長期秸稈全量還田對砂姜黑土區(qū)冬小麥幼苗生長質(zhì)量的影響

蔡洪梅，吳 宇，于 敏，許 波，代雯慈，王捧娜，任 驛，張夢祥，李金才，2，陳 翔

(1.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，農(nóng)業(yè)部華東地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測站,安徽合肥 230036;2.江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京 210095)

秸稈還田具有改善土壤理化性狀、提高土壤微生物活性、促進氮肥利用及增加作物產(chǎn)量等優(yōu)點，是農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中提高土壤肥力和維持作物生產(chǎn)力的有效措施。長期秸稈還田對提高耕作層土壤碳、氮含量具有積極效應(yīng)，其中秸稈還田與化肥配施相較于單施化肥對保障小麥產(chǎn)量和維持土壤肥力效果最佳。在華北平原北部沙質(zhì)土壤區(qū)，秸稈還田可顯著提升麥-玉周年產(chǎn)量，平均增產(chǎn)16.5%和13.2%，且低產(chǎn)季的增產(chǎn)效果比高產(chǎn)季更顯著，表明秸稈還田不僅能提高作物產(chǎn)量，而且在不利條件下能維持作物生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

冬前壯苗是構(gòu)建小麥豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效的基礎(chǔ)，出苗率、出苗均勻度和整齊度是影響小麥群體生長的重要因素。冬前壯苗群體有利于小麥抗寒越冬、抗旱保苗、壯稈大穗以及預(yù)防生育后期葉片早衰，為小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)打下堅實的基礎(chǔ)。但在實際生產(chǎn)中，秸稈還田給小麥出苗及幼苗質(zhì)量帶來的負(fù)面效應(yīng)不可忽視，如秸稈阻礙影響種子萌發(fā)、出苗率及出苗整齊度等。研究表明，在秸稈全量還田第1年，秸稈還田處理的小麥出苗率僅為46.64%～51.30%。此外，秸稈還田還會對地溫產(chǎn)生負(fù)效應(yīng)，不利于小麥冬前壯苗群體的形成，最終影響小麥的產(chǎn)量和品質(zhì)。

淮北平原砂姜黑土區(qū)是安徽小麥產(chǎn)量提升的重要潛力區(qū)，但砂姜黑土黏粒含量高、易旱易澇、適耕性差等不良屬性嚴(yán)重制約了小麥生產(chǎn)的高質(zhì)量發(fā)展。目前，有關(guān)秸稈還田模式、還田量以及秸稈還田后對小麥生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)的研究已有諸多報道。但關(guān)于安徽淮北砂姜黑土區(qū)長期秸稈全量還田對冬小麥幼苗質(zhì)量的影響卻鮮有報道。本研究基于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華東地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測站12年的秸稈全量還田定位試驗，探究不同季秸稈全量還田對小麥幼苗質(zhì)量的影響，以期為淮北平原砂姜黑土區(qū)秸稈肥料化高效利用和小麥高質(zhì)高效發(fā)展提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

長期定位試驗位于安徽省亳州市蒙城縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村部華東地區(qū)作物栽培科學(xué)觀測站(33°9′44′N，116°32′56′E)，2020年是定位試驗開始的第12年。供試土壤類型為砂姜黑土。0～20 cm土層中全氮含量0.99 g·kg，堿解氮含量80.20 mg·kg，速效磷含量15.40 mg·kg，速效鉀含量100.30 mg·kg，有機質(zhì)含量12.46 g·kg。

