秸秆还田条件下耕作措施与施氮量对冬小麦干物质积累转运及产量的影响

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0937

摘要/Abstract

摘要：

为探讨黄淮海地区不同秸秆处理、耕作方式和施氮量相结合的高产高效生产技术，于2018—2020年设置2年大田定位试验。试验采用裂-裂区设计，主区为秸秆处理，分别为秸秆不还田(S₀)和秸秆全量还田(S₁)；裂区为耕作方式，分别为旋耕(R)、深耕(P)和深松(B)；裂裂区为施氮量，分别为135 kg/hm²(N₁₃₅)、180 kg/hm²(N₁₈₀)、225 kg/hm²(N₂₂₅)、270 kg/hm²(N₂₇₀)。结果表明，与S₀相比，S₁开花期、成熟期和花后干物质积累量提高0.6%~17.5%、1.1%~17%和1.1%~18.5%，随施氮量的降低，小麦全生育时期干物质积累量降低2.8%~22.2%。相较于常规S₁+R+N₂₂₅模式，S₁+B+N₁₈₀模式开花期、成熟期干物质积累量分别增加10.3%、7.2%，干物质转运量、干物质转运率和干物质转运量对籽粒贡献率分别增加45.9%、35.6%和27.2%，因此籽粒产量提高10.1%。从产量构成因素分析，后者小麦单位面积穗数较前者显著提高10.8%，通径分析进一步证明S₁+B+N₁₈₀模式增产的主要原因是增加了单位面积穗数。因此，与本试验相近环境条件下，在秸秆还田基础上配合深松和氮肥适量减施是实现冬小麦高产高效生产的可行技术。

关键词: 秸秆还田, 耕作措施, 施氮量, 干物质积累转运, 产量

Abstract:

To explore the high yield efficiency cultivation techniques combining different straw returning treatments, tillage practices and nitrogen rates in Huang-Huai-Hai area, field experiments were conducted from 2018 to 2020 with two straw treatments (no straw returning to field, S₀; straw returning to field, S₁), three tillage practices (rotary tillage, R; deep ploughing, P; subsoiling, B) and four nitrogen rates (135 kg/hm², N₁₃₅; 180 kg/hm², N₁₈₀; 225 kg/hm², N₂₂₅; 270 kg/hm², N₂₇₀) at Zibo, Shandong. The results showed that compared with S₀, S₁ increased the dry matter accumulation (DMA) by 0.6%-17.5%, 1.1%-17% and 1.1%-18.5% at anthesis stage, maturity stage and after anthesis period; the DMA of the whole growth period decreased by 2.8%-22.2% with the decrease of nitrogen rate. Compared with conventional S₁+R+N₂₂₅ pattern, S₁+B+N₁₈₀ pattern improved the DMA by 10.3% and 7.2% at anthesis stage and maturity stage, and increased dry matter remobilization, dry matter remobilization efficiency and dry matter remobilization contribution rate to grain by 45.9%, 35.6% and 27.2%, respectively. Thus, S₁+B+N₁₈₀ pattern had greater grain yield of 10.1% more than S₁+P+N₂₂₅ pattern. In terms of yield components, the spike number of the latter was 10.8% higher than that of the former. The path analysis further confirmed that the increase of spike number was the main reason for boosting grain yield of wheat under S₁+B+N₁₈₀ pattern. Therefore, under similar environmental conditions as this experiment, subsoiling with moderate reduction of nitrogen rate on the basis of straw returning to field is a feasible technique to achieve high yield efficiency of winter wheat production.

Key words: straw returning, tillage practices, nitrogen rates, dry matter accumulation and remobilization, grain yield

李文倩, 张海军, 韩明明, 牟群, 吕连杰. 秸秆还田条件下耕作措施与施氮量对冬小麦干物质积累转运及产量的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(34): 1-8.

LI Wenqian, ZHANG Haijun, HAN Mingming, MU Qun, LV Lianjie. Effects of Tillage Practices and Nitrogen Rates on Dry Matter Accumulation and Remobilization and Grain Yield of Winter Wheat Under Straw Returning Treatment[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(34): 1-8.

