立体匀播和种植密度对冬小麦农艺性状及光合特性的影响

孙 鹏，张金汕，贾永红，刘 冲，李 鹏，蒋 文，李春艳，石书兵

(1.新疆农业大学农学院，新疆乌鲁木齐 830052；2.新疆农业科学院土地所/奇台麦类试验站，新疆奇台 831800)

中国传统农业正在不断向高产、优质、高效、生态、安全的现代化农业过渡[1]，小麦作为我国最重要的粮食作物之一，其种植方式也由传统平作优化调整为条播、宽窄行条播、穴播、垄上和匀播等方式[2]。小麦立体匀播较其他种植方式能使种子在土壤中均匀合理分布，并将常规条播小麦田间分布的“一维行距”改为“二维株距”，其麦苗呈现“点聚面”的分布，有效增加个体的生长优势和优化群体结构，从而更能有效利用土壤、光照、水分等资源，进而实现高产[3]。种植方式是作物植株在时间、空间和平面上的有机组合，能够影响作物群体内个体发展及其资源分布状况[4]。新疆属于冬春麦兼播区，应用合适的高产高效栽培管理技术是提高小麦产量、增加效益的有效途径。小麦立体匀播通过建立良好的群体结构，使小麦单株呈均匀分布，可降低株间营养竞争，促进光合作用，实现高产[5-6]。研究发现，耕层优化双行匀播技术对小麦地上部生长发育及产量有正向效应，可提高群体光合面积和叶片光合能力，促进小麦植株生长和增产[7]。小麦生长发育和产量形成与种植密度密切相关。 在籽粒灌浆期，低种植密度下小麦叶片衰老速度缓慢，光合作用与生物量增长较快[8]。关于小麦主要农艺性状和光合特性方面的研究，前人多是在常规条播种植模式下进行的[9-10]，而针对立体匀播对小麦主要农艺性状、光合特性的影响鲜见报道。本研究选用冬小麦品种新冬46号，设置两种播种方式和四种种植密度，比较分析了播种方式和密度对小麦植株主要农艺性状和光合特性的影响，以期为冬小麦立体匀播技术的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2016年10月至2017年8月在新疆农业科学院奇台麦类试验站进行。该站地处东经89°13′～91°22′，北纬43°25′～45°29′，无霜期约155 d左右，试验地土壤为灌溉灰漠土，试验前 0～20 cm土层pH为8.25，有机质含量23.22 g·kg-1，全氮3.21 g·kg-1，碱解氮91.34 mg·kg-1，速效磷10.1 mg·kg-1速效钾235.7 mg·kg-1。播前基施纯氮300 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2。翻耕前统一施基肥磷酸二铵(含N 18 %、P2O546 %) 180 kg·hm-2。供试品种为新冬46，于2016年10月2日播种，前茬作物为玉米。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

试验采用裂区设计，主区为立体匀播(UN)和常规条播(DR)两种播种方式；副区为种植密度，设375万、300万、225万和150万株·hm-24个水平，分别用D375、D300、D225和D150表示。共8个处理，重复三次，小区面积10 m2(5 m× 2 m)。小麦采用人工播种，立体匀播小区播种深度、株距均保持一致。试验地四周设置保护行，灌水及其他管理措施与大田管理一致。

1.2.2 测定项目

(1)农艺性状测定：于成熟期，在各个小区的标记区内随机选取10株长势相同的小麦植株，量取主茎高度及每一节间长度，调查有效分蘖数、主茎穗及分蘖穗小穗数、穗长、叶数(抽穗期)。

(2)旗叶净光合速率和SPAD值测定：用英国Hansatech公司生产的TPS-2光合仪，在5月28日至6月25日，每隔7 d测定一次。于11：00-13：00时间内选择晴朗无云的天气，每处理测定具有代表性的植株5株，测定主茎旗叶净光合速率。用SPAD-502 叶绿素仪，在测定净光合速率的同时，每小区选具有代表性的植株10株，测定主茎旗叶SPAD值。

(3)产量及其构成因素测定：成熟期每小区取1 m2样方进行计产，小麦风干、脱粒后测产并进行室内考种。

1.3 数据分析

数据用MS Excel 2010数据处理软件进行初步分析和表格制作，用SPSS 19.0统计软件进行方差分析，采用新复极差多重比较法(Duncan)进行差异显著性检验(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 播种方式和种植密度对冬小麦产量及其构成的影响

