耕作方式对华北平原冬小麦干物质积累和产量的影响外文翻译资料

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耕作方式对华北平原冬小麦干物质积累和产量的影响

余石，余振文，满建国，马尚玉，高志强，张永立

山东农业大学农学院农业部作物生态系统与耕作系统重点研究，岱宗路61号

泰安271018。中国

关键词：深松、干物质积累、粮食产量、冬小麦

摘要：

在我国北方地区，耕作是解决和促进节水、提高作物产量的重要管理手段，在我国北方地区，冬小麦生产经常受到干旱的威胁。虽然耕地(P)和旋转耕作(R)在该地区很普遍，但只有很少的研究侧重于深松。在7年的田间条件下，对P、R、RS(轮作耕作和2年深松间作)3种耕作方式进行了评价。在40~100 cm土层播种至拔节，RS平均耗水量分别比P和R增加24.6%和69.0%，比P和R分别增加54.2%和81.6%。在80~180 cm土层内从拔节到成熟。花后20天至30天RS处理的旗叶净光合速率和气孔导度均显著高于P和R。这可能是RS成熟期干物质积累量高于P和R的原因，RS 4年平均产量和水分利用效率分别提高了22.7%和37.0%。因此，RS法是提高北方冬小麦产量和水分利用效率的最佳方法。

1、引言：

小麦(Triticum aestivum L.)是世界作物，每年种植面积超过二亿公顷(Rajaram和Braun，2008年)。华北平原面积320000公顷、人口二亿多，提供了中国50%的小麦产量(张等人，2005年)。过去33年来，国家粮食保护局特定地点冬小麦的籽粒产量已经提高了45%以上(Zhang等人，2013年)。然而气候、水资源和土壤肥力的变化威胁冬小麦生产(Zhang等人，2013年；Garg和Dadhich，2014年；Hartmann等人，2014年)。农业科学家已经确定农田耕作是提高冬小麦产量的管理措施最重要的农业之一(Brenna等人，2014年)。

保护性农业包括减少耕作和免耕做法，是通过农田侵蚀和压实防治土壤退化的重要战略(粮农组织，2008年；Van den Putte等人，2010年)。与传统耕作做法相比，这种战略有助于保护土壤和防止水分流失，提高作物生产力和土壤肥力，并减少田间准备、燃料、设备和劳动力的成本(Wang等人，2006年)。然而，在没有耕作的情况下，减少耕作往往会增加前10至20厘米土层的土壤容重；这会导致充满空气的孔隙空间减少(Vaacute;clv等人，2013年)，这对冬小麦的生长没有好处。此外，虽然减少耕作对前3年的粮食产量没有影响，但随后几年粮食产量下降高达31.83%(贾等人，2004年)。因此，优化耕作方式对冬小麦生产至关重要。

Arvidsson等人（2014）发现，免耕小麦的平均相对产率比犁耕低9.8%。Brenna等人（2014）报告说，在第一个冬季小麦生长季（2009年），传统耕作和减少耕作之间的产量没有差异，但传统耕作在随后的季节(2010年)中，产量显著高于减少的耕作。2011年，减少耕作产生了最高产量。这些差异的原因是未知的，需要进行调查。

简称：犁P；旋耕R；深松后轮作RS；花后天数DAA；华北平原NCP；水分利用效率WUE；净光合速率Pn；干物质积累DMA；补充灌溉SI；补充灌溉量SIa；土壤含水量SWC；干物质迁移DMT；蒸散ET。

表1：作业程序和设备使用的不同耕作做法

传统的农业耕作方式，包括犁耕和轮作耕作，在中国很普遍。由于农业机械价格昂贵，耕作成本高于其他耕作方式。相反，旋转耕作不能破坏20-40厘米土层，从而阻止冬小麦的降雨入渗和吸水(He等人，2006；Mohanty等人，2007)。深松是一种在不翻转顶部贫瘠底土(Singh等人，2013)的情况下破碎硬质层，从而提高产量和水分利用效率的过程(WUE；Pillt;ul和Aase，1999；Pillt;ul和Kristian，2003)。免耕4年后，单次深松使机械投入减少62}，而年深松只减少25}(He等人，2007)。

上述研究主要集中在一种土壤耕作方式上，即减少或免耕耕作、轮作耕作、犁耕和深松耕作，对土壤结构、粮食产量或水分利用效率的研究较少，而对土壤耕作，特别是混交土壤耕作，如旋耕、深松等对冬小麦土壤水分利用、光合特性和籽粒产量的影响研究较少。因此，我们开展这项研究的目的是评估耕作方法：深松后(每两年一次)耕作、轮作和轮作对(1)旗叶净光合速率(P-)的影响，(2)开花后干物质积累(DMA)，(3)4年以上冬小麦产量和水分利用效率(WUE)。

2、材料与方法

2.1站点描述

试验于2007~2014年间在山东省兖州石家庄子村(北纬35040lsquo;，东经116041rsquo;，海拔55米)进行。该地区的种植模式主要是冬小麦-夏玉米复种，小麦轮作(R)，玉米免耕(NCP)。该村土壤的pH值为7.6，根据福思(1975)的测定结果，它由29.6%的粘土、37.3%的粉土和33.1%的砂土组成，采用Lu(2000)所描述的水化热重酸氧化钾比色法测定，其有机质含量为14.1g·kg^-1。

