全 文 ：农牧交错区不同耕作措施下莜麦的生长发育规律
马月存1　尹春梅1　高旺盛1　秦红灵1　张红生2　隋 鹏1　赵沛义3
(1.中国农业大学 农学与生物技术学院 区域农业研究中心 , 北京 100094;
2.中国科学院 遗传与发育生物学研究所 农业资源研究中心 , 石家庄 050021;
3.内蒙古农业科学院 土壤化学研究所 , 呼和浩特 010031)
摘　要　为解决农牧交错带长期免耕下作物减产的问题 ,本研究通过定位试验 , 对覆盖和不覆盖条件下少免耕与
翻耕莜麦的生长发育状况进行对比分析。结果表明:1)在无覆盖的条件下 , 免耕处理出苗率指数大于翻耕处理 , 且
2006 年深松处理出苗率指数(0.084 0)与翻耕处理(0.070 5)差异达显著水平;2)免耕与深松无覆盖处理根冠比大于
翻耕处理;3)免耕无覆盖处理生物量及产量均显著小于翻耕处理;深松无覆盖处理根系生物量显著大于翻耕处理 ,
但地上部生物量与产量小于翻耕处理 , 且产量差异显著 , 2005 、2006 年分别降低了 15.8%和 10.0%;免耕与深松无
覆盖处理千粒重均大于翻耕处理 ,但差异不显著 , 2005 年分别为 19.7、18.9 和17.6 g;4)免耕覆盖处理生长明显改
善 ,但生物量及最终产量仍显著低于翻耕处理 , 2006年产量与翻耕处理相比降幅达 19.7%, 免耕覆盖处理对于莜麦
产量的影响大于免耕耕作措施本身对莜麦产量的影响;深松覆盖处理生长状况及产量与翻耕处理间均无显著差
异。覆盖下的深松(行距50 cm , 深度40 cm , 隔年进行)是适合农牧交错带的少免耕模式。
关键词　农牧交错区;莜麦;发育;免耕;覆盖
中图分类号　S 345　　　　文章编号　1007 4333(2008)01 0024 05　　　　文献标志码　A
收稿日期:2007 08 31
基金项目:国家“十一五”科技支撑计划课题资助项目(2006BAD02A15)
作者简介:马月存 , 硕士研究生;高旺盛 , 教授 ,博士生导师 , 通讯作者 ,主要从事农业生态经济及农作制度研究 ,
E-mail:wshgao@cau.edu.cn
Dynamics of oat growth under different tillages in agro-pasture eco-tone
MA Yue-cun1 , YIN Chun-mei1 , GAO Wang-sheng1 , QIN Hong-ling1 ,
ZHANG Hong-sheng2 , SUI Peng1 , ZHAO Pei-yi3
(1.Center of Regional Agricultural Research College of Agronomy and Biotechnology , China Agricultural University , Beijing 100094 , China;
2.Center for Agricultural Research , Inst itute of Genetics and Development Biology , CAS , Shjjiazhuang 050021 , China;
3.Institute of Soil Chemist ry , Inner Mongolia Academy of Agricultural Science , Hohhot 010031 , China)
Abstract　Crop yield usually decreases under conversation tillage(CT)in the region of agro-pasture eco-tone.To
investigate the reduction reasons , we set up fixed experiments of conservative and conventional tillage either with
without mulching and studied the dynamic of oat(Avena sativa L.)growth and development , including emergence
rate index(ERI), biomass , number of heads m2 , 1 000 g-rain weight and yield.The results showed that the ERI
under minimum tillage(0.0840)were significantly higher than CT(0.070 5) in 2006 but no significant difference in
2005.ERI under zero-tillage(ZT)was similar as that of CT in two years.Root shoot ratios of MT and ZT were higher
than those of CT.Biomass and yield of oat under ZT was significantly lower than CT.There was no significant
difference in biomass between MT and CT.The oat yield under MT was 15.8% and 10.0% as low as that of CT in
2005 and 2006 , respectively.The weight of 1 000 g-rains was similar in all the treatments in the two years , 19.7 g and
18.9 g and 17.6 g of ZT , MT and CT respectively.However , oat growth under straw mulching was obviously
improved.There was no statistical difference on biomass and yield of oat between MT with mulching and CT , but
significantly lower in ZT with mulching than CT.The oat yield of ZT with mulching was 19.7% as low as that of CT.So
MT with mulching was proper measure of conservation tilliage.
