播量对秸秆带状覆盖冬小麦干物质积累、产量及耗水特性的影响

周翔，柴守玺，黄彩霞,2，杨长刚，程宏波，常磊，王燕培

(1.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州　730070；2.甘肃农业大学工学院,甘肃 兰州　730070；3.甘肃农业大学生命科学技术学院,甘肃 兰州　730030)



播量对秸秆带状覆盖冬小麦干物质积累、产量及耗水特性的影响

周翔1，柴守玺1，黄彩霞1,2，杨长刚1，程宏波3，常磊1，王燕培1

(1.甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州730070；2.甘肃农业大学工学院,甘肃 兰州730070；3.甘肃农业大学生命科学技术学院,甘肃 兰州730030)

摘要：【目的】 探究西北黄土高原半干旱雨养条件下秸秆带状覆盖技术种植冬小麦的适宜播量.【方法】 于2013～2014年生长季研究了秸秆带状覆盖种植下不同播量(T1：150 kg/hm2、T2：187.5 kg/hm2、T3：225 kg/hm2、T4：262.5 kg/hm2、T5：300 kg/hm2)对冬小麦干物质积累与分配、产量及耗水特性影响.【结果】 秸秆带状覆盖种植下T5处理具有最高的籽粒产量，为4 067 kg/hm2，同时具有最高的WUE(12.1 kg/(hm2·mm).播量高低与产量构成要素密切相关.增加播量，单位面积穗数增加，但千粒质量和穗粒数降低，且T5与T1达到了极显著水平(P<0.01).播量显著影响花前、花后积累干物质对籽粒的贡献，但花后的影响大于花前，且均以T5具有最高的籽粒贡献率，说明无论冬小麦处于营养生长还是生殖生长，增加播量可促进茎鞘、叶及颖壳+穗轴储藏性光合产物向籽粒转运.【结论】 500 kg/hm2为秸秆带状覆盖种植技术下推荐播量.

关键词：冬小麦；播量；秸秆带状覆盖；干物质

冬小麦是甘肃中部的主要粮食作物.自然降水是该区农业生产中最主要的可利用水资源，但由于降水量有限，且时空分布不均，降水与冬小麦生长需水错位，同时受全球气候干暖化影响，该区土壤干旱趋于加重，水资源不足已严重制约该区冬小麦生产.覆盖种植具有明显的抑蒸保墒增产效应[1]，已成为旱作农业区广泛使用的一项耕作技术，特别是秸秆覆盖技术，因取材方便、环保、成本低等优势倍受关注.但秸秆覆盖在积温不足的西北地区因冬季秸秆覆盖的降温效应[2]，推迟了春季小麦的生长发育，同时，白天降温作用不利于根系吸收土壤水分、养分，而夜晚的增温作用增加了根系呼吸消耗，对作物生长产生不利影响，导致最终减产[3-6].为了解决传统秸秆覆盖的保墒与降温的矛盾限制，甘肃农业大学农学院柴守玺教授[7]于2012～2014年主持研发了旱地秸秆带状覆盖种植技术，该技术是一种利用玉米秸秆整杆进行局部覆盖、抗旱保墒的作物种植技术，即“种的地方不覆，覆的地方不种”，由此分为秸秆覆盖带和种植带，播种带宽度不超过两带总宽度的50%，两带相间排列.该技术于2013～2014年在甘肃省通渭县、会宁县进行了试验和示范种植，农业部和甘肃省农技推广部门专家联合对该技术在冬小麦和马铃薯的应用种植进行了现场实产验收，增产效果显著.

适宜播量是作物高产的重要栽培措施.研究结果表明，适宜播量可以缓解群体与个体的矛盾，建立合理群体结构[8-9]，进而提高产量[10-11].李尚中等[12]认为适当降低播量，有利于冬小麦籽粒产量和水分利用效率提高；高亚军等[13]，张文斌等[14]却认为适当增加小麦种植密度有利于提高旱地水分生产效率，提高作物产量.但刘俊梅等[15]等研究发现播量对干旱条件下秸秆覆盖冬小麦产量没有显著影响.干物质生产是作物产量形成的基础，屈会娟等[16]，王婷等[17]认为开花期和成熟期单茎干物质均随播种密度降低而增加；密度对各器官干物质转移和分配也存在显著影响.因此，研究秸秆带状覆盖条件下冬小麦适宜播量，对于进一步干旱半干旱区挖掘小麦高产潜力有重要的现实意义.

