祁小平， 李 廣， 袁建鈺， 常海剛

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，甘肅 蘭州 730070）

土地利用方式及耕作制度的改變對(duì)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)有直接性影響，合理的耕作方式能夠協(xié)調(diào)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中“水、肥、氣、熱”間的關(guān)系，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成［1-2］。隴中黃土高原半干旱區(qū)是甘肅省重要的小麥（Triticum aestivum）生產(chǎn)區(qū)，但該地區(qū)地處我國(guó)西北內(nèi)陸，降雨量少、蒸發(fā)量大，年均降雨量在300～500 mm 之間，降雨量年際波動(dòng)劇烈且季節(jié)分布不均，常常十年九旱，是黃土高原旱地農(nóng)業(yè)的典型代表［2］。另外，長(zhǎng)期以來傳統(tǒng)的耕作方式降低了土壤保肥蓄水能力、加劇了水土流失，使農(nóng)田生態(tài)環(huán)境日益惡化，作物產(chǎn)量降低，這嚴(yán)重制約著該地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展［3-5］。因此，尋求一種既可以改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境又能促進(jìn)小麥節(jié)水增產(chǎn)的耕作措施是該區(qū)實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。有研究表明，以免耕為代表的保護(hù)性耕作措施是一項(xiàng)節(jié)水增效的重要措施，在改善耕地土壤質(zhì)量和提高土壤蓄水保肥能力、以及控制水土流失方面具有顯著的生態(tài)效益，是緩解我國(guó)干旱及半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水資源不足，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一［1，6］。因此，在隴中黃土高原半干旱區(qū)特殊的地理和氣候條件下，探究保護(hù)性耕作措施對(duì)改善農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，提高作物產(chǎn)量和水分利用效率，實(shí)現(xiàn)作物節(jié)水增產(chǎn)增效方面具有重要意義。

目前，保護(hù)性耕作已成為半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要技術(shù)之一，近年來國(guó)內(nèi)外已有大量研究和應(yīng)用［7-8］，與傳統(tǒng)耕作相比免耕具有良好的蓄水保墑作用，可顯著提高冬小麥貯水量和水分利用效率；黃明等［9］研究表明，免耕覆蓋和深松覆蓋較傳統(tǒng)耕作方式能夠培肥土壤，提高小麥花后干物質(zhì)積累，促進(jìn)產(chǎn)量的形成；但也有研究表明，保護(hù)性耕作對(duì)作物產(chǎn)量影響不明顯，甚至出現(xiàn)減產(chǎn)的現(xiàn)象［10-12］。目前關(guān)于保護(hù)性耕作對(duì)產(chǎn)量影響的研究大都從土壤養(yǎng)分及水分條件出發(fā)，但針對(duì)作物產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因素，即作物生長(zhǎng)特性、水分利用與產(chǎn)量之間關(guān)系的研究鮮有報(bào)道，且在隴中黃土高原半干旱區(qū)特殊的地理和氣候條件下，保護(hù)性耕作對(duì)隴中黃土高原半干旱區(qū)春小麥水分利用和產(chǎn)量形成的影響尚不明確。

因此，本研究依托隴中黃土高原旱農(nóng)綜合試驗(yàn)站，通過不同耕作措施對(duì)土壤容重和含水量、春小麥生育期耗水量與水分利用效率的影響，綜合分析春小麥農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成的關(guān)系。闡明保護(hù)性耕作對(duì)春小麥水分利用效率和產(chǎn)量的影響，以期為隴中黃土高原半干旱區(qū)保護(hù)性耕作的推廣應(yīng)用以及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本試驗(yàn)在甘肅省定西市安定區(qū)安家坡村甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)旱農(nóng)綜合試驗(yàn)站（35°64′N，104°64′E）進(jìn)行［13］。該地區(qū)屬于典型的半干旱雨養(yǎng)農(nóng)作區(qū)，平均海拔2000 m，年均氣溫為6.4 ℃、年均蒸發(fā)量1531 mm、無(wú)霜期約140 d。年均降雨量409.5 mm，生育期平均降雨量302.9 mm［13］；通過分析該地區(qū)多年月均降雨情況可知（圖1），降雨量季節(jié)分布不均勻與作物生長(zhǎng)關(guān)鍵需水時(shí)期不一致，全年降雨的65%～70%集中在6—9 月，在作物播種期和幼苗期的3—5 月降雨量?jī)H占全年降雨的18%～21%，整個(gè)冬季和春季干旱少雨、存在嚴(yán)重的季節(jié)性干旱。2020年降雨量（388.4 mm）比多年平均降雨量（409.5 mm）低5.15%，為平水年型。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為黃綿土，土壤養(yǎng)分含量、地貌特征在隴中黃土高原旱作區(qū)有一定代表性［13］。試驗(yàn)前耕層（0～20 cm）土壤理化性質(zhì)如表1所示。

