播量對秸稈帶狀覆蓋冬小麥干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及耗水特性的影響

周翔，柴守璽，黃彩霞,2，楊長剛，程宏波，常磊，王燕培

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州　730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,甘肅 蘭州　730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,甘肅 蘭州　730030)

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播量對秸稈帶狀覆蓋冬小麥干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及耗水特性的影響

周翔1，柴守璽1，黃彩霞1,2，楊長剛1，程宏波3，常磊1，王燕培1

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州730070；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院,甘肅 蘭州730070；3.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)技術(shù)學(xué)院,甘肅 蘭州730030)

摘要：【目的】 探究西北黃土高原半干旱雨養(yǎng)條件下秸稈帶狀覆蓋技術(shù)種植冬小麥的適宜播量.【方法】 于2013～2014年生長季研究了秸稈帶狀覆蓋種植下不同播量(T1：150 kg/hm2、T2：187.5 kg/hm2、T3：225 kg/hm2、T4：262.5 kg/hm2、T5：300 kg/hm2)對冬小麥干物質(zhì)積累與分配、產(chǎn)量及耗水特性影響.【結(jié)果】 秸稈帶狀覆蓋種植下T5處理具有最高的籽粒產(chǎn)量，為4 067 kg/hm2，同時具有最高的WUE(12.1 kg/(hm2·mm).播量高低與產(chǎn)量構(gòu)成要素密切相關(guān).增加播量，單位面積穗數(shù)增加，但千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)降低，且T5與T1達(dá)到了極顯著水平(P<0.01).播量顯著影響花前、花后積累干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)，但花后的影響大于花前，且均以T5具有最高的籽粒貢獻(xiàn)率，說明無論冬小麥處于營養(yǎng)生長還是生殖生長，增加播量可促進(jìn)莖鞘、葉及穎殼+穗軸儲藏性光合產(chǎn)物向籽粒轉(zhuǎn)運.【結(jié)論】 500 kg/hm2為秸稈帶狀覆蓋種植技術(shù)下推薦播量.

關(guān)鍵詞：冬小麥；播量；秸稈帶狀覆蓋；干物質(zhì)

冬小麥?zhǔn)歉拭C中部的主要糧食作物.自然降水是該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最主要的可利用水資源，但由于降水量有限，且時空分布不均，降水與冬小麥生長需水錯位，同時受全球氣候干暖化影響，該區(qū)土壤干旱趨于加重，水資源不足已嚴(yán)重制約該區(qū)冬小麥生產(chǎn).覆蓋種植具有明顯的抑蒸保墑增產(chǎn)效應(yīng)[1]，已成為旱作農(nóng)業(yè)區(qū)廣泛使用的一項耕作技術(shù)，特別是秸稈覆蓋技術(shù)，因取材方便、環(huán)保、成本低等優(yōu)勢倍受關(guān)注.但秸稈覆蓋在積溫不足的西北地區(qū)因冬季秸稈覆蓋的降溫效應(yīng)[2]，推遲了春季小麥的生長發(fā)育，同時，白天降溫作用不利于根系吸收土壤水分、養(yǎng)分，而夜晚的增溫作用增加了根系呼吸消耗，對作物生長產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致最終減產(chǎn)[3-6].為了解決傳統(tǒng)秸稈覆蓋的保墑與降溫的矛盾限制，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院柴守璽教授[7]于2012～2014年主持研發(fā)了旱地秸稈帶狀覆蓋種植技術(shù)，該技術(shù)是一種利用玉米秸稈整桿進(jìn)行局部覆蓋、抗旱保墑的作物種植技術(shù)，即“種的地方不覆，覆的地方不種”，由此分為秸稈覆蓋帶和種植帶，播種帶寬度不超過兩帶總寬度的50%，兩帶相間排列.該技術(shù)于2013～2014年在甘肅省通渭縣、會寧縣進(jìn)行了試驗和示范種植，農(nóng)業(yè)部和甘肅省農(nóng)技推廣部門專家聯(lián)合對該技術(shù)在冬小麥和馬鈴薯的應(yīng)用種植進(jìn)行了現(xiàn)場實產(chǎn)驗收，增產(chǎn)效果顯著.

