轮耕模式对旱地玉-麦两熟体系作物产量和品质的影响

Effect of rotational tillage patterns on the crop yield and quality in a maize-wheat （Zea mays-Triticum aestivum） double cropping system in dryland agriculture

摘要

为探明不同轮耕模式对旱地夏玉米-冬小麦（简称玉-麦）两熟体系作物产量和品质的影响，利用始于2004年设置在中国农业科学院洛阳旱农试验基地的玉米季免耕+麦季免耕（MNWN）、玉米季深松+麦季免耕（MSWN）、玉米季免耕+麦季3年免耕1年翻耕（MNW3N1P）、玉米季深松+麦季3年免耕1年翻耕（MSW3N1P）和传统的两季均翻耕（CK）5个处理的定位试验，分析了2015-2021年度作物产量以及2020-2021年度作物籽粒氮、磷、钾含量，蛋白质产量和冬小麦籽粒蛋白质组分含量。结果表明：MNWN、MSWN、MNW3N1P和MSW3N1P下夏玉米和冬小麦籽粒产量的差异均不显著，但与CK相比均表现出不同程度的提升，且效应因降水年型而异，其与CK相比在干旱年使小麦和周年产量分别显著提高56.2%~65.2%和28.2%~32.6%，在平水年使夏玉米产量和周年产量分别显著提高47.5%~57.7%和25.7%~29.8%，在丰水年仅使冬小麦产量显著提高18.9%~31.2%。MSW3N1P提高夏玉米、冬小麦籽粒氮磷钾含量和蛋白质产量以及小麦籽粒蛋白组分含量的效果最优，与CK相比使夏玉米籽粒氮钾含量和蛋白质产量分别显著提高4.5%、15.6%和25.8%，冬小麦籽粒氮磷含量、蛋白质产量、谷蛋白含量、谷醇比和贮藏蛋白含量分别显著提高7.7%、15.2%、109.8%、16.1%、9.6%和11.9%，周年蛋白质产量显著提高38.5%。虽然MNW3N1P较CK也能使冬小麦籽粒谷蛋白含量、谷醇比和贮藏蛋白含量分别显著提高15.9%、14.4%和9.2%，但MSW3N1P较MNW3N1P可使冬小麦籽粒醇溶蛋白和贮藏蛋白含量分别显著提高5.4%和2.5%。综合来看，玉米季深松+麦季3年免耕1年翻耕是旱地玉-麦两熟体系高产优质栽培的适宜轮耕模式。

Abstract

The objectives of this study were to investigate the effect of different rotational tillage patterns （i.e. rotation of tillage and no-tillage cropping in different years） on crop yield and quality in a dryland summer maize （Zea mays）-winter wheat （Triticum aestivum） double cropping system （hereafter referred to as the maize-wheat double cropping system）. A field experiment was conducted with five treatments： no tillage in both the maize and wheat seasons （MNWN）， subsoiling in the maize season and no tillage in the wheat season （MSWN）， no tillage in the maize season plus 3 consecutive years of no-tillage and 1 year of ploughing in the wheat season （MNW3N1P）， subsoiling in maize season plus 3 consecutive years of no-tillage and 1 year of ploughing in the wheat season （MSW3N1P）， and conventional consecutive ploughing in the maize and wheat seasons （CK）. These treatments were established in 2004 at the Luoyang Arid Farming Experimental Station of the Chinese Academy of Agricultural Sciences. The crop yields in 2015-2021， the grain nitrogen， phosphorus， and potassium contents， the protein yield of maize and wheat， and the contents of grain protein components of wheat in 2020-2021 were determined. The results showed that the differences in the grain yields of summer maize and winter wheat were not significant between MNWN and the rotational tillage treatments （MSWN， MNW3N1P， and MSW3N1P）. However， the grain yields of summer maize and winter wheat were higher in all of these patterns than in CK， and the extent of the improvement varied depending on the annual precipitation. The use of rotational tillage resulted in a considerable yield enhancement compared with CK， with increases of 56.2%-65.2% for wheat （increases of 28.2%-32.6% for annual yield in the dry year） and 47.5%-57.7% for maize （increases of 25.7%-29.8% for annual yield in a normal year）， and 18.9%-31.2% for wheat yield in a rainy year. Among the three rotational tillage patterns， MSW3N1P showed the best effect in terms of enhancing the grain nitrogen， phosphorus， and potassium contents and the protein yield for maize and wheat， and to improve the contents of grain protein components in wheat. Compared with CK， MSW3N1P resulted in significantly increased nitrogen and potassium contents and protein yield in maize grains （by 4.5%， 15.6%， and 25.8%， respectively）， and increased nitrogen and phosphorus contents， protein yield， gluten content， glutenin∶gliadin ratio， and storage protein content in winter wheat grains （by 7.7%， 15.2%， 109.8%， 16.1%， 9.6%， and 11.9%， respectively）， ultimately leading to a 38.5% increase in annual protein yield. While the MNW3N1P treatment also significantly increased wheat grain gluten content， the glutenin∶gliadin ratio， and storage protein content （by 15.9%， 14.4%， and 9.2%， respectively， compared with CK）， the MSW3N1P treatment further significantly increased the gliadin and storage protein contents in wheat grain by 5.4% and 2.5%， respectively， compared with MNW3N1P. Therefore， MSW3N1P is recommended as the optimal rotational tillage pattern for high-yield and high-quality crops in dryland maize-wheat double cropping systems.

