全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2015, 41(6): 929937 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-3-1-23)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 汤永禄, E-mail: ttyycc88@163.com, Tel: 028-84504605
第一作者联系方式: E-mail: wuxiaolicjq@126.com, Tel: 028-84504605
Received(收稿日期): 2014-08-13; Accepted(接受日期): 2015-04-02; Published online(网络出版日期): 2015-04-17.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150417.1404.006.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2015.00929
秋季玉米秸秆覆盖对丘陵旱地小麦生理特性及水分利用效率的影响
吴晓丽 汤永禄* 李朝苏 吴 春 黄 钢
四川省农业科学院作物研究所, 四川成都 610066
摘 要: 西南丘陵冬春季节干旱频繁, 严重影响小麦播种立苗及产量。2012—2013 (干旱)和 2013—2014年度(湿润),
在四川简阳开展田间试验, 比较不同玉米秸秆处理方式对旱地小麦生理性状、水分利用效率及产量的影响。试验共
设 4个处理, 分别是无覆盖(CK)、无覆盖+播后和拔节期灌水(T1)、休闲期覆盖(T2)和休闲期+小麦生育期覆盖(T3)。
干旱年份 T1、T2和 T3的产量分别为 4151、3926和 3603 kg hm–2; 较 CK增产 42.0%、34.3%和 23.2%, 提高水分利
用效率 27.2%、29.6%和 18.8%。湿润年份处理间产量差异较小。与 CK 相比, 干旱年份灌水和覆盖提高了播种至开
花阶段的干物质积累量, 有效抑制了花后旗叶、倒二叶的叶绿素降解; 覆盖处理有利于保持播前充足的底墒及生育期
间较高的土壤含水量; T2 处理主要生育时期的根干重、根冠比、根长密度、根质量密度和根表面积密度增加, 下层
土壤中的根系增多。籽粒产量与各生育阶段干物质积累量、花后旗叶和倒二叶的 SPAD 及水分利用效率呈显著或极显
著正相关。秋季玉米秸秆就地覆盖具有显著的纳雨保墒作用, 可提高小麦立苗质量, 延缓叶片衰老, 进而增产。
关键词: 秸秆覆盖; 产量; 水分利用效率; 根系; SPAD; 干物质积累
Effects of Autumn Straw Mulching on Physiological Characteristics and Water
Use Efficiency in Winter Wheat Grown in Hilly Drought Region
WU Xiao-Li, TANG Yong-Lu*, LI Chao-Su, WU Chun, and HUANG Gang
Crop Research Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China
Abstract: Seasonal drought during winter and spring often occurs in southwest hilly area of China, which severely influences
seedling standing and yield in winter wheat. In this study, we conducted a two-year field experiment in Jianyang, Sichuan prov-
ince in the 2012–2013 (dry) and 2013–2014 (wet) growing seasons to explore the effects of straw mulching on physiological
characteristics, water use efficiency (WUE), and grain yield of winter wheat. Four treatments were designed, namely
non-mulching (CK), non-mulching plus two irrigations after sowing and at jointing stage (T1), straw mulching before sowing (T2),
and straw mulching before sowing and during wheat growth (T3). In the dry year (2012–2013), the yields of T1, T2, and T3 were
4151, 3926, and 3603 kg ha–1, which were 42.0%, 34.3%, and 23.2% higher than those of CK, respectively, and the WUEs of T1,
T2, and T3 increased by 27.2%, 29.6%, and 18.8%, respectively. However, in the wet year (2013–2014), the yield variation
among treatments was slight. In the dry year, irrigation or straw mulching showed the effects on enhancing dry matter accumula-
tion from sowing to anthesis and inhibiting SPAD attenuation of flag leaf and penultimate leaf after anthesis and straw mulching
increased soil moisture content in pre-sowing and whole growing period. Compared with CK, T2 significantly increased root dry
matter, root-to-shoot ratio, root length density, root dry matter density, and root surface area density in some critical growth stages,
and highly enhanced root system in deep soil. According to correlation analysis, grain yield was positively correlated with dry
matter accumulations in the periods of sowing–tillering, tillering–jointing, jointing–anthesis, and anthesis–maturity, SPAD values
of flag and penultimate leaf after anthesis, and WUE. These results indicate that straw mulch before wheat sowing can maintain
soil moisture, delay leaf senescence and increase grain yield in winter wheat.
