干旱灌区宽幅匀播春小麦生长及产量构成对播量的响应

韩钟英,杨义荣,陈桂平,赵财,樊志龙

(1.甘肃省农业工程技术研究院,甘肃 武威 733000；2.甘肃省干旱生境作物学重点实验室，甘肃农业大学农学院,甘肃 兰州 730070)

如何提高粮食作物单产,利用有限耕地资源生产足够的粮食以满足迅速增长人口的需求,是当今农业发展必须解决的重要问题之一[1-2].小麦(Triticumaestivum)作为主要粮食作物之一,其产量水平的高低在保障我国粮食安全方面具有重要作用.小麦产量的高低不仅依赖于水、肥、药等管理措施的合理利用,还与播种方式和种植密度关系密切.通过优化小麦作物的空间布局及密度,构建合理的群体结构,可以协调群体与个体生长之间的关系,促进作物群体光能利用率,从而提高小麦产量[3].因此,通过合理农艺措施协调群体生长,进一步提高小麦群体产量,对保障粮食生产具有重要意义.

小麦宽幅匀播技术以扩播幅、促匀播和扩行距为核心,相比于传统密集条播,能有效促进种子均匀播种、增大单株(单粒)营养面积、优化作物群体内空间结构,从而对前期壮苗培育和中后期光能利用具有良好的促进作用[4].而种植密度是调控小麦群体大小、协调小麦群体与个体生长直接有效的栽培措施[5-6].就个体而言,播量较低时土壤养分供应均匀充足,通风透光条件良好,单株营养面积比较大,个体能够形成更多的分蘖及根系[7].但对于群体而言,在合理密度范围内,群体产量随播量的增加而增大,但播量超过合理阈值时,个体之间竞争加剧,群体干物质积累量和叶面积反而降低,最终影响产量[6].春小麦分蘖力较弱,通过提高密度增加单位面积主茎穗数是其获得高产的主要途径[8].宽幅匀播对于空间结构的优化,能否使春小麦在进一步增密条件下仍然保持良好的群体生长状态,从而实现增产缺乏理论和实践支持.

西北干旱绿洲灌区春小麦种植历史悠久、面积较大,作物生长期内光热资源丰富,昼夜温差大,小麦品质优良.目前,试区春小麦播量为450～525 kg/hm2,基本苗675万～825万株/hm2,产量主要以主茎穗形成,分蘖数≤1,通过宽幅匀播增密技术提高其群体产量,对区域粮食生产具有积极作用.本研究在不同播种方式中,研究春小麦在不同种植密度下的生长速率及叶面积表现,分析其产量及产量构成的变化规律,明确宽幅匀播春小麦在不同群体大小条件下生长状态及产量表现,为深入挖掘播种方式及合理密植的协同增产效应提供理论和实践依据.

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2019年在甘肃省河西走廊东部的永昌县朱王堡镇(N 38°2′,E 102°6′)进行,年平均日照2 884.2 h,平均气温7.8 ℃,降水量124 mm,年蒸发量2 000.6 mm,无霜期145 d.试区土壤为典型的灌漠土,土壤有机质含量为16.5 g/kg、全氮含量为1.04 g/kg、碱解氮含量为80.45 mg/kg、速效磷含量为21.6 mg/kg、速效钾含量为148.3 mg/kg.主要栽培作物为春小麦、玉米(Zeamays)、大麦(Hordeumvulgare).

1.2 试验设计

参试春小麦品种为陇春30号,采用裂区试验设计,主区为播种方式：宽幅匀播(W)和常规条播(C),裂区为不同播量： 390(D1)、420(D2)、450(D3)、480(D4)和510 kg/hm2(D5),组成10个处理,每处理重复3次,小区长宽为8 m×5 m.其中,宽幅匀播处理使用宽幅匀播机播种,幅宽为12 cm,行距为22 cm；常规条播使用谷物条播机播种,行距为15 cm.全生育期施氮量为180 kg/hm2,全生育期灌水量为280 mm,冬储灌为120 mm.

1.3 测定指标与计算方法

作物生长速率：应用干物质积累量计算作物生长速率,生育期内每20 d测定1次地上部干物质积累量.随机选取20株小麦植株,105 ℃杀青1 h,80 ℃下继续烘干至恒质量后称质量.

CGR=(W2-W1)/(T2-T1)

式中：CGR表示作物生长速率(kg/hm2·d),W1和W2分别为T1和T2时的干物质积累量.

叶面积指数：每隔20 d采用质量法测定一次叶面积.叶面积指数(LAI)为单位面积上所有叶片面积的总和与相应土地面积之比.

产量：小麦成熟后按小区单独收获计产.

产量构成：在小麦完熟初期,在小区内用随机选取2 m×2 m样方测定并计算单位面积穗数,随机选取60株小麦考种,测定穗粒数、千粒质量.

1.4 数据统计分析

试验数据采用Microsoft Excel和SPSS 17.0软件整理分析，应用Duncan法进行差异显著性检验.

