深松蓄水增量播种对旱地小麦植株氮素吸收利用、产量及蛋白质含量的影响

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本站小编 Free考研考试/2021-12-26

薛玲珠, 孙敏, 高志强, 王培如, 任爱霞, 雷妙妙, 杨珍平. 深松蓄水增量播种对旱地小麦植株氮素吸收利用、产量及蛋白质含量的影响[J]. , 2017, 50(13): 2451-2462 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.005
XUE LingZhu, SUN Min, GAO ZhiQiang, WANG PeiRu, REN AiXia, LEI MiaoMiao, YANG ZhenPing. Effects of Incremental Seeding Rate Under Sub-Soiling During the Fallow Period on Nitrogen Absorption and Utilization, Yield and Grain Protein Content in Dryland Wheat[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2017, 50(13): 2451-2462 https://doi.org/10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.005

0 引言

【研究意义】在中国北方,旱地小麦因面积比例大、品质优良,在小麦生产中占有突出地位。山西省小麦面积70万hm²,其中旱地小麦占2/3,但产量仅为总产的1/3—1/2。旱地小麦产量低的主要问题是群体弱小,穗数不足,如何形成冬前壮苗一直是旱地小麦产量提高的突破口。【前人研究进展】前人在调节播量调控旱地小麦群体方面做了较多研究。刘俊梅等^[1]研究表明,在112.5—187.5 kg·hm^-2范围内增加播量,旱地小麦越冬期群体分蘖数提高,其中播量为187.5 kg·hm^-2时提高34%。张明明等^[2]研究表明,在一定范围内随播量增加,旱地小麦穗数、产量均显著提高。此外,干旱缺水仍是旱地小麦产量提升的主要限制因子,前人在耕作蓄水和覆盖保水方面进行了较多研究。WANG等^[3]、BHATT等^[4]研究表明,休闲期深松可疏松土壤,降低0—40 cm土层土壤容重0.2 mg·cm^-3以上,有效提高麦田土壤蓄水能力。王小彬等^[5]研究表明,休闲期深松提高麦田播前土壤蓄水量9—24 mm,提高休闲期土壤蓄水效率43%—284%。李友军等^[6]研究表明,休闲期深松提高小麦产量23%,提高水分利用效率16%。王靖等^[7]研究表明,休闲期深松能显著提高冬小麦籽粒蛋白质含量,改善品质。孙敏等^[8]研究则表明,休闲期深松对小麦籽粒蛋白质含量的影响因降水年型有所差异,欠水年（降水量为335.0 mm）深松降低籽粒蛋白质含量,而丰水年（降水量为673.1 mm）和平水年（降水量为534.7 mm）深松有利于提高籽粒蛋白质含量。地膜覆盖栽培技术自20世纪70年代引入中国后,其蓄水增产效果已得到充分验证^[9-11]。温晓霞等^[12]研究表明,生育期地膜覆盖能有效蓄积降水,明显改善麦田0—50 cm土壤水分状况。侯慧芝等^[13]研究表明,生育期地膜覆盖提高小麦产量43%,提高水分利用效率11%。但李凤民等^[14]研究表明,生育期降水较少时,地膜覆盖降低小麦有效穗数9%,降低产量40%以上。【本研究切入点】旱地麦田采用休闲期进行耕作、生育期采用地膜覆盖播种可有效蓄积周年降水,提升产量,但地膜覆盖播种往往引起穗数不足,影响产量的进一步提升,且有关耕作蓄水提高底墒的前提下如何调节播量形成冬前壮苗、构建合理群体的研究少见报道。【拟解决的关键问题】本研究在休闲期深松蓄水的前提下研究不同播量对植株氮素吸收、运转和利用、产量、籽粒蛋白质含量的影响,为制定山西省旱地麦区高产优质同步化生产的栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地情况

试验于2012—2014年在山西农业大学闻喜县试验基地（东经111°17′,北纬35°20′）进行。试验地为丘陵旱地,无灌溉条件,采用夏季休闲制,即从前茬小麦收获至下茬小麦播种为裸地。2012—2013年度,6月10日测定0—20 cm土层土壤肥力,其中有机质11.88 g·kg^-1,碱解氮38.62 mg·kg^-1,速效磷14.61 mg·kg^-1;2013—2014年度,6月10日测定0—20 cm土层土壤肥力,其中有机质10.88 g·kg^-1,碱解氮39.32 mg·kg^-1,速效磷16.62 mg·kg^-1。表1为试验地降水情况。试验地近12年（2002—2014年）的年均降水量为484.0 mm,2012—2013年较干旱,较年均降水量低26.5%,但开花—成熟期降水量较高;2013—2014年降水量接近于正常年份,拔节—开花期降水量较高。
Table 1
表1
表1闻喜试验点的降水量
Table 1Precipitation at the experimental site in Wenxi (mm)

年份 Year	休闲期 Fallow period	播种—越冬 SS-WS	越冬—拔节 WS-JS	拔节—开花 JS-AS	开花—成熟 AS-MS	总计 Total
2002-2014Mean	301.7±95.6	48.2±17.9	38.6±24.2	32.6±11.1	62.9±24.8	484.0±106.8
2012-2013	188.4	32.8	22.4	12.0	100.1	355.7
2013-2014	288.2	43.7	23.1	104.0	30.7	489.7