適宜播量是作物高產(chǎn)的重要栽培措施.研究結(jié)果表明，適宜播量可以緩解群體與個體的矛盾，建立合理群體結(jié)構(gòu)[8-9]，進(jìn)而提高產(chǎn)量[10-11].李尚中等[12]認(rèn)為適當(dāng)降低播量，有利于冬小麥籽粒產(chǎn)量和水分利用效率提高；高亞軍等[13]，張文斌等[14]卻認(rèn)為適當(dāng)增加小麥種植密度有利于提高旱地水分生產(chǎn)效率，提高作物產(chǎn)量.但劉俊梅等[15]等研究發(fā)現(xiàn)播量對干旱條件下秸稈覆蓋冬小麥產(chǎn)量沒有顯著影響.干物質(zhì)生產(chǎn)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，屈會娟等[16]，王婷等[17]認(rèn)為開花期和成熟期單莖干物質(zhì)均隨播種密度降低而增加；密度對各器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)移和分配也存在顯著影響.因此，研究秸稈帶狀覆蓋條件下冬小麥適宜播量，對于進(jìn)一步干旱半干旱區(qū)挖掘小麥高產(chǎn)潛力有重要的現(xiàn)實意義.

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2013年9月～2014年7月在甘肅省通渭縣常河鎮(zhèn)南河村進(jìn)行.該區(qū)為黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)典型地區(qū)，屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，海拔1 590 m，年平均氣溫7.4 ℃，年日照時數(shù)2 100～2 430 h，無霜期120～170 d，年降水量主要集中在7～9月3個月，年平均降水量為444.2 mm，年蒸發(fā)量大于1 500 mm，雨熱同期.供試土壤類型為：黃綿土，0～20 cm土層土壤容重為1.25 g/cm3，pH為8.36.試驗期間降水量如圖1所示.生育期有效降水主要集中在4～6月份，占總有效降雨量的49.7%，其余月份占總降水量50.3%.

圖1　2013～2014年度冬小麥生育期間降水量趨勢Fig.1　Trend of precipitation during 2013～2014 growingperiod of winter wheat

1.2試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個播量水平，分別為150(T1)、187.5(T2)、225(T3)、262.5(T4)、300(T5) kg/hm2，每個處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積72 m2(9 m×8 m).采用秸稈帶狀覆蓋技術(shù)種植，即播前7 d分秸稈覆蓋帶和種植帶，兩帶共60 cm，相間排列.秸稈覆蓋帶采用玉米整稈覆蓋，覆蓋量約52 500 株/hm2，折合秸稈量約9 000.0 kg/hm2，約等于1 hm2旱地玉米秸稈量.覆蓋時秸稈覆蓋帶與播種帶的2個邊行各留2～5 cm左右間距，以防止秸稈壓苗.每播種帶平作條播3行小麥，總寬度約27 cm，相應(yīng)預(yù)留覆蓋帶寬度約33 cm.供試材料為‘蘭天26’，于2013年9月19日播種，2014年7月6日收獲.播前普施純氮150 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2作為底肥，生育期不再追肥.其余田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锼揭恢?前茬為小麥.

1.3試驗測定內(nèi)容及方法

1.3.1土壤含水量測定在小麥播種期、出苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期及成熟期各小區(qū)分0～20、20～40、40～60、60～90、90～120、120～150、150～180、180～200 cm共8個土層，在種植行間鉆取土樣，用烘干法測定土壤含水量.

土壤含水量(%)=(土壤鮮質(zhì)量-土壤干質(zhì)量)/土壤干質(zhì)量×100%

1.3.2農(nóng)田耗水量和水分利用效率的計算農(nóng)田耗水量ET：ET=(W1-W2)+P，其中，ET為作物生育期耗水量(mm)，P為作物生育期≥5 mm有效降雨量(mm)，W1、W2分別為播前和收獲時的土壤貯水量(mm).

