0 引 言
小麦作为综合机械化程度最高的粮食作物，耕种收已基本实现全程机械化[1]。耕作和播种环节作为小麦生产的最初步骤，对小麦生长发育十分重要，因此采用适宜的耕作和播种方式是实现小麦产量、品质和效益提升的重要途径。
耕作方式直接影响土壤质地，改变土壤水、气、热和养分供应，进而影响根系的生长、分布和功能，最终影响植株的生长发育和产量[2-3]。北方旱作生态区，水分是限制作物产量提升的关键因子。深耕、深松或旋耕技术解决了秸秆入土的问题，改善了土壤紧实度和渗透强度，促进了水分的渗透和储存，为作物生长提供充足水分，促进了养分吸收和地上部生物量的提高[4-6]。部分地区通过免耕秸秆覆盖等措施提高了表层水分的利用效率，促进了小麦产量形成[7-8]。南方稻茬小麦生产区降水丰沛，光温资源充足，是中国小麦增产潜力最大的区域[9]。随着水稻产量的提高，秸秆还田量增加，处理不当便会影响小麦播种质量；此外，稻麦两熟的季节矛盾突出，水稻腾茬偏晚常造成了小麦播种时土壤含水量偏高，且水稻土质地黏重、耕性差[10-12]。在此条件下，进行高质量的耕作已成为小麦产量进一步提升的重要条件。
播种方式在形成作物合理的田间布局、调和作物单株和群体生长方面发挥重要作用。前人关于稻茬小麦生产区合理的播种方式已做了相关研究，李朝苏等[13-14]研究认为机条播较人工撒播提高了播种均匀度、中前期个体和群体质量与产量。赵青松等[15]提出种肥一体智能化条播机可较人工撒播并旋耕方式提高出苗率、氮肥利用效率和产量。前人研究多侧重于机械与人工播种的比较。随着中国农业机械综合性、智能化的发展，不同类型农机配套农艺研究仍有待加强[16-17]。
针对水稻种植后土壤含水量偏高且质地黏重条件下提高耕播质量和高效生产的需求，本试验在水稻秸秆全量还田条件下，研究了耕翻和免耕2种耕作方式下4种播种方式对小麦产量、穗数和穗质量形成、单株和群体光合物质生产能力的影响，以期提出适宜沿淮地区稻茬小麦生产的机械化耕播组合方式，为稻茬小麦大面积机械化生产提供理论和实践参考。
1 材料与方法
1.1 试验地点与供试材料
试验于2017－2019年在江苏省泗洪县稻麦科技综合示范基地（33°36′N，118°27′E）进行。试验田前茬为水稻，采用半喂入式收割机收割，秸秆粉碎全量还田，还田量约为8 200 kg/hm2。试验期间的气象数据由泗洪县气象局提供（图1）。试验土壤为黏壤土，2017－2018季（2018）播种前0～20 cm土壤含全氮1.87 g/kg、碱解氮116.72 mg/kg、速效磷33.91 mg/kg、速效钾78.35 mg/kg、有机质27.91g/kg；2017年10－11月总降水量达146.3 mm（图1a，多雨年份），造成播种前土壤偏湿（土壤相对含水量为84%）；供试小麦品种为扬麦23。2018－2019季（2019）播种前0～20 cm土壤含全氮1.89 g/kg、碱解氮127.12 mg/kg、速效磷33.53 mg/kg、速效钾89.46 mg/kg、有机质26.75 g/kg；2018年10－11月总降水量仅55.5 mm（图1b，少雨年份），播种前土壤墒情适宜（土壤相对含水率为75.55%）；供试小麦品种为迁麦088。
图1 2017－2018和2018－2019年度小麦生长季的日平均气温、降雨量和日照时数Fig.1 Daily mean temperature, precipitation amount, and sunshine duration during the wheat growing season in 2017-2018 and 2018-2019
1.2 试验设计
采用二因素裂区设计，以不同耕作方式（T）为主区，设耕翻（PR）、免耕（NT）2个水平；以机械播种方式（S）为裂区，设中型带播（S1）、中型条播（S2）、小型带播（S3）、小型条播（S4）4种方式，共8个处理。耕翻（PR）处理作业流程：铧式犁旋耕1次+旋耕机旋耕2次，作业深度18～20 cm；免耕（NT）处理在水稻收割后不进行耕作。中型带播（S1）作业流程：采用2BMQF-7/14型条带免耕宽幅施肥播种机一次性完成旋耕-施肥-宽幅条播-盖籽-镇压，行距35 cm，带宽10 cm；中型条播（S2）作业流程：采用2BFG-10（8）230型旋耕智能施肥播种机一次性完成旋耕-施肥-条播-盖籽-镇压-开沟，行距20 cm；小型带播（S3）作业流程：采用2BG-6A型小麦带状条播机一次性完成前置排种-带状条播-浅旋盖籽-镇压，行距28 cm，带宽10 cm；小型条播（S4）作业流程：采用2BG-6A型条播机一次性完成旋耕灭茬-条播-盖籽-镇压，行距20 cm。为保证试验条件一致，S1和S2方式均未使用机械自带的施肥功能。铧式犁、旋耕机、S1和S2方式播种机的牵引动力为64 kW的LX954型东方红拖拉机，S3和S4方式播种机的牵引动力为9 kW的8-25型常州手扶拖拉机。
播种量为292.5 kg/hm2，每个处理播种面积1 200 m2，于三叶期划定3个3 m2，按基本苗270×104株/hm2定苗。各处理施纯氮240 kg/hm2，基肥、壮蘖肥、拔节肥、孕穗肥施用比例为5:1:2:2，基肥于播种前施用，壮蘖肥于4～5叶期施用，拔节肥于倒三叶期施用，孕穗肥于倒一叶期施用。磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）施用量均为144 kg/hm2，基肥、拔节肥各施50%。于2017年11月6日播种，2018年5月29日收获。2018年10月22日播种，2018年5月31日收获。其他管理措施按当地高产田进行。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 茎蘖数、叶面积和干物质积累量
分别于越冬始期、拔节期、孕穗期、开花期、乳熟期和成熟期调查单株和田间茎蘖数，各小区取样20株，洗净晾干，将全部绿叶用叶面积仪（LI-3000C，美国）测定叶面积，计算叶面积指数。叶面积测定后，按器官分开，105 ℃杀青1 h，80 ℃烘干至恒质量，测定干物质积累量。
1.3.2 净光合速率
开花期标记同一天开花的麦穗，于开花当天（开花期）与开花后21 d（乳熟期），每个处理随机选取长势一致的旗叶，在晴天9:00－11:00或14:00－16:30用便携式光合系统（LI-6 400，美国）测定净光合速率，重复5次。