图/表 4

参考文献 43

[1]	石祖梁, 贾涛, 王亚静, 等. 我国农作物秸秆综合利用现状及焚烧碳排放估算[J]. 中国农业资源与区划, 2017, 38(9):32-37.
[2]	方放, 李想, 石祖梁, 等. 黄淮海地区农作物秸秆资源分布及利用结构分析[J]. 农业工程学报, 2015, 31(2):228-234.
[3]	王新媛, 赵思达, 郑险峰, 等. 秸秆还田和氮肥用量对冬小麦产量和氮素利用的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(23):5043-5053. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.23.010
[4]	司开玲. 秸秆焚烧与农村环境危机:基于“代谢断裂”理论的思考[J]. 中国农业大学学报(社会科学版), 2018, 35(4):61-68.
[5]	周成河, 覃大吉. 不同耕作方式对土壤理化性状及小麦产量的影响[J]. 湖北农业科学, 2019, 58(2):53-57.
[6]	HUANG G B, CHAI Q, FENG F X, et al. Effects of different tillage systems on soil properties, root growth, grain yield, and water use efficiency of winter wheat (Triticum aestivum L.) in arid Northwest China[J]. Journal of integrative agriculture, 2012, 12(8):1286-1296.
[7]	赵红香. 耕作措施与秸秆还田对农田土壤质量和冬小麦根系生长与代谢的调控[D]. 泰安: 山东农业大学, 2021.
[8]	孟庆阳, 王永华, 靳海洋, 等. 耕作方式与秸秆还田对砂姜黑土土壤酶活性及冬小麦产量的影响[J]. 麦类作物学报, 2016, 36(3):341-346.
[9]	黄明, 吴金芝, 李友军, 等. 耕作方式和氮肥用量对旱地小麦产量、蛋白质含量和土壤硝态氮残留的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(24):5206-5219. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.24.004
[10]	陈金, 唐玉海, 尹燕枰, 等. 秸秆还田条件下适量施氮对冬小麦氮素利用及产量的影响[J]. 作物学报, 2015, 41(1):160-167.
[11]	李昊昱, 孟兆良, 庞党伟, 等. 周年秸秆还田对农田土壤固碳及冬小麦-夏玉米产量的影响[J]. 作物学报, 2019, 45(6):893-903. doi: 10.3724/SP.J.1006.2019.81078
[12]	陈金. 耕作模式与施氮量对土壤质量及冬小麦产量的调控效应[D]. 泰安: 山东农业大学, 2017.
[13]	庞党伟, 陈金, 唐玉海, 等. 玉米秸秆还田方式和氮肥处理对土壤理化性质及冬小麦产量的影响[J]. 作物学报, 2016, 42(11):1689-1699.
[14]	陈金, 庞党伟, 韩明明, 等. 耕作模式对土壤生物活性与养分有效性及冬小麦产量的影响[J]. 作物学报, 2017, 43(8):1245-1253.
[15]	HE J N, SHI Y, ZHAO J Y, et al. Strip rotary tillage with a two-year subsoiling interval enhances root growth and yield in wheat[J]. Scientific report, 2019, 9(1):11678.
[16]	穆心愿, 赵霞, 谷利敏, 等. 秸秆还田量对不同基因型夏玉米产量及干物质转运的影响[J]. 中国农业科学, 2020, 53(1):29-41. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.01.003
[17]	韩明明, 李文倩, 陈金, 等. 秸秆还田及施氮量对冬小麦产量及氮素利用效率的影响[J]. 山东农业科学, 2017, 49(9):95-100.
[18]	庞党伟. 耕作和氮肥互作对耕层土壤理化性质及冬小麦产量的影响[D]. 泰安: 山东农业大学, 2016.
[19]	蒋向, 贺德先, 任洪志, 等. 轮耕对麦田土壤容重和小麦根系发育的影响[J]. 麦类作物学报, 2012, 32(4):711-715.
[20]	梅晶晶, 周苏玫, 徐凤丹, 等. 小麦根蘖发育和产量对耕作和追氮方式以及施氮量的响应[J]. 植物营养与肥料学报, 2020, 26(6):1069-1080.
[21]	赵亚丽, 郭海斌, 薛志伟, 等. 耕作方式与秸秆还田对冬小麦-夏玉米轮作系统中干物质生产和水分利用效率的影响[J]. 作物学报, 2014, 40(10):1797-1807. doi: 10.3724/SP.J.1006.2014.01797
