播種方式和灌水量對春小麥干物質(zhì)和產(chǎn)量的影響

劉 沖，賈永紅，張金汕，孫 鵬，李俊志，李 鵬，石書兵

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺麥類試驗(yàn)站，新疆奇臺 831800)

播種方式對小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量有重要影響。勻播方式是基于小麥生長發(fā)育特性，充分發(fā)揮植株個體生長和群體調(diào)控的增產(chǎn)新技術(shù)。勻播技術(shù)創(chuàng)造了小麥單株?duì)I養(yǎng)均衡的條件，使苗期植株個體間營養(yǎng)競爭減小，有利于健苗、壯苗，特別是使拔節(jié)后植株能均勻接受光照，從而促進(jìn)個體和群體光合作用，達(dá)到高產(chǎn)高效[1]。研究表明，勻播麥種深淺分布差異在分蘗節(jié)位層上趨向一致，與條播相比，勻播麥苗通過單株分蘗調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)群體均勻，進(jìn)而充分地利用光熱資源，提高光合作用[2]。小麥分蘗的數(shù)量和質(zhì)量直接影響著群體發(fā)展。勻播小麥的株距和播深一致，使植株個體能夠均勻充分利用水土資源，提高了分蘗數(shù)，尤其是促進(jìn)了有效分蘗的發(fā)生，進(jìn)而提高產(chǎn)量[3-4]。

水分是作物產(chǎn)量形成的制約因素[5]。明確小麥不同生育階段對水分的需求特征，對于實(shí)行科學(xué)節(jié)水灌溉具有重要意義[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)，隨著土壤水分含量的增加，小麥籽粒產(chǎn)量遞增[8-9]。增加灌水量可以顯著提高小麥花后干物質(zhì)積累量及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率，但過多灌水時，花后干物質(zhì)在籽粒中的分配減少，導(dǎo)致減產(chǎn)[10-11]。另有研究認(rèn)為，增加灌水量可促進(jìn)小麥生長，增加光合作用，但過度灌水可引起植株葉面積、地上生物量、穗重、凈光合速率、氣孔導(dǎo)度下降[12]。

近年來，關(guān)于播種方式對小麥生長及產(chǎn)量的研究，主要集中在寬窄行條播[13]、壟播[14]、井字形播種[15]等方面，關(guān)于勻播對小麥生長發(fā)育、干物質(zhì)和產(chǎn)量的研究報道較少。前人就灌水量對小麥生長發(fā)育的影響開展了一些相關(guān)研究[16-17]，而針對勻播方式下灌水量對小麥干物質(zhì)積累、分配、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量構(gòu)成的影響研究則鮮見報道。本試驗(yàn)在盆栽條件下，比較分析了勻播和條播方式下灌水量對春小麥分蘗、葉片SPAD值、光合面積、干物質(zhì)積累與分配以及產(chǎn)量的影響，以期為新疆春小麥勻播種植技術(shù)推廣提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)采用盆栽方式，于2017年3-7月在新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)防雨棚中進(jìn)行，試驗(yàn)盆上口截面積為0.48 m2(0.80 m×0.60 m)，高1.00 m。試驗(yàn)前將試驗(yàn)盆埋入地下，使盆內(nèi)土壤與地平面高度保持一致。土壤質(zhì)地為壤土，風(fēng)干過篩后均勻混合，試驗(yàn)前土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為33.38 g·kg-1、5.69 g·kg-1、 106.98 mg·kg-1、22.45 mg·kg-1和269.89 mg·kg-1，pH值8.25。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。播種方式為勻播(Uniforming，簡寫U)和常規(guī)條播(Drilling，簡寫D)。勻播小麥株距7 cm，條播行距20 cm，每盆均為88株。灌水量設(shè)W75(拔節(jié)水)、W150(拔節(jié)水+揚(yáng)花水)、W225(拔節(jié)水+揚(yáng)花水+灌漿水)和W300(起身水+拔節(jié)水+揚(yáng)花水+灌漿水)4個水平，每次灌水量75 mm(表1)。3次重復(fù)，共24盆。供試小麥品種為新春34號，于2017年3月12日播種，7月25日收獲。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 分蘗數(shù)測定

出苗后10 d，每個試驗(yàn)盆選取生長狀況良好、長勢一致的小麥植株6株，每10 d對新生蘗進(jìn)行標(biāo)記統(tǒng)計(jì)，測定單株分蘗數(shù)，取其平均值。

