種植密度對滴灌冬小麥莖稈特性及抗倒伏性能的影響

梁玉超，張永強，石書兵，陳興武，賽力汗·賽，薛麗華，雷鈞杰

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所/農(nóng)業(yè)部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，烏魯木齊 830091) 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，烏魯木齊 830052；

0 引 言

【研究意義】倒伏一般導(dǎo)致小麥減產(chǎn)20%～30%，嚴(yán)重時甚至達40%,小麥倒伏后，原來正常的群體結(jié)構(gòu)被損壞，葉片原有的空間布局被打亂，導(dǎo)致葉片的光合速率下降。同時，莖稈彎折不僅會阻礙根系對水分的吸收，而且還會影響光合作用產(chǎn)物向籽粒的運輸，進而致使產(chǎn)量降低[1-2]。種植密度是影響小麥產(chǎn)量的一個重要栽培措施，密度過低會導(dǎo)致單位面積有效穗數(shù)不足，使籽粒產(chǎn)量降低；密度過大，則個體養(yǎng)分、光照等競爭激烈，使莖稈發(fā)育差，個體變?nèi)酰菀椎狗黐3-4]。近二三十年來隨著小麥單產(chǎn)提高，倒伏的現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，如何利用種植密度調(diào)節(jié)小麥高產(chǎn)和倒伏的矛盾是實現(xiàn)小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵措施[5]?！厩叭搜芯窟M展】李金才等[6]研究表明，適宜的種植密度有利于構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)，促進產(chǎn)量三要素的協(xié)同提高。密度過小雖然能提高單株的抗倒伏能力，會導(dǎo)致有效穗數(shù)不足，降低籽粒產(chǎn)量；密度過大，則導(dǎo)致田間通風(fēng)透光不足，個體變?nèi)?，抗倒伏能力降低。劉慧婷等[7]研究表明，低密度處理獲得了最低的重心高度和最高的基部節(jié)間粗度、充實度和機械強度，莖稈基部第1、2節(jié)間的抗倒伏指數(shù)最高，有利于提高作物的抗倒伏能力。張向前等[8]研究表明，高種植密度不利于葉片的伸展，通風(fēng) 透光差，導(dǎo)致群體光合性能和干物質(zhì)的積累與轉(zhuǎn)運受到影響。鄭孟靜等[9]研究表明，增加群體密度導(dǎo)致單株鮮重質(zhì)量降低、重心高度上移、重心高度占株高的比例增加，莖稈細(xì)弱、莖稈充實度降低。進而使莖稈彎曲力矩降低、莖稈質(zhì)量變劣，降低莖稈抗折力?！颈狙芯壳腥朦c】前人研究種植密度對小麥莖稈特性及抗倒伏性能的影響多集中在常規(guī)灌溉條件下，而對滴灌條件下種植密度對小麥莖稈特性及抗倒伏性能研究鮮見報道。研究新疆滴灌冬小麥抗倒伏性能適宜播種密度?！緮M解決的關(guān)鍵問題】研究不同種植密度對滴灌冬小麥莖稈特性及抗倒伏性能的影響，為滴灌冬小麥抗倒伏適宜的播種密度提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2016～2017年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院瑪納斯試驗站(N44°18′，E86°13′)進行。該區(qū)屬溫帶大陸性干旱半干旱氣候，年均日照時數(shù)2 700～2 800 h，年均氣溫7.2℃。年均降雨量173.3 mm，蒸發(fā)量2 141 mm，極端最高氣溫39.6℃，極端最低氣溫-37.4℃，全年無霜期165～172 d。試驗地土壤類型為灌溉灰漠土，土壤質(zhì)地為沙壤土，前茬為大豆，播前0～40 cm土層土壤有機質(zhì)16.8 g/kg，堿解氮62.3 mg/kg，速效磷14.5mg/kg，速效鉀164 mg/kg。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

在大田滴灌條件下，采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，設(shè)置四個種植密度處理：M1(525×104粒/ hm2)，M2(600×104粒/ hm2)，M3(675×104粒/ hm2)，M4(750×104粒/ hm2)，小區(qū)面積20 m2(4 m×5 m)，隔離帶60 cm，重復(fù)3次，共12個小區(qū)，總面積240 m2。播前整地，在整地前施基肥。耙深8 cm左右。采用合墑播種，于2016年10月10日人工播種，供試品種為新冬18號。施肥：基施氮肥采用尿素折算成純氮94.5 kg/hm2，磷肥采用重過磷酸鈣折算成P2O5172.5 kg/ hm2，鉀肥采用硫酸鉀折算成K2O 52.5 kg/ hm2?？傋肥┠蛩亓繛榧兊?65.5 kg/hm2，其中起身期施純氮53.1 kg/hm2，拔節(jié)期施純氮106.2 kg/hm2，孕穗期施純氮53.1 kg/hm2，開花期施純氮53.1 kg/hm2。追肥結(jié)合滴灌進行，在冬小麥開花期、灌漿前期和灌漿中期，結(jié)合滴灌每次滴施磷酸二氫鉀(98%)22.5 kg/ hm2。全生育期灌水8次，在冬前、起身期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、開花期、灌漿前期與中期各滴灌1次，滴灌量分別為900、525、1 050、1 315、525、785、525和525 m3/ hm2，用水表計量。

