種植方式對夏大豆鼓粒期葉片光合能力及籽粒灌漿特性的影響

陳傳信,唐江華,陳佳君，王 娜，符小文，杜孝敬，徐文修

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，新疆 烏魯木齊 830052；2. 新疆伊寧縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，新疆 伊犁 835100)

種植方式是協(xié)調(diào)高密度條件下個體通風受光條件及營養(yǎng)狀況并最終作用于產(chǎn)量的因素之一[1]。籽粒干物質(zhì)增加動態(tài)、灌漿速率、灌漿持續(xù)時間和最終粒重受到行距的影響[2]。魏珊珊等[3]認為，較于等行距處理，寬窄行種植改善冠層光照，提高葉片凈光合速率和群體葉面積指數(shù)，增強了籽粒灌漿能力。錢茂翔等[4]認為，寬窄行種植方式改善了薏苡群體結(jié)構(gòu)，提高葉片光合能力和籽粒灌漿能力。張雙利等[5]認為，小麥在寬窄行種植模式下籽粒灌漿速率較高，利于光合同化物向籽粒中轉(zhuǎn)化，庫端養(yǎng)分利用轉(zhuǎn)化較快。以往關(guān)于種植方式對灌漿特性的研究多集中在禾谷類作物，而關(guān)于種植方式對夏大豆灌漿特性的研究鮮有報道。大豆鼓粒期是決定其產(chǎn)量的關(guān)鍵時期[6]，在大豆植株的生長發(fā)育過程中，鼓粒期的籽粒干物質(zhì)積累狀況直接影響后期大豆產(chǎn)量的形成[7]。近年，隨著新疆氣候朝著暖濕方向變化[8]、熱量資源增加[9]，伊犁河谷地區(qū)氣溫增加明顯[10-12]，無霜期延長，麥后復(fù)種大豆呈擴大趨勢[13]。目前關(guān)于大豆的研究多集中在種植密度[14]、耕作方式[15、16]、水[17]、氮[18]、水氮耦合[19]等方面，而有關(guān)種植方式[20]的研究較少，尤其是關(guān)于種植方式對復(fù)播大豆籽粒灌漿特性的研究鮮有報道。為此，本試驗通過對不同種植方式復(fù)播大豆鼓粒期葉片光合能力、籽粒灌漿特性及產(chǎn)量的研究，為北疆復(fù)播大豆高產(chǎn)栽培選擇適宜的種植方式提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2016年7-11月在新疆伊寧縣農(nóng)業(yè)科技示范園進行。該區(qū)位于伊犁河谷中部，屬溫帶大陸性半干旱氣候，冬春溫暖濕潤，夏秋干燥較熱，晝夜溫差明顯，年平均日照時數(shù)2800～3000 h，年均降水量257 mm。全年無霜期169～175 d。0～30 cm土壤基礎(chǔ)肥力：有機質(zhì)12.56 g·kg-1，堿解氮94.8 mg·kg-1，速效磷18.6 mg·kg-1，速效鉀125 mg·kg-1，pH值8.2。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采取單因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計。前茬作物為冬小麥，供試大豆品種為黑河45號。在同一密度條件下，設(shè)置行距×株距分別為：30 cm×6 cm(A)、40 cm×4.5 cm(B)、60 cm×3 cm(C)、(15+30)cm×8 cm(D)、(15+15+60)cm×6 cm(E)五個處理，其中處理A、B、C為等行距設(shè)置，處理D、E為寬窄行設(shè)置。于2016年7月7日，按密度5.5× 105株·hm-2進行人工播種。小區(qū)面積為5 m×6 m，3次重復(fù)。灌溉方式為滴灌，全生育期滴水6次，共滴水4200 m3·hm-2，各處理均于開花期隨水滴施尿素150 kg·hm-2，其它田間管理措施同當?shù)卮筇铩?/p>