1.3.2 綠葉面積測定

開花后，每盆選取生長良好、長勢一致的小麥植株6株，每7 d對綠色葉片進(jìn)行標(biāo)記統(tǒng)計(jì)，其中葉片綠色部分超過葉片整體的50%時，記為綠色葉片，葉片綠色部分未超過葉片整體的50%時，記為枯黃葉片。測定綠葉長和寬，并按照“葉面積=葉長×葉寬×0.7”計(jì)算葉面積[18]。

表1 春小麥各生育時期灌水量Table 1 Irrigation amount of spring wheat at different growth stages

1.3.3 SPAD值的測定

采用SPAD-502型葉綠素儀測定標(biāo)記的小麥旗葉和倒二葉SPAD值，每葉分別測近葉尖、葉中、近葉柄三分之一處(避開葉脈)，取平均值。

1.3.4 干物質(zhì)積累量測定與轉(zhuǎn)運(yùn)參數(shù)計(jì)算

選取生長良好、長勢一致且同一天開花的植株掛牌標(biāo)記，分別于開花后0 d和35 d取樣，每次取樣5株，按莖鞘(莖稈+葉鞘)、葉片、籽粒、穗軸和穎殼等不同器官進(jìn)行分樣處理，于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，稱重法測定干物質(zhì)量。參照相關(guān)文獻(xiàn)[19-21]計(jì)算開花前干物質(zhì)在開花后的轉(zhuǎn)運(yùn)參數(shù)：

干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量= 開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)重-成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)重；

干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期營養(yǎng)器官干物質(zhì)×100%；

干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/籽粒產(chǎn)量×100%。

1.3.5 籽粒產(chǎn)量及構(gòu)成測定

成熟期取6株，于室內(nèi)進(jìn)行考種，測定穗長、小穗數(shù)、穗粒數(shù)等指標(biāo)，用電子天平測定千粒重，折算公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2013、DPS 7.05進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 播種方式和灌水量對春小麥分蘗數(shù)的影響

隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，小麥單株分蘗數(shù)均呈先增后減趨勢(圖1)。出苗10～20 d時，播種方式對小麥分蘗數(shù)無顯著影響；出苗20 d、30 d、40 d、50 d和60 d時，勻播小麥的平均分蘗數(shù)較條播分別提高14.94%、13.73%、30.17%、 81.65%和75.20%， 并于出苗30 d時達(dá)到最大，且勻播小麥在分蘗數(shù)達(dá)到最大時持續(xù)10 d左右，而條播小麥隨后呈下降趨勢。不同灌水條件下小麥單株平均分蘗數(shù)表現(xiàn)為W300>W225>W150>W75，勻播方式下不同灌水處理間差異顯著(P<0.05)，而條播方式下差異不顯著(P>0.05)。從灌水效應(yīng)看，在出苗后10～20 d時，灌水量對小麥分蘗數(shù)影響較小；出苗20 d后，灌水量對勻播小麥分蘗數(shù)影響顯著，而條播不顯著；出苗后30 d時，勻播方式下W300比W75、W150和W225分別高26.14%、14.88%和6.04%。這表明勻播較條播促進(jìn)了春小麥分蘗，且增加灌水量更有利于分蘗的發(fā)生。

2.2 播種方式和灌水量對春小麥葉源性狀的影響

2.2.1 播種方式和灌水量對春小麥綠葉面積的影響

隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，小麥綠葉面積均呈逐漸減小趨勢(圖2)。兩種播種方式下，在花后 0 d、7 d和14 d時，勻播和條播小麥的綠葉面積差異均不顯著；從花后21 d開始差異逐漸增大，其中W75、W150、W225和W300條件下，勻播小麥在花后21 d和28 d的綠葉面積分別比條播提高 26.00%、17.85%、9.09%、26.90%和 101.01%、84.21%、148.15%、102.63%，且花后28 d差異極顯著(P<0.01)。從灌水效應(yīng)看，在花后0 d、7 d和14 d時，勻播和條播小麥綠葉面積均表現(xiàn)為W75

圖1 播種方式和灌水量對春小麥分蘗數(shù)的影響

圖2 播種方式和灌水量對春小麥綠葉面積的影響

2.2.2 播種方式和灌水量對春小麥葉片SPAD的影響

隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，小麥旗葉和倒二葉的SPAD值均呈下降趨勢，且表現(xiàn)為倒二葉<旗葉(圖3)。其中，旗葉在花后0～21 d的SPAD值較穩(wěn)定，但花后28 d呈明顯下降趨勢；倒二葉從花后14 d開始呈下降趨勢，與旗葉相比，勻播和條播小麥的倒二葉平均SPAD值分別下降 26.51%和43.83%。勻播方式下灌水量對旗葉SPAD值的影響表現(xiàn)為W300