Key words　Agro-pasture eco-tone;Oat(Avena sativa L.);growth;zero-tillage;straw mulching
中国农业大学学报　2008 , 13(1):24-28
Journal of China Agricultural University
　　农牧交错带是我国经济 、生态和社会三大非良
性循环叠加的地区[ 1] , 主要分布于降水量 300 ～
450mm ,干燥度为1 ～ 2的内蒙古高原南缘和长城沿
线[ 2] 。该区土壤风蚀严重[ 3] ,为此普遍采取保护性
耕作措施 ———少免耕替代传统翻耕 。少免耕在减少
风蚀强度上有明显效果[ 4 5] ,但长期免耕存在导致作
物减产的问题 。如何建立既防风治沙又可蓄水保
墒 ,确保农业增产的农业耕作新技术 ,成为农牧交错
带旱区农业可持续发展面临的重要现实问题 。研究
表明:保护性耕作比传统耕作可以减少风蚀量
50.44%[ 6] ,未翻耕是翻耕后风蚀强度的 1 306 ～
1 66[ 7] 。由于“低温效应” ,免耕覆盖作物出苗率明显
低于常规翻耕[ 8] ;但免耕覆盖降低土壤蒸发[ 9] ,有效
地提高了土壤含水量[ 10 11] ,因此 ,并不影响作物的最
终产量[ 12 13] 。目前国内外关于免耕覆盖下作物根系
发育的研究报道较少 ,一般认为耕作措施主要影响
根系的垂直分布 ,免耕覆盖根系集中在浅层土壤 ,而
翻耕下作物根系分布较深[ 14 15] 。本试验采用少免耕
应用面积较大的莜麦为研究对象 ,对覆盖和不覆盖
下少免耕与传统翻耕莜麦的生长发育状况进行对比
分析 ,以期为农牧交错带莜麦种植采取更适合的保
护性耕作措施提供一定的理论借鉴 。
1　材料与方法
1.1　试验区基本概况
武川县位于内蒙古自治区阴山北麓 ,农牧交错
带的中部 ,海拔1 600 ～ 2 000m;年均气温2.5 ℃,月
均最高气温出现在 7 月 ,为19.0 ℃;年均降雨量约
300mm , 集中分布于 5—9 月;2006 年降雨量仅
155mm ,明显低于该区常年水平(表 1),其中 ,7月雨
量占全年总降雨量的 47.4%;无霜期约105 d ,属典
型的农牧交错带气候 。
表 1　2005 、2006 年莜麦生育期武川县降雨量分布
Table 1　Distribution of precipitation in Wuchuan
county in 2005 and 2006 mm
年 份 月　份
05 06 07 08 09
合 计
2005 38.38 14.00 38.25 72.20 50.19 213.02
2006 30.57 33.44 73.57 17.52 0 155.10
1.2　试验设计
试验于 2005 、2006年在武川县旱作试验站(41°
05′N , 111°26′E)进行 ,试验地面积0.18 hm2 ,表层土
壤为沙壤土 , 60 cm以下为沙土。采用免耕播种机
(2BM 9型)播种 。2005年试验设翻耕 、免耕和深松
3个处理:翻耕深度为20 cm;深松行距50 cm ,深度
40 cm ,隔年进行 ,2006年采用裂区设计 ,于免耕和深
松处理中增设覆盖亚处理。各处理均无灌溉 ,施用
除草剂除草;采用同一施肥水平 ,施肥量折合纯 N 、
P 、K分别为 225 、49.1和93.4 kg hm2 ,其中 ,P 、K 肥以
底肥施入 ,N肥 40%作底肥 ,60%于分蘖期追施 。莜
麦(Avena sativa L.)品种为草莜 1号 ,分别于 2005
05 30 ,2006 06 01播种 。每个处理重复 3次 ,共
9个小区 ,每小区0.02 hm2;覆盖亚处理重复 3次 ,共
6个小区 ,小区面积15m2 。采用莜麦秸秆全田覆盖 ,