圖1 2016—2020年試驗(yàn)區(qū)月均降雨量Fig.1 Average monthly rainfall in the test area from 2016 to 2020

表1 試驗(yàn)前供試土壤理化性質(zhì)Tab.1 Physical and chemical properties of the tested soil before the test

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

樣地布設(shè)于2016年，已經(jīng)持續(xù)監(jiān)測(cè)近5 a，本研究以2020 年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。選擇“甘春27號(hào)”春小麥為供試品種，該品種抗旱抗倒性強(qiáng)、適應(yīng)性廣，已在甘肅隴中半干旱地區(qū)有較大的推廣面積。春小 麥 于2020 年3 月15 日播種、8 月5 日收獲。試驗(yàn)以傳統(tǒng)耕作（T）為對(duì)照，再布設(shè)3種保護(hù)性耕作：傳統(tǒng)耕作+秸稈覆蓋（TS）；免耕（NT）；免耕+秸稈覆蓋（NTS）共4 個(gè)處理。每個(gè)處理重復(fù)3 次共計(jì)12塊樣地，樣地面積為24 m2(6 m×4 m)，每塊樣地播種量為150 kg·hm-2，為避免邊際效應(yīng)各樣地間設(shè)置1 m的隔離帶。經(jīng)走訪調(diào)查當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶春小麥種植施肥習(xí)慣，確定本試驗(yàn)施肥水平為：225 kg·hm-2尿素（含N 46.2%）和150 kg·hm-2過磷酸鈣（16% P2O5），采取70%底施＋30%拔節(jié)期追施的施肥模式。依據(jù)課題組在該地區(qū)的灌水量試驗(yàn)［13］，在春小麥拔節(jié)期（2020 年4 月22 日）補(bǔ)灌150 mm 灌水量，以保證春小麥生長(zhǎng)過程中對(duì)水分的需求。灌溉水源為水窖里收集的自然降水，利用塑料軟管將水引入試驗(yàn)小區(qū)，用精度0.001 m3的水表計(jì)算具體灌溉用水量。其他田間管護(hù)措施與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)耕作一致，具體耕作方法［1］見表2。

表2 不同耕作處理描述Tab.2 Description of different tillage treatments

1.3 樣品采集及測(cè)定方法

1.3.1 春小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn) 春小麥開花期和成熟期，在各試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)采集15株具有代表性的植株地上部分樣品帶回實(shí)驗(yàn)室，將其分為葉片、莖稈和穗分別裝入信封中置于恒溫烘箱在105 ℃下殺青0.5 h，然后在80 ℃下烘至恒重［13］，分別測(cè)定植株樣品各部分干物質(zhì)量，計(jì)算營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)量，具體計(jì)算公式如下［14］：

（1）花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（kg·hm-2）=開花期營(yíng)養(yǎng)器官干重-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干重

（2）花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率（%）=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)量×100

（3）花前干物質(zhì)貢獻(xiàn)率（%）=花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100

（4）花后干物質(zhì)積累量（kg·hm-2）=成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干重-花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量

（5）花前干物質(zhì)貢獻(xiàn)率（%）=花后干物質(zhì)積累量/成熟期籽粒干重×100

（6）籽粒收獲指數(shù)（%）=成熟期籽粒干重/成熟期植株生物量×100

1.3.2 春小麥生育期耗水量與水分利用效率測(cè)定 在春小麥播種前和成熟期用環(huán)刀法測(cè)定土壤剖面（0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～80 cm，80～100 cm）土壤容重，用烘干法測(cè)定土壤含水量，每個(gè)處理做3 次重復(fù)，計(jì)算春小麥生育期貯水量與水分利用效率，具體計(jì)算公式如下［6］：

