小麥玉米一體化群體配置對小麥冠層結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量影響

熊淑萍，孟香蘋，王小純，馬新明，張 捷，魏欽欽，劉 洋

(1.河南糧食作物協(xié)同創(chuàng)新中心，河南鄭州 450046；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河南鄭州 450046；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南鄭州 450002)

黃淮海地區(qū)是中國重要的糧食主產(chǎn)區(qū)，占全國糧食播種面積的33%，糧食產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的35%，主要以冬小麥-夏玉米一年兩熟復(fù)種模式為主，采用麥后玉米免耕直播耕作方式[1-2]。通過增加種植密度、縮小行距來提高單位面積穗數(shù)，是冬小麥高產(chǎn)的重要途徑之一[3-4]。然而，冬小麥行距的縮小常造成后茬夏玉米機(jī)械化播種和出苗困難，使播種和出苗質(zhì)量下降。同時，不當(dāng)?shù)男芯嗪筒シN量的配置也會造成小麥冠層結(jié)構(gòu)不良，影響籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)[5-8]。針對小麥行距與播種量的配置模式，前人研究較多[9-11]。研究表明，在行距15～25 cm范圍內(nèi)，隨著行距的增大，小麥葉面積指數(shù)(LAI)呈減小趨勢，而冠層開度(DIFN)隨著行距的增大而增加，產(chǎn)量則以行距15 cm較高[12]；在基本苗相同的條件下，15.0～16.7 cm行距可以提高小麥穗數(shù)，產(chǎn)量高于寬行距處理[13]。薛盈文等[14]研究認(rèn)為，20 cm行距的小麥葉傾角(MTA)最大，而10 cm行距的LAI最大，產(chǎn)量最高。李世瑩等[15]也發(fā)現(xiàn)，在寬幅播種條件下，隨著帶間距的增大，小麥LAI、MTA降低。李娜娜等[16]的試驗結(jié)果顯示，小麥窄行寬株距可顯著提高孕穗期至花后7 d的LAI和群體凈光合速率。孫宏勇等[17]研究也表明，小麥LAI在拔節(jié)期以后隨著行距的增大而減小，7.5 cm行距處理最終實現(xiàn)高產(chǎn)。綜上所述，不同行距對小麥冠層結(jié)構(gòu)、光合性能及產(chǎn)量影響不同，但前人關(guān)于行距設(shè)置的

研究多關(guān)注于小麥單季高產(chǎn)潛力挖掘與開發(fā)，很少考慮小麥玉米一體化生產(chǎn)中小麥行距設(shè)置與玉米播種的協(xié)調(diào)關(guān)系。因此，本研究以協(xié)調(diào)小麥玉米一體化播種為出發(fā)點，以有利于玉米季播種為基礎(chǔ)，設(shè)置不同小麥行距方式與不同密度處理組合，篩選出小麥玉米一體化種植系統(tǒng)中有利于小麥高產(chǎn)的群體結(jié)構(gòu)配置模式，以期為小麥玉米一體化高產(chǎn)高效生產(chǎn)提供技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計與方法

試驗于2016-2017年在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)許昌校區(qū)進(jìn)行。土壤類型為壤土，其含有機(jī)質(zhì)17.78 g·kg-1、全氮1.31 g·kg-1、堿解氮51.15 mg·kg-1、速效磷7.60 mg·kg-1和速效鉀236.23 mg·kg-1。試驗以周麥27為材料，采用裂區(qū)設(shè)計。主區(qū)為行距，設(shè)20 cm-20 cm(R1)、12 cm-12 cm-12 cm-24 cm(R2)和13 cm-20 cm(R3)三種(圖1)；副區(qū)為播量，設(shè)120 kg·hm-2(S1)、157.5 kg·hm-2(S2)和195 kg·hm-2(S3)三個水平。小區(qū)面積為32 m2(4 m×8 m)，重復(fù)3次。每公頃施225 kg純氮、120 kg P2O5和120 kg K2O。其中，氮肥為尿素(46%)，基追比為5∶5；磷肥和鉀肥分別為過磷酸鈣(P2O5含量16%)和氯化鉀(K2O含量60%)，均在整地時底施。其他栽培管理措施均按照高產(chǎn)麥田進(jìn)行。