1.2 試驗設(shè)計

本研究數(shù)據(jù)為2020-2021年試驗結(jié)果。試驗實行小麥-玉米周年輪作，秸稈還田方式為小麥秸稈全量粉碎覆蓋還田和玉米秸稈全量粉碎翻埋還田，秸稈長度≤10 cm。試驗設(shè)4個處理：①秸稈全年不還田(CK)；②玉米單季秸稈全量粉碎翻埋還田(T1)；③小麥-玉米秸稈周年全量粉碎還田(T2)；④小麥單季秸稈全量粉碎覆蓋還田(T3)。秸稈還田處理中，小麥季小麥?zhǔn)斋@后秸稈全量粉碎覆蓋還田，玉米季玉米收獲后秸稈全量粉碎翻埋還田；秸稈不還田處理中作物收獲后將秸稈運出試驗地。小區(qū)面積43.2 m(8.0 m× 5.4 m)，三次重復(fù)，播種量187.5 kg·hm，行距20 cm。供試小麥為當(dāng)?shù)刂髟云贩N煙農(nóng)19，播種期為2020年10月14日，收獲期為2021年5月31日。肥料使用農(nóng)用硫酸鉀復(fù)合肥(N∶ PO∶KO=15∶15∶15，總養(yǎng)分>45%)和尿素(N≥46%，顆粒范圍2.00～4.75 mm)?；视昧繛榧僋 240 kg·hm、PO90 kg·hm和KO 90 kg·hm，其中氮肥基施55%，于小麥拔節(jié)期追施45%，磷鉀肥全部基施。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 出苗速率和出苗率調(diào)查

從小麥播種后第6天開始，每處理選擇3個大小為1 m樣方，每日14：00定時調(diào)查出苗情況。播后20 d，調(diào)查1 m行出苗數(shù)量，重復(fù)3次，根據(jù)播種量和千粒重計算出苗率。出苗速率=1/出苗達到穩(wěn)定天數(shù);出苗率=出苗數(shù)/播種粒數(shù)×100%。

1.3.2 地上部形態(tài)性狀調(diào)查

于小麥三葉期(2020年11月5日)、六葉期(2020年12月2日)在每小區(qū)連續(xù)取樣統(tǒng)計分蘗數(shù)并測定苗高、單株葉面積，計算葉面積指數(shù)。將植株按器官分好放入105 ℃恒溫鼓風(fēng)干燥箱(DHG-240L，合肥右科儀器設(shè)備有限公司)殺青30 min，65 ℃烘干至恒重后稱重。通過葉面積和干物質(zhì)重計算群體生長率和光合勢。

群體生長率=(第2次測定群體干重-第1次測定群體干重)/間隔天數(shù)；

光合勢=[(第1次測定葉面積指數(shù)+第2次測定的葉面積指數(shù))/2]×間隔天數(shù)。

1.3.3 根系形態(tài)性狀及活力測定

于小麥三葉期、六葉期使用根系形態(tài)掃描儀(LA2400，EPSON)進行根系掃描，測定根系形態(tài)性狀。六葉期使用TTC法測定小麥根系活力。

1.3.4 SPAD值測定

使用葉綠素測定儀(SPAD-502Plus，浙江托普云農(nóng)科技股份有限公司)于小麥三葉期、六葉期測定葉片SPAD值。

1.4 數(shù)據(jù)分析

使用Microsoft Excel軟件處理數(shù)據(jù)，SPSS 26.0進行方差分析，采用Duncan氏新復(fù)極差法進行0.05水平差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 長期秸稈全量還田對冬小麥出苗速率和出苗率的影響

長期秸稈全量還田影響小麥出苗速率，其中單季秸稈還田處理(T1和T3)的出苗速率與CK差異不顯著(表1)。T2處理的出苗速率顯著低于CK、T1和T3處理。長期秸稈全量還田對小麥出苗率影響較小，不同處理間差異不顯著。這說明秸稈還田主要影響小麥出苗的快慢，尤其是周年秸稈全量還田。

2.2 長期秸稈全量還田對冬小麥苗質(zhì)的影響

長期秸稈全量還田對小麥三葉期苗高、葉面積、LAI影響較小，處理間差異不顯著(表2)。長期秸稈還田顯著影響三葉期小麥葉片SPAD值，其中單季還田處理的SPAD值與CK差異不顯著。T2處理的SPAD值顯著低于CK、T1和T3處理。

