梁雪齊,李 玲,楊志剛,陳 猛,陳國(guó)棟,吳全忠,翟云龍
(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院,新疆阿拉爾 843300;2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,新疆阿拉爾 843300)
隨著世界人口的增加,糧食生產(chǎn)的重要性日漸突現(xiàn)。小麥作為世界上最重要的糧食作物,高產(chǎn)、超高產(chǎn)一直是國(guó)內(nèi)外研究的熱門話題,提高小麥單產(chǎn)對(duì)解決世界糧食安全問(wèn)題意義重大[1]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,由于傳統(tǒng)的種植觀念以及落后的種植技術(shù),導(dǎo)致小麥種植密度和株行配置不合理[2],造成小麥群體質(zhì)量和光能利用率較低,在一定程度上限制了小麥產(chǎn)量的提高。大量研究表明,種植密度決定小麥群體大小,株行配置則決定群體的均勻性[3]。要想小麥達(dá)到超高產(chǎn),就必須建立合理的群體結(jié)構(gòu),改善群體的光能利用率、群體干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)[4]。多穗型小麥品種可通過(guò)增加單位面積穗數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)超高產(chǎn),大穗型小麥則可采用密植來(lái)實(shí)現(xiàn)其超高產(chǎn)[5]。
灌漿期是小麥產(chǎn)量與品質(zhì)形成的重要階段[6],適宜的種植密度有利于協(xié)調(diào)群體和個(gè)體的關(guān)系,提高產(chǎn)量和改善品質(zhì)[7]。小麥籽粒灌漿速率受基因型控制,特定區(qū)域的氣候和耕作栽培制度決定了小麥的灌漿持續(xù)時(shí)間[8]。有研究認(rèn)為,種植密度相同時(shí),行距過(guò)窄,植株分蘗成穗率較低;行距過(guò)寬,光能利用率較低,單株生長(zhǎng)不良,均造成產(chǎn)量下降[9-11]。為解決這一問(wèn)題,本試驗(yàn)在南疆以兩種穗型冬小麥品種為材料,在普遍種植15 cm行距基礎(chǔ)上,不斷縮小行距、加大株距直至達(dá)到株、行距相等的勻播,探究不同株、行距配置下冬小麥籽粒灌漿特性和產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化,以期為南疆冬小麥適宜的株、行距配置模式提供理論依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。
供試小麥品種為多穗型品種新冬22號(hào)和大穗型品種新冬50號(hào)。
試驗(yàn)于2018-2020年在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站(40°32′20″N,81°17′57″E)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于塔里木盆地北緣,≥10 ℃年有效積溫為4 113 ℃,年均氣溫10.8 ℃,年平均降水量50 mm左右,海拔1 015 m,無(wú)霜期220 d,屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候區(qū)。試驗(yàn)地前茬作物為大豆,土壤質(zhì)地為壤土,土壤有機(jī)質(zhì)含量為 7.81 g·kg-1,速效磷18.3 mg·kg-1,速效鉀112 mg·kg-1,堿解氮33.5 mg·kg-1,pH7.9。
試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì),品種為主區(qū)(A):多穗型品種新冬22號(hào)(A1)、大穗型品種新冬50號(hào)(A2);株行配置為副區(qū)(B):設(shè)行距、株距配置為15 cm×1.7 cm(B1)、12.5 cm×2 cm(B2)、10 cm×2.5 cm(B3)、7.5 cm×3.3 cm(B4)、5 cm×5 cm(B5)5個(gè)處理。種植密度400萬(wàn)株·hm-2,小區(qū)長(zhǎng)4 m,寬1.9 m。三次重復(fù)。2018年10月2日播種,2019年6月28日收獲;2019年10月3日播種,2020年6月15日收獲。出苗后以間苗的方式確定各處理的基本苗數(shù),后期管理措施同一般高產(chǎn)田。
1.4.1 籽粒灌漿動(dòng)態(tài)相關(guān)參數(shù)計(jì)算