1.3.3 产 量
于成熟期每小区收获1 m2，脱粒后自然晾干，称质量并测量含水率，换算为13%含水率籽粒产量。
1.4 数据处理与统计分析
采用Excel 2016建立数据库，用DPS 7.0软件进行数据统计分析，使用Origin 2018进行做图。处理间差异显著性采用方差分析（ANOVA），采用最小显著差异法（Least Significance Difference, LSD）进行多重比较。方差分析表明，耕作方式和播种方式与年度存在显著的互作效应，因此对不同年度的耕作方式和播种方式影响分别分析。
2 结果与分析
2.1 耕作与播种方式对籽粒产量的影响
由表1可知，不同年份耕作方式和播种方式均显著影响籽粒产量。耕作方式间籽粒产量两年度均以NT处理高于PR处理，NT处理比PR处理分别高25.4%和15.2%，说明NT在播种季节土壤含水量偏高（2018）的情况下增产幅度更为明显。播种方式对籽粒产量的影响在年度间存在差异。多重比较表明，2018年以S1和S2显著高于S3和S4（P<0.05），S1与S2差异显著（P<0.05），S3与S4差异不显著（P>0.05）；2019年以S1、S2、S3显著高于S4（P<0.05），S1、S2和S3间无显著差异（P>0.05）。另外，两年度中型播种机械（S1、S2）播种较小型播种机械(S3、S4)分别增产0.14%～16.62%和2.16%～7.28%，带播（S1、S3）相比条播（S2、S4）方式产量较高且两年度产量较为稳定。仅在2018年，耕作与播种互作显著（P<0.05）影响籽粒产量。PR处理下采用S1方式能获得显著高的籽粒产量，而NT处理下采用S1、S2和S4均能获得较高的产量。两年度均以NT和S1组合获得最高公顷产量，分别为7 232.7和6 456.0 kg。
2.2 耕作和播种方式对穗数形成的影响
由表2可知，耕作方式和播种方式显著影响各生育时期茎蘖数。两年度，NT处理各生育时期茎蘖数显著高于PR处理（P<0.05），分蘖成穗率比PR处理分别高6.5%和7.5%（P<0.01），但PR处理越冬始期茎蘖数/成穗数的值较NT高（P<0.05）。播种方式对茎蘖数的影响在年度间存在差异。多重比较表明，2018年各生育时期茎蘖数表现为S1和S2显著高于S3和S4，S1与S2间差异显著（P<0.05）。2019年茎蘖数由多到少在越冬始期依次为S1、S2、S3、S4，拔节期和成熟期茎蘖数依次为S1、S3、S2、S4，各生育时期茎蘖数在S1与S2间以及S3与S4间差异均达显著水平（P<0.05）。相比S3和S4，两年度S1和S2方式具有较高的分蘖成穗率和越冬始期茎蘖数/成穗数。耕作和播种方式互作显著影响两年度越冬始期茎蘖数和越冬始期茎蘖数/成穗数，以及2018年拔节期和成熟期茎蘖数和分蘖成穗率（P<0.05）。两年度均以NT和S1组合下获得最高穗数，每公顷分别为558.8×104和583×104；同时分蘖成穗率也较高，分别达到15.0%和17.1%；2018年度NT下S2与S1无显著差异。这说明通过提高生育前期（越冬始期）茎蘖数，促进分蘖成穗，有利于获得较高的穗数。
表1 2018、2019年耕作与播种方式对籽粒产量的影响Table 1 Effects of tillage and sowing methods on grain yield in 2018 and 2019耕作方式Tillage method播种方式Sowing method年份 Year PRS16 328.7b5 556.5bcd S25 524.1c5 203.2cd S35 522.9c5 439.2cd S44 737.0d5 054.7d NTS17 232.7a6 456.0a S27 125.0a6 142.7ab S36 265.4b6 168.0ab S47 115.0a5 725.4bc T*** S*** T×S**ns
表2 2018、2019年耕作和播种方式对穗数形成的影响Table 2 Effects of tillage and sowing methods on formation of spike number in 2018 and 2019年份 Year耕作方式 Tillage method播种方式 Sowing method茎蘖数Stem and tiller number/(×104·hm-2)分蘖成穗率Tiller fertility/%越冬始期茎蘖数/成穗数Stem and tiller number at beginning of over-wintering/spike number 越冬始期Beginning of over-wintering拔节期 Jointing成熟期 Maturity T********* S******nsns T×S******** T********** S********** T×S*nsnsns*
2.3 耕作和播种方式对花后叶片光合能力和单穗质量的影响
由表3可以看出，耕作方式和播种方式显著影响开花期和乳熟期的单茎叶面积、旗叶净光合速率和单穗质量。两年度，NT处理的单茎叶面积、旗叶净光合速率均显著高于PR处理（P<0.05），单穗质量相比PR处理提高了17.2%和15.5%（P<0.05）。2018年单茎叶面积、旗叶净光合速率和单穗质量由大到小依次为S1、S2、S3、S4，多重比较表明，S1与S2间以及S3与S4间的乳熟期旗叶净光合速率和单穗质量差异显著（P<0.05）。2019年单茎叶面积和旗叶净光合速率由大到小依次为S1、S3、S2、S4，S1与S2间以及S3与S4间在两耕作方式平均下的单茎叶面积、旗叶净光合速率和单穗质量差异均达显著水平（P<0.05）。两年S1比S2的旗叶净光合速率分别提高了4.5%和24.2%。耕作和播种方式互作显著影响两年度开花期净光合速率，2019年乳熟期的単茎叶面积，2018年乳熟期净光合速率和单穗质量。两年度均以NT和S1组合下单穗质量最高，均达到1.9 g以上；2018年度 NT下S2与S1无显著差异。因此提高叶片光合面积，延缓花后净光合速率的下降，较强的光合能力促进了同化物向穗部转运，有利于提高穗质量。