水分利用效率WUE：WUE(kg/(hm2·mm) =Y/ET.其中，Y為籽粒產(chǎn)量(kg/hm2)，ET為作物生育期耗水量(mm).

1.3.3干物質(zhì)積累與分配測定分別于苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期、成熟期取樣，每個處理取20株，3次重復(fù)，分籽粒、莖鞘、葉片、穎殼+穗軸4部分分別置105 ℃烘箱中殺青30 min，80 ℃烘干到恒質(zhì)量，冷卻后分別稱質(zhì)量.相關(guān)計算公式如下[1]：

營養(yǎng)器官開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量=開花期干物質(zhì)量-成熟期干物質(zhì)量；開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運率=開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/開花期干物質(zhì)量×100%；開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量對籽粒的貢獻(xiàn)率=開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干物質(zhì)量×100%；開花后干物質(zhì)積累量=成熟期籽粒干物質(zhì)量-開花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量.

1.3.4產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素測定完熟期，每小區(qū)種植帶邊行隨機(jī)選取20株，中間行隨機(jī)選取20株，共40株進(jìn)行常規(guī)考種，并結(jié)合實收測產(chǎn).

1.4數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013和SPSS 17.0軟件進(jìn)行計算和統(tǒng)計分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗.

2結(jié)果與分析

2.1播量對冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率(WUE)的影響

播量對冬小麥籽粒產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素均具有顯著的影響，增加播量，籽粒產(chǎn)量顯著增加(表1).在播量處理中，T5具有最高的籽粒產(chǎn)量，為4 067 kg/hm2，T1處理產(chǎn)量最低，為2 962.5 kg/hm2，二者相差1 104.5 kg/hm2.在產(chǎn)量構(gòu)成要素中，單位面積穗數(shù)隨著播量的增加而顯著增加，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量卻表現(xiàn)降低趨勢.WUE是衡量作物高效用水的重要指標(biāo).由表1可見，隨播量增加，冬小麥WUE亦增加，且T3、T4和T5的WUE顯著高于T1、T2.但T1與T2間、T3、T4與T5間均未達(dá)到顯著和極顯著水平.

表1　播量對冬小麥產(chǎn)量及水分利用效率(WUE)的影響

同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)；同列數(shù)據(jù)肩標(biāo)不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01).

2.2播量對冬小麥田土壤貯水及耗水特性的影響

由表2可以看出，不同播量對冬小麥生育階段及全生育期耗水量的影響明顯大于相應(yīng)土壤貯水量.出苗至開花期，各播量處理的耗水量依次為T3>T4>T5>T1>T2，但T3與T4、T5均未達(dá)到顯著水平，而與T1、T2達(dá)到了顯著水平；開花期至成熟期，各處理耗水量表現(xiàn)為T2>T4>T1>T5>T3，且處理間均達(dá)到了顯著和極顯著水平.可見，不同播量對冬小麥生育階段耗水量花后大于花前.在土壤貯水量上，不同播量處理花前土壤貯水量均高于花后，但不論花前、花后，T1和T5處理的土壤貯水量均保持較高水平，T2、T3、T4的土壤貯水量均相對較低，但播量對生育階段貯水量均無顯著性差異.全生育期土壤耗水量和貯水量結(jié)果顯示，播量過大或過小，均會降低冬小麥全生育期耗水量，提高土壤貯水量.

2.3播量對冬小麥干物質(zhì)積累與分配影響

2.3.1干物質(zhì)積累干物質(zhì)生產(chǎn)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ).從圖2可見，不同播量下，冬小麥干物質(zhì)積累隨生育時期推進(jìn)呈“慢-快-慢”的變化趨勢.具體來講，越冬期至拔節(jié)期單株干物質(zhì)積累速度較慢，拔節(jié)至抽穗期積累較快，隨后緩慢增長.至成熟期，不同播量處理單株干物質(zhì)積累總量表現(xiàn)為T1(5.27g/株)>T2(5.20 g/株)>T3(4.89 g/株)>T4(4.55 g/株)>T5(4.45 g/株)，表明增加播量不利于干物質(zhì)積累.