于小麥開(kāi)花期在每小區(qū)選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的穗子200個(gè)掛牌標(biāo)記,自開(kāi)花至收獲,每隔5 d取標(biāo)記穗10個(gè),取每穗中間5個(gè)小穗第1、2粒位強(qiáng)勢(shì)粒[12],置烘箱中105 ℃殺青0.5 h,80 ℃烘干至恒重,計(jì)算千粒重。
以開(kāi)花后的天數(shù)(t)為自變量,每次測(cè)得的千粒重(Y)為因變量,用Logistic方程Y=K/(1+eA+Bt)對(duì)籽粒生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行擬合,其中K為灌漿結(jié)束時(shí)所能達(dá)到的最大千粒重,A、B為方程參數(shù),用決定系數(shù)R2(Y依t的回歸平方和占總平方和的比率)表示其擬合優(yōu)度。求方程的一階和二階導(dǎo)數(shù),得一系列次級(jí)灌漿參數(shù)。
1.4.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測(cè)定
于成熟期在各小區(qū)內(nèi)選取長(zhǎng)勢(shì)均勻一致的區(qū)域1 m2(去掉邊行),調(diào)查有效穗數(shù);而后將所有麥穗剪下后脫粒、風(fēng)干、稱重,計(jì)算產(chǎn)量;在測(cè)產(chǎn)籽粒中隨機(jī)取1 000粒烘干稱重,按照籽粒含水率13%折算千粒重。每小區(qū)選取有代表性的穗子20穗室內(nèi)考種,調(diào)查小穗數(shù)、穗粒數(shù)。
數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和處理,采用DPS v7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
兩種穗型品種在不同株行距配置條件下的千粒重動(dòng)態(tài)見(jiàn)圖1,兩種穗型品種的千粒重在連續(xù)兩年中均呈現(xiàn)灌漿前期增長(zhǎng)緩慢、中期增長(zhǎng)迅速、后期緩慢增長(zhǎng)的“慢-快-慢”的生長(zhǎng)趨勢(shì)。多穗型品種新冬22號(hào)的籽粒灌漿期明顯短于大穗型品種新冬50號(hào)。2020年較2019年春季氣溫回升早,導(dǎo)致生育期提前2周。2018-2019年度成熟期,多穗型品種新冬22號(hào)各處理的千粒重表現(xiàn)為B5>B4>B1>B3>B2;B5處理千粒重高達(dá) 56.9 g,顯著高于其他處理(P<0.05),較B4、B1、B3、B2處理分別高出1.05%、1.40%、1.75%、4.27%;2019-2020年度,千粒重隨行距縮小而降低,以B1處理千粒重最大,為56.6 g。2018-2019年度成熟期,大穗型品種新冬50號(hào)B1處理千粒重高達(dá) 55.6 g,其他處理表現(xiàn)為B2>B3>B4>B5;2019-2020年度生長(zhǎng)趨勢(shì)與2018-2019年度一致,各處理千粒重表現(xiàn)為B1>B2>B3>B4>B5,B1處理千粒重高達(dá)53.2 g,與其他處理間差異顯著(P<0.05),較B2、B3、B4、B5處理分別高0.94%、1.32%、2.07%、2.63%。
圖1 不同株行配置冬小麥千粒重動(dòng)態(tài)
2.2.1 籽粒灌漿模型及特征參數(shù)分析
小麥籽粒灌漿進(jìn)程均呈“S”型曲線(圖1),適宜用Logistic生長(zhǎng)曲線模擬。對(duì)開(kāi)花后天數(shù)與籽粒重的關(guān)系運(yùn)用Logistic方程進(jìn)行擬合(表1),發(fā)現(xiàn)兩種穗型品種不同株行距配置下籽粒灌漿過(guò)程擬合方程的決定系數(shù)均大于0.99,說(shuō)明運(yùn)用Logistic方程能很好地描述籽粒灌漿過(guò)程。
表1 不同處理籽粒灌漿的Logistic方程及其特征參數(shù)
多穗型品種新冬22號(hào)2018-2019年度理論最大千粒重隨行距縮小呈先降低后增加的趨勢(shì),以B2處理最低,B5處理最高,這可能與B5處理株行距相等、植株分布均勻有關(guān);2019-2020年度理論最大千粒重隨行距縮小呈降低趨勢(shì),B1處理最高,達(dá)59.58 g;2019-2020年度理論最大千粒重高于2018-2019年度。大穗型品種新冬50號(hào)在連續(xù)兩年試驗(yàn)中理論最大千粒重均隨行距縮小呈降低趨勢(shì),B1處理最高,B5處理最低,因2019-2020年度灌漿期縮短,導(dǎo)致理論最大千粒重比2018-2019年度降低0.87 g。