1.3 測定項目與方法

1.3.1 光合特性的測定 各小區(qū)于鼓粒期選取代表性植株4株，用TPS-2光合儀于晴天11∶00-13∶00測定倒三葉的胞間CO2(Ci)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、凈光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)。同時于各處理小區(qū)選取4株植株，采用打孔稱重法測定葉面積，并根據(jù)公式測定葉面積指數(shù)(LAI)及光合勢(LAD)。

1.3.2 籽粒灌漿速率的測定 在花期選擇長勢一致的植株掛牌標記，從灌漿后5 d開始取樣，每隔4 d取樣1次，每次各處理選取10株，每株人工脫粒。各處理籽?；靹?，隨機選出100粒，在105℃殺青0.5 h，80℃烘干至恒重，測定百粒重。

1.3.3 農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量測定 大豆成熟后，每小區(qū)選取長勢均勻一致的大豆連續(xù)10株進行室內(nèi)考種，測定大豆株高、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和百粒重等指標。著粒密度=單株粒數(shù)/株高。小區(qū)實收計產(chǎn)。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析及處理方法采用Microsoft Excel 2010處理數(shù)據(jù)，用Origin 8.5軟件制圖，用DPS 7.05 和SPSS 19.0統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植方式對復(fù)播大豆鼓粒期葉片光合特性的影響

由表1可以看出，不同處理鼓粒期光合特征參數(shù)產(chǎn)生差異。等行距處理的蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、凈光合速率(Pn)、葉面積指數(shù)(LAI)、光合勢(LAD)均表現(xiàn)為隨行距增大株距的減少而減少，但胞間CO2(Ci)則表現(xiàn)出相反的趨勢，說明縮小行距增大株距，增大了個體空間，植株分布均勻，減少植株間資源競爭，提高了植株的光合能力。比較寬窄行D、E處理可知，處理D的Tr、Gs、Pn、LAI、LAD均高于處理E，這說明處理D的光合能力優(yōu)于處理E。進一步比較等行距和寬窄行處理的各項光合特征參數(shù)可知，等行距各處理的光合特征參數(shù)與寬窄行各處理的均呈顯著差異，且寬窄行兩個處理的Tr、Gs、Pn、LAI、LAD的平均值比等行距處理的平均值分別增加了39.97%、36.36%、18.29%、16.22%、25.72%，這說明寬窄行較等行距種植方式更有利于植株光合能力的提高。

表1 不同處理鼓粒期光合特征參數(shù)

注：同列不同字母表示在0.05水平上差異顯著。下同。

Note: The different letters in the column mean significant differences at 0.05 level, the same as below.

2.2 種植方式對復(fù)播大豆百粒重的影響

如圖1，不同種植方式復(fù)播大豆籽粒干重變化趨勢相似，均表現(xiàn)出鼓粒后籽粒干重持續(xù)增長，灌漿前期(0～15d)速度緩慢，中期(15～25d)增長迅速，后期增長緩慢。不同種植方式處理間籽粒干物質(zhì)積累量產(chǎn)生差異。寬窄行的D和E處理的籽粒干物質(zhì)積累量均高于等行距處理，尤以寬窄行D處理的干物質(zhì)積累量最高。等行距處理間前期差異不顯著，中后期處理A略高于處理B，且均顯著高于處理C。說明適當縮小行距增大株距，可增加中后期籽粒干物質(zhì)積累量；而采用寬窄行種植更有利于籽粒灌漿速度的提高，促進粒重的增加。通過對不同處理復(fù)播大豆籽粒灌漿進程擬合Logistic方程可知(表2)，理論百粒重(K)值也表現(xiàn)出寬窄行處理高于等行距處理，植株分布均勻的種植方式可促進籽粒干物質(zhì)的積累。

2.3 種植方式對大豆籽粒灌漿特征參數(shù)的影響

由表3可知，不同灌漿階段籽粒干物質(zhì)積累量不同，各處理均以速增期籽粒干物質(zhì)積累量最大，且速增期灌漿速率最大，達到0.70～0.80 g·grain-1·d-1。

