樊志龍，趙財，劉暢，于愛忠，殷文，胡發(fā)龍，柴強

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一膜兩年用少耕輪作對水氮減投小麥產(chǎn)量形成的促進效應

樊志龍，趙財，劉暢，于愛忠，殷文，胡發(fā)龍，柴強

（甘肅省干旱生境作物學重點實驗室/甘肅農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，蘭州 730070）

【目的】針對干旱綠洲灌區(qū)覆膜玉米多年連作、水肥管理不合理、種植模式單一造成的資源利用效率低、環(huán)境污染等問題，研究水氮減投條件下一膜兩年用少耕輪作對小麥產(chǎn)量形成的促進效應，為農(nóng)田資源節(jié)約及高效利用生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)提供依據(jù)?！痉椒ā吭诟拭C省河西走廊朱王堡以一膜兩年用少耕輪作（RT）小麥為研究對象，傳統(tǒng)耕作小麥露地條播（CT）為參照，設2個灌水水平，包括傳統(tǒng)灌水量減量20%水平（I1）和傳統(tǒng)灌水水平（I2）；3個施氮水平，包括傳統(tǒng)施氮量減量40%（N1）、傳統(tǒng)施氮量減量20%（N2）、傳統(tǒng)施氮水平（N3），在2016—2017兩年內(nèi)進行田間試驗，以系統(tǒng)分析小麥生長規(guī)律和籽粒產(chǎn)量形成機制?！窘Y(jié)果】小麥各生長和產(chǎn)量指標在試驗年份之間無顯著性差異。耕作方式對小麥生長速率有顯著影響，一膜兩年用少耕輪作小麥分別在拔節(jié)期、孕穗到開花期較傳統(tǒng)耕作小麥露地條播提高8.5%、9.0%；灌水和施氮水平對一膜兩年用少耕輪作小麥生長速率均無顯著性影響。一膜兩年用少耕輪作小麥平均葉面積指數(shù)比傳統(tǒng)耕作小麥露地條播提高了13.9%；而減量灌水降低了小麥葉面積指數(shù)，I1處理較I2處理降低12.2%；施氮水平之間相比較，N1處理小麥葉面積指數(shù)較N2處理降低13.3%，N2處理較N3處理降低9.5%。在減量20%灌水水平下，一膜兩年用少耕輪作小麥籽粒產(chǎn)量比傳統(tǒng)耕作小麥露地條播平均增加9.1%；一膜兩年用少耕輪作條件下，灌水和施氮水平對小麥籽粒產(chǎn)量均無顯著影響；RTI1N2處理在兩年試驗中均獲得最大籽粒產(chǎn)量，分別達到7 168 kg·hm-2、7 537 kg·hm-2。雖然減量灌水和減量施氮均使小麥生物產(chǎn)量有所降低，但收獲指數(shù)在水、氮減投條件下均有提高，I1處理較I2處理小麥收獲指數(shù)平均提高10.7%；減量20%灌水水平下，N1處理與N2處理小麥的收獲指數(shù)分別較N3處理提高了9.2%和7.1%。在減量20%灌水水平下，一膜兩年用少耕輪作小麥花后光合產(chǎn)物向籽粒的輸入量較傳統(tǒng)耕作小麥露地條播提高了26.2%，對籽粒的貢獻率提高4.9%；N2處理與N3處理小麥光合產(chǎn)物輸入量之間差異不顯著。由產(chǎn)量構(gòu)成因素和通徑分析表明，穗數(shù)和穗粒數(shù)相對穩(wěn)定時，通過合理水、氮配施保持一定水平葉面積指數(shù)，促進光合產(chǎn)物的累積及其向籽粒的輸入從而增加粒重是增產(chǎn)的主要途徑?！窘Y(jié)論】在傳統(tǒng)灌水減量20%（190 mm）、傳統(tǒng)施氮減量20%（180 kg N·hm-2）條件下，一膜兩年用少耕輪作仍能獲得高產(chǎn)，該試驗中RTI1N2處理可作為干旱綠洲灌區(qū)節(jié)水、節(jié)氮、地膜減投的資源節(jié)約高效型生產(chǎn)模式的參考。

