帶旋和全旋耕作對稻茬小麥生長和土壤理化性質的影響

石夢迪，于喬喬，蔣文月，葛雨洋，朱 敏,2，李春燕,2，朱新開,2，丁錦峰,2，郭文善,2

帶旋和全旋耕作對稻茬小麥生長和土壤理化性質的影響

石夢迪1，于喬喬1，蔣文月1，葛雨洋1，朱 敏1,2，李春燕1,2，朱新開1,2，丁錦峰1,2※，郭文善1,2

（1. 揚州大學小麥研究中心，揚州 225009；
2. 江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心，揚州 225009）

為明確帶旋耕作在稻茬麥區的適用性，該研究于2018—2020年在水稻秸稈切碎勻鋪還田條件下，以全旋（full rotary tillage，FRT）耕作為對照，研究了帶旋（strip rotary tillage，SRT）耕作對稻茬麥田土壤理化性質、小麥生長和籽粒產量的影響。結果表明，與FRT相比，SRT在土壤偏干狀況下大幅提升了0～10 cm土層貯水量，提升幅度為15%～43%，而在土壤偏濕時提升幅度僅為3%～9%。帶旋耕作下土壤溫度日變化幅度平緩，且在低溫條件下有助于提升5和15 cm土層溫度。2 a間5～15 cm土層SRT土壤速效氮與速效鉀含量較FRT分別增加12%、55%、41%和17%，差異顯著（<0.05），SRT促進了土壤養分在淺層富集。在2019—2020年，SRT較FRT顯著增加了幼苗單株次生根數、單株地上部生物量、植株可溶性糖含量和葉片RuBPCase活性（<0.05），明顯提升了幼苗質量，同時2 a間均提高了開花期和乳熟期單莖葉面積、葉片RuBPCase活性以及開花期和成熟期單莖干物質量。2 a間均以SRT產量最高，比FRT分別增產11%和14%，穗粒數比FRT分別增加16%和5%，差異均達顯著水平（<0.05）。綜上，帶旋耕作下良好的土壤水、熱、肥條件有助于幼苗健壯生長，提升了單莖光合生產能力，促進了幼穗發育和穗粒數形成，但帶旋耕作出苗率較全旋耕作低了19.3%，未來還需結合其壯苗優勢開展農機農藝配套技術研究。

土壤；
產量；
全旋耕；
帶旋耕；
稻茬小麥；
幼苗生長

耕作方式不僅改變作物秸稈在土表和土壤中的存在形式和數量，還顯著影響土壤容重、水分和養分狀況[1]。前人研究表明，旋耕、耕翻和深松耕等技術可使表層土壤軟硬適宜，有助于降低土壤容重，提高小麥出苗率與整齊度，但不利于土壤表層養分聚集[2]。與傳統的旋耕或耕翻相比，少免耕對土壤擾動少，有助于保肥儲水；
在低降水地區，有助于減輕干旱脅迫、促進植株生長；
而在多雨地區，可實現高濕土壤搶早播種，且降低生產成本[3]。然而，長期采用免耕會增加土壤容重[4]，不利于土壤養分向深分布，并限制根系伸長和地上部生長[5]。近年研究表明，帶旋耕作作為一項有效的耕作措施，可保留板茬與常規耕作的優勢。其機械作業特點是在秸稈切碎勻鋪還田條件下，通過開溝刀片僅對播種帶進行淺層旋耕，將根茬和地表泥土及肥料進行破除與混合，并將種子均勻撒落于播種溝內，泥土、根茬和碎草混合蓋種，而帶間免耕保留土壤，形成旋耕帶與免耕帶相間的地表形態，這有助于解決播種質量和秸稈還田問題，提高整地作業效率[6]。與全旋耕作相比，帶旋耕作減小了土壤擾動面積，將耕作的土壤留在條帶之間，既增加了耕作區域土壤通透性，也保留了未耕作土壤的結構穩定性，實現了良好的土壤濕度和較少的養分流失[7]，有助于改善土壤微生物群落組成及其多樣性，提高土壤有機碳、可溶性氮含量[8-9]。李朝蘇等[6]和吳曉麗等[10]在四川稻茬麥區開展研究，認為帶旋耕作可在水稻秸稈全量還田、較高土壤濕度下實施機械化播種作業，小麥出苗快、斷壟少、播種質量高。HE等[11]和WANG等[12]在黃淮海麥區研究表明，帶旋耕作為旱地小麥營造了良好的土壤環境，促進了植株生長，增加了籽粒產量。

