梁翠麗,田向東,海江波,喬佳秀,羅 潔,米璐璐
(1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,陜西楊凌 712100;2陜西省咸陽市淳化縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,陜西咸陽 711200)
小麥在糧食生產(chǎn)中占有重要地位,其產(chǎn)量和品質(zhì)受基因型和環(huán)境(生態(tài)條件和栽培技術(shù))的綜合影響,播種密度和播種方式是其中重要的栽培技術(shù)。播種密度適宜是保證小麥高產(chǎn)的必要條件之一,播種密度過小,易浪費(fèi)土地;播種密度過大,易影響幼苗發(fā)育,導(dǎo)致生長緩慢,最終影響產(chǎn)量[1]。播種密度的調(diào)整可有效協(xié)調(diào)小麥單位面積穗數(shù)與穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量的關(guān)系,進(jìn)而獲取高產(chǎn)[2]。適當(dāng)增加播種密度有利于提高有效穗數(shù),從而增加產(chǎn)量,但當(dāng)播種密度超過一定范圍后,會(huì)導(dǎo)致穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量降低,從而導(dǎo)致產(chǎn)量降低[3]。王夏等[4]則認(rèn)為隨著播種密度的增加,有效穗數(shù)增加,穗粒數(shù)減少,千粒質(zhì)量無明顯變化規(guī)律。通過改變播種方式可以建立合理的小麥群體結(jié)構(gòu),可協(xié)調(diào)個(gè)體與群體關(guān)系,為高產(chǎn)奠定基礎(chǔ)[5]。鄭飛娜等[6]研究發(fā)現(xiàn),與條播相比,寬幅播種配合高播種密度能夠有效緩解單位面積穗數(shù)增加與單穗粒質(zhì)量降低之間的矛盾。也有研究[7]結(jié)果表明,寬幅播種比條播增產(chǎn)6.3%~11.6%,增產(chǎn)效果顯著。
禾本科植物的穗部性狀發(fā)育存在著不均衡性[8],這種不均衡性在小麥穗部性狀發(fā)育上表現(xiàn)出“近中優(yōu)勢(shì)”特征,即小麥中部穗位的籽粒比靠近基部和頂部穗位的籽粒發(fā)育好、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)[9]。小麥穗部性狀發(fā)育的不均衡性在一定程度上限制著小麥籽粒產(chǎn)量的提高[10]。為了充分挖掘小麥籽粒產(chǎn)量潛力,前人圍繞小麥不同穗位的粒數(shù)、粒質(zhì)量、品質(zhì)做了比較系統(tǒng)的研究[11-12],但主要集中在播種密度[13]、施氮量[14]、葉面噴素等對(duì)其的影響方面[15]。而關(guān)于播種密度與播種方式及其互作對(duì)小麥穗部結(jié)實(shí)特性在不同穗位的分布特征以及對(duì)產(chǎn)量的影響研究較少。因此,探究播種密度與播種方式對(duì)小麥不同穗位結(jié)實(shí)特性及其產(chǎn)量的影響,揭示小麥不同穗位籽粒發(fā)育變化規(guī)律及其不同穗位籽粒的增產(chǎn)效應(yīng),這對(duì)豐富小麥高產(chǎn)栽培理論具有重要意義。
本試驗(yàn)于2019年-2020年在西北農(nóng)林科技大學(xué)斗口農(nóng)作物試驗(yàn)示范站進(jìn)行。該試驗(yàn)示范站位于東經(jīng)108°52′,北緯34°37′的陜西省咸陽市涇陽縣云陽鎮(zhèn)興隆村。試驗(yàn)?zāi)攴萜骄鶜鉁?10.65 ℃,小麥全生育期降水量為122.68 mm(圖1)。試驗(yàn)地土壤為壤土,耕層(0~60 cm)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為:全氮含量為1.39 g/kg、速效氮含量為86.8 mg/kg、速效磷含量為16.83 mg/kg、速效鉀含量為232.07 mg/kg,有機(jī)質(zhì)含量為 18.02 g/kg、pH 7.9,屬于中等肥力。試驗(yàn)地前茬夏季休閑,播種前旋耕兩次整地。
本試驗(yàn)采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),播種密度為主區(qū),播種方式為副區(qū),播種密度設(shè)置4個(gè)水平,分別為:D1(112.5 kg/hm2)、D2(150 kg/hm2)、D3(187.5 kg/hm2)、D4(225 kg/hm2);播種方式設(shè)寬幅播(K)、條播(T)、穴播(X)3個(gè)處理,3次重復(fù),共36個(gè)小區(qū),每個(gè)小區(qū)面積7 m2(3.5 m×2 m)。條播行距22 cm,幅寬2 cm;寬幅播行距25 cm,幅寬8 cm;穴播行距25 cm,穴距13.5 cm。播種密度根據(jù)試驗(yàn)品種的千粒質(zhì)量47 g進(jìn)行折算,其中穴播方式每穴播種密度分別為8、11、13、16粒。試驗(yàn)施肥水平相同:小麥復(fù)混肥(N-P2O5-K2O比例為24-15-5):尿素(含氮 46.4% ,施氮量390 kg/hm2)+過磷酸鈣(含P2O513%,施肥量937.5 kg/hm2)+硫酸鉀鈣(含K2O 24%,施肥量157.5 kg/hm2),均以基肥的形式于旋耕整地前一次性施入。試驗(yàn)于2019年10月1日播種,2020年6月3日收獲。試驗(yàn)品種為冬小麥品種‘西農(nóng)805’。試驗(yàn)田其他措施同高產(chǎn)田栽培技術(shù)要求。
