勻播和條播小麥產(chǎn)量及干物質(zhì)積累對(duì)春季灌水量的響應(yīng)

于慧玲 闞茗溪 徐哲莉 馬瑞琦 劉阿康,3 王德梅 王艷杰 楊玉雙 趙廣才 常旭虹,*

研究簡(jiǎn)報(bào)

勻播和條播小麥產(chǎn)量及干物質(zhì)積累對(duì)春季灌水量的響應(yīng)

于慧玲1闞茗溪1徐哲莉2馬瑞琦1劉阿康1,3王德梅1王艷杰1楊玉雙1趙廣才1常旭虹1,*

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè)部作物生理生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081;2石家莊市農(nóng)林科學(xué)研究院趙縣實(shí)驗(yàn)基地, 河北石家莊 051530;3全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心糧食作物技術(shù)處, 北京 100125

為明確新型播種方式立體勻播條件下小麥干物質(zhì)積累及對(duì)水分的利用情況, 挖掘播種方式節(jié)水潛力。本試驗(yàn)于2020—2021年冬小麥生長季在石家莊和北京2個(gè)試點(diǎn)進(jìn)行同步試驗(yàn), 以中筋節(jié)水型小麥“輪選103”為供試品種, 采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì), 主區(qū)設(shè)3個(gè)灌水量: 600 m3hm–2(W1)、900 m3hm–2(W2)和1200 m3hm–2(W3); 副區(qū)為立體勻播(S1)和常規(guī)條播(S2)兩種播種方式, 從產(chǎn)量構(gòu)成、物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、水分利用角度研究不同播種方式下小麥對(duì)春季灌水量的響應(yīng)差異, 為小麥節(jié)水生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。結(jié)果表明:相同灌水量條件下, 立體勻播產(chǎn)量高于常規(guī)條播, 主要是其葉面積指數(shù)(LAI)較高, 且隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)變化較為穩(wěn)定; 同時(shí), 勻播小麥功能葉的光合性能優(yōu)于條播, 利于合成更多的有機(jī)物, 使得勻播小麥各器官的干物質(zhì)積累量和花后光合積累量均高于條播, 提高水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE), 表現(xiàn)出較好的產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)。當(dāng)灌水量為600 m3hm–2(W1)時(shí), 勻播較條播產(chǎn)量增加最多, 為832.0 kg hm–2, 增幅為9.89%, 莖鞘、葉片和穗的干物質(zhì)量勻播較條播平均增加25.15%、27.64%和18.68%, WUE和IWUE分別顯著提高11.16%和9.92%; 播種方式間的最大相對(duì)生長速率在灌水量為900 m3hm–2(W2)時(shí)差異最大, 勻播較條播快0.021～0.025 g 株–1d–1, 在該灌水量下干物質(zhì)積累最大相對(duì)生長速率出現(xiàn)的時(shí)間(tm)提前, 快速生長期持續(xù)的天數(shù)(Δt)最短, 且石家莊試點(diǎn)出現(xiàn)的時(shí)間早于北京試點(diǎn); 花后光合積累量在灌水量為1200 m3hm–2(W3)時(shí)勻播顯著高于條播, 勻播較條播平均增產(chǎn)4.37%。灰色關(guān)聯(lián)度分析表明, 兩試點(diǎn)勻播小麥的穗數(shù)、千粒重與產(chǎn)量密切相關(guān), 而條播小麥的凈光合速率與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度較高?？傮w分析發(fā)現(xiàn), 相同灌水量下, 與常規(guī)條播相比, 勻播小麥通過提高LAI延長高值持續(xù)期, 或者提高凈光合速率, 或者促進(jìn)干物質(zhì)積累而提高產(chǎn)量, 尤其在較低的灌水量條件下, 選用勻播播種方式, 可在相同的灌水投入下, 高效利用水量, 從而獲得較高的產(chǎn)量, 增加效益。因此, 勻播方式更適合生產(chǎn)中灌水條件不足的地區(qū), 可以充分發(fā)揮其高效節(jié)水功能。