長江中下游是國內小麥的主要生產地區，多采用水稻與小麥輪作。在水稻季，傳統的土壤搗漿耕作和淹水管理雖增加了產量，但破壞了土壤結構，使土壤質地變得黏重、耕性差[13]。加之該區在小麥播種、出苗期間易出現連續陰雨天氣，在水稻秸稈大量還田條件下，土壤過濕且黏重，嚴重制約了機械化耕作和播種質量的提高，降低了幼苗生長質量，減少籽粒產量。當前該地區傳統的整地播種方式是：采用鏵式犁深翻再旋耕或直接旋耕破碎土塊，平整土地，然后進行機械條播、寬幅播種或撒播。研究發現，這種常規的旋耕或耕翻技術易使土壤形成大坷垃，從而在播種時易造成排種口堵塞，出現播種過深過淺不一致、缺苗斷壟等情況，對播種出苗質量產生影響[14]。LI等[15]研究認為，在高降雨量稻麥輪作地區，免耕較犁耕利于土壤墑情過濕時排水、低溫時保溫，且養分在土壤表層富集，有助于形成更多和更活躍的表層根系，提高幼苗活力、增加單株穗數、提升籽粒產量。但免耕也顯示出缺點，隨著連續免耕時間的延長，苗床質量下降，會對小麥出苗產生影響，降低產量。XU等[16]在長江流域稻茬麥區研究表明，與全旋耕作相比，帶旋耕作促進了幼苗生長，提高了籽粒氮積累量以及籽粒產量。

前人關于深翻、旋耕和免耕等耕作方式對土壤理化性質、植株生長和籽粒產量的影響研究已有較多報道，但對帶旋耕作如何影響長江中下游地區稻茬麥田土壤性質、小麥生長生理和籽粒產量的報道較少。本文在水稻秸稈切碎勻鋪還田條件下，比較了帶旋和全旋耕作方式對稻茬麥田土壤理化性質、小麥生長和籽粒產量的影響，以期明確帶旋耕作對稻茬小麥生產的適應性及其高產機制，為稻茬小麥高產高效栽培提供參考。

1.1 試驗概況

試驗于2018—2020年在江蘇省泰州市姜堰區宏昌家庭農場進行。前茬為水稻，水稻秸稈全量還田（還田量約為9 000 kg/hm2）。水稻由帶有稻草切碎勻鋪裝置的半喂入式聯合收割機收獲，秸稈切碎約5 cm長度。圖1為2018—2019和2019—2020年小麥生長季月累計降水量和月平均溫度。試驗田土壤為腰黑勤泥土。2019年耕播時土壤相對含水率為85%（偏濕），施用基肥前取0～20 cm表土測土壤基礎地力，其中有機質質量分數40.9 g/kg、堿解氮質量分數162.6 mg/kg、速效磷質量分數40.7 mg/kg、速效鉀質量分數123.0 mg/kg；
2020年，耕播時土壤相對含水率為59%（偏干），有機質質量分數48.1 g/kg、堿解氮質量分數194.5 mg/kg、速效磷質量分數41.2 mg/kg、速效鉀質量分數206.0 mg/kg。由于土壤偏干，2020年播種后進行灌水以確保出苗，但由于之后降水也導致了苗期土壤偏濕。

1.2 試驗設計

試驗采用完全隨機設置，設全旋（full rotary tillage，FRT）和帶旋（strip rotary tillage，SRT）耕作方式，以FRT為對照，重復3次。FRT作業流程為：旋耕機旋耕2次（旋耕深度為10～15 cm），將秸稈均勻混入耕作層土壤，再采用旋耕智能施肥播種機（2BFG-10(8)230型，江蘇項瑛農機有限公司，WD750型沃德輪式拖拉機牽引）進行播種。該播種機結合了滅茬（淺旋耕5 cm）、播種（條播，行距22.5 cm）、蓋籽、開排水溝（20 cm深，20 cm寬）、滾輪鎮壓等功能。SRT作業流程為：水稻秸稈茬均勻覆蓋于土壤表面，直接采用免耕帶旋播種機（2BMF-10型，中江縣澤豐小型農機制造有限公司，WD750型沃德輪式拖拉機牽）播種。該播種機播種時提前將作業深度統一設置為4 cm，通過寬為4 cm的開溝刀片對根茬和地表泥土及肥料進行破除與混合，在田間形成寬約4 cm、深約4 cm的播種帶和寬約16 cm的免耕帶，種子均勻播落于播種溝內，同時后方的鏈網將開溝器甩出的泥土連同碎草檔回覆蓋在播種溝上，該播種機結合了條帶旋耕、播種（條播，行距22 cm）、鏈網覆土覆草等功能。SRT下板茬（SRT-N）和帶旋（SRT-T）土壤理化性質分別進行取樣與測定。

