摘要: 稻茬小麦生产区温光资源丰富、自然降水丰沛，具有良好的生产潜力和比较优势，但由于土壤黏重、水稻秸秆还田处理不当、耕播期间土壤偏湿等易造成播种质量和幼苗质量难以提升，已成为限制稻茬小麦生产的主要问题。如何通过机械耕作和播种环节高效、精... 展开 稻茬小麦生产区温光资源丰富、自然降水丰沛，具有良好的生产潜力和比较优势，但由于土壤黏重、水稻秸秆还田处理不当、耕播期间土壤偏湿等易造成播种质量和幼苗质量难以提升，已成为限制稻茬小麦生产的主要问题。如何通过机械耕作和播种环节高效、精准、高质量作业及配套农艺措施调控实现“足苗、匀苗、壮苗”，构建高产群体，进而实现稻茬小麦绿色优质高效生产目标，仍是目前研究的重点和热点。本研究于2017-2021年度在金坛、邗江、仪征、泗洪和睢宁等不同生态地区的试验点进行水稻秸秆全量还田条件下耕翻、旋耕、免耕3种耕作和10种机械播种方式试验，通过分析耕翻与免耕间土壤理化特性、根系和地上部生长的差异，以期研明壮苗形成机理;通过调查不同幼苗质量类型小麦间关键生育时期个体和群体生长生理特征、产量及其构成的差异，以期阐明壮苗形成及其实现高产的机制;采用无人机图像识别、田间农艺性状调查、数据模拟等综合手段，以期探明不同均匀度幼苗群体间农艺性状、光能利用和籽粒产量的差异及其机理;通过分析不同耕作和播种方式间播种质量、幼苗质量、产量、品质和氮效率的差异，以期明确不同土质和土壤墒情下机械耕播技术流程和推荐机具;此外，还开展了基蘖肥施用方式试验，以期提出与机械耕播配套的壮苗高产施肥技术，为稻茬小麦大面积机械绿色、优质、高效生产提供理论和技术支撑。主要结果如下: 1.在金坛和泗洪进行了两年度田间试验，评估耕翻和免耕对土壤理化性质、小麦幼苗生长、籽粒产量及其产量构成的影响。免耕下土壤中的秸秆混入量降低，土壤容重高于耕翻，有利于在土壤干旱时保水。当土壤水分含量过高时，免耕由于降低了浅层水分下渗、增加了地表水蒸发导致深层水分减少，降低小麦渍害发生。另外，免耕下土壤温度的日变化减小，当土壤温度较低时，免耕还有助于在0-25cm土层保温。同时，免耕较耕翻提高了0-20cm土壤中的速效氮和速效磷含量，增加了小麦根系数量、生物量、根系活力和氮素含量。越冬始期免耕下小麦分蘖能力强、叶面积大、光合产物多。因此，在高降雨量地区，免耕相比犁耕结合两次旋耕改善了土壤的理化条件，具有在土壤墒情过湿时排水和干旱时保水的协调能力，土壤温度日变化小且低温时保温的作用，另外免耕下养分在土壤表层富集。土壤良好的水热和养分环境有助于形成更多和更活跃的表层根系，并通过提高幼苗活力，特别是产生更多的早期分蘖，增加单株穗数，最终免耕下小麦产量较耕翻平均提高15.8％。 2.在稻麦轮作条件下，通过多年多点的耕作与播种试验构建不同幼苗质量类型小麦群体，探索了不同类型群体间幼苗生理特性、关键生育时期个体和群体特征、产量及其构成的差异。结果表明，较高的越冬始期单株分蘖数、叶面积、干物重、氮含量和叶片NR、GS、GOGAT、Rubisco活性有助于实现籽粒产量的提升。以易于观测的单株分蘖数、单株叶面积、单株干物重和氮含量为指标进行聚类分析，幼苗可分为叶（叶龄）蘖（分蘖）同伸、单株健壮（叶面积大、干物重高）、叶色深（氮含量高）的类型Ⅰ;叶蘖基本同伸、单株偏弱、叶色较深的类型Ⅱ;分蘖缺位、单株弱、叶色浅的类型Ⅲ。类型Ⅰ较类型Ⅱ和Ⅲ表现出显著高的叶片氮代谢酶和Rubisco酶活性，提升了植株氮含量和光合生产能力。壮苗类型小麦冬前叶片的氮代谢酶活性高，氮代谢能力强，促进了植株氮含量的增加;同时叶片的二磷酸核酮糖羧化酶活性高，增强了光合能力，利于单株生物量提升，因此协同提高氮代谢和光合生产能力是小麦形成冬前壮苗的生理基础。 壮苗类型小麦分蘖能力强，孕穗至成熟期单株的茎蘖数、干物重、氮素含量和积累量高;开花后叶面积大，保持显著高的旗叶光合能力和抗氧化能力，有利于延缓衰老和氮素营养向籽粒的转运。壮苗类型小麦有利于形成健壮个体的特征，显著提高了单株和单穗产量。同时，壮苗类型小麦的群体表现出较高的群体茎蘖数、叶面积指数和干物质积累量，孕穗至乳熟期具有显著较高的叶面积指数，群体光合面积大，物质和营养生产能力强;成熟期壮苗类型小麦具有较高的光合产物和营养积累。因此，壮苗类型小麦在整个生育期均利于形成健壮的个体和构建适宜较大的群体，在保持穗数的基础上提高穗粒重，籽粒产量较弱苗类型小麦提高了18.4％。 3.采用无人机图像识别手段结合田间实际调查的方法，通过数据拟合和均匀度群体构建研究了条播和撒播下幼苗均匀度对小麦籽粒产量、光能利用和物质积累的影响。