2.3 播種方式和灌水量對春小麥花后干物質(zhì)積累、分配與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.3.1 播種方式和灌水量對春小麥成熟期干物質(zhì)積累、分配的影響

播種方式和灌水量對成熟期小麥主莖和分蘗莖的莖、葉、穗軸及穎殼、籽粒干物質(zhì)積累量均有顯著影響(圖4、圖5)。在W75、W150、W225和W300條件下，勻播小麥的主莖干物質(zhì)積累總量較條播分別提高20.16%、26.89%、3.06%和 3.52%，分蘗莖分別提高18.53%、20.79%、 10.93%和12.03%。其中，勻播主莖籽粒的平均干物質(zhì)積累量較條播高8.13%，分蘗莖高 11.68%。從灌水效應(yīng)看，主莖的莖稈、葉片干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為W75

圖3 播種方式和灌水量對春小麥葉片SPAD的影響

圖4 播種方式和灌水量對春小麥成熟期主莖干物質(zhì)積累、分配的影響

2.3.2 播種方式和灌水量對春小麥干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

由表2、表3可知，春小麥主莖的平均粒重表現(xiàn)為W75

圖5 播種方式和灌水量對春小麥成熟期分蘗莖干物質(zhì)積累、分配的影響

播種方式Sowing pattern 灌溉Irrigation開花期營養(yǎng)器官干重Biomass before anthesis/(g·plant-1)成熟期營養(yǎng)器官干重Biomass at maturity/(g·plant-1)單株粒重Grain weight/(g·plant-1)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量Dry matter transport amount/(g·plant-1)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率Dry matter transport rate/%干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的貢獻(xiàn)率Dry matter transport contribution rate/%UW75334.16c256.48b444.06b77.68b23.25a17.49aW150474.52b284.53b545.36a189.98ab40.04a34.84aW225630.70a338.61a588.40a292.09a46.31a49.64aW300633.00a355.28a561.86a277.72a43.87a49.43aDW75361.18c189.83b393.19b171.35b47.44a43.58aW150445.49b227.65b426.38b217.84ab48.90a51.09aW225562.17a307.14a592.37a255.03ab45.37a43.05aW300620.57a319.02a566.90a301.55a48.59a53.19a

同列數(shù)值后不同小寫字母表示處理間在0.05水平上差異顯著(P<0.05)。下表同。

Different lower-case letters following the values within the same columns mean significant difference among the treatments at the 0.05 level. The same in tables 3 and 4.

2.4 播種方式和灌水量對春小麥籽粒產(chǎn)量及穗部性狀的影響

由表4可知，隨著灌水量的增加，小麥穗長在勻播方式下呈下降趨勢，W75比W150、W225和W300分別高12.76%、12.92%和18.45%；在條播方式下穗長表現(xiàn)為W2250.05)，W150分別比W75、W225和W300分別高4.95%、5.68%和4.52%。每穗小穗數(shù)在勻播方式下表現(xiàn)W300

表3 播種方式和灌水量對春小麥分蘗莖干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Table 3 Effects of sowing patterns and irrigation amount on dry matter translocation of spring wheat tiller stems

表4 播種方式和灌水量對春小麥產(chǎn)量的影響Table 4 Effects of sowing patterns and irrigation amount on yield of spring wheat

3 討 論

3.1 播種方式和灌水量對春小麥分蘗動態(tài)的影響

小麥單株由主莖和分蘗構(gòu)成，其發(fā)育和空間分布存在明顯差異[22]。小麥分蘗數(shù)量和質(zhì)量直接影響著群體發(fā)展，最終決定產(chǎn)量高低[4]。創(chuàng)建合理的群體結(jié)構(gòu)有利于小麥分蘗早發(fā)和滿足成穗對營養(yǎng)的需要[23]。 研究表明，小麥單株成穗率與低級蘗位分蘗的成穗率呈正相關(guān)[24]。在小麥群體結(jié)構(gòu)發(fā)展較為合理的基礎(chǔ)上，提高結(jié)實(shí)粒數(shù)、單位面積成穗數(shù)和粒重有助于增加產(chǎn)量[25-26]。勻播小麥可通過單株分蘗調(diào)節(jié)更好地實(shí)現(xiàn)群體均勻生長，促進(jìn)小麥有效分蘗的發(fā)生[2-3]。本研究結(jié)果表明，勻播促進(jìn)了小麥分蘗的發(fā)生，提高了分蘗成穗率。這是因?yàn)閯虿p小了植株對土壤營養(yǎng)的競爭，為分蘗的發(fā)生提供了良好的環(huán)境基礎(chǔ)。這與前人的研究結(jié)果基本一致。另外，勻播方式下灌水對小麥分蘗具有明顯影響。隨著灌水量的增大，兩種播種方式下小麥最高總莖數(shù)、收獲穗數(shù)和單株成穗數(shù)均呈上升趨勢，而分蘗成穗率在勻播方式下不同灌水處理間差異不顯著，在條播方式下隨著灌水量的增大則呈先升后降趨勢，不同灌水處理間差異顯著。導(dǎo)致這種結(jié)果的原因可能是勻播具有更高的水分利用效率，而條播下過量的水分沒有被充分利用，造成土壤水分過剩，影響根系呼吸，進(jìn)而不利于植株的生長。

