不同密度下夏播紅小豆抗倒伏能力變化規(guī)律的研究

王樂政，華方靜，曹鵬鵬，高鳳菊，王士嶺，高祺

（德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 德州 253000）

作物倒伏易造成通風透光差、光合作用減弱，進而降低單產(chǎn)，影響產(chǎn)品品質(zhì)；同時倒伏可造成植株損傷，為病害傳播提供條件，加重病害［1］；此外，倒伏還會增加收獲難度和成本，制約機械化生產(chǎn)進程，影響收獲效率［2］?？梢姷狗怯绊懽魑锔弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效的重要限制因素。已有研究表明作物的抗倒伏能力與形態(tài)性狀密切相關(guān)［3-6］。形態(tài)性狀又受種植密度的直接影響，當種植密度增加到一定程度時會影響玉米的莖稈性狀，如株高和穗位變高、莖粗變細、莖稈強度降低等，最終導(dǎo)致玉米莖稈抗倒伏能力降低，進而影響玉米產(chǎn)量［7，8］；大豆的抗倒伏系數(shù)隨著株高、鮮重的增加而減小，隨莖粗的增加而增大［9］。這說明選擇適宜的密度對于調(diào)控植株形態(tài)、增強抗倒伏能力從而確保高產(chǎn)、高效具有重要實踐意義。

近年來，關(guān)于不同種植密度下植株抗倒特性的研究逐漸增加。陳喜鳳等［10］研究發(fā)現(xiàn)，種植密度改變了大豆的群體結(jié)構(gòu)，隨著密度增加，倒伏逐漸加重且與低密度差異顯著。劉唐興等［11］研究發(fā)現(xiàn)，油菜終花期后，播種密度顯著影響油菜的抗倒伏能力，且隨密度增大越易倒伏。李金才等［12］研究認為，小麥生長發(fā)育后期，隨播種密度的加大，莖稈貯藏物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)運率增加，莖稈抗倒能力隨之下降。本課題組前期研究表明，與紅小豆抗倒伏能力相關(guān)的性狀主要包括莖粗、根鮮重、莖稈強度、株高、地上鮮重和分枝數(shù)等，抗倒指數(shù)［（莖粗×根鮮重×莖稈強度）／（株高×地上鮮重×（1+分枝數(shù)）］是這些性狀的綜合體現(xiàn)，雖然與產(chǎn)量不直接相關(guān)，但其任何一個性狀發(fā)生變化，都會影響植株的抗倒伏性，能較為系統(tǒng)地體現(xiàn)紅小豆田間的抗倒伏能力［13］；不同種植密度條件下，紅小豆的形態(tài)性狀發(fā)生變化，如隨著密度的增大，株高降低，分枝數(shù)減少，主莖節(jié)數(shù)下降，單株結(jié)莢數(shù)和單株粒數(shù)降低等［14］。在以前的基礎(chǔ)上，本試驗以紅小豆品種中紅7號（V1）、冀紅15號（V2）為材料，設(shè)置不同種植密度處理，研究不同密度下夏播紅小豆抗倒伏性狀、抗倒指數(shù)和產(chǎn)量的變化，闡明群體結(jié)構(gòu)與抗倒伏性狀變化的規(guī)律，為實現(xiàn)夏播紅小豆抗倒伏、高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年6—9月在德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園試驗基地（37°27′N，116°18′E）進行。試驗地為黃潮土，0～20 cm土壤基礎(chǔ)理化性狀：有機質(zhì)含量12.37 g／kg、全氮1.31 g／kg、速效氮62.01 mg／kg、速效磷57.11 mg／kg、速效鉀102.57 mg／kg，含鹽量0.10%，pH值7.87。前茬作物為冬小麥，麥收后秸稈還田。

1.2 試驗材料與設(shè)計

供試紅小豆品種中紅7號，由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供；冀紅15號，由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所提供。試驗采用兩因素完全隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)V1（中紅7號）、V2（冀紅15號）2個品種處理和d1（每公頃10.0萬株）、d2（每公頃12.0萬株）、d3（每公頃14.0萬株）、d4（每公頃16.0萬株）和d5（每公頃18.0萬株）5個種植密度處理，重復(fù)3次。小區(qū)面積24 m2（4 m×6 m），區(qū)內(nèi)種12行，行距0.5 m，株距根據(jù)密度相應(yīng)調(diào)整，重復(fù)間設(shè)1 m調(diào)查道，四周設(shè)2 m保護行。依據(jù)當?shù)厣a(chǎn)管理水平進行生育期內(nèi)的田間管理，各小區(qū)田間操作保持一致。

