密度（P＜0.05），說明種植密度越大穗粒數(shù)越少。兩種耕作方式千粒重均表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而減少，其中A耕作方式D1～D4千粒重均達到38.0 g以上，而B耕作方式僅有D1達到38.0 g；同時，不同種植密度下A耕作方式千粒重均高于B耕作方式，說明秸稈全量還田免耕耕作方式較秸稈不還田翻耕可以有效地提高春小麥千粒重。

2.2 耕作方式與種植密度對春小麥產(chǎn)量的影響

由圖1可知，秸稈全量還田免耕與秸稈不還田翻耕的產(chǎn)量均表現(xiàn)為：隨著種植密度的增加先穩(wěn)步提高而降低的趨勢，均在D6種植密度下產(chǎn)量最高，且A耕作方式下不同種植密度的春小麥產(chǎn)量均高于B耕作方式相應種植密度。A耕作方式D6種植密度下春小麥產(chǎn)量為5 601.3 kg/hm2，B耕作方式D6種植密度下春小麥產(chǎn)量為5 097.2 kg/hm2；同時，兩種耕作方式下，D6與D5種植密度處理間產(chǎn)量差異不顯著（P＞0.05），但D6與其他種植密度處理間差異均顯著（P＜0.05）。D6種植密度下A較B春小麥產(chǎn)量增加了9.9%，說明秸稈全量還田免耕與秸稈不還田翻耕均表現(xiàn)為：春小麥種植密度D6（675萬株/hm2）時產(chǎn)量最高，種植密度D5（600萬株/hm2）產(chǎn)量次之。

圖1 不同種植密度與耕作方式對春小麥產(chǎn)量的影響

從春小麥產(chǎn)量在耕作方式、種植密度及兩者互作效應的方差分析結果可以看出（表2），春小麥產(chǎn)量表現(xiàn)為與耕作方式的影響達到顯著水平（P＜0.05），與種植密度及兩者的互作效應達到極顯著水平（P＜0.01）。

表2 不同耕作方式、種植密度與產(chǎn)量的方差分析結果

2.3 不同耕作方式對土壤含水量的影響

由表3可知，綜合分析兩種耕作方式在春小麥的播前和不同生育期0～40 cm土層土壤含水量變化總體規(guī)律表現(xiàn)為：秸稈全量還田免耕優(yōu)于秸稈不還田翻耕，同時隨著土層深度的加大土壤含水量逐漸增加，不同時期土壤含水量差異較大。播前A耕作方式在0～40 cm土層均顯著高于B耕作方式（P＜0.05），尤其是0～10、10～20 cm土層土壤含水量顯著增加（P＜0.05），分別為19.7%、18.0%；三葉期、孕穗期0～40 cm土層A耕作方式顯著高于B耕作方式（P＜0.05），30～40 cm土層土壤含水量增加最顯著，分別增加4.4%、3.9%；開花期、灌漿期A耕作方式較B耕作方式顯著增加10～40 cm土層土壤含水量（P＜0.05）；收獲期0～40 cm土層A耕作方式顯著高于B耕作方式（P＜0.05）。這說明秸稈全量還田免耕對0～40 cm土層土壤含水量保水和蓄水能力優(yōu)于秸稈不還田翻耕。

表3 不同耕作方式對土壤含水量的影響單位：%

2.4 不同耕作方式對土壤容重的影響

土壤容重是土壤物理性狀因素的重要指標之一，對土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)運、吸收及利用影響顯著。由表4可知，在種植密度為675萬株/hm2下，總體表現(xiàn)為：土壤容重隨著春小麥生育期的遞進逐漸增加，但隨著土層的增加而降低。土壤容重對不同耕作方式的響應均表現(xiàn)為：秸稈全量還田免耕優(yōu)于秸稈不還田翻耕。播前A耕作方式較B耕作方式顯著降低了10～30 cm土層土壤容重（P＜0.05），三葉期A較B顯著降低了10～30 cm土層土壤容重（P＜0.05），孕穗期A較B顯著降低了10～20 cm土層土壤容重（P＜0.05），開花期、灌漿期、收獲期A較B顯著降低了0～40 cm土層土壤容重（P＜0.05）。這說明秸稈全量還田免耕較秸稈不還田翻耕有效地降低了0～40 cm土層的土壤容重，開花期、灌漿期、收獲期效果最佳。

