稻秸还田与耕作方式对小麦产量形成及籽粒品质的影响

周冬冬，张 军，李福建，葛梦婕，李必忠，刘忠红，张永进，李春燕，朱新开

(1.淮安市农业技术推广中心，江苏淮安 223001；
2.扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室培育点/扬州大学小麦研究中心，江苏扬州 225009)

小麦(L.)是世界三大主要粮食作物之一，具有较高的营养价值和经济价值。提高小麦产量与品质对保障国家粮食安全和改善居民饮食具有重要意义。江苏为粮食主产省，其2020年粮食总产达3 729万t，其中小麦占35.8%，小麦对全省稳粮保供做出较大贡献。中国是世界上秸秆资源最为丰富的国家之一，农作物秸秆产量已达9亿t，其中水稻秸秆占23%左右。秸秆还田是秸秆利用的主要方式之一，可实现农业资源循环利用，符合生态农业发展要求。江苏作为典型稻麦两熟种植区，水稻秸秆科学高效还田具有增加土壤有机质含量、改良土壤结构等作用，可提高小麦籽粒产量，但还田不当会降低小麦出苗率和均匀度，尤其在土壤墒情不足条件下对播种质量影响更大。耕作方式是改变土壤生态环境主要因素，科学的耕作方式可改善土壤耕层质量，促进作物根系生长发育，提高作物产量和品质。探索科学高效的秸秆还田方式和耕作方式对实现小麦高产、优质、高效生产至关重要。

江苏省是我国稻茬小麦种植大省。水稻收获后土壤质地黏重、湿度大、耕性差，严重影响后茬小麦的机械化耕播质量和产量的形成。翻耕及秸秆还田能增加土壤耕层全氮含量，麦秸全量还田比不还田处理高8.76%，免耕不利于中下层碱解氮的积累。土壤过湿(土壤相对含水量为85.7%)条件下，板茬处理较翻耕、旋耕更利于小麦对养分的吸收，成熟期氮、磷、钾积累量比翻耕处理分别提高了20.1%、35.0%和7.0%。前人关于稻秸还田或耕作方式对土壤养分、小麦产量形成的影响研究已有很多，但针对二者互作对小麦产量形成及籽粒品质等影响的研究较少。本试验在稻麦连作条件下，分析了稻秸还田和耕作方式对小麦生长和籽粒品质的影响，探求稻茬小麦科学高效的种植方式，以期为稻茬小麦丰产优质高效栽培提供理论和实践参考。

1.1 试验地情况

试验分别于2017年11月-2018年6月和2018年11月-2019年6月在江苏(淮安)现代农业(稻麦)科技综合示范基地(118°51′E、33°35′N)进行。该区位于淮河以北，属温带季风气候，年平均气温14.8 ℃，年降雨量945.5 mm，全年日照时数2 080.6 h，试验期间的气候条件见图1，数据由淮安市气象局提供。试验地前茬为水稻，土壤类型属淤泥质土，2017年0～20 cm土层有机质含量为22.4 g·kg，全氮1.59 g·kg，速效磷53.2 mg·kg，速效钾101.8 mg·kg，土壤相对含水量为78.6%；
2018年0～20 cm土层有机质含量为21.6 g·kg，全氮1.45 g·kg，速效磷54.7 mg·kg，速效钾113.6 mg·kg，土壤相对含水量为72.5%。

1.2 试验材料

供试小麦品种为淮麦36，半冬性，全生育期220.5 d，抗寒性好，分蘖力强。种子由江苏省金地种业科技有限公司提供。

1.3 试验设计

2017-2018和2018-2019年度试验均采用二因素裂区设计，以秸秆还田为主区，设稻秸不还田(S0)和稻秸全量还田(S1)2个水平；
耕作方式为副区，设免耕(T1)、旋耕(T2)和翻耕(T3)3个水平，共6个处理(表1)，3次重复。2017年11月8日和2018年11月5日播种小麦，播种量均为300 kg·hm，播后镇压。施纯氮240 kg·hm，基肥∶壮蘖肥∶拔节肥∶孕穗肥= 5∶1∶3∶1，基肥于播种前施用，壮蘖肥于3～5叶期时施用，拔节肥于叶龄余数2.5叶时施用，孕穗肥于叶龄余数0.5叶左右时施用。磷肥(PO)、钾肥(KO)施用量均为90 kg·hm，基肥∶拔节肥为4∶6。每个小区面积666.67 m。其他管理措施同当地高产栽培。

