不同小麦品种产量对冬前积温变化的响应

吕丽华　梁双波　张丽华　贾秀领　董志强　姚艳荣

农业部华北地区作物栽培科学观测实验站 / 河北省农林科学院粮油作物研究所, 河北石家庄 050035



不同小麦品种产量对冬前积温变化的响应

吕丽华梁双波张丽华贾秀领*董志强姚艳荣

农业部华北地区作物栽培科学观测实验站 / 河北省农林科学院粮油作物研究所, 河北石家庄 050035

摘要:为确定河北省中部地区小麦品种适播期, 筛选耐迟播品种, 2011年秋至2014年夏在河北藁城采用播期×品种二因子裂区试验, 研究了不同播期对当地12个主栽小麦品种产量的影响以及不同品种对冬前积温的响应。结果表明,播期对小麦产量有显著影响; 不同品种对播期响应差异明显, 分为迟钝型、中间型和迟播敏感型。迟钝型品种对播期不敏感, 适播期长, 冬前≥0℃积温范围为324～560℃, 迟播后穗数和产量稳定; 中间型品种适播期较长, 积温范围为362～566℃, 迟播后粒数增加, 穗数和产量降低; 迟播敏感型品种对播期敏感, 适播期较短, 积温大于511℃, 不宜晚播, 晚播后穗数和产量明显下降。在试验地区, 推荐小麦适播期为迟钝型品种10月7日至22日、中间型品种10月7日至19日、敏感型品种10月5日至10日。

关键词:冬小麦品种; 播期; 产量; 积温

本研究由河北省财政项目博士基金项目(F14E055609)和国家公益性行业科研专项(201203100)资助。

This study was supported by the Finance Project for Doctoral Fund of Hebei Province (F14E055609) and the Special Fund for Scientific Research in the Public Interest (201203100).

第一作者联系方式: E-mail: nkyllh@163.com, Tel: 0311-87670620

热量条件决定作物的播种期, 研究小麦生长发育和产量性状对温度的反应, 从而调整小麦品种的适宜播期对于提高小麦产量有重要意义。播期是小麦获得高产重要的栽培措施之一[1-2], 确定适宜播期应以冬前积温、品种特性为依据[3-5]。不同地域和气候因素对产量及其构成因素的影响不同, 不同品种要求的最佳播期也不同[6-9], 适宜的播期可以创建优良的群体结构, 利于穗数、穗粒数和粒重的协调发展[10]。在冀中南地区, 冬小麦–夏玉米轮作为主要耕作制度, 麦收秋播期间茬口很紧, 因此, 冬小麦季提倡晚播。一般认为, 冬小麦冬前形成高产壮苗需要的

≥0℃积温应高于570℃[11-12], 小麦晚播是否能满足冬前积温要求, 形成高产壮苗群体, 成为生产中必须考虑和解决的问题。随着小麦品种改良和品种更新, 品种生长发育和产量性状对播期的响应特点在不断变化, 即使是当前的主栽品种, 其产量受播期和冬前积温的影响也存在明显差异。

针对小麦品种的最适播期, 以往的研究多是针对某个地区、某个小麦品种在不同播期条件下对产量和产量构成的影响[13-15], 但缺乏系统研究, 尤其是针对不同类型的品种, 如何确定其最适播期？在冬小麦推迟播期的前提下, 能否保证不同品种冬前有足够的热量条件？这些问题的解决将为我国冬小麦的安全生产提供重要依据。另外, 当前冀中南地区主栽小麦品种的适宜冬前积温是否与传统认为的冬前壮苗积温标准一致, 也是值得研究的课题。本研究于2011年秋至2014年夏连续3个小麦季, 在河北省中部地区进行了12个冬小麦主栽品种的播期试验,研究不同播期对小麦产量的影响, 以及不同类型小麦品种对播期与冬前积温的响应特征, 为筛选耐迟播小麦品种, 确定该地区冬小麦安全生产的冬前积温的下限提供参考, 同时也为冬小麦、夏玉米两季合理和高效分配光、热资源提供理论依据。