Keywords: Straw mulching; Yield; Water use efficiency; Root; SPAD; Dry matter accumulation
四川丘陵区小麦常年播种面积约 86.7 万公顷, 其中 70%分布在旱地坡耕地[1]。丘陵区冬干、春旱
930 作 物 学 报 第 41卷


频繁, 小麦生育期间降水量 200 mm左右, 干旱年份
甚至不足 100 mm, 季节性干旱问题十分突出, 严重
影响小麦立苗质量、生长发育及产量[2-3]。农民传统
上于播种后浇清粪水以促进出苗, 近年来许多地方
则开始修建蓄水池, 以便在播后和遭遇干旱时灌溉,
缓解干旱的影响。另一方面, 该区域小麦播前的休
闲期正值降雨较多的秋季, 如何通过科学的耕作或
栽培措施最大限度地纳蓄休闲期自然降水, 提高土
壤贮水、改善播前墒情、提高播种质量, 就成为旱
地小麦高产的关键所在。同时, 随着农村劳动力的
大量转移和燃料结构的改善, 秸秆完全成为生产废
弃物, 处理不当会影响耕作、播种等农事作业[4]。因
此, 研究秸秆处理方式对土壤墒情、后茬作物生长
发育及产量的影响, 对提升四川丘陵区小麦生产水
平和旱地综合生产能力具有十分重要的意义。
研究表明, 秸秆覆盖能显著提高土壤有机质含
量[5]、改善土壤结构[6]、增加雨水入渗、减少径流及
水分无效蒸发, 从而提高土壤保水能力[7]。Govaerts
等 [8]报道, 在免耕条件下覆盖处理在关键生育期的
土壤含水量都高于不覆盖。秋收后玉米秸秆含水量
高, 气温也高, 及时覆盖有利于保墒保苗[9]。此外, 前
茬玉米秸秆还田后, 下茬小麦基本苗数略有减少[10],
单株次生根数和最高分蘖数增加[11], 不同生育时期
的植株增高 , 茎秆变粗 , 植株干物质重增加 , 收获
前绿叶数增加, 成穗率提高[12]。不仅如此, 秸秆还田
可显著促进各时期根系的生长并显著提高小麦根系
活力, 且增加根系在地表下 30 cm土壤中的分布[13]。
适量的玉米秸秆还田还能提高小麦叶绿素含量与光
合速率、增强旗叶抗衰老能力, 有利于光合产物合
成、转化和积累[14-15]。多数试验表明, 玉米秸秆整株
还田或者粉碎还田后, 下茬小麦增产效果显著[16-18],
然而也有秸秆还田导致小麦减产的报道 [12,18], 减产
原因有人认为是秸秆单独还田导致土壤 C/N失衡[19],
有人认为是秸秆对麦苗生长具有化感作用, 减小了
幼苗生物量[20]。上述研究大多在一年一熟制地区进
行, 对该耕作制度下的小麦增产稳产提供了有价值
的参考。四川丘陵旱地具有独特的地理生态特点 ,
种植制度以间套作较多, 小麦季的田间生态环境与
单一作物连作或水稻–小麦、冬小麦–夏玉米轮作制
度下的麦田生态有较大差异。本研究利用小麦/玉米
套作体系进行了连续两年度的田间试验, 评价秋季
秸秆就地覆盖对丘陵旱地小麦产量及干物质积累的
影响 , 阐明不同覆盖模式对丘陵旱地小麦土壤水
分、叶片及根系发育的影响及其同产量的关系, 为
四川丘陵旱地完善秸秆还田技术, 提高小麦生产水
平提供理论支持。
1 材料与方法
1.1 试验设计
2012—2013和 2013—2014年度, 在四川省简阳
市芦葭镇英明村(30°17′ N, 104°30′ E, 海拔 750 m)同
一地块进行小麦/玉米套作。试验区域属亚热带湿润
气候, 年均温度 17°C, 年降雨量 900 mm, 主要集中
在夏季和秋季 , 小麦播种至抽穗期易遭受干旱影
响。2012—2013 年度属严重干旱年, 从 2012 年 11
月至 2013年 3月降雨仅有 17.9 mm, 约为 30年平均
值的 26%; 2013—2014 年度整个生育阶段的降水量
高于常年约 20%, 2013 年 11 月至 2014 年 3 月降雨
81.6 mm, 高出 30 年平均值的 17.0%, 为湿润年(图
1)。试验田土壤为黏壤。0~20 cm 的土壤含有机质
14.80 g kg–1, pH 7.82, 全氮、磷和钾分别为 1.42、0.99
和 18.64 g kg–1; 有效氮、磷、钾分别为 74.08、15.76
和 91.38 mg kg–1。
随机区组设计, 3次重复, 小区面积 1 m × 8 m =
8 m2。种植带宽 2 m, 小麦和玉米各占 1 m。小麦带