多穗型品種新冬22號(hào)在2018-2019年度達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間隨行距縮小呈先延長(zhǎng)后縮短的趨勢(shì),以B5處理最短,其次是B4、B1處理,B2處理最長(zhǎng);最大灌漿速率隨行距縮小呈先降低后升高的趨勢(shì),以B3處理最低,為2.47 mg·d-1·grain-1,其次是B2、B1處理,B5處理最大灌漿速率最高,達(dá)2.53 mg·d-1·grain-1;平均灌漿速率隨行距縮小呈先降低后增加的趨勢(shì),B2處理最低,其次是B3、B1、B4處理,B5處理平均灌漿速率最高;灌漿持續(xù)時(shí)間隨行距縮小呈降低趨勢(shì)。新冬22號(hào)在2019-2020年度,B1處理達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間最短,其次是B2、B3處理,B5處理最長(zhǎng);最大灌漿速率以B1處理最高,B2、B5處理一致,均較低,B3、B4處理差異不大;平均灌漿速率隨行距縮小呈降低趨勢(shì);灌漿持續(xù)時(shí)間隨行距縮小呈先升后降的趨勢(shì),B2處理最長(zhǎng),其次是B3、B4處理,B5處理最短。兩年試驗(yàn)規(guī)律不盡一致,可能因?yàn)?019-2020年度,新冬22號(hào)B3、B4、B5處理拔節(jié)后群體過(guò)大,抽穗期出現(xiàn)不同程度倒伏。大穗型品種新冬50號(hào)在連續(xù)兩年試驗(yàn)中最大灌漿速率、平均灌漿速率均隨行距縮小而降低,B1處理最高,B5處理最低;最大灌漿速率出現(xiàn)時(shí)間兩年均表現(xiàn)為隨行距縮小而延遲;灌漿持續(xù)時(shí)間在兩年均表現(xiàn)為隨行距縮小而延長(zhǎng)。
上述結(jié)果表明,千粒重與最大灌漿速率、平均灌漿速率呈正相關(guān),適宜的株行配置有利于提高籽粒灌漿速率,延長(zhǎng)灌漿天數(shù),優(yōu)化灌漿進(jìn)程。
2.2.2 不同階段籽粒灌漿特征參數(shù)分析
根據(jù)Logistic模型計(jì)算不同階段籽粒灌漿特征參數(shù),發(fā)現(xiàn)不同株行距配置對(duì)不同穗型冬小麥各灌漿階段均有一定的影響(表2)。灌漿持續(xù)時(shí)間表現(xiàn)為緩增期>快增期>漸增期,灌漿速率表現(xiàn)為快增期>漸增期>緩增期,階段籽粒積累量表現(xiàn)為快增期>漸增期>緩增期;大穗型品種新冬50號(hào)各階段灌漿持續(xù)時(shí)間均長(zhǎng)于多穗型品種新冬22號(hào),灌漿速率則低于新冬22號(hào)。
表2 不同株行配置冬小麥不同階段籽粒灌漿特征參數(shù)
多穗型品種新冬22號(hào)在2018-2019年度,漸增期表現(xiàn)為B2處理持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng),其次是B3處理,B1、B4、B5差別不大;快增期、緩增期表現(xiàn)為B4處理最長(zhǎng),其次是B1、B5處理,B2處理最短;2019-2020年度,漸增期持續(xù)時(shí)間隨行距縮小而增加,快增期、緩增期持續(xù)時(shí)間則隨行距縮小表現(xiàn)為先增后降的趨勢(shì),B2處理持續(xù)時(shí)間最長(zhǎng),其次是B3、B1處理,B5處理持續(xù)時(shí)間最短。新冬22號(hào)灌漿速率2018-2019年以B5處理最高,三個(gè)階段分別為1.02 mg·d-1·grain-1、2.22 mg·d-1·grain-1、0.62 mg·d-1·grain-1,其次為B4、B1處理;2019-2020年度與2018-2019年度相比呈現(xiàn)不同趨勢(shì),漸增期灌漿速率隨行距縮小呈現(xiàn)降低趨勢(shì),快增期、緩增期隨行距縮小呈先降低后升高的趨勢(shì),B1處理灌漿速率最高。三個(gè)階段的籽粒積累量2018-2019年度均表現(xiàn)為隨行距縮小先減小后增加的趨勢(shì),B5處理最高,B2處理最低;2019-2020年度則隨行距縮小呈現(xiàn)降低趨勢(shì),B1處理最高,B5處理最低。
大穗型品種新冬50號(hào)連續(xù)兩個(gè)年度三個(gè)階段灌漿持續(xù)時(shí)間均隨行距縮小呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。灌漿速率在三個(gè)不同階段均呈隨行距縮小而降低的趨勢(shì),B1處理最高,B5處理最低。三個(gè)階段籽粒積累量與灌漿速率有相同的化趨勢(shì),隨行距縮小而降低,B1處理最高,B5處理最低。