表2　播量對冬小麥田土壤貯水及耗水特性的影響

a：越冬期;b：返青期;c：拔節(jié)期;d：抽穗期;e：開花期;f：灌漿期;g：完熟期.圖2　播量對冬小麥干物質(zhì)積累量的影響Fig.2　Effects of sowing date on dry matter accumulation

2.3.2干物質(zhì)分配與轉(zhuǎn)運從成熟期單株干物質(zhì)積累與分配來看(表3)，不同播量處理中單株地上干物質(zhì)、籽粒、莖鞘、葉片、穎殼+穗軸干物質(zhì)均存在顯著和極顯著差異，但各處理單株地上干物質(zhì)與各器官間表現(xiàn)不一，總體來看，T1處理各指標(biāo)均較高，而其余處理各指標(biāo)無明顯規(guī)律.

播量還影響花前、花后儲存干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)率.從表4可見，不同播量花前、花后儲存干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)率分別為16.77 %～18.58 %和64.22%～69.67%，表明花后地上部干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)率明顯高于花前.不同播量處理花后地上部干物質(zhì)向籽粒的貢獻(xiàn)率依次為T5>T4>T3>T2>T1，但花前地上部干物質(zhì)向籽粒的貢獻(xiàn)率卻表現(xiàn)T5>T3>T1>T4>T2.說明無論冬小麥處于營養(yǎng)生長還是生殖生長，增加播量可促進(jìn)莖鞘、葉及穎殼+穗軸儲藏性光合產(chǎn)物向籽粒轉(zhuǎn)運.

3結(jié)論與討論

適宜播量是獲得高產(chǎn)的重要栽培措施.本試驗研究表明，秸稈帶狀覆蓋條件下播量在 150～300 kg/hm2范圍內(nèi)，增加播量可顯著提高冬小麥產(chǎn)量，且以播量為300 kg/hm2處理的產(chǎn)量最高，為4 067.0 kg/hm2.150 kg/hm2處理產(chǎn)量最低，為 2 962.5 kg/hm2.播量對冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響研究表明，隨著播量增加，單位面積穗數(shù)顯著增加，穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量卻均顯著減少，這與朱翠林[18]等研究結(jié)論一致.水分利用效率WUE是衡量作物高效用水的重要指標(biāo).本研究中，高播量處理(T3、T4、T5)的WUE顯著高于(T1、T2)；柴守璽等[19]在河西灌區(qū)研究了種植密度對冬小麥WUE影響，結(jié)果表明，隨著種植密度增加，WUE先升后降；王同朝等[20]對比了不同行距配置條件下種植密度對WUE的影響，結(jié)果表明，冬小麥的WUE受種植密度的影響隨栽培措施條件改變而改變.因此，秸稈帶狀覆蓋條件下適宜增加播量可提高冬小麥產(chǎn)量和水分利用效率.

表3　播量對冬小麥單株成熟期干物質(zhì)積累與分配的影響

表4　不同播量處理對干物質(zhì)轉(zhuǎn)運的影響

冬小麥土壤貯水量和耗水量與種植方式和群體密度均有密切關(guān)系.本試驗研究表明，播量過大或過小，均會降低冬小麥全生育期耗水量，提高土壤貯水量.在冬小麥整個試驗期間，前期降水過多，后期降水偏少，冬小麥不同生育期需水量與同期降水量嚴(yán)重不協(xié)調(diào).出苗～開花期降水量為99.57 mm，占總降水量的67.69%，此時高播量處理對應(yīng)的耗水量越多，開花至成熟期是小麥生長發(fā)育和籽粒灌漿形成重要時期，對水分需求較高，但前期高播量耗水較多，導(dǎo)致后期稀少的降水無法滿足植株和棵間蒸發(fā)的耗水需求，從而表現(xiàn)為開花前的耗水高于開花后.

