播期與氣象因子對紅小豆生長發(fā)育及產(chǎn)量性狀的效應(yīng)研究

申曉慧， 姜 成， 何 寧， 項(xiàng)洪濤， 曹大為， 李 婉

(1.宜春學(xué)院，生命科學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，江西 宜春 336000；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所, 黑龍江 哈爾濱 150086)

播期是影響作物生產(chǎn)的重要栽培因素，合理確定播期可有效調(diào)整作物生長發(fā)育進(jìn)程與季節(jié)同步，不僅可以充分利用當(dāng)?shù)毓?、溫、水等氣候資源，充分發(fā)揮品種生產(chǎn)潛力，還可以提高作物抵御外界不良環(huán)境的能力，保證作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)[1]。關(guān)于播期、品種搭配對紅小豆等作物生長發(fā)育及產(chǎn)量影響的研究已有報(bào)道，趙翠媛等[2]研究表明，紅小豆播期的推遲不僅使有效積溫顯著減少，而且花后日均溫差也會降低，不利于小豆開花結(jié)莢，從而降低產(chǎn)量；王明海等[3]研究認(rèn)為，早播有利于紅小豆產(chǎn)量的提高。趙秋等[4]對小豆播期與密度研究表明，“遼紅小豆8號”在遼陽地區(qū)適時(shí)早播有利于產(chǎn)量提高。前人研究主要集中在播期以及播期與密度等因素對紅小豆產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀方面的影響，且多數(shù)研究認(rèn)為，早播更利于發(fā)揮紅小豆產(chǎn)量潛力。而關(guān)于播期對小豆生育進(jìn)程、產(chǎn)量及溫度與降水等氣候條件的相關(guān)性分析的研究顯見報(bào)道。尤其是小豆花后積溫與降雨等氣候條件對紅小豆產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響未見報(bào)道。該研究選用黑龍江地區(qū)大面積推廣應(yīng)用的紅小豆品種“珍珠紅”為試驗(yàn)材料，通過分期播種，系統(tǒng)分析溫度與降水等氣象條件對紅小豆生育進(jìn)程、生長指標(biāo)、群體生長速率、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響，以期明確不同播期條件下紅小豆品種生長發(fā)育期特性，播期及氣象條件對紅小豆產(chǎn)量調(diào)控的影響，為紅小豆播期的科學(xué)選擇以及高產(chǎn)栽培技術(shù)研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試紅小豆品種“珍珠紅”由黑龍江省農(nóng)科院耕作與栽培研究所提供。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)及氣候條件

試驗(yàn)基地位于黑龍江省東經(jīng)130.37°，北緯46.82°，海拔170 m，所在區(qū)域歷年年平均降雨量510 mm，日照時(shí)數(shù)2 419.3 h。土壤類型為草甸黑土，pH值6.15，土壤有機(jī)質(zhì)2.56%、速效鉀108.24 mg/kg、速效磷43.95 mg/kg、堿解氮130.85 mg/kg、全磷0.16%、全氮0.18%和全鉀1.58%。2019年≥10 ℃積溫為2 590 ℃ ，降水量535.6 mm，日照時(shí)數(shù)2 525.3 h，在農(nóng)作物生長期(5～9月)日照時(shí)數(shù)1 225.3 h。本年度氣候條件與佳木斯地區(qū)歷年氣候條件基本一致。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用單因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè) T1(5月10日)、T2(5月20日)、T3(5月30日)、T4(6月9日)4個(gè)播期處理，3 次重復(fù)，小區(qū)設(shè)置行長5 m，6行區(qū)，行距0.65 m，株距0.15 m，小區(qū)面積19.5 m2，施肥量為磷酸二銨100 kg/hm2、磷酸鉀40 kg/hm2，標(biāo)準(zhǔn)施肥，小區(qū)留苗66株。小區(qū)重復(fù)間設(shè)1 m調(diào)查區(qū)道，四周設(shè)2 m保護(hù)行。田間管理同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 生育期調(diào)查

調(diào)查內(nèi)容為不同播期條件下紅小豆出苗期(VE)、第1復(fù)葉展開期(V1)、第2復(fù)葉展開期(V2)、第3復(fù)葉展開期(V3)、始花期(R1)、始莢期(R3)、始粒期(R5)、鼓粒期(R6)、全生育期。