1　材料与方法

1.1试验地点及品种

自2011年秋季开始连续3个小麦生长季, 在河北省农林科学院粮油作物研究所藁城堤上试验站进行田间试验。该区属华北太行山山前平原区(38°41′N, 116°85′E), 年均降雨量484 mm, 试验期间不同播期间降水量一致。试验地0～20 cm土壤含有机质1.55％、全氮0.097％、全磷0.22％、碱解氮72.7 mg kg–1、有效磷19.5 mg kg–1和有效钾91.0 mg kg–1。

12个半冬性小麦品种均为河北地区主栽品种, 包括4个中晚熟品种(冀麦518、冀麦585、金禾9123和婴泊700), 4个中熟品种(济麦22、山农17、良星619和石麦18), 4个中早熟品种(衡4399、石优20、中麦155和石麦21)。2011—2012年度全部12个品种参试, 2012—2013和2013 —2014年度仅选择衡4399、冀585、金禾9123和中麦155 4个品种参试。

1.2试验设计

采用二因子裂区设计, 播期为主区, 品种为副区, 4次重复, 完全随机排列, 小区面积1.2 m×11.8 m, 行距15 cm。2011—2012年度设10月8日、10月14日、10月20日3个播期, 根据每推迟一天增加12万hm–2基本苗来确定播量, 使基本苗分别为345万 hm–2、420万 hm–2和480万 hm–2。2012—2013和2013—2014年度设10月5日、10月10日、10月15日、10月20日4个播期, 基本苗分别为300万 hm–2、360万 hm–2、420万 hm–2、480 万 hm–2。夏玉米收获后、冬小麦播种前, 底施史丹利复合肥600 kg hm–2(含N 20％、P2O526％、K2O 8％), 拔节期追施尿素(含N 46％) 225 kg hm–2。于拔节期和开花期灌水, 每次灌水量70 mm左右。病虫草采用常规管理方法。6月7日至10日收获。

1.3测定方法与数据处理

1993—2013年河北省藁城市10月至12月≥0℃逐日积温数据(图1)来自河北省气象局。

小麦出苗期标记代表性植株30株, 记录第1～第4叶的出叶日期, 计算这些出叶日期对应的冬前≥0℃积温, 第1叶出叶日期与播种日期间积温的差值即为出苗积温, 第2叶出叶日期与第1叶出叶日期间积温的差值即为第1叶的出叶积温, 依次类推。

以小区实收测产, 采用小区联合收割机(CLASSIC, Wintersteiger, 4910 Ried in Innkreis, Upper Austria, Austria)收获小麦, 风干后称重, 折算为含水量13％的标准产量。每小区收获0.333 m2内所有植株, 统计总穗数, 折合为单位面积穗数; 随机取50穗统计穗粒数; 脱粒、风干后数千粒称重, 重复8次, 同时测定含水量, 折算为含水量13％的标准千粒重。相对产量＝品种某播期产量/品种播期平均产量。

采用Microsoft Excel 2003处理数据, 在SAS v8e软件包中运行GLM (General Linear Model)程序进行统计分析。

图1　1993–2013年藁城冬前10–12月≥0℃积温变化图Fig. 1　Changes of ≥0。C accumulated temperature from October to December in Gaocheng during 1993–2013

2　结果与分析

2.1冬前积温变化趋势

近20年藁城市冬前积温年度间波动较大, 总体呈现降低趋势, 平均每10年降低38.6℃ (图1)。

2011—2012年度, 3个播期的冬前积温依次为534℃(10月8日)、434℃ (10月14日)和347℃ (10月20日); 2012—2013和2013—2014年度, 设10月5日、10日、15日和20日4个播期, 其冬前积温依次为505、417、338、269℃ (2012—2013)和584、493、412、353℃。2013—2014年度冬前≥0℃积温最高; 该年份10月10日与上一年10 月5日、10月15日与上一年10月10日冬前积温相当, 依