Graphical abstract

关键词

轮耕 / 旱地 / 玉-麦两熟体系 / 产量 / 蛋白质及其组分含量

Key words

rotational tillage pattern / dryland / maize-wheat double cropping system / grain yield / protein and protein components

玉米（Zea mays）和小麦（Triticum aestivum）分别是我国第二、三大粮食作物，是我国居民能量、蛋白质及矿物质营养的重要膳食来源^［1］，因而其产量高低和品质优劣直接关系国家粮食安全和人们膳食健康。河南作为我国粮食主产区之一，其玉米和小麦种植面积分别占全国的8.9%和20.0%，总产分别占全国的8.5%和27.0%^［2-3］。玉米和小麦种植主要采用夏玉米-冬小麦（简称玉-麦）一年两熟复种轮作模式，这种高集约化的模式可以较好地利用光温和耕地资源，但也对耕作栽培管理提出了更高的要求，特别是在占我国总耕地面积55%且干旱频发和土壤瘠薄并存的旱地更为突出。此外，在旱地玉-麦两熟体系中，人们多采用连年玉米、小麦两季均翻耕的耕作模式，这种模式过度消耗土壤，已对作物产量和品质的提升产生了不利影响^［3］。因此，探究如何通过优化耕作以提高旱地玉-麦两熟体系作物产量和品质具有重要意义。