1.2.2 測定指標(biāo)

株高、節(jié)間長度、基部節(jié)間莖粗和重心高度的測定：在開花期、乳熟期、蠟熟期隨機取20個單莖，測量株高、節(jié)間長度、基部節(jié)間莖粗和重心高度。

莖稈鮮重：在開花期、乳熟期和蠟熟期選取20株代表性植株，去除根部，清洗后用濾紙去除多余水分，測定其重量(g)。所取樣品在 105℃殺青15 min，80℃烘干至恒重，稱干重。

莖稈抗折力:于開花期、乳熟期和蠟熟期取20株具有代表性植株，參照王勇等[10-11]的方法測定莖稈抗折力和抗伏指數(shù)。莖稈抗折力測定：將莖稈基部第2節(jié)間，剝除葉鞘，平行置于YYD-1型莖稈強度測定儀(浙江托普儀器有限公司)凹槽內(nèi)高50 cm、間隔5 cm的支撐木架，然后勻速下壓壓力手柄，莖稈折斷時屏幕上顯示的峰值即為莖稈抗折力(N)的大小。

莖稈抗倒伏指數(shù)=莖稈抗折力/莖稈重心高度。

莖稈重心高度占株高比重=重心高度/株高×100%。

莖桿基部節(jié)間木質(zhì)素含量：于開花期、乳熟期和蠟熟期，大田條件下每處理每重復(fù)取長勢一致的單莖20株，剪取基部第二節(jié)間迅速放入液 N 中速凍并保存，取回的樣品放入-80℃冰箱進行保存，應(yīng)用雙抗體夾心法測定標(biāo)本中植物木質(zhì)素(Lignin)水平。

測產(chǎn)及考種 ：成熟期從各小區(qū)選取3.6 m2(1.8 m×2 m)樣點，單獨人工收割，脫粒后風(fēng)干計產(chǎn)，籽粒含水量為13%。每處理重復(fù)3次，同時每小區(qū)取1 m 雙行樣段，用于調(diào)查穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)圖、表用Exce1 2016進行處理，運用SPSS 19.0版數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1種植密度對滴灌冬小麥莖稈形態(tài)特征影響

研究表明，冬小麥從開花期至蠟熟期基部節(jié)間和株高增長緩慢，重心高度隨著生育期的推移逐漸增高，冬小麥株高在開花期、乳熟期、蠟熟期均隨著種植密度的增大逐漸增高，在開花期M1處理株高分別較M2、M3和M4處理降低3.04%、6.23%和7.20%，在開花期和乳熟期M1處理與M3、M4處理株高均達到了顯著性差異水平(P<0.05)，與M2處理差異性均不顯著，在蠟熟期M1、M2和M3株高處理間差異不顯著，但均與M4處理達到了顯著性差異水平(P<0.05)。冬小麥重心高度在開花期、乳熟期和蠟熟期隨著種植密度的增大均表現(xiàn)為M1

2.2種植密度對滴灌冬小麥基部節(jié)間和重心高度占株高比重影響

重心高度占株高的比值可以反映出小麥莖稈彎曲力矩，重心高度占株高的比例越低越利于小麥植株抗倒伏[37]，研究表明，滴灌小麥基部節(jié)間長占株高比重在開花期、乳熟期、灌漿期均表現(xiàn)為M2>M1>M3>M4,在乳熟期、蠟熟期M2處理均與M3、M4處理基部節(jié)間長/株高達顯著性差異，說明種植密度過大會導(dǎo)致小麥莖稈基部節(jié)間/株高比例降低，不利于小麥抗倒伏性。滴灌小麥重心高度占株高比重隨著生育期的推移逐漸上升，處理間規(guī)律不明顯且均無顯著性差異，M2處理小麥重心高度/株高在開花期和乳熟期均為最低。圖1

