張金汕 賈永紅 孫 鵬 劉 沖 王 歡 羅四維 石書兵*
(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,烏魯木齊 830052;2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院 奇臺(tái)麥類試驗(yàn)站,新疆 奇臺(tái) 831800)
小麥勻播種植是生產(chǎn)上的一項(xiàng)增產(chǎn)新技術(shù),與常規(guī)條播種植相比,勻播麥種的分布更均勻,更有利于小麥個(gè)體生長(zhǎng)和構(gòu)建合理群體,進(jìn)而達(dá)到高產(chǎn)[1]。趙廣才等[2]研究認(rèn)為,小麥勻播種植創(chuàng)造了單株?duì)I養(yǎng)均衡的條件,使幼苗個(gè)體對(duì)土壤營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)減小,有利于壯苗和優(yōu)勢(shì)蘗的形成。勻播小麥群體能均勻接受光照,群體光合效率較高,有助于干物質(zhì)積累和提高產(chǎn)量。郝德有等[3]研究表明,勻播麥苗疏密通過(guò)單株分蘗調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)群體均勻,改善群體的通風(fēng)透光性能,促進(jìn)對(duì)光熱資源的充分利用。張幸溫等[4]研究表明,勻播小麥的株距和播深一致,使小麥個(gè)體能夠充分有效利用土地農(nóng)田資源,提高了小麥有效分蘗數(shù),增加小麥產(chǎn)量。
氮是作物產(chǎn)量最重要的養(yǎng)分限制因子[5]。關(guān)于施氮對(duì)作物光合、干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、產(chǎn)量的影響,已有大量研究。一般認(rèn)為,適宜的種植密度下,增加施氮量可使小麥群體凈光合速率、干物質(zhì)積累及產(chǎn)量在0~300 kg/hm2呈增大趨勢(shì),但超過(guò)300 kg/hm2時(shí)反而下降[6-8]。施氮能促進(jìn)小麥的光合作用,主要體現(xiàn)在直接和間接影響2個(gè)方面,直接影響是提高小麥葉片葉綠素含量,增強(qiáng)光合作用及抗氧化酶活性,進(jìn)而提高光合速率,間接影響是通過(guò)增加小麥葉片數(shù)、增大葉面積和延緩葉片衰老從而增加光合有效面積[9]。由此可知,有效延緩葉片的衰老,促進(jìn)綠色葉片中光合產(chǎn)物持續(xù)地向籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn),是提高小麥產(chǎn)量的重要途徑[10],然而,勻播方式下關(guān)于施氮對(duì)小麥群體光合及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律的相關(guān)研究則鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究選用2個(gè)冬小麥品種,在不同種植方式下設(shè)5個(gè)施氮量處理,比較分析常規(guī)條播和勻播下小麥植株光合、干物質(zhì)積累和產(chǎn)量構(gòu)成的形成規(guī)律,旨在探究勻播小麥的增產(chǎn)機(jī)制,以期為新疆冬小麥勻播技術(shù)的推廣運(yùn)用提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)于2017—2018年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺(tái)麥類試驗(yàn)站(83°74′ E,43°98′ N)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤為灌溉灰漠土,試驗(yàn)前田間土壤肥力條件,見(jiàn)表1。播前施純磷(P2O5)150 kg/hm2。供試小麥品種為當(dāng)?shù)仄毡樵耘嗟摹露?2號(hào)’(‘XD 22’)和‘新冬46號(hào)’(‘XD 46’)。前茬作物為玉米。
表1 試驗(yàn)地土壤肥力條件Table 1 Soil fertility conditions of the trial site
采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì),設(shè)種植方式為主區(qū),共2個(gè)水平:勻播(UN),常規(guī)條播(DR);裂區(qū)為施氮量(N),共5個(gè)水平:0(N0)、150(N150)、300(N300)、450(N450)和600 kg/hm2(N600)。氮肥用量按施尿素的量進(jìn)行,50%作為底肥施入,50%于拔節(jié)期施入(隨滴灌水施入),于分蘗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和蠟熟期進(jìn)行5次滴灌澆水,灌水總量為4 500 m3/hm2,其中當(dāng)?shù)厣a(chǎn)上尿素施用量為400~450 kg/hm2。種植密度為225萬(wàn)株/hm2,播種分為人工勻播(采用打孔排種板固定株距)和人工條播,勻播株間距6.67 cm,常規(guī)條播行長(zhǎng)5 m,行距20 cm,播深3~4 cm。試驗(yàn)小區(qū)為2 m×5 m=10 m2。其他管理措施同中產(chǎn)田一致。