（1）土壤含水量（%）=（鮮土干重-烘干后干土干重）/烘干后干土干重×100

（2）土壤蓄水量W(mm)=∑(Ai×Bi×Ci)，式中：i為土層；Ai為土壤含水量（%）；Bi為土層土壤容重(g·cm-3)；Ci為土層厚度(cm)。

（3）土壤蓄水量變化量ΔW（mm）=播種前0～100 cm 土層貯水量-收獲后0～100 cm 土層貯水量。式中：0～100 cm 土層貯水量為各土層的加權(quán)平均值，權(quán)重為土層厚度所占比例。

（4）根據(jù)田間水分平衡方程計(jì)算總耗水量（ET）：ET（mm）=P+I-ΔW+G-R，式中：P（mm）是作物生育期總降水量；I（mm）是作物生長(zhǎng)期間的灌水量；ΔW（mm）為作物生育期土壤貯水量變化；G（mm）為作物利用地下水量；R（mm）為徑流量。因試驗(yàn)地為旱地，小麥全生育期降水少，試驗(yàn)地較為平坦，未考慮地表徑流量滲漏等情況；又因試驗(yàn)地處于隴中丘陵區(qū)，地下水位低，深層土壤水分的影響可忽略不計(jì)。因此，ET（mm）=P+I－ΔW

（5）水分利用效率WUE(kg·hm-2·mm-1)=Y/ET，式中：Y為作物籽粒產(chǎn)量（kg·hm-2）；ET為春小麥生育期耗水量（mm）。

（6）休閑期土壤蓄墑率（%）=(W2－W1）/P，式中：W2為休閑期末期土壤蓄水量（mm）；W1為休閑期初期土壤蓄水量（mm）；P為休閑期總降水量（mm）。本研究中休閑期為2019年8月至2020年3月。

1.3.3 農(nóng)藝性狀測(cè)定方法 在春小麥灌漿期，參照B?hm［15］方法用直徑為10 cm的根鉆對(duì)所有處理的春小麥進(jìn)行根系取樣，10 cm 為1 個(gè)層次深度到100 cm。每個(gè)處理3 次重復(fù)。用0.25 mm 篩子洗凈根系，去除雜質(zhì)，在85 ℃烘干至恒重，測(cè)定根干重。并通過公式：根冠比=地下生物量/地上生物量，計(jì)算根冠比［16］。

在春小麥拔節(jié)期、開花期、灌漿期和成熟期各試驗(yàn)小區(qū)分別取15株具有代表性的小麥植株，用面積儀（LI-3000）測(cè)定葉面積，并通過公式：葉面積指數(shù)（LAI）=葉片總面積/土地面積，計(jì)算葉面積指數(shù)［14］。

1.3.4 籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素 春小麥成熟后在各試驗(yàn)小區(qū)中間區(qū)域隨機(jī)選取3 個(gè)1 m2樣方（避免邊際效應(yīng)）,調(diào)查單位面積有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)（隨機(jī)取15 穗）；收割樣方內(nèi)春小麥地上部分裝入網(wǎng)袋自然風(fēng)干，脫粒后稱取籽粒重量，通過換算得到春小麥公頃產(chǎn)量和公頃有效穗數(shù)，并取500粒稱重，換算成千粒重［13］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 24.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，Sigmaplot 12.5軟件作圖。運(yùn)用單因素方差分析（One-way AVONA）檢驗(yàn)春小麥各處理間水分利用效率、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量間的差異顯著性（α=0.05），用Pearson相關(guān)性分析法描述春小麥農(nóng)業(yè)性狀與產(chǎn)量間的相關(guān)關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同耕作措施對(duì)旱作麥田蓄水保墑效果的影響