圖1 2018—2019和2019—2020年小麥生長季月降水量和月平均溫度

氮肥、磷肥（P2O5）和鉀肥（K2O）施用量分別為225、120和120 kg/hm2。其中60%氮肥隨播種作為基肥施入，40%氮肥用作拔節肥追施；
磷肥和鉀肥分別作基肥和拔節肥各施50%。肥料施用采用人工撒施的方式進行。試驗品種為揚麥25，2 a的播種時間分別為2018年11月1日和2019年11月1日，FRT播種量為163 kg/hm2、SRT為217 kg/hm2（出苗率低，增加播種量）。于小麥三葉期選擇長勢均勻的3個1 m2區域人工勻苗，按基本苗3×106株/hm2定苗。2019年6月3日和2020年6月4日收獲。其他栽培管理措施參照大面積高產栽培進行。

2.1 土壤容重、緊實度、含水率、貯水量和溫度

2019年小麥播后24和43 d以及2020年播后11和40 d，采用環刀法（體積為100 cm3）在每小區采用五點取樣法測定0～10 cm、10～20 cm的土壤容重及含水率[17]，2020年增加測定20～30 cm，SRT方式下分別對SRT-N和SRT-T取點測定。取樣前，稱量環刀和有孔蓋的總質量（1），取樣后，測定1與原狀土柱總質量（2），最后將環刀放置在烘箱中烘干至恒質量，再次稱量（3）。土壤容重、土壤含水率及不同耕層土壤貯水量[3]按照以下公式進行計算：

土壤容重（g/cm3）＝（3-1）/100 （1）

土壤含水率（%）=(2-3)/(3-1)×100 （2）

土壤貯水量（mm）=土壤含水率（%）×該層土壤容重（g/cm3） ×土層厚度（cm）×10-1（3）

為清晰反映土壤緊實度狀況，2020年于越冬始期采用數顯土壤緊實度測定儀（TJSD-750-IV，浙江托普云農科技有限公司）測定5、10、15、20和25 cm處土壤緊實度，SRT方式下分別對SRT-N和SRT-T取點測定。

土壤溫度采用直角地溫計進行，在FRT、SRT-N和SRT-T下分別埋設5、10、15、20和25 cm直角地溫計，2019年于播后24和43 d以及2020年播后11和40 d在6:00—18:00每隔2 h記錄1次土壤溫度。

2.2 土壤養分含量

于越冬始期，采用五點法用土鉆采集0～5和5～15 cm深度土壤樣品，自然風干后去除根系、秸稈等雜物并過2 mm網篩。按照常規土壤農化分析方法，堿解氮含量采用堿解擴散法；
速效磷含量采用碳酸氫鈉法；
速效鉀含量采用乙酸銨浸提法。

2.3 播種深度、出苗率和出苗均勻度

于小麥三葉期每個處理連續取20株幼苗，測定幼苗基部白色區域長度，即為播種深度。調查各處理單位面積的成苗數，重復10次，按式（4）計算出苗率[18]。

出苗率（%）=[單位面積出苗數/（單位面積播種量×1 kg種子數×種子發芽率×種子凈度）]×100（4）

根據每處理單位面積調查的苗數算出每小區出苗變異系數的倒數表示出苗均勻度，其值越大，出苗越均勻。

2.4 幼苗質量及花后單莖生長狀況

分別于越冬始期、開花期、乳熟期從每個處理中連續取30株植株，其中越冬期植株調查次生根數、分蘗數。去根清洗后，將綠葉摘下，用便攜式葉面積儀（LI-3000C型，美國LI-COR公司）測定葉片面積。樣品按器官分開，105 ℃殺青1 h，80 ℃烘干至恒質量，測定干物質量。越冬期植株樣品經烘干后磨碎，采用H2SO4-H2O2-靛酚藍比色法[19]測定含氮量；
采用蒽酮法[20]測定可溶性糖含量。

于越冬始期、開花期、乳熟期田間另取小麥主莖最上全展葉10片，冰盒儲存，液氮速凍，置于-70 ℃冰箱保存，采用蘇州科銘生物科技有限公司產二磷酸核酮糖羧化酶（RuBPCase）試劑盒測定RuBPCase活性。