表3 2018、2019年耕作和播种方式对单茎叶面积、旗叶净光合速率和单穗质量的影响Table 3 Effects of tillage and sowing methods on leaf area per stem, net photosynthetic rate of flag leaf, and single spike weight in 2018 and 2019年份 Year耕作方式Tillage method播种方式 Sowing method单茎叶面积 Leaf area per stem/cm2旗叶净光合速率Net photosynthetic rate of flag leaf/(μmol·m-2·s-1)单穗质量Single spike weight/g 开花期Anthesis乳熟期Milk-ripe 开花期Anthesis 乳熟期Milk-ripe T******** S********* T×Snsns***** T********* S********** T×Sns**nsns
2.4 耕作和播种方式对群体叶面积指数的影响
由表4可知，除2018年越冬始期和拔节期不显著（P>0.05）外，两年度其他各时期叶面积指数在耕作方式间均达显著水平（P<0.05）；两年度耕作方式间各生育时期叶面积指数均表现为NT处理下4种播种方式平均高于PR处理，其中NT处理孕穗期和开花期的叶面积指数相比PR处理提高了41.3%和29.25%（2018），12%和50.59%（2019）。播种方式显著影响两年度各生育时期叶面积指数，且年度间存在差异。2018年除越冬始期外，其余各生育时期叶面积指数由大到小依次为 S1、S2、S3、S4；其中S1 和 S2方式间以及S3和S4方式间在整个生育期的叶面积指数差异均不显著（P>0.05），而S1和S2方式开花期和乳熟期叶面积指数显著高于S3和S4方式（P<0.05）。S3和S4拔节期和孕穗期差异显著（P<0.05）。2019年各生育时期叶面积指数由大到小依次为S1、S3、S2、S4；多重比较结果表明，S1和S2方式间以及S3和S4方式间差异均达显著水平（P<0.05）。耕作方式和播种方式互作显著影响两年度越冬始期、开花期和乳熟期叶面积指数，以及2019年拔节期叶面积指数（P<0.05）。两年度均以NT处理下采用S1方式有利于保证生育前期较高的叶面积，同时降低后期叶面积指数的下降速率，2018年NT下S2与S1无显著差异（P>0.05）。
2.5 耕作和播种方式对干物质积累的影响
由表5可知，耕作方式和播种方式显著影响两年度小麦总干物质积累量、拔节期后各生育时期的干物质积累量和花后干物质积累量，但未显著影响收获指数。耕作方式间各生育时期干物质积累量均表现为NT处理高于PR处理（P<0.05）；NT处理的总干物质积累量和花后干物质积累量分别比PR处理高34.2%和42%（2018），23.3%和75.3%（2019）。播种方式对干物质积累的影响在年度间存在差异。2018年总干物质积累量、各生育时期和花后干物质积累量由大到小依次为S1、S2、S4、S3；多重比较结果表明，S1和S2方式间差异显著（P<0.05），且均显著高于S3和S4方式（P<0.05），S3和S4方式间开花期前差异显著（P<0.05），开花后差异不显著（P>0.05）。2019 年除开花期PR处理下S2略高于S3（P>0.05）外，其余耕作方式下各生育期干物质积累量和花后干物质积累量由大到小依次为S1、S3、S2、S4；多重比较结果表明，S1和S2方式间以及S3和S4方式间总的和花后干物质积累量差异均达显著水平（P<0.05）。S1相比S2两年的花后干物质积累量分别提高了12.8%和20.4%。耕作方式和播种方式互作显著影响2018年越冬始期至孕穗期、成熟期和花后干物质积累量，以及2019年拔节期和孕穗期干物质积累量。两年度均在NT和S1组合下促进了开花后干物质快速积累和转运；每公顷总生物量也最高，两年度分别达15 330.0和18 219.8 kg，2018年NT下S2与S1无显著差异，2019年NT下S3与S1无显著差异。
表4 2018、2019年耕作和播种方式对主要生育时期叶面积指数的影响Table 4 Effects of tillage and sowing methods on leaf area index at critical stages in 2018 and 2019年份 Year耕作方式 Tillage method播种方式 Sowing method越冬始期Beginning of over-wintering拔节期Jointing孕穗期Booting开花期Anthesis乳熟期Milk-ripe Tnsns**** S********** T×S*nsns*** T********* S********** T×S****ns***
表5 2018、2019年耕作和播种方式对主要生育期干物质积累量、花后干物质积累量和收获指数的影响Table 5 Effects of tillage and sowing methods on dry matter accumulation at critical stages , post-anthesis dry matter accumulation and harvest indexin 2018 and 2019年份Year耕作方式Tillage method播种方式Sowing method干物质积累量 Dry matter accumulation/(kg·hm-2)收获指数Harvest index 越冬始期Beginning of over-wintering拔节期Jointing孕穗期Booting开花期Anthesis成熟期Maturity花后Post-anthesis 075.4d4 461.6c12 183.3c4 804.1de4 145.8c10 985.5cd3 S396.6d1 196.9f3 535.4e6 749.7c10 539.5d3 719.3e3 874.1de6 549.4c10 038.5d3 609.9a7 393.1a9 651.3a15 330.0a5 895.6b6 779.5ab9 192.5a5 884.0de5 073.3cd8 511.3b13 605.9b5 443.4c5 487.8bc8 573.4ab5 Tns*********ns S************ns T×S****ns****ns 237.7b8 779.2cd3 368.7cd7 630.0e2 058.5c8 672.5d13 920.1de3 687.2d7 424.4d10 451.4d12 562.4f2 296.0a10 457.0a12 664.5a18 219.8a5 454.1bc9 562.1b4 374.3a10 126.0a12 383.0ab5 628.0cd7 493.6c4 T***********ns S**********ns T×Sns****nsnsnsns