种 4 行, 品种为川麦 104, 用 2B-4 播种机(中江县泽
丰小型农机制造有限公司, 四川德阳)播种, 播种量
为 158 kg hm–2(净), 行距 25 cm; 玉米带种 2行, 品
种为成单 30, 人工直播, 每穴 2粒, 行距为 1 m, 穴
距约 23 cm。共设 4个处理, 分别是玉米收获后秸秆
移出地外+小麦播后无秸秆覆盖(对照, CK)、CK+播
种后及拔节期各浇水 1 次(T1)、玉米收获后秸秆就
地覆盖+小麦播后无秸秆覆盖(T2)和玉米收获后秸
秆就地覆盖+小麦播后行间整秆覆盖(T3)。秸秆覆盖
量为 13 800 kg hm–2 (秸秆含水量约 9%), 覆盖时间
分别是 2012年 8 月 28 日和 2013 年 8月 12 日。播
种前, 对所有小区旋耕 1次, 深度 15 cm。对秸秆覆
盖处理在播前先将未腐解完的残留秸秆转移到小区
外, T3 处理在播后再将残余秸秆盖于行间。播前施
复合肥(N-P-K, 15%-15%-15%) 600 kg hm–2作底肥,
尿素 130 kg hm–2在分蘖中期作为追肥, 氮肥的底追
比为 6︰4。苗期进行化学除草, 孕穗和灌浆期防治
蚜虫。T1 处理在播种后、拔节期各灌水 1 次, 灌水
量为 5.6 mm。其余田间管理措施同大田生产。
小麦分别于 2012 年 11 月 3 日和 2013 年 10 月
31日播种, 2013年 4月 27日和 2014年 5月 10日收
第 6期 吴晓丽等: 秋季玉米秸秆覆盖对丘陵旱地小麦生理特性及水分利用效率的影响 931


获。玉米分别于 2012年 4月 28日和 2013年 5月 7
日播种, 2013年 8月 27日和 2014年 8月 11日收获。

图 1 试验点小麦生长季降雨量分布
Fig. 1 Monthly precipitations during wheat growing period in
experimental site

1.2 测定项目及方法
1.2.1 籽粒产量及地上部生物量 以各小区实收
测产 , 计算标准水分(13%)的籽粒产量。在分蘖盛
期、拔节初期、开花期和成熟期, 取每小区 2点, 每
点 2 行连续 20 cm 植株, 将地下部分剪掉。将分蘖
盛期和拔节期植株分为叶片和茎鞘, 开花期分为绿
叶、黄叶+茎鞘和穗, 成熟期分为叶片、茎鞘、穗和
籽粒, 分别烘干称重, 计算群体地上部生物量及收
获指数。用套作区总面积计算产量及生物量。
1.2.2 土壤含水量及水分利用效率 于覆盖前、播
种前以及分蘖期、冬至期、拔节期、孕穗期、开花期、
孕穗中期和成熟期, 采用烘干称重法测定 3个重复
0~40 cm不同层次(0~10、10~20和 20~40 cm)的土壤
含水量。W=Wi×Di×Hi×10 [21], 式中, W为土壤贮水量
(mm); Wi为第 i层土壤质量含水率(%); Di为第 i层土
壤体积质量(g m–3); Hi为第 i层土壤厚度(cm)。
水分利用效率 WUE (kg km–2 mm–1) = GY/ET [22],
ET = P + I + ΔS [23]。式中, GY为籽粒产量(kg hm–2),
ET为耗水量(mm), P为降雨量(mm), I为灌溉量(mm),
ΔS 为收获期和播种期 0~40 cm 土壤贮水量之差
(mm)。
1.2.3 根系特征 2013—2014 年度分别于分蘖
盛期、拔节初期、开花期, 取每小区 2点各 2行, 以
植株为中心, 挖取长 50 cm、宽 10 cm、深 30 cm 的
植株及土块, 装入 100目的尼龙网袋, 于水中浸泡 2
h, 用流水冲洗, 去除杂质。将植株地上及地下部分
烘干称重, 计算根冠比。同期取每小区 2点, 随机在
两行小麦中间用土钻(直径 4 cm)挖取深度为 0~10、
10~20和 20~30 cm的土块放入尼龙网袋中, 用同样
方法清洗干净, 放入装有一薄层去离子水的玻璃皿
中, 用镊子调整根的位置以尽量避免交叉重叠, 用
根系扫描仪(ScanWizard EZ)扫描图像, 后用WSeens
根系分析系统(杭州万深检测科技有限公司)分析和
计算。测得根长、根直径及根表面积, 计算根长密
度、根表面积密度, 并将根烘干称重计算比根长及
根质量密度。
