新疆冬小麥不同產(chǎn)量水平群體特性分析

王立紅，張宏芝，王 重，李劍峰，高 新，時 佳，焦 陽，韓 雪，樊哲儒，趙 奇

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院核技術(shù)生物技術(shù)研究所，新疆烏魯木齊 830091；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部荒漠綠洲作物生理生態(tài)與耕作重點實驗室，新疆烏魯木齊 830091；3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052)

近年來，由于小麥滴灌水肥一體化栽培技術(shù)在新疆大面積示范推廣應(yīng)用，生產(chǎn)上7 500 kg·hm-2的高產(chǎn)小麥已屢見不鮮，也出現(xiàn) 12 090 kg·hm-2的超高產(chǎn)典型[1]，而一般農(nóng)戶產(chǎn)量平均在6 000 kg·hm-2左右。不同產(chǎn)量小麥有不同的群體結(jié)構(gòu)，適宜的群體結(jié)構(gòu)是小麥實現(xiàn)高產(chǎn)的基礎(chǔ)[2-3]，因此分析研究不同產(chǎn)量水平的小麥群體特征有助于優(yōu)化栽培技術(shù)，改善群體質(zhì)量，對進一步提高本地區(qū)小麥產(chǎn)量、挖掘高產(chǎn)潛力具有重要價值。有學(xué)者認(rèn)為，群體質(zhì)量的優(yōu)劣是小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素是否協(xié)調(diào)和產(chǎn)量水平高低的決定因素[4]。適宜葉面積指數(shù)(LAI)有利于群體光合能力的提高，從而增加小麥的產(chǎn)量[5-7]。LAI的增加是小麥群體生長率提高的主要因素[8]。小麥群體光合面積在開花前較高、花后衰減慢時有利于實現(xiàn)高產(chǎn)[4,9-12]。前人在研究群體特性的基礎(chǔ)上，提出不同區(qū)域高產(chǎn)、超高產(chǎn)群體主要特性指標(biāo)及產(chǎn)量結(jié)構(gòu)指標(biāo)[6-10,12-13]，但存在差別。山東、河南、河北生產(chǎn)上冬小麥產(chǎn)量達到9 000 kg·hm-2的現(xiàn)象已很常見，達到10 000 kg·hm-2以上的也報道較多[14-16]。新疆屬內(nèi)陸干旱半干旱區(qū)，年降水150 mm，年蒸發(fā)1 500～3 000 mm[17]，是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，而其灌溉水資源又極度短缺[18]，因而只有在節(jié)水灌溉的前提下研究新疆小麥高產(chǎn)、超高產(chǎn)才更具有實踐意義。本研究在滴灌條件下分析超高產(chǎn)、高產(chǎn)、農(nóng)戶水平三個產(chǎn)量水平間冬小麥群體特征、產(chǎn)量及其構(gòu)成差異，探討節(jié)水條件下冬小麥群體特征與產(chǎn)量之間的關(guān)系，以期為新疆滴灌冬小麥高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2018-2019年度在昌吉地區(qū)軍戶農(nóng)場新疆小麥育種家軍戶基地進行。試驗點地處E87°、N44°10'，海拔高度756 m，為典型的大陸性干旱氣候，年日照時數(shù)為2 700 h，年≥10 ℃積溫為3 450 ℃，年平均氣溫6.8 ℃，年平均降水量為190 mm，無霜期為150 d左右。試驗地土壤類型為壤土，基礎(chǔ)養(yǎng)分含量見表1。在軍戶農(nóng)場基地以冬小麥品種新冬41號為試驗材料，通過水肥管理設(shè)置超高產(chǎn)、高產(chǎn)高效、農(nóng)戶三種管理模式，分別形成超高產(chǎn)(SY)、高產(chǎn)(HY)、農(nóng)戶(FY)3個產(chǎn)量水平群體即3個處理。各處理施肥情況見表2。每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積275 m2(11 m×25 m)。采用1管6行的滴灌帶配置，行距0.16 m，播種密度為450×104株·hm-2，灌水采用滴灌，水量用水表和球閥控制，田間滴水共9次，每次滴水量330 m3·hm-2。