苗期和返青期總莖數(shù):在小麥的出苗期選取1 m的樣段進(jìn)行標(biāo)記,調(diào)查樣段兩側(cè)的麥苗數(shù)量作為苗期總莖數(shù)。在小麥返青期對(duì)苗期預(yù)留樣段內(nèi)的樣品進(jìn)行統(tǒng)計(jì)調(diào)查,作為返青期總莖數(shù),統(tǒng)計(jì)結(jié)果單位均以萬株/hm-2記錄。
穗位劃分:小麥穗下部4個(gè)小穗為下部穗位、上部4個(gè)小穗為上部穗位,其余為中部穗位。
采樣方法:小麥開花后,在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取生長發(fā)育良好、長勢(shì)一致的15株小麥進(jìn)行標(biāo)記,小麥成熟時(shí)采樣。按照不同穗位從下至上,剝?nèi)∶總€(gè)小穗,統(tǒng)計(jì)不同穗位小穗數(shù)、每個(gè)小穗的小花數(shù)和粒數(shù),并分別將剝好的15個(gè)麥穗按照不同穗位進(jìn)行稱重,計(jì)算不同穗位小穗結(jié)實(shí)率、小花結(jié)實(shí)率和粒質(zhì)量等。
產(chǎn)量統(tǒng)計(jì):小麥成熟后,統(tǒng)計(jì)每個(gè)小區(qū)的1 m雙行樣段內(nèi)的穗數(shù),在每個(gè)小區(qū)選取代表性麥穗20個(gè),統(tǒng)計(jì)其單穗籽粒數(shù),求得平均值。收獲后,曬干去雜,使用數(shù)粒板數(shù)取1 000粒籽粒,進(jìn)行稱量,重復(fù)3次取平均值作為千粒質(zhì)量。最后計(jì)算其理論產(chǎn)量。
采用WPS 2019對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理,應(yīng)用SPSS 26.0對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,利用Origin 2020進(jìn)行作圖,采用Duncan’s法進(jìn)行多重比較和差異顯著性分析。
由圖2可知,總莖數(shù)隨小麥生育期的推進(jìn)呈先增后減的趨勢(shì),并在返青期達(dá)到高峰??偳o數(shù)在苗期和收獲期均隨播種密度的增加而增加,增幅分別為:11.30%~65.45%和3.94%~ 14.92%;在返青期則隨播種密度的增加呈先增后減的趨勢(shì),并在D3達(dá)到最大值,較其他播種密度增幅為:1.43%~29.27%??偳o數(shù)在不同播種方式間表現(xiàn)為:苗期X>K>T,X分別較T和K顯著增加了30.28%、14.56%;返青期和收獲期 T>X>K,其中,T較X和K在返青期分別增加了 2.79%和7.85%,收獲期分別增加了2.95%和6.30%。上述結(jié)果表明,播種密度對(duì)總莖數(shù)的影響大于播種方式,高密度(D3)條播(T)更有利于返青期和收獲期穗數(shù)的增加。
2.2.1 對(duì)不同穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)的影響 由表1可知,播種密度、播種方式及其互作對(duì)下部穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)影響顯著,對(duì)上部穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)影響達(dá)極顯著,對(duì)中部穗位和總結(jié)實(shí)小穗數(shù)影響不顯著。不同穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)表現(xiàn)為:中部>上部>下部。相同播種方式下,隨播種密度的增加,下部和中部穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)均呈先減后增的趨勢(shì),上部穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)呈先增后減的趨勢(shì)。相同播種密度下,X較K和T 顯著提高了下部和上部穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)??偨Y(jié)實(shí)小穗數(shù)則隨播種密度的增加呈先減后增的趨勢(shì),并在D4處達(dá)到最大值,X更有助于提高結(jié)實(shí)小穗數(shù)。上述結(jié)果表明,高播種密度(D4)配合穴播(X)更有利于增加結(jié)實(shí)小穗數(shù)。