次类推(图2)。

2.2播期对产量及产量构成的影响

2011—2012年度, 在相应增加播量的基础上, 总体上随播期推迟小麦产量呈下降趋势。自10月8日推迟到14日, 产量下降不明显, 平均每推迟一天产量降低17.6 kg hm–2; 自10月14日推迟到20日, 平均每推迟一天产量降低44.5 kg hm–2。品种间反应差异明显, 根据10月20日播期处理的增产率可把12个品种分为播期迟钝型、中间型和敏感型3类(表1)。迟钝型品种适期播种的产量水平一般, 推迟播种至10月20日, 使冬前积温在350℃左右时产量增加; 中间型适播期产量水平较高, 播期推迟,积温在350℃左右时减产幅度在5％以内; 迟播敏感型适播期产量水平最高, 播期推迟, 积温在350℃左右时减产10％左右。敏感型品种将播期从适宜期(10月8日)推迟6 d (10月14日播种), 平均每推迟一天产量降低51.6 kg hm–2;若将播期再推迟6 d (10月20日播种), 平均每天产量下降122.1 kg hm–2, 下降幅度为12个品种平均值的2.5倍。

图2　不同播期条件下冬前≥0℃积温变化趋势Fig. 2　Changing trend of ≥0。C accumulated temperature before winter under different sowing dates

表1　不同类型小麦品种随播期推迟的产量变化趋势(2011–2012)Table 1　Changing trend of yield in response to late sowing in different wheat cultivars (2011–2012)

在对12个品种初步研究基础上, 2012—2013和2013—2014年度选出金禾9123、冀麦585、衡4399、中麦155对播期反应不同的4个小麦品种, 进一步研究了其

产量形成对推迟播期的反应特性。结果表明, 推迟播期小麦产量呈先升后降的趋势, 自10月5日推迟到15日播种,产量变化不明显; 自10月15日推迟到20日, 平均每推迟1天产量降低111.8～170.2 kg hm–2。品种间反应差异明显, 衡4399播期为10月10日、2012—2013和2013—2014年度冬前积温417～493℃时产量最高; 冀585和金禾9123播期为10月15日前、冬前积温达338℃和412℃时产量较高, 在338～584℃时产量基本持平, 相当于2011—2012年度的冬前积温347～534℃结果; 中麦155冬前积温高于493～505℃和493℃产量较高, 播期推迟产量显著下降(表2)。

从两年度试验结果总体趋势和平均值看, 穗数随播期推迟先升后降, 衡4399、冀麦585、中麦155为10月10日播种的穗数较高, 较其他处理高16.2％, 而10月15日播种的穗数显著降低, 较前一播期低10.8％; 而金禾9123为10月10日和15日播种的穗数较高, 较其他处理高8.9％, 说明播期对金禾9123的穗数影响较小(表3)。

2012—2013年度穗粒数在处理间差异不显著, 而2013—2014年度各品种总体表现为10月20日播种处理穗粒数最高。衡4399和冀麦585以10月15日和20日播种的穗粒数最高, 较早播处理(10月5日)平均高2.6粒;金禾9123和中麦155以10月20日播种处理的穗粒数最高, 较前3个播期的平均高2.4粒(表3)。

千粒重随播期的变化, 不同品种表现不一, 且年度间亦有差异。2013—2014年度, 多数品种表现播期处理间差异不显著; 2012—2013年度, 衡4399和中麦155为10月5日和20日处理千粒重较高, 冀麦585则为10月20日处理千粒重较高, 金禾9123的千粒重受播期影响较小, 对播期不敏感(表3)。

不同品种晚播(10月15日)后的减产机制, 金禾9123为穗粒数下降, 而穗数相对稳定; 冀麦585和衡4399为穗数显著下降, 但粒数增加部分补偿了产量损失; 中麦155为穗数和千粒重显著降低, 而穗粒数变化不大。

2.3不同类型小麦品种出叶积温及适宜播种时间的选择

选择济麦22、冀麦585、中麦155等6个品种代表3种播期响应类型, 观测其叶片生长的积温, 发现出苗积温和第2叶出叶积温在品种间差异不显著; 第1叶出叶积温表现为金禾9123 (迟钝型)最高, 其次是济麦22 (迟钝型)、石麦18 (迟钝型), 再次是冀585 (中间型)、石优20 (中间型); 第3叶出叶积温表现为迟钝型品种金禾9123和济麦22最高, 平均79.2℃, 而中间型与敏感型品种所需积温大致相当, 平均71.6℃ (表4)。