3 讨 论
3.1 耕作和播种方式对稻茬小麦穗数形成的影响
穗数是构成产量的三因素之一，在基本苗一致的条件下，分蘖能力就是影响穗数的主要因素，而分蘖能力与苗期降雨量、种子在土壤中的深度直接相关[18-20]。本研究结果表明，相比PR处理，NT处理促进小麦分蘖较早发生，且相对健壮，生育前期显著高的茎蘖数奠定了穗数的数量基础，这与前人在稻茬小麦生产区的研究结果基本一致[21]。稻茬麦区土壤湿黏，免耕处理适当降低了播种深度，种子表层仅有少量的泥土和秸秆，分蘖节处于地表，分蘖发生阻力小，低位和有效分蘖多，分蘖成穗数也相对较高[12,22]。而耕翻处理会加大土壤团粒结构的孔隙度，透墒漏风，不利于保温保墒，加之种子垂直分布、总体播深偏深，不利于种子吸收更多养分，限制了分蘖的发生和后期发育[23-24]。
本试验结果表明，相比小型机械播种方式，中型机械播种方式在全生育期都具有较高的茎蘖数。段剑钊等[25]研究表明，宽幅条播减弱了群体环境对分蘖生长发育的抑制，单株分蘖能力强，利于稳穗增穗，这与本研究中S1方式茎蘖数起点高，分蘖成穗率高，利于提高最终穗数的结果一致。
3.2 耕作和播种方式对稻茬小麦穗质量形成的影响
研究认为，免耕延长了灌浆期旗叶的光合时间，提高了净光合速率，有效缓解了小麦光合午休现象和叶绿素的降解，改善了单株的光合性能[26-27]。本试验结果表明，与PR处理相比，NT开花后单茎叶面积大，净光合速率高，这有利于光合产物的积累并向穗部转运以提高单穗质量。免耕处理根系分布较浅，而施用的肥料更多的富集于表层，浅根系更利于吸收浅层更多的养分以促进单株生产能力和后期抗衰老能力的提高[12]。
研究表明，机械匀播、机械条播和人工撒播的小麦花后的叶面积、旗叶SPAD值和净光合速率等存在明显差异，但结果不尽相同[13,28-29]。造成不同研究结论的原因可能是田间播种密度和生态区的差异。本试验结果表明，与小型机械播种方式相比，中型机械播种方式由于机械稳定性能好，播种均匀性高，因此通风透光条件好，利于充分利用光资源，表现为开花后单茎光合面积大，旗叶光合能力高，叶面积和光合速率下降缓慢，小麦单株的生产能力提高。研究表明，与常规条播相比，宽幅条播通过增加播种幅宽，籽粒分散均匀，单株生长空间较大，改善了个体的光合性能，花后旗叶叶绿素降解缓慢[25,30-31]。S1由于小麦单株营养面积大，生长更为健壮，提高了生育后期的光资源利用和抗衰老特性，光合能力最优，单穗质量也最高。
3.3 耕作和播种方式对稻茬小麦光合生产的影响
前人研究表明，免耕提高了小麦生育后期的叶面积指数和整个生育期的干物质积累量以及花后干物质转运效率[27,32]。本研究结果表明，相比PR处理，NT处理下整个生育期叶面积指数均显著较高，具有较强的物质生产能力，这与前人在稻茬小麦生产区的研究结果基本一致。与耕翻相比，免耕处理的小麦具有较强的生长开端优势，后期叶面积指数和生物量高，表现出较强的光合生产能力[22,33]。
播种方式可合理分布田间作物，充分利用地力和光能，形成良好的通风透光条件，对个体与群体的协调发展起着至关重要的作用。研究表明，与人工撒播相比，机械播种能够提高小麦中前期的个体和群体质量[13]。本试验结果表明，相比小型机械播种方式，中型机械播种方式在整个生育期叶面积指数和干物质积累量显著较高，说明中型机械播种所构建的小麦群体更能够充分利用全生育期的养分和温光资源，积累更多的营养物质。前人研究表明，与条播相比，宽幅播种方式小麦生育后期冠层结构更为合理，微环境适宜，光截获量高，增强了群体干物质生产和转运能力，利于开花后光合物质的生产积累[30-31]，本研究结果与之一致。
3.4 耕作和播种方式对稻茬小麦产量及其构成的影响
耕作和播种方式对小麦产量的影响因播期、前茬作物、土壤墒情、秸秆还田与否和还田质量等表现出明显的差异[3-4,13]。张向前等[26]在华北地区的研究表明秸秆不还田条件下，免耕产量显著高于翻耕；而秸秆还田条件下，显著低于翻耕。稻茬麦区的研究表明，在播种期土壤偏烂和水分正常条件下免耕处理的产量表现不一致[21,34]。本试验在土壤黏重和稻秸秆全量还田条件下，NT处理前期分蘖能力强，分蘖成穗率高，成熟期获得了较高的穗数；生育后期具有较大的光合叶面积和净光合速率，利于提高单穗重、生物量和产量。
前人研究发现，水稻秸秆还田条件下与人工播种小麦相比，机械播种更利于稳定和提高产量[11,15]。本试验研究结果表明，中型机械播种方式的籽粒产量稳定高于小型播种机械方式。郑飞娜等[35]研究认为宽幅条播下穗粒数和千粒质量的稳定性高，且具有较高的容穗量，产量高于常规条播。本研究结果也表明，相比条播（S2、S4）方式，带播（S1、S3）产量高且稳产；其中S1方式通过协同提高穗数和单穗质量，增加了产量。综合而言，在NT处理下采用S1方式奠定了增产的群体数量和个体生产力基础，可在较高穗数的基础上提高单穗质量，从而实现高产。
4 结 论
1）水稻秸秆全量还田的黏壤土条件下，两年度免耕处理小麦籽粒产量较耕翻分别提高了25.4%和15.2%，主要是由于在相同基本苗基础上提高了单位面积穗数和单穗质量。
2）两年度中型播种机械播种较小型播种机械分别增产0.14%～16.62%和2.16%～7.28%，且产量在年际间和耕作方式间较稳定。中型带播方式较中型条播方式个体的光合性能得以改善，两年度开花期净光合速率分别提高了4.5%和24.2%，促进了小麦光合产物的积累，花后干物质积累量提高了12.8%和20.4%。
3）免耕直接采用中型带播方式播种，两年度均能够实现分蘖早发和健壮生长，分蘖成穗率分别达到15.0%和17.1%，且生育中后期植株个体和群体光合生产能力强，促进了花后干物质积累量的提高，总生物量分别达15 330和18 219.8 kg/hm2，单穗质量均为1.93g，公顷产量分别达到7 232.7和6 456.0 kg，可作为沿淮地区稻茬小麦生产可选用的耕播组合方式。本研究是在黏壤土条件下得出的结果，对于稻茬麦区其他土质和水分条件下的结果有待进一步验证。