1.2.1凈光合速率(Pn)的測(cè)定
于花后0、7、14和21 d,用英國(guó)Hansatech公司生產(chǎn)的TPS-2光合儀,在晴天11:00—13:00,測(cè)定小麥群體上、中和下部葉片凈光合速率(Pn),閉路系統(tǒng),LED光源,葉室CO2濃度為380 μmol/mol,光量子通量密度為1 200 μmol/(m2·s),葉片溫度為23~27 ℃,各處理選取掛牌標(biāo)記的植株5株,取平均值。
1.2.2干物質(zhì)和產(chǎn)量的測(cè)定
選取長(zhǎng)勢(shì)一致且同一天開(kāi)花的植株掛牌標(biāo)記,分別于開(kāi)花后0和35 d(成熟期)取15株樣,按莖鞘(莖稈+葉鞘)、葉片、籽粒、穗軸和穎殼等不同器官進(jìn)行分樣處理,于105 ℃殺青,80 ℃烘干至恒重,稱重法測(cè)定干物質(zhì)。成熟期選取10株樣室內(nèi)考種,并在各小區(qū)實(shí)收4 m2測(cè)產(chǎn)。干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)計(jì)算參照文獻(xiàn)[11-12]:
干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(TAA) =開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)重-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)重;
干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率(TAR)=(開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)-成熟期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì))/開(kāi)花期營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)×100%。
用Excel 2007和DPS 7.05統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。
2.1.1對(duì)冬小麥分蘗成穗的影響
由表2可知,施氮量對(duì)單株成穗率無(wú)規(guī)律性影響。隨著施氮量增大,‘新冬22號(hào)’單株莖數(shù)、單株成穗數(shù)均增大,‘新冬46號(hào)’單株莖數(shù)增大,而單株成穗數(shù)表現(xiàn)為先增大后減小。與DR相比,UN方式下‘新冬22號(hào)’和‘新冬46號(hào)’單株莖數(shù)分別提高10.18%和30.19%(P<0.05);單株成穗數(shù)分別增高5.88%和17.25%(P>0.05)。‘新冬22號(hào)’單株成穗率UN比DR低0.10%(P>0.05),而‘新冬46號(hào)’UN比DR高13.67%(P>0.05)。綜上,勻播方式和一定范圍內(nèi)增施氮肥都能顯著提高小麥單株莖數(shù)和單株成穗數(shù),但對(duì)單株成穗率無(wú)顯著影響。
表2 不同播種方式和施氮量下冬小麥的分蘗成穗情況Table 2 Second tillers of winter wheat under different planting patterns and N application treatments
2.1.2對(duì)冬小麥葉面積指數(shù)的影響
由圖1可知,不同生育時(shí)期,播種方式和施氮量對(duì)小麥群體上、中和下部葉的影響不同。隨著施氮量增大,不同播種方式下各冠層葉面積指數(shù)均呈增大趨勢(shì)。播種方式對(duì)葉面積指數(shù)影響顯著,與DR相比,在開(kāi)花期和灌漿期,UN處理的‘新冬22號(hào)’上部葉葉面積指數(shù)分別提高1.59%和0.58%,中部葉分別提高2.58%和3.38%,下部葉分別提高 5.99% 和11.02%;‘新冬46號(hào)’在開(kāi)花期和灌漿期,上部葉葉面積指數(shù)UN處理比DR高5.99%和11.02%,中部葉分別高6.06%和11.21%,下部葉分別高4.60%和5.64%。綜上,增施氮肥和勻播方式均能增加小麥群體葉面積指數(shù),且勻播方式對(duì)小麥灌漿期葉面積指數(shù)的影響顯著。
圖1 不同播種方式和施氮量下冬小麥群體不同冠層葉面積指數(shù)的變化Fig.1 Change of leaf area index of winter wheat under different planting patterns and N application treatments
由表3可知,隨著施氮量增加,‘新冬22號(hào)’和‘新冬46號(hào)’不同冠層葉片在不同播種方式和生育時(shí)期,葉片Pn均表現(xiàn)為先增大后減??;在2種播種方式下,小麥的上、中和下部葉Pn均于N450處理達(dá)到最大。