播種方式; 灌水量; 干物質(zhì)積累; 產(chǎn)量

小麥生長發(fā)育過程中, 水分作為不可或缺的重要因素, 能夠轉(zhuǎn)運(yùn)營養(yǎng)物質(zhì)促進(jìn)植株養(yǎng)分積累, 滿足營養(yǎng)生長和生殖生長的需要。鑒于我國水資源較為緊張的現(xiàn)狀, 尤其北方小麥生產(chǎn)中, 降水季節(jié)分配不均導(dǎo)致自然降水難以滿足冬小麥整個(gè)生育期生長發(fā)育對(duì)水分的需求, 因此提高灌水利用效率是確保小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵。

近年來, 趙廣才等研究提出小麥立體勻播技術(shù), 可減少常規(guī)條播行壟之間的裸地面積, 使小麥個(gè)體充分占有相對(duì)均衡的地上地下空間, 促進(jìn)資源利用[1-2]。開花期適當(dāng)增加灌水可以使冬小麥葉面積顯著增加, 從而在一定程度上增加光合面積, 增強(qiáng)光合作用, 提高產(chǎn)量[3]。隨著冬小麥生育期的推進(jìn), 干物質(zhì)積累量呈“S”型曲線變化[4]。各器官的最大干物質(zhì)量在不同播種方式中表現(xiàn)各不相同, 撒播的葉片干物質(zhì)量最大, 條播的穎殼+穗軸干物質(zhì)量最大, 穴播的莖稈、籽粒和總干物質(zhì)量均最高[5]。水分過多降低了營養(yǎng)器官花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)和花后光合產(chǎn)物積累[6]。崔月等[7]指出, 隨著灌水量的增加, 最大生長速率出現(xiàn)的時(shí)間提前, 最大相對(duì)生長速率增大。研究表明, 在一定范圍內(nèi)農(nóng)田總耗水量隨灌水量的增加而增加[8]。寬幅勻播較傳統(tǒng)條播能夠提高春小麥的產(chǎn)量和水分利用效率[9], 溝播較平播水分利用效率提高2.87%[10]。

以往的大田生產(chǎn)研究多集中在穴播、撒播和條播等播種方式下[5,11], 不同灌水量在條播和勻播條件下其產(chǎn)量、干物質(zhì)積累分配和水分利用的研究尚未得到對(duì)比和評(píng)價(jià)。立體勻播技術(shù)作為新型播種方式, 有關(guān)該方式下灌水量影響小麥產(chǎn)量的研究尚不完善, 在一定程度上制約著其充分發(fā)揮小麥潛力的增產(chǎn)功能。本試驗(yàn)在2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)比較2種播種方式下不同春季灌水量對(duì)冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響, 從葉面積指數(shù)、凈光合速率、同化物積累與轉(zhuǎn)運(yùn)、水分利用等層面解析小麥產(chǎn)量差異產(chǎn)生的機(jī)制, 旨在明確不同播種方式下冬小麥產(chǎn)量對(duì)灌水量的響應(yīng)差異, 挖掘2種播種方式下小麥的產(chǎn)量潛力和限制因素, 為小麥高產(chǎn)栽培和節(jié)水農(nóng)業(yè)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020—2021年度在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所的河北石家莊及北京實(shí)驗(yàn)基地同步進(jìn)行, 試驗(yàn)地概況詳見表1。2個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)土壤均為壤土, 0～20 cm土層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量詳見表2, 小麥生育期內(nèi)兩試點(diǎn)降雨量及溫度見圖1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì), 供試品種為節(jié)水小麥“輪選103”。主區(qū)設(shè)3個(gè)春季灌水量, 分別為600 m3hm–2(W1)、900 m3hm–2(W2)和1200 m3hm–2(W3); 副區(qū)為播種方式: 立體勻播(S1)和常規(guī)條播(S2)。春季分別于拔節(jié)始期(春生第5葉露尖)和開花期采用微噴灌溉, 每次灌水量為該處理總水量的50%, 通過水表準(zhǔn)確計(jì)量灌水量。各處理3次重復(fù), 小區(qū)面積70 m2。試驗(yàn)田統(tǒng)一施用氮素240 kg hm–2、P2O5172.5 kg hm–2, 其中磷肥全部底施, 氮肥底追各占50%, 于拔節(jié)始期隨水追施。冬前均統(tǒng)一澆越冬水900 m3hm–2, 基本苗均為270萬株hm–2。采用小區(qū)播種機(jī)、收割機(jī)統(tǒng)一播種、收獲, 石家莊和北京的播種時(shí)間分別為2020年10月12日、2020年10月13日, 收獲時(shí)間分別為2021年6月11日、2021年6月20日, 其他管理措施同一般高產(chǎn)田。