0 引 言
小麦作为综合机械化程度最高的粮食作物，耕种收已基本实现全程机械化[1]。耕作和播种环节作为小麦生产的最初步骤，对小麦生长发育十分重要，因此采用适宜的耕作和播种方式是实现小麦产量、品质和效益提升的重要途径。
耕作方式直接影响土壤质地，改变土壤水、气、热和养分供应，进而影响根系的生长、分布和功能，最终影响植株的生长发育和产量[2-3]。北方旱作生态区，水分是限制作物产量提升的关键因子。深耕、深松或旋耕技术解决了秸秆入土的问题，改善了土壤紧实度和渗透强度，促进了水分的渗透和储存，为作物生长提供充足水分，促进了养分吸收和地上部生物量的提高[4-6]。部分地区通过免耕秸秆覆盖等措施提高了表层水分的利用效率，促进了小麦产量形成[7-8]。南方稻茬小麦生产区降水丰沛，光温资源充足，是中国小麦增产潜力最大的区域[9]。随着水稻产量的提高，秸秆还田量增加，处理不当便会影响小麦播种质量；此外，稻麦两熟的季节矛盾突出，水稻腾茬偏晚常造成了小麦播种时土壤含水量偏高，且水稻土质地黏重、耕性差[10-12]。在此条件下，进行高质量的耕作已成为小麦产量进一步提升的重要条件。
播种方式在形成作物合理的田间布局、调和作物单株和群体生长方面发挥重要作用。前人关于稻茬小麦生产区合理的播种方式已做了相关研究，李朝苏等[13-14]研究认为机条播较人工撒播提高了播种均匀度、中前期个体和群体质量与产量。赵青松等[15]提出种肥一体智能化条播机可较人工撒播并旋耕方式提高出苗率、氮肥利用效率和产量。前人研究多侧重于机械与人工播种的比较。随着中国农业机械综合性、智能化的发展，不同类型农机配套农艺研究仍有待加强[16-17]。
针对水稻种植后土壤含水量偏高且质地黏重条件下提高耕播质量和高效生产的需求，本试验在水稻秸秆全量还田条件下，研究了耕翻和免耕2种耕作方式下4种播种方式对小麦产量、穗数和穗质量形成、单株和群体光合物质生产能力的影响，以期提出适宜沿淮地区稻茬小麦生产的机械化耕播组合方式，为稻茬小麦大面积机械化生产提供理论和实践参考。
1 材料与方法
1.1 试验地点与供试材料
试验于2017－2019年在江苏省泗洪县稻麦科技综合示范基地（33°36′N，118°27′E）进行。试验田前茬为水稻，采用半喂入式收割机收割，秸秆粉碎全量还田，还田量约为8 200 kg/hm2。试验期间的气象数据由泗洪县气象局提供（图1）。试验土壤为黏壤土，2017－2018季（2018）播种前0～20 cm土壤含全氮1.87 g/kg、碱解氮116.72 mg/kg、速效磷33.91 mg/kg、速效钾78.35 mg/kg、有机质27.91g/kg；2017年10－11月总降水量达146.3 mm（图1a，多雨年份），造成播种前土壤偏湿（土壤相对含水量为84%）；供试小麦品种为扬麦23。2018－2019季（2019）播种前0～20 cm土壤含全氮1.89 g/kg、碱解氮127.12 mg/kg、速效磷33.53 mg/kg、速效钾89.46 mg/kg、有机质26.75 g/kg；2018年10－11月总降水量仅55.5 mm（图1b，少雨年份），播种前土壤墒情适宜（土壤相对含水率为75.55%）；供试小麦品种为迁麦088。
图1 2017－2018和2018－2019年度小麦生长季的日平均气温、降雨量和日照时数Fig.1 Daily mean temperature, precipitation amount, and sunshine duration during the wheat growing season in 2017-2018 and 2018-2019
1.2 试验设计
采用二因素裂区设计，以不同耕作方式（T）为主区，设耕翻（PR）、免耕（NT）2个水平；以机械播种方式（S）为裂区，设中型带播（S1）、中型条播（S2）、小型带播（S3）、小型条播（S4）4种方式，共8个处理。耕翻（PR）处理作业流程：铧式犁旋耕1次+旋耕机旋耕2次，作业深度18～20 cm；免耕（NT）处理在水稻收割后不进行耕作。中型带播（S1）作业流程：采用2BMQF-7/14型条带免耕宽幅施肥播种机一次性完成旋耕-施肥-宽幅条播-盖籽-镇压，行距35 cm，带宽10 cm；中型条播（S2）作业流程：采用2BFG-10（8）230型旋耕智能施肥播种机一次性完成旋耕-施肥-条播-盖籽-镇压-开沟，行距20 cm；小型带播（S3）作业流程：采用2BG-6A型小麦带状条播机一次性完成前置排种-带状条播-浅旋盖籽-镇压，行距28 cm，带宽10 cm；小型条播（S4）作业流程：采用2BG-6A型条播机一次性完成旋耕灭茬-条播-盖籽-镇压，行距20 cm。为保证试验条件一致，S1和S2方式均未使用机械自带的施肥功能。铧式犁、旋耕机、S1和S2方式播种机的牵引动力为64 kW的LX954型东方红拖拉机，S3和S4方式播种机的牵引动力为9 kW的8-25型常州手扶拖拉机。
播种量为292.5 kg/hm2，每个处理播种面积1 200 m2，于三叶期划定3个3 m2，按基本苗270×104株/hm2定苗。各处理施纯氮240 kg/hm2，基肥、壮蘖肥、拔节肥、孕穗肥施用比例为5:1:2:2，基肥于播种前施用，壮蘖肥于4～5叶期施用，拔节肥于倒三叶期施用，孕穗肥于倒一叶期施用。磷肥（P2O5）和钾肥（K2O）施用量均为144 kg/hm2，基肥、拔节肥各施50%。于2017年11月6日播种，2018年5月29日收获。2018年10月22日播种，2018年5月31日收获。其他管理措施按当地高产田进行。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 茎蘖数、叶面积和干物质积累量
分别于越冬始期、拔节期、孕穗期、开花期、乳熟期和成熟期调查单株和田间茎蘖数，各小区取样20株，洗净晾干，将全部绿叶用叶面积仪（LI-3000C，美国）测定叶面积，计算叶面积指数。叶面积测定后，按器官分开，105 ℃杀青1 h，80 ℃烘干至恒质量，测定干物质积累量。
1.3.2 净光合速率
开花期标记同一天开花的麦穗，于开花当天（开花期）与开花后21 d（乳熟期），每个处理随机选取长势一致的旗叶，在晴天9:00－11:00或14:00－16:30用便携式光合系统（LI-6 400，美国）测定净光合速率，重复5次。
