翟云龙，魏燕华，张海林，陈 阜

(1.中国农业大学农学院， 北京 100193； 2.塔里木大学植物科学学院， 新疆 阿拉尔 843300)

耕种方式对冬小麦籽粒灌浆特性及产量的影响

翟云龙1,2，魏燕华1，张海林1，陈 阜1

(1.中国农业大学农学院， 北京 100193； 2.塔里木大学植物科学学院， 新疆 阿拉尔 843300)

通过大田定位试验，研究了免耕条播、深松条播、旋耕条播、机械撒播等4种耕种方式下冬小麦强势粒灌浆特性，用Logistic方程拟合籽粒灌浆进程，对籽粒灌浆参数进行了分析。试验结果表明，方程拟合决定系数均在0.9942以上，Logistic方程能真实反映籽粒灌浆进程。旋耕条播、机械撒播耕作深度相同，各阶段灌浆速率较一致，渐增期、快增期、缓增期均低于深松条播和免耕条播，但二者株行配置方式不同，机械撒播渐增期略高于旋耕条播，快增期、缓增期均低于旋耕条播，但3个阶段灌浆持续期分别比旋耕条播高0.05、0.57 d和0.71d。耕作、种植方式主要通过影响籽粒灌浆速率和灌浆持续天数影响粒重，耕作方式对灌浆速率影响大，株行配置对灌浆持续期影响明显。耕种方式对强势粒、弱势粒灌浆特性影响效应不同，机械撒播强势粒渐增期灌浆速率高达0.95 mg·d-1·粒-1，持续时间仅为9.95 d，快增期、缓增期灌浆速率仅为2.11 mg·d-1·粒-1和0.59 mg·d-1·粒-1，但持续时间长达12.27 d和15.27 d，强势粒千粒重高达41.65 g，虽然强、弱势粒综合千粒重仅为40.2 g，但该模式有效穗数高，经济产量高达7 599.0 kg·hm-2。

耕种方式；冬小麦；灌浆特性；产量

小麦群体产量是由单位面积有效穗数、每穗粒数和粒重三者共同决定的，粒重是决定小麦产量高低的重要因素之一，籽粒灌浆特性主要影响小麦的粒重，既受品种遗传特性的影响[1]，也受环境因素的影响[2]。小麦籽粒灌浆特性已有较多报道，但多集中在环境温度[3-4]、水分条件[5-8]、施肥[9-11]、品种[12-13]、播期[14-15]等方面，对不同的耕作方式[16]、株行配置方式[17-19]下小麦籽粒灌浆特性的研究较少。华北一年两熟区农田土壤耕作方式翻耕、旋耕、深松、免耕并存，每种耕作方式都有与之相应的机械化播种方式和株行配置，有研究认为多年免耕会使土壤体积质量增加、质地紧实，降低小麦产量[20]，深松能有效疏松土壤，改善土壤的渗透性能，增加深层土壤蓄水量，提高籽粒产量[21]。小麦群体配置方式直接影响群体数量、群体结构和群体质量，最终影响小麦产量构成因素与经济产量[22-23]。本试验设置不同耕作方式以及与之相应的播种方式，对机械化耕种冬小麦灌浆特性及产量进行研究，以期为华北地区不同耕种方式冬小麦配套农艺措施的制定提供理论与技术依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2011—2012年在中国农业大学吴桥试验站(北纬37°37′22″，东经116°25′54″，海拔19.7 m)进行，属于半湿润易旱大陆性季风气候，常年平均气温12.7℃，全年≥0℃积温4 832.4℃，年日照 2 623.3 h，年降水量675.7 mm，降水量年内和年际变率大。土壤为冲积型盐化潮土，壤质土，深层偏粘，土层深厚，地下水位6～9 m。耕层有机质含量12.4 g·kg-1，全氮0.79 g·kg-1，速效磷44.6 mg·kg-1，速效钾94.2 mg·kg-1。前茬作物为玉米。