表1 試驗(yàn)地概況

表2 土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量

圖1 兩個(gè)試點(diǎn)小麥生育期內(nèi)降雨量及溫度

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積測(cè)定 于小麥拔節(jié)期、開花期和灌漿期, 各小區(qū)選取10株代表性植株, 采用烘干法測(cè)定葉面積, 根據(jù)標(biāo)葉面積計(jì)算葉面積指數(shù)[12]。

1.3.2 凈光合速率的測(cè)定 于晴朗無風(fēng)的上午選擇完整無損的葉片, 用Li-6400光合儀測(cè)定旗葉凈光合速率。

1.3.3 生物量的測(cè)定 于小麥拔節(jié)始期、開花期、灌漿中期和成熟期, 各小區(qū)選取10株代表性植株, 將植株的地上部分按照莖稈+葉鞘、葉片、籽粒和穎殼+穗軸等不同部位分開, 分別裝入紙袋, 置于烘箱105℃下殺青30 min后, 在80℃烘干至恒重, 稱重記錄各部分的干物質(zhì)重。采用Logistics函數(shù)=/[1+e(a?bt)]對(duì)不同處理下拔節(jié)后冬小麥植株地上部分干物質(zhì)積累進(jìn)行擬合, 根據(jù)所得方程推導(dǎo)計(jì)算出最快生長時(shí)間段的起始時(shí)間(1)、終止時(shí)間(2)、快速生長期持續(xù)的時(shí)間(Δ)、最大相對(duì)生長速率(m)及其出現(xiàn)的時(shí)間(m)。

計(jì)算干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)特征參數(shù)[13]公式如下:

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量=開花期干物質(zhì)積累量?成熟期干物質(zhì)積累量

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/開花期干物質(zhì)積累量×100%

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量/成熟期籽粒干重×100%

花后光合積累量=成熟期籽粒干重?花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量

花后光合積累對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率=開花后光合積累量/成熟期籽粒干重×100%

1.3.4 土壤含水量、生育期耗水量及水分利用效率的測(cè)定方法 于小麥播種前和收獲后, 用土鉆采集0～20、20～40、40～60 cm土層土樣, 采用烘干法測(cè)定土壤含水量。參照黃彩霞等[14]的方法計(jì)算小麥生育期耗水量(ETa)、水分利用效率(WUE)及灌溉水利用效率(IWUE)。

WUE=Y/ETa

IWUE=Y/IT

式中,為籽粒產(chǎn)量(kg hm–2), ETa為小麥生育期總耗水量(mm), IT為整個(gè)生長季灌水總量(mm)。

1.3.5 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的測(cè)定 收獲前于田間準(zhǔn)確測(cè)定單位面積穗數(shù); 室內(nèi)考種測(cè)定穗粒數(shù)、千粒重及生物產(chǎn)量; 小麥成熟后全小區(qū)收獲測(cè)定產(chǎn)量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

1.4.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)分析 采用Microsoft Excel 2019整理數(shù)據(jù)、作圖, DPS 16.05進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較。

1.4.2 灰色關(guān)聯(lián)分析 將2個(gè)試點(diǎn)各灌水量下不同播種方式的指標(biāo): 穗粒數(shù)(1)、穗數(shù)(2)、千粒重(3)、花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(4)、花后干物質(zhì)積累量(5)、凈光合速率(6)與產(chǎn)量(0)采用如下步驟和公式進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)小麥產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成的影響

播種方式和灌水量對(duì)2個(gè)試點(diǎn)小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素產(chǎn)生不同的影響(表3)。相同灌水量下, 兩試點(diǎn)勻播產(chǎn)量及穗數(shù)高于條播, 穗粒數(shù)則條播高于勻播; 兩種播種方式下產(chǎn)量、穗數(shù)及千粒重均隨灌水量的增加而增加, 其中石家莊和北京試點(diǎn)穗數(shù)分別提高6.37%和11.66%, 千粒重分別增加2.46 g和1.92 g。

石家莊試點(diǎn)3種灌水量下勻播產(chǎn)量較條播平均增產(chǎn)4.32%, W1灌水量下增幅最大, 為8.60%。勻播穗數(shù)較條播顯著提高27.73%。灌水量從600 m3hm–2增加到1200 m3hm–2, 勻播和條播的產(chǎn)量分別提高6.51%和11.03%, 表明條播對(duì)水分的需求較大。北京試點(diǎn)3種灌水條件下, 勻播較條播產(chǎn)量平均增幅為7.62%, W1產(chǎn)量增幅最高, 為11.24%; 勻播千粒重均高于條播, W1灌水量下增幅達(dá)7.50%。

表3 不同處理對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

同列不同小寫字母表示處理間在0.05概率水平差異顯著。

Different lowercase letters mean significant difference among treatment at the 0.05 probability level. HI: harvest index.

