株行距配置對寬幅播種小麥產(chǎn)量形成的影響

殷復(fù)偉，王文鑫，谷淑波，王 東

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)/作物生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271018; 2.泰安市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，山東泰安 271000)

小麥?zhǔn)侨蜃钪匾募Z食作物之一，全世界約有 35%的人口以小麥作為主食。同時(shí)小麥也是我國的三大糧食作物之一，在我國的口糧消費(fèi)總量中，小麥約占 43%左右，提高小麥單產(chǎn)對解決我國糧食安全問題意義重大。大穗型小麥品種穗粒數(shù)多，穗粒重高，但分蘗成穗率低，因而在生產(chǎn)上多采用縮小行距、加大播量等栽培措施，保持其強(qiáng)根系活力和高光合速率，以挖掘增產(chǎn)潛力[1]。不同播種方式下，小麥群體配置不同，增產(chǎn)潛力及其實(shí)現(xiàn)途徑也不相同。多穗型品種適應(yīng)性較強(qiáng)，生產(chǎn)中多采用寬窄行精量播種等技術(shù)實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、超高產(chǎn)，主要是因?yàn)樵诔弋a(chǎn)栽培條件下，多穗型品種產(chǎn)量相對穩(wěn)定，但受飽和穗數(shù)限制，其高產(chǎn)的關(guān)鍵是擴(kuò)大庫容、延緩衰老和增加粒重[2-4]。 前人創(chuàng)建的冬小麥精播高產(chǎn)栽培技術(shù)通過調(diào)整種植密度的大小，較好地協(xié)調(diào)了群體與個(gè)體的矛盾[5]。除種植密度外，種子在單位面積土地上的分布方式，如撒播、條播、穴播等亦對小麥個(gè)體發(fā)育和群體結(jié)構(gòu)有顯著影響。董慶裕等[6]2011年研發(fā)的小麥寬幅播種機(jī)，改密集條播(苗帶寬3 cm)為寬幅精播(苗帶寬6～10 cm)，擴(kuò)大了個(gè)體占地空間，并在一定程度上解決了傳統(tǒng)條播機(jī)下種不均勻、缺苗斷壟的問題，有顯著增產(chǎn)效果。而關(guān)于寬幅帶播種條件下株行距配置對小麥群體發(fā)育、產(chǎn)量形成的影響尚未見報(bào)道。本試驗(yàn)在大田生產(chǎn)條件下，選用高產(chǎn)冬小麥品種泰山28為研究對象，分別在3種密度(150×104、225×104和300×104株·hm-2)和3種行距(25、20和15 cm)下播種，形成不同株行距配置方式，獲得不同基本苗數(shù)，建立不同的群體結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)研究寬幅播種下株行距配置對小麥群體發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響，找到最優(yōu)寬幅播種的株行距配置，以期為冬小麥寬幅播種高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)與配套技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地生態(tài)條件

試驗(yàn)于2014-2015年度在山東省肥城市邊家院鎮(zhèn)南仇村(E116°88′，N35°98′)大田進(jìn)行。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性半濕潤季風(fēng)性氣候，雨熱同季，年平均氣溫13.6 ℃，年均降雨量為645.7 mm。試驗(yàn)田土壤類型均為壤土。前茬作物玉米收獲后秸稈全部還田。試驗(yàn)田播種前0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效鉀和速效磷含量分別為15 g·kg-1、0.10%、94.4 mg·kg-1、104.8 mg·kg-1和55.73 mg·kg-1，0～200 cm土壤容重、田間持水量見表1，生長季內(nèi)降水量見圖1。

表1 試驗(yàn)田播種前0～200 cm土層容重和田間持水量Table 1 Bulk density and field capacity content in 0-200 cm soil layer in experimental field before sowing

1.2 供試材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為高產(chǎn)冬小麥品種泰山28。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，其中種植密度為主區(qū)，設(shè)150×104株·hm-2(D150)、225×104株·hm-2(D225)和300×104株·hm-2(D300)3個(gè)水平；行距為副區(qū)，設(shè)15 cm(S15)、20 cm(S20)和25(S25)cm 3個(gè)水平。小麥采用寬幅精量播種，開溝排種器為苗帶寬度8 cm的圓盤機(jī)械，出苗后通過間苗的方式確定各處理的基本苗數(shù)。