3.2 播種方式和灌水量對春小麥葉源性狀的影響

光合作用是作物物質(zhì)合成的關(guān)鍵代謝過程。而功能葉是主要的光合器官，且對小麥產(chǎn)量形成具有重要作用[27]。小麥功能綠葉面積與干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的形成有非常密切的關(guān)系[28]。趙廣才等[1]認(rèn)為，勻播的小麥植株能均勻接受光照，從而促進(jìn)個體和群體光合作用，進(jìn)而提高產(chǎn)量。馬政華等[29]研究表明，土壤水分供應(yīng)不足會使作物光合速率下降，光合產(chǎn)物減少，尤其是生育后期，適宜供水有利于提高葉片葉綠素相對含量。薛香等[30]分析發(fā)現(xiàn)，小麥葉綠素含量和SPAD值間具有顯著的正相關(guān)關(guān)系。本研究結(jié)果表明，隨著小麥花后生育時期的推進(jìn)，小麥綠葉面積和SPAD值呈逐漸降低趨勢，勻播下降速度比條播緩慢，尤其是勻播方式延緩了群體中、下部葉片的衰老。這是由于勻播改善了群體結(jié)構(gòu)，提高了群體的透光通風(fēng)，有利于中下部葉片的光合作用。

3.3 播種方式和灌水量對春小麥干物質(zhì)積累、分配與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

干物質(zhì)是作物光合作用產(chǎn)物的最終形態(tài)，其積累、分配及運(yùn)轉(zhuǎn)與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成密切相關(guān)[31]。因此干物質(zhì)有效積累與合理分配是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵。不同生態(tài)區(qū)作物的物質(zhì)生產(chǎn)和積累特點(diǎn)不同，因此要根據(jù)不同條件制定適宜的栽培措施，確保實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)所需的光合生產(chǎn)量[32]。小麥勻播將常規(guī)條播的邊行優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為單株優(yōu)勢，使小麥個體發(fā)育在群體增加的條件下充分發(fā)揮穗、粒、重的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)增收[1]。灌水處理顯著提高開花后干物質(zhì)的積累量及其對籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率，灌水量會顯著減少光合產(chǎn)物向籽粒的分配，使產(chǎn)量降低[11]。本研究結(jié)果與前人研究基本一致：不同播種方式下，拔節(jié)水和揚(yáng)花水均有利于提高春小麥干物質(zhì)積累量，過量灌溉不利于干物質(zhì)積累。相比條播，勻播降低了春小麥植株成熟期營養(yǎng)器官干物質(zhì)分配率，同時促進(jìn)了干物質(zhì)向籽粒產(chǎn)量的分配，進(jìn)而提高了粒重，達(dá)到增產(chǎn)的效果。

3.4 播種方式和灌水量對產(chǎn)量構(gòu)成和產(chǎn)量的影響

勻播春小麥能充分地利用光熱資源，通風(fēng)透光性比常規(guī)條播更好[2-3]。勻播下植株根系更為發(fā)達(dá)，植株與葉片活力強(qiáng)，小麥個體能夠充分有效利用農(nóng)田水肥等資源，促進(jìn)了有效分蘗的發(fā)生[2-3]。勻播麥田土壤水分分布均勻，土壤貯水消耗量和降水量占總耗水量的比例高，開花至成熟期的耗水模系數(shù)高，有利于獲得較高籽粒產(chǎn)量、水分利用效率和灌溉水利用效率[33]。本研究表明，勻播提高小麥有效分蘗數(shù)和穗數(shù)、干物質(zhì)積累量和轉(zhuǎn)運(yùn)量，尤其是提高分蘗穗的干物質(zhì)積累量等，進(jìn)而增加了產(chǎn)量。本研究還表明，產(chǎn)量隨著灌水量增加先呈增加趨勢，達(dá)到一定灌溉量后，產(chǎn)量出現(xiàn)下降趨勢，并于W225下達(dá)到最大，其中勻播產(chǎn)量比條播高3.52%。這與前人的研究結(jié)果基本一致。