表1 不同處理下的結(jié)實(shí)小穗數(shù)Table 1 Number of fertile spikelets under different treatments
2.2.2 對(duì)不同穗位小花數(shù)的影響 如圖3所示,僅有播種密度對(duì)中部穗位小花數(shù)、上部穗位小花數(shù)、總小花數(shù)影響顯著,播種方式以及播種密度與播種方式互作對(duì)不同穗位小花數(shù)均無顯著影響。不同穗位小花數(shù)表現(xiàn)為:中部>上部>下部。K和X下,不同穗位小花數(shù)除上部穗位小花數(shù)外,均隨播種密度的增加呈先減后增的趨勢(shì),并在D4處達(dá)最大值,但處理間顯著不差異。高播種密度下,不同穗位小花數(shù)基本表現(xiàn)為:X>K>T,處理間差異不顯著。且下部穗位小花數(shù)、中部穗位小花數(shù)和總小花數(shù)均在D4X處理達(dá)最大值,上部穗位小花數(shù)最大值也出現(xiàn)在D3X處理,由此可知,穴播(X)配合高播種密度(D3、D4)更有利于增加小花數(shù)。
2.2.3 對(duì)不同穗位結(jié)實(shí)率的影響 由表2可知,播種密度和播種方式對(duì)下部穗位小穗結(jié)實(shí)率有顯著影響,對(duì)上部穗位小穗結(jié)實(shí)率有極顯著影響,對(duì)中部穗位小穗結(jié)實(shí)率影響不顯著。且不同穗位小花結(jié)實(shí)率表現(xiàn)為:中部>上部>下部。相同播種方式下,隨播種密度的增加,下部和中部穗位小穗結(jié)實(shí)率呈先減后增的趨勢(shì),上部穗位小穗結(jié)實(shí)率呈先增后減的趨勢(shì)。高播種密度下,X比K和T更有利于提高不同穗位小穗結(jié)實(shí)率。上述結(jié)果表明,下部穗位和上部穗位小穗結(jié)實(shí)率對(duì)播種密度和播種方式的改變更敏感,穴播(X)配合高播種密度(D3、D4)更有利于提高小穗結(jié)實(shí)率。
表2 不同處理下的小穗結(jié)實(shí)率Table 2 Seed setting rate of spikelets under different treatments
2.2.4 對(duì)不同穗位的小花結(jié)實(shí)率的影響 由圖4可知,播種密度對(duì)下部穗位小花結(jié)實(shí)率和總小花結(jié)實(shí)率有顯著影響,播種方式對(duì)中部穗位小花結(jié)實(shí)率有顯著影響,播種密度和播種方式互作對(duì)下部穗位小花結(jié)實(shí)率有極顯著影響。不同穗位小花結(jié)實(shí)率表現(xiàn)為:中部>下部>上部。相同播種方式下,隨播種密度的增加,中部和上部穗位小花結(jié)實(shí)率呈先增后減的趨勢(shì),并在D3處達(dá)到最大值。相同播種密度下,中部和上部穗位小花結(jié)實(shí)率均表現(xiàn)為:T>K>X,而X處理的下部穗位小花結(jié)實(shí)率表現(xiàn)優(yōu)于K和T??梢?,X有利于下部穗位小花結(jié)實(shí)率提高,而D3T處理更有利于中部穗位和上部穗小花結(jié)實(shí)率的提高。
2.2.5 對(duì)不同穗位粒質(zhì)量的影響 粒質(zhì)量對(duì)小麥產(chǎn)量提高具有決定性作用。由表3可知,播種密度和播種方式及其互作對(duì)上部穗位粒質(zhì)量的的影響達(dá)極顯著水平,播種方式、播種密度與播種方式互作對(duì)不同穗位粒質(zhì)量影響均達(dá)顯著或極顯著水平。不同穗位粒質(zhì)量表現(xiàn)為:中部>下部>上部。除上部穗位粒質(zhì)量外,隨播種密度的增加,K的不同穗位粒質(zhì)量均呈先減后增的趨勢(shì),并在D4處達(dá)最大值;在X和T條件下,則呈先增后減的趨勢(shì),并在D3處達(dá)最大值。相同播種密度下,不同穗位粒質(zhì)量均表現(xiàn)為K和X優(yōu)于T。上述結(jié)果表明,K與X在播種密度水平較高時(shí)對(duì)粒質(zhì)量的影響更顯著,這對(duì)于進(jìn)一步挖掘小麥產(chǎn)量潛力具有重要意義。
表3 不同處理下的不同穗位穗粒質(zhì)量Table 3 Spikelet mass of different spikelet positions under different treatments