2 结果与分析

2.1 播种方式和密度对小麦生长的影响

2.1.1 不同播种方式和密度条件下小麦生长速率的动态变化 播种方式和播量均对小麦生长速率有显著影响(P播种方式<0.05,P密度<0.05),且播种方式与播量对生长速率的交互作用显著(P播种方式×密度<0.05).不同播种方式相比较,宽幅匀播较常规条播小麦全生育期生长速率平均高8.5%～29.7%(图1).不同播量之间,当播量小于D4时,宽幅匀播小麦生长速率随着播量的增加而提高,其中D2较D1全生育期平均高13.9%、D3较D2平均高15.8%、D4较D3平均高15.7%,虽然D5小麦生长速率在3月20日至4月30日显著大于D4,但在4月30日至5月20日两者之间差异不显著,D4春小麦生长速率在5月20日至7月18日反而较D5高7.0%～21.5%；当播量小于D3时,常规条播小麦生长速率随着播量的增加而提高,其中D2较D1平均高19.3%、D3较D2平均高18.6%,D4和D5小麦生长速率在3月20日至5月20日均大于D3,但在5月20日至7月18日低于D3.各处理之间,WD4小麦全生育期平均生长速率获得最大值.

2.1.2 不同播种方式和密度条件下小麦叶面积指数的动态变化 播种方式和播量对小麦叶面积指数(LAI)均有显著影响(P播种方式<0.05,P密度<0.05),且交互作用显著(P播种方式×密度<0.05).就播种方式而言(图2),宽幅匀播较常规条播小麦LAI全生育期平均高12.2%～29.0%.不同播量之间,当播量小于D4时,宽幅匀播小麦LAI随播量的增加呈增大趋势,其中D2较D1全生育期平均提高13.2%,D3较D2提高15.2%,D4较D3提高10.6%,虽然D5在4月10日至4月30日大于D4小麦LAI,但是在5月20日至7月18日,D4小麦LAI反而较D5高5.2%～15.8%；当播量小于D3时,常规条播小麦LAI随播量的增加而增大,其中D2较D1全生育期平均提高12.1%,D3较D2提高14.8%,虽然D4和D5小麦LAI在4月10日至4月30日均大于D3,但是在5月20日至7月18日反而低于D3.就各处理而言,WD4处理可使小麦全生育期平均LAI获得最大值.

图1 不同播种方式和密度处理小麦的生长速率Figure 1 The crop growth rate of wheat with different sowing patterns and planting densities

图2 不同播种方式和密度处理小麦的叶面积指数Figure 2 Leaf area index of wheat with different sowing patterns and planting densities

2.2 小麦产量构成因素对播种方式和密度的响应

播种方式对小麦单位面积穗数无显著影响,播量对小麦单位面积穗数具有显著影响,播种方式与播量对单位面积穗数无显著交互作用(表2).小麦单位面积穗数随密度的增大呈增加趋势,其中D2较D1单位面积穗数平均增加12.8%、D3较D2平均增加17.1%、D4较D3平均增加8.7%,D5与D4单位面积穗数之间差异不显著.各处理中,WD4和CD4可保障试区春小麦获得较高的单位面积穗数.

播种方式对小麦穗粒数的影响不显著,播量对穗粒数影响显著,播种方式与播量对穗粒数无显著交互作用.小麦穗粒数随播量的增大呈减少的趋势,宽幅匀播D5较D1、D2小麦穗粒数分别降低5.8%和3.9%；常规条播D4较D1、D2、D3小麦穗粒数分别低4.9%、4.0%和4.5%,D5较D1、D2、D3小麦穗粒数分别低6.9%、6.0%和6.4%.各处理之间相比较,WD4和CD3处理可使春小麦在播量较大的条件下保持较高的穗粒数.

小麦千粒质量受到播种方式和密度的显著影响,且播种方式与密度的交互作用显著.不同播种方式相比较,宽幅匀播小麦千粒质量在D4、D5密度下较常规条播分别高9.8%、19.2%.小麦千粒质量随密度增大呈降低趋势,宽幅匀播D5分别较D1、D2、D3小麦千粒质量低6.6%、6.2%和5.5%；常规条播D4分别较D1、D2、D3小麦千粒质量低8.3%、8.5%和8.1%,D5较D4低11.6%.就各处理而言,WD4处理可使试区春小麦在较大播量条件下获得较高的千粒质量.

表1 不同播种方式及密度处理小麦的产量构成因素

2.3 小麦产量对不同播种方式和密度的响应

2.3.1 小麦籽粒产量对不同播种方式和密度的响应 播种方式和播量均对小麦籽粒产量有显著影响(P播种方式= 0.027<0.05,P密度= 0.018<0.05),且交互作用显著(P播种方式×密度=0.023<0.05).就播种方式而言,在D2、D4、D5播量条件下,宽幅匀播较常规条播小麦籽粒产量分别高5.3%、21.0%和28.3%(图3).不同播量之间,小麦籽粒产量随播量的增大呈先增加后降低的趋势,其中宽幅匀播小麦在D4中能够获得最大籽粒产量,分别较D1、D2、D3和D5高48.9%、26.6%、10.6%和10.0%；而常规条播小麦在D3中可获得最大籽粒产量,分别较D1、D2、D4和D5高42.4%、22.5%、11.2%和29.8%,与D4产量差异不显著.就各处理而言,WD4可使小麦获得最大籽粒产量.

