史麗娟，白文斌，李 光，張建華

（1山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所，山西晉中030600；2高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點實驗室，山西晉中030600）

0 引言

高粱，是全球第五大谷類作物，具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄、耐高溫，光合效率高，雜交優(yōu)勢強，被譽為拓荒先鋒作物。高粱也是中國傳統(tǒng)釀造業(yè)的重要原料，是山西及中國北方重要的旱地農(nóng)作物之一，高粱在釀醋、釀酒行業(yè)所具有的獨特優(yōu)勢是其他糧食作物無法替代的，在國民經(jīng)濟發(fā)展中占有重要地位[1]。當前，中國傳統(tǒng)釀造業(yè)正處于戰(zhàn)略擴張階段，名酒、名醋綜合生產(chǎn)能力不斷增強。但是，釀造高粱的生產(chǎn)總量還比較小，無法滿足國內(nèi)釀造業(yè)對釀造高粱的需求。因此提高高粱品質(zhì)和單位面積的產(chǎn)量，對提高中國高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展和國民經(jīng)濟發(fā)展意義重大。

山西地處黃土高原，旱地面積占全省總耕地面積的近80%[2]。山西是中國高粱生產(chǎn)的主要省區(qū)之一，年種植面積在6.67萬hm2左右，占全國高粱種植面積的1/10[3]，是旱作農(nóng)業(yè)的主干作物。水總量有限且年變率和季節(jié)變率大，是限制山西省旱地高粱生產(chǎn)的主要因子之一[4]。由于受自然降水條件的制約，在旱地高粱生育期通過水肥調(diào)節(jié)來達到增產(chǎn)目的在很大程度上受到了限制。因此采用不同耕作模式來改善旱作農(nóng)業(yè)區(qū)的土壤水分環(huán)境，提高高粱水分利用率及產(chǎn)量意義重大。

耕作模式能夠最大限度地蓄納休閑期的自然降水，是旱地作物高產(chǎn)的關鍵所在[5]。相關研究表明，深松耕能有效提高旱地作物的蒸騰效率，有利于小麥在灌漿中后期保持較高的葉片水分利用效率，有利于籽粒產(chǎn)量和水分利用效率的提高[6-7]。免耕和深松覆蓋可提高小麥生育期間耗水量和土壤水分貯蓄能力，能夠改善小麥生育后期旗葉光合性能，促進干物質(zhì)積累，產(chǎn)量和水分利用效率明顯高于傳統(tǒng)耕作[8-11]。有關不同耕作模式對作物產(chǎn)量及水分利用率影響的研究較多，但在高粱上的研究較少。本試驗采用秋深耕+旋耕、春深耕+旋耕、秋深松、秋旋耕、免耕、傳統(tǒng)耕作等耕作模式，研究了高粱不同生育階段的土壤蓄水量、產(chǎn)量構成及水分利用效率等特征，以期闡明不同耕作模式對高粱生長的影響，為應用合理的耕作技術提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2014—2015年在山西省晉中市修文鎮(zhèn)試驗基地進行。該地區(qū)平均日照時數(shù)2662 h，年均氣溫10.1℃，極端最低氣溫-21.2℃，極端高溫37℃，＞0℃積溫3990℃，無霜期158天，屬大陸性半干旱氣候，年均降雨395.8 mm。試驗地土壤為壤土，0～20 cm土壤基本理化性狀詳見表1。供試作物為高粱，品種是‘晉雜18號’。

1.2 試驗設計

采用單因素隨機區(qū)組設計，設置6個處理，分別為：秋深耕+旋耕、春深耕+旋耕、秋深松、秋旋耕、免耕、傳統(tǒng)耕作，具體方法詳見表2。高粱施肥量、播種量以當?shù)爻Ｒ?guī)耕種為標準。試驗小區(qū)10 m×20 m=200 m2，每個處理3次重復。5月12日播種，種植密度為6萬株/hm2，10月20日收獲。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 土壤蓄水量測定 在高粱播種前、苗期、拔節(jié)期、抽穗期和成熟期測定0～100 cm土壤重量含水量，每20 cm為一層，根據(jù)容重計算采樣土壤0～100 cm的蓄水量。