Source: Meteorological Observation of Wenxi County, Shanxi province, China. Fallow period: Jun.21 to Sep.30; SS-WS(Sowing stage to Pre-wintering stage): Oct.1 to Nov.30; WS-JS(Pre-wintering stage to Jointing stage): Dec.1 to Apr.10 in the following year; JS-AS(Jointing stage to Anthesis): Apr.11 to May 10; AS-MS(Anthesis to Mature): May 11 to Jun.20数据来源：山西省闻喜县气象站。休闲期：6月21日—9月30日;播种—越冬：10月1日—11月30日;越冬—拔节：12月1日—次年4月10日;拔节—开花：4月11日—5月10日;开花—成熟：5月11日—6月20日

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1.2 试验设计

供试小麦品种为运旱20410。试验采用二因素裂区设计,以耕作方式为主区,设深松（深度为30—40 cm,SS）、对照（休闲期不耕作,CK）2个水平,以播量为副区,设67.5 kg·hm^-2（R_67.5）、90 kg·hm^-2（R₉₀）、112.5 kg·hm^-2（R_112.5）3个水平,共6个处理,重复3次,小区面积150 m²（50 m × 3 m）。前茬小麦收获时留高茬,茬高20—30 cm,7月中旬进行耕作处理,8月下旬浅旋、耙耱,平整土地。播前基施氮、磷、钾肥,其中纯氮（尿素,含氮量46%）150 kg·hm^-2,P₂O₅ 150 kg·hm^-2,K₂O 150 kg·hm^-2,生育期不追肥。9月底或10月初播种,膜际条播,即地膜覆盖播种,起垄、覆膜、播种、镇压一次完成。60 cm为一带,起垄,垄底宽40 cm,垄高10 cm,垄顶成圆弧型,采用400 mm×0.01 mm地膜覆盖在垄上,地膜两侧覆土。垄沟膜侧种植两行小麦,小麦窄行行距20 cm,宽行行距40 cm。于小麦开花后10—15 d揭生育期覆盖的地膜,适时收获。具体实施时间为：2012年7月15日深松,8月25日浅旋耕、平整土地,10月1日播种;2013年7月15日深松,8月23日浅旋耕、平整土地,9月29日播种。

1.3 测定项目与方法

于前茬小麦收获后,在地块内挖一个3 m深的剖面坑,将剖面削齐铲平。按划定的层次自上至下的取样,每20 cm为一土层,采用环刀法测定土壤容重。于小麦各主要生育时期用土钻法取0—300 cm（每20 cm为一层）土样,采用烘干法测定土壤含水量。
于越冬期选择出苗均匀的3个小麦定样段,每个样段选取3行小麦,面积0.667 m²,调查冬前群体分蘖数,以每公顷计算。
分别于越冬期、开花期、成熟期取样20株,其中越冬期取整株样品,开花期植株样品分为叶片、茎秆+叶鞘、颖壳+穗轴3部分,成熟期植株样品分为叶片、茎秆+叶鞘、颖壳+穗轴、籽粒4部分。于105℃杀青30 min后,70℃烘至恒重,称量并记录干物质量;用H₂SO₄-H₂O₂-靛酚蓝比色法^[15]测定含氮率,计算植株各器官氮素积累量。籽粒含氮率×5.7即为籽粒蛋白质含量。
成熟期调查单位面积穗数、每穗平均粒数及千粒重,每小区取50株测定其生物产量,收割20 m²测定籽粒实际产量。

1.4 计算方法

1.4.1 土壤水分计算方法按侯贤清^[16]的方法计算：
SWS_i = W_i×D_i×H_i×10/100
式中,SWS_i为第i土层土壤蓄水量（mm）;W_i为第i土层土壤质量含水量（%）;D_i为第i土层土壤容重（g·cm^-3）;H_i为第i土层厚度（cm）。
Ey=R+ΔW
式中,Ey为作物生育期耗水量（mm）;R为生育期降水量（mm）;ΔW为成熟期与播种期0—300 cm土壤蓄水量之差（mm）。
WUE=Y/Ey
式中,WUE为水分利用效率（kg·hm^-2·mm^-1）;Y为籽粒产量（kg·hm^-2）。
WSE=D/R×100%
式中,WSE为休闲期土壤蓄水效率（%）;D为休闲期0—300 cm土层中增加的蓄水量（mm）;R为休闲期降水量（mm）。
1.4.2 氮素计算方法按赵俊晔等^[15]、PRZULJ等^[17]的方法计算。
植株氮素积累量=植株干物质量×含氮率;
开花前积累氮素的运转量=开花期营养器官氮素积累量-成熟期营养器官氮素积累量;
开花前积累氮素的运转对籽粒的贡献率=开花前积累氮素的运转量/籽粒氮素积累量×100%;
开花后氮素积累量=成熟期植株氮素积累量-开花期植株氮素积累量;
开花后氮素积累对籽粒的贡献率=开花后氮素积累量/籽粒氮素积累量×100%;
氮素吸收效率=植株氮素积累量/施氮量;
氮素利用效率=籽粒产量/植株氮素积累量;
氮肥生产效率=籽粒产量/施氮量。