‘新冬22號(hào)’的上部葉片Pn在N0、N150、N300、N450和N600處理下,UN比DR分別高5.75%、5.73%、5.53%、5.16%和1.33%,中部葉分別高4.84%、16.79%、2.56%、8.33%和11.31%,下部葉分別高20.18%、9.32%、3.19%、9.22%和27.95%。
‘新冬46號(hào)’上部葉片Pn在N0,N150,N300,N450和N600處理下,UN比DR分別高7.74%、4.74%、1.60%、5.95%和17.09%,中部葉在N0和N600處理下分別下降0.45%和2.78%,而在N150、N300和N450處理下,分別增大8.11%、13.16%和20.86%,下部葉分別比DR高19.96%、3.83%、16.20%、21.53%和5.64%。綜上,勻播方式能顯著提高葉片Pn,且對(duì)不同冠層的影響由大到小為下部>中部>上部。
2.3.1對(duì)冬小麥成熟期干物質(zhì)分配比例的影響
由表4可知,施氮量對(duì)成熟期小麥莖稈干物質(zhì)占全株干物質(zhì)的比例無(wú)顯著影響,而葉片干物質(zhì)比例、穗軸及穎殼干物質(zhì)比例因品種和種植方式的不同而差異顯著。其中,施氮量對(duì)‘新冬22號(hào)’干物質(zhì)在葉片中的分配比例無(wú)顯著影響,但對(duì)‘新冬46號(hào)’有顯著影響;隨著施氮量的增高,‘新冬22號(hào)’干物質(zhì)在籽粒中的分配比例呈增高趨勢(shì),而對(duì)‘新冬46號(hào)’無(wú)顯著影響。
表4 不同播種方式和施氮量下冬小麥成熟期干物質(zhì)在不同器官中分配的比例Table 5 Dry matter percentage in different varieties of winter wheat under differentplanting patterns and N application treatments %
播種方式對(duì)莖稈干物質(zhì)比例無(wú)顯著影響?!露?2號(hào)’成熟期葉片干物質(zhì)分配比例在不同播種方式下,無(wú)顯著影響,而‘新冬46號(hào)’在勻播方式下比條播平均高6.91%;‘新冬22號(hào)’穗軸+穎殼中的干物質(zhì)分配在勻播下比條播高7.79%,而‘新冬46號(hào)’則無(wú)顯著差異;‘新冬22號(hào)’籽粒中的干物質(zhì)分配比例在勻播方式下比條播高10.06%,但‘新冬46號(hào)’無(wú)顯著差異。
2.3.2對(duì)冬小麥花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響
由表5可知,‘新冬22號(hào)’莖鞘花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量在DR下,N600處理最大,UN下,N450處理最大;花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率在2種播種方式下,均是N600處理達(dá)到最大;葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量隨施氮量增大,在DR下先增大后下降,而轉(zhuǎn)運(yùn)率則無(wú)顯著差異;營(yíng)養(yǎng)器官總干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率均隨施氮量先增大后減小,且于N300處理下達(dá)到最大;與DR相比,UN的轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率分別高出34.22%和48.50%?!露?6號(hào)’莖鞘花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量與‘新冬22號(hào)’表現(xiàn)一致;花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率在2種播種方式下,則均于N450處理下達(dá)到最大;葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率均隨著施氮量的增加先增大后下降。施氮量對(duì)穗軸+穎殼的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)量影響不顯著。
UN顯著提高小麥植株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率?!露?2號(hào)’莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率UN比DR分別高30.89%和21.32%,葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率分別高19.23%和3.96%,穗軸+穎殼干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率分別高21.04%和8.61%。‘新冬46號(hào)’莖鞘的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率UN 比DR高5.27%和2.76%,葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量高9.43%,干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)率無(wú)顯著影響,穗軸+穎殼干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率則分別高8.57%和2.22%。綜上,在一定范圍內(nèi),提高施氮量可以提高小麥營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率,施氮量過(guò)度,則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。勻播方式能提高植株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率。