不同耕作措施下土壤容重和含水量的變化如圖2 所示，在春小麥播種前和收獲后土壤耕層（0～40 cm）容重和含水量均表現(xiàn)為：NTS＞NT＞TS＞T，與播種前相比收獲后T 和NTS 處理下容重提高了2.67%和1.64%，含水量提高了2.54%和3.05%；NTS處理顯著提高了播種前和收獲后土壤蓄水量、水分利用效率及休閑期土壤蓄墑率（表3），與處理T 相比，NTS 處理下播種前和收獲后土壤蓄水量平均提高了27.35 mm 和21.23 mm，水分利用效率提高了48.18%、休閑期蓄墑率提高了5.70%；不同耕作措施處理下生育期總耗水量在412.40～418.52 mm 之間，表現(xiàn)為：NTS＞NT＞TS＞T，但NTS、NT 與TS 處理間差異不顯著。

表3 不同耕作措施對(duì)春小麥水分利用效率及耗水量的影響Tab.3 Effects of different tillage measures on water use efficiency and water consumption of spring wheat

圖2 不同耕作措施對(duì)土壤容重和含水量的影響Fig.2 Influence of different tillage measures on soil bulk density and water content

2.2 不同耕作措施對(duì)春小麥葉面積指數(shù)及干物質(zhì)量積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.2.1 不同耕作措施對(duì)春小麥生育期葉面積指數(shù)的影響 由圖3 所示,不同生育期各處理春小麥葉面積指數(shù)存在顯著差異（P＜0.05）,且均在NTS 處理下達(dá)到最大值。從拔節(jié)到成熟期各處理下春小麥葉面積指數(shù)均呈先增后減的趨勢(shì)，傳統(tǒng)耕作處理（T和TS）在抽穗期達(dá)到了峰值，而免耕處理（NT 和NTS）在開花期達(dá)到最大值，從開花期到成熟期各處理下春小麥葉面積指數(shù)降幅在44.74%～39.20%之間，具體表現(xiàn)為T（44.74%）＞TS（43.16%）＞NT（42.08%）＞NTS（39.20%）。說明免耕秸稈覆蓋可顯著提高春小麥葉面積，有效延緩了花后期小麥葉片的衰老。

圖3 不同耕作措施對(duì)春小麥生育期葉面積指數(shù)的影響Fig.3 Effect of different tillage treatments on the leaf area index during the growth period of spring wheat

2.2.2 不同耕作措施對(duì)春小麥干物質(zhì)量積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響 不同耕作處理顯著影響春小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)情況（表4）。與傳統(tǒng)耕作（T）相比，不同保護(hù)性耕作（TS、NT和NTS）處理下花后干物質(zhì)積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率顯著高于花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的貢獻(xiàn)率，說明花后干物質(zhì)積累是小麥籽粒干物質(zhì)形成的主要時(shí)期。NTS處理顯著提高了春小麥花后干物質(zhì)積累量與貢獻(xiàn)率，且各處理間差異顯著（P＜0.05），相比于TS 和NT 處理，NTS 處理下花后干物質(zhì)積累量分別提高了67.38%和32.14%，花后干物質(zhì)貢獻(xiàn)率分別提高了12.47%和6.61%；不同耕作處理下籽粒收獲指數(shù)表現(xiàn)為NTS＞NT＞TS＞T，但各處理間差異不顯著。

表4 不同耕作措施對(duì)春小麥干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Tab.4 Effects of different tillage measures on dry matter accumulation and transportation of spring wheat

2.3 不同耕作措施對(duì)春小麥產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響

2.3.1 不同耕作措施對(duì)春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響 不同耕作處理顯著影響春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素（表5），NTS 處理顯著提高了春小麥產(chǎn)量使產(chǎn)量達(dá)到了3243.30 kg·hm-2，比常規(guī)耕作（T）產(chǎn)量提高了49.32%。NTS處理也改善了春小麥群體結(jié)構(gòu)、優(yōu)化了產(chǎn)量構(gòu)成因素。與處理T 相比，NTS 處理下春小麥千粒重、公頃有效穗數(shù)和穗粒數(shù)分別增加了15.25%、16.70%和11.46%。通過產(chǎn)量與其構(gòu)成因素間做通徑分析發(fā)現(xiàn)（表6），通徑系數(shù)依次為：公頃有效穗數(shù)（0.397）＞千粒重（0.392）＞穗粒數(shù)（0.301），表明公頃有效穗數(shù)和千粒重對(duì)春小麥增產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大。

表5 不同耕作措施對(duì)春小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.5 Effects of different tillage measures on spring wheat yield and its components