覆盖量约1 kg m2 。覆盖于莜麦出苗后进行 ,以确保小
区表层土壤在早春迅速增温 ,促进莜麦早期生长
发育。
1.3　测定指标及方法
1.3.1　出苗率指数 　莜麦出苗状况采用出苗率指
数(emergence rate index ,ERI)衡量 ,于出苗前在各处
理随机选取 2 m样段 ,3 次重复 ,采用竹签标记 。自
第 1株苗出现后进行计数 ,并记录播种后天数 ,直到
莜麦苗数连续 5 d 稳定为止。出苗率指数采用
Erbach公式计算
ERI =∑n
n-1
An -An-1
n
式中:A为出苗百分率;n 为播后天数 。
1.3.2　莜麦生物量 　采用样段法和根钻法相结合
的方法进行测定。对无覆盖处理取50 cm长样段 ,剪
除地上部分 ,用铁锹取长50 cm、宽20 cm 、深15 cm的
根系样方并清洗;分别称取地上 、地下部生物量鲜
重 。对覆盖亚处理 , 将地上部分剪除 , 用内径为
7 cm ,高15 cm的根钻取样 ,每小区取 5个点 ,取样深
度为50 cm ,每10 cm取样 1次 ,分别称取地下 、地上部
总生物量鲜重。
1.3.3　土壤含水率　采用烘干法测定 ,用土钻进行
取样 ,深度100 cm ,每10 cm取样 1次 ,将土样放入铝
盒称湿重后 ,在105 ℃烘箱中放置12 h ,称取干重 ,则
土壤质量含水率=(湿重-干重) 干重×100%。
1.3.4　产量　每个处理随机取1m2样方测产 ,重复
3次。
1.3.5　数据处理　试验数据采用 Excel进行初步处
理后 ,采用Spss软件 Anoay功能进行统计分析 ,用不
同字母表示 5%水平上的显著性 。
25
　　第 1期 马月存等:农牧交错区不同耕作措施下莜麦的生长发育规律
2　结果与分析
2.1　不同耕作措施下莜麦的出苗状况
测定结果表明 ,2005年少免耕与翻耕相比莜麦
出苗率指数无显著差异 ,原因在于 2005年播种期降
水较常年明显偏少 ,严重影响莜麦的出苗状况 ,致使
3个处理间差异均不显著;2006年同期降雨相对较
多 ,深松处理出苗率指数显著高于翻耕处理(表 2),
　　　　　　　表 2　2005 、2006 年不同耕作措施下莜麦的出苗率指数
Table 2　ERI of oat under different tillages
年 份 出苗率指数深 松 免 耕 翻 耕
2005 0.055 5 a 0.059 0 a 0.059 6 a
2006 0.184 0 a 0.071 1 b 0.070 5 b
　　注:同列数字后字母不同表示差异显著(P<0.05),下同。
与深松使早春地表升温状况良好 ,土壤水分 、通气以
及养分条件充足有关;但免耕与翻耕处理间差异不
显著。
2.2　不同耕作措施下各生育期莜麦生物量变化
免耕无覆盖和深松无覆盖处理分蘖期莜麦生物
量均低于翻耕处理(表 3)。2005 、2006年免耕处理
莜麦的茎重和根重均显著小于翻耕处理;而 2005年
深松与翻耕处理间无显著差异 ,但 2006年显著低于
翻耕处理。说明少免耕对作物的早期生长发育有抑
制作用 ,与前人研究结果相符[ 16] 。
开花期与乳熟期间 ,少免耕无覆盖处理莜麦生
长速度明显加快。深松处理莜麦地下部生物量与翻
耕处理间差异不显著;地上部生物量 ,除 2005年乳
熟期茎重与翻耕无显著差异外 ,显著小于翻耕处理;
而 2005 、2006年免耕处理无论是地上部还是地下部
　　　　　　　　　　
表3　2005、2006年无覆盖少免耕与翻耕处理莜麦不同生育期生物量
Table 3　Oat fresh weight under different treatments from seedling to flowering stages g
年 份 耕作处理 分蘖期 花 期 乳熟期　　根 重 茎 重 根 重 茎 重 根 重 穗 重 茎 重