2.2 不同處理對(duì)葉片光合性能的影響

由圖2可知, 相同播種方式下小麥葉面積指數(shù)(LAI)均隨灌水量增加呈逐漸增加趨勢(shì), 石家莊和北京兩地勻播LAI分別提高5.80%～12.33%、7.82%～23.19%, 條播分別提高4.53%～14.24%、7.36%～13.09%。灌水量每增加300 m3hm–2, 勻播LAI增量高于條播, 其中開花期勻播平均提高0.84, 是條播的1.85倍。拔節(jié)至開花期勻播由8.38增長至8.87, 增幅為5.87%, 條播由7.75增長至8.75, 增幅為12.87%; 開花至灌漿期, 勻播降幅為28.24%, 而條播降幅為34.20%, 表明勻播LAI變化較平穩(wěn), 能夠維持較為穩(wěn)定的光合作用。

相同播種方式的旗葉凈光合速率(n)與灌水量呈正相關(guān)。石家莊試點(diǎn)僅灌漿中期(5.17) W1勻播n顯著高于條播; 北京試點(diǎn)n對(duì)播種方式的響應(yīng)較石家莊試點(diǎn)較敏感, 灌漿前期(5.10) 3種灌水量下勻播n均顯著高于條播, 在春季灌水量為1200 m3hm–2時(shí), 勻播較條播顯著提高20.09%。

2.3 不同處理各器官干物質(zhì)積累與轉(zhuǎn)運(yùn)的差異

2.3.1 不同處理各器官干物質(zhì)積累的動(dòng)態(tài)變化 播種方式和灌水量對(duì)小麥各器官干物質(zhì)積累影響不盡相同(圖3)。隨著生育進(jìn)程的推進(jìn), 小麥營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累均呈先增加再減少的趨勢(shì), 穗部則呈持續(xù)增加的趨勢(shì)。同一生育時(shí)期不同灌水量下, 勻播各器官干物質(zhì)積累量均高于條播, 其中W1的莖鞘、葉片和穗部干物質(zhì)積累, 勻播較條播分別增加25.15%、27.64%和18.68%。隨灌水量增加, 2種播種方式的莖鞘、葉片、穗部干物質(zhì)積累均顯著提高。

圖2 不同處理葉面積指數(shù)和凈光合速率的變化

JS: 拔節(jié)期; AS: 開花期; FS: 灌漿期。處理同表3。

JS: jointing stage; AS: anthesis stage; FS: filling stage. Treatments are the same as those given in Table 3.

圖3 不同處理各器官干物質(zhì)積累量的變化

JS: 拔節(jié)期; AS: 開花期; FS: 灌漿期: MS: 成熟期。處理同表3。

JS: jointing stage; AS: anthesis stage; FS: filling stage; MS: maturity stage. Treatments are the same as those given in Table 3.

2個(gè)試點(diǎn)不同灌水量下成熟期各器官干物質(zhì)分配比例(圖4), 勻播和條播之間差異均不顯著, 各器官占比表現(xiàn)為籽粒>莖稈+葉鞘>葉片≈穎殼+穗軸。3種灌水量下, 莖鞘和葉片的占比均為勻播高于條播, 其中莖鞘提高2.64%、1.82%、2.72%, 葉片提高4.60%、7.10%、4.49%。與W1相比, 增加灌水量, 勻播和條播的葉片物質(zhì)分配占比分別提高3.49%～10.19%、1.07%～9.34%。

