播种方式和灌水量对春小麦干物质和产量的影响

刘 冲，贾永红，张金汕，孙 鹏，李俊志，李 鹏，石书兵

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

播种方式对小麦生长发育和产量有重要影响。匀播方式是基于小麦生长发育特性，充分发挥植株个体生长和群体调控的增产新技术。匀播技术创造了小麦单株营养均衡的条件，使苗期植株个体间营养竞争减小，有利于健苗、壮苗，特别是使拔节后植株能均匀接受光照，从而促进个体和群体光合作用，达到高产高效[1]。研究表明，匀播麦种深浅分布差异在分蘖节位层上趋向一致，与条播相比，匀播麦苗通过单株分蘖调节实现群体均匀，进而充分地利用光热资源，提高光合作用[2]。小麦分蘖的数量和质量直接影响着群体发展。匀播小麦的株距和播深一致，使植株个体能够均匀充分利用水土资源，提高了分蘖数，尤其是促进了有效分蘖的发生，进而提高产量[3-4]。

水分是作物产量形成的制约因素[5]。明确小麦不同生育阶段对水分的需求特征，对于实行科学节水灌溉具有重要意义[6-7]。研究发现，随着土壤水分含量的增加，小麦籽粒产量递增[8-9]。增加灌水量可以显著提高小麦花后干物质积累量及其对籽粒产量的贡献率，但过多灌水时，花后干物质在籽粒中的分配减少，导致减产[10-11]。另有研究认为，增加灌水量可促进小麦生长，增加光合作用，但过度灌水可引起植株叶面积、地上生物量、穗重、净光合速率、气孔导度下降[12]。

近年来，关于播种方式对小麦生长及产量的研究，主要集中在宽窄行条播[13]、垄播[14]、井字形播种[15]等方面，关于匀播对小麦生长发育、干物质和产量的研究报道较少。前人就灌水量对小麦生长发育的影响开展了一些相关研究[16-17]，而针对匀播方式下灌水量对小麦干物质积累、分配、转运和产量构成的影响研究则鲜见报道。本试验在盆栽条件下，比较分析了匀播和条播方式下灌水量对春小麦分蘖、叶片SPAD值、光合面积、干物质积累与分配以及产量的影响，以期为新疆春小麦匀播种植技术推广提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验采用盆栽方式，于2017年3-7月在新疆农业大学防雨棚中进行，试验盆上口截面积为0.48 m2(0.80 m×0.60 m)，高1.00 m。试验前将试验盆埋入地下，使盆内土壤与地平面高度保持一致。土壤质地为壤土，风干过筛后均匀混合，试验前土壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾含量分别为33.38 g·kg-1、5.69 g·kg-1、 106.98 mg·kg-1、22.45 mg·kg-1和269.89 mg·kg-1，pH值8.25。

1.2 试验设计

试验采用二因素随机区组设计。播种方式为匀播(Uniforming，简写U)和常规条播(Drilling，简写D)。匀播小麦株距7 cm，条播行距20 cm，每盆均为88株。灌水量设W75(拔节水)、W150(拔节水+扬花水)、W225(拔节水+扬花水+灌浆水)和W300(起身水+拔节水+扬花水+灌浆水)4个水平，每次灌水量75 mm(表1)。3次重复，共24盆。供试小麦品种为新春34号，于2017年3月12日播种，7月25日收获。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 分蘖数测定

出苗后10 d，每个试验盆选取生长状况良好、长势一致的小麦植株6株，每10 d对新生蘖进行标记统计，测定单株分蘖数，取其平均值。

1.3.2 绿叶面积测定

开花后，每盆选取生长良好、长势一致的小麦植株6株，每7 d对绿色叶片进行标记统计，其中叶片绿色部分超过叶片整体的50%时，记为绿色叶片，叶片绿色部分未超过叶片整体的50%时，记为枯黄叶片。测定绿叶长和宽，并按照“叶面积=叶长×叶宽×0.7”计算叶面积[18]。