籽粒產(chǎn)量隨干物質(zhì)增加而增加，即干物質(zhì)積累越多，籽粒產(chǎn)量也就越高[21-22]..本研究表明，不同播量單株干物質(zhì)積累量呈“慢-快-慢”的增長趨勢，且隨播量增加，單株干物質(zhì)積累量亦增加，這與胡煥煥[23]的研究一致，但師日鵬[24]等研究表明個體干物質(zhì)累積量隨種植密度的增加呈降低趨勢，這可能與不同栽培措施條件有關(guān).

小麥籽粒產(chǎn)量是由生育期內(nèi)物質(zhì)的積累分配與轉(zhuǎn)移特性所決定[25-26].小麥籽粒產(chǎn)量的形成主要來自開花前貯藏物質(zhì)的轉(zhuǎn)運和開花后功能葉片的光合產(chǎn)物積累，與干物質(zhì)其積累、分配及運轉(zhuǎn)密切相關(guān)[27].研究結(jié)果表明，花后干物質(zhì)轉(zhuǎn)移對籽粒增產(chǎn)的貢獻(xiàn)較大，是籽粒增產(chǎn)的主要來源[28].隨密度增加，莖鞘干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)移率和貢獻(xiàn)率增加，而葉片則有降低的趨勢[29].本試驗結(jié)果表明，不同播量花后儲存干物質(zhì)對籽粒的貢獻(xiàn)率高于花前，不同播量處理花后地上部干物質(zhì)向籽粒的貢獻(xiàn)率隨著播量增加而增加，即T5>T4>T3>T2>T1，說明無論冬小麥處于營養(yǎng)生長還是生殖生長，增加播量可促進(jìn)莖鞘、葉及穎殼+穗軸儲藏性光合產(chǎn)物向籽粒轉(zhuǎn)運，進(jìn)而提高產(chǎn)量.

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(責(zé)任編輯李辛)

Effects of sowing rate on dry matter accumulation and distribution,grain yield of winter wheat and soil water consumption under strip mulch straw

ZHOU Xiang1,CHAI Shou-xi1,HUANG Cai-xia1,2,YANG Chang-gang1,CHENG Hong-bo3,CHANG Lei1,WANG Yan-pei1

(1.College of Agronomy ,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.College of Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;3.College of Life Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

Abstract：【Objective】 This paper is aimed at discussing suitable sowing rate of winter wheat cultivated by strip mulch straw under rainfed condition in semi-arid region of northwest loess plateau.【Method】 Five sowing rates were designed under straw strip cover as T1(150 kg/hm2),T2(187.5 kg/hm2),T3(225 kg/hm2,T4(262.5 kg/hm2) and T5(300 kg/hm2) at growing season in 2013～2014 to research the effects of sowing rate on dry matter accumulation and distribution,yield and water consumption of winter wheat.【Result】 T5had the highest yield of winter wheat (4 067 kg/hm2) andWUE(12.1 kg/(hm2·mm)).Sowing rate was closely related to yield components.The number of spikes per unit area increased with increase of sowing rate with higher sowing date,while both 1000-grain weight and grain number decreased,and which was significantly different between T1and T5(P<0.01).Sowing rate markedly promoted dry matter translocation amount of vegetative organs to grains in winter wheat,which was more obvious before florescence than after florescence.T5had contribution to seeds from vegetative organs,which indicated that increasing sowing rate could promote dry matter translocation to seeds at the whole stage.【Conclusion】 Sowing rate under strip mulch straw is 500 kg/hm2over the field.

Key words：winter wheat；sowing rate；strip mulch straw；dry matter

通信作者：柴守璽，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事小麥栽培育種和生態(tài)生理研究.E-mail：sxchai@126.com

基金項目：公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(20130314)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(CARS-3-2-49)

收稿日期：2015-03-02；修回日期：2015-04-13

中圖分類號：S 512.1+1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1003-4315(2016)03-0031-06

第一作者：周翔(1987-)，男，碩士研究生，研究方向為作物栽培學(xué)與耕作學(xué).E-mail：634603113@qq.com