1.5 统计方法

试验采用Microsoft Excel 2003处理数据,采用DPS6.50和SAS9.0软件进行统计分析,差异显著性检验用LSD法,显著性水平设定为P=0.05。由于两年度试验结果趋势表现基本一致,部分图表只列出了2013—2014年的数据。

2 结果

2.1 休闲期深松的蓄水效果

夏季休闲土壤蓄水量提高。与对照相比,休闲期深松播种前土壤蓄水量显著提高,休闲期土壤蓄水效率也显著提高,2012—2013年达198%,2013—2014年达65%（表2）。可见,旱地麦田夏季休闲有利于蓄积降水,采用深松效果更佳,尤其在干旱年型。
Table 2
表2
表2休闲期深松对休闲期土壤蓄水效率的影响
Table 2Effects of sub-soiling during the fallow period on water storage efficiency

年度 Year	耕作 Tillage	休闲期降水量 Precipitation during fallow period (mm)	休闲期土壤蓄水量Soil water storage during fallow period (mm)		休闲期土壤蓄水效率 Water storage efficiency during fallow period (%)
年度 Year	耕作 Tillage	休闲期降水量 Precipitation during fallow period (mm)	初期（耕作前） Initial stage (before tillage)	末期（播种前） Terminal stage (before sowing)	休闲期土壤蓄水效率 Water storage efficiency during fallow period (%)
2012-2013	SS	188.40	391.30	522.32c	69.54a
2012-2013	CK	188.40	391.30	435.30d	23.36d
2013-2014	SS	288.20	410.43	556.28a	50.61b
2013-2014	CK	288.20	410.43	498.67b	30.62c

Values followed by different small letters within a column indicate significant differences at the 0.05 level. The same as below同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著。下同

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2.2 深松和播量对冬前群体分蘖数、越冬期植株干物质量和氮素积累量的影响

与对照相比,休闲期深松的冬前群体分蘖数、越冬期植株干物质量和氮素积累量显著增加（表3）。深松条件下增加播量,冬前群体分蘖数和越冬期植株干物质量显著增加;越冬期植株氮素积累量增加,但R₉₀与R_112.5两处理间差异不显著。不深松的对照条件下增加播量,冬前群体分蘖数、越冬期植株干物质量和氮素积累量以R₉₀处理较高,且与其他两处理间差异显著;越冬期植株干物质量和氮素积累量以R_112.5处理较低,且与其他两处理间差异显著。可见,旱地麦田休闲期深松有利于形成冬前壮苗,且增加播量促进分蘖发生,促进植株物质生产形成,而不深松的对照条件下在播量90 kg·hm^-2的基础上再增加播量,反而不利于群体构建和物质形成。
Table 3
表3
表3休闲期深松和播量对旱地小麦冬前群体分蘖数和越冬期植株干物质量及氮素积累量的影响（2013— 2014）
Table 3Effects of sub-soiling during the fallow period and seeding rate on tiller amount before winter and dry weight and nitrogen accumulation in plant of dryland wheat at wintering stage (2013-2014)

耕作 Tillage	播量 Seeding rate	群体分蘖数 Tillers (×10⁴·hm^-2)	植株干物质量 Dry weight (kg·hm^-2)	植株氮素积累量 Nitrogen accumulation amount (kg·hm^-2)
SS	R_67.5	1005.00c	1900.76c	21.75b
	R₉₀	1204.23b	2122.33b	26.68a
	R_112.5	1328.25a	2308.58a	27.67a
CK	R_67.5	963.50e	1719.11d	19.27c
	R₉₀	1072.75c	1908.13c	22.98b
	R_112.5	985.50de	1536.71e	16.60d

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2.3 深松和播量对植株开花期和成熟期各器官氮素积累的影响

与对照相比,休闲期深松的开花期各器官氮素积累量显著增加（表4）。深松条件下增加播量,开花期各器官氮素积累量增加,但R₉₀与R_112.5两处理间差异不显著;不深松的对照条件下增加播量,开花期各器官氮素积累量以R₉₀处理较高,且与其他两处理间差异显著,以R_112.5处理较低。
Table 4
表4
表4休闲期深松和播量对旱地小麦开花期和成熟期各器官氮素积累量的影响（2013—2014）
Table 4Effects of sub-soiling during the fallow period and seeding rate on nitrogen accumulation amount in various organs of dryland wheat at anthesis and mature periods (2013-2014)