表6 春小麥產(chǎn)量及其產(chǎn)量構(gòu)成因素的通徑分析Tab.6 Path analysis of spring wheat yield and its yield composition

2.3.2 不同耕作措施對(duì)春小麥農(nóng)藝性狀的影響 不同耕作措施顯著影響春小麥農(nóng)藝性狀（圖4），NTS處理顯著提高了春小麥根系干重、株高和生物量，顯著降低了根冠比。與處理T 相比，NTS 處理下春小麥根系干重、株高和生物量分別增加了90.91%、22.17%和44.07%，根冠比降低了13.74%；由表7 可知，水分利用效率（r=0.992）、葉面積指數(shù)（r=0.952）、根系干重（r=0.955）與產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素間存在極顯著正相關(guān)（P＜0.01），表明水分利用效率，葉面積指數(shù)，根系干重的提高是促進(jìn)小麥增產(chǎn)的重要原因。

表7 春小麥產(chǎn)量、水分利用效率與農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析Tab.7 Correlation analysis between spring wheat yield,water use efficiency and agronomic traits

圖4 不同耕作措施對(duì)春小麥農(nóng)藝性狀的影響Fig.4 Effects of different tillage measures on agronomic characteristics of spring wheat

3 討論

3.1 不同耕作處理對(duì)春小麥土壤含水量及水分利用效率的影響

耕作是土壤物理響應(yīng)的主要驅(qū)動(dòng)因子，容重和含水量是反映土壤物理性質(zhì)的基本因素。本試驗(yàn)研究表明，NTS 處理顯著提高了播種前和收獲后耕層（0～40 cm）土壤容重和含水量，與其他各處理相比，NTS 處理下播種前和收獲后容重變化量最低而含水量變化量最高，這說明經(jīng)過5 a的免耕處理土壤容重以達(dá)到較高，變化基本穩(wěn)定不再持續(xù)增加。這與羅珠珠等［17］的研究結(jié)果一致，這是因?yàn)樵囼?yàn)地土壤質(zhì)地為黃綿土，土壤有機(jī)質(zhì)含量低、黏性差，土壤多為粉粒結(jié)構(gòu)、易侵蝕、保水保肥能力差。傳統(tǒng)耕作下麥田耕層土壤較疏松、水分易蒸發(fā)。而NTS 處理保留了根茬，增加了土壤有機(jī)質(zhì)的含量，經(jīng)過多年的免耕處理，有效降低了耕作對(duì)表層土壤的破壞，促進(jìn)了大的土壤團(tuán)聚體的形成并且提高了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性有效降低了水分的蒸發(fā)和下滲，起到了聚水保墑的作用，提高了土壤含水量、提升了土壤的蓄水容量［18-22］。

減少土壤水分蒸發(fā)，提高作物水分利用效率是旱作農(nóng)業(yè)研究的重要內(nèi)容［20］。本研究發(fā)現(xiàn)，NTS 處理可以顯著提高春小麥水分利用效率，這與前人研究結(jié)果一致［18,20-21］。這是因?yàn)殡]中黃土高原半干旱區(qū)具有降雨量少、蒸發(fā)量大的特點(diǎn)。秸稈覆蓋可有效降低表層土壤水分的蒸發(fā)，免耕能夠有效改善土壤結(jié)構(gòu)、促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，提高土壤蓄水能力［21］；而免耕秸稈覆蓋處理結(jié)合了二者的優(yōu)點(diǎn)，具有良好的保水抑蒸作用，能夠降低土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，滿足春小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期對(duì)水分的需求，促進(jìn)小麥的增產(chǎn)，進(jìn)而提高春小麥水分利用效率達(dá)到保水增產(chǎn)的效果。此外，本研究中與傳統(tǒng)耕作相比，TS、NT 和NTS 處理均不同程度的提高了春小麥生育期總耗水量，但各處理間差異不顯著。這與馮福學(xué)等［23］的研究結(jié)果一致，這是因?yàn)殡S著小麥的生長(zhǎng)，小麥冠層結(jié)構(gòu)逐漸增大，秸稈覆蓋抑制土壤水分蒸發(fā)的作用逐漸減弱，土壤水分的消耗以作物蒸騰為主［23］。而在免耕秸稈覆蓋處理下小麥生長(zhǎng)旺盛，葉面積指數(shù)增大，蒸騰耗水增多，導(dǎo)致成熟期各處理間土壤蓄水量差異減小，各處理間春小麥生育期耗水量差異不顯著［23］。這也說明采用生育期秸稈覆蓋的保護(hù)性耕作措施并不能充分利用土壤水分，達(dá)到顯著的節(jié)水增效作用，在本試驗(yàn)條件下僅研究生育期秸稈覆蓋對(duì)土壤蓄水保墑效果的影響存在一定的局限性，那么在休閑期實(shí)施秸稈覆蓋是否更有利于提高蓄水保墑效果，還需要進(jìn)一步研究揭示。