2.3.2 不同處理干物質(zhì)積累特征值的比較 Logistic方程能夠?qū)Ω晌镔|(zhì)積累隨生育進(jìn)程的推進(jìn)動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行擬合(表4)。結(jié)果表明, 灌水量和播種方式對(duì)小麥拔節(jié)后地上部干物質(zhì)積累變化的各項(xiàng)特征值產(chǎn)生不同影響。2個(gè)試點(diǎn)各處理小麥拔節(jié)后地上部干物質(zhì)積累的快速生長期分別始于拔節(jié)后5.8～9.4 d和10.3～12.1 d, 干物質(zhì)積累最大相對(duì)生長速率分別出現(xiàn)在拔節(jié)后19.2～21.8 d和25.9～28.8 d, 快速生長期持續(xù)的時(shí)間分別為22.3～26.9 d和29.0～35.6 d, 石家莊試點(diǎn)均早于較北京試點(diǎn)。

相同灌水量下, 2個(gè)試點(diǎn)干物質(zhì)積累的最大相對(duì)生長速率均表現(xiàn)為勻播高于條播。在W1和W2灌水量下, 石家莊試點(diǎn)的最大相對(duì)生長速率高于北京試點(diǎn)。在北京試點(diǎn),m與灌水量呈正比, 灌水量每增加300 m3hm–2, 勻播和條播條件下平均每株每天分別提高0.017～0.021 g和0.017～0.039 g。石家莊試點(diǎn), 最快生長時(shí)間段起始的時(shí)間和終止時(shí)間勻播均早于條播, 最大相對(duì)生長速率出現(xiàn)的時(shí)間勻播較條播提前0.5～1.7 d。灌水量由W1增加至W3, 勻播和條播下最快生長時(shí)間段起始的時(shí)間(t1)分別提前2.6 d和3 d。隨著灌水量增加, 在灌水量為900 m3hm–2時(shí)m達(dá)到最大值, 且快速生長期持續(xù)的時(shí)間最短。

2.3.3 不同處理干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與積累的差異 播種方式和灌水量在兩試點(diǎn)對(duì)各器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量(T)、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率(TE)及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率(TC)影響不同(表5)。各處理T和TC均表現(xiàn)為莖桿+葉鞘>葉片>穎殼+穗軸。相同灌水量下2種播種方式葉片、穎殼+穗軸的T、TE和TC影響差異均不顯著。石家莊試點(diǎn)3種灌水量下各器官的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量均表現(xiàn)為勻播高于條播, 其中莖稈+葉鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量勻播較條播分別顯著提高35.52%、60.89%和43.76%。綜合比較在灌水量為600 m3hm–2時(shí), 莖稈+葉鞘和葉片的TE和TC均表現(xiàn)為條播高于勻播。

由表6可知相同灌水量下, 勻播花后光合積累量高于條播。與常規(guī)條播相比, 石家莊試點(diǎn)勻播花后光合積累量在灌水1200 m3hm–2時(shí)增量最多, 北京試點(diǎn)在600 m3hm–2增量最多, 分別顯著增加1664.65 kg hm–2和1386.25 kg hm–2。北京試點(diǎn)勻播的TC高于條播, 石家莊試點(diǎn)表現(xiàn)則相反。

圖4 成熟期不同處理各器官干物質(zhì)分配比例

同一試點(diǎn)相同器官不同小寫字母表示處理間在0.05概率水平差異顯著。處理同表3。

Different lowercase letters of the same organ in the same pilot indicate significant differences between treatments at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 3.

表4 拔節(jié)后冬小麥地上部分干物質(zhì)積累的Logistic方程模擬及其特征值

為冬小麥拔節(jié)后t d單株干物質(zhì)積累量;為冬小麥拔節(jié)后的天數(shù);m為干物質(zhì)最大相對(duì)生長速率;m為干物質(zhì)積累最大相對(duì)生長速率出現(xiàn)的時(shí)間;1、2分別為最快生長時(shí)間段的起始時(shí)間、終止時(shí)間; Δ為快速生長期持續(xù)的天數(shù);2: 相關(guān)系數(shù)。處理同表3。

is the single plant dry matter accumulation of winter wheat at t day after jointing stage;is the days after jointing stage of winter wheat;mis the maximum relative growth rate of dry matter;mis the days of the maximum relative growth rate of dry matter accumulation occurred;1and2are the start time and end time of the fastest growth time period, respectively; Δis the days of the rapid growth period;2refers to the correlation coefficient. Treatments are the same as those given in Table 3.