[22]	李向东, 季书勤, 张德奇, 等. 豫南雨养区周年不同耕作模式对小麦花后干物质动态和产量的影响[J]. 生态学杂志, 2011, 30(9):1942-1948.
[23]	黄明, 吴金芝, 李友军, 等. 不同耕作方式对旱作区冬小麦生产和产量的影响[J]. 农业工程学报, 2009, 25(1):50-54.
[24]	JU X T, XING G X, CHEN X P, et al. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J]. PNAS, 2009, 106(9):3041. doi: 10.1073/pnas.0813417106 URL
[25]	周冬冬, 张军, 李福建, 等. 稻秸还田与耕作方式对小麦产量形成及籽粒品质的影响[J]. 麦类作物学报, 2022, 42(10):1273-1282.
[26]	郑宾, 赵伟, 徐铮, 等. 不同耕作方式与氮肥类型对夏玉米光合性能的影响[J]. 作物学报, 2017, 43(6):925-934.
[27]	BIDINGER F, MUSGRAVE R B, FISCHER R A. Contribution of stored pre-anthesis assimilate to grain yield in wheat and barley[J]. Nature, 1977, 270:431-433. doi: 10.1038/270431a0
[28]	仝锦, 孙敏, 任爱霞, 等. 高产小麦品种植株干物质积累运转、土壤耗水与产量的关系[J]. 中国农业科学, 2020, 53(17):3467-3478. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.17.005
[29]	游来勇, 李冰, 王昌全, 等. 秸秆还田量对麦-稻轮作体系作物产量、氮素吸收利用效率的影响[J]. 核农学报, 2015, 29(12):2394-2401. doi: 10.11869/j.issn.100-8551.2015.12.2394
[30]	王维钰, 乔博, AKHTAR K, 等. 免耕条件下秸秆还田对冬小麦-夏玉米轮作系统土壤呼吸及土壤水热状况的影响[J]. 中国农业科学, 2016, 49(11):2136-2152. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016.11.010
[31]	王福玉, 陈贵菊, 孙雷明, 等. 耕作方式与施氮量互作对小麦生长、产量与品质的影响[J]. 中国农学通报, 2022, 38(9):20-26. doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2021-0450
[32]	刘卫玲, 程思贤, 吴健, 等. 深松(耕)时期与方式对砂姜黑土耕层改良及其冬小麦物质积累和养分吸收的影响[J]. 河南农业大学学报, 2020, 54(3):392-399.
[33]	许菁, 贺贞昆, 冯倩倩, 等. 耕作方式对冬小麦-夏玉米光合特性及周年产量形成的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(1):101-109.
[34]	宋明丹, 李正鹏, 冯浩. 不同水氮水平冬小麦干物质积累特征及产量效应[J]. 农业工程学报, 2016, 32(2):119-126.
[35]	马东辉, 王月福, 周华, 等. 氮肥和花后土壤含水量对小麦干物质积累、运转及产量的影响[J]. 麦类作物学报, 2007(5):847-851.
[36]	赵财, 王巧梅, 郭瑶, 等. 水氮耦合对地膜玉米免耕轮作小麦干物质积累及产量的影响[J]. 作物学报, 2018, 44(11):1694-1703. doi: 10.3724/SP.J.1006.2018.01694
[37]	王玉杰, 王永华, 韩磊, 等. 不同栽培管理模式对冬小麦花后干物质积累与分配特征及产量的影响[J]. 麦类作物学报, 2011, 31(5):894-900.
[38]	张瑞富, 杨恒山, 高聚林, 等. 深松促进春玉米干物质和磷素的积累与转运[J]. 农业工程学报, 2016, 32(19):106-112.
[39]	赵亚南, 宿敏敏, 吕阳, 等. 减量施肥下小麦产量、肥料利用率和土壤养分平衡[J]. 植物营养与肥料学报, 2017, 23(4):864-873.
[40]	姜丽娜, 马静丽, 方保停, 等. 限水减氮对豫北冬小麦产量和植株不同层次器官干物质运转的影响[J]. 作物学报, 2019, 45(6):957-966. doi: 10.3724/SP.J.1006.2019.81068
[41]	张莹. 不同春玉米品种氮效率差异及其对深松减氮的响应机制[D]. 呼和浩特: 内蒙古农业大学, 2018.
[42]	吴金芝, 黄明, 李友军, 等. 耕作方式和氮肥用量对旱地小麦产量、水分利用效率和种植效益的影响[J]. 水土保持学报, 2021, 35(5):264-271.
[43]	何天池. 秸秆还田模式和氮肥施用对玉米水肥利用及产量的影响[D]. 沈阳: 沈阳农业大学, 2020.