表1 春小麦各生育时期灌水量Table 1 Irrigation amount of spring wheat at different growth stages

1.3.3 SPAD值的测定

采用SPAD-502型叶绿素仪测定标记的小麦旗叶和倒二叶SPAD值，每叶分别测近叶尖、叶中、近叶柄三分之一处(避开叶脉)，取平均值。

1.3.4 干物质积累量测定与转运参数计算

选取生长良好、长势一致且同一天开花的植株挂牌标记，分别于开花后0 d和35 d取样，每次取样5株，按茎鞘(茎秆+叶鞘)、叶片、籽粒、穗轴和颖壳等不同器官进行分样处理，于105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，称重法测定干物质量。参照相关文献[19-21]计算开花前干物质在开花后的转运参数：

干物质转运量= 开花期营养器官干物质重-成熟期营养器官干物质重；

干物质转运效率=干物质转运量/开花期营养器官干物质×100%；

干物质转运对籽粒产量的贡献率=干物质转运量/籽粒产量×100%。

1.3.5 籽粒产量及构成测定

成熟期取6株，于室内进行考种，测定穗长、小穗数、穗粒数等指标，用电子天平测定千粒重，折算公顷产量。

1.4 数据分析

采用Excel 2013、DPS 7.05进行数据整理和相关分析。

2 结果与分析

2.1 播种方式和灌水量对春小麦分蘖数的影响

随着生育进程的推进，小麦单株分蘖数均呈先增后减趋势(图1)。出苗10～20 d时，播种方式对小麦分蘖数无显著影响；出苗20 d、30 d、40 d、50 d和60 d时，匀播小麦的平均分蘖数较条播分别提高14.94%、13.73%、30.17%、 81.65%和75.20%， 并于出苗30 d时达到最大，且匀播小麦在分蘖数达到最大时持续10 d左右，而条播小麦随后呈下降趋势。不同灌水条件下小麦单株平均分蘖数表现为W300>W225>W150>W75，匀播方式下不同灌水处理间差异显著(P<0.05)，而条播方式下差异不显著(P>0.05)。从灌水效应看，在出苗后10～20 d时，灌水量对小麦分蘖数影响较小；出苗20 d后，灌水量对匀播小麦分蘖数影响显著，而条播不显著；出苗后30 d时，匀播方式下W300比W75、W150和W225分别高26.14%、14.88%和6.04%。这表明匀播较条播促进了春小麦分蘖，且增加灌水量更有利于分蘖的发生。

2.2 播种方式和灌水量对春小麦叶源性状的影响

2.2.1 播种方式和灌水量对春小麦绿叶面积的影响

随着生育进程的推进，小麦绿叶面积均呈逐渐减小趋势(图2)。两种播种方式下，在花后 0 d、7 d和14 d时，匀播和条播小麦的绿叶面积差异均不显著；从花后21 d开始差异逐渐增大，其中W75、W150、W225和W300条件下，匀播小麦在花后21 d和28 d的绿叶面积分别比条播提高 26.00%、17.85%、9.09%、26.90%和 101.01%、84.21%、148.15%、102.63%，且花后28 d差异极显著(P<0.01)。从灌水效应看，在花后0 d、7 d和14 d时，匀播和条播小麦绿叶面积均表现为W75

图1 播种方式和灌水量对春小麦分蘖数的影响

图2 播种方式和灌水量对春小麦绿叶面积的影响

2.2.2 播种方式和灌水量对春小麦叶片SPAD的影响

随着生育进程的推进，小麦旗叶和倒二叶的SPAD值均呈下降趋势，且表现为倒二叶<旗叶(图3)。其中，旗叶在花后0～21 d的SPAD值较稳定，但花后28 d呈明显下降趋势；倒二叶从花后14 d开始呈下降趋势，与旗叶相比，匀播和条播小麦的倒二叶平均SPAD值分别下降 26.51%和43.83%。匀播方式下灌水量对旗叶SPAD值的影响表现为W300