1材料与方法

1.1试验地概况

试验于2013年9月～2014年7月在甘肃省通渭县常河镇南河村进行.该区为黄土高原雨养农业典型地区，属于中温带半干旱大陆性季风气候，海拔1 590 m，年平均气温7.4 ℃，年日照时数2 100～2 430 h，无霜期120～170 d，年降水量主要集中在7～9月3个月，年平均降水量为444.2 mm，年蒸发量大于1 500 mm，雨热同期.供试土壤类型为：黄绵土，0～20 cm土层土壤容重为1.25 g/cm3，pH为8.36.试验期间降水量如图1所示.生育期有效降水主要集中在4～6月份，占总有效降雨量的49.7%，其余月份占总降水量50.3%.

图1　2013～2014年度冬小麦生育期间降水量趋势Fig.1　Trend of precipitation during 2013～2014 growingperiod of winter wheat

1.2试验设计

试验设5个播量水平，分别为150(T1)、187.5(T2)、225(T3)、262.5(T4)、300(T5) kg/hm2，每个处理重复3次，随机区组排列，小区面积72 m2(9 m×8 m).采用秸秆带状覆盖技术种植，即播前7 d分秸秆覆盖带和种植带，两带共60 cm，相间排列.秸秆覆盖带采用玉米整秆覆盖，覆盖量约52 500 株/hm2，折合秸秆量约9 000.0 kg/hm2，约等于1 hm2旱地玉米秸秆量.覆盖时秸秆覆盖带与播种带的2个边行各留2～5 cm左右间距，以防止秸秆压苗.每播种带平作条播3行小麦，总宽度约27 cm，相应预留覆盖带宽度约33 cm.供试材料为‘兰天26’，于2013年9月19日播种，2014年7月6日收获.播前普施纯氮150 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2作为底肥，生育期不再追肥.其余田间管理与当地大田水平一致.前茬为小麦.

1.3试验测定内容及方法

1.3.1土壤含水量测定在小麦播种期、出苗期、越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期及成熟期各小区分0～20、20～40、40～60、60～90、90～120、120～150、150～180、180～200 cm共8个土层，在种植行间钻取土样，用烘干法测定土壤含水量.

土壤含水量(%)=(土壤鲜质量-土壤干质量)/土壤干质量×100%

1.3.2农田耗水量和水分利用效率的计算农田耗水量ET：ET=(W1-W2)+P，其中，ET为作物生育期耗水量(mm)，P为作物生育期≥5 mm有效降雨量(mm)，W1、W2分别为播前和收获时的土壤贮水量(mm).

水分利用效率WUE：WUE(kg/(hm2·mm) =Y/ET.其中，Y为籽粒产量(kg/hm2)，ET为作物生育期耗水量(mm).

1.3.3干物质积累与分配测定分别于苗期、越冬期、返青期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期、成熟期取样，每个处理取20株，3次重复，分籽粒、茎鞘、叶片、颖壳+穗轴4部分分别置105 ℃烘箱中杀青30 min，80 ℃烘干到恒质量，冷却后分别称质量.相关计算公式如下[1]：

营养器官开花前贮藏干物质转运量=开花期干物质量-成熟期干物质量；开花前贮藏干物质转运率=开花前贮藏干物质转运量/开花期干物质量×100%；开花前贮藏干物质转运量对籽粒的贡献率=开花前贮藏干物质转运量/成熟期籽粒干物质量×100%；开花后干物质积累量=成熟期籽粒干物质量-开花前贮藏干物质转运量.

1.3.4产量及产量构成因素测定完熟期，每小区种植带边行随机选取20株，中间行随机选取20株，共40株进行常规考种，并结合实收测产.

1.4数据处理

数据采用Microsoft Excel 2013和SPSS 17.0软件进行计算和统计分析，采用Duncan新复极差法进行差异显著性检验.

2结果与分析

2.1播量对冬小麦产量及水分利用效率(WUE)的影响

播量对冬小麦籽粒产量及产量构成要素均具有显著的影响，增加播量，籽粒产量显著增加(表1).在播量处理中，T5具有最高的籽粒产量，为4 067 kg/hm2，T1处理产量最低，为2 962.5 kg/hm2，二者相差1 104.5 kg/hm2.在产量构成要素中，单位面积穗数随着播量的增加而显著增加，穗粒数和千粒质量却表现降低趋势.WUE是衡量作物高效用水的重要指标.由表1可见，随播量增加，冬小麦WUE亦增加，且T3、T4和T5的WUE显著高于T1、T2.但T1与T2间、T3、T4与T5间均未达到显著和极显著水平.