图1 小麦全生育期的平均温度(T)和降水量(P)

表1 不同秸秆还田及耕作方式作业流程Table 1 Work flow of straw returning patterns and tillage modes

1.4 测定项目及方法

1.4.1 出苗率和出苗均匀度测定

播种后记录各小区出苗日期，于三叶期采用五点取样法调查出苗数，每个点计数1 m双行苗数，取平均值计算基本苗数和田间出苗率。以其出苗数的变异系数的倒数表示出苗均匀度。

田间出苗率=单位面积基本苗/单位面积有效种子数×100%；

单位面积有效种子数=单位面积播种量× 1 kg种子数×发芽率。

1.4.2 叶面积指数和干物质积累量测定

分别于拔节期、孕穗期、抽穗期、开花期和成熟期每个小区取样20株，采用长宽系数法测定叶面积，再计算单位面积叶面积即叶面积指数。样品按器官分开，105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测定干物重。

花前干物质转运量=开花期营养器官干物质积累量-成熟期营养器官干物质积累量；

花前干物质转运效率=花前干物质转运量/开花期营养器官干物质积累量×100%；

花前干物质转运量对籽粒产量贡献率=花前干物质转运量/成熟期籽粒干物质积累量×100%；

花后干物质生产量=成熟期籽粒干物质积累量-花前干物质转运量；

花后干物质生产量对籽粒产量贡献率=花后干物质生产量/成熟期籽粒干物质积累量×100%。

1.4.3 产量及其构成因素测定

成熟期调查各小区穗数、每穗结实粒数及千粒重，收获1 m计产，重复3次，折算成籽粒含水量为13%时的粒重计产。

1.4.4 小麦综合品质性状测定

使用HGT-1000型容重仪测定籽粒容重、JYDB100×40小麦硬度指数测定仪测定硬度指数，利用7200型近红外谷物分析仪测定籽粒蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值。

1.5 统计分析

试验数据采用Excel 2016、DPS 7.05等软件进行计算和统计分析，采用Sigma Plot 10.0、 Excel 2016等作图。两年度各处理变化规律基本一致，重点以2018-2019年度试验数据进行结果分析。

2.1 稻秸还田与耕作方式对小麦出苗情况的 影响

由图2可知，水稻秸秆全量还田后三种耕作方式的小麦出苗率和出苗均匀度均较相应的不还田处理有不同程度下降，其中S1T1处理的出苗率和出苗均匀度均最低，比S0T1处理分别降低13.86%和32.71%(2017-2018)、14.21%和 24.21%(2018-2019)。耕作方式间出苗率和出苗均匀度均表现为T3>T2>T1；
T3下小麦出苗好，缺苗断垄相对较少，平均出苗率为58.51%(2017-2018)、64.87%(2018-2019)。其中稻秸全量还田条件下翻耕的出苗质量仍较优，S1T3的出苗率和出苗均匀度仅比S0T3低5.88%和9%(2017-2018)、5.04%和3.22%(2018-2019)。由此可见，翻耕可减轻秸秆还田对小麦出苗所带来的不利影响。2017年冬前持续干旱，影响小麦出苗，因此出苗率和出苗均匀度整体低于2018年，但两年度处理间趋势表现一致。

2.2 稻秸还田与耕作方式对小麦叶面积指数(LAI)的影响

不同耕作方式下小麦群体LAI在各生育时期均表现为T3>T2>T1(图3)。T1和T2下在拔节期、孕穗期、抽穗期和开花期，稻秸全量还田处理的LAI均低于相应的秸秆不还田处理，即S1T1而T3下稻秸全量还田处理LAI较秸秆不还田处理在拔节期降低，在孕穗期、抽穗期和开花期均提高。综合分析表明，S1T3处理更有利于小麦生育后期LAI的增加，增大光合面积，有利于小麦的光合物质生产。