2.5 籽粒產量

于乳熟期連續取100個麥穗測定每穗結實粒數。于成熟期調查1 m2穗數并收獲，脫粒自然晾干，稱質量并測量含水率，換算為13%含水率千粒質量和籽粒產量。

2.6 統計分析

采用Microsoft Excel 2016進行數據整理。采用DPS 7.0方差分析耕作方式對土壤容重和土壤儲水量的影響、耕作方式對不同土層土壤緊實度、土壤溫度和土壤養分含量的影響。處理間差異采用LSD法比較。采用Origin 2018軟件做圖。圖表中數據均為平均值±標準差。

3.1 耕作方式對土壤物理性質和養分含量的影響

3.1.1 土壤容重和緊實度

采用數顯土壤緊實度測定儀測定結果顯示（圖2），5 cm處SRT-N土壤緊實度顯著高于SRT-T和FRT（<0.05），SRT-T與FRT間無顯著差異（>0.05）；
10 cm處SRT-N顯著高于FRT（<0.05），SRT-N與SRT-T間無顯著差異（>0.05）；
15 cm處SRT-N與SRT-T間無顯著差異（>0.05），均顯著高于FRT（<0.05）；
20和25 cm處耕作間無顯著差異（>0.05）。由圖3可知，不同耕作方式下各土層土壤容重均有顯著差異（<0.05）。隨土層深度的增加，2019年（0～20 cm）和2020年（0～30 cm）土壤容重逐漸增加。在2019年和2020年，FRT下0～10 cm土層土壤容重均顯著低于SRT-N和SRT-T（<0.05），SRT-N與SRT-T間無顯著差異（>0.05）。10～20 cm土層土壤容重，在2019年播后24 d表現為FRT僅顯著低于SRT-N（<0.05），與SRT-T差異不顯著（>0.05），43 d表現為不同耕作間差異不顯著（>0.05）；
在2020年播后11和40 d均表現為FRT顯著最低（<0.05），SRT-N與SRT-T間差異不顯著（>0.05）。耕作處理未顯著影響20～30 cm土層土壤容重（>0.05）（2020年測定）。表明，FRT有效松散了耕作層（0～20 cm）土壤，而SRT僅降低帶旋耕作處約5 cm深度處土壤緊實度。這可能是由于播種機在播種時，機械僅對淺層土壤產生了擾動，對深層土壤影響較小。

注：FRT、SRT-N和SRT-T分別代表全旋耕作、帶旋耕作板茬區域和帶旋耕作淺旋區域。下同。

3.1.2 土壤貯水量

由圖4可知，2019年0～20 cm土層土壤貯水量在46.1～92.0 mm，土壤偏干；
2020年0～30 cm土層土壤貯水量在84.7～148.2 mm，土壤偏濕。2 a間，不同耕作對不同土層土壤貯水量有均有顯著影響。2019年，土壤貯水量隨土層增加顯著下降（0～20 cm）（<0.01）；
而2020年，土壤貯水量隨土層增加顯著增加（0～30 cm）（<0.01）。2 a間，SRT-N和SRT-T下0～10 cm土層土壤貯水量均高于FRT，2019年測定時高15%～43%，而2020年測定時僅高3%～9%。10～20 cm土層土壤貯水量，在2019年播后24 d表現為不同耕作間差異不顯著（>0.05），播后43 d以FRT最高，較SRT-N和SRT-T高7%～19%；
2020年播后11 d以SRT-T最高，較FRT高15%，播后40 d以SRT-N最高，較FRT和SRT-T增加3%和9%。在20～30 cm土層中，土壤貯水量均以SRT-T最高，較FRT和SRT-N輕微增加了1%～4%。表明，SRT可較FRT整體上增加0～30 cm土層土壤貯水量，在土壤偏干狀況下（2019）可大幅提升表層土壤濕度，而在土壤偏濕下（2020）僅略有增加。這可能是由于帶旋耕作土壤結構相較穩定，在偏干條件下有利于降低水分無效蒸發，提高土壤蓄水和持水能力。此外，穩定的土壤結構可減少水分下滲，這可能是帶旋耕作在土壤偏濕時水分僅略有增加的原因。