2.3.3對(duì)冬小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒貢獻(xiàn)的影響
由表6可知,施氮量和播種方式對(duì)植株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)的貢獻(xiàn)率均有顯著影響。2個(gè)品種在2種播種方式下,隨著施氮量增加,呈先增大后下降?!露?2號(hào)’葉片干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)隨施氮量增大先增大后下降,而對(duì)‘新冬46號(hào)’則無(wú)顯著影響。穗軸+穎殼的貢獻(xiàn)率隨施氮量不同無(wú)顯著變化?!露?2號(hào)’營(yíng)養(yǎng)器官對(duì)籽??傌暙I(xiàn)率隨施氮量先增大后下降,且2種方式下均于N300處理最大。不同播種方式對(duì)‘新冬22號(hào)’營(yíng)養(yǎng)器官總干物質(zhì)貢獻(xiàn)率有顯著影響,而對(duì)‘新冬46號(hào)’營(yíng)養(yǎng)器官總干物質(zhì)貢獻(xiàn)率無(wú)顯著影響。
表6 不同播種方式和施氮量下冬小麥花前貯藏物對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率Table 6 Contribution rate of pre-anthesis storage to grains of winter wheat under differentplanting patterns and N application treatments
2.3.4勻播和施氮量對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響
由表7可知,播種方式和施氮量對(duì)小麥穗數(shù)和產(chǎn)量構(gòu)成的影響均顯著。隨著施氮量增大,2個(gè)品種穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量均表現(xiàn)為先增加后減小。‘新冬22號(hào)’的穗數(shù)在2種播種方式下均于N300水平下達(dá)到最大,‘新冬46號(hào)’在2種播種方式下表現(xiàn)不同,DR于N150水平達(dá)到最大,而UN在N300水平最大。2個(gè)品種穗粒數(shù)均于N450水平下達(dá)到最大?!露?2號(hào)’的千粒重在DR下表現(xiàn)為增加趨勢(shì),UN下表現(xiàn)為先增加后下降的趨勢(shì),‘新冬46號(hào)’在2種播種方式下均表現(xiàn)為先增加后下降。
表7 不同播種方式和施氮量下冬小麥的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成Table 7 Yield and its components of winter wheat under different planting patterns and N application treatments
‘新冬22號(hào)’的產(chǎn)量在DR下于N450水平下達(dá)到最大,‘新冬46號(hào)’在2種播種方式下,均于N300水平下達(dá)到最大。與DR相比,UN顯著提高小麥成穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量,而千粒重表現(xiàn)為下降,其中,‘新冬22號(hào)’和‘新冬46號(hào)’在不同施氮水平下,穗數(shù)平均顯著提高7.01%和12.86%;UN下‘新冬22號(hào)’的穗粒數(shù)平均增加7.75%,‘新冬46號(hào)’增加1.68%。在N0、N150、N300、N450和N600水平下,‘新冬22號(hào)’的產(chǎn)量UN比DR分別提高11.79%、5.36%、4.55%、5.24%和8.73%;‘新冬46號(hào)’則分別提高10.98%、7.07%、14.81%、14.55%和16.10%。這表明,在一定范圍內(nèi)增施氮肥可以提高冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成,而勻播則主要是通過(guò)增加小麥穗數(shù)進(jìn)而增加產(chǎn)量。