1.2 试验设计

采用大田试验，设旋耕条播(RTS)、深松条播(DTS)、免耕条播(NTS)和机械撒播(BSS)4种耕种方式，每处理0.3 hm2。各处理田间作业如下：(1) RTS：玉米收获后，秸秆粉碎全量还田，撒施基肥，旋耕机旋耕两遍(耕深14 cm)，条播机播种小麦，行距15 cm。(2) DTS：玉米收获后，秸秆粉碎全量还田，撒施基肥，采用1SQ-340全方位深松机深松一遍(耕深40～50 cm)，旋耕机旋耕一遍，条播机播种小麦，行距15 cm。(3) NTS：玉米收获后，秸秆粉碎全量还田，采用2BMGF-6/12免耕覆盖施肥播种机一次性完成施肥、播种和镇压作业，播种后地表形成具有垄沟、垄背的微地表(垄背垄沟高度差为12 cm)，小麦播种于垄沟内两侧的土壤中，垄沟内行距10 cm，相邻垄沟边行行距20 cm。(4) BSS：玉米收获后，秸秆粉碎全量还田，采用HSTV小麦无垄联合耕播机一次性完成施肥、播种和镇压作业，均匀撒播(耕深14 cm)。

供试冬小麦品种为济麦22。于2011年10月11日播种，免耕条播处理播量270 kg·hm-2，旋耕条播、深松条播处理播量240 kg·hm-2，机械撒播处理播量285 kg·hm-2，2012年6月11日收获。各耕作处理水肥管理均采用当地普遍水平，冬小麦施尿素450 kg·hm-2、磷酸二铵300 kg·hm-2，并分别在冬小麦拔节期、扬花期灌水60 mm。

1.3 测试项目与方法

于开花期在每处理小区选择同一天开花、生长整齐的麦穗200个挂牌标记，自开花至收获，每隔5 d取标记穗10个，取每穗中间5个小穗第1、2粒位强势粒[24]，然后置烘箱中经105℃杀青0.5 h，再降至80℃烘干至恒质量，称籽粒干质量，并换算出千粒质量。

1.4 数学方法描述

1.4.1 模型的拟合 以开花后的天数(t)为自变量，每次测得的千粒质量(Y)为因变量，用Logistic方程Y=K/(1+eA+Bt)对籽粒生长过程进行拟合，其中K为灌浆结束时所能达到的最大千粒质量，A、B为方程参数，用决定系数R2(Y依t的回归平方和占总平方和的比率)表示其拟合优度。

1.4.2 灌浆特征参数 根据Logistic方程和该方程的一级和二级导数，推导出一系列灌浆参数。

(1) 灌浆高峰期开始日期t1=[A-ln(2+1.732)]/(-B)；

(2) 灌浆高峰期结束日期t2=[A+ln(2+1.732)]/(-B)；

(3) 灌浆终期(Y达99%K)日期t3=(4.59512+A/(-B)；

(4) 最大灌浆速率出现日期Tm=-A/B，最大灌浆速率Vm=-BK/4；

(5) T1、W1、V1，T2、W2、V2，T3、W3、V3分别表示籽粒灌浆渐增期、快增期和缓增期持续时间、积累量和阶段灌浆速率，T1=t1，T2=t2-t1，T3=t3-t2；

(6) 灌浆总天数T=t3，平均灌浆速率Va=K/t3。

2 结果与分析

2.1 不同耕种方式下冬小麦群体茎蘖动态

受播量、种子有效覆盖率、出苗率等的影响，不同耕种方式基本苗存在差异(见表1)，免耕条播处理显著高于其它处理，其它3个处理间无显著差异，表现为深松条播>旋耕条播>机械撒播。拔节期，群体总茎数达最高值，不同处理间差异达极显著水平，机械撒播处理最高，免耕条播处理最低，深松条播略高于旋耕条播。成熟期总茎数处理间达极显著差异，机械撒播处理最高，其次是深松条播，免耕条播和旋耕条播差异不大。免耕条播茎蘖少于其他处理，但其茎蘖成穗率远高于其他处理；撒播处理茎蘖较多，但茎蘖成穗率最低。

表1 耕种方式对冬小麦群体茎蘖动态的影响

注：表中小写字母和大写字母分别表示5%和1%水平显著性差异；NTS—免耕条播；DTS—深松条播；BSS—机械撒播；RTS—旋耕条播；下同。

Note: the lowercase and uppercase letters indicate significant difference atP<0.05 andP<0.01 level, respectively; NTS—no tillage with row planting, DTS—subsoiling tillage with row planting, BSS—mechanical broadcast sowing, RTS—rotary tillage with row planting; the same below.