2.3種植密度對滴灌冬小麥莖稈充實度和莖粗及鮮重的影響

研究表明，滴灌小麥基部節(jié)間莖粗在乳熟期達到最大值，在開花期和乳熟期各處理基部節(jié)間莖粗均表現(xiàn)為M2>M1>M3>M4，乳熟期M2處理基部節(jié)間莖粗分別較M1、M3和M4處理增加1.67%、5.17%和8.61%，其中與M1處理無顯著性差異，但與M3和M4處理均達到顯著性差異水平(P<0.05)，蠟熟期小麥基部節(jié)間莖粗處理間均無顯著性差異。滴灌小麥莖稈基部節(jié)間充實度在乳熟期和蠟熟期隨著密度的增大均呈逐漸降低的趨勢，在乳熟期M1處理基部節(jié)間充實度分別較M2、M3和M4處理增加4.7%、13.27%和14.74%，且均達到顯著性差異水平，蠟熟期M1處理基部節(jié)間充實度與M2處理無顯著性差異，與M3、M4處理均達到顯著性差異水平(P<0.05)。滴灌小麥單莖鮮重從開花期隨著生育進程的推進表現(xiàn)為先增長后降低，各處理單莖鮮重隨著密度的增大呈逐漸降低的趨勢。表2

圖1 不同種植密度下滴灌冬小麥基部和重心高度占株高比重變化

Fig.1 Effects of different plant densities on the percentage of the center of gravity height account for plant height

2.4種植密度對滴灌冬小麥莖稈物理特性影響

研究表明，滴灌小麥基部節(jié)間機械強度隨著生育期的推移逐漸降低，在開花期、乳熟期、蠟熟期均隨著種植密度的增大呈降低的趨勢，乳熟期、蠟熟期 M1處理和其他3個處理基部節(jié)間機械強度均達到顯著性差異(P<0.05)，M2與M4處理間均達到顯著性差異水平，結(jié)果表明，增大種植密度會導(dǎo)致滴灌小麥基部節(jié)間機械強度降低，不利于莖稈抗倒伏能力。滴灌小麥莖稈抗倒伏指數(shù)從開花期隨著生育進程的推進表現(xiàn)為逐漸降低，各處理隨著種植密度的增大莖稈抗倒伏指數(shù)呈降低的趨勢，M1處理與M3、M4處理均達到顯著性差異水平(P<0.05)，M2處理與M4處理達到顯著性差異水平(P<0.05)，表明種植密度對滴灌小麥莖稈抗倒指數(shù)有顯著調(diào)控效應(yīng)，降低種植密度是提高莖稈抗到指數(shù)的有效措施。表3

表3 不同種植密度下滴灌冬小麥莖稈物理特性變化

Table 3 Stem mechanical strength and lodging index of dripping in wheat under different plant densities treatments

處理Treatments開花期 Anthesis stage乳熟期 Mile stage蠟熟期 Dough stage機械強度(N)Mechanical strength抗倒指數(shù)Lodging index機械強度(N)Mechanical strength抗到指數(shù)Lodging index機械強度(N)Mechanical strength抗倒指數(shù)Lodging indexM110.21a0.338a7.65a0.187a6.26a0.153aM210.01a0.337a6.94b0.173b5.84b0.142bM39.16b0.301b6.77b0.167bc5.34c0.131cM47.68c0.276c6.21c0.161c5.21c0.130c

注：不同小寫字母分別為處理間差異在0.05水平顯著

Note：Values followed by the lowercase letters in the same column mean significantly different among the treatments 0.05 level

2.5種植密度對滴灌冬小麥莖稈木質(zhì)素含量影響

研究表明，滴灌小麥在開花期至蠟熟期生育進程中，木質(zhì)素合成積累速率平緩，莖稈基部節(jié)間木質(zhì)素含量均隨著密度的增大而降低，在蠟熟期，與M1處理相比，M2、M3和M4處理木質(zhì)素含量分別降低2.89%、7.22%和12.04%，M1處理與M3、M4處理達到顯著性差異水平(P<0.05)，M2處理與M4處理達到顯著性差異水平。說明不同密度處理對滴灌小麥莖稈基部節(jié)間木質(zhì)素含量具有一定的調(diào)控效應(yīng)，高密度群體不利于莖稈木質(zhì)素積累。圖2

圖2 不同種植密度下滴灌冬小麥莖稈木質(zhì)素含量變化

Fig.2 Effects of different plant densities treatments on the lignin accumulation of the basal second internode in wheat stem