2.3 播种方式和灌水量对春小麦花后干物质积累、分配与转运的影响

2.3.1 播种方式和灌水量对春小麦成熟期干物质积累、分配的影响

播种方式和灌水量对成熟期小麦主茎和分蘖茎的茎、叶、穗轴及颖壳、籽粒干物质积累量均有显著影响(图4、图5)。在W75、W150、W225和W300条件下，匀播小麦的主茎干物质积累总量较条播分别提高20.16%、26.89%、3.06%和 3.52%，分蘖茎分别提高18.53%、20.79%、 10.93%和12.03%。其中，匀播主茎籽粒的平均干物质积累量较条播高8.13%，分蘖茎高 11.68%。从灌水效应看，主茎的茎秆、叶片干物质积累量均表现为W75

图3 播种方式和灌水量对春小麦叶片SPAD的影响

图4 播种方式和灌水量对春小麦成熟期主茎干物质积累、分配的影响

2.3.2 播种方式和灌水量对春小麦干物质转运的影响

由表2、表3可知，春小麦主茎的平均粒重表现为W75

图5 播种方式和灌水量对春小麦成熟期分蘖茎干物质积累、分配的影响

播种方式Sowing pattern 灌溉Irrigation开花期营养器官干重Biomass before anthesis/(g·plant-1)成熟期营养器官干重Biomass at maturity/(g·plant-1)单株粒重Grain weight/(g·plant-1)干物质转运量Dry matter transport amount/(g·plant-1)干物质转运效率Dry matter transport rate/%干物质转运的贡献率Dry matter transport contribution rate/%UW75334.16c256.48b444.06b77.68b23.25a17.49aW150474.52b284.53b545.36a189.98ab40.04a34.84aW225630.70a338.61a588.40a292.09a46.31a49.64aW300633.00a355.28a561.86a277.72a43.87a49.43aDW75361.18c189.83b393.19b171.35b47.44a43.58aW150445.49b227.65b426.38b217.84ab48.90a51.09aW225562.17a307.14a592.37a255.03ab45.37a43.05aW300620.57a319.02a566.90a301.55a48.59a53.19a

同列数值后不同小写字母表示处理间在0.05水平上差异显著(P<0.05)。下表同。

Different lower-case letters following the values within the same columns mean significant difference among the treatments at the 0.05 level. The same in tables 3 and 4.

2.4 播种方式和灌水量对春小麦籽粒产量及穗部性状的影响

由表4可知，随着灌水量的增加，小麦穗长在匀播方式下呈下降趋势，W75比W150、W225和W300分别高12.76%、12.92%和18.45%；在条播方式下穗长表现为W2250.05)，W150分别比W75、W225和W300分别高4.95%、5.68%和4.52%。每穗小穗数在匀播方式下表现W300

表3 播种方式和灌水量对春小麦分蘖茎干物质转运的影响Table 3 Effects of sowing patterns and irrigation amount on dry matter translocation of spring wheat tiller stems

表4 播种方式和灌水量对春小麦产量的影响Table 4 Effects of sowing patterns and irrigation amount on yield of spring wheat