对3年数据进行模拟分析, 发现迟钝型品种金禾9123冬前积温下降到425℃仍可获得高产, 结合其出叶积温可知, 冬前主茎形成四叶一心即能保证获得较高的产量; 中间型品种衡4399和冀麦585冬前积温分别在467℃和450℃, 即冬前主茎形成五叶一心可获得高产;迟播敏感型品种中麦155对播期敏感, 冬前积温与产量呈正比(图3)。3年试验结果表明, 迟播敏感型品种冬前积温需保证在511℃以上, 即冬前主茎需形成六叶一心才能获得较高产量。

当相对产量(y)为1时, 可知不同品种的冬前积温上限和下限(图3), 结合冬前≥0℃平均积温(图4), 得出各类型品种的适宜播期。迟钝型品种金禾9123冬前积温上、下限分别为324℃和560℃, 该积温范围对应的播期为10 月7日至22日, 表明该品种适播期长, 晚播产量不降低;中间型品种冀麦585和衡4399的冬前积温上、下限分别为362℃和566℃, 推荐播期为10月7日至19日; 敏感型品种中麦155的适播期较短(10月5日至10日), 不宜晚播。

表2　4个代表品种随播期推迟产量变化趋势Table 2　Changing trend of yield in response to late sowing in four typical wheat cultivars

表3　不同播期对产量及产量构成因素的影响Table 3　Effect of sowing date on grain yield and yield components

表4　不同小麦品种冬前出叶积温Table 4　Accumulated temperature of leaf growth in different wheat cultivars (℃)

3　讨论

以往研究表明, 冬小麦安全越冬的最适≥0℃积温为570～645℃, 在该积温条件下可形成利于小麦安全越冬的6～7叶壮苗[11-12]。但本研究表明该积温条件并不是小麦获得高产的最重要保障, 不同播期敏感型品种对积温条件的响应不同, 因而具有不同的适宜播期。迟钝型品种冬前≥0℃适宜积温范围为324～560℃, 且积温在425℃、冬前主茎形成四叶一心可获得最高产量, 在河北中部地区推荐适宜播期10月7日至22日; 敏感型品种冬前积温需保证在511℃以上, 冬前主茎形成六叶一心才能获得较高产量, 推荐播期为10月5日至10日; 中间型品种适宜冬前积温范围为362～566℃, 当积温超过458℃、冬前主茎形成五叶一心即可获得高产, 推荐播期10月7日至19日。迟钝型、中间型和敏感型品种获得高产的冬前积温较形成冬前壮苗的下限积温指标(570℃)分别减少246℃、208℃和59℃, 可见要获得较高小麦产量, 冬前形成4～5叶壮苗即可, 少于传统认为的6～7叶。该结果也反映出当前主栽小麦品种对热量的需求特性已经发生显著变化, 与传统品种相比, 对光热资源利用能力明显提高。

2013—2014年度春季升温快, 3月和4月平均气温较另2个试验年份高3.1℃和1.5℃, 拔节及挑旗时间提早

5～7 d, 造成穗分化进程加快, 尤其晚播小麦穗分化持续时间缩短, 导致小麦获得高产的热量条件较其他试验年份高60℃左右。另外, 金禾9123熟期偏晚, 出叶积温较品种平均值高5.7℃, 但其获得较高产量的热量条件较本研究其他品种却低33～86℃。这一结果说明出叶积温和熟期不是影响产量的主要因素。

图3　2011–2014年不同类型小麦品种产量与冬前≥0℃积温的相关性分析Fig. 3　Relationship between yield and ≥0℃ accumulated temperature before winter in different wheat cultivars in 2011–2014

图4　藁城市1993–2013年播期由10月1日延至10月20日冬前≥0℃平均积温Fig. 4　Average ≥10。C accumulated temperature before winter under sowing date from October 1 to 20 in Gaocheng in 1993–2013