1.3 測定項目與方法

性狀測定：于紅小豆成熟期收獲前取各小區(qū)中間2行任一行的連續(xù)10株，進行性狀測定。按照《小豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》［15］測定株高、莖粗、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒重、每莢粒數(shù)和百粒重。

地上鮮重（g／株）：子葉節(jié)以上部分的鮮生物量。

根鮮重（g／株）：子葉節(jié)以下部分的鮮生物量。

莖稈強度（N）：以植株單莖的最大抗折力衡量莖稈機械強度。用數(shù)字莖稈強度儀（YYD-1型，浙江托普儀器有限公司產(chǎn)品）進行測定。取主莖子葉節(jié)上10 cm莖稈分別放于支撐架凹槽內(nèi)，兩支撐點的距離為5 cm，然后緩慢下壓，直到莖稈折斷為止，此時讀出的數(shù)值即為莖稈強度。

抗倒指數(shù)［13］：抗倒指數(shù)＝（莖粗×根鮮重×莖稈強度）／（株高×地上鮮重×（1+分枝數(shù)）。

測產(chǎn)：取小區(qū)中間4行（面積12 m2）收獲，脫粒后自然曬干，稱重計產(chǎn)（kg／hm2）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和作圖，用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析，用新復(fù)極差法標定5%差異顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度下紅小豆抗倒伏性狀的變化

2.1.1 株高變化 紅小豆V1、V2的株高隨種植密度的增加而逐漸增高，變異系數(shù)分別為7.37%、12.99%。方差分析表明，品種間（F＝557.495**）、密度間（F＝118.437**）、品種與密度互作（F＝4.822**）均具有極顯著差異?；貧w分析（圖1）表明，株高與密度表現(xiàn)出極顯著直線正相關(guān)關(guān)系（r1＝0.9944**，r2＝0.9906**），可用方程y1＝1.0457x+30.466（R2＝0.9888**）、y2＝1.5143x+16.013（R2＝0.9813**）表示。從圖1可以看出，V1株高顯著大于V2，且株高在不同密度下具有顯著變化，受密度影響的程度V2大于V1，品種與密度間具有極顯著的互作效應(yīng)。

圖1 不同密度下株高變化

2.1.2 莖粗變化 紅小豆V1、V2的莖粗隨種植密度的增加而逐漸減小，變異系數(shù)分別為8.90%、5.43%。方差分析表明，品種間（F＝0.482）、品種與密度互作（F＝1.186）差異均不顯著，密度間（F＝16.299**）具有極顯著差異?；貧w分析（圖2）表明，莖粗與密度表現(xiàn)出極顯著的直線負相關(guān)關(guān)系（r1＝-0.9691**，r2＝-0.9879**），可用方程y1＝-0.1911x+9.6775（R2＝0.9400**）、y2＝-0.1183x+8.5789（R2＝0.9764**）表示。從圖2可以看出，V1、V2的莖粗差異較小，但莖粗在不同密度下具有顯著變化，V1受密度影響的程度大于V2，品種與密度間的互作效應(yīng)較小。

2.1.3 分枝數(shù)變化 紅小豆V1、V2的分枝數(shù)隨種植密度的增加而逐漸減少，變異系數(shù)分別為45.63%、36.13%。方差分析表明，品種間（F＝150.028**）、密度間（F＝47.781**）具有極顯著差異，品種與密度互作（F＝2.356）差異不顯著?；貧w分析（圖3）表明，分枝數(shù)與密度表現(xiàn)出極顯著的直線負相關(guān)關(guān)系（r1＝-0.9900**，r2＝-0.9972**），可用方程y1＝-0.1567x+3.2867（R2＝0.9809**）、y2＝-0.2367x+5.3933（R2＝0.9947**）表示，說明V2分枝數(shù)顯著大于V1，分枝數(shù)在不同密度下變化顯著，V2受密度影響的程度大于V1，品種與密度間的互作效應(yīng)較小。

圖2 不同密度下莖粗變化

圖3 不同密度下分枝數(shù)變化

2.1.4 地上鮮重變化 紅小豆V1、V2的地上鮮重隨種植密度的增加而逐漸減少，變異系數(shù)分別為27.3%、20.91%。方差分析表明，品種間（F＝516.851**）、密度間（F＝724.692**）、品種與密度互作（F＝47.509**）均具有極顯著差異?；貧w分析（圖4）表明，地上鮮重與密度表現(xiàn)出極顯著的負相關(guān)關(guān)系（r1＝-0.9778**，r2＝-0.981**）。2個品種地上鮮重隨種植密度增加呈逐漸減少的趨勢，在d1、d2、d3處理間下降較快，在d4、d5處理間較為緩和。地上鮮重隨種植密度的變化可用方程y1＝0.4392x2-18.045x+231.14（R2＝0.9875*）、y2＝0.2057x2-9.4373x+146.85（R2＝0.9791*）表示，說明V1地上鮮重顯著大于V2，不同密度下變化顯著；地上鮮重在每公頃14萬株以下時隨密度增加快速減少，超過14萬株則緩慢減少，即受影響程度變小，其中V1受密度影響的程度大于V2。