1.4.2 葉面積指數(shù)及地上總干物質(zhì)量調(diào)查

分別于紅小豆V3、R1、R3、R5、R6時(shí)期取各小區(qū)選取代表性植株5株，用打孔稱重法測量葉面積指數(shù)，然后將這5株子葉節(jié)以上部分于105 ℃條件下殺青30 min，然后在80 ℃條件下烘干至恒重，測定總干物質(zhì)積累量。

1.4.3 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素

于紅小豆成熟期去除邊際效應(yīng)在小區(qū)內(nèi)任意選取3行實(shí)收測產(chǎn)，折算每公頃產(chǎn)量，各小區(qū)選取代表性植株10株，測定分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒數(shù)、單莢粒重及百粒重等。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算與統(tǒng)計(jì)分析

葉面積指數(shù)=(單株葉面積×單位土地面積內(nèi)的株數(shù))/單位土地面積；

群體生長速率/(g·m-2·d-1)=W2-Wl/(t2-t1)。

式中，W1和 W2為前后 2次測定的干物質(zhì)重，t1和 t2為前后2次測定的時(shí)間[5]。

用Microsoft Excel 2007軟件計(jì)算數(shù)據(jù)和作圖；用SAS 9.1軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期對紅小豆各生育時(shí)期的影響

由表 1可知，隨著播期的推遲，全生育期所需天數(shù)呈逐漸縮短變化趨勢。各生育階段持續(xù)天數(shù)受播期的影響表現(xiàn)為，從播種到出苗可以看出，隨著播期的推遲出苗日數(shù)逐漸縮短，且差異顯著(P<0.05)，這主要是由于晚播氣溫較高，小豆種子易早生萌發(fā)。5月10日播種的紅小豆從出苗至第1復(fù)葉展開期所需時(shí)間較長，這是因?yàn)檫@一時(shí)期佳木斯地區(qū)遇到了早春低溫現(xiàn)象，這一階段日均高溫17.4 ℃，日均低溫3.2 ℃，夜間溫度過低不利于紅小豆生長發(fā)育，紅小豆生長處于停滯階段。不同播期條件下各小豆品種在6月中旬之后陸續(xù)展開第2、3復(fù)葉。從第3復(fù)葉展開期至始花期、始花至始莢期可以明顯看出，6月9日晚播各品種生育進(jìn)程明顯縮短。始粒至鼓粒期及全生育期所需天數(shù)各處理均達(dá)到差異顯著水平(P<0.05)。

表1 紅小豆不同播期條件下各關(guān)鍵生育時(shí)期調(diào)查

2.2 氣象因子與紅小豆生育時(shí)期的關(guān)系

不同播期條件下，紅小豆各生育階段對應(yīng)氣候條件不同。對各生育階段及其對應(yīng)的累積溫度(X1)、日均溫差(X2)和降雨量(X3)進(jìn)行回歸分析(表2)。結(jié)果表明，各生育階段持續(xù)天數(shù)受氣候條件影響顯著。播種至出苗期生育天數(shù)隨積溫的升高而縮短，隨累積日均溫差的升高而延長，累積日均溫差對該階段的影響效應(yīng)值大于積溫效應(yīng)。由于第2、3復(fù)葉展開期相距時(shí)間較短，該試驗(yàn)直接將第1復(fù)葉展開期～第3復(fù)葉展開期劃分為1個(gè)生育階段做線性回歸方程。從VE-R1期所需生育天數(shù)均隨積溫、日均溫差和降雨量的降低而縮短；這一階段是紅小豆生理生長最旺盛期也是對需水量要求最大時(shí)期。R1～R3所需天數(shù)則隨積溫和降雨量的增加而縮短，隨日均溫差的升高而延長，以積溫影響效應(yīng)最大；R3～R5所需生育天數(shù)則隨著積溫及累積日均溫差的提高而延長，隨著降雨量的增加而縮短。R5～R6期受累積日溫差影響效應(yīng)最大，其次是積溫和降雨。就全生育期而言，紅小豆生育天數(shù)受積溫效應(yīng)影響最大，降雨效應(yīng)影響最小。