小區(qū)面積為120 m2(30 m×4 m)，3次重復(fù)。播種前每公頃底施105 kg純氮、 150 kg P2O5和 150 kg K2O，拔節(jié)期每公頃追施135 kg純氮。氮肥為尿素(含N 46%)，磷肥為磷酸二銨(含P2O546%，N 18%)，鉀肥為氯化鉀(含K2O 60%)。于2014年10月11日播種，2015年6月15日收獲，其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

圖1 2014-2015年冬小麥生長季降雨量Fig.1 Precipitation during the growing season of winter wheat in 2014-2015

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 各生育時(shí)期群體變化動(dòng)態(tài)調(diào)查

在小麥越冬、返青、拔節(jié)、開花和成熟期，選取田間生長均勻處，采用1 m雙行法調(diào)查各小區(qū)小麥莖數(shù)。

1.3.2 干物質(zhì)積累與分配測定

在營養(yǎng)生長期(越冬、返青和拔節(jié)期)，每小區(qū)取30株長勢均勻的冬小麥，在生殖生長期(開花期和成熟期)每小區(qū)隨機(jī)取長勢一致的30個(gè)單莖。開花期樣品分為三部分(莖稈+葉鞘、葉片和穗)，成熟期樣品分為四部分(莖鞘、葉、穗軸+穎殼和籽粒)。取樣后，樣品置于105 ℃烘箱中殺青15 min，然后80 ℃烘至恒重。參照胡夢蕓等[7]的方法計(jì)算花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率、花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率、花后干物質(zhì)在籽粒中的分配量、花后干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率等相關(guān)指標(biāo)。

1.3.3 小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定

成熟期調(diào)查小麥穗粒數(shù)、千粒重、每公頃穗數(shù)，每個(gè)小區(qū)收獲3 m2脫粒，籽粒自然風(fēng)干至含水量為12.5%左右時(shí)稱重，并折算成公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)算，用DPS7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 株行距配置對小麥群體動(dòng)態(tài)變化的影響

2.1.1 小麥群體變化動(dòng)態(tài)

在不同處理?xiàng)l件下，冬小麥生育期內(nèi)群體數(shù)量均呈先升后降的變化趨勢，且均在拔節(jié)期達(dá)高峰值(表2)。在相同種植密度下，各生育時(shí)期冬小麥群體數(shù)量均隨種植行距的增加而下降；在同一行距下冬小麥群體數(shù)量隨種植密度的增加而增加。這說明通過設(shè)置行距和種植密度可對小麥群體大小進(jìn)行有效調(diào)節(jié)。

表2 不同處理對小麥群體動(dòng)態(tài)的影響Table 2 Effects of different treatments on dynamics of wheat population 104 stems·hm-2

2.1.2 單株分蘗成穗

各處理下小麥單株分蘗數(shù)隨生育進(jìn)程均呈先升后降的變化趨勢，在拔節(jié)期達(dá)高峰值(表3)。在同一種植密度條件下，各時(shí)期的單株分蘗數(shù)均表現(xiàn)為S15>S20>S25，基于拔節(jié)期分蘗數(shù)計(jì)算的分蘗成穗率則表現(xiàn)為S20>S15>S25；在相同行距下，單株分蘗數(shù)表現(xiàn)為D150> D225>D300，分蘗成穗率在D150與D225處理之間差異不顯著，但二者均顯著大于D300處理。這表明增加行距或種植密度均會(huì)降低單株分蘗能力和質(zhì)量。

表3 不同處理對小麥分蘗成穗的影響Table 3 Effects of different treatments on dynamics of wheat population

分蘗成穗率為成熟期單株穗數(shù)占拔節(jié)期單株分蘗數(shù)的百分率。

Tiller earing rate is the percentage of spike number per plant at maturity stage to tiller number per plant at jointing stage.

表4 不同處理對小麥群體干物質(zhì)積累量的影響Table 4 Effects of different treatments on dry matter accumulation amount in wheat population kg·hm-2

2.2 株行距配置對物質(zhì)積累的影響

2.2.1 干物質(zhì)積累動(dòng)態(tài)

冬小麥的群體干物質(zhì)積累量隨生育期推進(jìn)而增加，在越冬期至拔節(jié)期增長緩慢，拔節(jié)期至成熟期迅速增長(表4)。在相同種植密度條件下，越冬期的干物質(zhì)積累量均以S25處理最大，S15和S20處理間無顯著差異；返青期和拔節(jié)期均在S20和S25處理間無顯著差異，但均二處理顯著高于S15處理；而開花期和成熟期在低密度(D150)條件下，S20和S25處理間無顯著差異，二處理也是均顯著高于S15處理；在中高密度(D150和D300)條件下，S20處理最高，S25處理次之，S15處理最低。在相同行距下，干物質(zhì)積累量隨種植密度的增加而增加。