長期秸稈全量還田對六葉期小麥苗高、葉面積、LAI、SPAD值及光合勢均有顯著影響。與CK相比，長期秸稈全量還田處理(T1、T2和T3)的苗高分別增加了2.80%、15.06%和15.31%，葉面積分別增加了4.46%、26.89%和37.61%；T2、T3處理的SPAD值分別提高了8.94%、 5.74%，T1處理與CK差異不顯著；冬小麥光合勢表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK，其中T3處理較CK增加了22.11%。這表明長期秸稈全量還田可通過提高幼苗光合能力，促進小麥植株生長， 有助于彌補秸稈還田對小麥出苗帶來的不利 影響。

表1 長期秸稈全量還田下冬小麥的出苗速率和出苗率Table 1 Emergence rate and seedling rate of winter wheat under long-term straw returning to the field

表2 長期秸稈全量還田下冬小麥的苗質(zhì)Table 2 Seedling quality of winter wheat under long-term straw returning to the field

2.3 長期秸稈全量還田對小麥分蘗數(shù)量的影響

長期秸稈全量還田顯著影響六葉期小麥單株分蘗數(shù)(圖1)，T3、T2和T1處理的單株分蘗數(shù)較CK分別增加了15.27%、42.55%和69.82%，其中T3和T2處理變化顯著?？梢?，長期秸稈全量還田能促進冬前小麥分蘗的發(fā)生，其中小麥單季秸稈全量覆蓋還田處理效果最好。

圖柱上不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。圖2同。

2.4 長期秸稈全量還田對冬小麥干物質(zhì)積累的 影響

長期秸稈全量還田對三葉期小麥地上部和根系的干物質(zhì)積累量影響不顯著，但顯著影響六葉期地上部和根系干物質(zhì)積累量(圖2a和圖2b)，其中T3處理的六葉期地上部和根系干物質(zhì)積累量均最高，較CK分別增加了31.58%和 50.00%。長期秸稈全量還田對小麥三葉期根冠比的影響與六葉期不同(圖2c)，三葉期的秸稈還田處理均顯著低于CK，而六葉期均高于CK，且T3、T2、T1處理根冠比分別增加了28.57%、 25.00%、11.76%。由圖2d可見，小麥群體生長率表現(xiàn)為T3>T2>T1>CK， T3、T2、T1處理較CK分別提高了35.29%、15.38%、8.33%，其中T3處理與CK差異顯著。這表明長期秸稈全量還田可促進小麥三葉期至六葉期的干物質(zhì)積累和群體生長率，有利于冬前形成壯苗，有助于麥苗安全越冬。

圖2 長期秸稈全量還田對冬小麥干物質(zhì)積累的影響

2.5 長期秸稈全量還田對冬小麥根系生長發(fā)育狀況的影響

長期秸稈全量還田顯著影響小麥三葉期、六葉期根系生長發(fā)育狀況(表3)。與CK相比，T3、T2和T1 處理的小麥三葉期根表面積分別提高了50.94%、29.16%和29.06%，其中T3處理與其他處理差異均顯著；秸稈還田處理在六葉期與CK差異均不顯著，但T1和T2處理顯著低于T3處理，T3 處理根表面積僅比CK增加了8.91%。根平均直徑在三葉期表現(xiàn)為T3>CK>T2>T1，而六葉期表現(xiàn)為T3> T1> CK > T2，T3 處理較CK分別提高了8.11%和34.72%。T2處理的根系活力顯著低于秸稈不還田處理，T1、T3處理的根系活力與CK差異不顯著。由此可見，小麥秸稈全量還田對越冬前小麥根系生長發(fā)育有一定的促進作用。

表3 長期秸稈全量還田對冬小麥根系性狀的影響Table 3 Effects of long-term straw returning to the field on the root system of winter wheat