由表4可知,播種密度和播種方式及其互作對(duì)產(chǎn)量和有效穗數(shù)的影響達(dá)顯著或極顯著水平,播種密度對(duì)穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量也有極顯著影響,而播種方式對(duì)穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量影響不顯著。相同播種方式下,隨播種密度的增加,產(chǎn)量、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均呈先減后增的趨勢(shì),產(chǎn)量、有效穗數(shù)均在D4處達(dá)到最大值。相同播種密度下,X的產(chǎn)量、有效穗數(shù)和穗粒數(shù)表現(xiàn)優(yōu)于K和T。在D4X處理,產(chǎn)量最高(10 062.83 kg/hm2),有效穗數(shù)也最高(687.33×104/hm-2),穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量也與最大值差異不顯著,說明穴播(X)配合高播種密度(D3、D4)可在增產(chǎn)的同時(shí)使產(chǎn)量構(gòu)成因素更加協(xié)調(diào)。
表4 不同處理下的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Table 4 Yield and yield component factors under different treatments
由表5可知,穗部結(jié)實(shí)特性對(duì)小麥產(chǎn)量有著重要影響。在所有穗部結(jié)實(shí)特性指標(biāo)中,與產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)的,從大到小分別是:下部穗粒質(zhì)量、下部結(jié)實(shí)小穗數(shù)、下部小穗結(jié)實(shí)率、中部穗粒質(zhì)量和單穗粒質(zhì)量;與有效穗數(shù)呈顯著正相關(guān)的是結(jié)實(shí)小穗數(shù);與穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)的,從大到小分別是:中部穗位小花數(shù)、下部穗位小花結(jié)實(shí)率、總小花數(shù)、下部穗位粒質(zhì)量,與穗粒數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)的是中部和上部穗位小花數(shù);與千粒質(zhì)量呈顯著負(fù)相關(guān)的是上部穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)及其結(jié)實(shí)率。此外,上部穗位結(jié)實(shí)特性指標(biāo)與產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成要素基本呈負(fù)相關(guān),下部穗位結(jié)實(shí)特性指標(biāo)與產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成要素基本呈正相關(guān),說明可以從提高下部穗位結(jié)實(shí)特性入手,從而提高產(chǎn)量。
表5 穗部結(jié)實(shí)特性與產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的相關(guān)性Table 5 Correlation between spikelet setting characters and yield and its components
小麥群體結(jié)構(gòu)和功能是小麥產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)[16],合理的播種方式和播種密度能夠創(chuàng)建合理的群體結(jié)構(gòu),促進(jìn)小麥群體與個(gè)體協(xié)調(diào)發(fā)展[17]。安霞等[18]研究發(fā)現(xiàn)小麥群體總莖數(shù)在整個(gè)生育期內(nèi)表現(xiàn)為先增后減的趨勢(shì),并于返青期達(dá)最大值,本試驗(yàn)結(jié)果與此表現(xiàn)一致。播種密度顯著影響小麥群體莖蘗消長[19],有研究表明,隨播種密度的增加,基本苗數(shù)、高峰分蘗數(shù)、有效穗數(shù)均增加,但當(dāng)播種密度過大時(shí),基本苗過多,無效分蘗增多,群體競(jìng)爭激烈,最終會(huì)導(dǎo)致成穗率降低。在本試驗(yàn)中,播種密度對(duì)苗期總莖數(shù)、收獲期總莖數(shù)有顯著影響,苗期、返青期、收獲期總莖數(shù)均隨著播種密度的增加而增加,其中,返青期總莖數(shù)在D4處略微下降,與羊彬等[20]研究結(jié)果一致。石玉華等[21]研究發(fā)現(xiàn),寬幅播在越冬前、拔節(jié)前以及成熟期的單株和群體分蘗數(shù)、成穗數(shù)均顯著高于條播;條播小麥的單位面積莖蘗數(shù)和最高分蘗數(shù)大于穴播[22]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),不同播種方式間,基本苗數(shù)表現(xiàn)為:X>K>T,返青期和收獲期總莖數(shù)均表現(xiàn)為:T>X>K,與前人研究[21-22]結(jié)果一致。