1.2.4 叶片 SPAD值 开花初期标记每小区 10株,
用叶绿素测定仪(SPAD-502; Konica Minolta Sensing
Inc., Osaka, Japan)测定标记株花后 0、20、35和 42 d
的旗叶和倒二叶的 SPAD 值, 取同一叶片 1/3 和 2/3
处读数, 求平均值。
1.3 统计分析
采用 Statistical Analysis System (SAS) Version
8.0 进行方差分析和 Pearson 线性相关分析; 用最少
极差(least significant difference, LSD)法进行多重比
较; 用 Microsoft Excel 2007绘图。
2 结果与分析
2.1 籽粒产量及地上部生物量
小麦产量和地上部生物量在年际间差异很大 ,
干旱年(2013—2014 年度)处理之间差异较大, 而湿
润年(2012—2013年度)差异较小。干旱年 T1、T2、
T3处理的产量依次为 4151、3926、3603 kg hm–2, 分
别较 CK增产 42.0%、34.3%和 23.2%; 湿润年 T1、
T2、T3处理间差异不显著, 但 T3显著高于 CK。收
获指数在处理间无显著差异(表 1)。
地上部生物量也因降水丰欠而不同, 干旱年处
理间有显著差异 , 而湿润年无显著差异。2012—
2013 年度, 覆盖及灌水 3 个处理在播种至分蘖阶段
的地上部生物量积累显著高于 CK; 分蘖至开花阶
段, T1和 T2处理显著高于 CK, T3处理与 CK无显
著差异; 花后各处理均无显著差异。各阶段的生物
量与产量极显著相关, 以开花至成熟阶段的相关系
数最大(表 1)。
2.2 土壤含水量及水分利用效率
总体上秸秆覆盖对保持土壤含水量有明显优势,
但随土壤深度增加, 处理间差异逐渐缩小(图 2)。与
无覆盖的 CK、T1相比, 2个覆盖处理 0~10 cm土壤
含水量在拔节前显著提高 , 尤其是干旱的 2012—
2013年度, 至灌浆中期仍有显著差异; 10~20 cm土
层的土壤含水量, 2012—2013 年度在覆盖前、播种
前和成熟期 , 2013—2014 年度在播种前和拔节期 ,
覆盖处理显著高于 CK; 而 20~40 cm土层的土壤含
水量, 两年度在处理间均无显著差异。
932 作 物 学 报 第 41卷


表 1 不同处理小麦产量及地上部生物量
Table 1 Wheat yield and above-ground biomass in different treatments
地上部生物量 Above-ground biomass (kg hm–2)
处理
Treatment
产量
Yield (kg hm–2)
收获指数
Harvest index 播种–分蘖
Sowing–tillering
分蘖–拔节
Tillering–jointing
拔节–开花
Jointing–anthesis
开花–成熟
Anthesis–maturity
2012–2013
CK 2924 b 0.496 a 59 b 279 b 3455 b 1691 a
T1 4151 a 0.498 a 88 a 393 a 4623 a 1366 a
T2 3926 a 0.496 a 86 a 433 a 4399 a 1056 a
T3 3603 a 0.498 a 84 a 285 b 3594 ab 2231 a
2013–2014
CK 5854 b 0.510 a 281 a 878 a 6874 a 3291 a
T1 5928 ab 0.513 a 305 a 879 a 6636 a 2913 a
T2 5958 ab 0.509 a 292 a 942 a 6831 a 2708 a
T3 6058 a 0.505 a 312 a 932 a 6859 a 3058 a
与产量相关性 Correlation with yield 0.895** 0.948** 0.900** 0.880** 0.966**
CK:无秸秆覆盖(对照); T1: CK+播种后及拔节期各浇水 1次; T2: 玉米收获后秸秆就地覆盖+小麦播后无秸秆覆盖; T3: 玉米收获后
秸秆就地覆盖+小麦播后行间整秆覆盖。数据后不同字母表示同一年度处理间差异显著(P < 0.05)。**表示相关性在 P < 0.01水平显著。