春小麥一膜兩年用；輪作；光合產(chǎn)物運轉(zhuǎn)；產(chǎn)量構(gòu)成；水氮減投

0 引言

【研究意義】地膜覆蓋技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應用已十分成熟[1]。尤其在水資源匱乏的干旱半干旱地區(qū)，地膜覆蓋技術(shù)具有顯著的保溫保墑效果，在小麥、玉米、油菜、馬鈴薯等作物中發(fā)揮了增產(chǎn)和提高水分利用效率的重要作用[2-5]。但是地膜的常年應用加之單一作物多年連作造成的土壤質(zhì)量下降、白色污染等環(huán)境問題不容忽視。研究表明，地膜殘留量過大會直接影響土壤環(huán)境，增加土壤容重、降低土壤水分運移速度，也會影響到作物對土壤水分和養(yǎng)分的吸收，最終造成減產(chǎn)[6-7]。雖然前人對可降解地膜替代普通地膜的應用效果做了許多研究，但由于技術(shù)、價格、認識等問題，目前很難在生產(chǎn)實踐中廣泛應用[8]。一膜兩年用生產(chǎn)技術(shù)逐漸受到研究者關(guān)注，已應用于小麥、玉米、胡麻、向日葵等作物生產(chǎn)[9-12]。舊膜再利用仍然具有一定的增溫保墑效果，其穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)和提高水分利用效率、減少地膜殘留污染的作用已得到驗證[13]。河西綠洲灌區(qū)氣候干燥，降雨稀少，潛在蒸發(fā)大。在追求高產(chǎn)的驅(qū)動下，水肥管理及利用水平低，水資源短缺及土地質(zhì)量下降的問題日益突顯。雖然新膜覆蓋具有更好的增溫保墑作用，但增加了生產(chǎn)成本和白色污染，另外后期較高的地溫不利于喜涼作物小麥的生長，6月下旬至7月上旬容易受到干熱風災害。明確一膜兩年用少耕輪作小麥在水氮減量條件下的生長特征及產(chǎn)量形成機制，進一步挖掘一膜兩年用技術(shù)在水、氮減投條件下的生產(chǎn)潛力，將為廣大水資源缺乏地區(qū)資源節(jié)約高效農(nóng)田生產(chǎn)技術(shù)的研發(fā)產(chǎn)生推動作用?！厩叭搜芯窟M展】合理群體結(jié)構(gòu)是小麥獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎，其主要特征是具有較強的光合能力、良好物質(zhì)累積性能和較高的轉(zhuǎn)化效率（生物產(chǎn)量轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟產(chǎn)量）[14]。前人通過耕作措施、種植密度、水肥管理等不同農(nóng)藝措施改善小麥生長狀況，分析了不同措施下干物質(zhì)累積及葉面積等生長規(guī)律與產(chǎn)量形成的機理[15-18]，為小麥穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)生產(chǎn)技術(shù)奠定理論基礎。適宜的水氮配施對增強小麥物質(zhì)積累、提高光合能力、促進籽粒形成具有顯著的耦合效應，而灌水和施氮量過大或過小都會造成籽粒形成受阻最終影響產(chǎn)量[19]。然而，單一應用某種技術(shù)并不能適應復雜的生產(chǎn)環(huán)境，其應有的效益難以充分發(fā)揮。例如，單一的栽培措施并不能有效抑制土壤水分的無效損失[20]。在干旱缺水地區(qū)，僅僅通過水肥管理很難最大限度發(fā)揮其應有的增產(chǎn)作用，會造成投入過量與資源浪費。研究表明，栽培措施與調(diào)虧灌溉集合應用反而能促進冬小麥的光合特性、干物質(zhì)運轉(zhuǎn)，提高水分利用效率[21]。因此，只有將耕作措施、覆膜技術(shù)、栽培措施有機結(jié)合集成應用，才能在有限的生態(tài)條件下發(fā)揮其綜合潛能。【本研究切入點】一膜兩年用少耕輪作技術(shù)在充分發(fā)揮舊膜保溫保墑作用的同時，又具有少耕和輪作改善土壤理化性狀的優(yōu)勢，為作物生長提供良好土壤水溫環(huán)境并兼顧農(nóng)田可持續(xù)利用的目標[10, 22]。前人在傳統(tǒng)灌水和施氮條件下對一膜兩年用少耕輪作的產(chǎn)量效益進行了一些研究。而在水氮減投條件下，開展一膜兩年用少耕輪作小麥生長特征和產(chǎn)量形成機制的研究，可為挖掘新型種植模式及小麥節(jié)水、節(jié)肥潛力豐富理論基礎，對干旱綠洲灌區(qū)節(jié)水、節(jié)肥等資源節(jié)約型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展意義重大?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究通過大田試驗，以傳統(tǒng)耕作露地條播小麥為對照，研究一膜兩年用少耕輪作小麥在水氮減投條件下的生長規(guī)律及產(chǎn)量形成機制，以期為干旱綠洲灌區(qū)小麥節(jié)水、節(jié)肥資源節(jié)約利用技術(shù)的構(gòu)建提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