前人研究表明，长期采用免耕、翻耕和深松任何单一土壤耕作方法均会产生不利于作物生长发育的土壤环境，影响作物水分与养分吸收和利用，从而导致作物产量和品质的降低^［4-5］。将翻耕、深松和免耕等组合为不同的土壤轮耕模式，可避免或减轻长期采用同种耕作方式带来的危害，利于作物产量和效率的提升，实现农田可持续生产^［6］。王玉玲等^［7］在渭北旱塬旱地的研究表明，轮耕可显著提高春玉米、冬小麦一年一熟轮作体系作物产量，其中免耕/深松较连年免耕显著增产12.1%，而深松/翻耕较连年深松显著增产4.6%。孙凯等^［8］对华北灌区玉-麦两熟体系的研究表明，玉米季免耕麦季深松较连年翻耕可使玉米产量显著提高12.0%。Izumi等^［9］在日本灌区的研究表明，长期免耕在小麦-大豆（Glycine max）两熟体系下的增产效果不明显，引入深松有利于改善作物根系分布，促进地上部生长，从而使小麦显著增产11.7%。土壤耕作在影响作物产量的同时也会影响品质，实施轮耕有利于解决长期免耕所引起的容重增加、养分表层富集等问题，构建适宜的耕层土壤特性并提高土壤肥力，从而改善作物根系分布和养分吸收利用能力，进而同时提高作物产量和品质^［10］。聂良鹏等^［11］在华北灌区的研究也表明，不同轮耕模式小麦-玉米轮作体系对产量和品质的提升效应不同，与两季均免耕下的周年产量和小麦籽粒蛋白质含量相比，麦季免耕、玉米季深松分别显著提高13.3%~19.4%和2.1%~2.6%，玉米季免耕、麦季深松分别提高27.7%~30.3%和3.9%~4.3%，玉米季免耕、麦季翻耕下分别提高13.5%~14.0%和2.9%~3.3%，玉米季免耕、麦季深松处理的增幅明显下降。在黄土高原旱地小麦一年一熟区，夏闲季深翻和深松较免耕均能提高小麦播前土壤蓄水量和小麦籽粒产量，优化小麦蛋白品质形成，但其效果受降水年型的影响^［12］。综合来看，轮耕对作物产量和品质均有影响，但相关研究多围绕旱地小麦或玉米一年一熟体系，以及灌区玉-麦两熟或其他作物一年两熟体系展开，研究结果也不一致，从不同降水年型角度分析轮耕模式对旱地玉-麦两熟体系中作物产量影响效应的研究较少，且有关长期定位轮耕模式调控作物品质，尤其是作物籽粒氮磷钾营养、蛋白质组分特征的报道尚不多见。因此，本研究依托始于2004年设置在典型旱地玉-麦两熟区的长期定位轮作模式试验，研究了不同轮耕模式对作物籽粒产量、籽粒氮磷钾含量、籽粒蛋白质含量和产量以及冬小麦籽粒蛋白质组分特征的影响，旨在为旱作玉-麦两熟区作物高产优质栽培提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验于2015-2021年在河南省洛阳市洛龙区赵村（34°37′ N；112°27′ E）进行。该地区属典型的温带半湿润偏旱季风气候，年平均降水量为549 mm，春季少雨干旱多风，玉米季降水多以大雨形式出现、阶段性干旱频发，年平均蒸发量1870 mm。玉-麦两熟轮作为当地玉米和小麦的主要种植制度。2015-2021年逐月降水量以及2000-2021年平均月降水量见图1。依据干燥指数（drought index，DI）对夏玉米季、冬小麦季和周年降水年型进行划分，如表1所示。DI=（P-M）/σ，式中：DI为干燥指数，P为当季或当年降水量（mm），M为当季或当年平均降水量（mm），σ为当季或当年平均降水量的标准误差^［13］。干旱年DI<-0.35，平水年-0.35<DI<0.35，丰水年DI>0.35^［14］。2004年10月试验开始时耕层土壤容重为1.5 g·cm^-3；0~20 cm土层土壤有机质和全氮含量分别为15.6 g·kg^-1和0.9 g·kg^-1，有效磷和速效钾含量分别为10.4 mg·kg^-1和166.0 mg·kg^-1。2020年玉米成熟期，0~20 cm土层土壤容重和养分含量在不同处理间的差异显著，详见已发表文献［15］。

1.2 试验设计

试验采用池栽方法，设5个处理，分别为：1）玉米季免耕+麦季免耕（MNWN）：玉米季、麦季均免耕播种，即人工模仿施肥播种一体机将肥料均匀条施于两行小麦中间并压实，施肥深度15~20 cm，人工播种；玉米季将前茬小麦0~40 cm高秸秆贴地收割并均匀覆盖玉米行间，麦季将前茬玉米秸秆整杆收割并将其50%量均匀覆盖于小麦行间；2）玉米季深松+麦季免耕（MSWN）：玉米季间隔深松，深度35~40 cm、带宽20 cm，两个深松带间隔60 cm，麦季免耕播种，深松和免耕作业时人工模仿施肥播种一体机将肥料均匀条施于两行小麦中间并压实，施肥深度15~20 cm，人工播种，秸秆管理同MNWN；3）玉米季免耕+麦季3年免耕1年翻耕（MNW3N1P）：麦季每隔3年翻耕一次（25~30 cm），翻耕年份在翻耕前人工均匀撒施肥料后立即翻耕作业，其他同MNWN；4）玉米季深松+麦季3年免耕1年翻耕（MSW3N1P）：麦季每隔3年翻耕一次（25~30 cm），翻耕年份在翻耕前人工均匀撒施肥料后立即翻耕作业，其他同MSWN；5）传统两季均翻耕（CK）：玉米季和麦季均翻耕（25~30 cm），在翻耕前人工均匀撒施肥料后立即翻耕，秸秆不还田。深松和翻耕作业都是人工用改良铁锹完成，且所有耕作均在作物播种前2~3 d进行。小区面积16 m²，3次重复，随机区组排列。从2015年开始，玉米品种一直为‘洛玉114’，小麦品种除2020-2021年度为‘洛旱22’外，一直为‘洛旱7号’。玉米种植密度45000株·hm^-2，每年6月上旬播种，9月下旬收获。小麦播量为135 kg·hm^-2，行距20 cm，每年10月上中旬人工播种、次年5月下旬或6月初收获。玉米季拔节期前后遇降水施N 138 kg·hm^-2，麦季施N 112.5 kg·hm²、P₂O₅ 112.5 kg·hm^-2和K₂O 112.5 kg·hm^-2，其肥料分别为尿素（含N 46%）和复合肥（N；P₂O₅；K₂O=15；15；15）。全年不进行灌溉，病虫草防治等其他管理同当地丰产田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 籽粒产量

