冬小麦不同行距配置对麦田温度、根系分布和产量的影响

尹宝重等

摘要：于2013—2014年度小麦生长季，以良星99小麦品种为材料，在3.15×106苗/hm2基本苗密度下，以传统 15 cm 等行距播种为对照（T15），设置12 cm等行距（T12）和“三密一稀”（12.5 cm+12.5 cm+20 cm，T3+1）2种行距配置处理2种行距配置方式，研究其对麦田不同层次空气温度、土壤温度、根系分布和活力、产量结构及水分利用等方面的影响。结果表明，在小麦扬花期和灌浆期，T3+1处理的宽窄行处理，可有效提高小麦冠层顶部以及2/3株高处的气温，12 cm等行距处理可提高10 cm处的土壤温度，并且使温度变幅增大；T3+1处理的宽窄行处理可提高根系活力，扬花期和灌浆期T3+1处理的小麦根系活力均超过85 g/（g·h），显著高于其他2个处理。T12处理小麦产量为8 041.6 kg/hm2，比T15处理高14.4%。T12处理可降低耗水量，提高水分利用效率，其耗水量和水分利用效率分别是15 cm等行距处理的96.9%和120%。

关键词：冬小麦；行距配置；农田温度；根系分布；产量

中图分类号： S512.1+10.4文献标志码： A文章编号：1002-1302（2015）02-0082-04

收稿日期：2014-11-12

基金项目：国家科技支撑计划（编号：2011BAD16B08、2012BAD04B06、2013BAD07B05）；河北省现代农业产业技术体系项目。

作者简介：尹宝重（1981—），男，河北沧州人，硕士，讲师，研究方向为农业气象学。E-mail：yinbaozhong@hebau.edu.cn。

通信作者：甄文超，教授，博士生导师，研究方向为农业气象学与农业生态学。E-mail：wenchao@hebau.edu.cn。冬小麦群体结构可显著影响到农田通风和透光特性，同时也影响作物对水肥的利用，合理的群体结构是小麦高产栽培的重要基础[1]。作物行向、行距、株距及密度等可影响“土壤-植物-大气”连续体（SPAC）内光照截获、温度传导、水分运动等。而SPAC系统内能量和物质的传输和转化过程均可显著影响农田小气候环境[2-4]。因此，通过创造合理的田间作物群体分布，协调群、个体关系，优化农田小气候，对于促进作物生长和产量形成具有积极意义。孙淑娟等报道，株行距分布较均匀的麦田可明显降低近地面气温和土壤温度，增加空气相对湿度[5]。孙宏勇等报道，7.5 cm行距与15 cm和30 cm行距处理相比，小麦水分利用效率分别提高 0.11 kg/m3 和0.23 kg/m3[6]。陈雨海等研究认为，群体分布状况明显影响群体的光截获量，均匀分布群体比大小行种植的不均匀群体具有较高的光截获率[7]。刘丽平等研究认为，15 cm等窄行种植的群体总茎数、叶面积系数、干物质积累量和产量最高，20 cm等宽行次之[8]。张双利等针对对大穗型小麦品种研究认为，在相同密度下，缩小行距可有抑制无效分蘖[9]。而朱统泉等认为，在单行密度相同的条件下，小麦总茎数随着行距的增加呈增加趋势[10]。河北省是全国小麦主产区之一，常年播种面积230万hm2[11]。该区小麦播种曾采用过适应套播玉米的“三密一稀”、“四密一稀”（窄行距15～20 cm，宽行距20～30 cm）。夏玉米改套播为平播后，开始推行15 cm等行距形式。本研究在播量不变的前提下，设计 12 cm 等行距和新“三密一稀”（12.5 cm+12.5 cm+20 cm，平均行距15 cm）2种行距，以15 cm等行距为对照，探索基本苗相同条件下，冬小麦不同行距配置对麦田温度、根系生长、产量和水分利用效率的影响，为冬小麦高产栽培模式的构建提供参考。

1材料与方法

1.1试验设计

试验于2013—2014年在河北省农林科学院旱作农业研究所深州实验站（37°54′N、115°42′ E）进行。试验地为中壤土，地力中等。试验单因素随机区组设计，设12 cm等行距（以下简写为“T12”）、“三密一稀”（12.5 cm+12.5 cm+20 cm，以下简写为“T3+1”）处理，以15 cm等行距为对照（以下简写为“T15”）。每处理3次重复，每重复3个小区，每小区60 m2。供试品种为良星99（冀审麦2004007号），10月13日播种，基本苗3.15×106苗/hm2。播前底肥施纯氮 240 kg/hm2、P2O5 112.5 kg/hm2、K2O 112.5 kg/hm2，拔节期随灌水追施纯氮135 kg/hm2。所用肥料分别为尿素（N 464%）、磷酸二铵（P2O5 46%，N 18%）和硫酸钾（K2O 52%）。6月13日收获。