3 讨 论

3.1 播种方式和灌水量对春小麦分蘖动态的影响

小麦单株由主茎和分蘖构成，其发育和空间分布存在明显差异[22]。小麦分蘖数量和质量直接影响着群体发展，最终决定产量高低[4]。创建合理的群体结构有利于小麦分蘖早发和满足成穗对营养的需要[23]。 研究表明，小麦单株成穗率与低级蘖位分蘖的成穗率呈正相关[24]。在小麦群体结构发展较为合理的基础上，提高结实粒数、单位面积成穗数和粒重有助于增加产量[25-26]。匀播小麦可通过单株分蘖调节更好地实现群体均匀生长，促进小麦有效分蘖的发生[2-3]。本研究结果表明，匀播促进了小麦分蘖的发生，提高了分蘖成穗率。这是因为匀播减小了植株对土壤营养的竞争，为分蘖的发生提供了良好的环境基础。这与前人的研究结果基本一致。另外，匀播方式下灌水对小麦分蘖具有明显影响。随着灌水量的增大，两种播种方式下小麦最高总茎数、收获穗数和单株成穗数均呈上升趋势，而分蘖成穗率在匀播方式下不同灌水处理间差异不显著，在条播方式下随着灌水量的增大则呈先升后降趋势，不同灌水处理间差异显著。导致这种结果的原因可能是匀播具有更高的水分利用效率，而条播下过量的水分没有被充分利用，造成土壤水分过剩，影响根系呼吸，进而不利于植株的生长。

3.2 播种方式和灌水量对春小麦叶源性状的影响

光合作用是作物物质合成的关键代谢过程。而功能叶是主要的光合器官，且对小麦产量形成具有重要作用[27]。小麦功能绿叶面积与干物质积累、转运和产量的形成有非常密切的关系[28]。赵广才等[1]认为，匀播的小麦植株能均匀接受光照，从而促进个体和群体光合作用，进而提高产量。马政华等[29]研究表明，土壤水分供应不足会使作物光合速率下降，光合产物减少，尤其是生育后期，适宜供水有利于提高叶片叶绿素相对含量。薛香等[30]分析发现，小麦叶绿素含量和SPAD值间具有显著的正相关关系。本研究结果表明，随着小麦花后生育时期的推进，小麦绿叶面积和SPAD值呈逐渐降低趋势，匀播下降速度比条播缓慢，尤其是匀播方式延缓了群体中、下部叶片的衰老。这是由于匀播改善了群体结构，提高了群体的透光通风，有利于中下部叶片的光合作用。

3.3 播种方式和灌水量对春小麦干物质积累、分配与转运的影响

干物质是作物光合作用产物的最终形态，其积累、分配及运转与经济产量的形成密切相关[31]。因此干物质有效积累与合理分配是提高作物产量的关键。不同生态区作物的物质生产和积累特点不同，因此要根据不同条件制定适宜的栽培措施，确保实现高产所需的光合生产量[32]。小麦匀播将常规条播的边行优势转化为单株优势，使小麦个体发育在群体增加的条件下充分发挥穗、粒、重的优势，实现增产增收[1]。灌水处理显著提高开花后干物质的积累量及其对籽粒产量的贡献率，灌水量会显著减少光合产物向籽粒的分配，使产量降低[11]。本研究结果与前人研究基本一致：不同播种方式下，拔节水和扬花水均有利于提高春小麦干物质积累量，过量灌溉不利于干物质积累。相比条播，匀播降低了春小麦植株成熟期营养器官干物质分配率，同时促进了干物质向籽粒产量的分配，进而提高了粒重，达到增产的效果。

3.4 播种方式和灌水量对产量构成和产量的影响

匀播春小麦能充分地利用光热资源，通风透光性比常规条播更好[2-3]。匀播下植株根系更为发达，植株与叶片活力强，小麦个体能够充分有效利用农田水肥等资源，促进了有效分蘖的发生[2-3]。匀播麦田土壤水分分布均匀，土壤贮水消耗量和降水量占总耗水量的比例高，开花至成熟期的耗水模系数高，有利于获得较高籽粒产量、水分利用效率和灌溉水利用效率[33]。本研究表明，匀播提高小麦有效分蘖数和穗数、干物质积累量和转运量，尤其是提高分蘖穗的干物质积累量等，进而增加了产量。本研究还表明，产量随着灌水量增加先呈增加趋势，达到一定灌溉量后，产量出现下降趋势，并于W225下达到最大，其中匀播产量比条播高3.52%。这与前人的研究结果基本一致。