2.3 稻秸还田与耕作方式对小麦干物质转运及其贡献率的影响

由表2可以看出，小麦花前干物质转运量对籽粒产量的贡献率为29.45%～45.17%，花后干物质生产量的贡献率为54.83%～70.55%，说明花后干物质积累对籽粒产量形成作用较大。不同耕作方式间花前干物质转运量、转运效率及其对籽粒产量贡献率均表现为T3T2>T1。稻秸全量还田条件下T1和T2的花前干物质转运量、转运效率和对籽粒产量贡献率均高于相应的秸秆不还田处理，花后干物质生产量及其对籽粒产量贡献率均低于相应的秸秆不还田处理；
T3则表现相反。这说明秸秆全量还田条件下翻耕可促进小麦花后光合物质生产，提高其对产量形成的作用。

图中柱上不同字母表示处理间差异显著(P<0.05)。下图同。

J：拔节期；
B：孕穗期；
H：抽穗期；
A：开花期。

2.4 稻秸还田与耕作方式对小麦产量及其构成因素的影响

耕作方式间小麦产量表现为T3>T2>T1，且稻秸还田与耕作方式间存在显著的互作效应(表3)。两年度均以S1T3处理产量最高，分别为8 300.04和8 663.48 kg·hm，比产量最低的S1T1处理分别增产13.02%和12.67%。稻秸全量还田条件下T1和T2的小麦产量均低于相应的秸秆不还田处理，而S1T3处理产量显著高于S0T3处理，说明翻耕在秸秆还田条件下更利于其增产效应的发挥。

进一步分析产量构成因素发现，穗粒数和千粒重均明显受到互作的影响，耕作方式间穗数、穗粒数、千粒重均表现为T3>T2>T1。稻秸全量还田条件下，不同耕作方式的穗数(除2017-2018年度T3处理)均低于相应的秸秆不还田处理，穗粒数、千粒重(除T1)均高于相应的秸秆不还田处理。两年度S1T1处理的千粒重都最低，这可能与其群体后期早衰有关。综合分析表明，T3下小麦穗数、穗粒数和千粒重能够协同增加，从而实现增产，且这种调控效应在稻秸全量还田条件下更为显著。

表2 不同处理对小麦干物质转运及其对籽粒产量贡献率的影响(2018-2019)Table 2 Effects of rice straw-returning and tillage modes on dry matter translocation of wheat and its contribution to grain yield(2018-2019)

表3 不同处理对小麦产量及其构成因素的影响Table 3 Effects of rice straw-returning and tillage modes on yield and its components of wheat

2.5 稻秸还田与耕作方式对小麦籽粒品质的影响

稻秸全量还田条件下，不同耕作方式的籽粒容重、蛋白质和湿面筋含量均高于相应的秸秆不还田处理(除容重S1T1

表4 不同处理对小麦籽粒品质的影响(2018-2019)Table 4 Effects of rice straw-returning and tillage modes on grain quality of wheat (2018-2019)

3.1 稻秸还田与耕作方式对小麦出苗及产量形成的影响

稻秸还田对补充土壤养分、提高土壤肥力具有重要意义，但秸秆全量还田与提高小麦播种质量和培育壮苗之间的矛盾一直是困扰江淮地区稻茬麦的难题。因此，选择适宜的机械化耕播方式并配以相适应的农艺措施显得尤为重要。研究表明，稻秸还田降低了小麦出苗率和出苗均匀度，这与本研究结果一致。但前人关于耕作方式对小麦出苗的影响不尽相同。深翻耕有利于小麦出苗率及幼苗均匀度提高，为冬前形成壮苗奠定基础，免耕降低了出苗整齐度；
旋耕的出苗率和出苗均匀度高于板茬，但幼苗质量不如板茬；
浅耕的小麦出苗率高于免耕处理，但出苗均匀性差于后者。前人结论不一致的原因可能与土壤水分条件、播种深度等因素有关。本试验结果表明，耕作方式间出苗率和出苗均匀度表现为翻耕>旋耕>免耕的趋势，可见翻耕有助于提高播种质量，且可减轻秸秆还田对小麦出苗所带来的不利影响。