表1 播前土壤基礎(chǔ)肥力

表2 小區(qū)田間施肥情況

1.2 測定指標(biāo)

1.2.1 小麥群體總莖數(shù)調(diào)查

每個處理定點調(diào)查，在滴灌帶的同一側(cè)依次選取1 m 3行，在出苗期、越冬期、返青期、拔節(jié)期、開花期和收獲期調(diào)查群體總莖數(shù)，并計算分蘗成穗率。

分蘗成穗率=(收獲穗數(shù)-基本苗數(shù))/(最高總莖數(shù)-基本苗數(shù))×100%

主莖穗比重=基本苗數(shù)/收獲穗數(shù)×100%

分蘗穗比重=(收獲穗數(shù)-基本苗數(shù))/收獲穗數(shù)×100%

1.2.2 葉面積指數(shù)(LAI)的測定

在拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期每個處理連續(xù)選取10株有代表性的植株，測量每株綠色葉片的長和寬，計算葉面積(長×寬×0.83)，同時依據(jù)各生育時期的總莖數(shù)計算LAI(單莖葉面積× 1 hm2總莖數(shù)/104)，并直接測定其干物質(zhì)。

1.2.3 群體葉面積持續(xù)時間、葉面積指數(shù)增長率、光合勢、生長率和凈同化率的計算

根據(jù)獲取的LAI和干物質(zhì)數(shù)據(jù)，參照杜世州[8]和丁錦峰[12]的方法計算群體葉面積持續(xù)時間(LAD)、葉面積指數(shù)增長率(LGR)、光合勢(PP)、生長率(CGR)和凈同化率(NAR)。

其中LAI1、LAI2分別為t1、t2時間測定的小麥群體葉面積指數(shù)，W1、W2是分別為t1、t2時間測定的小麥群體干物質(zhì)量。

1.2.4 產(chǎn)量及其構(gòu)成測定

在小麥成熟期，從每個小區(qū)中隨機選擇5個1 m2樣方，測定產(chǎn)量和穗數(shù)。定點取樣考種，調(diào)查株高、節(jié)間長度、穗部性狀、千粒重、生物量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和繪圖，采用DPS 7.05軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)量水平間小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成差異

SY、HY和FY處理下冬小麥產(chǎn)量分別為 9 342.80、8 137.20和6 860.20 kg·hm-2，符合試驗設(shè)計的產(chǎn)量要求(超高產(chǎn)小麥 ≥9 000 kg·hm-2、高產(chǎn)小麥7500～9 000 kg·hm-2、農(nóng)戶水平小麥6 000～7 500 kg·hm-2)(表3)。在不同處理間籽粒產(chǎn)量和穗粒數(shù)差異均顯著；千粒重在SY、HY處理間差異不顯著，但二處理均顯著高于FY處理；穗數(shù)在不同處理間差異不顯著。與FY處理相比，SY、HY處理的產(chǎn)量分別提高36.19%和 18.61%，穗粒數(shù)分別增加 26.13%和15.25%，千粒重分別增加 8.94%和 9.05%。這說明在滴灌條件下，冬小麥高產(chǎn)、超高產(chǎn)的栽培關(guān)鍵為在適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上，主攻穗粒數(shù)與千粒重的增加。

表3 不同產(chǎn)量水平下小麥籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

2.2 不同產(chǎn)量水平間小麥群體總莖數(shù)及成穗率差異

在越冬、拔節(jié)、開花和收獲期，小麥群體總莖數(shù)均隨產(chǎn)量水平的提高呈增加趨勢，但在不同處量間無顯著差異(圖1)。分蘗成穗率、主莖穗比重和分蘗穗比重在SY、HY和FY處理間也均無顯著差異(表4)。由此說明，小麥群體數(shù)量從農(nóng)戶水平到超高產(chǎn)水平保持相對穩(wěn)定，已不是決定性因素。