有研究表明穗部特性對(duì)小麥產(chǎn)量有重要作用[23-24],小麥穗粒數(shù)[13]、粒質(zhì)量[25]和品質(zhì)[26]等在不同穗位和粒位間均存在近中優(yōu)勢(shì)。本研究中,不同穗位結(jié)實(shí)小穗數(shù)、小穗結(jié)實(shí)率、小花數(shù)均呈:中部>上部>下部;而不同穗位小花結(jié)實(shí)率和粒質(zhì)量呈:中部>下部>上部,這與李豪圣等[12]的研究結(jié)果一致,說明下部穗位小花結(jié)實(shí)率的提高可有效增加粒質(zhì)量。有研究發(fā)現(xiàn)播種密度對(duì)小穗和小花發(fā)育具有調(diào)控效應(yīng)[27],結(jié)實(shí)小穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒質(zhì)量[28]隨播種密度的增加而減少[29]。本研究結(jié)果表明,高播種密度(D3、D4)有利于不同穗位小穗和小花的發(fā)育,尤其是對(duì)下部穗位效果更加顯著。趙奇等[30]研究發(fā)現(xiàn)X的小穗數(shù)、結(jié)實(shí)小穗數(shù)、穗粒數(shù)、產(chǎn)量均高于T。本研究發(fā)現(xiàn),X和K在高密度(D3、D4)下更能夠發(fā)揮出改善不同穗位小穗和小花結(jié)實(shí)特性、提高穗粒質(zhì)量的優(yōu)勢(shì),尤其是下部穗位的穗粒質(zhì)量對(duì)播種密度和播種方式的改變更敏感,這與賀明榮等[31]研究的結(jié)論相似。因此,增加播種密度,利用X或K播種方式,改善下部穗位和上部穗位小穗、小花結(jié)實(shí)特性,進(jìn)而提高粒質(zhì)量,對(duì)進(jìn)一步挖掘小麥超高產(chǎn)潛力十分重要。
小麥產(chǎn)量構(gòu)成三要素中對(duì)于產(chǎn)量進(jìn)一步提升貢獻(xiàn)最重大的因素是穗粒數(shù)[32]。播種密度對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成和產(chǎn)量均有影響,但影響程度隨環(huán)境而異[33]。本研究中,隨播種密度的增加,產(chǎn)量、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量均呈先減后增的趨勢(shì),產(chǎn)量、有效穗數(shù)均在D4達(dá)到最大;不同播種方式間,X的產(chǎn)量、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)大于K和T,說明X配合高播種密度(D3、D4)可在增產(chǎn)的同時(shí)使產(chǎn)量構(gòu)成因素更加協(xié)調(diào)。就產(chǎn)量構(gòu)成因素來說,播種密度和播種方式對(duì)千粒質(zhì)量的調(diào)控效應(yīng)小于對(duì)穗粒數(shù)和有效穗數(shù)的調(diào)控效應(yīng),這與邵玉偉等[34]和Twizerimana等[35]的研究結(jié)果相似。閆雪等[36]指出小穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒質(zhì)量之間相互影響,生產(chǎn)上不能僅依靠一個(gè)性狀來增加產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明,穗部結(jié)實(shí)特性對(duì)小麥產(chǎn)量有著重要影響,上部穗位結(jié)實(shí)特性指標(biāo)與產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成要素基本呈負(fù)相關(guān),下部穗位結(jié)實(shí)特性指標(biāo)與產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成要素基本呈正相關(guān),因此,未來可以從提高下部穗位結(jié)實(shí)特性入手,從而提高產(chǎn)量。
由于本試驗(yàn)僅對(duì)一個(gè)品種的冬小麥進(jìn)行了分析研究,而前人研究[12]結(jié)果表明不同品種間穗部特征存在差異,因此,本試驗(yàn)的結(jié)論是否具有普遍性,未來仍需要進(jìn)一步在多種類型小麥品種間進(jìn)行驗(yàn)證。
播種密度和播種方式對(duì)小麥產(chǎn)量和不同穗位結(jié)實(shí)特性有重要影響。在小麥高產(chǎn)栽培中,適當(dāng)?shù)母卟シN密度(187.5~225 kg/hm2),配合穴播或?qū)挿?,?duì)增產(chǎn)和改善不同穗位結(jié)實(shí)特性具有積極作用,尤其是對(duì)下部穗位促進(jìn)作用更顯著,這對(duì)實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)具有重要的理論指導(dǎo)意義。