表5 不同處理各器官花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的差異

T: 開花前營養(yǎng)器官貯藏的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量; TE: 干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)效率; TC: 開花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率。同列不同小寫字母表示處理間在0.05概率水平差異顯著。處理同表3。

T: transfer of dry matter stored in nutrient organs before flowering; TE: dry matter transport efficiency; TC: the contribution of dry matter stored in nutrient organs before flowering to seed yield. Different lowercase letters mean significant difference among treatment at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 3.

表6 不同處理花后干物質(zhì)積累的差異

同列不同小寫字母表示處理間在0.05概率水平差異顯著。處理同表3。

Different lowercase letters mean significant difference among treatment at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 3.

2.4 播種方式對(duì)土壤水分變化及小麥水分利用的影響

由于小麥生育期內(nèi)石家莊降雨比北京多, 土層含水量高于北京地區(qū)(圖5)。兩試點(diǎn)播種前土壤含水量均表現(xiàn)為20～40 cm土層最高, 其次是40～60 cm土層。隨著生育進(jìn)程推進(jìn), 小麥耗水量增加, 土壤含水量整體呈下降趨勢(shì)。成熟期土壤含水量整體上隨著土壤深度增加而增加, 0～20 cm土層含水量最低, 勻播是條播的1.40倍, 總耗水量低于條播; 20～40 cm土層含水量變化最大。

兩試點(diǎn)試驗(yàn)均表明, 隨灌水量增加, 總耗水量增加, 產(chǎn)量增加, 水分利用效率和灌溉水利用效率均降低(表7和圖6)。勻播WUE和IWUE較條播分別提高7.80%和6.26%。每增加300 m3hm–2灌水量, 勻播和條播 WUE分別下降4.67%～7.32%和2.73%～4.45%。灌水量為600 m3hm–2, 勻播WUE和IWUE均顯著高于條播, 分別提高8.98%～13.35%和8.60%～11.24%。2種播種方式下隨著WUE的提高, 產(chǎn)量均有不同幅度的減小。相同灌水量下, 勻播水分利用效率總體上高于條播。

圖5 2個(gè)試點(diǎn)播種前和收獲后土壤含水量變化

處理同表3。Treatments are the same as those given in Table 3.

表7 不同處理水分利用特征

ETa: 冬小麥生育期總耗水量; WUE: 水分利用效率; IWUE: 灌溉水利用效率。同列不同小寫字母表示處理間在0.05概率水平差異顯著。處理同表3。

ETa: the total water consumption during winter wheat fertility; WUE: water use efficiency; IWUE: irrigation water use efficiency. Different lowercase letters mean significant difference among treatment at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 3.

圖6 不同播種方式冬小麥水分利用效率與產(chǎn)量的相關(guān)分析

2.5 不同處理小麥性狀與產(chǎn)量間的灰色關(guān)聯(lián)度分析

表8所示, 2種播種方式各指標(biāo)與產(chǎn)量灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果存在差異, 但產(chǎn)量三因素的關(guān)聯(lián)度排序?yàn)樗霐?shù)(千粒重)優(yōu)于穗粒數(shù)。勻播條件下兩試點(diǎn)的關(guān)聯(lián)度均表現(xiàn)為穗數(shù)、千粒重>穗粒數(shù)>凈光合速率>花后干物質(zhì)積累量>花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量; 條播條件下兩試點(diǎn)結(jié)果不完全一致。

表8 不同播種方式小麥性狀與產(chǎn)量間灰色關(guān)聯(lián)度分析

3 討論

播種方式對(duì)小麥個(gè)體生長和群體動(dòng)態(tài)影響很大, 最終造成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重三者具有顯著差異[15]。周勛波等[16]研究表明, 小麥播種越均勻, 產(chǎn)量表現(xiàn)越好。張金汕等[17]認(rèn)為勻播較條播增產(chǎn)主要是通過提高單位面積穗數(shù)實(shí)現(xiàn)的, 而對(duì)千粒重和穗粒數(shù)影響較小。本研究結(jié)果表明, 勻播通過提高穗數(shù)擴(kuò)大群體實(shí)現(xiàn)增產(chǎn), 這與前人[18]研究結(jié)果一致, 勻播穗數(shù)高于條播, 條播穗粒數(shù)則高于勻播。勻播灌水600 m3hm–2的產(chǎn)量與條播900 m3hm–2灌水量的產(chǎn)量相近; 灌水量為600 m3hm–2時(shí), 勻播較條播增產(chǎn)最多。因此, 采用勻播方式可實(shí)現(xiàn)一定程度節(jié)水。