1.3.3 产 量
于成熟期每小区收获1 m2，脱粒后自然晾干，称质量并测量含水率，换算为13%含水率籽粒产量。
1.4 数据处理与统计分析
采用Excel 2016建立数据库，用DPS 7.0软件进行数据统计分析，使用Origin 2018进行做图。处理间差异显著性采用方差分析（ANOVA），采用最小显著差异法（Least Significance Difference, LSD）进行多重比较。方差分析表明，耕作方式和播种方式与年度存在显著的互作效应，因此对不同年度的耕作方式和播种方式影响分别分析。
2 结果与分析
2.1 耕作与播种方式对籽粒产量的影响
由表1可知，不同年份耕作方式和播种方式均显著影响籽粒产量。耕作方式间籽粒产量两年度均以NT处理高于PR处理，NT处理比PR处理分别高25.4%和15.2%，说明NT在播种季节土壤含水量偏高（2018）的情况下增产幅度更为明显。播种方式对籽粒产量的影响在年度间存在差异。多重比较表明，2018年以S1和S2显著高于S3和S4（P<0.05），S1与S2差异显著（P<0.05），S3与S4差异不显著（P>0.05）；2019年以S1、S2、S3显著高于S4（P<0.05），S1、S2和S3间无显著差异（P>0.05）。另外，两年度中型播种机械（S1、S2）播种较小型播种机械(S3、S4)分别增产0.14%～16.62%和2.16%～7.28%，带播（S1、S3）相比条播（S2、S4）方式产量较高且两年度产量较为稳定。仅在2018年，耕作与播种互作显著（P<0.05）影响籽粒产量。PR处理下采用S1方式能获得显著高的籽粒产量，而NT处理下采用S1、S2和S4均能获得较高的产量。两年度均以NT和S1组合获得最高公顷产量，分别为7 232.7和6 456.0 kg。
2.2 耕作和播种方式对穗数形成的影响
由表2可知，耕作方式和播种方式显著影响各生育时期茎蘖数。两年度，NT处理各生育时期茎蘖数显著高于PR处理（P<0.05），分蘖成穗率比PR处理分别高6.5%和7.5%（P<0.01），但PR处理越冬始期茎蘖数/成穗数的值较NT高（P<0.05）。播种方式对茎蘖数的影响在年度间存在差异。多重比较表明，2018年各生育时期茎蘖数表现为S1和S2显著高于S3和S4，S1与S2间差异显著（P<0.05）。2019年茎蘖数由多到少在越冬始期依次为S1、S2、S3、S4，拔节期和成熟期茎蘖数依次为S1、S3、S2、S4，各生育时期茎蘖数在S1与S2间以及S3与S4间差异均达显著水平（P<0.05）。相比S3和S4，两年度S1和S2方式具有较高的分蘖成穗率和越冬始期茎蘖数/成穗数。耕作和播种方式互作显著影响两年度越冬始期茎蘖数和越冬始期茎蘖数/成穗数，以及2018年拔节期和成熟期茎蘖数和分蘖成穗率（P<0.05）。两年度均以NT和S1组合下获得最高穗数，每公顷分别为558.8×104和583×104；同时分蘖成穗率也较高，分别达到15.0%和17.1%；2018年度NT下S2与S1无显著差异。这说明通过提高生育前期（越冬始期）茎蘖数，促进分蘖成穗，有利于获得较高的穗数。
表1 2018、2019年耕作与播种方式对籽粒产量的影响Table 1 Effects of tillage and sowing methods on grain yield in 2018 and 2019耕作方式Tillage method播种方式Sowing method年份 Year PRS16 328.7b5 556.5bcd S25 524.1c5 203.2cd S35 522.9c5 439.2cd S44 737.0d5 054.7d NTS17 232.7a6 456.0a S27 125.0a6 142.7ab S36 265.4b6 168.0ab S47 115.0a5 725.4bc T*** S*** T×S**ns
表2 2018、2019年耕作和播种方式对穗数形成的影响Table 2 Effects of tillage and sowing methods on formation of spike number in 2018 and 2019年份 Year耕作方式 Tillage method播种方式 Sowing method茎蘖数Stem and tiller number/(×104·hm-2)分蘖成穗率Tiller fertility/%越冬始期茎蘖数/成穗数Stem and tiller number at beginning of over-wintering/spike number 越冬始期Beginning of over-wintering拔节期 Jointing成熟期 Maturity T********* S******nsns T×S******** T********** S********** T×S*nsnsns*
2.3 耕作和播种方式对花后叶片光合能力和单穗质量的影响
由表3可以看出，耕作方式和播种方式显著影响开花期和乳熟期的单茎叶面积、旗叶净光合速率和单穗质量。两年度，NT处理的单茎叶面积、旗叶净光合速率均显著高于PR处理（P<0.05），单穗质量相比PR处理提高了17.2%和15.5%（P<0.05）。2018年单茎叶面积、旗叶净光合速率和单穗质量由大到小依次为S1、S2、S3、S4，多重比较表明，S1与S2间以及S3与S4间的乳熟期旗叶净光合速率和单穗质量差异显著（P<0.05）。2019年单茎叶面积和旗叶净光合速率由大到小依次为S1、S3、S2、S4，S1与S2间以及S3与S4间在两耕作方式平均下的单茎叶面积、旗叶净光合速率和单穗质量差异均达显著水平（P<0.05）。两年S1比S2的旗叶净光合速率分别提高了4.5%和24.2%。耕作和播种方式互作显著影响两年度开花期净光合速率，2019年乳熟期的単茎叶面积，2018年乳熟期净光合速率和单穗质量。两年度均以NT和S1组合下单穗质量最高，均达到1.9 g以上；2018年度 NT下S2与S1无显著差异。因此提高叶片光合面积，延缓花后净光合速率的下降，较强的光合能力促进了同化物向穗部转运，有利于提高穗质量。