2005 翻耕 4.00 b 34.25 a 4.88 c 45.55 a 7.75 b 46.00 a 36.05 a
免耕 2.00 c 14.85 c 2.13 d 23.25 d 3.25 e 25.70 d 18.85 d
深松 4.38 a 25.85 b 4.88 c 39.13 c 9.88 a 38.13 b 36.50 a
2006 翻耕 4.20 ab 32.15 a 6.30 a 40.63 b 4.80 c 37.10 b 37.55 a
免耕 1.70 d 15.15 c 4.50 c 25.35 d 4.00 d 15.75 e 29.10 c
深松 2.15 c 21.95 b 5.70 b 36.15 c 4.70 c 28.55 c 32.45 b
生物量 ,均明显小于翻耕处理 。原因在于无覆盖处
理条件下 ,免耕土壤水分蒸发强烈 ,导致耕层土壤水
分小于翻耕处理 ,限制了作物生长(图 1);而深松打
破了犁底层 ,有利于降水入渗 ,补充了土壤水分 ,因
此作物生长较免处理耕为好 , 但整体仍差于翻耕
处理 。
图 1　无覆盖处理花期土壤含水率
Fig.1　Soil water content under different tillages
without mulching at flowering stage
　　在残茬覆盖条件下 ,少免耕处理土壤水分明显
提高(图 2),莜麦的生长状况明显改善。深松覆盖
处理莜麦地上部生物量与翻耕处理无显著差异 ,但
免耕覆盖处理地上部生物量仍明显小于翻耕处理;
而深松覆盖和免耕覆盖处理的莜麦根系生物量均明
显高于翻耕处理(表 4)。
图 2　覆盖处理花期土壤含水率
Fig.2　Soil water content under different tillages
with mulching at flowering stage
26
　 中 国 农 业 大 学 学 报 2008 年 第 13 卷
表 4　2005、2006年覆盖少免耕与翻耕处理莜麦生物量鲜重
Table 4　Oat biomass in different growing stages between mulching treatment and conventional tillage g
耕作处理 分蘖期 开花期 乳熟期茎 重 根 重 茎 重 根 重 穗 重 茎 重 根 重
翻耕 0.53 a 0.59 c 4.20 a 0.72 b 7.10 a 4.80 b 1.16 c
免耕覆盖 0.35 b 0.70 b 3.10 b 1.46 a 6.30 b 4.60 b 2.08 b
深松覆盖 0.55 a 1.22 a 3.80 a 1.40 a 7.30 a 5.50 a 2.34 a
2.3　少免耕无覆盖与翻耕处理莜麦的根冠比
由样方测得 ,2005 、2006年莜麦根冠比均值为免
耕无覆盖>深松无覆盖>翻耕;仅在 2006年分蘖期
有所不同 ,此时翻耕处理根冠比最大 ,免耕次之 ,深
松最小(表 5),但差异不显著 。原因在于此间降水
较多 ,各处理之间土壤含水量差异不大 ,而深松无覆
盖处理不但有利于水分入渗 ,而且改善了土壤通气
状况 ,因此 ,莜麦根冠比最低 ,长势最好 。
表 5　2005、2006 年无覆盖少免耕与翻耕处理莜麦根冠比
Table 5　R S ratio under different tillages
年 份 耕作处理 分蘖期 开花期 乳熟期
2005 翻耕 0.14 ab 0.09 c 0.05 c
免耕 0.17 a 0.15 b 0.10 ab
深松 0.12 ab 0.22 a 0.11 ab
2006 翻耕 0.13 ab 0.14 b 0.07 bc
免耕 0.11 ab 0.18 ab 0.12 a
