旱地春小麥種植密度與產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

武江燕，劉宏勝，?？×x，吳 兵，李 映，高玉紅，楊建紅

（1.會寧縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，甘肅 會寧 730799；2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.會寧縣社會保障管理局，甘肅 會寧 730799）

小麥?zhǔn)俏覈娜蠹Z食作物之一，小麥產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的優(yōu)劣對保證我國糧食安全和人民生活水平的提高具有舉足輕重的意義。小麥籽粒產(chǎn)量的高低不僅取決于品種的基因型，還受到栽培技術(shù)和生態(tài)環(huán)境及二者互作效應(yīng)的影響[1-2]。種植密度作為小麥栽培的重要措施之一，對小麥的生長發(fā)育和籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素具有較大的影響。在小麥栽培管理中，合理配置種植密度對獲得高產(chǎn)群體質(zhì)量起著關(guān)鍵性的作用，可促進穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重的協(xié)調(diào)發(fā)展[3]。在籽粒形成過程中，光合產(chǎn)物的合成、轉(zhuǎn)運及其向籽粒的分配累積能力是制約小麥產(chǎn)量的重要因素[4]。趙會杰等[5]研究認(rèn)為，適宜的密度有利于改善小麥生育后期群體的光合性能，有效地協(xié)調(diào)小麥的源庫關(guān)系，提高籽粒產(chǎn)量和光能利用率。因此，種植密度的合理調(diào)控對于構(gòu)建小麥高產(chǎn)抗倒群體至關(guān)重要。

隨著全球生態(tài)環(huán)境的日益惡化，災(zāi)害性天氣的頻繁出現(xiàn)導(dǎo)致小麥產(chǎn)量波動較為劇烈，干旱少雨的自然條件是影響小麥生長發(fā)育、籽粒品質(zhì)及其產(chǎn)量的主要生態(tài)因子[6-7]。為了提高小麥的產(chǎn)量，增加種植密度、提高成穗率成了小麥高產(chǎn)栽培的主攻方向[8]。隨著播種量的增加，雖然可以在一定程度上實現(xiàn)小麥有效穗數(shù)的增加，但同時也大大增加了小麥莖稈倒伏的風(fēng)險[9]，增密和高產(chǎn)的協(xié)調(diào)發(fā)展是小麥栽培管理中亟需解決的難題。近年來，灰色系統(tǒng)理論以其信息量大、簡便實用、結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點[10]，逐漸成為了科研學(xué)者關(guān)注的熱點，并在水稻、玉米和大豆等作物上得到廣泛的應(yīng)用[11-14]。關(guān)于小麥種植密度與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)性研究鮮見報道。我們以甘春27號為材料，探究了不同播種密度對小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響，同時利用灰色關(guān)聯(lián)分析方法對不同種植密度與小麥主要農(nóng)藝性狀及籽粒產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)性進行了分析，以期為旱地小麥合理密植和高產(chǎn)抗倒栽培提高理論和技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2015年3—8月在甘肅省會寧縣會師鎮(zhèn)南嘴村的旱川地進行。試驗區(qū)地處隴中黃土高原丘陵溝壑區(qū)，海拔高度1 772.3 m，年均氣溫8.3℃，無霜期155 d，≥10℃的有效活動積溫2 664℃左右，年降水量356.70 mm。試驗地前茬為小麥，地力均勻，肥力中等。前茬作物收后及時淺耕曬垡，秋季用手扶拖拉機帶步犁深翻打磨收口，結(jié)合打磨收口施有機肥（顆粒雞糞）900 kg/hm2、普通過磷酸鈣600 kg/hm2、尿素300 kg/hm2。試驗地土壤屬黃綿土，0～20 cm土層基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為有機質(zhì)9.9 g/kg、全氮0.7 g/kg、全磷0.7 g/kg、全鉀21.5 g/kg、速效氮32.10 mg/kg、速效磷9.72 mg/kg、速效鉀165.80 mg/kg。pH為8.47。

1.2 試驗設(shè)計

試驗采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)置5個播種密度處理： 225萬粒/hm2（T1）、300萬粒/hm2（T2）、375 萬粒/hm2（T3）、450 萬粒/hm2（T4）、525萬粒/hm2（T5），3次重復(fù)。小區(qū)面積11.65 m2（5.00 m×2.33 m），走道寬0.5 m，四周設(shè)置保護行。供試小麥品種為甘春27號。于3月22日采用人工單角耬開行手溜條播，每小區(qū)播10行，行距23.3 cm，按有效發(fā)芽率播種。生育期人工除草松土3次，不追肥。生育期間其它管理略優(yōu)于當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.3 測定項目及方法

小麥?zhǔn)斋@后每小區(qū)隨機取樣20株進行室內(nèi)考種，統(tǒng)計株高（X1）、穗數(shù)（X2）、穗長（X3）、小穗數(shù)（X4）、穗粒數(shù)（X5）和千粒重（X6）。收獲時按小區(qū)單收并測定小麥籽粒產(chǎn)量（X7）。