在同一種植密度條件下，增加行距對單株干物質(zhì)積累量具有明顯的促進(jìn)效應(yīng)；在S15條件下單株干物質(zhì)積累量隨著種植密度的增加而提高，在S20和S25條件下則表現(xiàn)為D225>D300>D150(表5)。由此表明合適的株行距才有利于植株個(gè)體的生長發(fā)育。

表5 不同處理對小麥單株干物質(zhì)積累量的影響Table 5 Effects of different treatments on dry matter accumulation per wheat plant g

2.2.2 成熟期干物質(zhì)分配

小麥成熟期不同器官干物質(zhì)分配量和分配比例均表現(xiàn)為籽粒>莖稈+葉鞘>穗軸+穎殼>葉，干物質(zhì)積累量在籽粒中的分配占總積累量的一半以上(表6)。在低密度條件下，隨著行距的增加，籽粒、莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼、葉中的干物質(zhì)分配量均呈升高趨勢，分配比例無顯著變化；而由20 cm行距增加至25 cm行距時(shí)，各器官干物質(zhì)積累量無顯著變化，分配比例在莖稈+葉鞘和穗軸+穎殼表現(xiàn)為降低趨勢，而在籽粒、葉片中均無顯著性變化。在中密度條件下，隨著行距的增加，各器官的干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為先增后降的趨勢；干物質(zhì)在籽粒中的分配比例以S15和S20處理最高。在高密度條件下，不同行距處理的干物質(zhì)在各器官中的分配量與中密度條件下基本一致，在籽粒中的分配比例以S20處理最高。在三種行距下，增加密度均有利于提高籽粒中干物質(zhì)分配量，在小和大行距下增加種植密度不利于提高籽粒的分配比例，在中行距下，增加密度有利于提高籽粒的分配比例。在三種種植密度條件下，S20處理成熟期籽粒干物質(zhì)分配量和分配比例均處于較高水平，有利于籽粒產(chǎn)量的提高。

表6 不同處理對小麥成熟期各器官干物質(zhì)分配的影響Table 6 Effects of different treatments on dry matter distribution in different organs at maturity stage of wheat

2.2.3 干物質(zhì)積累對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)

由表7可知，在低密度條件下，隨行距的增加，開花前營養(yǎng)器官貯藏的同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量表現(xiàn)為先升后無顯著變化，對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為先降后無顯著變化；開花后干物質(zhì)在籽粒中的積累量及對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為先升后無顯著變化趨勢。在中密度條件下，隨行距的降低開花前營養(yǎng)器官貯藏的同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量表現(xiàn)為先增后降，對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為先降而后增；花后干物質(zhì)在籽粒中的積累量及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為先增后降的變化趨勢。在高密度條件下，隨行距的增加，花前營養(yǎng)器官貯藏的同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量和開花后干物質(zhì)在籽粒中的積累量均以S20處理最高，而開花前營養(yǎng)器官貯藏的同化物對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率以S15處理最高，S20和S25處理間無顯著差異，開花后干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率以S20和S25處理最高，兩者無顯著差異。在S15和S20條件下，花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量和花后積累量均隨種植密度的增加而增加，而在S25下，花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量變化不明顯，花后積累量呈增加趨勢；花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的貢獻(xiàn)率在三種行距下隨種植密度的增加呈下降趨勢，而花后干物質(zhì)的貢獻(xiàn)率在S15下變化不明顯，在S20和S25條件下呈增加趨勢。由此可見，株行距合理配置對花前干物質(zhì)在花后向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)及花后干物質(zhì)的光合積累非常重要。綜合來看，在低中高密度條件下，S20處理開花前營養(yǎng)器官貯藏的同化物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量和開花后干物質(zhì)在籽粒中的積累量及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率均處于較高水平，有利于干物質(zhì)向籽粒中的分配，提高籽粒產(chǎn)量。

表7 不同處理對開花后干物質(zhì)同化量和營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)向籽粒再分配的影響Table 7 Effects of different treatments on photoassimilate translocation amount from vegetative organs to grain and its accumulation amount after anthesis