深松 0.10 b 0.16 b 0.08 b
2.4　不同耕作措施下莜麦产量的变化
在无覆盖条件下 , 2005 、2006 年免耕莜麦的穗
数 、产量和分蘖数均显著低于翻耕处理;而深松处理
2005 、2006年单位面积穗数与产量与免耕相比明显
提高 , 但仍显著小于翻耕 , 2005 、2006 年分别降低
15.8%、10%;此外 ,耕作措施还影响莜麦千粒重 ,深
松和免耕处理千粒重与翻耕处理相比均有提高 ,但
差异不显著(表 6), 这与 Hemmat 等[ 17] 的研究结果
相符 。　　
表 6　2005、2006年无覆盖少免耕与翻耕处理莜麦产量因子
Table 6　Comparison of oat yield factors under
different tillage without cover
年 份 耕作处理 穗数 m -2 产量 (g m2) 千粒重 g
2005 翻耕 128 a 85.3 a 17.6 ab
免耕 114 b 48.8 cd 19.7 a
深松 112 b 71.8 b 18.9 ab
2006 翻耕 122 a 51.3 c 17.5 b
免耕 88 c 32.7 e 17.9 ab
深松 92 bc 46.2 d 18.5 ab
　　在覆盖条件下 ,土壤含水量增加使少免耕处理
产量大幅提高。深松覆盖处理莜麦产量与翻耕处理
间无显著差异;而免耕覆盖产量与翻耕处理间差距
虽大幅度减小 ,但仍显著低于翻耕处理 ,降幅仍达
19.7%;与少免耕无覆盖处理相反 ,免耕覆盖与深松
覆盖处理千粒重均小于翻耕处理 ,但差异不显著
(表 7)。　　
表 7　2005 、2006 年覆盖少免耕与翻耕处理莜麦
产量与千粒重
Table 7　Yield of oat under different tillages with mulching
耕作处理 产量 (g m2) 千粒重 g
翻耕 250.6 a 21.03 a
免耕覆盖 201.3 b 19.95 ab
深松覆盖 249.1 a 19.33 b
　　表 6 和表 7显示 ,覆盖措施对莜麦产量的影响
大于少免耕措施本身对产量的影响。在无覆盖条件
下 ,少免耕处理莜麦有效穗数较翻耕处理少 ,产量均
显著低于翻耕处理 ,但有效穗籽粒蛋白质积累较快 ,
且紧实 ,因此千粒重较大;而在覆盖条件下 ,少免耕
处理土壤含水量的提高促进其产量明显提高 ,处理
间产量差异不显著 。
3　讨论与结论
农牧交错带少免耕无覆盖耕层土壤水分相对较
低 ,因此导致少免耕处理作物生物量及产量均明显
低于翻耕处理;而少免耕覆盖处理由于耕层土壤水
分明显提高 ,作物生长状况明显改善 ,因此产量大幅
度提高 ,但少免耕覆盖莜麦根系生物量虽明显大于
翻耕 ,地上部生物量及产量仍明显小于翻耕处理;深
松覆盖处理根系 、地上部生物量和产量与翻耕处理
无显著差异 。少免耕覆盖处理根系生物量均明显大
于翻耕处理 ,表明光合产物大量输送到根部 ,出现根
系“冗余”现象 ,导致少免耕覆盖处理产量仍低于翻
耕处理 ,因此 ,对如何协调少免耕覆盖下作物地上部
与地下部生长 ,促进少免耕下作物增产 ,有待进一步
27
　　第 1期 马月存等:农牧交错区不同耕作措施下莜麦的生长发育规律
研究 。
由于深松覆盖处理不仅可以有效减少农田土壤
风蚀 ,而且作物产量与翻耕处理无显著差异 ,因此 ,
是较为适合农牧交错带的保护性耕作模式;但只有
地表残茬覆盖量达到一定程度时 ,才能有效地起到
保持土壤水分 ,改善土壤结构的功效[ 18] 。因此 ,如
何有效保持少免耕下作物残茬 ,是农牧交错带亟待
进一步研究的关键问题。
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　 中 国 农 业 大 学 学 报 2008 年 第 13 卷