2.2 不同耕种方式下冬小麦千粒重变化动态

由图1可见，在开花后小麦籽粒千粒重呈“S”型曲线增加，灌浆初期，籽粒千粒重增长缓慢，灌浆中期是千粒重急剧增长的时期，灌浆后期籽粒千粒重的增加又趋缓慢，直至成熟。不同耕种方式间千粒重变化存在差异，前期机械撒播、旋耕条播处理增加较快，中后期深松条播处理增重速度高于旋耕条播处理，但仍低于机械撒播处理，免耕条播处理前、中期千粒重一直最低，但在最后略高于旋耕条播处理，最终千粒重表现为机械撒播>深松条播>免耕条播>旋耕条播。

图1 不同耕种方式下冬小麦千粒重变化动态

Fig.1 1000-kernel weight dynamics of winter wheat under different tillage and seeding methods

2.3 不同耕种方式下冬小麦籽粒灌浆的数学模型

对不同耕种方式下冬小麦籽粒开花后天数与籽粒质量的关系配合Logistic方程进行了模拟，所得方程参数估值及决定系数见表2，用Logistic方程拟合的冬小麦籽粒千粒重增长动态见图2，各方程的决定系数均在0.994以上，拟合度高，这说明Logistic模型能准确描述本试验冬小麦籽粒的灌浆过程。

表2中的K为籽粒在冬小麦灌浆结束时所能达到的最大千粒质量，由结果可知，机械撒播处理理论最大千粒质量远高于其他处理，深松条播处理与免耕条播处理差异不明显，旋耕条播处理最低；机械撒播、深松条播、免耕条播处理分别比旋耕条播处理高1.76、0.17、0.13 g，为旋耕条播处理的104.08%、100.39%、100.30%。实测千粒重也是机械撒播处理最高，其次是深松条播，免耕条播与旋耕条播差异不明显，仍是旋耕条播最低；机械撒播、深松条播、免耕条播处理分别比旋耕条播处理高1.23、0.23、0.01 g，为旋耕条播处理的103.04%、100.57%、100.02%。表明耕种方式对冬小麦千粒质量有一定的影响，田间植株均匀分布(机械撒播)、加深耕层(深松条播)、免耕覆盖均能适当增加千粒重，植株田间分布状况影响最大。

表2 不同耕种方式下冬小麦籽粒灌浆Logistic模型参数和决定系数

图2 不同耕种方式下冬小麦粒重增加的Logistic曲线

Fig.2 Grain filling process of fitting Logistic curve of winter wheat under different tillage and seeding methods

2.4 不同耕种方式下冬小麦籽粒灌浆特征分析

2.4.1 耕种方式对冬小麦灌浆特征参数的影响 根据Logistic模型计算出的冬小麦灌浆特征参数见表3。旋耕条播处理达到最大灌浆速率的时间最早，其次是机械撒播处理和深松条播处理，免耕条播处理最晚；最大灌浆速率免耕条播处理和深松条播处理高达2.56 mg·d-1·粒-1，机械撒播处理最低，仅为2.41 mg·d-1·粒-1；平均灌浆速率深松条播处理高达1.22 mg·d-1·粒-1，其次是机械撒播处理1.20 mg·d-1·粒-1，旋耕条播处理和免耕条播处理最低，仅为1.19 mg·d-1·粒-1；持续灌浆时间机械撒播处理最高，其次是免耕条播处理，深松条播处理最低。本研究对整个灌浆期灌浆特征参数与最大理论千粒重进行了相关分析，表明千粒重与灌浆持续天数和平均灌浆速度呈正相关，机械撒播、深松条播、免耕条播等耕种方式虽然未明显改变小麦籽粒灌浆的基本趋势，但能改变灌浆持续天数、平均灌浆速度等灌浆特征参数，优化灌浆过程。