在玉米、小麦成熟期，人工采集每个小区的全部收获物，自然风干后脱粒测定质量，然后按面积换算成每hm²籽粒产量（grain yield，GY，kg·hm^-2），换算公式为：每hm²籽粒产量（grain yield，GY，kg·hm^-2）=小区籽粒质量（kg）/小区面积（m²）×10000。

1.3.2 籽粒氮磷钾含量

在2020-2021年度，从每个小区取测产样品50 g，烘干并粉碎待测。氮磷钾含量参照何刚等^［16］的方法，采用H₂SO₄-H₂O₂法消解，消解液冷却至室温加2 mL蒸馏水放热，再冷却至室温，定容至100 mL作为待测液。用连续流动分析仪（AA3，SEAL，德国）和火焰光度计（M410，SHERWOOD，英国）分别测定待测液中的氮、磷和钾浓度，然后换算出籽粒氮磷钾含量。其中，籽粒氮、磷含量（g·kg^-1）=ρ×V×ts×10^-3/m；式中：ρ为待测液中NH₄⁺-N、全磷、全钾的质量浓度（μg·mL^-1）；V为测定液体积（mL）；ts为分取倍数，消煮液定容体积（mL）/吸取消煮液体积（mL）；m为样品质量（g）。

1.3.3 籽粒蛋白质产量

蛋白质含量（protein content，PC，%）＝籽粒全氮含量×谷物转换系数，小麦转换系数为5.7^［17］，玉米转换系数为6.25^［18］。蛋白质产量（protein yield，PY，kg·hm^-2）＝籽粒干物质量（kg·hm^-2）×蛋白质含量（%）^［17］。

1.3.4 小麦籽粒蛋白质组分含量的测定

在2020-2021年度测定，具体方法是：取0.5 g样品按照清蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白的顺序提取^［19］，其中清蛋白的提取方法为：加2 mL去离子水充分研磨提取，移入离心管振荡30 min后4000 r·min^-1离心15 min取上清液加入到50 mL容量瓶，连续提取3次并将所有上清液合并，定容待测；球蛋白、醇溶蛋白和麦谷蛋白分别用10%的NaCl、70%的乙醇和0.2%的NaOH进行提取^［19］，提取过程同清蛋白。用凯氏定氮法^［12］测定各提取液中的全氮含量，乘以5.7即得到各蛋白组分含量。谷醇比为麦谷蛋白与醇溶蛋白含量的比值，贮藏蛋白为醇溶蛋白和麦谷蛋白之和^［20］。

1.4 数据处理

用Excel 2010整理数据，用SPSS 17.0进行方差分析和差异显著性检验（LSD法），用Origin 2022制图。

2 结果与分析

2.1 不同轮耕模式对旱地玉-麦两熟体系作物籽粒产量的影响

由表2可知，降水年型和耕作处理对夏玉米、冬小麦和周年产量均有显著影响，但仅冬小麦与周年二者互作效应达到显著水平（P<0.05）。干旱年夏玉米、冬小麦、周年产量均最低，较平水年和丰水年分别降低21.9%、40.1%、15.3%和45.8%、43.8%、25.2%，除较平水年周年产量无显著差异外，其余均表现为显著降低（P<0.05）。不同降水年型下各轮耕处理间夏玉米、冬小麦和周年产量均无显著差异，但其与CK的差异因降水年型和作物而异。MNWN、MSWN、MNW3N1P和MSW3N1P与CK相比，在干旱年夏玉米产量无显著变化（P>0.05），而冬小麦和周年产量分别显著提高61.3%和31.4%、56.2%和28.2%、57.4%和32.6%、65.2%和31.0%；在平水年冬小麦产量无显著变化（P>0.05），而夏玉米和周年产量分别显著提高57.7%和29.8%、47.5%和26.6%、47.5%和25.7%、48.0%和29.1%；在丰水年仅冬小麦产量分别显著提高22.6%、18.9%、31.2%和21.9%（图2）。