注：圖中不同字母表示處理間顯著差異（P<0.05）。下同。

圖4 耕作方式對不同土層土壤貯水量的影響

3.1.3 土壤溫度

由圖5可知，0～25 cm土層土壤溫度較高時（測定土壤溫度8～18℃），土壤溫度隨土層深度總體呈下降趨勢，15與25 cm差異較??；
但當土壤溫度較低時（測定土壤溫度2～6 ℃），土壤溫度則隨土層深度總體呈增加趨勢。耕作方式對土壤溫度的影響因測定深度和環境溫度而異。當土壤溫度較高時（2019年播后第24天和2020年播后第11天），不同耕作方式間5、15和25 cm處土壤溫度均未表現出顯著差異（>0.05）。當土壤溫度偏低時（2019年播后第43天和2020年播后第40天），SRT-N下5 cm處土壤溫度均顯著高于FRT（<0.05），但在2019年SRT-T與FRT間以及2020年SRT-N與SRT-T間土壤溫度差異不顯著（>0.05）；
15 cm處土壤溫度僅在2019年播后43 d表現為SRT-N>SRT-T>FRT，處理間差異顯著（<0.05），2020年不同處理間差異不顯著（>0.05）；
耕作方式對25 cm處土壤溫度無顯著性影響（>0.05）。

圖5 耕作方式對不同土層土壤溫度的影響

圖6展示了不同耕作方式下土壤溫度在6:00—18:00動態變化，總體呈現出先升高后下降的變化趨勢，耕作方式對土壤溫度日變化幅度的影響隨土層深度增加逐漸變小。在6:00—18:00，5 cm土層處土壤最低溫度和最高溫度均出現在FRT，SRT-N和SRT-T日變化幅度均較FRT平緩；
在土溫較高時SRT-N與SRT-T方式間差異不明顯，但在土溫較低時SRT-N土壤溫度明顯高于SRT-T，15 cm土層處SRT-N的這種保溫效果更為明顯。25 cm土層處土壤溫度日變化幅度平緩，耕作方式間差異較小。綜上所述，SRT較FRT有助于減小土壤溫度的變化幅度，低溫條件下可提升表層土壤溫度。其原因可能在于帶旋耕作土壤水分含量較高，其板茬部分由于水分較高可起到溫度緩沖作用，從而使得土壤溫度日變化更加平緩。

圖6 不同耕作方式下各土層土壤溫度的日變化

3.1.4 土壤養分含量

由圖7可知，0～5 cm土層土壤養分含量總體高于5～15 cm土層。2 a間，耕作方式均未顯著影響0～5 cm和5～15 cm土層土壤速效磷含量（>0.05）。在0～5 cm土層，耕作方式未顯著影響2019年土壤速效氮和速效鉀含量（>0.05），但2020年SRT方式均顯著高于FRT方式，分別增加39%和20%（<0.05）。在5～15 cm土層，2 a間SRT土壤速效氮與速效鉀含量較FRT分別增加12%、55%、41%和17%，差異顯著（<0.05）。表明SRT有助于土壤養分在淺層（0～15 cm）土壤聚集。這可能是由于帶旋耕作對土壤擾動小，施用的肥料大都在土壤表層聚集。

圖7 耕作方式對不同土層土壤養分含量的影響

3.2 耕作方式對冬小麥播種質量和生長情況的影響

2 a間，FRT方式下小麥播種深度和出苗率均顯著高于SRT（<0.05），其中SRT 2 a的出苗率較FRT分別降低了19.3%和18.9%（表1）。2019年，SRT出苗均勻度顯著高于FRT（<0.05），2020年則FRT顯著高于SRT（<0.01）。

由表1可知，2020年越冬始期小麥單株分蘗數、單株地上部生物量、單株葉面積、氮含量和葉片RuBPCase活性較2019年分別高60.08%、27.92%、53.77%、26.45%、25.37%。2019年耕作方式未顯著影響單株分蘗數、次生根數、單株地上部生物量、單株葉面積和可溶性糖含量（>0.05），SRT植株氮含量和葉片RuBPCase活性顯著高于FRT（<0.05）。2020年，SRT較FRT可顯著增加幼苗次生根數、單株地上部生物量、可溶性糖含量和葉片RuBPCase活性（<0.05），但處理間單株分蘗數、單株葉面積和氮含量差異不顯著（>0.05）。

表1 耕作方式對小麥播種質量和幼苗生長的影響

由表2可知，總體上，2020年葉片RuBPCase活性高于2019年，單莖葉面積和單莖干物質量在2 a間各有高低。2 a間，除2019年開花期和2020年乳熟期單莖葉面積在不同耕作方式間差異不顯著外（>0.05），SRT方式均較FRT方式顯著提高了開花期和乳熟期單莖葉面積和劍葉RuBPCase活性以及開花期和成熟期單莖干物質量（<0.05）。表明，SRT方式有利于提高小麥花后單莖光合生產能力，可歸因于SRT下冬前高質量的幼苗具有更為健壯的單莖。