1.4 灰色關(guān)聯(lián)分析

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，將小麥的種植密度與產(chǎn)量和其他6個農(nóng)藝性狀指標(biāo)作為一個整體，即灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)。將種植密度設(shè)為參考數(shù)列，記作X0。以株高、穗數(shù)、穗長、小穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重以及產(chǎn)量分別作為比較數(shù)列 X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7，關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度取決于各個比較數(shù)列Xi（k）與參考數(shù)列X0之間的相似程度。關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度的計算公式為[15]：

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 19.0軟件處理和分析數(shù)據(jù)，用LSD法進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對小麥主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響

由表1可知，不同種植密度對小麥的主要農(nóng)藝性狀和籽粒產(chǎn)量有明顯影響。隨著種植密度的逐漸遞增，小麥的株高依次遞減，其中T2處理的株高較T1處理顯著降低了3.83%，其他處理之間未達到顯著差異水平（P＞0.05）。不同種植密度下，小麥穗數(shù)的變化趨勢與株高恰好相反，即隨種植密度的增加而增加，且處理之間差異顯著（P＜0.05）。穗長和小穗數(shù)以T1處理的最大，T5處理的最小，T5較T1處理分別顯著降低了20.69%和17.22%。不同處理的穗粒數(shù)從大到小依次為T1、T2、T3、T4、T5，與 T5 處理相比，T1、T2、T3和T4處理的穗粒數(shù)分別增加了39.91%、32.26%、24.16%和13.32%，差異顯著。千粒重表現(xiàn)為T1處理最大，T2處理次之，T5處理最小，而且T1和T2處理較T5處理分別顯著增加15.01%和13.94%。籽粒產(chǎn)量以T3處理最高，為3 184.57 kg/hm2；其次是T2處理，為3 144.57 kg/hm2；T5處理的籽粒產(chǎn)量最低，為3 058.67 kg/hm2，且T3和 T2處理的籽粒產(chǎn)量分別比T5處理增加了4.12%、2.81%。除T1和T4處理之間差異不顯著外，其他處理間均有顯著差異。

2.2 種植密度與小麥產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

應(yīng)用SPSS 19.0軟件對7個農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量與種植密度的相關(guān)分析進行了分析。由表2可知，受種植密度影響最大的性狀因子有穗數(shù)和穗粒數(shù)。其中，種植密度與穗數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與穗粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)分別為0.987和-0.993。小麥的株高、穗長、小穗數(shù)和千粒重與種植密度之間均有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為-0.975、-0.983、-0.974、-0.983，而籽粒產(chǎn)量與種植密度之間相關(guān)性不顯著（P＞0.05）。

2.3 種植密度與小麥產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.3.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理 由于各性狀因素的計量單位存在差別，而且不同性狀測定值之間的差異較大，為了確保各個性狀均具有等效性，通過初值化對各個性狀的原始數(shù)據(jù)進行均值化無量綱處理[16]。將不同種植密度處理下相同性狀的所有數(shù)據(jù)均除以相對應(yīng)性狀的平均值得到1個新數(shù)列。計算公式為：Xi（K）=Xi（k）/i，Xi為各項性狀值標(biāo)準(zhǔn)化處理后的結(jié)果，Xi（k）為原始數(shù)據(jù)，i為5個種植密度處理下相同性狀值的平均值。結(jié)果見表3。

表1 不同種植密度下小麥的主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量

表2 種植密度與產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)①

表3 同一量綱的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果

2.3.2 種植密度與各農(nóng)藝性狀間的絕對差值 根據(jù)表3的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，按照公式Δi（K）=|X0（k）-Xi（k）|，求出種植密度（X0）與Xi（其他農(nóng)藝性狀）各個對應(yīng)點的絕對差值，即Δi（K）。結(jié)果見表4。由表4可知，二級最大差值maximaxk|X0（k）-Xi（k）|=0.579 8，二級最小差值minimink|X0（k）-Xi（k）|=0.000 4。

2.3.3 種植密度與各農(nóng)藝性狀間的關(guān)聯(lián)系數(shù) 根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)計算公式（1），可以計算出小麥種植密度與各個性狀因子及產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度。由表5可知，種植密度與各農(nóng)藝性狀及小麥產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)在0.333 8～1.000 0。將關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi代入公式（2）中，可以得出株高、穗數(shù)、穗長、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重6個農(nóng)藝性狀及籽粒產(chǎn)量與種植密度的關(guān)聯(lián)度。根據(jù)灰色系統(tǒng)理論可知，不同性狀因子的重要性取決于關(guān)聯(lián)度的大小，關(guān)聯(lián)度越大，表明種植密度對該因子的影響作用越大。種植密度與各農(nóng)藝性狀及籽粒產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的從大到小的順序依次為：穗數(shù)、產(chǎn)量、株高、小穗數(shù)、千粒重、穗長、穗粒數(shù)?？梢?，種植密度對穗數(shù)的影響最大，其次是產(chǎn)量，這與相關(guān)分析中密度與穗數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系、且相關(guān)系數(shù)最大的結(jié)果相吻合。穗粒數(shù)和穗長受種植密度的影響程度相對較小，這與相關(guān)分析結(jié)果中密度與穗粒數(shù)和穗長之間存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系的結(jié)果相吻合。