1.2测定内容和方法

选择典型晴天和阴天，在冬小麦扬花期（4月24—26日连续3 d）和灌浆中期（5月24—26日连续3 d），参考孙淑娟[5]、严菊芳[12]和郭家选等[13]对麦田小气候的研究方法，测定冬小麦2/3株高处气温（该层次一般为冬小麦叶面积最大层次，又称为农田小气候形成的内活动层）和冬小麦冠层顶部气温（该层次温度可反映农田热量平衡和水分胁迫程度）。在田间气温用手持环境测量仪（HHEM-SD1型）测定；地中10 cm温度用曲管地温表（WQG-16型）测定。取0～20 cm土壤中小麦根系，采用TTC还原法测定根系活力[15]。以上测定指标，均从06：00—20：00，每1 h测1次。测量时，选取长势均一的相邻3垄。其中，“三密一稀”处理选择2个窄行与相邻的1个宽行测量。

小麦成熟期，采用长方形样方分层取样方法，选取同行内连续且植株长势均匀20 cm样段，长宽各向外1/2株距长度，用锹每20 cm分层取0～60 cm根系，清水洗根系，扫描后用WinRHIZO根系分析系统分析根长密度、根系表面积、根平均直径和根体积，后80 ℃烘干至恒质量，计算根系干物质积累量。

小麦收获期测定产量构成要素和产量，用水量平衡法计算农田总耗水量[16]。农田水分利用效率计算公式为：WUE=Y/ET[17]，ET为单位面积蒸散量（kg）；Y是单位面积收获干物质量（kg），WUE是水分利用效率。

1.3数据统计方法

采用DPS 7.05统计软件对试验数据进行统计分析，多重比较用Tukey 法，用 Microsoft Excel 2010软件作图。

2结果与分析

2.1不同行距麦田温度的变化特征

2.1.1扬花期和灌浆期小麦冠层顶部气温由图1-a可知，在小麦扬花期晴天条件下，14：00以前，各处理冠层顶部气温均快速上升，其中，T3+1处理温度上升最快。至14：00，T3+1处理为32.1 ℃，分别比T12处理和T15处理高7.7%和39%。14：00以后，各处理气温均开始下降，至观测结束，T15处理冠层顶部气温下降了6.8 ℃，T12处理和T3+1处理分别下降了6.3 ℃和6.2 ℃。与晴天相比，阴天时条件下，T3+1处理冠层顶部气温最高值出现在12：00，其他2处理则出现在14：00（图1-b）。峰值过后，各处理温度开始下降。其中，T15处理温度下降幅度最大，为7.4 ℃，分别是12 cm等行距处理和T3+1处理的2.5倍和2.0倍。灌浆期晴天条件下麦田冠层顶部气温变化规律与扬花期晴天条件下基本相似（图2-a）。灌浆期阴天条件下，各处理差异要比扬花期小，除 16：00—18：00 外，各处理温度均无显著差异（P>0.05）（图2-b）。

2.1.2扬花期和灌浆期小麦2/3株高处气温由图3-a可知，在扬花期，晴天条件下12：00前，3种处理麦田2/3株高处气温差异不显著。14：00，各处理达到峰值，其中，T3+1处理2/3株高处气温最高，为30.1 ℃，分别比T12处理和T15处理高1.7 ℃和0.6 ℃。至18：00，处理间差异最大，此时T3+1处理温度最高，为29.1 ℃，显著高于其他2个处理（P<0.05）。阴天条件下，12：00—14：00，不同处理2/3株高处气温先后达峰值，其中T3+1处理最高，为25.7 ℃，分别比T12和T15处理高1.6 ℃和0.7 ℃（图3-b）。由图4-a可知，灌浆期晴天T15和T3+1处理2/3株高处气温差异不显著，观测时段平均分别为28.1 ℃和28.2 ℃，分别比T12处理高0.6 ℃和0.7 ℃；阴天时，T12处理2/3株高处气温在12：00前总体高于其他2个处理。之后，3种处理该层次气温开始下降，其中T3+1处理下降最快，至观测结束下降4 ℃（图4-b）。