表2 耕作方式對小麥花后單莖生長狀況的影響

3.3 耕作方式對冬小麥產量的影響

由表3可知，2020年籽粒產量較2019年高19%，主要原因在于2020年穗數較高。2019年和2020年，SRT方式下籽粒產量分別較FRT高11%和14%，差異顯著（<0.05）。不同耕作方式對穗數和千粒質量在2 a間均無顯著影響（>0.05），但SRT方式下穗粒數均顯著高于FRT，增幅分別為16%和5%（<0.05）。SRT下更多的穗粒數可解釋為SRT下健壯單莖有助于幼穗發育和穗粒數形成。

表3 耕作方式對小麥籽粒產量及其構成的影響

本研究表明，與FRT相比，SRT處理下低溫時土壤表層溫度和土壤養分含量均較高，且減少了土壤擾動，增大了秸稈的通透性，對濕黏稻茬麥田的適應性顯著提升，這與李朝蘇等[6]、李明等[21]的研究結果一致。良好的幼苗生長質量和分蘗發育能促進小麥后續營養和生殖生長[2,18]。本研究顯示，帶旋耕作構建了良好的土壤環境，使小麥幼苗健壯生長，提升了植株中后期光合生產能力，促進了籽粒產量提升。

4.1 帶旋耕作有助于緩沖土壤水熱環境變化，促進幼苗生長

耕作能夠通過物理作用明顯影響田間秸稈分布和土壤結構，主要體現在土壤水分、熱量和養分有效性等方面。土壤水熱環境的變化幅度對作物出苗和生長具有重要意義。不同的耕作處理對土壤擾動程度不同，導致土壤容重有所差異[22-23]，從而對降水入滲和水分蒸發產生影響。在本研究中，帶旋耕作僅降低了播種出苗區域0～5 cm土層的土壤緊實度，與全旋耕作相比，減少了對土壤的擾動，既增加了播種區域土壤通透性，也保留了未耕作土壤的結構穩定性。耕作對土壤環境的影響還因水分狀況而異。雖然本試驗是在降水豐沛的生產區進行，但年際間降水變化較大，導致土壤墑情差異大。本研究發現，當土壤偏干時帶旋較全旋耕作能夠提升0～10 cm土層土壤貯水量，這表明全旋耕作雖松散了土壤，加入秸稈增加土壤孔隙度，但偏干條件下會導致土壤結構破壞，增加水分蒸發和養分流失，不利于保水保肥[12,24]；
而帶旋耕作下穩定的土壤結構有利于降低水分無效蒸發，提高土壤蓄水和持水能力[25]。本研究土壤偏濕條件下，帶旋與全旋耕作方式間0～30 cm土層土壤貯水量相當。前人研究認為少耕土壤容重高，可減少水分下滲，在高降水條件下易產生地表徑流[26]，這可能有助于地表快速排水，降低漬害發生風險。本試驗缺少在高濕土壤條件下的試驗結果，具體影響效應還需進一步研究。此外，本試驗雖未記錄小麥整個生育期土壤水分含量變化，但李明等[21]研究表明，相比于深旋耕作，淺旋和免耕帶旋耕作可提高播種出苗期、分蘗期、拔節期和孕穗期0～10 cm土層土壤水分含量，開花期以后處理間差異不明顯。這表明耕作對土壤水分的影響效應隨著時間推移而減弱，可能的解釋是降水致土壤逐漸沉實。本研究結果還表明，帶旋較全旋耕作有助于平緩土壤溫度的變化幅度，并且在低溫條件下提升表層土壤溫度。這與HE[11]和黃高寶等[27]研究結果基本一致，前人認為全旋耕作將作物秸稈與土壤混勻，增加了土壤孔隙度，加大了土壤的吸熱與散熱速率，使得土壤溫度變幅擴大。此外，土壤溫度的變化還與其水分狀況有關，由于土壤顆粒比水具有更低的熱容和更大的導熱性，干土壤要比濕土壤冷熱得更快[28-29]。在本研究中，帶旋耕作土壤水分含量較高，其板茬部分由于水分較高可起到溫度緩沖作用，從而使得土壤溫度日變化更加平緩。