田間試驗于2016年和2017年在甘肅省河西走廊東部永昌縣朱王堡鎮(zhèn)試驗點進行（38°2′N，102°6′E），年平均氣溫為7.8℃，平均降雨量為124 mm，年蒸發(fā)量2 000.6 mm，無霜期145 d，年平均日照2 884.2 h。該地區(qū)種植的作物主要有小麥、玉米、大麥，小麥一般采用露地條播、玉米無膜不植，長期連作，小麥與玉米偶爾倒茬，水肥管理混亂。試區(qū)土壤為典型灌漠土，土壤有機質(zhì)含量為17.9 g·kg-1，全氮含量為0.78 g·kg-1，堿解氮含量為103.5 mg·kg-1，速效鉀含量為172.2 mg·kg-1，速效鉀含量為26.2 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

2016年和2017年小麥試驗田前茬均為覆膜玉米。試驗設2種耕作方式、2個灌水水平及3個施氮水平，共12個處理，每個處理3次重復，共36個小區(qū)，小區(qū)面積70 m2（10 m×7 m）。其中，2種耕作方式為：一膜兩年用少耕輪作小麥（RT），具體做法是前一年覆膜玉米收獲后5—10 cm立茬免耕，對留存的地膜進行檢查，用土封壓舊膜損傷、破裂處，使其保持完整，當年輪作小麥，小麥采用鴨舌式穴播機播種在玉米茬間，行距15 cm，穴距15 cm，小麥收獲后翻耕，來年再次輪作玉米，在時間上形成少耕；傳統(tǒng)耕作小麥露地條播（CT），具體做法是前一年覆膜玉米收獲后翻耕，當年輪作小麥，小麥采用傳統(tǒng)露地條播方式播種，小麥收獲后翻耕，來年再次輪作玉米。2個灌水水平為：減量20%灌水（I1）、傳統(tǒng)灌水（I2），灌水量分別為190 mm、240 mm；3個施氮水平為：減量40%施氮水平（N1）、減量20%施氮水平（N2），傳統(tǒng)施氮水平（N3），用量分別為135 kg N·hm-2、180 kg N·hm-2、225 kg N·hm-2。

供試小麥品種為“隴春30”，地膜寬度為140 cm、厚度為0.01 mm。2016年和2017年小麥分別于3月11日、3月13日播種，于7月20日、7月21日收獲，小麥播種量均為460萬粒/hm2。灌水按照地方傳統(tǒng)習慣，冬儲灌均為120 mm，小麥生育期內(nèi)，I1水平在苗期、孕穗期、灌漿期分別灌水60、70、60 mm，I2水平在苗期、孕穗期、灌漿期分別灌水75、90、75 mm。2016年小麥生育期降雨量為105.9 mm，2017年為103.6 mm。磷肥施用量為150 kg P2O5·hm-2，氮肥和磷肥均作為基肥施用，一膜兩年用少耕輪作方式采用施肥槍施入土壤。

1.3 指標測定

1.3.1 干物質(zhì)量 生育期內(nèi)每20 d測定1次地上部生物量。隨機選取20株小麥植株樣，105℃殺青1 h，80℃下繼續(xù)烘干至恒重后稱重。

1.3.2 作物生長速率 CGR=(W2-W1)/(T2-T1)，式中CGR表示干物質(zhì)累積速率（kg·hm-2·d-1），W1和W2分別為T1和T2時的干物重。

1.3.3 葉面積指數(shù) 每隔20 d采用重量法測定一次葉面積。葉面積指數(shù)（LAI）為單位面積上所有葉片面積的總和與相應土地面積之比。

1.3.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 按小區(qū)單獨收獲計產(chǎn)（除去取樣植株所占面積），并隨機選取20株小麥考種，測定單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重。

1.3.5 花前累積干物質(zhì)向籽粒的運轉(zhuǎn)量 物質(zhì)運轉(zhuǎn)量=營養(yǎng)體最大干重-成熟期營養(yǎng)體干重。

1.3.6 花后同化物輸入籽粒量 花后同化物輸入籽粒量=成熟期籽粒干重-物質(zhì)運轉(zhuǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Microsoft Excel 2010整理、匯總數(shù)據(jù)，使用SPSS17.0軟件進行線型回歸、通徑分析及顯著性檢驗。通過分析發(fā)現(xiàn)，年份間氣候差異對小麥生長速率、葉面積指數(shù)、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響均不顯著，并且與其他因素間無顯著交互作用，因此結(jié)果分析中不考慮年份對各指標的影響。

2 結(jié)果

2.1 耕作方式和水氮配比對小麥生長指標的影響

2.1.1 小麥各階段的生長速率 對各階段小麥生長速率進行分析發(fā)現(xiàn)（圖1），耕作方式對小麥苗期（4月10日—4月30日）的生長速率無顯著影響（= 0.343），而小麥苗期的生長速率受灌水和施氮處理影響顯著（=0.048，=0.046），耕作方式與灌水處理之間交互作用顯著（=0.048）。灌水處理對苗期小麥生長速率的影響在不同耕作方式中表現(xiàn)不一，一膜兩年用少耕輪作小麥處理（RT）中，減量20%灌水水平（I1）與傳統(tǒng)灌水水平（I2）之間差異不顯著；而傳統(tǒng)耕作小麥露地條播處理（CT）中，I1較I2處理降低13.7%。小麥苗期生長速率隨施氮量的減少呈降低趨勢，減量20%施氮處理（N2）較傳統(tǒng)施氮處理（N3）降低6.4%，減量40%施氮處理（N1）較N2處理降低6.2%。