圖1 不同行距田間配置Fig.1 Different row spacing of field

1.2 測定項目與方法

1.2.1 葉綠素含量(SPAD)的測定

分別于孕穗期、開花期、花后10 d、花后20 d和花后30 d，每小區(qū)中隨機(jī)選取5株小麥，用日本生產(chǎn)的手持式葉綠素測定儀SPAD-502測定旗葉的SPAD值，每個葉片測定3次，取平均值。

1.2.2 LAI的測定

分別于越冬期、返青期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期、乳熟期，每小區(qū)選取10株具有代表性的小麥(R0和R2各取10株，R1分別取寬行及與之相鄰窄行各10株)，將其綠色葉片在105 ℃下殺青30 min， 80 ℃烘干至恒重。LAI采用干重法測定，即利用全部葉片的面積與部分葉片樣段面積之比等于全部葉片的干重與部分葉片干重之比的原理測定。

1.2.3 平均葉傾角(MTA)、冠層開度(DIFN)的測定

在測定LAI的同時，采用美國生產(chǎn)的LAI-2200 C冠層分析儀進(jìn)行測定，測定時，選擇冠層內(nèi)距地表5 cm，R2模式中分別在寬行和每四行中第二個窄行的不同位置，R3模式中分別在寬行及窄行不同位置，重復(fù)測量6次，儀器自動計算出MTA、DIFN。

1.2.4 凈光合速率(Pn)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2(Ci)、蒸騰速率(Tr)的測定

在測定LAI的時期，采用LI-6400便攜式光合作用測定儀(美國)在晴天的上午9:30-11:30，測定小麥旗葉Pn、Gs、Ci、Tr。測定時光照強(qiáng)度控制在1 000 μmol·m-2·s-1。

1.2.5 產(chǎn)量及其構(gòu)成的測定

小麥成熟期，選具代表性1 m雙行測定每小區(qū)穗數(shù)，其中R2模式始終分內(nèi)外行進(jìn)行單獨統(tǒng)計，然后取平均值，換算成每公頃穗數(shù)。隨機(jī)取10穗，統(tǒng)計穗粒數(shù)，取平均值作為最后觀察值。收獲期各小區(qū)收獲1 m2脫粒，風(fēng)干后測定千粒重和實際產(chǎn)量。每個小區(qū)3次重復(fù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

應(yīng)用IBM SPSS Statistics 21統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，利用Excel 2013進(jìn)行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 群體配置對小麥葉綠素含量(SPAD)及冠層結(jié)構(gòu)的影響

2.1.1 群體配置對小麥葉綠素含量(SPAD)的影響

從孕穗期至花后30 d，不同處理下小麥葉片SPAD值均呈先增后降的趨勢，其峰值多出現(xiàn)在開花期至花后10 d(表1)。在孕穗期和開花期，SPAD值均以R1S1處理最大；在相同行距配置下，SPAD值隨播量增大而下降，且在S1與S3處理間差異顯著；同一播量下，不同行距處理間差異較小，多數(shù)沒有達(dá)到0.05顯著水平。自花后10 d開始，R2S2處理的SPAD值高于其他處理；在相同行距配置下，播量間表現(xiàn)為S2>S3>S1，且差異顯著；行距間表現(xiàn)為R2最高?？梢姡后w結(jié)構(gòu)的配置對小麥SPAD值影響隨生育時期的變化而不同。

表1 不同群體配置對小麥SPAD值的影響Table 1 Effects of different row spacing and sowing rate on SPAD of wheat

2.1.2 群體配置對小麥LAI的影響

不同處理下小麥LAI均隨生育時期的推進(jìn)而逐漸降低(表2)。不同處理中，孕穗期LAI以R2S3處理最大；在相同行距配置下，LAI隨播量的增大而減?。辉谕徊チ肯?，LAI表現(xiàn)為R2>R3>R1，但不同處理間差異不顯著。孕穗期之后不同處理中以R2S2處理最大；在三種行距條件下，開花期表現(xiàn)為S2>S3>S1；而開花至花后30 d的LAI在R1條件下表現(xiàn)為S3>S2>S1，在R2和R3條件下均表現(xiàn)為S2>S3>S1；在相同播量下，LAI表現(xiàn)為R2>R3>R1。由此可見，小麥LAI對各生育時期的群體配置響應(yīng)不同。

表2 不同群體配置對小麥LAI的影響Table 2 Effects of different row spacing and sowing rate on LAI of wheat