2.6種植密度對滴灌冬小麥產(chǎn)量和田間倒伏狀況的影響

研究表明，不同處理滴灌冬小麥有效穗數(shù)隨著種植密度的增大呈增大的趨勢，其中M1處理與M3、M4處理達到顯著性差異水平(P<0.05)，M4處理與M2處理達到顯著性差異水平(P<0.05)，M4處理穗數(shù)分別較M1、M2和M3處理增加13.75%、9.36%和4.13%。滴灌小麥成穗粒數(shù)隨著種植密度的增大呈降低的趨勢，M1處理穗粒數(shù)分別較M2、M3和M4處理增加0.48%、4.01%和8.67%，M4處理與M1、M2處理達到顯著性差異水平(P<0.05)。滴灌小麥各處理千粒重表現(xiàn)為：M2>M1>M3>M4，處理間均無顯著性差異，M2處理千粒重分別較M1、M3和M4處理增加1.09%、1.27%和3.49%。各處理產(chǎn)量表現(xiàn)為M2>M3>M1>M4，M1、M2、M3處理間無顯著性差異，均與M4處理達到顯著性差異(P<0.05)，M2處理產(chǎn)量分別較M3、M1和M4處理增加1.82%、3.45%和10.77%，地上部分生物重以M3處理17 937.5 kg/ hm2為最高，收獲系數(shù)以M1處理0.426為最高，M1、M2、M3處理間差異不顯著，各處理田間倒伏率表現(xiàn)為M4>M3>M2>M1,最高M4處理田間倒伏率達到61.1%?？梢?，增大種植密度雖可以增加滴灌小麥有效穗數(shù)，同時也會導(dǎo)致穗粒數(shù)、千粒重降低，且造成嚴(yán)重倒伏、收獲指數(shù)降低，嚴(yán)重影響產(chǎn)量。表4

表4 不同種植密度下滴灌冬小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成以及田間倒伏率變化

Table 4 Effects of different plant densities treatments on the yield and filed lodging occurrence

處理Treatments有效穗數(shù)Spike nunber(104/hm2)穗粒數(shù) Grain number(個)千粒重1000-grain weight (g)產(chǎn)量Grain yielld(kg/hm2)地上部分生物重Total biomass(kg/hm2)收獲指數(shù)Harvest index倒伏率Lodging percentage (%)M151.34a37.19a40.11a7 125.36a16 750.0a0.426a17.5aM253.40ab37.01a40.55a7 371.19a17 333.3a0.419a22.5aM356.08bc35.76ab40.04a7 239.33a17 937.5b0.417a45.0bM458.40c34.22b39.18a6 654.52b17 562.5a0.405b61.1c

注：不同小寫字母分別為處理間差異在0.05水平顯著

Note：Values followed by the lowercase letters in the same column mean significantly different among the treatments 0.05 level

3 討 論

種植密度作為小麥重要栽培措施之一，其大小可以調(diào)節(jié)個體與群體結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增加種植密度有利于構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu)，促進產(chǎn)量三要素的協(xié)同提高，是提高小麥產(chǎn)量的主要途徑之一[12-13]，然而隨著種植密度的增加，小麥個體之間對水、光、土壤養(yǎng)分等資源競爭越來越大，導(dǎo)致莖稈發(fā)育不良，莖稈變得纖細(xì)而長，莖稈基部節(jié)間長度增長，基部節(jié)間長所占莖長中比重增大、株高和重心高度上升，基部節(jié)間莖粗降低，不利于小麥抗倒伏[14-16]。李金才等[6]結(jié)果表明,播種密度大小顯著影響莖稈形態(tài)特征、小麥株高和莖稈基部節(jié)間長度隨播種密度的增大而增加。王成雨等[14]研究了種植密度對冬小麥莖稈抗倒性能的影響，結(jié)果表明，高密度處理顯著增加了冬小麥品種山農(nóng)15的重心高度、基部節(jié)間長度,降低了基部節(jié)間直徑、厚度。陳曉光等[17]研究表明，密度的增加,基部節(jié)間的可溶性總糖含量降低,其中基部節(jié)間可溶性總糖含量隨密度增加下降速率最大,由于莖稈中可溶性糖含量的下降,減少了莖稈細(xì)胞壁成分(纖維素、木質(zhì)素等)合成,從而導(dǎo)致小麥莖稈的抗折力降低。研究結(jié)果表明，種植密度對滴灌冬小麥莖稈形態(tài)特征和理化特征均有顯著的調(diào)控效應(yīng)，隨著種植密度的增大，株高、重心高度及占株高比重、基部節(jié)間長及占株高比重均呈逐漸增大的趨勢，基部節(jié)間莖粗呈減小的趨勢，處理間差異顯著，莖稈基部節(jié)間木質(zhì)素含量和充實度均隨著種植密度的增加而降低，這與前人研究結(jié)果基本一致。

4 結(jié) 論

4.1 冬小麥株高隨著種植密度的增大逐漸增高，在開花期M1處理株高分別較M2、M3和M4處理降低3.04%、6.23%和7.20%，在開花期和乳熟期M1處理與M3、M4處理株高均到達了顯著性差異水平(P<0.05)，冬小麥重心高度在開花期、乳熟期和蠟熟期隨著種植密度的增大均表現(xiàn)為M1

4.2 種植密度為675×104粒/ hm2，滴灌冬小麥籽粒產(chǎn)量最高，莖稈高度適宜，重心高度相對較低，抗倒伏指數(shù)相對較高。適宜的種植密度，不僅可降低滴灌冬小麥的倒伏風(fēng)險，可以協(xié)調(diào)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系，提高冬小麥產(chǎn)量。