表1　播量对冬小麦产量及水分利用效率(WUE)的影响

同列数据肩标不同小写字母表示差异显著(P<0.05)；同列数据肩标不同大写字母表示差异极显著(P<0.01).

2.2播量对冬小麦田土壤贮水及耗水特性的影响

由表2可以看出，不同播量对冬小麦生育阶段及全生育期耗水量的影响明显大于相应土壤贮水量.出苗至开花期，各播量处理的耗水量依次为T3>T4>T5>T1>T2，但T3与T4、T5均未达到显著水平，而与T1、T2达到了显著水平；开花期至成熟期，各处理耗水量表现为T2>T4>T1>T5>T3，且处理间均达到了显著和极显著水平.可见，不同播量对冬小麦生育阶段耗水量花后大于花前.在土壤贮水量上，不同播量处理花前土壤贮水量均高于花后，但不论花前、花后，T1和T5处理的土壤贮水量均保持较高水平，T2、T3、T4的土壤贮水量均相对较低，但播量对生育阶段贮水量均无显著性差异.全生育期土壤耗水量和贮水量结果显示，播量过大或过小，均会降低冬小麦全生育期耗水量，提高土壤贮水量.

2.3播量对冬小麦干物质积累与分配影响

2.3.1干物质积累干物质生产是作物产量形成的基础.从图2可见，不同播量下，冬小麦干物质积累随生育时期推进呈“慢-快-慢”的变化趋势.具体来讲，越冬期至拔节期单株干物质积累速度较慢，拔节至抽穗期积累较快，随后缓慢增长.至成熟期，不同播量处理单株干物质积累总量表现为T1(5.27g/株)>T2(5.20 g/株)>T3(4.89 g/株)>T4(4.55 g/株)>T5(4.45 g/株)，表明增加播量不利于干物质积累.

表2　播量对冬小麦田土壤贮水及耗水特性的影响

a：越冬期;b：返青期;c：拔节期;d：抽穗期;e：开花期;f：灌浆期;g：完熟期.图2　播量对冬小麦干物质积累量的影响Fig.2　Effects of sowing date on dry matter accumulation

2.3.2干物质分配与转运从成熟期单株干物质积累与分配来看(表3)，不同播量处理中单株地上干物质、籽粒、茎鞘、叶片、颖壳+穗轴干物质均存在显著和极显著差异，但各处理单株地上干物质与各器官间表现不一，总体来看，T1处理各指标均较高，而其余处理各指标无明显规律.

播量还影响花前、花后储存干物质对籽粒的贡献率.从表4可见，不同播量花前、花后储存干物质对籽粒的贡献率分别为16.77 %～18.58 %和64.22%～69.67%，表明花后地上部干物质对籽粒的贡献率明显高于花前.不同播量处理花后地上部干物质向籽粒的贡献率依次为T5>T4>T3>T2>T1，但花前地上部干物质向籽粒的贡献率却表现T5>T3>T1>T4>T2.说明无论冬小麦处于营养生长还是生殖生长，增加播量可促进茎鞘、叶及颖壳+穗轴储藏性光合产物向籽粒转运.

3结论与讨论

适宜播量是获得高产的重要栽培措施.本试验研究表明，秸秆带状覆盖条件下播量在 150～300 kg/hm2范围内，增加播量可显著提高冬小麦产量，且以播量为300 kg/hm2处理的产量最高，为4 067.0 kg/hm2.150 kg/hm2处理产量最低，为 2 962.5 kg/hm2.播量对冬小麦产量构成要素的影响研究表明，随着播量增加，单位面积穗数显著增加，穗粒数和千粒质量却均显著减少，这与朱翠林[18]等研究结论一致.水分利用效率WUE是衡量作物高效用水的重要指标.本研究中，高播量处理(T3、T4、T5)的WUE显著高于(T1、T2)；柴守玺等[19]在河西灌区研究了种植密度对冬小麦WUE影响，结果表明，随着种植密度增加，WUE先升后降；王同朝等[20]对比了不同行距配置条件下种植密度对WUE的影响，结果表明，冬小麦的WUE受种植密度的影响随栽培措施条件改变而改变.因此，秸秆带状覆盖条件下适宜增加播量可提高冬小麦产量和水分利用效率.