2.1.3麦田10 cm地温由图5可知，在观测时间段内，T12处理10 cm地温峰值显著高于其他2个处理。尤其是在扬花期（图5-a），至14：00，T12处理10 cm地温达29.9 ℃，分别比T15处理和T3+1处理高4.5 ℃和3.8 ℃。14：00后，各处理温度均开始下降，其中，T12处理下降幅度最大，降低11.8 ℃，显著低于另2个处理（P<0.05）。观测时间段内，T3+1处理 10 cm 地温平均为21.7 ℃，显著高于其他2个处理。在灌浆期（图5-b），3个处理10 cm地温变化规律和差异与扬花期类似。

2.2不同行距小麦根系分布特征及根系活力

2.2.1根系分布特征由表1可知，0～20 cm土层，根系干质量、根长密度、根系表面积、根系平均直径和总根体积等指

标，均为T3+1处理最高，T12处理最低。20～40 cm土层，根系干质量、根长密度、根系表面积和总根体积等4个指标的表现与0～20 cm土层一致；T15处理根和T3+1处理根系干质量和平均直径2个指标无显著差异，均显著高于T12处理（P<005）。在40～60 cm土层，不同处理小麦根系表面积、根平均直径、总根体积3种指标均无显著差异；根系干质量表现为T3+1处理最高，T12处理和T15处理无显著差异；根长密度则表现为T15处理和T3+1处理无显著差异，但显著高于T12处理。

2.2.2小麦根系活力小麦扬花期（图6-a）10：00前，各处理小麦根系活力均呈快速上升趋势，其中T12处理上升速度最快，上升幅度达28.7%，显著高于另2个处理（P<0.05）。10：00后，各处理小麦根系活力均开始下降。至观测结束（20：00），T12处理根系活力为81.5 μg/（g.h），仍显著高于另2个处理。小麦灌浆中期（图6-b），6：00—10：00，T3+1处理根系活力快速上升，最高达100.2 μg/（g·h），显著高于另2个处理。12：00—20：00，T12处理根系活力逐渐下降，而另2个处理经过12：00—16：00缓慢上升后才开始下降。

2.3不同行距冬小麦产量和水分利用效率

由表2可知，T12处理与常规的15 cm等行距播种方式相比，小麦穗数和千粒质量分别提高7.1%和4.9%，而T3+1处理则与T15处理无显著差异。T12处理小麦产量为8 041.6 kg/hm2，比T15处理高14.4%。T12处理可降低耗水量，提高水分利用效率，其耗水量和水分利用效率分别是T15处理的96.9%和

120%。T3+1处理不利于麦田节水，其耗水量为442.1 mm，比T15处理高5.7%；水分利用效率为16.31 kg/（mm·hm2），与T15处理无显著差异（P>0.05）。

3结论与讨论

通过改变行距配置，优化农田小气候，可以促进群体内部空气流通加强，提升透光性，促进小麦个体质量形成[17-18]。郑亭等报道，麦田增大行距后，成穗率提高，有效穗增多。张双利等、郑亭等也提出，宽窄行种植小麦，可以充分利用边行优势，有效解决小麦超高产栽培中群体结构的不协调、田间郁蔽、后期易倒伏等难题[9，19]。本研究表明，在小麦扬花期和灌浆期，T3+1处理，可提高小麦冠层顶部、2/3株高处的气温，以及10 cm处土壤温度，并且使土壤温度变幅增大。T3+1的宽窄行处理可提高根系活力，促进根系干物质积累。研究结果与孙淑娟等提出的冬小麦田行距均匀可降低地面空气温度[5]相似，与刘丽平等所报道的宽窄行配置可提高小麦干物质积累[8]也有较好的一致性。

张全国等认为，相同密度下等窄行播种有利于增加分蘖和成穗，从而提高产量[20]。阎素红等认为，随行距缩小，千粒质量和穗粒数减少，但有效穗数和产量提高[21]。而刘印杰等则报道，小麦高产田实行宽窄行种植，能充分发挥其边行优势，产量三要素协调发展，提高产量[22]。吴玉娥等研究认为，16.7 cm 窄行距通过增加穗数而增产[23]。本研究表明，与常规15 cm 等行距相比，12 cm等行距处理麦田穗数和千粒质量显著提高，分别提高7.1%和4.9%。另外，本研究还表明，T12处理耗水量最低，产量也获得显著提高。这与前人研究中关于窄行距有利于小麦增产的结果[18-21]一致。

总体来看，12 cm等行距由于更为有效地起到了“缩行匀株”的效果，使植株在田间分布更为均匀，更有利于促进小麦产量形成，且水分利用效率也明显提高。而“三密一稀”处理则可在进行套种，对光热资源有更多需求的地区进一步改进应用。本研究是在播量和品种都相同条件下进行的，如果综合考虑品种、播量与行距配置的关系，可能对充分利用品种特性，构建合理的群个体协调模式，促进小麦高产更具实践意义。

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