拔節(jié)期（4月30日—5月20日）小麥生長速率受到耕作方式和灌水水平的顯著影響（=0.026，=0.038），施氮水平對其影響不顯著（=0.375），耕作方式與灌水水平之間交互作用顯著（= 0.036）。在拔節(jié)期間，RT小麥生長速率較CT提高8.5%。不同灌水水平相比較，在RT耕作方式中，I1與I2處理間小麥拔節(jié)期生長速率差異不顯著；而在CT耕作方式中，I1處理使小麥拔節(jié)期生長速率有所降低，I1較I2處理降低了6.2%。

圖1 不同處理小麥各階段的生長速率

耕作方式、灌水水平和施氮水平對小麥孕穗到開花期（5月20日—6月9日）的生長速率均有顯著影響（=0.042，=0.048，=0.001），且3個參試因子之間存在顯著的交互作用（=0.048）。在孕穗到開花期，I1灌水水平下，RT小麥生長速率分別在N1、N2、N3下較CT均有提高，兩年平均提高16.5%、15.8%和8.4%；在I2灌水水平下，RT小麥生長速率分別在N2、N3施氮水平下較CT提高14.6%和6.3%。不同灌水水平之間相比較，I1較I2孕穗期到開花期的小麥生長速率在RT耕作方式下降低7.3%，在CT耕作方式下降低11.3%。不同施氮水平之間相比較，N1小麥孕穗到開花期的生長速率分別較N2和N3處理降低15.9%和19.9%，N2、N3間差異不顯著。在孕穗至開花期，RT耕作方式在減量20%灌水水平和減量20%施氮處理下（RTI1N2），仍然使小麥保持與RTI2N3相當?shù)纳L速率，為后期小麥籽粒形成奠定了良好的物質(zhì)基礎。

耕作方式、灌水水平對小麥開花至成熟期（6月9日—6月30日）的生長速率影響均不顯著（=0.541，=0.236），施氮水平對其影響顯著（=0.003），耕作方式與灌水水平間有顯著交互作用（=0.049）。不同耕作方式下，灌水水平對小麥開花至成熟期的生長速率的影響表現(xiàn)不同，RT耕作方式中，I1與I2之間差異不顯著，而在CT中I1較I2降低12.1%。不同施氮水平之間相比較，N1小麥開花至成熟期的生長速率分別較N2和N3處理降低33.2%和39.3%，N2、N3之間差異不顯著。

2.1.2 葉面積指數(shù)動態(tài)變化 小麥全生育期葉面積指數(shù)動態(tài)如圖2所示。耕作方式、灌水水平和施氮水平均對小麥葉面積指數(shù)影響顯著（=0.009，=0.036，=0.000），各參試因子間交互作用不顯著。全生育期葉面積指數(shù)平均值比較，一膜兩年用少耕輪作（RT）小麥平均葉面積指數(shù)較傳統(tǒng)耕作小麥露地條播（CT）平均提高13.9%。減量20%灌水水平（I1）較傳統(tǒng)灌水（I2）小麥全生育期平均葉面積指數(shù)降低12.2%。減量施氮使小麥葉面積指數(shù)呈降低趨勢，N1較N2小麥葉面積指數(shù)降低13.3%，N2較N3降低9.5%。