2.2 不同轮耕模式对旱地玉-麦两熟体系作物籽粒氮磷钾含量的影响

长期定位轮耕模式对夏玉米和冬小麦籽粒氮磷钾含量的影响因作物而异（表3）。对夏玉米而言，各轮耕模式较CK均可在一定程度上提高籽粒氮、磷、钾含量，特别是MSW3N1P的籽粒氮含量显著提高4.5%，MNW3N1P的籽粒钾含量显著提高15.6%。对冬小麦而言，与CK相比，MNW3N1P和MSW3N1P的籽粒氮含量分别显著提高4.5%和7.7%，MSW3N1P的籽粒磷含量显著提高15.2%，但MNWN、MSWN和MSW3N1P的籽粒钾含量分别显著降低32.8%、24.2%和17.2%。

轮耕模式不显著影响夏玉米籽粒磷含量，但可显著影响冬小麦籽粒氮磷钾含量（P<0.05），其中，除MNW3N1P和MSW3N1P的小麦籽粒钾含量差异显著外，MS（玉米季深松，下同）和MN（玉米季免耕，下同）间的差异不显著，但W3N1P较WN的效应因研究指标而异。与MNWN相比，MNW3N1P使冬小麦籽粒氮钾含量分别显著提高4.5%和41.1%，磷含量提高4.3%，但差异均不显著（P>0.05）；与MSWN相比，MSW3N1P使冬小麦籽粒氮含量显著提高8.2%，磷钾含量分别提高8.9%和9.3%，但差异均不显著（P>0.05）。可见，在麦季连续免耕条件下，玉米季深松较免耕并不影响作物籽粒氮磷钾含量，但麦季3年免耕1年翻耕较麦季免耕有提高冬小麦籽粒氮磷钾含量的趋势，且氮含量表现为显著提高（P<0.05）。

2.3 不同轮耕模式对旱地玉-麦两熟体系作物籽粒蛋白质产量的影响

免耕及其与深松、翻耕轮耕有利于提高旱地玉-麦两熟体系作物籽粒蛋白质产量（图3）。与CK相比，MNWN、MSWN、MNW3N1P和MSW3N1P下夏玉米籽粒蛋白质产量分别提高13.1%、11.6%、21.7%和25.8%，但仅MSW3N1P处理达到显著水平。冬小麦籽粒蛋白质产量分别显著提高135.5%、129.6%、121.5%和109.8%；周年蛋白质产量分别显著提高33.6%、29.4%、36.8%和38.5%。对夏玉米而言，虽各轮耕处理间差异均未达到显著水平（P>0.05），但W3N1P下的MS较MN，W3N1P较WN的籽粒蛋白质产量呈提高趋势。对冬小麦而言，MNWN、MSWN、MNW3N1P和MSW3N1P处理的籽粒蛋白质产量显著高于CK，但各轮耕处理间差异不显著（P>0.05）。从周年蛋白质产量来看，MSW3N1P>MNW3N1P>MNWN>MSWN，W3N1P较WN的籽粒蛋白质产量呈提高趋势。综合可见，MSW3N1P与其他轮耕模式相比有利于夏玉米、冬小麦及周年蛋白质产量的提升。