土壤環境的改善有助于種子出苗和幼苗早期生長[30-31]。張斯梅等[32]研究認為淺耕下小麥出苗率高于免耕，前者可改善土壤與種子接觸狀況，有利于促進出苗。申冠宇等[2]認為旋耕可顯著提高種子出苗率、整齊度，有助于獲得高質量幼苗，同時耕層增加可以提高植株發根能力和根系活力，進而間接影響生育后期灌漿速率以及籽粒產量。亦有研究認為少免耕下也可實現均勻出苗，且出苗快，綠葉面積大，分蘗多，幼苗生長健壯[32-34]。在本研究中，帶旋耕作對幼苗質量的提升在2020年度更為明顯，顯著增加了幼苗次生根數、單株地上部生物量、植株可溶性糖含量和葉片RuBPCase活性。帶旋耕作促進幼苗健壯生長可能歸因于其土壤養分多富集在淺層土壤，本研究結果表明，帶旋較全旋耕作增加了0～15 cm土層土壤堿解氮和速效鉀含量。這可能是由于帶旋耕作對土壤擾動小，施用的肥料大都在土壤表層聚集，較少的耕作增加了土壤通透性，有利于降雨入滲，促進淺層根系對有效養分的吸收和利用[35]。此外，低溫條件下土壤的增溫作用有助于保護小麥安全越冬，且減少熱量散失，充分利用熱量資源。2020年度小麥越冬前降水較少、溫度較高，可能提升了帶旋耕作的土壤儲水、增溫效應，對幼苗生長促進更為明顯。

4.2 帶旋耕作有助于提升單莖生產力，促進籽粒產量形成

李福建等[36]研究認為免耕小麥灌漿后期葉片可截取更多光能，提升了葉片光合生產能力，有利于粒質量增加。LATIFMANESH[37]和SUN等[38]研究表明，灌溉和雨養條件下少免耕降低了穗數和每穗粒數，但LIU等[39]研究結果與之相反。前人研究結果不盡相同可能由于試驗條件差異所致。本試驗在等基本苗條件下，表明全旋與帶旋耕作間穗數和千粒質量均無顯著差異，但帶旋耕作顯著提高了每穗粒數和籽粒產量。分析顯示，帶旋耕作提高了小麥花后單莖綠葉面積、單莖干物質量和葉片RuBPCase活性，指示帶旋耕作下更強的單莖生長生理能力，可能有助于促進幼穗發育和穗粒數形成。HE等[11]研究認為，帶旋耕作可增加花后葉片葉綠素含量和面積，延緩葉片早衰，使植株保持較高的光合性能，提升最終籽粒產量。本研究顯示，帶旋耕作構建了良好的土壤水、熱、肥條件，使得冬前幼苗具有較優的形態和生理特征，提升了植株中后期光合生產能力，促進了籽粒產量提升。結果進一步明確了培育冬前壯苗與促進產量提升具有協同一致性，深化了壯苗培育和高產形成機制。

4.3 帶旋耕作下出苗率偏低

在本研究中，在水稻秸稈全量還田條件下，帶旋耕作雖較全旋耕作提升了小麥幼苗質量，提高了產量，但2 a間小麥出苗率較全旋耕作明顯偏低，這可能是由于機械條件限制，在種子落入種溝后，種子覆土效果較差，造成種子在土壤空間中分布不均勻。雖然通過增加播種量可以提高出苗數量，但帶旋耕作模式下適宜播種量與基本苗數還需進一步明確。

本研究在水稻秸稈切碎勻鋪還田條件下，通過2 a時間的大田試驗，比較了帶旋和全旋耕作方式對長江流域稻茬麥田土壤理化性質、小麥生長和籽粒產量的影響，主要結論如下：

1）濕黏稻茬麥田條件下，與全旋耕作相比，帶旋耕作在土壤偏干時（2019年）大幅提升了0～10 cm土層儲水量，提升幅度為15%～43%；
在土壤偏濕時（2020年）提升幅度僅為3%～9%。同時，帶旋耕作下土壤溫度日變化幅度減小，當土壤溫度較低時，帶旋耕作有助于提升5 cm和15 cm土層溫度。

2）2 a間5～15 cm土層SRT土壤速效氮與速效鉀含量較FRT分別增加12%、55%、41%和17%，差異顯著（<0.05），有助于促進土壤養分在淺層土壤富集。