结果表明，两种播种方式下小麦籽粒产量及其稳定性均随着幼苗均匀度的提高呈上升趋势。条播和撒播的籽粒产量受均匀度的影响程度不一致:幼苗均匀度每增加0.5，条播方式下单穗产量增加11.46％，籽粒产量增加13.73％;撒播方式下，单穗产量增加1.16％，籽粒产量增加2.11％。表明条播下均匀度影响产量潜力更大，条播较撒播有更大的提升空间。随着基本苗数的提高条播小麦高幼苗均匀度的产量潜力可与撒播接近。高幼苗均匀度群体在拔节到开花期的群体茎蘖数以及茎蘖成穗率变异系数小，利于提高群体内部穗数的稳定性;同时整齐的茎蘖群体使冠层结构更为合理，开花期冠层下部透光率低，说明整体光能截获面积大，同时群体的叶绿素相对含量更为稳定，群体光合生产能力较强，利于群体光合积累量的潜力发挥和光合物质生产能力的提升，以增加单穗产量。生产中应以适宜较高的基本苗为前提，保证充足穗数，同时最大限度提高幼苗分布均匀度，发挥均匀群体花后高光能利用的优势，实现稳产高产。 4.稻茬麦区生态和土壤环境复杂，机械耕作与播种方式的响应差异多样，因此本研究将试验点生态条件按不同土质和土壤墒情进行划分。研究机械耕作与播种方式在不同土质和土壤墒情下的播种质量、幼苗质量、氮效率、籽粒产量及品质发现:砂质壤土、壤土、黏壤土、和壤质黏土土质干旱或偏干时等播量下采用耕翻方式更易实现播种质量的提升和产量的提高。在砂质壤土、黏壤土土质，土壤墒情适宜或干旱条件下选用耕翻方式可实现小麦幼苗质量、氮效率和品质的提升。黏土不同湿度下免耕方式等播量下更易高产。黏土土质下，旋耕方式虽然耕深较浅，但利用秸秆对种子进行覆盖，可提高播种质量。在壤土、壤质黏土和黏土土质，土壤墒情偏湿条件下选用免耕方式，虽然降低了出苗率，但播深浅、出苗快，促进了植株个体健壮生长。等基本苗条件下，无关土壤类型或墒情情况，免耕方式均可实现高产。同时免耕在土壤偏黏、土壤墒情过湿条件下利于提高氮效率，在土壤墒情适宜偏干条件下可实现品质和效率的同步提升。 机械播种方式(S7、S8、S9)较人工播种(S10)有利于提高播种质量和幼苗质量，因此相同播量下产量最高。中型播种机械(S4、S5、S6、S7、S8、S9)相较小型播种机械(S1、S2、S3)播种质量稳定，冬前分蘖力强，可实现相同基本苗条件下籽粒产量和氮素生理效率的同步提升。中型播种机械宽幅条播适用于黏土和砂质壤土土质不同土壤墒情，播深合理且均匀度高、出苗率高，稳定提高幼苗质量、产量、品质和效率。中型机械条播和撒播分别适用于是黏壤土土壤墒情适宜偏干条件下和黏壤土干旱播后多雨条件下，出苗均匀度高，可同时提升产量和氮肥表观利用率。小型机械撒播适用于壤土和壤质黏土土质，播深较浅、出苗率高、幼苗素质高，可同时提高籽粒产量、氮肥吸收利用能力及蛋白质含量。 耕播组合的播种质量、幼苗发育、籽粒产量和品质也受土质类型和土壤墒情的影响。机械耕播方式在不同生态条件下的适应性既有共性又有差异性，需进一步根据土质和土壤墒情差异进行区域化的机械耕播技术熟化研究。 5.在耕翻下设置了3种基肥施用方式:基肥播前施、旋前施和耕前施。基肥播前施相比于旋前施和耕前施提高了小麦越冬期和成熟期表层根系吸收肥料和土壤氮的能力，提升了小麦对基肥氮的利用效率，利于籽粒和营养器官氮积累量的增加。同时基肥播前施处理可增加小麦越冬始期分蘖数，单株生产能力强，群体茎蘖数高，利于形成足穗;叶面积指数高，促进了光合物质生产。 在耕翻和旋耕方式下设置了4种壮蘖肥施用方式:分蘖肥4.5叶期施用作对照、提前至一叶一心期施用、提前至三叶期施用和4.5叶期施用结合三叶期增施10％氮肥。壮蘖肥等量下，提前至小麦一叶一心期和三叶期施用均能起到促进幼苗早生快发的作用，其中壮蘖肥提前至三叶期施用的方式可实现小麦越冬始期健壮个体，明显提高小麦越冬始期至开花期的群体茎蘖数和叶面积指数，形成充足的穗数，扩大光合面积，利于全生育期群体物质生产能力的提升。壮蘖肥4.5叶期正常施用结合三叶期增施10％肥料的方式幼苗质量最好、籽粒产量最高，可作为耕翻方式下幼苗素质较差或者遭受胁迫情况下的应变措施。基蘖肥可显著调控耕翻和旋耕下小麦生长，形成冬前壮苗个体，利于壮大全生育期的群体，通过协同提高穗数和穗粒数从而达到壮苗高产的目的。 实现小麦高产稳产，足苗是基础，壮苗是关键，匀苗是保障。在秸秆高质量还田的前提下，根据不同的土壤墒情和土质特点确定耕作模式，选择适宜播量;通过调节肥料运筹，尤其是基蘖肥的施用方式提高苗质;采用稳定性能好的中型播种机械宽幅条播或撒播，提高出苗均匀度，可实现稻茬小麦机械化高产、稳产、高效生产。 收起