圖1 不同種植方式復(fù)播大豆百粒重的動態(tài)變化Fag.1 The dynamic change of 100-grain weight of summer soybean under different planting patterns

處理TreatmentY=k/(1+ae-bt)kab決定系數(shù)R2A14.39128.240.240.9934B14.23121.460.240.9949C13.31130.670.240.9942D16.3487.890.220.9943E15.81113.610.230.9945

不同處理條件下階段特征參數(shù)不同。等行距條件下，隨著行距縮小株距增大，復(fù)播大豆各階段籽粒干重、階段灌漿速率、最大灌漿速率、平均灌漿速率均有所增加，最大灌漿速率的出現(xiàn)時間有所延后。寬窄行處理的籽粒階段積累量、階段灌漿速率、最大灌漿速率、平均灌漿速率均高于等行距處理；寬窄行階段灌漿時間除漸增期略低于等行距外，速增期和緩增期的灌漿持續(xù)時間均高于等行距。說明在本試驗條件下，縮小行距加之寬窄行種植更有利于提高速增期籽粒干重，對籽粒灌漿進程的貢獻最大。

2.4 大豆與籽粒灌漿參數(shù)的關(guān)系

由表4可以看出，復(fù)播大豆粒重與T2、T3、T、R1、R2、R3、Rm和Rmean呈極顯著正相關(guān)，與T1呈極顯著負相關(guān)，與Tm無顯著相關(guān)性。T2、T3、T、R1、R2、R3、Rm、Rmean與T1極顯著負相關(guān)關(guān)系，而與Tm呈極顯著正相關(guān)。由此可見，復(fù)播大豆的平均灌漿速率、最大灌漿速率、灌漿持續(xù)期，尤其灌漿中后期的持續(xù)時間及階段灌漿速率的大小對復(fù)播大豆的粒重形成具有顯著的影響作用。因此，相對縮短復(fù)播大豆灌漿期T1的持續(xù)時間、延長T2、T3的持續(xù)時間、提高灌漿速率，對最終粒重的形成作用重大。

表3 不同處理對復(fù)播大豆籽粒灌漿階段特征參數(shù)的影響

注：T1：灌漿漸增期；T2：灌漿速增期；T3：灌漿緩增期；W1，W2，W3，R1，R2，R3分別代表T1，T2，T3的籽粒增重和灌漿速率；Tmax：最大灌漿速率出現(xiàn)時間；Rmax：最大灌漿速率；Rmean：平均灌漿速率。

Note:T1:seed-filling pyramid period;T2:seed-filling fast increase period;T3:seed-filling slowly increase period;W1,W2,W3,R1,R2,R3:mean weight increase of seed and seed-filling rate atT1,T2,T3;Tmax: days reaching the maximum seed-filling rate;Rmax: maximum seed-filling rate;Rmean: seed-filling rate.

表4 復(fù)播大豆灌漿參數(shù)與粒重的關(guān)系

注：*，**表示在0.05和0.01水平顯著。

Note:*,** mean significant at the 0.05 and 0.01 probability levels.

2.5 種植方式對大豆產(chǎn)量的影響

由表5可知，等行距處理的株高表現(xiàn)為隨行距縮小株距增大而增高的變化趨勢。寬窄行處理平均株高63.19 cm，比等行距處理平均株高高出10.74%；不同種植方式對復(fù)播大豆產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為寬窄行處理均高于等行距處理，且差異顯著，寬窄行處理的平均產(chǎn)量比等行距處理平均產(chǎn)量高出24.51%。進一步比較產(chǎn)量構(gòu)成因素可知，寬窄行處理的單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重均高于等行距處理，尤以寬窄行處理的單株粒重顯著高于等行距處理，高出1.15～2.55 g。進一步說明寬窄行處理的產(chǎn)量高于等行距處理，這主要來自于單株莢、粒和粒重的增加。著粒密度以寬窄行D最大為1.04粒/cm，但各處理間差異不明顯，可能是因為株高增加比例和單株粒數(shù)的增加比例不一致所導(dǎo)致的。