耕作 Tillage	播量 Seeding rate	开花期Anthesis			成熟期Mature
		叶片 Leaf (kg·hm^-2)	茎秆+叶鞘 Stem+sheath (kg·hm^-2)	颖壳+穗轴 Glume+spike (kg·hm^-2)	叶片 Leaf (kg·hm^-2)	茎秆+叶鞘 Stem+sheath (kg·hm^-2)	颖壳+穗轴 Glume+spike (kg·hm^-2)	籽粒Grain
		叶片 Leaf (kg·hm^-2)	茎秆+叶鞘 Stem+sheath (kg·hm^-2)	颖壳+穗轴 Glume+spike (kg·hm^-2)	叶片 Leaf (kg·hm^-2)	茎秆+叶鞘 Stem+sheath (kg·hm^-2)	颖壳+穗轴 Glume+spike (kg·hm^-2)	积累量 Accumulation Amount (kg·hm^-2)	占整株比例 Accumulation Rate (%)
SS	R_67.5	29.55b	65.84b	21.58b	5.42bc	14.54b	5.50d	124.46b	83.02b
	R₉₀	33.02a	76.50a	24.83a	5.12cd	17.29a	5.28de	140.75a	83.56ab
	R_112.5	34.05a	77.73a	25.44a	4.93d	17.69a	5.13e	144.21a	83.87a
CK	R_67.5	27.25c	59.37c	20.37c	5.75b	10.79d	7.00b	114.20c	82.91b
	R₉₀	30.22b	64.78b	22.16b	5.48bc	13.07c	6.17c	124.37b	83.42ab
	R_112.5	26.61c	49.90d	19.02d	7.07a	9.83d	8.53a	99.50d	79.65c

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与对照相比,休闲期深松成熟期叶片氮素积累量降低,且R_112.5条件下与对照的差异显著;颖壳+穗轴氮素积累量显著降低;茎秆+叶鞘氮素积累量显著增加;籽粒氮素积累量及其所占整株比例提高。深松条件下增加播量,成熟期叶片、颖壳+穗轴氮素积累量降低,茎秆+叶鞘氮素积累量增加,籽粒氮素积累量及其所占整株比例提高,但各器官氮素积累量及籽粒所占比例均表现为R₉₀与R_112.5两处理间差异不显著;不深松的对照条件下增加播量,叶片、颖壳+穗轴氮素积累量以R₉₀处理较低,茎秆+叶鞘、籽粒氮素积累量以R₉₀处理较高,且与其他两处理间差异显著,以R_112.5处理较低。可见,休闲期深松有利于开花期各器官氮素积累,有利于促进叶片和颖壳+穗轴中的氮素向籽粒转移,且播量112.5 kg·hm^-2效果较好,但与播量90 kg·hm^-2差异不显著。而休闲期不采取深松蓄水技术,播量90 kg·hm^-2效果较好,若播量为112.5 kg·hm^-2时则不利于植株氮素积累,反而增加植株各器官氮素残留,尤其是茎秆+叶鞘中的氮素。

2.4 深松和播量对植株氮素运转的影响

2.4.1 开花前积累氮素的运转和开花后氮素积累与对照相比,休闲期深松处理的植株开花前积累氮素的运转量和开花后氮素积累量显著增加（表5）。深松条件下增加播量,开花前积累氮素的运转量和开花后氮素积累量增加,但R₉₀与R_112.5两处理间差异不显著;不深松的对照条件下增加播量,开花前积累氮素的运转量和开花后氮素积累量都以R₉₀处理较高,以R_112.5处理较低。与对照相比,休闲期深松开花前积累氮素的运转对籽粒的贡献率提高,且R_112.5条件下与对照的差异显著;开花后氮素积累量对籽粒的贡献率降低,且R₉₀、R_112.5处理与对照差异显著。深松条件下增加播量,开花前积累氮素的运转量对籽粒的贡献率提高,但差异不显著,开花后氮素积累量对籽粒的贡献率则降低。不深松的对照条件下增加播量,开花前积累氮素的运转量对籽粒的贡献率以R₉₀处理较高,以R_112.5处理较低;开花后氮素积累量对籽粒的贡献率以R₉₀处理较低。可见,休闲期深松促进植株开花前积累氮素的运转量及其对籽粒的贡献率和开花后氮素积累量的提高,且播量112.5 kg·hm^-2效果较好,但与播量90 kg·hm^-2的差异不显著。而休闲期不采取深松蓄水技术,播量90 kg·hm^-2效果较好,若播量为112.5 kg·hm^-2,则不利于开花前积累氮素的运转。
Table 5
表5
表5休闲期深松和播量对旱地小麦植株开花前积累氮素的运转和开花后氮素积累的影响（2013—2014）
Table 5Effects of sub-soiling during the fallow period and seeding rate on pre-anthesis accumulated nitrogen translocation and nitrogen accumulation after anthesis of dryland wheat (2013-2014)

耕作 Tillage	播量 Seeding rate	开花前积累氮素的运转PANT		开花后氮素积累NAAA
耕作 Tillage	播量 Seeding rate	运转量 Amount of translocation (kg·hm^-2)	对籽粒的贡献率 Contribution to N in grains (%)	积累量 Amount of accumulation (kg·hm^-2)	对籽粒的贡献率 Contribution to N in grains (%)
SS	R_67.5	91.51b	73.53ab	32.95bc	26.48bc
	R₉₀	106.67a	75.80a	34.09ab	24.22d
	R_112.5	109.48a	75.94a	34.72a	24.08d
CK	R_67.5	83.45c	73.08ab	30.75de	26.93b
	R₉₀	92.44b	74.35a	31.93cd	25.68c
	R_112.5	70.12d	70.48b	29.38e	29.54a