3 小結(jié)與討論

種植密度是影響小麥產(chǎn)量的重要指標(biāo)，而且密度和產(chǎn)量之間呈現(xiàn)拋物線關(guān)系[17]。石祖梁[18]研究認(rèn)為，隨著種植密度的增加，小麥籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為先增后降的趨勢，以密度為225萬粒/hm2時最高。適宜的播種量是合理密植、達到增苗增穗增產(chǎn)的關(guān)鍵所在，播種量過小或者過大均會影響小麥群體結(jié)構(gòu)和形態(tài)的建成，進而最終造成小麥產(chǎn)量的降低[19-20]。在本研究中，不同種植密度處理之間的小麥主要農(nóng)藝性狀指標(biāo)和籽粒產(chǎn)量存在明顯的差異。隨著種植密度的逐漸增加，小麥的株高、穗長、小穗數(shù)和穗粒數(shù)以及千粒重均呈現(xiàn)依次遞減的趨勢，降低幅度分別為3.83%～10.81%、5.75%～20.69%、8.01%～17.22%、5.47%～28.53%和0.93%～13.05%，這與趙永萍等[21]、蔣會利等[22]的研究結(jié)果相一致。在小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素中，單位面積穗數(shù)多是小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵[23]。隨著種植密度的增加，小麥單位面積穗數(shù)呈現(xiàn)增加的趨勢[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，小麥穗數(shù)隨著密度的變化趨勢與其他產(chǎn)量構(gòu)成因子恰好相反，即隨著種植密度的增加而顯著增加，其中525萬粒/hm2處理的穗數(shù)高于225萬粒/hm2處理58.85%，這與前人[8，24]的研究相一致。小麥的籽粒產(chǎn)量隨著密度的增加先增加后降低，且除225萬粒/hm2和450萬粒/hm2處理外，其他密度處理的小麥產(chǎn)量均有顯著差異。375萬粒/hm2處理的產(chǎn)量最高，300萬粒/hm2處理的次之，分別比產(chǎn)量最低的T5處理顯著增加了4.12%、2.81%?？梢姡谝欢ǚ秶鷥?nèi)，隨著種植密度的遞增，小麥的單位面積穗數(shù)也隨之增加，但密度過大會造成小麥穗粒數(shù)和千粒重的明顯下降，最終造成籽粒產(chǎn)量的降低。

表4 種植密度與各性狀因子的絕對差值

表5 種植密度與各性狀因子及產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)

灰色關(guān)聯(lián)分析法可以綜合描述和量化評估系統(tǒng)中的目標(biāo)參數(shù)，將生物體的多種性狀視為一個整體來統(tǒng)一比較，不僅可以給出質(zhì)的定性解釋，同時也可以給出量的確切描述[25-26]。小麥產(chǎn)量是多種性狀因子綜合作用的結(jié)果，通過灰色關(guān)聯(lián)分析能夠全面、可觀地評價各個農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量的貢獻作用。本研究結(jié)果表明，小麥的穗數(shù)和穗粒數(shù)與種植密度呈極顯著相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0.987和-0.993，而小麥產(chǎn)量與密度之間有正相關(guān)關(guān)系，但差異不顯著，這與趙竹等[27]研究結(jié)果不一致，可能是環(huán)境差異在一定程度上會改變種植密度對小麥產(chǎn)量的作用，也可能與甘春27號小麥品種具有較強的自我調(diào)節(jié)能力有關(guān)[28]。通過關(guān)聯(lián)分析可知，小麥種植密度與各農(nóng)藝性狀及籽粒產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度的從大到小的順序依次為穗數(shù)、產(chǎn)量、株高、小穗數(shù)、千粒重、穗長、穗粒數(shù)?？梢?，種植密度對小麥穗數(shù)的影響最大，其次是產(chǎn)量，這與相關(guān)分析結(jié)果中密度與穗數(shù)之間有極顯著相關(guān)關(guān)系的結(jié)果相一致。然而，盡管密度與產(chǎn)量之間的相關(guān)性不顯著，但是由于其具有較大的關(guān)聯(lián)度，表明合理密度對小麥產(chǎn)量的增加意義重大。播種量是小麥栽培中最易調(diào)控的因素[29]，適宜的種植密度可以較好地協(xié)調(diào)群體與個體之間的矛盾，充分利用光能，促進光合產(chǎn)物的合成，極大地發(fā)揮小麥增產(chǎn)的潛力。因此，在本試驗條件下，甘春27號小麥品種的最佳播種密度為375萬粒/hm2。