表3 2018、2019年耕作和播种方式对单茎叶面积、旗叶净光合速率和单穗质量的影响Table 3 Effects of tillage and sowing methods on leaf area per stem, net photosynthetic rate of flag leaf, and single spike weight in 2018 and 2019年份 Year耕作方式Tillage method播种方式 Sowing method单茎叶面积 Leaf area per stem/cm2旗叶净光合速率Net photosynthetic rate of flag leaf/(μmol·m-2·s-1)单穗质量Single spike weight/g 开花期Anthesis乳熟期Milk-ripe 开花期Anthesis 乳熟期Milk-ripe T******** S********* T×Snsns***** T********* S********** T×Sns**nsns
2.4 耕作和播种方式对群体叶面积指数的影响
由表4可知，除2018年越冬始期和拔节期不显著（P>0.05）外，两年度其他各时期叶面积指数在耕作方式间均达显著水平（P<0.05）；两年度耕作方式间各生育时期叶面积指数均表现为NT处理下4种播种方式平均高于PR处理，其中NT处理孕穗期和开花期的叶面积指数相比PR处理提高了41.3%和29.25%（2018），12%和50.59%（2019）。播种方式显著影响两年度各生育时期叶面积指数，且年度间存在差异。2018年除越冬始期外，其余各生育时期叶面积指数由大到小依次为 S1、S2、S3、S4；其中S1 和 S2方式间以及S3和S4方式间在整个生育期的叶面积指数差异均不显著（P>0.05），而S1和S2方式开花期和乳熟期叶面积指数显著高于S3和S4方式（P<0.05）。S3和S4拔节期和孕穗期差异显著（P<0.05）。2019年各生育时期叶面积指数由大到小依次为S1、S3、S2、S4；多重比较结果表明，S1和S2方式间以及S3和S4方式间差异均达显著水平（P<0.05）。耕作方式和播种方式互作显著影响两年度越冬始期、开花期和乳熟期叶面积指数，以及2019年拔节期叶面积指数（P<0.05）。两年度均以NT处理下采用S1方式有利于保证生育前期较高的叶面积，同时降低后期叶面积指数的下降速率，2018年NT下S2与S1无显著差异（P>0.05）。
2.5 耕作和播种方式对干物质积累的影响
由表5可知，耕作方式和播种方式显著影响两年度小麦总干物质积累量、拔节期后各生育时期的干物质积累量和花后干物质积累量，但未显著影响收获指数。耕作方式间各生育时期干物质积累量均表现为NT处理高于PR处理（P<0.05）；NT处理的总干物质积累量和花后干物质积累量分别比PR处理高34.2%和42%（2018），23.3%和75.3%（2019）。播种方式对干物质积累的影响在年度间存在差异。2018年总干物质积累量、各生育时期和花后干物质积累量由大到小依次为S1、S2、S4、S3；多重比较结果表明，S1和S2方式间差异显著（P<0.05），且均显著高于S3和S4方式（P<0.05），S3和S4方式间开花期前差异显著（P<0.05），开花后差异不显著（P>0.05）。2019 年除开花期PR处理下S2略高于S3（P>0.05）外，其余耕作方式下各生育期干物质积累量和花后干物质积累量由大到小依次为S1、S3、S2、S4；多重比较结果表明，S1和S2方式间以及S3和S4方式间总的和花后干物质积累量差异均达显著水平（P<0.05）。S1相比S2两年的花后干物质积累量分别提高了12.8%和20.4%。耕作方式和播种方式互作显著影响2018年越冬始期至孕穗期、成熟期和花后干物质积累量，以及2019年拔节期和孕穗期干物质积累量。两年度均在NT和S1组合下促进了开花后干物质快速积累和转运；每公顷总生物量也最高，两年度分别达15 330.0和18 219.8 kg，2018年NT下S2与S1无显著差异，2019年NT下S3与S1无显著差异。
表4 2018、2019年耕作和播种方式对主要生育时期叶面积指数的影响Table 4 Effects of tillage and sowing methods on leaf area index at critical stages in 2018 and 2019年份 Year耕作方式 Tillage method播种方式 Sowing method越冬始期Beginning of over-wintering拔节期Jointing孕穗期Booting开花期Anthesis乳熟期Milk-ripe Tnsns**** S********** T×S*nsns*** T********* S********** T×S****ns***
表5 2018、2019年耕作和播种方式对主要生育期干物质积累量、花后干物质积累量和收获指数的影响Table 5 Effects of tillage and sowing methods on dry matter accumulation at critical stages , post-anthesis dry matter accumulation and harvest indexin 2018 and 2019年份Year耕作方式Tillage method播种方式Sowing method干物质积累量 Dry matter accumulation/(kg·hm-2)收获指数Harvest index 越冬始期Beginning of over-wintering拔节期Jointing孕穗期Booting开花期Anthesis成熟期Maturity花后Post-anthesis 075.4d4 461.6c12 183.3c4 804.1de4 145.8c10 985.5cd3 S396.6d1 196.9f3 535.4e6 749.7c10 539.5d3 719.3e3 874.1de6 549.4c10 038.5d3 609.9a7 393.1a9 651.3a15 330.0a5 895.6b6 779.5ab9 192.5a5 884.0de5 073.3cd8 511.3b13 605.9b5 443.4c5 487.8bc8 573.4ab5 Tns*********ns S************ns T×S****ns****ns 237.7b8 779.2cd3 368.7cd7 630.0e2 058.5c8 672.5d13 920.1de3 687.2d7 424.4d10 451.4d12 562.4f2 296.0a10 457.0a12 664.5a18 219.8a5 454.1bc9 562.1b4 374.3a10 126.0a12 383.0ab5 628.0cd7 493.6c4 T***********ns S**********ns T×Sns****nsnsnsns