3）2 a試驗期間帶旋耕作小麥籽粒產量較全旋耕作分別提高了11%和14%，穗粒數增加了16%和5%，差異均達顯著水平（<0.05）。其主要原因是帶旋耕作土壤條件能夠促進幼苗健壯生長，提升花后單莖光合生產能力，進而增加每穗粒數和籽粒產量。但帶旋耕作出苗率較全旋耕作低了19%，未來還需結合其壯苗優勢開展農機農藝配套技術研究。

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Effects of the strip rotary and full rotary tillage on the wheat growth and soil physicochemical properties in rice stubble

SHI Mengdi1, YU Qiaoqiao1, JIANG Wenyue1, GE Yuyang1, ZHU Min1,2, LI Chunyan1,2, ZHU Xinkai1,2, DING Jinfeng1,2※, GUO Wenshan1,2

(1.,,225009,;2.-,225009,)

Sticky texture of soil and tillage condition can be found in the rice-wheat rotation area, due to the conventional management practices of puddling and flooding. The returning rice straw into the field can also seriously affect the emergence and growth of wheat seedlings. The tillage modes can dominate the form and amount of the crop residues returning into the soil, together with the hydrothermal environment in the soil. Therefore, a suitable tillage and seeding mode can facilitate the emergence and growth of seedlings, even for the high grain yield of wheat. Strip rotary tillage (SRT) has been an effective practice to combine no- and convention-tillage. In this study, a systematic investigation was implemented to explore the effects of the SRT on the physical and chemical properties of soil, wheat growth, and grain yield in the rice stubble field from 2018 to 2020. The applicability of SRT was also clarified in the rice-wheat rotation areas. Among them, full rotary tillage (FRT) was taken as the control treatment. Specifically, the rotary tillage was implemented twice (10-15 cm depth), and the straw was evenly mixed into the soil, finally seeding. The used seeder included the functions of shallow rotary tillage, drill seeding, soil covering, excavating drainage ditch, and roller suppression. In SRT, the rice stubble was uniformly covered on the soil surface, and then directly seeded using the strip rotary seeder. The strip tillage depth of the seeder was set to 4 cm. The stubble, soil, and fertilizer on the surface were broken to mix with a 4 cm width of tillage blade. Thus, there was a sowing belt with about 4 cm width and a no-till belt with about 16 cm width in the field. The seeds were evenly sown in the sowing trench, and then a chain net covered the soil and straw on the sowing trench. The results showed that the SRT significantly increased the water storage in the 0-10 cm soil layer by 15%-43% under dry soil conditions, but only increased by 3%-9% under wet soil conditions, compared with the FRT. There was a gentle diurnal variation of soil temperature under SRT. The temperature of the soil layer at 5 and 15 cm increased at low temperatures. The content of available nitrogen and potassium in the 5-15 cm soil layer of SRT increased by 12%, 55%, 41%, and 17%, compared with the FRT, respectively (<0.05). The enrichment of soil nutrients was promoted in the shallow soil. The SRT significantly improved the number of secondary roots per plant, aboveground biomass per plant, plant soluble sugar content, and RuBPCase activity in the leaves (<0.05) in 2019-2020, compared with the FRT, indicating the better quality of seedlings. At the same time, the SRT improved the leaf area per stem, and the RuBPCase activity in the leaves at the anthesis and milk ripening in the two seasons. The highest yield of SRT was achieved, which increased by 11% and 14%, compared with the FRT. The number of grains per panicle also increased by 16% and 5%, respectively, with significant differences (<0.05). In conclusion, the favorable soil conditions in water, heat, and nutrient under SRT were conducive to the vigor growth of seedlings, the improved photosynthetic production of a single stem, the development of young spike, and the formation of grain number per spike. Furthermore, the low emergence rate of seedlings under SRT can be expected to investigate using the supporting agronomic techniques for the vigorous seedlings.

soil; yield; full rotary tillage; strip rotary tillage; wheat in rice stubble; seeding growth

2022-12-24

2023-04-28

國家自然科學基金項目（32172111）；
國家重點研發計劃項目（2022YFD2301404）；
江蘇現代農業（小麥）產業技術體系；
江蘇高校優勢學科建設工程項目

石夢迪，研究方向為小麥機械化高產栽培技術。Email：mengdi0227@163.com

丁錦峰，博士，教授，研究方向為小麥高產高效栽培與生理。Email：jfdin@yzu.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.202212165

S512.1；
S282

A

1002-6819(2023)-08-0065-11

石夢迪，于喬喬，蔣文月，等. 帶旋和全旋耕作對稻茬小麥生長和土壤理化性質的影響[J]. 農業工程學報，2023，39(8)：65-75. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.202212165 http://www.tcsae.org

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