株行距配置、品種對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素影響顯著(表3)。由2年試驗(yàn)結(jié)果可知,新冬22號(hào)的有效穗數(shù)明顯高于新冬50號(hào),但小穗數(shù)、穗粒數(shù)明顯低于新冬50號(hào),千粒重兩年結(jié)果不一致。2019-2020年度兩個(gè)品種的產(chǎn)量均高于2018-2019年度;新冬22號(hào)兩年間有效穗數(shù)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)差異不明顯;2019-2020年度新冬50號(hào)有效穗數(shù)、小穗數(shù)明顯高于2018-2019年度,千粒重明顯低于2018-2019年度。
表3 不同株行配置冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素
多穗型品種新冬22號(hào)兩個(gè)年度結(jié)果存在一定的差異。2018-2019年度,B5處理產(chǎn)量顯著高于其他處理,比B4、B3、B2、B1處理分別高 1.03%、2.54%、4.69%、7.46%。有效穗數(shù)隨行距的減小逐漸升高,且處理間均達(dá)顯著水平。小穗數(shù)、穗粒數(shù)隨著行距減小呈顯著降低趨勢(shì),B1、B2處理間差異不顯著,小穗數(shù)B4、B5處理間差異也不顯著,但二者極顯著低于其他處理;穗粒數(shù)B5處理極顯著低于其他處理。千粒重隨著行距縮小呈先降低后增加的趨勢(shì),B2處理最低,B5處理極顯著高于其他處理,比B4、B1、B3、B2處理高3.24%、3.40%、4.22%、4.93%。2019-2020年度,新冬22號(hào)產(chǎn)量以B2處理最高,與B1處理差異不顯著,極顯著高于其他三個(gè)處理,B5處理均極顯著低于其他處理;有效穗數(shù)隨行距減小呈先增加后減小的趨勢(shì),B2處理極顯著高于其他處理,B5處理極顯著低于其他處理,B1和B3顯著高于B4處理;小穗數(shù)也隨行距減小呈先增加后減小的趨勢(shì),B3處理顯著高于其他處理,B5處理最低;穗粒數(shù)、千粒重均隨著行距減小而降低,B5處理顯著低于其他處理。
大穗型品種新冬50號(hào)兩個(gè)年度產(chǎn)量結(jié)果較一致,均表現(xiàn)為B5處理顯著高于其他處理,2018-2019年度,B5比B4、B3、B2、B1處理分別高 2.91%、5.81%、8.50%、10.25%,2019-2020年度,分別高3.58%、6.83%、10.21%、12.58%,B1處理均極最低。兩年有效穗數(shù)均隨行距減小逐漸增加,B5處理顯著高于其他處理。小穗數(shù)處理間差異明顯,但兩年結(jié)果不一致,2018-2019年度隨行距減小而增加,B5處理最高,比B4、B3、B2、B1處理分別高1.78%、3.07%、4.61%、6.56%;2019-2020年度則隨行距減小而降低,B1處理最高,分別比B2、B3、B4、B5高1.10%、3.57%、4.07%、4.43%。穗粒數(shù)、千粒重兩年試驗(yàn)結(jié)果一致,均呈隨行距縮小而降低的趨勢(shì),穗粒數(shù)處理間差異明顯,千粒重2018-2019年度隨行距縮小顯著降低,2019-2020年度處理間差異未達(dá)顯著 水平。
調(diào)整作物空間布局作為一項(xiàng)重要的農(nóng)藝措施對(duì)小麥籽粒灌漿特性及產(chǎn)量都具有明顯影響,改變株行距配置可以有效調(diào)節(jié)群體結(jié)構(gòu)[13]。前人研究表明,行距從30 cm縮小至7.5 cm時(shí),小麥有效穗數(shù)增加,產(chǎn)量也隨之增加,灌漿速率和灌漿持續(xù)時(shí)間共同決定小麥粒重[14-15]。張永強(qiáng)等[16-17]研究發(fā)現(xiàn),適當(dāng)降低種植密度可提高小麥灌漿速率,對(duì)灌漿持續(xù)天數(shù)影響不顯著。有研究者通過(guò)探索灌漿特征參數(shù)與千粒重之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn),K值反映灌漿最終結(jié)果,K值越大,籽粒飽滿程度越好、千粒重越大,小麥粒重由籽粒灌漿速率及灌漿持續(xù)期共同決定[18],小麥達(dá)最大灌漿速率時(shí)間與千粒重呈負(fù)相關(guān),平均灌漿速率、最大灌漿速率與千粒重呈顯著正相關(guān)[19-20],灌漿持續(xù)期與千粒重呈正相關(guān)。也有學(xué)者發(fā)現(xiàn),灌漿速率與粒重呈顯著正相關(guān),但灌漿持續(xù)期天數(shù)與粒重關(guān)系不顯著[21]。有關(guān)灌漿速率和灌漿持續(xù)時(shí)間對(duì)籽粒重的貢獻(xiàn)目前存在一定爭(zhēng)議[22-23]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,冬小麥粒重與平均灌漿速率和最大灌漿速率成正相關(guān),達(dá)最大灌漿速率越早越有利于籽粒灌漿。