2.2。实验设计

该领域是采用随机区组设计，三个重复。采用3种耕作方式：P(翻耕)、R(旋耕)和RS(深松后轮作)，深松处理仅在2007~2008、2010-2011和2013~2014冬小麦生长季节进行，每季进行轮作耕作。表1列出了国家农业生产计划中使用的耕作方法和设备的操作程序。试验 小区为40 mtimes;4 m，隔断面积为2 m，可防止相邻地块之间的水分渗透。

本研究对2010~2014年间的数据进行了分析。播种前0~20 cm土层的养分状况见表2。4个生长季节的总降水量分别为147 mm、183 mm、238 mm和170 mm，月降水量如图1所示，这些资料来自兖州地方气象局。

冬小麦(T.aestivum L.)丁Ⅰ麦22lsquo;分别于2010、2011、2011、10月8、2012和10月8日种植，6月13日、2011、2012、2012、2013和2014号采收。在播种期，分别以尿素、磷酸二铵和氯化钾的形式在土壤中施用105 kg N ha^-1、150 kg PZOS ha^-1和150 kg KZO ha^-1。在三叶期或Z13(3叶展开时)，仍有180株mZ。在拔节期或Z31(第一个节点可检测到)(Zadollt;s等人，1974)，通过沟渠在土壤中施用135 kg N ha^-1。

在冬小麦拔节期和开花期(Z61)(Zadollt;s等，1974)进行补充灌溉(SI)。生长季节的灌溉量如表3所示。测定0~140 cm土层土壤含水量(SWC)，计算土壤水分需要量。用烘干法测定了重量含水量%(Ma等人，2015)。

SWC=(土壤鲜重-土壤干重)/土壤干重x 100

表2 试验场表层(0~20 cm)土壤养分状况

图1 2010～2014年冬小麦生育期降水的研究

表3各生育期4个冬小麦拔节期和开花期SI(SI_a，mm)处理的灌溉量

a 在2007~2008、2010-2011和2013~2014生长季节，进行了7年的磷肥耕作，7年的R-旋耕，7年的RS-旋耕。

SI的数值是根据预先灌溉的SWC(theta;i)计算的(Cuenca，1989；Jalal等人，2012)：

当SLA为SI(Mm)量时，theta;t为目标SWC(%)，根据我们先前的研究(Ma等人，2015)，Bt为田间容量的70％，y为土壤容重(GCW 3)，D为土层厚度(140 Cm)。用流量计来测量用水量。

2.3.测量项目和方法

2.3.1.土壤含水量

在所有试验区，用20厘米长至200厘米的土钻(直径5.0cm)手工采集土壤样本，以测量SWC。在拔节、开花期和成熟期分别于播种前、灌水前1天和灌水后3天进行测定。

2.3.2.旗叶光合参数的研究

在一致生长条件下，从同一方向到光照下，测定了旗叶中气体交换参数，花后10天、花后20天、30天分别重复10次。测定了上午(上午9：00~11：00)的净光合速率(Pn)和气孔导度(GS)。便携式光合作用系统(Liras-2；PP系统，Hitchin，Hertfordshire，英国)。

2.3.3．干物质积累和转运

在每块地中，分别从同一内行的1米长的连续植株，在地面水平上手工切割，分别测定冬季(Z23)、再生(Z28)、拔节(Z31)、花(Z61)和成熟(Z92)的地上干物质积累，并在成熟时将植物样品分为三个喷口，即叶茎鞘、轴颖和穗。烤箱在70摄氏度时干燥，直到达到一定的重量。

采用Hu等人（2007）的方法计算了花期至成熟期籽粒营养部位的干物质转运(DMT)dmt计算为花期dma与不含粒重的dma在成熟期的差异；dmt花后计算为差异。成熟期粒重与DMT之间。根据花后DMT与成熟期粒重的比值计算花后干物质对粒重的贡献。

2.3.4. 土壤水分蒸发蒸腾损失总量

利用土壤-水分平衡方程(Sepasllt;hah和Tafteh，2012；Cristina和塞尔瓦托，2013)计算了冬小麦生育期作物蒸散量(ET)：

其中，ET以毫米为单位；SLA(Mm)为SI量；P(Mm)为降水量；R(Mm)为地表径流，由于地块周围的河床高于土壤表面；D(Mm)为作物根下的向下通量；SW(Mm)为土壤的变化，可忽略不计(本研究中R=0 mm)。蓄水量，计算为播种期和作物成熟期土壤总水分的差异。土壤水分测量表明，该地点的排水量可以忽略不计，因此，深层渗滤没有被考虑在内。

2.3.5. 水使用效率

粮食产量是由9m²象限切割后的粮食产量决定的。每个小区和报告的基础上，12}水分含量。WUE的定义如下(Heal等人，2011)：

其中WUE(gm^-2mm^-1)和ET(Mm)为总产量WUE，Y(gm^-2)为粮食作物ET

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