从产量构成三因素看, 穗数随播期推迟而下降, 晚播需通过增加播种密度来提高成穗数[16-17]。关于穗粒数与播期的关系, 部分学者认为晚播使幼穗分化时间缩短, 穗粒数减少[18-19], 但也有人研究表明随播期推迟, 穗粒数呈现先升后降的趋势, 存在迟期临界值, 因此提出适当晚播对提高小麦穗粒数有利[16,20]。千粒重受播期的影响也没有统一结论, 一些研究表明千粒重在不同播期条件下比较稳定[2,6], 另一些研究则发现播期对千粒重有显著影响,在一些试验中迟播使千粒重升高[19], 而在另一些试验中迟播导致灌浆期缩短而最终降低千粒重[21]。这些相互矛盾的结果主要由地域差异、播期差异和品种特性差异造成。在河北中部地区, 穗数和穗粒数是影响产量的主要因素, 千粒重受播期影响变化不明显。金禾9123晚播后粒数下降, 但穗数和产量稳定。笔者认为该品种穗数稳定,可能由其分蘖两极分化时期穗分化程度较低的分蘖成穗率较高造成。冀麦585和衡4399晚播后穗数显著下降, 粒数增加, 增加的粒数补偿和部分补偿了穗数下降造成的产量损失。我们认为该类型品种播期推迟后粒数增加, 可能是由于其穗数和穗粒数具有较强调节能力, 穗数降低同时降低了个体间竞争力, 在对营养物质敏感的小花分化期反而提高了小花(单粒)的养分供应能力, 使小花结实率提高。中麦155晚播后粒数稳定, 穗数和产量明显降低。

说明对于该类型品种产量降低的原因可能不是小花分化期营养物质不足, 而是在分蘖两级分化时期穗分化程度较低的分蘖退化率较高。关于不同类型小麦品种在推迟播期后产量变化的机制还有待进一步研究。

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URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20150916.0829.002.html

Yield in Response to Accumulated Temperature before Winter in Winter Wheat

LÜ Li-Hua, LIANG Shuang-Bo, ZHANG Li-Hua, JIA Xiu-Ling*, DONG Zhi-Qiang, and YAO Yan-Rong
Scientific Observing and Experimental Station of Crop Cultivation in North China, Ministry of Agriculture / Institute of Cereal and Oil Crops, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050035, China

Abstract:The purposes of this study were to recommend optimal sowing dates of commercial wheat cultivars in middle part of Hebei province, China and screen out wheat cultivars acclimatized to late sowing. A field experiment was carried out with split plot design (main plot of sowing date and subplot of cultivar) in Gaocheng of Hebei province from Autumn 2011 to Summer 2014 to evaluate the effect of sowing date on 12 major cultivars and the response of cultivars to accumulated temperature before winter. The results showed that sowing date had significant influence on grain yield, and the 12 cultivars had different responses to sowing date. According to yield changing rate subject to late sowing, the 12 cultivars were classified into insensitive, intermediate, and sensitive types. Insensitive cultivars showed stable spike number and yield under late sowing condition, indicating a wide range of preferred sowing date. The desired accumulated temperature before winter was 324–560℃. Intermediate cultivars also had a long period of sowing date with 362–566℃ before winter. Late sowing resulted in the increase of grain number but the decreases of spike number and yield in intermediate cultivars. Sensitive type had a narrow range of sowing date and was not suitable for late sowing, because at least 511℃ before winter was required. Late sowing resulted in obvious declines of spike number and yield in sensitive cultivars. In the middle part of Hebei province, we recommend that the optimal sowing time in wheat production is Oct. 7–22 for insensitive cultivars, Oct. 7–19 for intermediate cultivars, and Oct. 5–10 for insensitive cultivars.

Keywords:Winter wheat; Sowing date; Yield; Accumulated temperature; Cultivar

收稿日期Received(): 2015-03-03; Accepted(接受日期): 2015-09-06; Published online(网络出版日期): 2015-09-16.

通讯作者*(Corresponding author): 贾秀领, E-mail: jiaxl2005@aliyun.com

DOI:10.3724/SP.J.1006.2016.00149