表4 不同產(chǎn)量水平下小麥分蘗成穗變化

同生育時期中標(biāo)注不同小寫字母的數(shù)據(jù)表示處理間達0.05顯著水平差異。下圖同。

2.3 不同產(chǎn)量水平間小麥LAI差異

由圖2可知，從孕穗期至灌漿期，三類小麥的LAI均呈現(xiàn)逐步降低趨勢，且在不同時期均表現(xiàn)為SY>HY>FY，SY處理的LAI與處理差異均顯著。與FY處理相比，SY、HY處理的LAI在孕穗期分別增加54.87%和 12.47%，在開花期分別增加37.92%和 14.21%，在灌漿期分別增加31.65%和18.60%。這說明在生育后期保持較高的光合面積對小麥高產(chǎn)和超高產(chǎn)非常重要，有助于光合生產(chǎn)和產(chǎn)量形成。

圖2 不同產(chǎn)量水平下小麥LAI的比較

2.4 不同產(chǎn)量水平間小麥群體葉面積持續(xù)時間(LAD)、LAI下降率(LGR)、光合勢(PP)、群體生長率(CGR)和凈同化率(NAR)的差異

小麥的LAD、LGR、PP和CGR在不同時段均表現(xiàn)為SY>HY>FY，且SY處理的各指標(biāo)與FY處理差異均顯著(孕穗-開花期的CGR除外)，HY處理孕穗期-開花期和開花期-灌漿期的LAD、開花期-灌漿期的PP和CGR與FY處理差異均顯著(表5)。與FY處理相比，SY處理孕穗期-開花期、開花期-灌漿期的LAD分別增加 49.02%和32.55%，HY處理的LAD分別增加 14.61%和16.92%；SY處理孕穗期-開花期、開花期-灌漿期的LGR分別增加了118.53%和 53.06%，HY處理相應(yīng)時期的LGR分別增加 6.27%和6.12%；SY處理孕穗期-開花期、開花期-灌漿期的PP分別增加 48.11%和34.37%，HY處理相應(yīng)時期的PP分別增加 10.92%和 12.42%；SY處理的CGR在孕穗期-開花期、開花期-灌漿期和灌漿期-成熟期分別增加 4.75%、31.17%和9.95%，高產(chǎn)小麥相應(yīng)時期的CGR分別增加1.95%、8.65%和 1.81%。小麥各時段的NAR在不同產(chǎn)量水平間差異不顯著。

表5 不同產(chǎn)量下小麥群體LAD、LGR、PP、CGR和NAR的比較

3 討 論

3.1 不同產(chǎn)量水平下小麥群體質(zhì)量特征

關(guān)于小麥群體質(zhì)量特征，前人做了大量研究。適宜的LAI 是小麥群體質(zhì)量的基礎(chǔ)指標(biāo)[2]。張洪程等[6]提出，河南旱茬小麥產(chǎn)量≥9 000 kg·hm-2群體的孕穗期 LAI 約 7.3，抽穗后 20 d LAI約4.2。孫亞輝等[7]認(rèn)為，9 000 kg·hm-2產(chǎn)量水平的小麥最高LAI為8左右，開花后下降較慢；有較高的生物產(chǎn)量(一般在 20 000 kg·hm-2左右)和經(jīng)濟系數(shù)(0.42以上)。杜世州等[8]將小麥CGR增加的主要原因歸于LAI的提高。小麥籽粒產(chǎn)量與LAD和CGR呈極顯著正相關(guān)，與NAR呈顯著負相關(guān)。丁錦峰等[12]發(fā)現(xiàn)，小麥群體在花前具有較高的光合面積，花后光合面積衰減速率慢，維持較高的光合面積, 從而充分積累花后光合物質(zhì)，在適宜庫容基礎(chǔ)上保障對庫充實的需求。本試驗條件下，超高產(chǎn)小麥孕穗期、開花期和灌漿期的LAI分別為7.15、5.05和 3.40左右，農(nóng)戶水平小麥的LAI分別為5.19、4.18和3.06左右。相比中產(chǎn)小麥，超高產(chǎn)、高產(chǎn)小麥孕穗期和開花期的LAI較高，花后可維持更高的LAI。小麥群體的LAD、PP、CGR均隨產(chǎn)量水平的增加而提高，超高產(chǎn)小麥群體各項指標(biāo)均優(yōu)于高產(chǎn)和農(nóng)戶水平小麥群體。可見群體的協(xié)調(diào)發(fā)展是小麥產(chǎn)量提高的關(guān)鍵。