2.1.3 群體配置對小麥葉傾角(MTA)的影響

從表3可以看出，從小麥孕穗期至花后30 d各處理的MTA均呈現(xiàn)先增后降的趨勢，并在花后10～20 d達(dá)到峰值。不同處理間，孕穗期R2S3處理最大，之后以R2S2處理最大；在相同行距條件下，MTA在孕穗期表現(xiàn)為S3>S2>S1，之后表現(xiàn)為S2>S3>S1；在相同播量下，孕穗期MTA不同行距處理間差異不顯著，之后R2處理最大，且在花后10～20 d與其他處理間差異顯著。

2.1.4 群體配置對小麥冠層開度(DIFN)的影響

從孕穗期至花后30 d，小麥DIFN均呈現(xiàn)先降后增的趨勢。不同處理間，各時期DIFN均以R1S1處理最大(表4)。相同行距配置下，播量間均以S1處理最大；在相同播量下， R1處理高于R2處理，并在花后20～30 d差異顯著，而R2與R3處理間差異較小。

表3 不同群體配置對小麥平均葉傾角(MTA)的影響Table 3 Effects of different row spacing and sowing rate on MTA of wheat °

2.2 群體配置對小麥光合性能的影響

2.2.1 群體配置對小麥凈光合速率(Pn)的影響

孕穗期至花后30 d，小麥葉片Pn逐漸降低(表5)。不同處理中，孕穗和開花期Pn以R1S1處理最大，但開花之后R2S2處理下降緩慢，一直高于其他處理。在相同行距配置下，孕穗和開花期Pn表現(xiàn)為S1>S2>S3，之后基本上S2處理最高，尤其是在花后20和30 d與其他處理間差異顯著；在播量S1和S3下，R1處理的Pn最高，但在播量S2下孕穗期和開花期以R1處理最高，之后以 R2處理最高。這說明合理的群體配置有利于保持小麥生育后期葉片較高的光合能力。

2.2.2 群體配置對小麥胞間CO2濃度(Ci)的影響

隨生育時期的推進(jìn)，小麥Ci逐漸增大(表6)。Ci在孕穗至花后10 d以R2S3處理最高，之后以R2S2處理最大。在相同行距配置下，孕穗期至花后20 d，Ci隨播量增大而增加，之后以S2處理最大；在相同播量下，Ci多以R2處理最大。

2.2.3 群體配置對小麥氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響

從孕穗期至開花后30 d，小麥葉片Gs逐漸降低(表2)。不同處理中，Gs在孕穗至花后10 d，以R1S1處理最大，之后以R2S2處理最大。在相同行距配置下，孕穗期至花后10 d，Gs隨播量增大而增加，之后以S2處理最大，并且在孕穗期S1和S3處理間差異顯著；孕穗至開花10 d，行距處理間差異不明顯，花后20 d 以R2處理最大，花后30 d行距處理差異較小。

2.2.4 群體配置對小麥蒸騰速率(Tr)的影響

從孕穗期至花后30 d，小麥葉片Tr均呈先增后降的趨勢，花后20 d最高(表8)。各生育時期R1S1處理的Tr均高于其余處理(花后20 d除外)。在相同行距配置下，除花后10～20 d外，不同播量間Tr表現(xiàn)為S1>S2>S3；在相同播量下，除開花期至花后10 d外，行距間以R1處理最大。

表4 不同群體配置對小麥冠層開度的影響Table 4 Effects of different row spacing and sowing rate on DIFN of wheat °

表5 群體配置對小麥凈光合速率的影響Table 5 Effects of row spacing and sowing rate on Pn of wheat μmol CO2·m-2·s-1

表6 群體配置對小麥胞間CO2濃度(Ci)的影響Table 6 Effects of row spacing and sowing rate on Ci of wheat μmol·mol-1

表7 群體配置對小麥氣孔導(dǎo)度(Gs)的影響Table 7 Effects of row spacing and sowing rate on Gs of wheat mmol·m-2·s-1

表8 群體配置對小麥蒸騰速率(Tr)的影響Table 8 Effects of row spacing and sowing rate on Tr of wheat mmol·m-2·s-1

2.3 群體配置對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

在不同處理中，小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及產(chǎn)量分別以R2S3、R1S1、R2S2和R2S2處理最高。在相同行距配置下，穗數(shù)隨播量的增加而增加，穗粒數(shù)則呈相反趨勢，千粒重和產(chǎn)量均表現(xiàn)為S2>S3>S1；在相同播量下，穗數(shù)、千粒重及產(chǎn)量均表現(xiàn)為R2>R3>R1。這說明合理群體配置有利于協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成三因素，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