圖4 不同密度下地上鮮重變化

2.1.5 根鮮重變化 紅小豆V1、V2的根鮮重隨種植密度的增加而逐漸減少，變異系數(shù)分別為18.22%、19.19%。方差分析表明，品種間（F＝16.268**）、密度間（F＝83.963**）均具有極顯著差異，品種與密度互作（F＝1.586）差異不顯著?；貧w分析（圖5）表明，根鮮重與密度表現(xiàn)出極顯著的負相關(guān)關(guān)系（r1＝-0.9593**，r2＝-0.9793**）。2個品種根鮮重在d1、d2處理間下降較快，在d3、d4、d5處理間下降緩慢。根鮮重隨種植密度的變化可用方程y1＝0.0212x2-0.7927x+10.376（R2＝0.9783*）、y2＝0.0138x2-0.5853x+8.7255（R2＝0.9843*）表示，說明V1的根鮮重顯著大于V2，不同密度下變化顯著；根鮮重在每公頃12萬株以下時隨密度增加快速下降，超過12萬株以后緩慢下降，即受影響程度變小，其中V1受密度影響程度大于V2。2.1.6 莖稈強度變化 紅小豆V1、V2的莖稈強度隨種植密度的增加而逐漸降低，變異系數(shù)分別為17.62%、13.78%。方差分析表明，品種間（F＝601.423**）、密度間（F＝1188.019**）、品種與密度互作（F＝37.728**）均具有極顯著差異?；貧w分析（圖6）表明，莖稈強度與密度表現(xiàn)出極顯著的直線負相關(guān)關(guān)系（r1＝-0.9944**，r2＝-0.9988**），可用方程y1＝-6.4587x+207.0（R2＝0.9887**）、y2＝-4.5883x+169.67（R2＝0.9976**）表示。由圖6可以看出，V1莖稈強度顯著大于V2，且在不同密度下具有顯著變化，密度對V1的影響大于V2，品種與密度間具有極顯著的互作效應(yīng)。

圖5 不同密度下根鮮重變化

圖6 不同密度下莖稈強度變化

2.2 不同密度下紅小豆抗倒伏指數(shù)的變化

對不同密度下2個紅小豆品種的抗倒伏指數(shù)進行方差分析表明，各作用因子對抗倒伏指數(shù)影響的大小順序為品種（F＝1680.934**）＞品種×密度（F＝138.286**）＞密度（F＝42.161**）。如表1所示，V1的抗倒伏指數(shù)顯著高于V2，V1各密度下平均抗倒伏指數(shù)是V2的1.2倍，說明選擇抗倒伏品種是提高夏播紅小豆田間抗倒伏能力的關(guān)鍵措施。不同密度下，V1抗倒伏指數(shù)的大小順序為d4＞d1＞d5＞d2＞d3，除d4、d1差異不顯著外，其它各密度間差異顯著；V2抗倒伏指數(shù)的大小順序為d1＞d3＞d2＞d5＞d4，除d1、d3差異不顯著外，其它各密度間差異顯著?？梢钥闯?，d4、d1是V1具有較高抗倒伏能力的適宜密度，d1、d3則是V2具有較高抗倒伏能力的適宜密度。說明提高夏播紅小豆田間抗倒伏能力，除選擇抗倒伏品種外，適宜的種植密度也是重要措施之一。

表1 不同密度下紅小豆抗倒伏指數(shù)的變化

2.3 不同密度下紅小豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素的變化

由表2可知，不同密度下2個小豆品種產(chǎn)量的變化規(guī)律一致，均隨著密度加大先逐漸增加后降低，均以d4最高、d1最低，密度間產(chǎn)量差異顯著。各密度下，V1產(chǎn)量從大到小依次為：d4＞d5＞d3＞d2＞d1，d5、d3間產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著低于d4而高于d2、d1，d2、d1間產(chǎn)量差異不顯著；V2產(chǎn)量從大到小依次為：d4＞d3＞d5＞d2＞d1，d3與d5差異不顯著，顯著低于d4而高于d2、d1，d5與d2差異不顯著，顯著高于d1。