图3 不同播种方式和密度处理小麦的籽粒产量Figure 3 Grain yield of wheat with different sowing patterns and planting densities

2.3.2 小麦生物产量对不同播种方式和密度的响应 小麦生物产量受到播种方式和播量的显著影响(P播种方式= 0.042<0.05,P密度= 0.018<0.05),且播种方式和播量对其交互作用显著(P播种方式×密度=0.023<0.05).不同播种方式之间相比较,宽幅匀播小麦生物产量在D1、D2、D4和D5中分别较常规条播小麦高13.8%、11.5%、8.1%和14.0%.不同播量之间,宽幅匀播小麦在D4中可获得最大生物产量,分别较D1、D2和D5高25.5%、10.9%和14.3%；而常规条播小麦在D3中可获得最大生物产量,分别较D1、D2、D4和D5高40.5%、21.6%、6.4%和28.3%.就各处理而言,WD4和CD3可获得最大小麦生物产量.

图4 不同播种方式和密度处理小麦的生物产量Figure 4 Biomass of wheat with different sowing patterns and planting densities

3 讨论

3.1 宽幅匀播合理密植对春小麦群体生长的促进效应

小麦合理群体结构能够营造良好的群体内部环境,从而促使小麦群体协调生长,为其籽粒形成奠定良好的物质基础[9].合理的行距配置能够优化小麦后期群体冠层结构,改善群体内部环境,有利于群体光合作用[10-11].宽幅匀播较常规条播增大播幅和行距后,能够增加小麦个体营养面积和光照,进而促进其生长,提高群体质量[3-4,12].本研究中,宽幅匀播较常规条播可使小麦群体生长速率和叶面积指数显著提高.在播量阈值范围内,小麦干物质积累及叶面积均随播量增大而提高,但超过播量阈值,干物质积累和叶面积反而呈降低趋势[13].探究作物各阶段干物质积累及叶面积指数动态,可为协调库源关系实现高产提供理论依据[14].本研究结果表明,密度对5月20日以后的春小麦生长速率和叶面积指数产生显著影响,宽幅匀播小麦在D4中可获得最大生长速率和叶面积指数,而常规条播小麦在D3中可获得最大生长速率和叶面积指数.宽幅匀播较常规条播处理能够提高春小麦的纳密能力,进一步增大春小麦的叶面积指数,在生长后期保障较高的群体生长速率,为产量形成奠定良好的物质基础.

3.2 宽幅匀播与密度对春小麦产量构成因素的协同效应

在相同密度条件下,千粒质量是决定春小麦籽粒产量的关键因素[15].本研究中,宽幅匀播小麦单位面积穗数和穗粒数与常规条播小麦无显著差异,但是宽幅匀播在D4和D5高播量条件下较常规条播可使春小麦千粒质量分别提高7.8%和8.0%.其主要原因在于,宽幅匀播较常规条播提高了小麦群体的容穗量[3,16].种植密度对作物群体大小和产量形成均具有直接影响[17-18].然而,小麦产量构成因素并不能同时提高,穗粒数和千粒质量随单位面积穗数的增加呈降低趋势,通过合理栽培措施促进产量构成因素协调发展是实现小麦高产的有效途径[19].本研究结果表明,增加春小麦密度能够显著提高单位面积穗数,但是穗粒数和千粒质量随着密度的增加呈降低趋势.而由于播种方式与密度处理的交互作用,宽幅匀播小麦密度达到D5时,其千粒质量才显著降低,而常规条播小麦千粒质量在密度为D4时就显著降低.

3.3 宽幅匀播合理密植对春小麦的增产效应

在产量形成方面,单位面积穗数是小麦产量形成的基础,但是穗粒数和千粒质量在超过适宜范围后随单位面积穗数的增加而降低[6].播种方式对小麦籽粒产量具有显著影响,对于冬小麦而言,宽幅播种处理的纳密能力显著高于常规条播,其穗粒质量随密度增加而降低的幅度显著低于常规条播[3,20].本研究中,常规条播春小麦在D3密度水平即达到籽粒产量上限,而宽幅匀播春小麦在D4水平才达到籽粒产量上限.以上结果表明,宽幅匀播较常规条播的密植增产效应更强.

4 结论

宽幅匀播较常规条播能够增强春小麦的纳密能力,结合合理密植能够同时增加群体源器官(叶面积)和库器官(单位面积穗数),协调产量构成因素之间的关系,从而显著增加籽粒产量.在本试验条件下,宽幅匀播春小麦密度为480 kg/hm2时可获得最高籽粒产量.