有试验结果显示，秸秆还田可通过提高小麦千粒重产生增产作用，但也有试验发现秸秆还田会导致小麦单位面积穗数显著降低，引起减产。本试验中，稻秸还田虽导致小麦穗数减少，但通过增加穗粒数和千粒重有效弥补了产量的损失。王丹等认为，免耕和深松有助于小麦灌浆后期叶片截取更多光能，提高后期旗叶光合能力，有利于增加单位面积穗数和千粒重，从而增加小麦产量。赵竹等研究表明，旋耕使小麦在生长后期具有较强的光合优势，有利于小麦生育后期的干物质积累。张书良等研究发现，采用翻耕+双镇压+宽幅播种组合能够提高分蘖成穗率，更有利于养分的吸收和光合产物的积累，从而提高产量。本研究结果表明，翻耕使小麦在生育后期具有较大的光合面积，可促进花后光合物质生产，增粒增重，最终实现小麦增产。这与张奎等、李太魁等研究结果一致。其中，S1T3处理的增产归因于其较大的“源”器官和花后干物质生产量及其对籽粒产量的贡献率较高。本试验条件下S1T3处理效果最佳，可能由于翻耕能够打破犁底层，促进小麦根系生长和下扎，利于根系对深层土壤养分和水分的吸收利用，供应地上部的生长发育，为实现高产打下坚实基础。

3.2 稻秸还田与耕作方式对小麦籽粒品质的 影响

稻秸还田与耕作方式均可影响小麦籽粒品质，并有显著的互作效应。秸秆还田可增加小麦籽粒蛋白质、湿面筋、粗脂肪和淀粉含量，降低容重。在淮北砂姜黑土区雨养条件下，旋耕处理的小麦蛋白质含量、湿面筋含量优于其他处理。在长江中下游砂壤土区，翻耕还田有利于提高小麦的粗蛋白和湿面筋含量，改善其加工和营养品质。在西北旱作雨养农业区，免耕秸秆覆盖会降低小麦蛋白质和湿面筋含量，而全膜覆土穴播有利于小麦加工品质的改善。本试验研究结果表明，在沿淮下游淤土区，稻秸还田有助于改善小麦加工和营养品质，且翻耕处理下小麦籽粒品质表现更好。

3.3 关于稻茬小麦科学选用耕作方式问题的 讨论

土壤作为农作物赖以生存的环境，为农作物生长提供适宜的水肥气热条件。耕作方式会直接改变土壤环境，从而影响土壤肥力、作物生长发育，进而影响作物产量和品质。研究发现，在长江中下游沙壤土地区晚播烂耕烂种条件下，板茬种植的小麦群体质量优于旋耕、翻耕等方式，产量也较高。麦季免耕与秸秆还田有利于提高中弱筋小麦的产量和品质，且减少部分机械耕作费用，省工节本。在皖北淤土区，翻耕镇压处理最有利于获得高产优质的小麦。在苏北黏土地上，“翻耕+正旋+反旋”能显著提高小麦幼苗质量和产量，保证墒情、播期和整地质量条件下，黏土地可进行适当翻耕或争取2～3年翻耕1次为好。耕作方式对小麦籽粒产量和经济效益的影响因土壤墒情有所差异，土壤墒情过湿(土壤相对含水量≥85%)条件下板茬小麦产量、净效益均高于旋耕和翻耕，而土壤墒情适宜(土壤相对含水量为70%～80%)条件下翻耕小麦的产量、净效益均高于旋耕和板茬。本试验综合分析表明，土壤墒情适宜时，翻耕有利于减弱秸秆还田对小麦出苗所带来的不利影响，在稻秸全量还田条件下选择翻耕有助于实现本地区高产优质小麦的生产，可作为江淮下游稻茬麦区适宜的耕作方式。但机械翻耕增加了作业成本，因此笔者建议隔 2～3年翻耕一次为好，且依据土壤墒情选择适宜的耕作方式，有助于实现增产增效。本研究是在淮北墒情适宜的淤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。

稻秸还田降低了小麦出苗率和出苗均匀度，导致穗数减少，但通过增加穗粒数和千粒重有效弥补了产量的大幅降低。翻耕处理的出苗率和出苗均匀度优于旋耕和免耕处理，有助于改善播种质量，增加拔节后的光合面积，促进小麦花后光合物质生产，增粒增重，最终实现增产。稻秸还田有助于改善小麦加工和营养品质，且翻耕处理下小麦籽粒品质表现更好。因此，在土壤墒情适宜条件下，稻秸全量还田结合翻耕作业的方式利于实现小麦高产、优质、高效的综合目标。