小麥植株較高的干物質(zhì)積累是小麥高產(chǎn)的前提[13]。播種方式可以改變小麥群體的通風(fēng)、透光狀況,尤其能改變植株下部葉片的光合能力,進(jìn)而改變小麥生物產(chǎn)量[14]。De Bruin等[15]和Jost等[16]研究表明,農(nóng)作物產(chǎn)量與播種方式密切相關(guān),優(yōu)化作物空間布局和冠層結(jié)構(gòu),能提高群體光合效率,有利于提高單產(chǎn)。氮素對(duì)光合和產(chǎn)量形成有重要影響[17]。研究表明,增大施氮量,小麥葉片的葉綠素含量提高,旗葉光合性能得到改善,可有效延長(zhǎng)其綠色葉面積持續(xù)時(shí)間,進(jìn)而有利于提高灌漿中、后期旗葉的光合速率[18-19]。
本研究表明,施氮量和勻播都能顯著提高小麥單株莖數(shù)和單株成穗數(shù)。這可能是由于勻播方式下氮肥在土壤中分布均勻,吸收也較均勻緩慢,不但滿足了小麥生育前期的氮素需求,也為后期提供一定量的氮需求。研究還表明,施氮和勻播均提高群體葉面積指數(shù),尤其生育后期,勻播方式主要增大群體中、下部的葉面積指數(shù),這一結(jié)果主要由于勻播小麥群體結(jié)構(gòu)更合理,改善群體微環(huán)境,延長(zhǎng)中、下部葉的衰老,且條播方式下,行內(nèi)和行間的透光差異較大,行內(nèi)透光弱,行間透光強(qiáng),而太弱或太強(qiáng)的光照均不利于葉綠素的生物合成,勻播方式小麥植株透光均勻,這可能是導(dǎo)致勻播小麥葉綠素含量提高的原因之一。
Wang等[20]研究表明,在常規(guī)條播種植方式下,因株距過(guò)小,常造成小麥個(gè)體發(fā)育不良、田間通風(fēng)透光條件差、資源利用率低和病蟲滋生的現(xiàn)象,進(jìn)而影響產(chǎn)量。孫運(yùn)紅等[21]研究發(fā)現(xiàn),小麥?zhǔn)┑吭?~240 kg/hm2時(shí),隨施氮量增加干物質(zhì)積累增加。葉優(yōu)良等[13]認(rèn)為,隨著施氮增加,對(duì)小麥葉片、莖鞘花前貯存干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)運(yùn)量呈增加趨勢(shì),其轉(zhuǎn)運(yùn)率和對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率表現(xiàn)相同的變化規(guī)律。王月福等[12]研究認(rèn)為,隨施氮量的增加,開(kāi)花后營(yíng)養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為先增大后下降,且于180 kg/hm2時(shí)達(dá)最大。史力超等[22]研究表明,在滴灌條件下,增施適量的氮肥有利于小麥干物質(zhì)的積累及其向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。本研究表明,在一定的范圍內(nèi),增加施氮量有利于小麥莖鞘、葉片干物質(zhì)的積累,同時(shí),可以提高小麥營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、轉(zhuǎn)運(yùn)率和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率;施氮量過(guò)度,則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。與條播相比較,勻播方式增大了小麥葉片干物質(zhì)的積累,尤其是能提高群體抽穗和開(kāi)花期葉片、穗軸+穎殼的干物質(zhì)的積累,且能提高植株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率。而勻播方式下,群體中下部葉的衰老延長(zhǎng),光合增強(qiáng),因此,植株?duì)I養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率提高可能是合理的群體結(jié)構(gòu)改變了不同冠層葉片干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)比例。今后,可進(jìn)一步研究勻播方式下,群體上、中和下部葉干物質(zhì)的積累、分配和轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律。
一定范圍內(nèi)增施氮素能提高冬小麥單株莖數(shù)、單株成穗數(shù),不同冠層葉片Pn均成先增大后下降,增加了小麥莖鞘、葉片干物質(zhì)的積累,同時(shí)提高小麥營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和轉(zhuǎn)運(yùn)率,施氮量過(guò)度,則呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。勻播方式改善了群體結(jié)構(gòu),提高群體中、下部的光合特性,促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)器官干物質(zhì)積累和向籽粒中的轉(zhuǎn)移,尤其提高群體穗數(shù),進(jìn)而提高產(chǎn)量,且本試驗(yàn)條件下,勻播方式施氮量為300~450 kg/hm2效果最佳。
中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)2021年7期