表4 不同耕作方式對土壤容重的影響 單位：g/cm3

2.5 最佳密度下不同耕作方式對產(chǎn)量的影響

最佳密度下不同耕作方式對產(chǎn)量的影響有所不同，由表5可知，A耕作方式的產(chǎn)量比B耕作方式增加433.8 kg/hm2，增產(chǎn)率9.47%，且在最佳密度下A耕作方式較B耕作方式增產(chǎn)效益顯著（P＜0.05）。

表5 不同耕作方式對產(chǎn)量的影響（種植密度675萬株/hm2）

3 結論與討論

目前，秸稈還田和保護性耕作（少耕、免耕）已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一項重要措施，應用廣、效果好，適用于旱作農(nóng)業(yè)的發(fā)展[13]。以秸稈還田、少耕和免耕為具體措施的保護性耕作制度能解決我國土壤侵蝕、水資源短缺及干旱加劇等問題，具有獨特的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

陳麗[14]研究表明，春小麥實際產(chǎn)量以翻耕秸稈全量還田和麥季免耕最大，分別比傳統(tǒng)種植高8.60%、8.57%，秸稈全量還田與少耕半量還田處理下的千粒重顯著低于秸稈不還田翻耕，免耕處理穗粒數(shù)的增加使得產(chǎn)量提高。張明偉等[15]研究認為，種植密度過大，穗粒數(shù)和千粒重下降，對產(chǎn)量的負面影響增大。本試驗結果表明，不同種植密度水平春小麥株高、穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重達到極顯著水平（P＜0.01），耕作方式與種植密度的互作對春小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重達到極顯著水平（P＜0.01），說明耕作方式與種植密度互作效應對春小麥產(chǎn)量性狀影響顯著。兩種耕作方式下，春小麥株高、穗長、結實小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重均表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而逐漸降低，呈負相關關系；而無效小穗數(shù)、穗數(shù)隨著種植密度的增加而提高，呈正相關關系。春小麥產(chǎn)量與耕作方式達到顯著水平（P＜0.05），與種植密度及兩者的互作效應達到極顯著水平（P＜0.01）。隨著種植密度的增加產(chǎn)量穩(wěn)步提高，在D6種植密度下均達到最高產(chǎn)量，之后逐漸下降，同時兩種耕作方式D6與D5春小麥產(chǎn)量差異不顯著，D6與其他種植密度差異顯著（P＜0.05）。種植密度為675萬株/hm2時，A耕作方式春小麥產(chǎn)量為5 601.3 kg/hm2，B耕作方式春小麥產(chǎn)量為5 097.2 kg/hm2，A較B春小麥產(chǎn)量增加了9.9%。這說明秸稈全量還田免耕比秸稈不還田翻耕產(chǎn)量高。

王幸[16]研究表明，免耕播種土壤容重增加，秸稈還田使土壤容重降低；隨著還田年限的增加，秸稈還田對土壤容重的影響可能大于耕作方式的作用，免耕播種能降低土壤表層的溫度、增加土壤濕度，而傳統(tǒng)播種方式土壤溫度略高，易散墑；同時在夏季降雨時秸稈覆蓋可有效防止降雨造成的地表土層緊實、土壤容重增加。本試驗結果表明，兩種耕作方式下春小麥6個種植和生育時期0～40 cm土層含水量變化總體規(guī)律表現(xiàn)為：秸稈全量還田免耕優(yōu)于秸稈不還田翻耕，同時隨著土層深度的加大土壤含水量逐漸增加，不同生育時期土壤含水量差異較大。播前、三葉期、孕穗期、收獲期A耕作方式在0～40 cm土層均顯著高于B耕作方式（P＜0.05），說明秸稈全量還田免耕對0～40 cm土層土壤含水量提升優(yōu)于秸稈不還田翻耕。開花期、灌漿期、收獲期A較B顯著降低了0～40 cm土層土壤容重（P＜0.05），說明秸稈全量還田免耕種植方式較傳統(tǒng)種植方式有效地降低了0～40 cm土層的土壤容重，開花期、灌漿期、收獲期效果最佳。

在本試驗條件下，內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市秸稈全量還田免耕和秸稈不還田翻耕下的最佳種植密度均為675萬株/hm2，600萬株/hm2種植密度效果次之，采用秸稈全量還田免耕較秸稈不還田翻耕能顯著改善0～40 cm土層的土壤含水量和土壤容重，有效改善了土壤物理性狀，春小麥產(chǎn)量提高了433.8 kg/hm2。