本研究還發(fā)現(xiàn)，NTS 處理可顯著提高休閑期土壤蓄墑率及及播種前和收獲后土壤蓄水量，其中對(duì)播種前土壤蓄水量提高效果更顯著。與丁晉利［6］和王志鑫［18］等的研究結(jié)果一致，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)耕作“三耕兩耱”的耕作方式，造成休閑期土壤水分的大量蒸發(fā)，降低了耕作前土壤含水量［22］；而免耕處理下，土壤未受到擾動(dòng)并且保留了根茬，降低了地表徑流和耕層土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，促進(jìn)了休閑期土壤水分的積累，提高了休閑期土壤蓄墑率和耕作前土壤蓄水量［19］。因此，免耕秸稈覆蓋處理具有顯著的蓄水保墑作用，能夠接納并儲(chǔ)存較多的雨水，滿足春播時(shí)小麥生長(zhǎng)的需要，達(dá)到“秋雨春用”的節(jié)水增產(chǎn)效果［11］。

3.2 不同耕作措施對(duì)春小麥葉面積指數(shù)及干物質(zhì)量積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)是小麥產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)［24］。在本試驗(yàn)條件下，NTS 處理顯著提高了春小麥葉面積指數(shù)，有效延緩了花后葉面積指數(shù)降低的速率，提高了花后干物質(zhì)的積累量和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率，提高了籽粒收獲指數(shù)。王健波等［24］在晉南旱區(qū)的研究表明，免耕秸稈覆蓋能顯著提高小麥凈光合速率，提高花后干物質(zhì)積累能力，促進(jìn)干物質(zhì)向籽粒中的積累和分配，最終提高小麥產(chǎn)量。陳樂梅等［25］在新疆的研究也表明，免耕覆蓋可以顯著提高小麥灌漿期間籽粒中干物質(zhì)的積累量，提高干物質(zhì)在籽粒中的分配比例。這些結(jié)論與本研究結(jié)果一致。這是因?yàn)槊飧斩捀采w處理顯著提高了小麥生長(zhǎng)過程中土壤含水量和水分利用效率，克服了水分對(duì)春小麥生長(zhǎng)關(guān)鍵時(shí)期的限制促進(jìn)了小麥的生長(zhǎng)。提高了小麥葉面積指數(shù)和葉片中水分含量，進(jìn)而促進(jìn)了小麥葉片對(duì)光合產(chǎn)物的積累［14］。葉面積指數(shù)的提高也有效改善了春小麥冠層形態(tài)結(jié)構(gòu)，提高了小麥葉片對(duì)光能的截獲量，促進(jìn)了小麥群體的光合作用，進(jìn)而提高了春小麥花后期干物質(zhì)的積累量［24］。另外，NTS處理增加了土壤中根茬、枯落物等有機(jī)物的還田量，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，使土壤結(jié)構(gòu)及通氣狀況得到改善，為作物生長(zhǎng)提供了充足的養(yǎng)分，進(jìn)而促進(jìn)小麥籽粒中養(yǎng)分的積累，提高籽粒干重［19］。