PANT: Pre-anthesis accumulated nitrogen translocation amount from vegetative organs to grains after anthesis; NAAA: Nitrogen accumulation amount after anthesisPANT：开花期积累氮素的运转;NAAA：开花后氮素积累

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2.4.2 开花前各器官积累氮素的运转与对照相比,休闲期深松植株开花前各器官积累氮素的运转量增加,且叶片、颖壳+穗轴的运转量增加显著（表6）。深松条件下增加播量,开花前植株各器官积累氮素的运转量增加,但R₉₀与R_112.5两处理间差异不显著;不深松的对照条件下增加播量,开花前植株各器官积累氮素的运转量以R₉₀处理较高,R_112.5处理较低。与对照相比,休闲期深松开花前叶片积累氮素的运转对籽粒的贡献率R_67.5、R_112.5处理下提高,R₉₀处理下降低;开花前茎秆+叶鞘积累氮素的运转对籽粒的贡献率R₉₀、R_112.5处理下提高;开花前颖壳+穗轴积累氮素的运转对籽粒的贡献率显著提高。深松条件下增加播量,开花前叶片和颖壳+穗轴积累氮素的运转对籽粒的贡献率提高,但只有R₉₀和R_112.5两处理的颖壳+穗轴与R_67.5处理间差异显著,茎秆+叶鞘先提高后降低。不深松的对照条件下增加播量,开花前叶片、颖壳+穗轴积累氮素的运转对籽粒的贡献率以R₉₀处理较高,且颖壳+穗轴以R_112.5处理较低;而开花前茎秆+叶鞘积累氮素的运转对籽粒的贡献率随播量增加而降低。可见,休闲期深松有利于促进开花前各器官积累的氮素向籽粒运转,且播量112.5 kg·hm^-2效果较好,但与播量90 kg·hm^-2差异不显著。而休闲期不采取深松蓄水技术,播量90 kg·hm^-2效果较好,若播量为112.5 kg·hm^-2,则不利于开花前各器官积累氮素的运转。
Table 6
表6
表6休闲期深松和播量对旱地小麦开花前各器官积累氮素的运转量及其对籽粒贡献率的影响（2013—2014）
Table 6Effects of sub-soiling during the fallow period and seeding rate on pre-anthesis accumulated nitrogen translocation amount from various organs and their contribution to grains of dryland wheat (2013-2014)

耕作 Tillage	播量 Seeding rate	叶片Leaf		茎秆+叶鞘Stem+sheath		颖壳+穗轴Glume+spike
耕作 Tillage	播量 Seeding rate	运转量 Amount (kg·hm^-2)	贡献率 Contribution to N in grains (%)	运转量 Amount (kg·hm^-2)	贡献率 Contribution to N in grains (%)	运转量 Amount (kg·hm^-2)	贡献率 Contribution to N in grains (%)
SS	R_67.5	24.13b	19.39ab	51.30b	41.22ab	16.08b	12.92b
	R₉₀	27.90a	19.83a	59.21a	42.07ab	19.55a	13.90a
	R_112.5	29.12a	20.20a	60.05a	41.65ab	20.32a	14.09a
CK	R_67.5	21.50c	18.83b	48.58b	42.54a	13.37c	11.71c
	R₉₀	24.74b	19.90a	51.71b	41.59ab	15.99b	12.86b
	R_112.5	19.55d	19.65ab	40.07c	40.28b	10.50d	10.55d

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2.5 深松和播量对产量和籽粒蛋白质含量的影响

与对照相比,2012—2013年休闲期深松在不同播量条件下增产648—1 515 kg·hm^-2,增产幅度达26%—66%,穗数、穗粒数、千粒重分别提高8%—26%、9%—19%、4%—9%;2013—2014年增产725—1 359 kg·hm^-2,增产幅度达17%—34%,穗数、穗粒数、千粒重分别提高7%—16%、6%—8%、4%—8%。可见,休闲期深松主要是通过提高穗数实现增产,尤其降水少的年份还可促进穗粒数的提高。深松条件下增加播量,穗数、千粒重、籽粒产量提高,但R₉₀与R_112.5两处理间差异不显著,穗粒数则显著降低;不深松的对照条件下增加播量,穗数、千粒重、籽粒产量以R₉₀处理较高,穗数、产量以R_112.5处理较低（表7）。
Table 7
表7
表7休闲期深松和播量对旱地小麦籽粒产量及产量构成因素的影响
Table 7Effects of sub-soiling during the fallow period and seeding rate on yield and its components of dryland wheat