圖2 不同灌水和施氮處理玉米全生育期葉面積指數(shù)動態(tài)變化

2.2 小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素對耕作措施和不同水氮條件的響應

2.2.1 產(chǎn)量表現(xiàn) 耕作方式、灌水水平、施氮水平均對小麥產(chǎn)量有顯著影響，且耕作方式、灌水和施氮水平間存在顯著的交互作用（表1）。不同耕作方式相比較，在減量20%灌水水平（I1）下，一膜兩年用少耕輪作小麥（RT）較傳統(tǒng)耕作小麥露地條播（CT）具有顯著增產(chǎn)作用，小麥籽粒產(chǎn)量分別在減量40%（N1）、減量20%（N2）、傳統(tǒng)施氮（N3）水平下提高12.8%、9.1%、5.4%；在傳統(tǒng)灌水水平（I2）下，RT與CT之間籽粒產(chǎn)量差異不顯著。不同耕作方式下，灌水水平對小麥籽粒產(chǎn)量的影響表現(xiàn)不同。在RT耕作方式下，I1與I2處理籽粒產(chǎn)量差異不顯著；在CT耕作方式下，I1較I2處理籽粒產(chǎn)量降低7.6%。不同施氮水平下，N1較N2、N3處理小麥籽粒產(chǎn)量降低11.6%、13.2%，N2與N3處理間差異不顯著。由于各參試因素交互作用的存在，2016和2017年一膜兩年用少耕輪作在水、氮減量20%處理（RTI1N2）下均獲得最大籽粒產(chǎn)量，與傳統(tǒng)灌水、傳統(tǒng)施氮處理（RTI2N3）籽粒產(chǎn)量相當。生物產(chǎn)量對各參試因子的響應更為明顯，RT較CT小麥生物產(chǎn)量平均提高8.9%。而減量灌水和施氮均使小麥生物產(chǎn)量有所降低，I1較I2處理小麥生物產(chǎn)量降低11.6%；N1分別較N2和N3處理小麥生物產(chǎn)量降低14.3%和19.7%，N2與N3處理間差異不顯著。減量灌水在一膜兩年用少耕輪作方式中有利于小麥收獲指數(shù)的提高，I1較I2處理小麥收獲指數(shù)分別在N1、N2、N3施氮水平下提高5.8%、11.4%、14.9%；除了N3施氮水平，傳統(tǒng)露地條播方式小麥在I1與I2灌水水平之間的收獲指數(shù)均無顯著差異。在RT處理下，減量施氮提高了小麥收獲指數(shù)，N1、N2小麥收獲指數(shù)在I1條件下，分別較N3提高12.8%和7.0%，N1、N2處理之間差異不顯著，但是在I2條件下，各施氮水平之間差異不顯著；在CT處理下，N1小麥收獲指數(shù)在I1水平下，分別較N2、N3提高8.0%、10.0%，N2、N1在I2水平下，較N3分別提高9.2%和7.1%。

表1 不同耕作措施和水氮條件下小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

數(shù)據(jù)后不同字母表示同一年份中所有處理在0.05水平下差異顯著。NS表示在0.05水平影響不顯著。下同

Values followed by different letters are significantly different within the same year among the treatments at＜0.05. NS indicates the effect is non-significant at＜0.05. The same as below

2.2.2 產(chǎn)量構(gòu)成 在基本苗一致的前提下，小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)較為穩(wěn)定，但是千粒重受到灌水水平和施氮水平的顯著影響，耕作方式和灌水水平對千粒重有交互作用（表1）。一膜兩年用少耕輪作（RT）在減量20%灌水水平（I1）下，較傳統(tǒng)耕作小麥露地條播（CT）小麥千粒重有所提高，2016年在減量40%施氮（N1）、減量20%施氮水平（N2）下，分別提高15.7%、12.2%，2017年在N1、N2和傳統(tǒng)施氮（N3）水平下，分別提高11.2%、8.2%、7.2%；在傳統(tǒng)灌水水平（I2）下，RT與CT小麥千粒重之間差異不顯著。不同灌水水平之間相比較，I1和I2在一膜兩年用少耕輪作小麥條件下，處理間千粒重差異不顯著，但是在CT耕作方式中，I1較I2降低9.9%。不同施氮水平間，N1分別較N2和N3小麥千粒重降低10.0%和11.2%。該結(jié)果表明，傳統(tǒng)耕作露地條播方式中減量灌水和減量施氮均使小麥千粒重有所降低，而一膜兩年用少耕輪作可消除減量20%灌溉水平與傳統(tǒng)灌水水平之間千粒重的差異。

2.3 產(chǎn)量形成機制分析

2.3.1 籽粒中的干物質(zhì)來源 如表2所示，耕作方式對小麥干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量及其對籽粒貢獻率的影響均不顯著，而灌水水平和施氮水平均有顯著影響。減量20%灌水水平（I1）顯著提高小麥干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量，其中干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量較傳統(tǒng)灌水水平（I2）提高44.2%，干物質(zhì)運轉(zhuǎn)對籽粒貢獻率提高45.9%。小麥干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量也隨施氮量的減少呈增大趨勢，其中減量40%施氮（N1）較減量20%施氮（N2）增大20.7%，貢獻率提高31.9%；N2較傳統(tǒng)施氮水平（N3）增大29.9%，貢獻率提高30.2%?；ê蠊夂袭a(chǎn)物是小麥籽粒形成的主要物質(zhì)來源，對籽粒的貢獻率平均達到85.5%。耕作方式、灌水水平和施氮水平對花后光合產(chǎn)物輸入籽粒量的影響均顯著，且耕作方式與灌水水平處理之間交互作用顯著。一膜兩年用少耕輪作小麥（RT）可促進花后光合產(chǎn)物輸入籽粒，花后光合產(chǎn)物輸入量平均較傳統(tǒng)耕作小麥露地條播（CT）提高9.0%，并且這一促進作用在I1條件下更為明顯，在I1水平下，RT小麥花后光合產(chǎn)物輸入籽粒量較CT提高了26.2%，對籽粒貢獻率提高4.9%。不同灌水水平之間相比較，在RT條件下，I1與I2花后光合產(chǎn)物向籽粒運輸量差異不顯著；而CT條件下，I1較I2減少21.3%，對籽粒的貢獻率降低了13.1%。施氮量過低會抑制花后光合產(chǎn)物向籽粒的運輸，N1分別較N2和N3減少17.8%和23.2%，對籽粒的貢獻率分別降低7.6%和11.9%，而N2與N3處理之間差異不顯著。