秸秆处理	耕作措施	施氮量	籽粒产量/(×10³ kg/hm²)		穗数/(×10⁶穗/hm²)		穗粒数/粒		千粒重/g
秸秆处理	耕作措施	施氮量	1st	2nd	1st	2nd	1st	2nd	1st	2nd
S₀	R	N₁₃₅	8.58gh	8.82fg	5.54h	5.62f	38.33bc	37.87cd	37.15gh	37.63fg
		N₁₈₀	8.92f	9.04ef	5.83f	5.80e	38.03bc	38.20c	36.84h	37.34gh
		N₂₂₅	9.35d	9.51c	6.1d	6.00cd	37.33bc	37.87cd	36.44i	36.95i
		N₂₇₀	9.47cd	9.56c	6.31c	6.21bc	37.33bc	38.21c	35.67j	35.93j
	P	N₁₃₅	8.27j	7.95k	5.06j	5.28g	36.32c	37.03cd	37.54f	37.68fg
		N₁₈₀	8.53h	8.49i	5.3i	5.54f	36.67c	36.71d	37.36fg	37.47g
		N₂₂₅	8.92f	8.79g	5.67g	5.78e	36.67c	37.03cd	36.96gh	37.22h
		N₂₇₀	9.05ef	9.09e	6.06de	6.04cd	37.04c	37.37cd	36.41i	36.90i
	B	N₁₃₅	8.40i	8.44i	5.22i	5.54f	38.23bc	37.97cd	37.74ef	37.71f
		N₁₈₀	8.65gh	8.65h	5.63gh	5.74e	38.19bc	37.63cd	37.62ef	37.5g
		N₂₂₅	8.96f	8.93f	5.94e	5.92d	37.67bc	37.97cd	37.42fg	37.16h
		N₂₇₀	9.15e	9.11e	6.12d	6.10c	38.24bc	38.63bc	37.09gh	36.85i
S₁	R	N₁₃₅	8.28j	8.18j	5.65gh	5.77e	38.22bc	39.83b	36.94h	38.24e
		N₁₈₀	8.67g	8.59hi	5.90ef	5.92de	38.33bc	39.5bc	37.37fg	38.52de
		N₂₂₅	9.04ef	8.73gh	6.28c	6.07cd	38.67b	39.5bc	37.84e	38.94c
		N₂₇₀	9.15e	8.84fg	6.34c	6.22b	39.15ab	38.83bc	37.43fg	38.34e
	P	N₁₃₅	8.54h	8.52i	5.80f	5.95d	39.33ab	40.67a	37.22g	38.61d
		N₁₈₀	9.04ef	9.03ef	5.96e	6.11c	40.33a	40.02b	37.82e	38.94c
		N₂₂₅	9.46cd	9.44c	6.4bc	6.36b	40.33a	40.33a	38.85c	39.37b
		N₂₇₀	9.52c	9.48c	6.46b	6.54a	39.67ab	41.67a	38.29d	38.87cd
	B	N₁₃₅	9.13e	9.25d	6.18cd	6.08cd	40.14ab	41.23a	37.66ef	38.69d
		N₁₈₀	9.72b	9.84b	6.43b	6.41ab	40.21ab	41.42a	38.34d	39.28b
		N₂₂₅	9.82ab	9.92ab	6.51ab	6.53a	39.24ab	41.31a	39.50a	39.99a
		N₂₇₀	9.86a	9.97a	6.59a	6.55a	40.22ab	40.67a	39.21b	39.43b
方差分析	S		^**	^**	^**	^**	^**	^**	^**	^**
	T		^**	^**	^**	^**	^*	^**	^**	^**
	N		^**	^**	^**	^**	NS	NS	^**	^**
	S×T		^**	^**	^**	^**	^**	^**	^**	^**
	S×N		^**	^**	^**	NS	NS	NS	^**	^**
	T×N		^**	^**	^**	NS	NS	NS	^**	^**
	S×T×N		^*	^**	^**	NS	NS	NS	^*	^**