表3 不同耕种方式处理籽粒灌浆特征参数

2.4.2 耕种方式对冬小麦阶段灌浆期灌浆特征参数的影响 根据Logistic模型计算出的冬小麦阶段灌浆特征参数见表4。渐增期籽粒产量约占整个灌浆期的21.34%，快增期籽粒产量占58.32%左右，缓增期占20.34%左右。旋耕条播、机械撒播处理籽粒灌浆前期增速很快，远高于深松条播和免耕条播处理，但渐增期持续时间较短，低于深松条播和免耕条播处理。深松条播、免耕条播处理籽粒灌浆快增期灌浆速度最高，远高于旋耕条播和机械撒播处理，但快增期持续时间低于旋耕条播和机械撒播处理，机械撒播处理该阶段持续时间最长。缓增期机械撒播和旋耕条播处理灌浆速度较低，深松条播和免耕条播处理灌浆速度较高，籽粒灌浆缓增期持续时间机械撒播处理最长，其次是旋耕条播，深松条播和免耕条播处理持续时间较短。受灌浆速度和各阶段持续时间的综合影响，渐增期、快增期、缓增期三个阶段籽粒产量均表现为机械撒播处理最高，其次是深松条播和免耕条播，旋耕条播处理积累量最少。

表4 不同耕种方式下不同阶段籽粒灌浆特征参数

2.5 不同耕种方式下冬小麦产量及其构成因素

不同耕种方式下冬小麦产量及产量构成因素结果见表5。由表5可以看出，处理间产量差异达极显著水平，机械撒播处理产量均极显著高于其它处理，分别比深松条播、旋耕条播、免耕条播产量提高11.55%、16.17%、20.16%；免耕条播处理产量极显著低于其它处理；深松条播产量极显著高于旋耕条播处理。

表5 耕种方式对冬小麦产量及产量构成因素的影响

单穗粒数处理间差异未达显著水平，表现为深松条播>旋耕条播>撒播>免耕条播。千粒重处理间差异较小，免耕条播与深松条播结果相当，略高于旋耕条播，撒播处理最低。有效穗数处理间差异达极显著水平，撒播处理有效穗数极显著高于其他处理，分别比深松条播、旋耕条播、免耕条播增加11.76%、19.81%、18.43%；免耕条播处理略高于旋耕条播处理；深松条播均极显著高于旋耕条播处理。

可见，高产条件下，有效穗数对产量的贡献最大。行株距配置方式对产量及产量构成因素影响最大，相同株行配置情况下，加深耕层能有效增加收获穗数、千粒重，进而增加产量。

3 讨论与结论

小麦粒重主要由灌浆速率和灌浆持续期来决定[15]，有研究者认为，小麦粒重与灌浆速率呈正相关，而与灌浆持续时间无显著相关性[25-26]，也有研究认为，千粒重与灌浆速率无明显相关性[27]，而与灌浆持续天数呈显著正相关[12]。本试验研究结果得出，小麦粒重由灌浆速率和灌浆持续期共同决定。

许多学者通过Logistic方程、Richards方程和多项式拟合了不同品种、管理模式下小麦籽粒灌浆过程，并对推导出的相关参数作了分析[4-8,28-29]。有研究认为[30-31]，快增期灌浆速率、持续天数和渐增期灌浆速率是影响粒重主要参数。也有人认为渐增期灌浆速率、快增期灌浆速率及缓增期持续天数是影响小麦粒重的主要参数[32]。本试验研究结果认为渐增期灌浆速率、快增期持续天数、缓增期持续天数是影响小麦粒重主要参数，通过延缓叶片衰老的进程延长缓增期持续天数是增加粒重的有效途径。