表2 紅小豆不同生育階段平均持續(xù)天數(shù)與氣象因子的關(guān)系

2.3 播期對紅小豆生長發(fā)育指標(biāo)的影響

作物群體生長狀況通過葉面積指數(shù)來反映，葉面積指數(shù)越高說明群體生長狀況良好，影響作物最終產(chǎn)量[6]。由圖1可知，不同播期條件下紅小豆從V3～R6葉面積指數(shù)均為先升高再降低的變化趨勢，其中，T3播期最高，T1播期最低。各播期的葉面積指數(shù)從大到小依次為：T3>T1>T2>T4。由此表明，適宜播期有利于紅小豆開花后的葉面積指數(shù)提高，有利于形成高質(zhì)量群體，而播種過早或過晚均不利于小豆花后保持較高的葉面積指數(shù)，所以早播或晚播不利于后期小豆獲得高產(chǎn)。

作物干物質(zhì)積累量直接影響作物最終產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。由圖2可知，從播種出苗至始莢期，不同播期條件下紅小豆地上部干物質(zhì)積累差別不大，但隨著生育期的推進(jìn)，不同播期干物質(zhì)積累量差距越來越明顯，其中，T3播期紅小豆地上干物重積累量最大。這可能是由于前期作物主要進(jìn)行營養(yǎng)生長，差異不顯著，隨著生長期推進(jìn)，T3播期的氣候條件更有利于小豆生長發(fā)育，植株分枝增加，開花結(jié)莢部位相對較多,從而使花莢積累量增大，有利于紅小豆干物質(zhì)積累與分配。

群體生長率是干物質(zhì)日生產(chǎn)量的反映，是群體生產(chǎn)速率的重要指標(biāo)。雖然不同播期條件下紅小豆群體干物質(zhì)積累量和生育進(jìn)程存在差異，但隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，T1～T4 播期紅小豆群體生長率變化趨勢均呈先增后降的變化趨勢，不同播期條件下群體生長速率仍以 T3播期最大，T4 播期最小，最大值均出現(xiàn)在R1～R3期。由此說明，T3播期更有利于群體生長速率的提高(表3)。

表3 播期對紅小豆各生育時(shí)期群體生長速率的影響

2.4 氣象因子與紅小豆各項(xiàng)生長指標(biāo)的關(guān)系

紅小豆各生育時(shí)期氣象因子與葉面積指數(shù)、總干物重及群體生長率的相關(guān)關(guān)系見表4。

表4 氣象因子與葉面積指數(shù)、總干物重及群體生長率間的相關(guān)分析

V3-R1積溫與群體生長率呈顯著正相關(guān)關(guān)系；R1-R3積溫與該時(shí)期葉面積指數(shù)和總干物重呈極顯著正相關(guān)；R3-R5積溫與各指標(biāo)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，累積日溫差與葉面積指數(shù)及總干物重呈顯著正相關(guān)關(guān)系；R1-R6的積溫與其相應(yīng)階段的葉面積指數(shù)及總干物重呈極顯著正相關(guān)，累積日溫差與葉面積指數(shù)、總干物重呈顯著正相關(guān)關(guān)系，這說明積溫對紅小豆生長發(fā)育起了關(guān)鍵作用，尤其是對紅小豆生殖生長發(fā)育階段，積溫越高，越有利于干物質(zhì)積累，增加群體生長速率，有利于獲得高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

2.5 播期對紅小豆產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀的影響

由表5可知，T3播期莖粗、單株莢數(shù)、單株粒重及產(chǎn)量指標(biāo)均顯著高于其他播期處理(P<0.05)，其中，單株莢數(shù)比其他播期平均值高27.74%，單株粒重比其他播期平均值高36.40%，產(chǎn)量比其他播期平均值高20.45%以上，主莖節(jié)數(shù)和單株分枝數(shù)均顯著低于其他各播期處理(P<0.05)。單莢粒數(shù)T1播期最高，其他播期差異不顯著，百粒重T4播期最高，其次為T3播期，但差異不顯著。由此可見，播期過早或過晚均不利于高產(chǎn)產(chǎn)量性狀形成，適時(shí)播種才更有利于提高作物對光能的利用效率，從而促進(jìn)作物形態(tài)器官的建成和生殖器官的發(fā)育。

表5 不同播期對各紅小豆品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.6 氣象因子與紅小豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的關(guān)系