表2 不同密度下紅小豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素的變化

從不同品種產(chǎn)量的變異系數(shù)來看，V2受密度影響的程度大于V1，品種間產(chǎn)量差異極顯著，V1＞V2，品種與密度對產(chǎn)量的影響表現(xiàn)出顯著的互作效應(yīng)。各產(chǎn)量構(gòu)成因素受密度的影響程度不同，單株莢數(shù)和單株粒重變異系數(shù)較大，即受密度影響較大；每莢粒數(shù)和百粒重變異系數(shù)較小，即受密度影響較小。與V2相比，V1單株粒重和百粒重受影響程度較大，單株莢數(shù)和每莢粒數(shù)則較小，品種間產(chǎn)量差異極顯著。V1品種，首先受影響的是單株粒重，其次是單株莢數(shù)，再次是百粒重，最后是每莢粒數(shù)；V2品種則表現(xiàn)為單株莢數(shù)首先受影響，其次是單株粒重，再次是每莢粒數(shù)，最后是百粒重。可以看出，2個紅小豆品種密度在每公頃14萬～18萬株間均能獲得較高產(chǎn)量，其中每公頃16萬株時產(chǎn)量最高，V1為2 785.4 kg／hm2，V2為2 514.8 kg／hm2。

3 討論與結(jié)論

隨著種植密度的增大，植株地上部群體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，紅小豆的株高增高，分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)逐漸減少，地上部生物量逐漸降低；同時地下部也受到極大影響，根生物量和側(cè)根數(shù)減少［16］。本試驗中，隨密度增加，2個紅小豆品種的株高逐漸增高，莖粗逐漸減小，分枝數(shù)、地上鮮重和根鮮重逐漸減少，密度間差異顯著，與先前的研究結(jié)果一致。研究還發(fā)現(xiàn)，不同紅小豆品種形態(tài)性狀的變化受種植密度的影響程度不同，株高、分枝數(shù)的變化，V2大于V1；而莖粗、地上鮮重和根鮮重的變化，V1大于V2，不同品種間差異顯著，這與華方靜等［13］的研究結(jié)果一致。

植株地上部莖稈和地下部根系性狀是影響倒伏的兩大因素［17］。鄭亭等［18］研究認為，隨著株高和重心高度的降低，單莖干物質(zhì)積累量增多，節(jié)間縮短增粗，機械強度提高，田間不易發(fā)生倒伏。李金才等［12］研究發(fā)現(xiàn)，植株較矮和植株重心較低，莖稈基部節(jié)間粗、短、莖壁厚且干重大，以及較高的莖稈機械組織強度是莖稈抗倒株型的形態(tài)特征。本研究表明，2個紅小豆品種的抗倒伏指數(shù)差異顯著，V1大于V2，說明提高夏播紅小豆的抗倒伏能力，品種應(yīng)是首選；V1的抗倒伏指數(shù)在d4、d1密度下較高，而V2的抗倒伏指數(shù)在d1、d3密度下較高，這是由于植株的抗倒伏能力是基部莖稈和根系性狀相互作用的結(jié)果［19］。抗倒伏指數(shù)是莖粗、根鮮重、莖稈強度、株高、地上鮮重和分枝數(shù)等性狀的綜合體現(xiàn)，任何一個形狀的變化，都會影響抗倒性。低密度下，“莖粗×根鮮重×莖稈強度”較大，抗倒指數(shù)較大；隨著種植密度的增大，莖粗、根鮮重、莖稈強度、地上鮮重和分枝數(shù)而降低，但降低的速度不同，致使V1、V2的抗倒指數(shù)［（莖粗×根鮮重×莖稈強度）／（株高×地上鮮重×（1+分枝數(shù)）］分別在d4、d1密度下最高。

紅小豆V2產(chǎn)量受密度影響的程度大于V1，品種間產(chǎn)量差異極顯著，V1＞V2；不同密度下2個紅小豆品種產(chǎn)量的變化規(guī)律一致，均隨著密度加大先增加后降低，密度間差異極顯著。2個品種密度在每公頃14萬～18萬株間均能獲得較高產(chǎn)量，16萬株時產(chǎn)量最高，V1為2 785.4 kg／hm2，V2為2 514.8 kg／hm2；密度為每公頃16萬株時V1的抗倒指數(shù)最高，14萬株時V2的抗倒指數(shù)最高，可以看出，V1最佳密度為每公頃16萬株，而V2為14萬株。因此本研究認為，選用紅小豆品種中紅7號、采用每公頃16萬株種植，是實現(xiàn)夏播紅小豆抗倒伏、高產(chǎn)高效栽培的有效措施。由于夏播紅小豆產(chǎn)量和抗倒伏能力還受生態(tài)環(huán)境、土壤肥力及其它栽培條件的影響，仍有待于進一步研究。