播种方式、种植密度及二者互作对冬小麦产量及其构成均有一定影响(表1)。在条播条件下，随种植密度的增加，冬小麦穗数呈先降后增的趋势，穗粒数、千粒重和产量呈先增后降的趋势，其中D225的产量较D300、D375、D150分别增加 2.29%、6.81%、7.84%；在立体匀播下，随种植密度的增加，冬小麦穗数呈增加的趋势，不同种植密度间差异显著，而千粒重逐渐降低，穗粒数和产量呈先降后增的趋势，其中D150的产量最高，较D225、D375、D300分别增加3.93%、10.20%、13.18%。在相同种植密度条件下，立体匀播的平均穗数和产量较条播分别增加17.68%和 9.84%，平均穗粒数、千粒重分别降低0.55%、 4.75%。这说明在条播条件下，适当提高种植密度有利于获得较高产量，在立体匀播种下，适当稀植有利于获得较高产量。在相同种植密度下，立体匀播较条播能获得较多的穗数，有利于获得高产。

2.2 播种方式和种植密度对冬小麦农艺性状的影响

2.2.1 播种方式和种植密度对冬小麦株高的影响

播种方式、种植密度对冬小麦株高存在交互效应(表2)。在两种播种方式下，小麦株高和倒一节间长度随种植密度的增加均表现为先增后降的趋势，在条播条件下表现为D300>D375>D225>D150，在立体匀播条件下表现为D225>D300>D375>D150。倒二节间至倒五节间长度随种植密度的增加总体上均呈逐渐增加的趋势。在相同密度条件下，立体匀播的平均株高较条播降低 2.53%，倒一节间长度降低5.09%，说明播种方式及种植密度对小麦茎秆生长有一定的调节效应。

表1 不同处理冬小麦产量及构成因素的差异Table 1 Differences in yield and yield components of winter wheat among different treatments

数字后不同字母表示处理间在0.05水平上差异显著。下表同。

Different letters following the values indicate significant difference among the treatments at 0.05 level. The same in tables 2 and 3.

表2 不同处理冬小麦株高及节间长度的差异Table 2 Differences in plant height and stem internodes of winter wheat among different treatments

2.2.2 播种方式和种植密度对冬小麦主要农艺性状的影响

由表3可知，在条播条件下，随种植密度的增加，单株分蘖数、主茎粗、分蘖茎粗、主茎穗长和主茎穗小穗数基本呈逐渐降低的趋势，主茎叶数、分蘖茎叶数、分蘖穗长和分蘖穗小穗数呈先增后降的趋势；在立体匀播条件下，随种植密度的增加，单株分蘖数和主茎粗呈逐渐降低的趋势，主茎叶数、分蘖茎叶数、分蘖茎粗和分蘖穗小穗数呈现先降后增的趋势，主茎穗长、分蘖穗长和主茎穗小穗数基本呈先增后降的趋势。在相同密度条件下，立体匀播的平均单株分蘖数、主茎叶数、分蘖茎叶数、分蘖茎粗、分蘖穗长和分蘖穗小穗数较条播分别增加21.40%、5.77%、3.21%、4.36%、 5.15%和4.04%，平均主茎粗、主茎穗长和主茎穗小穗数较条播分别降低6.36%、4.35%和 2.92%。以上结果表明，通过调整播种方式和种植密度可对冬小麦的农艺性状进行调控，从而改善冬小麦群个体性状，促进产量形成。

表3 不同处理冬小麦主要农艺性状的差异Table 3 Differences in main agronomic characters of winter wheat among different treatments

NT:单株分蘖数，NMSL:主茎叶数,TSLN:分蘖茎叶数,STMS:主茎粗,TST:分蘖茎粗,PLMS:主茎穗长,TSL:分蘖穗长,SNMS:主茎穗小穗数,TSSN:分蘖穗小穗数。

NT:Tiller number per plant; NMSL:Leaf number per main stem; TSLN:Leaf number per tiller stem; STMS:Diameter of main stem; TST:Diameter of tiller stem; PLMS:Panicle length on main stem; TSL:Panicle length on tiller stem; SNMS:Spikelet number per spike on main stem; TSSN:Spikelet number per spike on tiller stem.