CK: non-mulching; T1: non-mulching plus two irrigations after sowing and at jointing stage; T2: straw mulching before sowing; T3:
straw mulching before sowing and during wheat growth. In each growing season, values followed by different letters are significantly differ-
ent at P < 0.05. ** denotes significant correlation at P < 0.01.

干旱年, 与 CK相比, 秸秆覆盖和灌水均显著提
高水分利用效率, T1、T2、T3 处理无显著差异, 分
别较 CK高 27.2%、29.6%和 18.8%; 而在湿润年, 各
处理的水分利用效率无显著差异(图 3-A)。相关分析
表明, 水分利用效率与产量呈极显著正相关, 干旱
年份相关程度更大(图 3-B)。
2.3 根系性状
分蘖期 T1的根干重和根冠比最高, T2次之。拔
节期和开花期, T2 处理的根干重比 CK 高 20.8%和
34.5%, 根冠比较CK高 13.4%和 34.0%, 其他处理与
CK无显著差异(表 2)。
主要生育期的比根长在处理间均无显著差异。
根长密度、根质量密度和根表面积密度的表现趋势
相近, 拔节期处理间无显著差异, 分蘖期 T1 显著高
于 CK, 其他处理与 CK无显著差异, 开花期 T2显著
高于 CK处理, 其他处理与 CK差异较小(表 2)。
0~30 cm土层中, 根系主要集中于 0~10 cm, 10
cm以下急剧减少。在 0~10 cm土层, T1、T2和 T3
的根长密度和根表面积密度均低于 CK, 而在 10~20
cm和 20~30 cm土层则高于 CK。拔节期 10~20 cm
土层 T2的根长密度显著高于 CK, 开花期 T3处理显
著高于 CK (图 4)。说明秸秆覆盖有促进根系下移的
作用, 而灌水处理对不同土层的根系参数较 CK 无
优势, 甚至表层根长密度和根表面积密度显著低于
CK。
2.4 花后叶片叶绿素含量
干旱年份的叶片 SPAD 值随花后生育进程而急
剧下降, 倒二叶较旗叶下降更快(图 5)。至花后 35 d,
旗叶、倒二叶的 SPAD 值较开花期分别减少
43.9%~67.5%和 70.2%~83.9%。T1、T2和 T3在花后
0、20、35 d的 SPAD值无显著差异, 但均显著高于
CK。在湿润年份, SPAD值在花后 20 d内下降较缓,
至花后 35 d才开始急剧下降, 在各个测定时期处理
间均无显著差异。
3 讨论
3.1 灌水和覆盖处理对籽粒产量和地上部生物
量的影响
以秸秆覆盖为主要内涵的保护性耕作对小麦产量
的影响并不一致, 表现增产、减产或无影响[7,16-18,24-27]。
多数研究认为, 秸秆覆盖和灌溉处理能有效提高小
麦产量及生物量, 尤其在干旱半干旱地区或干旱年
份更为明显[7,16-18]。刘婷等[24]报道, 全程覆盖及休闲
期覆盖较不覆盖增产 27.1%~65.7%; 马永良等[25]认
为, 玉米秸秆整株还田或者粉碎还田后, 下茬小麦
增产幅度达 10%。覆盖后增产与否, 与降水多少即
水分年型关系密切, 干旱年份往往增产显著, 而湿
润年份不增产甚至减产[18,26], 灌溉和秸秆覆盖的增
第 6期 吴晓丽等: 秋季玉米秸秆覆盖对丘陵旱地小麦生理特性及水分利用效率的影响 933



图 2 不同处理各小麦生育阶段的土壤含水量
Fig. 2 Gravimetric soil water in different treatments during wheat growth
BM: 覆盖前; BP: 播种前; TS: 分蘖期; MW:冬至期; JS: 拔节期; BS: 孕穗期; AS: 开花期; MG: 灌浆中期; MS: 成熟期。*和**表示处
理间在 P < 0.05和 P < 0.01水平显著差异。