1.3.2 高粱耗水量和水分利用效率測定 作物耗水量采用水分平衡分析方法，作物耗水量的計算見公式(1)。

式中：ET為作物耗水量(mm)；P為生育期降雨量；△W為土壤水分消耗量，是初期土壤含水量與末期土壤含水量的差(mm)。

表1 土壤基本理化性狀

表2 土壤耕作模式

水分利用效率采用產(chǎn)量水平上的計算見公式(2)。

式中：WUE為水分利用效率[kg/(mm·hm2)]；Y為作物的經(jīng)濟產(chǎn)量(kg/hm2)；ET為作物耗水量(mm)。

1.3.3 產(chǎn)量及其構成測定 成熟期收獲各小區(qū)測產(chǎn)，取3穗代表性穗子室內(nèi)風干考種，測定穗長、枝梗數(shù)、千粒重。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 13.0進行試驗數(shù)據(jù)計算、圖表繪制和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同耕作模式對0～100 cm土壤蓄水量的影響

土壤蓄水量是影響作物生長的重要因素，同時也是保證作物出全苗、出壯苗的關鍵。由圖1可看出，隨著生育期的推移，各處理0～100 cm土壤蓄水量呈逐漸降低的變化趨勢，以苗期蓄水量最高、成熟期蓄水量最低。苗期、拔節(jié)期、抽穗期0～100 cm土壤蓄水量均表現(xiàn)為：秋深耕+旋耕＞秋深松＞春深耕+旋耕＞秋旋耕＞傳統(tǒng)耕作＞免耕，成熟期0～100 cm土壤蓄水量以秋深松處理最高。說明秋深耕+旋耕模式較其他耕作模式能更好的起到納雨蓄水的作用。

2.2 不同耕作模式對水分利用效率的影響

作物水分利用效率是衡量植物消耗單位水量的產(chǎn)出同化量，反映植物生產(chǎn)過程水分轉(zhuǎn)化效率的重要指標之一。由表3可看出，6種不同耕作模式對高粱水分利用效率的影響有較大差異。播前蓄水量和耗水量均表現(xiàn)為：秋深耕+旋耕＞秋深松＞春深耕+旋耕＞秋旋耕＞傳統(tǒng)耕作＞免耕；水分利用效率依次為：秋深耕+旋耕＞春深耕+旋耕＞秋深松＞秋旋耕＞免耕＞傳統(tǒng)耕作，其中以秋深耕+旋耕模式顯著最高，秋深松、春深耕+旋耕模式差異不顯著，但顯著大于傳統(tǒng)耕作、免耕。說明秋深耕+旋耕模式能夠有效改善土壤生態(tài)環(huán)境，增強高粱生長發(fā)育對土壤水分的轉(zhuǎn)化效率，提高高粱水分利用效率，提高高粱對降水資源的有效利用。

2.3 不同耕作模式對產(chǎn)量及其構成的影響

圖1 不同耕作模式對0～100 cm土壤蓄水量的影響

表3 不同耕作模式對水分利用效率的影響

表4 不同耕作模式對高粱產(chǎn)量及其構成的影響

從表4可知，不同耕作模式對高粱產(chǎn)量及其構成的影響有較大差異。各處理中，穗長秋深耕+旋耕模式顯著高于秋深松、秋旋耕、免耕、傳統(tǒng)耕作，但與春深耕+旋耕差異不顯著；春深耕+旋耕、秋深松、秋旋耕模式間差異不顯著。枝梗數(shù)秋深耕+旋耕模式顯著高于其他耕作模式；春深耕+旋耕和秋深松模式差異不顯著，但顯著高于秋旋耕、免耕、傳統(tǒng)耕作；千粒重秋深耕+旋耕模式顯著高于其他耕作模式，春深耕+旋耕、秋深松、秋旋耕模式之間差異不顯著，但顯著高于免耕和傳統(tǒng)耕作模式；產(chǎn)量秋深耕+旋耕模式顯著高于其他耕作模式，春深耕+旋耕、秋深松差異不顯著，但顯著高于免耕和傳統(tǒng)耕作模式。