LAI與群體生長狀況、光合效率、干物質(zhì)生產(chǎn)最終產(chǎn)量密切相關(guān)[19]。前人研究結(jié)果表明, 不同的種植方式對(duì)小麥葉片光合速率有顯著影響[20], 冬前小麥的葉面積系數(shù)條播高于勻播, 到了拔節(jié)期和開花前, 勻播長勢(shì)好, LAI高于條播[21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明, 相同灌水量下勻播能夠提高LAI, 減緩后期降低幅度并維持較高的綠葉功能期, 提高光合能力合成更多的有機(jī)物, 提高產(chǎn)量, 與朱元?jiǎng)偟萚22]試驗(yàn)結(jié)果一致。

干物質(zhì)積累量是由干物質(zhì)積累速率m和干物質(zhì)快速積累時(shí)間Δ共同決定的[7,23]。群體干物質(zhì)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ), 其花前主要用于營養(yǎng)器官形成, 花后主要運(yùn)輸至籽粒形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量[24-25]。葉片、葉鞘、莖稈、穎殼等花前和花后光合產(chǎn)物積累、轉(zhuǎn)運(yùn)和分配狀況對(duì)籽粒產(chǎn)量具有很大影響[11]。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn), 小麥拔節(jié)后勻播莖稈+葉鞘、葉片和穗的平均干物質(zhì)量高于條播, 兩試點(diǎn)表現(xiàn)一致。3種灌水量下花前營養(yǎng)器官貯藏的干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)總量均表現(xiàn)為勻播顯著高于條播, 主要原因是莖稈+葉鞘在整個(gè)群體的營養(yǎng)器官中干物質(zhì)分配占比最高, 該部位花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量勻播較條播表現(xiàn)突出。

小麥籽粒產(chǎn)量的形成主要來自花后光合產(chǎn)物[26-27], 也有研究認(rèn)為產(chǎn)量是花前和花后光合產(chǎn)物共同作用的結(jié)果[28]。常磊等[29]認(rèn)為開花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)對(duì)籽粒產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率為35.6%～54.9%, 花后貢獻(xiàn)率高于45.0%; 吳禎等[11]研究表明, 花后光合積累量對(duì)籽粒的貢獻(xiàn)率可達(dá)60.47%～80.26%。本試驗(yàn)表明, 花前花后干物質(zhì)對(duì)籽粒的貢獻(xiàn), 勻播和條播間差異不顯著, 花前貢獻(xiàn)率分別為34.87%～49.67%和35.67%～51.37%, 花后分別為48.07%～ 65.14%和44.42%～64.33%。表明籽粒產(chǎn)量主要來源于花后干物質(zhì)積累對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn), 與前人研究結(jié)果一致[30]。勻播方式各器官的干物質(zhì)積累量和花后光合積累量均高于條播, 因此, 勻播表現(xiàn)出相應(yīng)的產(chǎn)量優(yōu)勢(shì)。

田間水分若不能被小麥充分利用, 會(huì)增加水分蒸發(fā), 降低灌溉水利用效率[31]。本試驗(yàn)表明, 灌水量由600 m3hm–2增加至1200 m3hm–2, 水分利用效率和灌溉水利用效率降低, 與趙炳梓等[32]的研究結(jié)果一致。初步表明, 勻播較條播顯著提高水分利用效率和灌溉水利用效率, 發(fā)揮節(jié)水增產(chǎn)的優(yōu)勢(shì), 但關(guān)于勻播方式下更為精準(zhǔn)的節(jié)水研究尚比較少, 有待于進(jìn)一步深入研究, 以充分挖掘其節(jié)水潛力。

本研究發(fā)現(xiàn), 不同播種方式下各性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度不同。在前人的研究中, 大多將農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析, 結(jié)果表明與產(chǎn)量密切關(guān)聯(lián)的并非全是產(chǎn)量三因素, 還有穗長[33]、基本苗[34]、全生育期時(shí)間[35]等主要農(nóng)藝性狀, 類似結(jié)論在大豆[36-37]、玉米[38]、水稻[39]中也有得出。條播下灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果表明產(chǎn)量與凈光合速率和花后干物質(zhì)積累相關(guān)性較高, 有待進(jìn)一步研究。數(shù)據(jù)結(jié)果不同說明干物質(zhì)積累不僅與栽培方式、氣候條件相關(guān), 還受基因型的影響。