除了播種時(shí)期對紅小豆產(chǎn)量具有明顯影響外，氣候條件也是影響紅小豆產(chǎn)量的另一重要因素。將已知的氣象因子花前積溫(x1)、花前累積日溫差(x2)、花前降雨量(X3)、三葉期積溫(x4)、花后累積日溫差(x5)、花后降水量(x6)、全生育期積溫(x7)、全生育期累積日溫差(x8)以及全生育期降水量(x9)與小豆產(chǎn)量(y1)、單株莢數(shù)(y2)、單株粒重(y3)、單株粒數(shù)(y4)和百粒重(y5)分別進(jìn)行回歸分析，得到回歸方程(表6)。

表6 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素與氣象因子的關(guān)系

由表6可知，影響紅小豆產(chǎn)量(Y1)的各氣象因子效應(yīng)的大小為 x5>x7>x3>x6>x9；影響單株莢數(shù)(y2)的各氣象因子效應(yīng)的大小為 x8>x5>x7>x3>x4；影響單株粒重(y3)各氣象因子效應(yīng)的大小為 x6> x5> x7> x9> x4；影響單株粒數(shù)(y4)各氣象因子效應(yīng)的大小為 x5>x7>x2>x9>x1；影響百粒重(y5)各氣象因子效應(yīng)的大小為x5>x6>x3>x7。

3 討論與結(jié)論

播期對作物的影響實(shí)際上是光、溫、水等氣候條件對作物的綜合影響[8-9]。紅小豆也屬于喜溫作物，溫度對紅小豆產(chǎn)量具有重要影響[10]，由于紅小豆生育期較短，該實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，早播延長了紅小豆生育天數(shù)，而晚播則縮短紅小豆生育天數(shù)，自第3復(fù)葉展開期至始花期受降水影響最大，開花至成熟各階段積溫影響最大。積溫和累積日溫差對葉面積指數(shù)、總干物重影響顯著，其中，積溫影響達(dá)到極顯著水平。說明積溫增加直接影響紅小豆實(shí)際產(chǎn)量的增加。

在作物品種、栽培措施和管理水平確定的情況下，氣象條件則是影響作物產(chǎn)量的主要因子。袁晉等[11]認(rèn)為，氣象因子主要通過對單株莢數(shù)、百粒重等產(chǎn)量構(gòu)成因素來影響大豆最終產(chǎn)量。該試驗(yàn)通過氣象因素與產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的關(guān)系分析可知，溫度與降水對紅小豆產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素存在不同程度影響，對產(chǎn)量影響顯著的因素主要有開花前期的累積日溫差、花后積溫和降雨量，即花前累積日溫差較小、花后積溫較高、降水充分有利于產(chǎn)量的提高；花后累積日溫差較大、全生育期積溫高有利于增加單株粒數(shù)；花后累積日溫差較大，有利于提高百粒重。

紅小豆產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)性狀的變化與播期關(guān)系密切。前人研究播期對作物的影響多數(shù)提倡在條件允許的條件下,應(yīng)適當(dāng)早播。如王樂政等[12]研究表明，紅小豆株高和分枝數(shù)隨播種日期的延遲而降低，單株莢數(shù)也隨播期的推遲而減少。趙翠媛等[2]研究也表明，小豆株高、主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)均隨著播期推遲而下降，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)和單株粒重也隨著播期的推遲而降低。以上研究結(jié)果均建議紅小豆適期早播利于高產(chǎn)。但在該試驗(yàn)中，隨播期的推遲，紅小豆主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)等形態(tài)指標(biāo)值逐漸降低，與前人研究結(jié)論一致。而單株粒數(shù)和單株粒重均是5月30日播種最高，這可能是由于紅小豆過早播種，小豆子粒灌漿過程晝夜溫差小，不利于紅小豆干物質(zhì)積累與運(yùn)輸，而過晚播種，小豆籽粒灌漿時(shí)溫度過低，也不利于干物質(zhì)積累與運(yùn)輸。因此，早播或晚播均不利于紅小豆產(chǎn)量的提高，此結(jié)果與前人研究結(jié)果不同。該研究出現(xiàn)這樣的結(jié)果可能與試驗(yàn)研究的起始播期、試驗(yàn)品種特性及試驗(yàn)地點(diǎn)生態(tài)條件不同有關(guān)，具體原因還有待于進(jìn)一步研究。