表3　播量对冬小麦单株成熟期干物质积累与分配的影响

表4　不同播量处理对干物质转运的影响

冬小麦土壤贮水量和耗水量与种植方式和群体密度均有密切关系.本试验研究表明，播量过大或过小，均会降低冬小麦全生育期耗水量，提高土壤贮水量.在冬小麦整个试验期间，前期降水过多，后期降水偏少，冬小麦不同生育期需水量与同期降水量严重不协调.出苗～开花期降水量为99.57 mm，占总降水量的67.69%，此时高播量处理对应的耗水量越多，开花至成熟期是小麦生长发育和籽粒灌浆形成重要时期，对水分需求较高，但前期高播量耗水较多，导致后期稀少的降水无法满足植株和棵间蒸发的耗水需求，从而表现为开花前的耗水高于开花后.

籽粒产量随干物质增加而增加，即干物质积累越多，籽粒产量也就越高[21-22]..本研究表明，不同播量单株干物质积累量呈“慢-快-慢”的增长趋势，且随播量增加，单株干物质积累量亦增加，这与胡焕焕[23]的研究一致，但师日鹏[24]等研究表明个体干物质累积量随种植密度的增加呈降低趋势，这可能与不同栽培措施条件有关.

小麦籽粒产量是由生育期内物质的积累分配与转移特性所决定[25-26].小麦籽粒产量的形成主要来自开花前贮藏物质的转运和开花后功能叶片的光合产物积累，与干物质其积累、分配及运转密切相关[27].研究结果表明，花后干物质转移对籽粒增产的贡献较大，是籽粒增产的主要来源[28].随密度增加，茎鞘干物质向籽粒中的转移率和贡献率增加，而叶片则有降低的趋势[29].本试验结果表明，不同播量花后储存干物质对籽粒的贡献率高于花前，不同播量处理花后地上部干物质向籽粒的贡献率随着播量增加而增加，即T5>T4>T3>T2>T1，说明无论冬小麦处于营养生长还是生殖生长，增加播量可促进茎鞘、叶及颖壳+穗轴储藏性光合产物向籽粒转运，进而提高产量.

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(责任编辑李辛)

Effects of sowing rate on dry matter accumulation and distribution,grain yield of winter wheat and soil water consumption under strip mulch straw

ZHOU Xiang1,CHAI Shou-xi1,HUANG Cai-xia1,2,YANG Chang-gang1,CHENG Hong-bo3,CHANG Lei1,WANG Yan-pei1

(1.College of Agronomy ,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;2.College of Engineering,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China;3.College of Life Science and Technology,Gansu Agricultural University,Lanzhou 730070,China)

Abstract：【Objective】 This paper is aimed at discussing suitable sowing rate of winter wheat cultivated by strip mulch straw under rainfed condition in semi-arid region of northwest loess plateau.【Method】 Five sowing rates were designed under straw strip cover as T1(150 kg/hm2),T2(187.5 kg/hm2),T3(225 kg/hm2,T4(262.5 kg/hm2) and T5(300 kg/hm2) at growing season in 2013～2014 to research the effects of sowing rate on dry matter accumulation and distribution,yield and water consumption of winter wheat.【Result】 T5had the highest yield of winter wheat (4 067 kg/hm2) andWUE(12.1 kg/(hm2·mm)).Sowing rate was closely related to yield components.The number of spikes per unit area increased with increase of sowing rate with higher sowing date,while both 1000-grain weight and grain number decreased,and which was significantly different between T1and T5(P<0.01).Sowing rate markedly promoted dry matter translocation amount of vegetative organs to grains in winter wheat,which was more obvious before florescence than after florescence.T5had contribution to seeds from vegetative organs,which indicated that increasing sowing rate could promote dry matter translocation to seeds at the whole stage.【Conclusion】 Sowing rate under strip mulch straw is 500 kg/hm2over the field.

Key words：winter wheat；sowing rate；strip mulch straw；dry matter

通信作者：柴守玺，男，教授，博士生导师，主要从事小麦栽培育种和生态生理研究.E-mail：sxchai@126.com

基金项目：公益性行业(农业)科研专项(20130314)；现代农业产业技术体系建设专项(CARS-3-2-49)

收稿日期：2015-03-02；修回日期：2015-04-13

中图分类号：S 512.1+1

文献标志码：A

文章编号：1003-4315(2016)03-0031-06

第一作者：周翔(1987-)，男，硕士研究生，研究方向为作物栽培学与耕作学.E-mail：634603113@qq.com