表5 大豆農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

3 討論與結(jié)論

適宜的種植方式是提高作物光合特性的重要措施[21]。本研究中不同種植方式復(fù)播大豆鼓粒期光合特性不同，等行距處理表現(xiàn)出適當縮行增加株距可促進植株光合能力的提高；寬窄行處理的光合特征值優(yōu)于等行距處理，尤以寬窄行處理D的光合能力最高，這與劉鐵東[22]和衛(wèi)麗[23]等寬窄行種植促進玉米葉片光合特性的提高結(jié)果基本一致。

光合能力的提高為籽粒干物質(zhì)的積累奠定了基礎(chǔ)。鼓粒期籽粒干物質(zhì)積累直接影響大豆的最終產(chǎn)量[24]，粒重大小取決于灌漿速率和灌漿持續(xù)時間[25]。本試驗中，等行距處理隨行距縮小株距增大，灌漿能力增強，籽粒干物質(zhì)增加，這與張露雁[2]等縮小行距改善了小麥的籽粒灌漿特性的結(jié)果一致。寬窄行處理的籽粒干物質(zhì)積累量明顯高于等行距處理，其中寬窄行處理的最大理論百粒重平均值較等行距處理的平均值增加15.01%，寬窄行處理的階段灌漿速率、灌漿持續(xù)時間優(yōu)于等行距處理，這與魏珊珊[3]等寬窄行種植增強了籽粒灌漿能力的研究結(jié)果一致。生產(chǎn)上應(yīng)通過調(diào)整種植方式，使群體通風透光良好，從而延長植株葉片的功能期，保證籽粒鼓粒充分。平均灌漿速率、最大灌漿速率、灌漿持續(xù)期顯著影響復(fù)播大豆粒重的形成。

籽粒干物質(zhì)的積累是形成產(chǎn)量的關(guān)鍵因素。種植方式不同的情況下，各處理產(chǎn)量產(chǎn)生差異。等行距條件下A處理產(chǎn)量最高較B處理、C處理分別增加8.76%和16.41%，說明縮小行距增大株距可以提高復(fù)播大豆產(chǎn)量，這可能是因為縮小行距增大株距使植株在鼓粒期保持較高的光合能力，進而提高籽粒灌漿特性，從而促進產(chǎn)量的增加，這與周勛波[26]等雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)條件下夏大豆隨行距變小產(chǎn)量增加的結(jié)果一致，但與韓秉進[27]等春大豆的株、行距越接近，產(chǎn)量越高的研究結(jié)果不同。這可能是由于種植方式、生態(tài)條件、品種特性的差異所導(dǎo)致。寬窄行處理的產(chǎn)量明顯高于等行距處理，以寬窄行處理D的產(chǎn)量最高，比等行距處理平均值增加26.00%，這與武志海[28]、劉鐵東[29]和梁熠[30]等人采用寬窄行種植方式，提高產(chǎn)量結(jié)果一致。寬窄行處理的平均單株莢數(shù)、平均單株粒數(shù)和平均單株粒重比等行距處理的平均值分別增加19.83%、12.83%、24.56%，這說明寬窄行處理產(chǎn)量的增加主要來自于單株莢粒數(shù)的提高。

本研究表明，不同種植方式下復(fù)播大豆鼓粒期光合能力及灌漿特征產(chǎn)生差異，影響到產(chǎn)量的形成。寬窄行處理提高了鼓粒期光合能力，改善了灌漿特性，促進了籽粒干物質(zhì)的積累，進而提高了產(chǎn)量。因此，在本試驗中，寬窄行種植方式是復(fù)播大豆高產(chǎn)栽培的有效措施。

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