年度 Year	耕作 Tillage	播量 Seeding rate	穗数 Spike number (×10⁴·hm^-2)	穗粒数 Grain number per spike	千粒重 1000-grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	籽粒蛋白质 Grain protein
年度 Year	耕作 Tillage	播量 Seeding rate	穗数 Spike number (×10⁴·hm^-2)	穗粒数 Grain number per spike	千粒重 1000-grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	含量 Content (%)	产量 Yield (kg·hm^-2)
2012-2013	SS	R_67.5	362.00b	30.45a	37.22b	3185.63b	14.96c	476.53c
		R₉₀	393.00a	28.69b	38.12ab	3795.12a	15.46b	586.76a
		R_112.5	405.00a	27.35d	38.95a	3819.53a	15.09c	576.32b
	CK	R_67.5	335.35c	27.92c	35.76c	2537.46d	16.09a	408.25d
		R₉₀	341.00c	27.58cd	36.13c	2621.75c	15.61b	409.36d
		R_112.5	322.00c	23.08e	35.73c	2304.10e	15.47b	356.46e
2013-2014	SS	R_67.5	479.00b	31.59a	39.30ab	4892.86b	12.99d	635.45b
		R₉₀	501.75a	30.72a	40.37a	5292.83a	13.75b	727.97a
		R_112.5	510.25a	28.87b	40.83a	5360.66a	13.39c	717.97a
	CK	R_67.5	446.75c	29.13b	37.83b	4167.60d	14.33a	597.10c
		R₉₀	458.50bc	28.98b	38.87ab	4515.93c	13.87b	626.46b
		R_112.5	438.25c	27.02c	37.95b	4001.68d	13.85b	554.04d

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与对照相比,休闲期深松在不同播量条件下的籽粒蛋白质含量均降低,但R₉₀处理下与对照的差异不显著,籽粒蛋白质产量则显著提高。籽粒蛋白质含量在深松条件下以R₉₀处理较高,且与其他两处理间差异显著,而R_67.5处理较低,R_112.5处理居中;在不深松的对照条件下随播量增加而降低,其中籽粒蛋白质产量均以R₉₀处理较高（表7）。
可见,休闲期深松有利于增加穗数,构建合理群体,从而提高产量。休闲期深松虽然降低了籽粒蛋白质含量,但播量为90 kg·hm^-2时降低不显著。且深松配套播量90 kg·hm^-2,籽粒产量、蛋白质含量及其产量均较高,可实现产量和品质同步提升。

2.6 深松和播量对水分利用效率和植株氮效率的影响

与对照相比,休闲期深松在不同播量条件下的水分利用效率均显著提高,2012—2013年提高幅度达13%—22%,2013—2014年提高幅度达9%—16%,且R₉₀处理显著高于其他处理（表8）。休闲期深松较对照的氮素吸收效率、氮肥生产效率显著提高,氮素利用效率2012—2013年显著提高,2013—2014年在R_67.5、R₉₀处理下显著提高,在R_112.5处理下显著降低。深松条件下增加播量,氮素吸收效率、氮肥生产效率提高,但R₉₀与R_112.5两处理间的氮肥生产效率差异不显著;不深松的对照条件下增加播量,氮素吸收效率、氮肥生产效率以R₉₀处理较高,且与其他两处理间差异显著,以R_112.5处理较低。可见,休闲期深松有利于提高水分利用效率、氮素吸收效率和氮肥生产效率,且在低、中量播种时有利于提高氮素利用效率。
Table 8
表8
表8休闲期深松和播量对旱地小麦水分利用效率和植株氮效率的影响
Table 8Effects of sub-soiling during the fallow period and seeding rate on water use efficiency and nitrogen use efficiency of dryland wheat

年度 Year	耕作 Tillage	播量 Seeding rate	水分利用效率 Water use efficiency (kg·hm^-2·mm^-1)	氮素吸收效率 N uptake efficiency (kg·kg^-1)	氮素利用效率 N use efficiency (kg·kg^-1)	氮肥生产效率 N productive efficiency (kg·kg^-1)
2012-2013	SS	R_67.5	7.63c	0.72c	29.34a	21.24b
		R₉₀	8.87a	0.84a	30.10a	25.30a
		R_112.5	7.78b	0.86a	29.71a	25.46a
	CK	R_67.5	6.78e	0.65d	26.20b	16.92d
		R₉₀	7.25d	0.77b	22.75d	17.48c
		R_112.5	6.46f	0.62d	24.63c	15.36e
2013-2014	SS	R_67.5	8.49c	1.00c	32.64a	32.62b
		R₉₀	9.69a	1.12b	31.42c	35.29a
		R_112.5	8.86b	1.15a	31.18c	35.74a
	CK	R_67.5	7.81f	0.92d	30.26d	27.78d
		R₉₀	8.37d	0.99c	30.29d	30.11c
		R_112.5	7.95e	0.83e	32.03b	26.68d

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2.7 开花前积累氮素的运转和开花后氮素积累与产量和籽粒蛋白质含量及产量的关系

休闲期深松配套不同播量条件下,2012—2013年,产量与开花前各器官积累氮素的运转量和开花后氮素积累量呈显著或极显著正相关;籽粒蛋白质产量也与开花前各器官积累氮素的运转量呈显著或极显著正相关,且产量和籽粒蛋白质产量均与开花前茎秆+叶鞘积累氮素的运转量的相关性较高。2013—2014年,产量和籽粒蛋白质产量均与开花前各器官积累氮素的运转量和开花后氮素积累量呈极显著相关,且产量与开花后氮素积累量的相关性较高,籽粒蛋白质产量与开花前颖壳+穗轴积累氮素运转量的相关性较高（表9）。两试验年度,籽粒蛋白质含量均与开花前积累氮素的运转量无显著相关性。可见,产量和籽粒蛋白质产量均与开花前积累氮素的运转量相关性较高,且降水较少的年份,与开花前茎秆+叶鞘积累氮素的运转量相关性更高,而降水较多的年份与开花前颖壳+穗轴积累氮素的运转量相关性更高。此外,降水较多的年份产量和籽粒蛋白质产量还与开花后氮素积累量极显著相关。
Table 9
表9
表9开花前积累氮素的运转量和开花后氮素积累量与产量、籽粒蛋白质含量及产量的相关系数
Table 9Correlation coefficient between PANT, NAAA and yield, grain protein content and its yield