3.3 不同處理對(duì)春小麥產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的影響

提高作物產(chǎn)量是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重點(diǎn)，耕作措施可通過調(diào)節(jié)土壤環(huán)境對(duì)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量的形成產(chǎn)生重要影響［23］。本研究發(fā)現(xiàn)，與常規(guī)耕作（T）相比，NTS 處理顯著提高了春小麥產(chǎn)量，優(yōu)化了產(chǎn)量構(gòu)成因素，通過產(chǎn)量與其構(gòu)成因素間的通徑分析發(fā)現(xiàn)公頃有效穗數(shù)和千粒重對(duì)春小麥增產(chǎn)的貢獻(xiàn)最大，是導(dǎo)致小麥產(chǎn)量提高的主要因素，這與韓賓［12］和王嘉男［14］等的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)樵诖汉当容^突出的隴中黃土高原半干旱雨養(yǎng)農(nóng)作區(qū)，播種期水分脅迫是影響作物出苗和成活的關(guān)鍵因素［1］，秸稈覆蓋處理特別是NTS 處理，在春小麥休閑期貯藏了大量水分，顯著提高了春小麥播種期土壤含水量，保證了春小麥較高的成活率和出苗率并且確保了苗期小麥的正常生長(zhǎng)［1,14,26］；NTS 處理具有良好的蓄水保墑能力，良好的水肥環(huán)境促進(jìn)了小麥的生長(zhǎng)，使小麥根系在發(fā)生有效分蘗的基礎(chǔ)上保證了較多的有效穗數(shù)，從而提高小麥公頃有效穗數(shù)。另外，NTS處理也顯著提高了春小麥葉面積指數(shù)，促進(jìn)光合產(chǎn)物在籽粒中的積累和轉(zhuǎn)運(yùn)，提高籽粒千粒重，從而促進(jìn)了小麥產(chǎn)量的形成。

建立合理的群體結(jié)構(gòu)是提高作物產(chǎn)量的有效途徑，根系干重、根冠比、葉面積指數(shù)、株高及生物量是反映小麥群體對(duì)水肥利用、光合性能及干物質(zhì)積累的重要指標(biāo)，是影響作物產(chǎn)量形成的重要因素［27］。本試驗(yàn)結(jié)果表明NTS 處理顯著提高了春小麥根系干重、株高和生物量、顯著降低了根冠比，與前人研究結(jié)果一致［16,28-30］。通過春小麥農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量間的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)水分利用效率、葉面積指數(shù)、根系干重與產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素間存在顯著正相關(guān)（P＜0.05），表明水分利用效率、葉面積指數(shù)、根系干重的提高是促進(jìn)小麥增產(chǎn)的重要原因。這是因?yàn)镹TS處理有效改善了耕層土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了根系的生長(zhǎng)及深層分布，使根系能夠充分吸收土壤水分和養(yǎng)分供地上部分利用，為產(chǎn)量的形成奠定了基礎(chǔ)［21］。NTS 處理提高了株高和生物量降低了根冠比，表明NTS 處理有效改善了春小麥冠層結(jié)構(gòu)，使地上部分獲得了較大的干物質(zhì)量分配比例，促使更多的光合同化物向籽粒和地上部分轉(zhuǎn)移，從而實(shí)現(xiàn)作物產(chǎn)量的提高［16］。

4 結(jié)論

本研究基于隴中黃土高原旱作麥田在保護(hù)性耕作下土壤蓄水保墑效果、春小麥干物質(zhì)量積累與轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的分析，得出以下結(jié)論:

（1）免耕秸稈覆蓋的耕作方式較傳統(tǒng)耕作處理顯著提高了土壤0～100 cm土壤蓄水量、水分利用效率及休閑期蓄墑率，起到了很好的蓄水保墑作用。

（2）免耕秸稈覆蓋處理顯著提高了春小麥葉面積指數(shù)，延緩了小麥葉片的衰老，提高了花后干物質(zhì)積累量和貢獻(xiàn)率，為實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)

（3）免耕秸稈覆蓋處理不但優(yōu)化了小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素，同時(shí)也改善了小麥群體農(nóng)藝性狀，其中水分利用效率、葉面積指數(shù)及根系干重的提高是實(shí)現(xiàn)小麥增產(chǎn)的重要原因。

因此，在本實(shí)驗(yàn)條件下，免耕秸稈覆蓋是兼顧高產(chǎn)節(jié)水的最優(yōu)耕作措施，對(duì)當(dāng)?shù)卮盒←溕a(chǎn)及保護(hù)性耕作在當(dāng)?shù)氐耐茝V應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)作用。