3 讨 论
3.1 耕作和播种方式对稻茬小麦穗数形成的影响
穗数是构成产量的三因素之一，在基本苗一致的条件下，分蘖能力就是影响穗数的主要因素，而分蘖能力与苗期降雨量、种子在土壤中的深度直接相关[18-20]。本研究结果表明，相比PR处理，NT处理促进小麦分蘖较早发生，且相对健壮，生育前期显著高的茎蘖数奠定了穗数的数量基础，这与前人在稻茬小麦生产区的研究结果基本一致[21]。稻茬麦区土壤湿黏，免耕处理适当降低了播种深度，种子表层仅有少量的泥土和秸秆，分蘖节处于地表，分蘖发生阻力小，低位和有效分蘖多，分蘖成穗数也相对较高[12,22]。而耕翻处理会加大土壤团粒结构的孔隙度，透墒漏风，不利于保温保墒，加之种子垂直分布、总体播深偏深，不利于种子吸收更多养分，限制了分蘖的发生和后期发育[23-24]。
本试验结果表明，相比小型机械播种方式，中型机械播种方式在全生育期都具有较高的茎蘖数。段剑钊等[25]研究表明，宽幅条播减弱了群体环境对分蘖生长发育的抑制，单株分蘖能力强，利于稳穗增穗，这与本研究中S1方式茎蘖数起点高，分蘖成穗率高，利于提高最终穗数的结果一致。
3.2 耕作和播种方式对稻茬小麦穗质量形成的影响
研究认为，免耕延长了灌浆期旗叶的光合时间，提高了净光合速率，有效缓解了小麦光合午休现象和叶绿素的降解，改善了单株的光合性能[26-27]。本试验结果表明，与PR处理相比，NT开花后单茎叶面积大，净光合速率高，这有利于光合产物的积累并向穗部转运以提高单穗质量。免耕处理根系分布较浅，而施用的肥料更多的富集于表层，浅根系更利于吸收浅层更多的养分以促进单株生产能力和后期抗衰老能力的提高[12]。
研究表明，机械匀播、机械条播和人工撒播的小麦花后的叶面积、旗叶SPAD值和净光合速率等存在明显差异，但结果不尽相同[13,28-29]。造成不同研究结论的原因可能是田间播种密度和生态区的差异。本试验结果表明，与小型机械播种方式相比，中型机械播种方式由于机械稳定性能好，播种均匀性高，因此通风透光条件好，利于充分利用光资源，表现为开花后单茎光合面积大，旗叶光合能力高，叶面积和光合速率下降缓慢，小麦单株的生产能力提高。研究表明，与常规条播相比，宽幅条播通过增加播种幅宽，籽粒分散均匀，单株生长空间较大，改善了个体的光合性能，花后旗叶叶绿素降解缓慢[25,30-31]。S1由于小麦单株营养面积大，生长更为健壮，提高了生育后期的光资源利用和抗衰老特性，光合能力最优，单穗质量也最高。
3.3 耕作和播种方式对稻茬小麦光合生产的影响
前人研究表明，免耕提高了小麦生育后期的叶面积指数和整个生育期的干物质积累量以及花后干物质转运效率[27,32]。本研究结果表明，相比PR处理，NT处理下整个生育期叶面积指数均显著较高，具有较强的物质生产能力，这与前人在稻茬小麦生产区的研究结果基本一致。与耕翻相比，免耕处理的小麦具有较强的生长开端优势，后期叶面积指数和生物量高，表现出较强的光合生产能力[22,33]。
播种方式可合理分布田间作物，充分利用地力和光能，形成良好的通风透光条件，对个体与群体的协调发展起着至关重要的作用。研究表明，与人工撒播相比，机械播种能够提高小麦中前期的个体和群体质量[13]。本试验结果表明，相比小型机械播种方式，中型机械播种方式在整个生育期叶面积指数和干物质积累量显著较高，说明中型机械播种所构建的小麦群体更能够充分利用全生育期的养分和温光资源，积累更多的营养物质。前人研究表明，与条播相比，宽幅播种方式小麦生育后期冠层结构更为合理，微环境适宜，光截获量高，增强了群体干物质生产和转运能力，利于开花后光合物质的生产积累[30-31]，本研究结果与之一致。
3.4 耕作和播种方式对稻茬小麦产量及其构成的影响
耕作和播种方式对小麦产量的影响因播期、前茬作物、土壤墒情、秸秆还田与否和还田质量等表现出明显的差异[3-4,13]。张向前等[26]在华北地区的研究表明秸秆不还田条件下，免耕产量显著高于翻耕；而秸秆还田条件下，显著低于翻耕。稻茬麦区的研究表明，在播种期土壤偏烂和水分正常条件下免耕处理的产量表现不一致[21,34]。本试验在土壤黏重和稻秸秆全量还田条件下，NT处理前期分蘖能力强，分蘖成穗率高，成熟期获得了较高的穗数；生育后期具有较大的光合叶面积和净光合速率，利于提高单穗重、生物量和产量。
前人研究发现，水稻秸秆还田条件下与人工播种小麦相比，机械播种更利于稳定和提高产量[11,15]。本试验研究结果表明，中型机械播种方式的籽粒产量稳定高于小型播种机械方式。郑飞娜等[35]研究认为宽幅条播下穗粒数和千粒质量的稳定性高，且具有较高的容穗量，产量高于常规条播。本研究结果也表明，相比条播（S2、S4）方式，带播（S1、S3）产量高且稳产；其中S1方式通过协同提高穗数和单穗质量，增加了产量。综合而言，在NT处理下采用S1方式奠定了增产的群体数量和个体生产力基础，可在较高穗数的基础上提高单穗质量，从而实现高产。
4 结 论
1）水稻秸秆全量还田的黏壤土条件下，两年度免耕处理小麦籽粒产量较耕翻分别提高了25.4%和15.2%，主要是由于在相同基本苗基础上提高了单位面积穗数和单穗质量。
2）两年度中型播种机械播种较小型播种机械分别增产0.14%～16.62%和2.16%～7.28%，且产量在年际间和耕作方式间较稳定。中型带播方式较中型条播方式个体的光合性能得以改善，两年度开花期净光合速率分别提高了4.5%和24.2%，促进了小麦光合产物的积累，花后干物质积累量提高了12.8%和20.4%。
文章来源：耕作与栽培 网址: http://gzyzp.400nongye.com/lunwen/itemid-45818.shtml
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