BM: before mulching; BP: before sowing; TS: tillering stage; MW: midwinter stage; JS: jointing stage; BS: booting stage; AS: anthesis stage;
MG: mid-filling stage; MS: maturity stage. * and ** indicate significant difference among treatments at P < 0.05 and P < 0.01, respectively.

图 3 不同处理的水分利用效率(A)及其与产量的关系(B)
Fig. 3 Water use efficiency in different treatments (A) and its correlation to yield (B)
误差比线上不同字母表示处理间有显著差异(P<0.05)。
Bar represented by differeent letters are significantly different at P < 0.05.
934 作 物 学 报 第 41卷


表 2 不同处理的小麦根干重、根冠比及 0~30土层根系生长特性(2013–2014)
Table 2 Specific root length, root length density, root dry matter density and root surface area density under different straw
mulching patterns in 0–30 cm soil layer at different growth stages (2013–2014)
0~30 cm土层 0–30 cm soil layer
处理
Treatment
根干重
Root dry weight
(g m–2)
根冠比
Root-shoot
ratio
比根长
Specific root length
(g m–1 DW)
根长密度
Root length density
(cm cm–3)
根质量密度
Root dry matter density
(×10–4 g cm–3)
根表面积密度
Root surface area density
(cm2 cm–3)
分蘖期 Tillering stage
CK 6.93 b 0.123 b 24.61 a 0.120 b 0.462 b 0.037 b
T1 9.57 a 0.157 a 29.92 a 0.191 a 0.638 a 0.059 a
T2 7.88 ab 0.135 ab 27.09 a 0.139 ab 0.525 ab 0.043 b
T3 7.00 b 0.112 b 26.43 a 0.114 b 0.467 b 0.034 b
拔节期 Jointing stage
CK 58.78 b 0.254 ab 23.81 a 0.474 a 1.819 a 0.114 a
T1 47.64 b 0.201 b 20.81 a 0.388 a 1.769 a 0.118 a
T2 70.99 a 0.288 a 20.92 a 0.385 a 1.959 a 0.113 a
T3 53.08 b 0.213 b 20.03 a 0.459 a 1.588 a 0.117 a
开花期 Anthesis stage
CK 44.59 b 0.028 a 25.77 a 0.289 b 1.652 b 0.079 b
T1 45.38 b 0.029 a 17.63 a 0.355 b 1.805 b 0.102 ab
T2 59.98 a 0.037 a 23.11 a 0.402 a 2.543 a 0.193 a
T3 40.47 b 0.025 a 19.69 a 0.395 a 1.741 b 0.115 ab
同一生育时期内比较, 标以不同字母的值间差异显著(P < 0.05)。缩写同表 1。
In each growth stage, values followed by different letters are significantly different at P < 0.05. Abbreviations are the same as those
given in Table 1.