表9 群體配置對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 9 Effects of row spacing and sowing rate on yield and its components of wheat

3 討 論

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用的基礎(chǔ)，植物冠層結(jié)構(gòu)是影響光能利用效率的重要因素之一[18-21]。前人通常把MTA、LAI和透光率作為冠層特征的主要指標(biāo)[22-25]。有研究表明，小麥旗葉的SPAD和DIFN隨著種植密度的增大而逐漸降低，LAI和MTA在生育前期表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而增大，在生育后期逐漸降低[23,26]。同時，SPAD值在不同行距間表現(xiàn)為15 cm>10 cm>20 cm>25 cm[27]。本試驗對SPAD值、LAI、MTA和DIFN的研究結(jié)果與前人基本一致。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，花后10 d之后SPAD值及孕穗期之后LAI和MTA均以R2S2處理最大。這可能是當(dāng)種植密度相同時，在12 cm-12 cm-12 cm-24 cm行距(R2)處理下單位面積的行數(shù)較其他處理增加，小麥株距增大，在一定時期內(nèi)降低了個體與個體之間的矛盾，進(jìn)而有利于分蘗和LAI增大；同時此模式中的24 cm的寬行距又為群體提供了一個通風(fēng)透光的“走廊”，整體實現(xiàn)了“擠中間，空兩邊”的效果，在保證了適當(dāng)群體的同時，又充分發(fā)揮了邊際效應(yīng)，提高了群體的通風(fēng)透光能力。

合理的群體結(jié)構(gòu)是作物提高光合作用的前提，光合作用是干物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)[28-29]。王之杰等[30]在試驗中發(fā)現(xiàn)，小麥的Pn并沒有呈現(xiàn)出隨著種植密度增大而下降的趨勢，而朱云集等[31]研究認(rèn)為，高密度下小麥光合特性小于低密度，同時窄行距的Pn高于寬行距。李娜娜等[16]的試驗結(jié)果顯示，小麥旗葉的Pn隨著行距的擴(kuò)大和株距的縮小而提高，且提高幅度隨著時間的推移而逐漸增加。而張向前等[9]研究得出，Pn、Gs、Tr沒有隨著行距的增大而增加。本研究表明，開花期以前Pn、Gs、Tr隨著種植密度的增大而減小，這與前人研究結(jié)果[31]一致。同時，本試驗還發(fā)現(xiàn)，R2S2處理的SPAD值、Pn、Ci、Gs在花后10 d之后高于其他處理，這是由于R2S2處理LAI在開花期之后增加，MTA減小，基部漏光損失減少，群體光截獲能力增強(qiáng)，并且24 cm行距提高群體通風(fēng)透光能力，花后10 d之后小麥SPAD值高，葉片衰老緩慢，光合能力強(qiáng)，從而使小麥保持在始終保持在合理的結(jié)構(gòu)狀態(tài)。

行距和播量在田間最佳組合是指小麥行距和株距的合理配置。在生產(chǎn)實踐中，人們不僅需要增加穗數(shù)以提高產(chǎn)量，而且要盡可能創(chuàng)建合理的群體結(jié)構(gòu)，改善群體通風(fēng)透光能力，減少漏光損失，延長光合作用時間，提高光合速率，為小麥高產(chǎn)提供可能。有研究認(rèn)為，適當(dāng)縮小行距有利于減緩營養(yǎng)生長和生殖生長的矛盾，增加穗數(shù)，但穗粒數(shù)存在爭議[31]。本試驗中R2S2處理的穗粒數(shù)較少，但穗數(shù)較多，開花期之后SPAD值下降緩慢，光合能力一直維持較高水平，干物質(zhì)運輸能力強(qiáng)，千粒重高，在一定程度上能夠彌補(bǔ)穗粒數(shù)對產(chǎn)量造成的影響。

綜上所述，在小麥玉米一體化系統(tǒng)中，12 cm-12 cm-12 cm-24 cm行距配合157.5 kg·hm-2播量有利于小麥形成良好的冠層結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步提高其光合性能，使其千粒重增加，且能在一定程度增加單位面積穗數(shù)，提高產(chǎn)量。