2.3 播种方式和种植密度对冬小麦旗叶光合特性的影响

2.3.1 播种方式和种植密度对冬小麦旗叶SPAD值的影响

随生育进程的推进，冬小麦旗叶SPAD值逐渐降低(图 1)。在条播条件下，开花期(5月28日)之后，随着种植密度的增加，旗叶SPAD值总体上呈先增后降的趋势，在开花期表现为D225>D300>D375>D150，且不同种植密度间差异显著；在立体匀播下，开花期之后，随着种植密度的增加，旗叶SPAD值总体上呈逐渐降低的趋势，在开花期表现为D150>D225>D300>D375。在相同种植密度条件下，花后28 d时，立体匀播种的旗叶SPAD值较条播平均增加7.52%。由此可见，播种方式及种植密度对冬小麦叶绿素含量有一定影响，在相同密度条件下立体匀播较有利于减缓小麦开花后旗叶叶绿素含量下降。

图1 不同处理冬小麦旗叶SPAD值的差异

2.3.2 播种方式和种植密度对冬小麦旗叶净光合速率的影响

播种方式和种植密度对冬小麦旗叶净光合速率(Pn)均有显著影响(图2)。从开花期开始，随生育进程的推进，Pn值呈逐渐下降的趋势。在条播条件下，随着种植密度的增加，冬小麦旗叶Pn值总体上呈先增后降的趋势，在开花期表现为D225>D300>D375>D150，且不同种植密度间差异显著，其中D225的Pn值较D300、D375和D150分别增加3.58%、8.20%和 22.23%；在立体匀播下，随着种植密度的增加，冬小麦旗叶Pn值总体上呈逐渐降低的趋势，在开花期不同种植密度间差异显著，其中D150的Pn值较D225、D375和D300分别增加5.39%、15.77%和 21.65%；在开花期后的四个不同时期，立体匀播的平均Pn值较条播依次分别提高42.34%、 3.15%、0.84%和 6.23%。综上所述，在条播条件下，适当增加种植密度有利于Pn值的提高，而在立体匀播下，稀植有利于Pn值的提高；立体匀播较条播有利于提高小麦的Pn值。

图2 不同处理冬小麦旗叶Pn的差异

3 讨 论

3.1 立体匀播和种植密度对冬小麦农艺性状及产量的影响

小麦株高随着种植密度增加而降低，而穗长变化不大[11]。本试验结果表明，在条播和立体匀播下，冬小麦株高随种植密度的增加表现为先增后降的趋势，而穗长在条播下呈不断降低的趋势，在立体匀播下呈先增后降的趋势。这与前人研究结果不尽相同，可能是由于种植密度设置、品种类型以及种植方式不同所致。分蘖质量和数量是小麦高产栽培的重要指标。研究表明，立体匀播能够有效促进小麦分蘖；在条播下麦苗成行，植株个体所占空间小，因而分蘖数也少[12]。本试验结果也表明，立体匀播有利于小麦分蘖，其单株分蘖数较条播增加21.40%，因此立体匀播可通过促进冬小麦分蘖来增加穗数，从而提高籽粒产量。有研究指出，播种方式对冬小麦农艺性状均有较大影响[13]，也会影响主茎叶数[14]。本试验中，立体匀播下主茎叶数较条播增加5.77%，进一步证实了前人的结论。

3.2 立体匀播和种植密度对冬小麦光合特性的影响

叶绿素含量和净光合速率是小麦光合生理特性的重要评价指标，促进和延长灌浆期间的群体光合作用有利于小麦产量的进一步提高[15-16]。改变种植方式可提高小麦产量的原因是叶片叶绿素含量与光合速率的提高[17]。本试验结果显示，播种方式及种植密度对小麦叶片SPAD值存在一定影响，在相同种植密度下立体匀播可获得较高的叶片SPAD值。石玉华[18]研究表明，种植方式对小麦叶片净光合速率影响显著。本试验中，播种方式及种植密度显著影响小麦Pn，从开花期开始，随着种植密度的增加，立体匀播的Pn较条播提高0.84%～42.34%，这与前人研究结果一致。王之杰等[19]研究发现，小麦生育后期旗叶Pn随种植密度增加的变化规律不明显。而有研究认为，小麦旗叶的Pn随种植密度增加呈现下降的趋势[20-22]。本研究表明，在条播下，随着种植密度的增加，冬小麦旗叶Pn基本呈先增后降的趋势；在立体匀播下，随着种植密度的增加，冬小麦旗叶Pn基本呈逐渐降低的趋势，这与后者研究结果[20-22]基本一致。