产效应源于水分利用效率的提升作用[7]。本研究结
果类似, 玉米秸秆覆盖较不覆盖增产, 但年际间因
气候因素影响差异显著, 干旱年份休闲期覆盖及灌
水处理较CK的增产幅度更大(表 1)。有研究表明, 播
前底墒对小麦生产至关重要, 小麦一半以上的产量
取决于播种前底墒的好坏[25], 尤其在降水量相对较
低的情况下底墒可以起到稳产作用。本研究中干旱
年灌水处理和休闲期覆盖处理所获得的高产也主要
得益于播前充足的底墒(图 2), 而 2013—2014 年雨
水较充沛, 处理间产量差异不明显, 进一步证明保
护性耕作在干旱环境下的增产效果更明显[27]。
干物质阶段积累量对作物产量具有重要的影响,
小麦籽粒产量 2/3 左右来自开花后的同化产物, 在
营养充足的条件下对产量的贡献率甚至达90%以上[28],
花后物质生产量的增加是产量增加的主因[29]。本研
究中, 四川盆地小麦全生育期较短, 特别是出苗至
拔节仅 60 d左右, 分蘖时间短, 调控余地小。因此,
中前期的物质积累对产量也有十分重要的作用, 播
种至分蘖、分蘖至拔节阶段的干物质积累量与产量
极显著相关, 开花至成熟阶段的相关程度略高(表 1),
该结果与孟凡德等[30]的结果一致。本研究中干旱年
份休闲期覆盖和灌水处理的干物质积累量在花前均
显著高于对照, 开花至成熟阶段差异不显著, 而湿
润年各生育阶段干物质积累量处理间均无差异, 但
休闲期覆盖在生育前期(分蘖和拔节期)略高于对照,
表明秸秆覆盖和灌水均有利于花前干物质积累, 进
而促进增产。
3.2 秸秆覆盖后土壤水分含量和水分利用效率
变化及小麦根系特征
秸秆覆盖在改变农田下垫面的性质和能量平衡,
调节土壤温度, 改善土壤水分状况, 以及提高作物
水分利用效率等方面具有显著的作用[7]。据报道, 秸
秆覆盖的水分利用效率比无覆盖处理增加 25%~
46%[2,7]; 秸秆覆盖在雨后的土壤含水量较裸地增长
24.7%, 干旱时增长 51.3% [31]。本研究结果发现, 覆
盖处理以干旱年份的保水优势更为明显[32]。随土壤
深度的增加 , 处理间的土壤含水量差异减小 , 在
20~40 cm土层无显著差异(图 2)。另外, 灌水处理及
秸秆覆盖在干旱条件下均能有效提高水分利用效率,
在湿润年份也有一定效果(图 3), 这与 Huang 等[7]的
结果相符。耗水量主要取决于降雨量和土壤储水消
耗量, 2013—2014年度雨水充沛, 且分配较均衡, 储
第 6期 吴晓丽等: 秋季玉米秸秆覆盖对丘陵旱地小麦生理特性及水分利用效率的影响 935



图 4 小麦根长密度、根表面积密度随土壤深度的变化
(2013–2014)
Fig. 4 Changes in root length density and root surface area
density with soil layer (2013–2014)
同一生育时期相同土壤层次比较, 不同字母表示处理间差异显
著(P < 0.05)。
Different letters above error bars indicate significant difference
among treatments within the same growth stage and soil layer
(P < 0.05).