秸秆处理	耕作措施	施氮量	籽粒产量/(×10³ kg/hm²)		穗数/(×10⁶穗/hm²)		穗粒数/粒		千粒重/g
秸秆处理	耕作措施	施氮量	1st	2nd	1st	2nd	1st	2nd	1st	2nd
S₀	R	N₁₃₅	8.58gh	8.82fg	5.54h	5.62f	38.33bc	37.87cd	37.15gh	37.63fg
		N₁₈₀	8.92f	9.04ef	5.83f	5.80e	38.03bc	38.20c	36.84h	37.34gh
		N₂₂₅	9.35d	9.51c	6.1d	6.00cd	37.33bc	37.87cd	36.44i	36.95i
		N₂₇₀	9.47cd	9.56c	6.31c	6.21bc	37.33bc	38.21c	35.67j	35.93j
	P	N₁₃₅	8.27j	7.95k	5.06j	5.28g	36.32c	37.03cd	37.54f	37.68fg
		N₁₈₀	8.53h	8.49i	5.3i	5.54f	36.67c	36.71d	37.36fg	37.47g
		N₂₂₅	8.92f	8.79g	5.67g	5.78e	36.67c	37.03cd	36.96gh	37.22h
		N₂₇₀	9.05ef	9.09e	6.06de	6.04cd	37.04c	37.37cd	36.41i	36.90i
	B	N₁₃₅	8.40i	8.44i	5.22i	5.54f	38.23bc	37.97cd	37.74ef	37.71f
		N₁₈₀	8.65gh	8.65h	5.63gh	5.74e	38.19bc	37.63cd	37.62ef	37.5g
		N₂₂₅	8.96f	8.93f	5.94e	5.92d	37.67bc	37.97cd	37.42fg	37.16h
		N₂₇₀	9.15e	9.11e	6.12d	6.10c	38.24bc	38.63bc	37.09gh	36.85i
S₁	R	N₁₃₅	8.28j	8.18j	5.65gh	5.77e	38.22bc	39.83b	36.94h	38.24e
		N₁₈₀	8.67g	8.59hi	5.90ef	5.92de	38.33bc	39.5bc	37.37fg	38.52de
		N₂₂₅	9.04ef	8.73gh	6.28c	6.07cd	38.67b	39.5bc	37.84e	38.94c
		N₂₇₀	9.15e	8.84fg	6.34c	6.22b	39.15ab	38.83bc	37.43fg	38.34e
	P	N₁₃₅	8.54h	8.52i	5.80f	5.95d	39.33ab	40.67a	37.22g	38.61d
		N₁₈₀	9.04ef	9.03ef	5.96e	6.11c	40.33a	40.02b	37.82e	38.94c
		N₂₂₅	9.46cd	9.44c	6.4bc	6.36b	40.33a	40.33a	38.85c	39.37b
		N₂₇₀	9.52c	9.48c	6.46b	6.54a	39.67ab	41.67a	38.29d	38.87cd
	B	N₁₃₅	9.13e	9.25d	6.18cd	6.08cd	40.14ab	41.23a	37.66ef	38.69d
		N₁₈₀	9.72b	9.84b	6.43b	6.41ab	40.21ab	41.42a	38.34d	39.28b
		N₂₂₅	9.82ab	9.92ab	6.51ab	6.53a	39.24ab	41.31a	39.50a	39.99a
		N₂₇₀	9.86a	9.97a	6.59a	6.55a	40.22ab	40.67a	39.21b	39.43b
方差分析	S		^**	^**	^**	^**	^**	^**	^**	^**
	T		^**	^**	^**	^**	^*	^**	^**	^**
	N		^**	^**	^**	^**	NS	NS	^**	^**
	S×T		^**	^**	^**	^**	^**	^**	^**	^**
	S×N		^**	^**	^**	NS	NS	NS	^**	^**
	T×N		^**	^**	^**	NS	NS	NS	^**	^**
	S×T×N		^*	^**	^**	NS	NS	NS	^*	^**

生长季	指标	与籽粒产量的相关系数	直接通径系数	间接通径系数
生长季	指标	与籽粒产量的相关系数	直接通径系数	穗数	穗粒数	千粒重
2018—2019	穗数	0.892^**	0.930^**	—	0.523	0.341
	穗粒数	0.432^**	-0.188^**	-0.106	—	-0.099
	千粒重	0.426^**	0.184^**	0.068	0.097	—
2019—2020	穗数	0.831^**	0.921^**	—	—	0.472
	穗粒数	0.457^**	—	—	—	—
	千粒重	0.297^**	-0.176^**	0.090	—	—

生长季	指标	与籽粒产量的相关系数	直接通径系数	间接通径系数
生长季	指标	与籽粒产量的相关系数	直接通径系数	穗数	穗粒数	千粒重
2018—2019	穗数	0.892^**	0.930^**	—	0.523	0.341
	穗粒数	0.432^**	-0.188^**	-0.106	—	-0.099
	千粒重	0.426^**	0.184^**	0.068	0.097	—
2019—2020	穗数	0.831^**	0.921^**	—	—	0.472
	穗粒数	0.457^**	—	—	—	—
	千粒重	0.297^**	-0.176^**	0.090	—	—