2.3.2 籽粒產(chǎn)量形成機制分析 通過相關(guān)性分析和通徑分析發(fā)現(xiàn)（表3），千粒重、光合產(chǎn)物輸入量和平均葉面積指數(shù)與小麥籽粒產(chǎn)量呈正相關(guān)關(guān)系，干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量與籽粒產(chǎn)量呈負相關(guān)關(guān)系。直接通徑系數(shù)表明，各因素對小麥籽粒產(chǎn)量的影響順序為：光合產(chǎn)物量（1.428）＞干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量（0.939）＞千粒重（0.220）＞平均葉面積指數(shù)（-0.002）。間接通徑系數(shù)表明，千粒重主要通過花后光合產(chǎn)物輸入量實現(xiàn)對籽粒產(chǎn)量的貢獻（0.797），干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量與花后光合產(chǎn)物輸入量對籽粒產(chǎn)量呈反作用（-1.189），干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量增大會影響花后光合產(chǎn)物輸入量對籽粒產(chǎn)量的貢獻，葉面積指數(shù)主要通過花后光合產(chǎn)物輸入量來實現(xiàn)對籽粒產(chǎn)量的貢獻（0.916）。以上結(jié)果表明，在基本苗一致的前提下，各處理單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)差異不顯著，耕作方式、灌水水平和施氮水平對籽粒產(chǎn)量的影響最終表現(xiàn)在千粒重的差異上，花后光合產(chǎn)物向籽粒的輸入量對千粒重起到?jīng)Q定性作用，同時與營養(yǎng)器官向籽粒的干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量呈此消彼長的關(guān)系，較為穩(wěn)定的葉面積是保證花后光合產(chǎn)物輸入籽粒量的關(guān)鍵。

表2 不同耕作方式和水氮條件下小麥籽粒干物質(zhì)來源

表3 小麥籽粒產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成及籽粒物質(zhì)來源的相關(guān)系數(shù)和通徑系數(shù)

*，**分別表示各因素與籽粒產(chǎn)量間的相關(guān)性顯著或極顯著；X、X、X、X、X、X分別表示小麥的單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、干物質(zhì)運轉(zhuǎn)量、花后光合產(chǎn)物輸入量、平均葉面積指數(shù)

*, ** indicate significant at 0.05 and 0.01 levels respectively.X,X,X,X,X,Xindicate double ear rate, seed line number of ear, row seeds, 1000-grain weight, dry matter translocation, matter from photosynthetic product after flower, average leaf area index

3 討論

3.1 一膜兩年用少耕輪作對水氮減投小麥前期生長的促進作用

試區(qū)屬于典型的干旱灌區(qū)，多年平均年潛在蒸發(fā)量高達1 105.7 mm，平均降雨量僅124 mm，水分是限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的首要因素。研究表明，一方面一膜兩年用可顯著抑制冬閑期土壤水分的蒸發(fā)，玉米播種期0—60 cm土壤含水量比早春頂凌半膜覆蓋提高3.9%—4.1%[23]。另一方面，一膜兩年用較新膜覆蓋還能減少農(nóng)資投入和白色污染，避免新膜下較高的土壤溫度對小麥這種喜涼作物生長的抑制作用。作物生長狀況是其籽粒產(chǎn)量形成的基礎，也反應了栽培措施對作物生長的適宜程度，直接表現(xiàn)在生長速率和葉面積大小上。本研究中，一膜兩年用少免耕輪作方式較傳統(tǒng)耕作露地條播顯著提高了小麥拔節(jié)期、孕穗至開花期的生長速率，分別提高8.5%、9.0%；緩解了水氮減投對小麥生長速率的抑制作用。主要原因為：一是苗期小麥葉面積較小，地表裸露程度較大，兩年用舊膜仍有一定的抑制蒸發(fā)作用和增溫效果，為苗期生長提供有利的水熱條件[10]；二是小麥進入拔節(jié)期后，氣溫和自身需水量都在逐漸提高和增大，一膜兩年用少耕提高了土壤水分和氮素的有效性，為小麥生長提供了良好的水肥條件[11]。另外，一膜兩年用少耕輪作增大了小麥全生育期葉面積指數(shù)，較傳統(tǒng)耕作方式提高了13.7%。適宜的葉面積保證了光合時間和光合強度，為小麥生長發(fā)育提供了充足的光合物質(zhì)來源[24]。