图 5 不同处理对花后旗叶和倒二叶 SPAD值的影响
Fig. 5 Effect of different treatments on SPAD readings of flag
leaf and penultimate leaf after anthesis

水消耗很少, 不同处理之间水分利用效率差异不明
显; 2012—2013年度降水量显著低于常年, 整个 3月
几乎没有有效降水, 储水消耗显著增加, 加之处理
间保水效果和产量均存在显著差异, 使得水分利用
效率显著不同。
根系是植物吸收、转化和储藏营养物质的重要
器官, 其生长好坏直接影响地上部分产量和作物的
水土保持能力[33]。根系的生长集中表现为生物量的
累积[34], 而根系对土壤水分和养分的竞争能力则主
要由根长密度、根质量密度及根表面积密度等根系
特征决定[35]。葛体达等[34]试验表明, 秸秆覆盖处理
增加玉米苗期的根长、根表面积 , 根冠比提高
36.72%、根系生物量提高 62.53%。本研究发现, 休
闲期覆盖的根长密度、根质量密度和根表面积密度
在分蘖期均不及灌水处理, 但到了开花期则超越灌
水处理, 并显著高于对照(表 2)。究其原因, 可能是
分蘖期灌溉处理提高了土壤含水量, 促进了根系生
长 [36], 为优化地上部结构和增产奠定了基础; 而到
拔节期和开花期, 秸秆覆盖的调温、保水效应进一
步显现, 利于促进根系生长和新根产生, 并延缓根
系的衰老[37]。本试验, 不同处理的根系都主要集中
在 0~10 cm土层, 10 cm以下急剧减少, 这主要因为
四川丘陵旱地小麦耕层较浅, 地表 40 cm 以下石子
较多, 且本地区小麦生育期相对较短, 根系生长发
育活动主要集中在 0~10 cm土层。秸秆覆盖可显著
增加根系在深层土壤中的分布, 延缓后期根系生长
量的下降速率[13], 这对后期地上部分的生长起着重
要作用。
3.3 秸秆覆盖对花后叶片光合作用的影响
叶绿素含量的高低决定了叶片光合速率的大小,
也是叶片衰老的重要生理指标。适量的玉米秸秆覆
盖可提高接茬小麦的叶绿素含量与光合速率, 特别
是提高叶绿素 a 含量[38]。小麦旗叶生育后期早衰对
产量的影响约占 1%~5%, 秸秆覆盖减缓隔茬冬小麦
旗叶叶绿素后期的降解速率, 进而对增加冬小麦产
量起到了关键作用[13]。本研究中, 干旱年份开花阶
段降雨极少, 导致花后旗叶和倒二叶 SPAD 值急剧
下降, 而秸秆覆盖及灌水处理均能延缓 SPAD 的下
降, 花后 0、20和 35 d的 SPAD值显著高于对照(图
5)。王法宏等[39]研究表明, 小麦旗叶叶绿素降解速度
下降, 光合作用增强, 主要是小麦根系向深度扩展
所致。本研究中秸秆覆盖也促进了干旱条件下根系
的下移, 进而延缓了小麦叶片的衰老。
4 结论
灌水处理和秸秆覆盖处理都能显著提高干旱年
份小麦播种至开花阶段的干物质积累量, 抑制花后
936 作 物 学 报 第 41卷


旗叶和倒二叶叶绿素降解。秸秆覆盖能显著改善播
前及播后主要生育期土壤水分状况, 提升小麦生长
发育质量, 进而提高籽粒产量和水分利用效率, 有
促进根系下移的趋势。休闲期覆盖还能提高小麦分
蘖、拔节和开花期的根干重、根冠比、根长密度、
根质量密度和根表面积密度。可通过秋季玉米秸秆就
地覆盖方式促进纳雨保墒、改善冬小麦立苗和生长发
育环境, 延缓后期叶片衰老, 实现丘陵旱地增产。
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