2.3 株行距配置對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

在同一種植密度條件下，隨著種植行距的增大，冬小麥穗數(shù)呈降低趨勢，穗粒數(shù)和千粒重呈增加趨勢；在相同行距下，隨著種植密度的增加， 穗數(shù)呈增加的趨勢，穗粒數(shù)和千粒重呈下降趨勢(表8)。隨著行距的增加，籽粒產(chǎn)量在低中密度條件下先增后降，在高密度條件下呈增加趨勢；在同一行距下，隨著種植密度的升高，籽粒產(chǎn)量呈現(xiàn)先升后降的趨勢。綜合來看，在D225+S20條件下小麥產(chǎn)量最高。

3 討 論

3.1 不同密度及行距配置對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

小麥分蘗成穗與多種因素密切相關(guān)。在大田生產(chǎn)中，采取合理的栽培措施，通過建立良好的群體結(jié)構(gòu)，保證產(chǎn)量三因素之間的協(xié)調(diào)，是提高產(chǎn)量的重要技術(shù)措施。研究表明，隨著播種密度的增大，分蘗成穗數(shù)有上升趨勢，但單株發(fā)育不良，甚至出現(xiàn)了主莖不成穗現(xiàn)象，而且穗粒數(shù)、千粒重向減少方向發(fā)展，致使產(chǎn)量不高。本研究亦發(fā)現(xiàn)，150萬株·hm-2密度下，穗數(shù)過少是導(dǎo)致其產(chǎn)量較低的主要原因，而隨著播量的增加，穗數(shù)先增加后無顯著變化；但當(dāng)配以適當(dāng)?shù)男芯鄷r(shí)，225萬株·hm-2密度下亦可達(dá)到300萬株·hm-2密度條件下的成穗數(shù)。在本試驗(yàn)條件下，同一密度水平下隨著行距的降低，穗粒數(shù)呈升高趨勢；但在行距相同的情況下，增加種植密度后穗粒數(shù)卻呈降低趨勢。從本試驗(yàn)結(jié)果可看出，隨密度和行距的增加，千粒重有下降趨勢。因此，合理的密度和行距配置是實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)的重要途徑。在本試驗(yàn)條件下，泰山28合理的密度及行距配置為225萬株·hm-2/20 cm、225萬株·hm-2/25 cm以及300萬株·hm-2/25 cm。

表8 不同處理對冬小麥籽粒產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 8 Effects of different treatments on grain yield components of winter wheat

3.2 不同密度及行距配置對冬小麥干物質(zhì)積累分配的影響

農(nóng)作物產(chǎn)量主要來自于光合產(chǎn)物的積累，既有花后同化又有花前積累干物質(zhì)的再分配。當(dāng)光合產(chǎn)物同化量較少時(shí)，光合產(chǎn)物的源供應(yīng)能力不足，或者光合產(chǎn)物向籽粒的流動(dòng)不暢，轉(zhuǎn)運(yùn)能力不足，均能導(dǎo)致干物質(zhì)的積累分配不能滿足植株生長發(fā)育所需，使籽粒發(fā)育受到影響，最終導(dǎo)致作物產(chǎn)量下降[8]。充足的干物質(zhì)積累是小麥籽粒產(chǎn)量最終形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。小麥合成的干物質(zhì)在營養(yǎng)生長階段主要用于形態(tài)建成，而后期積累干物質(zhì)以及再利用干物質(zhì)主要供應(yīng)籽粒生長發(fā)育，最終影響產(chǎn)量構(gòu)成[9]。高產(chǎn)條件下，小麥前期物干質(zhì)積累較多，后期干物質(zhì)積累強(qiáng)度較大，從而有較高的干物質(zhì)積累量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)。有學(xué)者認(rèn)為，相同密度下較窄的行距能夠增大葉面積和消光系數(shù)，在一定范圍內(nèi)，葉面積指數(shù)與光截獲量呈正相關(guān)，因此窄行距的光截獲能力要比寬行距高 25%～35%，株行距配置還可改善花后群體通風(fēng)透光條件[10-12]，隨著行距的加大，株距的縮小，冠層光截獲減少，透光率增大[13]。本研究表明，同一播種密度條件下，降低行距更有利于小麥干物質(zhì)的積累，但播種密度超過一定范圍時(shí)開花前后營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率不再增加，甚至有降低至趨勢。在本試驗(yàn)條件下，泰山28開花前后積累干物質(zhì)向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)量最高的種植密度及行距配置為225萬株·hm-2/15 cm。

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