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Yield and dry matter accumulation of wheat in response to spring irrigation water in uniform sowing and strip sowing

YU Hui-Ling1, KAN Ming-Xi1, XU Zhe-Li2, MA Rui-Qi1, LIU A-Kang1,3, WANG De-Mei1, WANG Yan-Jie1, YANG Yu-Shuang1, ZHAO Guang-Cai1, and CHANG Xu-Hong1,*

1Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081, China;2Shijiazhuang Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 051530, Hebei, China;3National Agro-Tech Extension and Service Center Grain Crop Technology Division, Beijing 100125, China

The objective of this study is to clarify the dry matter accumulation and water use of wheat under the new sowing method of tridimensional uniform sowing and to explore the water saving potential of the sowing method. The experiment was conducted in two pilot sites in Shijiazhuang and Beijing during growing season of winter wheat from 2020 to 2021, using medium gluten and water-saving wheat Lunxuan 103 as the experimental variety. To study the differences of wheat response to spring irrigation under different sowing methods from the perspectives of yield composition, material accumulation and transport, and water utilization, and to provide the theoretical basis and technical support for water-saving wheat, the experiment was conducted with three irrigation rates in the main zone [600 m3hm–2(W1), 900 m3hm–2(W2), and 1200 m3hm–2(W3)] and two sowing methods [tridimensional uniform sowing (S1) and conventional strip sowing (S2)] in the secondary zone. The results showed that, under the same irrigation rate, the yield of tridimensional uniform sowing was higher than that of conventional strip sowing, mainly because leaf area index (LAI) was higher and changed more steadily with the advancement of the reproductive process. Meanwhile, the photosynthetic performance of the functional leaves of uniform sowing wheat was better than that of strip sowing, which facilitated the synthesis of more organic matter, resulting in higher dry matter accumulation and post-flowering photosynthetic accumulation of all organs of uniform sowing wheat than that of strip sowing, and improved WUE and IWUE, showing a better yield advantage. When the irrigation rate was 600 m3hm–2(W1), compared with the strip sowing, the yield of uniform sowing increased the most by 832.0 kg hm–2with an increase of 9.89%. The dry matter mass of stem sheath, leaf, and spike increased by 25.15%, 27.64%, and 18.68%, and WUE and IWUE increased by 11.16% and 9.92%, respectively. The maximum relative growth rate of different sowing methods was the highest when the irrigation amount was 900 m3hm–2(W2), the maximum relative growth rate of dry matter accumulation (0.021–0.025 g plant–1day–1) occurred earlier than strip sowing, and the maximum relative growth rate of dry matter accumulation at the irrigation rate appeared earlier (tm), and the duration of the rapid growth period (Δt) was the shortest, and appeared earlier in Shijiazhuang than Beijing. The post-flowering photosynthetic accumulation at 1200 m3hm–2(W3) was significantly higher than strip sowing, and the average yield increase was 4.37%. The gray correlation analysis showed that the number of spikes and 1000-grain weight of uniform sowing wheat were closely related to yield, while the net photosynthetic rate of strip sowing wheat was more correlated with yield in both sites. These results revealed that, under the same irrigation amount, compared with the conventional strip sowing, uniformly sown wheat could increase its yield by increasing LAI to prolong the duration of high values, or increasing net photosynthetic rate, or promoting dry matter accumulation. Especially under the condition of lower irrigation amount, the method of uniform sowing could achieve higher yield and increase benefit by efficient water use with the same irrigation input.Therefore, the uniform sowing was more suitable for areas with insufficient irrigation conditions in production, and could give full play to its efficient water-saving function.

sowing pattern; irrigation; dry matter accumulation; yield

10.3724/SP.J.1006.2023.21069

本研究由國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(32071952), 財(cái)政部和農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-03-16)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院重大任務(wù)小麥藏糧于技項(xiàng)目(CAAS-ZDRW202002)資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (32071952), the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-03-16), and the Agricultural Science and Technology Innovation Program (CAAS-ZDRW202002).

常旭虹, E-mail: changxuhong@caas.cn

E-mail: huilingyu123 @163.com

2022-10-30;

2023-04-18;

2023-04-28.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20230427.1616.004.html

This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).