3.2 一膜兩年用少耕輪作對水氮減投小麥的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)效果

土壤水分相對較低的條件下，灌水對小麥產(chǎn)量形成的促進比施氮作用大[25]。灌水量過多會降低小麥產(chǎn)量，主要是由于灌水過多容易淋洗根部硝酸鹽，造成氮素供應不足，引起根部早衰和抑制光合作用[26]。在保證畝穗數(shù)前提下，于小麥生育前、中期適度灌溉，可抑制營養(yǎng)過旺生長，后期補充灌溉有利于籽粒形成[27]。本研究結(jié)果表明，一膜兩年用少耕輪作方式在較低的水氮條件下才能充分發(fā)揮其增產(chǎn)潛力，在水、氮減投20%條件下的小麥最終獲得的籽粒產(chǎn)量與傳統(tǒng)灌水、施氮水平處理相當，2016年和2017年分別達到7 168 kg·hm-2、7 537 kg·hm-2，較同一灌水和施肥水平傳統(tǒng)耕作露地條播小麥平均增產(chǎn)9.1%。減量灌水和減量施氮降低了小麥生物產(chǎn)量，但一膜兩年用少耕輪作小麥收獲指數(shù)在水、氮減投20%條件下較傳統(tǒng)灌水、施氮水平提高了13.2%。該結(jié)果進一步證明了一膜兩年用少耕輪作對水氮減投小麥產(chǎn)量的促進作用。

3.3 一膜兩年用少耕水氮減投輪作小麥籽粒產(chǎn)量的形成機制

小麥籽粒形成的物質(zhì)主要來源于花后光合產(chǎn)物的積累[28]。本研究中，花后光合產(chǎn)物對小麥籽粒的貢獻率平均達到85.5%。研究表明，在限量灌水條件下，節(jié)水高效農(nóng)藝措施通過改善土壤水分條件、增強光合性能、促進光合產(chǎn)物運轉(zhuǎn)來獲得高產(chǎn)[29]。一膜兩年用少耕輪作促進了花后光合產(chǎn)物向籽粒的輸入，較傳統(tǒng)耕作小麥露地條播處理平均提高9.0%，并且這一促進作用在減量灌水條件下更為突出，減量20%灌水水平下較傳統(tǒng)耕作方式提高了26.2%，對籽粒的貢獻率提高4.9%。同時，一膜兩年用少耕輪作消減了減量灌水對花后光合產(chǎn)物向籽粒輸入的抑制作用，該耕作方式下減量20%灌水處理與傳統(tǒng)灌水處理差異不顯著。減量20%施氮與傳統(tǒng)施氮水平之間花后光合產(chǎn)物輸入籽粒量也無顯著差異。保持足夠的花后光合產(chǎn)物向籽粒的輸入量是一膜兩年用少耕輪作在水氮減投條件下獲得較高產(chǎn)量的主要原因之一。

就禾谷類作物而言，單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素的協(xié)調(diào)發(fā)展是實現(xiàn)高產(chǎn)的基礎[30]。本研究結(jié)果表明，在基本苗和土壤肥力等條件一致的前提下，小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)較為穩(wěn)定，不同灌水和施氮水平對籽粒產(chǎn)量形成的影響主要表現(xiàn)在千粒重上。一膜兩年用少耕輪作小麥在水氮減投20%條件下，仍能獲得與傳統(tǒng)大水大肥條件同等水平的籽粒產(chǎn)量。其主要原因為：一方面一膜兩年用少耕較露地條播改善了土壤水熱條件，提高了作物對土壤水分的利用效率[31-32]；另一方面，籽粒形成期光合產(chǎn)物是籽粒形成的主要物質(zhì)來源，適宜的水氮配比使籽粒灌漿的時間得以延續(xù)、灌漿強度增大，從而促進了花后光合產(chǎn)物向籽粒的輸入[33-35]。地膜覆蓋明顯提高作物葉面積指數(shù)，增加作物光合源、增強光合勢，大幅增強其同化能力[36]。在水氮減投條件下，一膜兩年用少耕輪作小麥形成適宜的葉面積指數(shù)為籽粒的形成提供了物質(zhì)保障，也是該耕作方式獲得較高產(chǎn)量的重要前提。