参数 Parameter	年度 Year	开花前积累氮素的运转量PANT				开花后氮素积累 NAAA
参数 Parameter	年度 Year	叶片 Leaf	茎秆+叶鞘 Stem+sheath	颖壳+穗轴 Glume+spike	整株 Plant	开花后氮素积累 NAAA
产量 Yield	2012-2013	0.8455*	0.9162**	0.8749*	0.8904**	0.7903*
产量 Yield	2013-2014	0.9604**	0.9355**	0.9676**	0.9541**	0.9880**
蛋白质含量 Protein content	2012-2013	-0.3461	-0.5638	-0.3837	-0.4084	-0.8053*
蛋白质含量 Protein content	2013-2014	-0.4246	-0.3292	-0.4319	-0.3805	-0.5558
蛋白质产量 Protein yield	2012-2013	0.8578*	0.9022**	0.8857**	0.8977**	0.7454
蛋白质产量 Protein yield	2013-2014	0.9752**	0.9748**	0.9804**	0.9808**	0.9640**

*, **following the data mean significant differences at the 0.05 and 0.01 levels, respectively*和**分别表示在0.05和0.01水平上差异显著

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3 讨论

3.1 旱地麦田深松的蓄水增产效果

旱地麦田休闲期采取某些耕作措施,可以取得显著的蓄水效果。其中,深松通过深松铲疏松土壤,可改善土壤孔隙度分布状况,提高土壤蓄水保墒能力^[18-19]。本研究结果表明,深松可显著提高休闲期土壤蓄水效率,尤其降水较少的年份蓄水效果更加明显。本研究团队多年开展旱地麦田休闲期深松的研究,均表明深松可有效蓄积休闲期降水于深层土壤,且蓄水效果可延续至开花期,实现伏雨春夏用^[20-21]。
充足的土壤水分有利于小麦生长发育,直接影响植株氮素的吸收利用,从而影响产量。郑成岩等^[22]在山东省小麦玉米轮作田的研究表明,玉米收获后深松可促进小麦关键生育时期植株氮素积累,有利于提高小麦开花前营养器官积累氮素的运转量及其对籽粒的贡献率。WANG等^[23]研究表明,深松对小麦开花前植株积累氮素的运转量作用效果不明显,但可提高开花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率,分别达50%和38%。本研究结果表明,休闲期深松可显著提高越冬期、开花期植株氮素积累量,显著提高开花前各器官积累氮素的运转量,尤其是叶片、颖壳+穗轴,显著提高开花后氮素积累量,从而提高籽粒氮素积累量及其所占整株比例,显著提高氮素吸收效率。翟云龙等^[24]研究表明,深松较免耕可提高冬前群体分蘖数,达到56%。黄明等^[25]研究表明,深松较传统耕作可促进小麦穗数形成,提高产量。本研究结果表明,深松蓄水显著提高冬前群体分蘖数,达到35%,提高7%—26%穗数,提高17%—66%产量,提高9%—22%水分利用效率。可见,旱地麦田深松蓄水促进开花前各器官中积累的氮素向籽粒运转,促进开花后氮素积累,促进冬前形成壮苗,从而提高穗数和产量。
王靖等^[7]研究表明,深松可提高冬小麦籽粒蛋白质含量,有利于改善品质。赵红梅等^[26]研究则表明,降水较少年份休闲期采用深松降低了籽粒蛋白质含量,而降水较多年份休闲期采用深松有利于提高籽粒蛋白质含量。本研究结果表明,2013—2014年（降水量为489.7 mm）较2012—2013年（降水量为355.7 mm）籽粒蛋白质含量降低,两年度深松均降低了籽粒蛋白质含量,但不同播量处理降低的程度不同,播量90 kg·hm^-2处理下降低不显著。可见,籽粒蛋白质含量受到降水年型的直接影响,也在一定程度上受到群体密度的间接影响。