灌漿過(guò)程是小麥籽粒形成的重要生理過(guò)程,它決定著小麥最終的產(chǎn)量,受外界環(huán)境和不同栽培管理措施共同影響。楊 茹等[24]通過(guò)Logistic方程在分析小麥千粒重與籽粒灌漿參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn),快增期是影響籽粒形成的關(guān)鍵時(shí)期,漸增期和緩增期持續(xù)時(shí)間、灌漿速率起伏程度較大。苗永杰等[8]研究發(fā)現(xiàn),黃淮麥區(qū)小麥千粒重與快增期灌漿速率關(guān)系密切,與灌漿各階段持續(xù)時(shí)間相關(guān)不顯著,灌漿速率,特別是快增期灌漿速率的差異是導(dǎo)致千粒重高低的主要因素。宋 羽等[25]發(fā)現(xiàn),小麥快增期持續(xù)時(shí)間、緩增期灌漿速率和漸增期灌漿速率是影響千粒重的重要因素。也有研究者認(rèn)為,漸增期灌漿速率、快增期持續(xù)天數(shù)、緩增期持續(xù)天數(shù)是影響小麥粒重的主要參數(shù)[12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,漸增期、快增期、緩增期灌漿速率是影響粒重的重要因素,與灌漿各階段持續(xù)時(shí)間關(guān)系不明顯。
小麥產(chǎn)量由有效穗數(shù)、穗粒數(shù)以及千粒重共同決定,三者關(guān)系密切又相互制約[26],馮偉等[27]研究發(fā)現(xiàn),密度、株行配置協(xié)調(diào)有利于調(diào)整個(gè)體空間分布,是解決超高產(chǎn)和倒伏問(wèn)題的主要技術(shù)措施。在相同高密度下,縮小行距可提高小麥分蘗成穗率,優(yōu)化冠層結(jié)構(gòu),從而增加有效分蘗數(shù),但對(duì)穗粒數(shù)、千粒重影響不顯著;行距縮小至10 cm能通過(guò)增加有效分蘗而獲得高產(chǎn),繼續(xù)縮小至 7.5 cm超窄行距下仍然對(duì)產(chǎn)量起促進(jìn)作用,而增大行距有利于千粒重的增加[28-29];行距縮小,一定程度上可抑制無(wú)效分蘗的形成,其成穗數(shù)不僅取決于分蘗數(shù),還與群體質(zhì)量有關(guān),不同穗型品種,可結(jié)合當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)條件,因地制宜選擇合適的株行配置來(lái)達(dá)到高產(chǎn)的效果[30]。本研究認(rèn)為,改變株行距可以有效調(diào)節(jié)小麥群體結(jié)構(gòu)。大穗型品種新冬50號(hào)在連續(xù)兩年試驗(yàn)中,株行距相等的B5處理產(chǎn)量顯著高于其他處理,有效穗數(shù)與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān),有效小穗數(shù)對(duì)產(chǎn)量有一定的影響。隨著行距減小至勻播狀態(tài)(株距行距相等),種子分布更加均勻,大群體單株競(jìng)爭(zhēng)激烈,穗粒數(shù)、千粒重有所降低。多穗型品種新冬22號(hào)在2018-2019年度隨著行距減少產(chǎn)量呈上升趨勢(shì),但 2019-2020年度B3、B4、B5處理在抽穗期發(fā)生不同程度倒伏,使產(chǎn)量大幅度下降。新冬22號(hào)分蘗能力較強(qiáng),隨著行距減少,分蘗增加,群體過(guò)大容易發(fā)生倒伏,中、低密度條件下株行配置對(duì)其籽粒灌漿特性及產(chǎn)量的影響如何尚待進(jìn)一步研究。
隨著行距縮小、株距擴(kuò)大,多穗型品種達(dá)到最大灌漿速率的時(shí)間先延長(zhǎng)后縮短,受快增期灌漿速率的影響,最大灌漿速率、平均灌漿速率均先降低后升高,導(dǎo)致最終千粒重呈先降低后增加的趨勢(shì);大穗型品種達(dá)到最大灌漿速率時(shí)間逐漸推遲,受漸增期、快增期、緩增期灌漿速率的影響,最大灌漿速率、平均灌漿速率均呈降低趨勢(shì),導(dǎo)致最終千粒重逐漸降低。