3 討論與結論

本試驗結果表明，播前蓄水量、耗水量均以秋深耕+旋耕模式最高，顯著高于其他耕作模式；水分利用效率以秋深耕+旋耕最高，但與春深耕+旋耕差異不顯著，秋深耕、春深耕+旋耕、秋旋耕3種耕作模式間水分利用效率差異不顯著，但顯著高于免耕和傳統(tǒng)耕作模式。這與侯賢清等[16]、張樹清等[17]、劉爽等[18]、Fuentes等[19]研究結果基本一致。

高粱產(chǎn)量受諸如品種、栽培措施、氣候因子等多種因素的影響。不同耕作模式可改變土壤結構并影響諸多生態(tài)因子，合理的利用方式可改善土壤結構，蓄水保墑，提高作物產(chǎn)量。楊永輝[20]等研究認為不同耕作模式能夠提高小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及小麥籽粒產(chǎn)量。宮亮等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)旋耕相比，深翻和深松處理能夠顯著提高玉米產(chǎn)量，免耕處理較常規(guī)旋耕產(chǎn)量降低。張德健等[22]研究認為深松耕與旋耕能夠增加玉米干物質(zhì)積累，有效提高玉米籽粒產(chǎn)量和生物產(chǎn)量。本研究6個耕作模式中，秋深耕+旋耕處理效果最好，可顯著增加高粱穗長和枝梗數(shù)和產(chǎn)量水平，這與小麥和玉米耕作模式的研究基本一致。

土壤是作物賴以生存的基礎，山西地處黃土高原半干旱地區(qū)，春季風大少雨，春耕將加大土壤耕作層水分的散失，不利于土壤水分的有效利用，而秋、冬兩季降水較多，根據(jù)這一特點，在高粱收獲后，采用秋翻耕可以打破犁底層，增加土壤孔隙度，提高土壤滲水速度，有利于最大限度地接納雨雪，增加土壤蓄水容量；而旋耕，能疏松土壤，土壤越疏松，越有利于雨雪存積蓄墑，為山西旱塬區(qū)高粱生長發(fā)育創(chuàng)造良好的環(huán)境。且當?shù)啬杲涤炅坎町愝^大、分布極為不均，在有限的水資源條件下，不同耕作模式對土壤的不同擾動能夠改善土壤理化性狀和微生物環(huán)境，從而增強土壤養(yǎng)分和蓄水保墑效果，為作物生長發(fā)育創(chuàng)造良好的環(huán)境，進而達到提高作物產(chǎn)量的目的，這與前人的研究結果基本一致[12-15]。本研究結果有一定的規(guī)律性，但為一年實驗結果，仍需建立長期試驗機制，對合理的耕作模式有進一步深入的研究。

與傳統(tǒng)耕作和免耕模式相比，秋深耕+旋耕模式顯著提高高粱產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度分別達到了47%和36.7%；顯著提高水分利用效率，增加幅度分別達到了36.8%和25.5%；顯著增加千粒重，增加幅度分別達到了16.5%和14.0%；顯著增加枝梗數(shù)，增加幅度分別達到了22.2%和28.2%；顯著增長高粱穗長，增長幅度分別達到了19.0%和21.2%。因此，秋深耕+旋耕是本試驗條件下的最優(yōu)耕作模式，在山西旱塬區(qū)高粱生產(chǎn)中有應用的可能。