不同耕作、栽培模式主要通过影响籽粒灌浆速率和灌浆持续天数影响粒重，最终来影响小麦的产量[16-19]。本试验中旋耕条播、机械撒播耕作深度相同，各阶段灌浆速率较一致，渐增期、快增期、缓增期灌浆速率均低于深松条播和免耕条播，可能与深松条播、免耕条播处理灌浆期间对深层土壤水分的截获有关[33-35]，耕作方式对各阶段灌浆速率影响明显；虽然旋耕条播、机械撒播耕作深度相同，但株行配置方式不同，机械撒播渐增期略高于旋耕条播，快增期、缓增期均略低于旋耕条播，但每个阶段灌浆持续期均高于旋耕条播，可能与机械撒播处理小麦群体均匀分布、利于群体光能利用和干物质积累有关[36]。可见，耕种方式对小麦灌浆特征有一定的影响，耕作方式对灌浆速率影响大，株行配置对灌浆持续期影响明显，这与前人[16-19]研究结果一致。

机械撒播强势粒渐增期灌浆速率高，持续时间短，快增期、缓增期低，但持续时间长，强势粒粒重较高，虽然强、弱势粒综合粒重和穗粒数均较低，但该模式有效穗数高，经济产量极显著高于其它耕种方式。

本研究各处理仅取每穗部分强势粒研究小麦籽粒灌浆特征，理论最大千粒重、实测千粒重与最终测产时所得千粒重(包括所有强、弱势粒)存在一定的差异，趋势亦不相同，可见，耕种方式对强势粒、弱势粒影响效应不同，需进一步加以研究。

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Effect of tillage and seeding methods on grain filling and yield of winter wheat

ZHAI Yun-long1,2, WEI Yan-hua1, ZHANG Hai-lin1, CHEN Fu1

(1.CollegeofAgronomyandBiotechnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China；2.CollegeofPlantScience,TarimUniversity,Alaer,Xinjiang843300,China)

In order to providing theory basis for suitable agricultural measures of different tillage and seeding methods，the effect of tillage and seeding methods on grain filling characteristics and yield of winter wheat was discussed. In the field experiment from September 2011 to June 2012, we compared the effects of no tillage with row planting(NTS), subsoiling tillage with row planting (DTS), mechanical broadcast sowing (BSS), and rotary tillage with row planting (RTS) on grain filling characteristics, under the conditions of same sowing date. Logistic equation was used to characterize grain filling process. The result showed that the R square value of equation fitting coefficient reached a highly significant level above 0.9942. This indicated that the logistic equation could truly reflect the process of grain filling. Tillage and seeding methods influenced grain filling process significantly. There were no obvious differences of grain filling rate (GFR) between BSS and RTS treatment because of the same depth of tillage. The GFR of these two treatments in the gradual increasing-stage, rapid increasing-stage and slow increasing-stage, were lower than the NTS and DTS treatment. There was a marked difference of plant and row allocation between the BSS and RTS treatment. The gradual increasing-stage GFR of BSS was higher than RTS, and the GFR of rapid increasing-stage and slow increasing-stage were lower than it. But the grain filling duration (GFD) of BSS during each stage was 0.05, 0.57 d and 0.71 d longer than RTS. Tillage and seeding methods mainly affect the grain weight through GFR and GFD. The tillage affects the GFR most, and the plantation spacing affects GFD. The tillage affects the grain filling of superior and inferior grains differently, and the BSS treatment for the superior grains, the grain weight was higher with higher GFR 0.95 milligram per day per kernel at the slow growth period, and GFD only reached 9.95 day, the GFR at both rapid growth period and slow growth period of the grain filling reached 2.11 and 0.59 mg per day per kernel, whereas the GFD reached 12.27 and 15.27 day, while the 1000-kernel weight of superior grains reached 41.65 g. Although 1000-kernel weight for the superior and inferior grains were only 40.2 g, the plantation mode was of higher effective panicles number and the economic yield come to 7 599.0 kg per hectare.

tillage and seeding methods; winter wheat; grain filling characteristics; yield

1000-7601(2017)04-0211-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.32

2016-04-20

公益性行业(农业)科研专项(200903003，201103001)；国家科技支撑计划项目(2012BAD20B00)

翟云龙(1979—)，男，河南扶沟人，副教授，博士研究生，研究方向为农作制度。 E-mail: zylzky@163.com。

陈 阜(1964—)，男，教授，博士生导师，主要从事农作制度与区域农业研究。 E-mail: chenfu@cau.edu.cn。

S512.1+1

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