3 討 論

3.1 長期秸稈全量還田對冬小麥出苗的影響

一播全苗是小麥形成壯苗群體，構(gòu)建豐產(chǎn)高效群體的關(guān)鍵所在。在實際生產(chǎn)中，整地質(zhì)量、秸稈還田質(zhì)量和播種質(zhì)量的高低是影響小麥種子萌發(fā)出苗的關(guān)鍵因素。秸稈還田質(zhì)量不高會嚴(yán)重影響小麥出苗，導(dǎo)致出苗速度慢、麥苗整齊度低、幼苗不齊不壯，無法在越冬期前形成壯苗群體和安全越冬，進而影響小麥產(chǎn)量。研究表明，秸稈還田會降低小麥出苗率，但這種變化會隨著秸稈還田年數(shù)的增加而有所減弱，說明秸稈還田年數(shù)的增加可以在一定程度上改善出苗情況。本研究也表明，砂姜黑土區(qū)長期秸稈全量還田條件下，當(dāng)季秸稈全量還田對小麥出苗的負(fù)面影響有所緩解，且與定位試驗開展的第1年相比，小麥出苗率提高了40.00%左右。在定位試驗開始第1年，小麥-玉米周年秸稈還田處理出苗率高于單季秸稈還田處理，影響小麥出苗的主要因素中水分不足的影響力大于播種過深和秸稈阻礙。而秸稈全量還田12年后，單季秸稈還田處理的出苗率與周年秸稈還田相比差異不顯著，這可能是因為在長期秸稈全量還田條件下，降低土壤容重，提高了土壤的孔隙度和蓄水保墑的能力，改善了土壤理化性質(zhì)，這為小麥快速出苗、提高出苗速率及出苗率創(chuàng)造了有利條件。秸稈還田質(zhì)量、整地質(zhì)量和播種質(zhì)量是保證壯苗培育的基礎(chǔ)。因此，在實際生產(chǎn)當(dāng)中應(yīng)不斷改進秸稈還田機器和整地播種機器提高秸稈還田質(zhì)量、整地質(zhì)量和播種質(zhì)量，為秸稈還田條件下提高小麥出苗速率和出苗率創(chuàng)造條件，進而為壯苗培育打下堅實的基礎(chǔ)。

3.2 長期秸稈全量還田對冬小麥苗質(zhì)的影響

小麥苗質(zhì)是影響小麥越冬前形成壯苗，安全越冬，達到高產(chǎn)豐產(chǎn)的關(guān)鍵因素。秸稈粉碎質(zhì)量差和土壤耕翻深度不夠均會使得秸稈與土壤無法均勻混合，造成麥苗吸水不足，導(dǎo)致缺苗或出現(xiàn)麥苗瘦弱、黃化的現(xiàn)象。本研究表明，長期秸稈全量還田能提高六葉期小麥的苗高、分蘗數(shù)、葉面積、群體光合勢、SPAD值，地上部、地下部干物重及群體生長速率，促進小麥幼苗個體與群體的協(xié)調(diào)發(fā)展。同時，秸稈全量還田降低了小麥六葉期根冠比，這可能是因為長期秸稈還田改善了土壤的物理性狀，使土壤養(yǎng)分有效性增加，促進了小麥苗期分蘗的早發(fā)快生及小麥根系生長發(fā)育。隨著小麥分蘗的發(fā)生，光合葉面積增加，光合生產(chǎn)能力增強，最終提高干物質(zhì)積累量。這為小麥在冬前形成壯苗群體奠定基礎(chǔ)，保證小麥能夠順利越冬，對小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)具有重要作用。

4 結(jié) 論

在安徽淮北砂姜黑土區(qū)，長期秸稈全量還田提高了小麥出苗速率，處理間出苗率差異不大。同時，提高小麥幼苗質(zhì)量，促進分蘗早發(fā)快生，增加干物質(zhì)積累量，提高根冠比和群體生長率。小麥苗期分蘗的發(fā)生增加干物質(zhì)積累量，提高群體生長率，同時促進根系生長發(fā)育，有利于在冬前形成壯苗群體，為小麥穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。因此，安徽淮北砂姜黑土區(qū)秸稈長期全量還田能夠協(xié)調(diào)地上與地下部生長發(fā)育，有利于提高冬小麥幼苗質(zhì)量，其中小麥單季秸稈覆蓋全量還田更有利于壯苗的培育，是適合在當(dāng)?shù)剡M行推廣的秸稈還田 方式。