3.2 不同產(chǎn)量水平下小麥產(chǎn)量結(jié)構(gòu)特征

不同生態(tài)區(qū)域高產(chǎn)、超高產(chǎn)小麥的產(chǎn)量構(gòu)成存在差異。楊建昌等[19]認(rèn)為，稻茬麥產(chǎn)量庫容的擴大主要在于穗粒數(shù)的增加，在一定穗數(shù)基礎(chǔ)上，通過主攻大穗擴大庫容。季書勤等[20]和慕美財?shù)萚21]則認(rèn)為，控制株型增穗數(shù)是小麥由高產(chǎn)實現(xiàn)超高產(chǎn)的有效途徑。郭天財?shù)萚22]和由瑞麗等[23]提出，在適宜穗數(shù)的基礎(chǔ)上提高穗粒重可實現(xiàn)小麥超高產(chǎn)。張 娟等[24]也認(rèn)為，小麥穗數(shù)在超高產(chǎn)水平上進一步增產(chǎn)的作用不大。于振文等[9]提出，黃淮麥區(qū)旱茬中穗型小麥品種產(chǎn)量≥9 000 kg·hm-2的產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)為穗數(shù)750 萬·hm-2、穗粒數(shù)35粒、千粒重45 g左右；郭天財?shù)萚22]提出，河南多穗型品種產(chǎn)量≥9 000 kg·hm-2的群體產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)為穗數(shù)660萬～684萬·hm-2、穗粒數(shù)34.7～35.6粒、千粒重 42 g以上；孫亞輝[7]提出河北省9 000 kg·hm-2小麥的產(chǎn)量構(gòu)成為穗數(shù)800萬·hm-2左右，穗粒數(shù)30～34粒，千粒重40 g 以上。盧殿君[13]提出，華北平原冬小麥產(chǎn)量若要大于8 500 kg·hm-2的水平，穗數(shù)應(yīng)保證在750萬·hm-2左右，穗粒數(shù)32粒，千粒重38 g左右。本研究表明，小麥產(chǎn)量要從6 000 kg·hm-2增加到7 500 kg·hm-2，再達到9 000 kg·hm-2，不宜繼續(xù)增加群體收獲穗數(shù)，而應(yīng)在獲得適宜收獲穗數(shù)的基礎(chǔ)上，主攻穗粒數(shù)與千粒重的協(xié)調(diào)增加。提高穗粒數(shù)是縮小產(chǎn)量差、實現(xiàn)超高產(chǎn)的關(guān)鍵。本試驗條件下超高產(chǎn)群體的產(chǎn)量指標(biāo)：穗數(shù)540 萬·hm-2、穗粒數(shù)42粒左右、千粒重52 g以上；高產(chǎn)群體的產(chǎn)量指標(biāo)：穗數(shù)500萬·hm-2、穗粒數(shù)39粒左右、千粒重52 g以上。小麥產(chǎn)量水平由6 000 kg·hm-2提升到9 000 kg·hm-2，穗粒數(shù)和千粒重分別有26.13%和8.94%的提高空間?？梢娦陆←湲a(chǎn)量還有很大的增長潛力。