2.4 不同轮耕模式对旱地玉-麦两熟体系冬小麦籽粒蛋白质组分的影响

从表4可以看出，MNWN和MSWN的冬小麦籽粒蛋白质组分含量与CK相比均无显著差异（P>0.05）。MNW3N1P较CK冬小麦籽粒清蛋白、球蛋白、谷蛋白、贮藏蛋白含量和谷醇比分别显著提高9.5%、11.4%、15.9%、9.2%和14.4%；较MNWN使冬小麦籽粒清蛋白、谷蛋白、贮藏蛋白含量和谷醇比分别显著提高9.0%、16.2%、9.4%和15.3%。MSW3N1P的冬小麦籽粒醇溶蛋白、谷蛋白、贮藏蛋白含量和谷醇比较CK分别显著提高6.6%、16.1%、11.9%和9.6%，较MSWN分别显著提高5.4%、18.4%、12.5%和13.2%。MSW3N1P较MNW3N1P使冬小麦籽粒醇溶蛋白和贮藏蛋白含量分别显著提高5.4%和2.5%。说明，MSW3N1P有利于提高冬小麦籽粒各蛋白组分含量。

3 讨论

3.1 不同轮耕模式对旱地玉-麦两熟体系作物籽粒产量和蛋白质产量的影响

提高作物产量仍是当前旱地作物生产的最重要目标。合理的耕作有利于形成良好的土壤环境，改善农田土壤的水肥状况，从而提升作物籽粒产量^{［15，21］}。本研究中，不同降水年型下各轮耕模式间夏玉米、冬小麦和周年产量的差异均不显著（图2），这与不同保护性耕作均有保水改土增产作用有关^［15］。丁晋利等^［22］的研究也表明，与传统耕作相比，保护性耕作显著提高冬小麦关键期0~100 cm土层土壤储水量，从而使产量显著提高6.4%~11.3%。然而，MNWN及3种轮耕模式较CK均可提高作物产量，但其增幅是否显著因降水年型和作物而异。前人研究表明，不同降水年型下作物产量表现及其对耕作的响应不同，其效应与耕作模式、种植熟制以及降水年型有关^［23-25］。郭星宇等^［26］在渭北旱塬玉米小麦一年一熟轮作体系的研究表明，不同年型下耕作对作物产量的提升效果不同，与传统翻耕相比，免耕在平水年使玉米籽粒产量提高1.9%，在欠水年提高4.7%，但在丰水年增产效果不显著；免耕在丰水年可使冬小麦籽粒产量提高18.0%，但在欠水年增产效果不显著。于琦等^［27］在陕西合阳旱地的研究表明，免耕/免耕/深松较连年免耕，旱地一年一熟体系冬小麦籽粒产量在干旱年显著提高8.0%，在丰水年显著提高10.2%。在晋南旱地，相较夏闲期免耕，夏闲期深松在丰水年和欠水年可显著提高冬小麦产量^［25］，但该地区也有研究表明夏闲期深松仅丰水年使冬小麦增产，而干旱年和平水年夏闲期深翻作用优于深松^［28］。本研究中，虽然MNWN及3种轮耕模式间的作物产量差异不显著，但采用保护性耕作深松和免耕及其与传统翻耕轮耕均有利于提高旱地雨养玉-麦两熟体系中的作物产量，在干旱年和丰水年显著增加冬小麦产量，特别是在干旱年的增产幅度大；在平水年份增加夏玉米产量，从而实现周年增产。究其原因，一方面是保护性耕作处理改善了土壤特性，增加了土壤养分含量和酶活性，从而增加作物生产力^［15］。另一方面，MNWN及3种轮耕模式中均采用了秸秆还田，从而改善土壤特性，提高降水入渗率，增加土壤肥力，进而促进植株养分吸收、生长发育、群体构建和干物质积累，最终较秸秆不还田的CK表现出增产^［29-31］。前人的研究也表明，秸秆覆盖较秸秆不还田，在山西寿阳旱地使夏玉米产量提高6.4%^［32］，在甘肃通渭旱地冬小麦产量提高23.7%^［33］。

提高作物蛋白质产量有利于改善人们膳食蛋白的供应。合理的轮耕处理可以通过改善土壤结构，提高作物氮素吸收利用率，进而影响产量和蛋白质含量。方保停等^［34］在洛阳旱作区的研究表明，3年中深松较翻耕蛋白质产量提高了8.0%~13.0%。熊淑萍等^［35］在河南南部灌区拔节期浇1水下的研究表明，深松较翻耕和旋耕使冬小麦籽粒蛋白质含量分别提高3.6%和12.4%。本研究中，各轮耕处理均有利于提高籽粒蛋白质产量，MSW3N1P对于籽粒蛋白质产量的提升效果最突出，这可能与玉米季深松和小麦季翻耕可以改善土壤结构，降低土壤容重，增加根际层土壤含水率和土壤孔隙度，有利于根系扩张有关^{［27，31］}，但其机理还有待进一步研究。此外，本研究仅在豫西典型旱地玉-麦两熟轮作体系开展，虽然与前人研究结果多表现为一致，但耕作或轮耕对产量和品质的影响效果还因土壤肥力、气候条件、养分管理等环境和栽培因素而产生差异^{［23-25，36］}，因而今后需要开展多点试验验证MSW3N1P的效果。