4 結(jié)論

一膜兩年用少耕輪作小麥生產(chǎn)技術(shù)在干旱綠洲灌區(qū)較傳統(tǒng)耕作小麥露地條播增產(chǎn)效應明顯。尤其在傳統(tǒng)灌水量減量20%（190 mm）灌水水平、傳統(tǒng)施氮量減量20%施氮水平（180 kg N·hm-2）條件下，一膜兩年用少耕輪作處理提高了小麥生長速率以及全生育期葉面積指數(shù)，為籽粒形成提供了充足的光合產(chǎn)物源，花前光合產(chǎn)物再運轉(zhuǎn)量與花后光合產(chǎn)物輸入籽粒量之間的平衡使小麥最終獲得高產(chǎn)。因此，在穩(wěn)產(chǎn)甚至增產(chǎn)的前提下，應用一膜兩年用少耕輪作小麥生產(chǎn)技術(shù)可實現(xiàn)農(nóng)田節(jié)水、節(jié)氮高效生產(chǎn)的目的，可作為干旱綠洲灌區(qū)資源節(jié)約高效生產(chǎn)技術(shù)的參考。

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（責任編輯 楊鑫浩）

Enhanced Effect of Two Years Plastic Film Mulching with Reduced Tillage on Grain Yield Formation of Wheat Rotation under Reduced Irrigation and N Application

FAN ZhiLong, ZHAO Cai, LIU Chang, YU AiZhong, YIN Wen, HU FaLong, CHAI Qiang

(Gansu Provincial Key Laboratory of Arid Land Crop Science/College of Agronomy, Gansu Agricultural University, Lanzhou 730070)

【Objective】Continuous cropping is normally employed for maize cultivation with plastic film mulching in arid oasis irrigation regions. Lower resources use efficiency and residual film pollution usually result from unreasonable management of irrigation/N application and single planting pattern. The purpose of this study was to determine the enhanced effect of two years plastic film mulching with reduced tillage on grain formation of wheat with reduced amount of irrigation and N application, so as to provide the theoretical basis for exploiting of planting pattern with lower resources input and greater resources use efficiency.【Method】A field experiment was conducted at Zhuwangpu county, Hexi Corridor of Gansu province in 2016 and 2017. Two tillage patterns were designed as: wheat planted with two years used plastic film mulch and no-tillage in the preceding fall (RT), wheat strip planted with conventional tillage and without mulching (CT). Wheat growth under two irrigation levels (the reduced 20% amount of traditional irrigation (I1), the amount of traditional irrigation (I2)) and three nitrogen levels (the reduced 40% amount of traditional nitrogen application (N1), the reduced 20% amount of traditional nitrogen application (N2), and the amount of traditional nitrogen application (N3)). 【Result】The significant difference of growth and yield was not observed between 2016 and 2017. Growth rate of wheat was enhanced by RT as 8.5% at jointing, as 9.0% from booting to flowering compared with that of CT; The growth rate of wheat was not significant difference between different irrigation levels or nitrogen application levels, respectively, in each growth stage. Average leaf area index (LAI) of RT was greater as 13.9% than that of CT. However, the LAI was decreased under reduced irrigation, the average LAI of the I1was decreased by 12.2% than that of I2. LAI of wheat was also affected by nitrogen application level, the LAI of N1was decreased by 13.3% than that of N2, and LAI of N2was decreased by 13.3% than that of N3. Under I1irrigation level, RT had the greater improving effect on grain yield than conventional tillage. RT enhanced grain yield of wheat by 9.1% in comparison to CT. Two years used plastic film mulch achieved the greatest grain yield in I1irrigation level and N2nitrogen application level, which was 7 168 kg·hm-2in 2016 and 7 537 kg·hm-2in 2017, and grain yield of RTI1N2was equaled to that of traditional irrigation and nitrogen application levels. While biomass yield was decreased and harvest index was increased under reduced irrigation and nitrogen application. The harvest index of I1was increased by 10.7% than that of I2. The N1and N2had higher the harvest index by 9.2% and 7.1% than that of N3, respectively. Under I1irrigation level, the transfer amount from photosynthetic product for grain after flowering was increased by 26.2% under RT, compared with CT, meanwhile the contribution was increased as 4.9%. The significant difference on the transfer amount from photosynthetic product for grain between the reduced 20% and traditional nitrogen was not observed. Yield component factors and the path analysis indicated that, improving kernel weight via greater leaf area index support photosynthetic product and translation to grain was useful for achieving high yield. 【Conclusion】RT had improved wheat grain yield with the I1irrigation level and N2nitrogen application. It was therefore suggested that, in arid oasis irrigation regions, the treatment of RTI1N2was one of effective cultivation patterns for the integrated measures with the reduced amount of water, nitrogen and plastic film resources.

spring wheat; two years used plastic mulch; crop rotation; translation of photosynthetic product; yield component; reduced irrigation and nitrogen application

2018-04-21；

2018-07-05

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503125-3）、國家自然科學基金（31360323）

樊志龍，E-mail：fanzl@gsau.edu.cn。 通信作者柴強，E-mail：chaiq@gsau.edu.cn