3.2 播量对旱地小麦产量形成的调节效应

培育冬前壮苗有利于小麦群体合理发展和个体稳健生长,冬前分蘖过少,影响有效穗数形成,影响产量;冬前分蘖过多,可能导致生育后期发生倒伏,也可能过度消耗养分,增加无效分蘖,导致后期养分不足。TROCCOLI等^[27]、CARR等^[28]研究表明,适宜播量可以确定适宜的群体起点,保证小麦冬前群体结构合理,进而提高生育后期抗倒伏的能力,同时优化产量构成因素,保证有效穗数,提高最终产量。张明明等^[2]研究表明,在300 kg·hm^-2—525 kg·hm^-2范围内增加播量,可以提高旱地小麦穗数、产量和水分利用效率。本研究结果表明,深松蓄水后,增加播量可显著提高冬前群体分蘖数,提高穗数和产量,但90 kg·hm^-2和112.5 g·hm^-2两处理间差异不显著;休闲期不深松,播量为90 kg·hm^-2时冬前群体分蘖数、穗数和产量均较高。此外,播量为90 kg·hm^-2时水分利用效率最高。说明本试验条件下,休闲期深松蓄水后,增加播量可提高产量,但播量增加至112.5 g·hm^-2时,产量虽仍有小幅度提高,水分利用效率反而下降,可见播量90 kg·hm^-2较适宜。
张娟等^[29]研究表明,在75 kg·hm^-2—225 kg·hm^-2范围内增加播量可提高小麦成熟期植株氮素积累量14%。王树丽等^[30]研究表明,在75 kg·hm^-2—300 kg·hm^-2范围内随播量增加,小麦成熟期植株氮素积累量先提高后降低,播量为150 kg·hm^-2时最高;开花前积累氮素的运转量及其对籽粒的贡献率提高,播量300 kg·hm^-2时分别提高24%和59%;开花后氮素积累量及其对籽粒的贡献率则降低。本研究结果表明,休闲期深松蓄水后,增加播量可提高开花前各器官积累氮素的运转量,尤其是叶片、颖壳+穗轴,提高开花后氮素积累量,提高籽粒氮素积累量及其占整株比例,提高氮肥生产效率,但播量90 kg·hm^-2与112.5 kg·hm^-2两处理间差异不显著;休闲期不深松,播量为90 kg·hm^-2时开花前各器官积累氮素的运转量较高,尤其是叶片、颖壳+穗轴,开花后氮素积累量、籽粒氮素积累量及其占整株比例和氮素吸收效率、氮肥生产效率均较高。
马冬云等^[31]研究表明,在一定范围内增加播量可提高籽粒蛋白质含量。本研究结果表明,休闲期深松蓄水后,播量90 kg·hm^-2可提高籽粒蛋白质含量及蛋白质产量;休闲期不深松,增加播量降低籽粒蛋白质含量,播量为90 kg·hm^-2时籽粒蛋白质产量较高。可见,无论休闲期深松与否,播量90 kg·hm^-2处理均可促进开花前各器官中积累的氮素向籽粒运转,促进开花后氮素积累,促进冬前形成壮苗,从而提高穗数和产量,且在深松蓄水条件下获得较高籽粒蛋白质含量,因此,休闲期深松蓄水+播量90 kg·hm^-2可实现产量和籽粒蛋白质含量同步提升。

3.3 旱地小麦植株氮素利用与产量、籽粒蛋白质含量的关系

有关植株氮素利用与籽粒蛋白质含量的关系,前人研究结果不尽一致。DESAI等^[32]研究表明,小麦籽粒蛋白质含量主要受开花前各器官积累氮素的运转量调控。也有研究表明,小麦籽粒蛋白质含量与开花前植株积累氮素的运转量无显著相关关系^[33]。邹铁祥等^[34]研究则表明,小麦籽粒蛋白质含量与开花前植株积累氮素的运转量和开花后氮素积累量的关系因品种不同存在差异,低蛋白品种籽粒蛋白质含量主要依赖于开花前积累氮素的运转,而中蛋白品种主要依赖于开花后氮素积累。本研究结果表明,小麦籽粒蛋白质含量与开花前积累氮素的运转量和开花后氮素积累量均无显著相关性。除受品种差异影响外,可能也与试验条件有关,具体原因还有待进一步探索。本研究结果还表明,籽粒蛋白质产量与开花前各器官积累氮素的运转量显著或极显著相关,且降水较少的年份与开花前茎秆+叶鞘积累氮素的运转量相关性较高,而降水较多的年份与开花前颖壳+穗轴积累氮素的运转量相关性较高。说明降水较多可促进颖壳+穗轴中的氮素形成籽粒蛋白质。此外,本研究结果表明,小麦产量与开花前各器官积累氮素的运转量和开花后氮素积累量均显著或极显著相关,且降水较少的年份与开花前积累氮素的运转量相关性较高,降水较多的年份与开花后氮素积累量相关性更高。说明降水较多的条件下,开花后的光合生产能力提高,光合器官制造的产物更多地形成籽粒中的碳水化合物,进而提高产量。

4 结论

旱地麦田休闲期深松可提高休闲期土壤蓄水效率60%以上,有利于形成冬前壮苗,促进开花前叶片、颖壳+穗轴中积累的氮素在开花后向籽粒转移。产量和籽粒蛋白质产量均与开花前积累氮素的运转量显著或极显著相关,降水较少的年份与开花前茎秆+叶鞘积累氮素的运转量相关性更高,降水较多的年份还与开花后氮素积累量极显著相关。休闲期深松+播量90 kg·hm^-2提高穗数达9%,提高产量达19%,提高水分利用效率达16%,获得较高的籽粒蛋白质含量,从而实现旱地小麦的高产、优质与高效。
The authors have declared that no competing interests exist.