3.2 不同轮耕模式对旱地玉-麦两熟体系作物籽粒品质的影响

籽粒养分含量的高低不仅反映作物的生长状况和对养分吸收利用的强度，也可表征作物的膳食营养价值。本研究中，与CK相比，MNWN及3种轮耕模式均有提高夏玉米籽粒氮磷钾和冬小麦籽粒氮磷含量的趋势，这与这些处理均有秸秆还田有关。张冬霞等^［37］在河南洛阳雨养旱地的研究也发现，翻耕条件下秸秆还田较无秸秆还田可使冬小麦籽粒氮磷钾含量分别提高10.3%、18.6%和21.4%。温美娟等^［38］在甘肃引黄灌区的研究也表明，深松秸秆还田对玉米氮磷钾含量较旋耕不还田分别增加49.6%、51.5%和37.6%。此外，本研究中MSW3N1P处理对夏玉米籽粒氮含量和冬小麦籽粒氮磷含量的提升效果优于其他处理。前人的研究也表明，休闲期深松可提高花前氮素转运率，促进花后氮素积累，进而有利于籽粒氮素积累^［39］。这可能与MSW3N1P处理的土壤特性整体优于其他处理有关^［15］。王庆源等^［40］的研究认为，深松通过改善土壤结构，提高土壤对水分和氮素的吸收能力，增加影响氮代谢酶的活性，进一步提高氮素的同化能力，从而提高籽粒氮素积累量。综合来看，目前有关轮耕如何影响作物籽粒养分含量的研究还较少，未来需要加强关注并探究轮耕影响作物籽粒养分含量的机理。

籽粒蛋白质组分含量及其比例不仅可用于评价小麦籽粒营养品质，也决定着加工品质^［41］。前人研究已证实，合理的土壤耕作具有保墒培肥作用，从而影响小麦籽粒蛋白质形成，但影响效应并无定论。如张礼军等^［42］在陇东旱地的研究认为免耕处理的小麦籽粒蛋白质总量、球蛋白、麦谷蛋白、谷醇比均显著低于传统翻耕。孙敏等^［43］在晋南旱地的研究表明，深松虽然降低了小麦籽粒部分蛋白组分含量，但其籽粒球蛋白含量提高8%~14%。其原因与上述耕作影响籽粒氮含量的机理一致^{［36，39-40］}，也与轮耕调控小麦氮代谢酶活性进而影响籽粒蛋白质组分含量有关^［44］。本研究中，MSW3N1P下冬小麦籽粒醇溶蛋白和贮藏蛋白含量显著高于其他轮耕处理，表明玉米季深松结合麦季3年免耕1年翻耕可在稳定产量的同时改善冬小麦籽粒蛋白特性，但其机理还有待进一步研究。

4 结论

MNWN、MSWN、MNW3N1P和MSW3N1P间夏玉米和冬小麦籽粒产量、氮磷钾含量以及冬小麦籽粒蛋白质组分含量的差异多不显著，但与CK相比均表现出不同程度的提升，其中，麦季3年免耕1年翻耕处理（MNW3N1P和MSW3N1P）的提高效果优于麦季不翻耕处理（MNWN和MSWN）。玉米季深松麦季3年免耕1年翻耕（MSW3N1P）不仅可在稳定产量的同时提高作物籽粒氮磷钾含量和蛋白产量，而且其冬小麦籽粒蛋白组分特性最优，是可提高旱地玉-麦两熟体系下作物产量和品质的耕作模式。

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基金资助

河南省科技攻关项目(232102111009)

河南省科技攻关项目(222102110087)

国家重点研发计划(2021YFD1900700)

国家重点研发计划(2022YFD2300800)