山东省强筋小麦产量差及高产群体质量指标

翟冬峰余维宝崔永升李豪圣曹新有张宾孔令安王法宏李华伟

(1.山东省农业科学院作物研究所/小麦玉米国家工程研究中心/山东省小麦技术研究中心，山东 济南 250100；2.山东登海种业股份有限公司，山东 莱州 261400；3.中国农业大学农学院，北京 100193；4.德州市陵城区农业开发中心，山东 德州 253000)

小麦是世界上种植面积最大的主食作物，是人类赖以生存的重要碳水化合物来源，在保障粮食安全方面发挥着不可替代的作用。为了满足人口不断增加的需求，小麦产量将需增加一倍或更多[1，2]。中国有14亿多人口，耕地相对不足，到2050年要满足其粮食需求，作物的增产率必须达到2%左右，而目前增长率只有1%左右[3]。在耕地面积无法增加前提下，提高小麦平均单产是实现其总产提高的唯一途径[4-6]。

作物产量受遗传基因和环境因素(如光照、温度、水分、栽培措施、肥料、土壤条件等)的共同影响，同一品种在不同环境中产量会有很大差异。全球不同农业生态区小麦都存在着产量差。发展中国家和地区的作物产量差要大于发达国家，东欧地区的作物产量差要大于西欧地区[7]。在我国，得益于育种技术和栽培技术进步，小麦平均产量在过去几十年有了很大提高，但平均单产的增速远低于单产记录增速，导致我国小麦平均单产和高产记录间存在着巨大产量差[8]。由于农户农艺技术水平和地块地力的差异，同一区域不同农户间，甚至同一农户不同地块间都存在着很大的产量差[9，10]。缩小现有产量差是提高平均单产和总产的最直接有效的途径[6，10]。

同时，随着人民生活水平的改善和消费结构的优化，我国的消费需求已经开始从“温饱型”向“品质型”发展，用于制作面包、蛋糕等的专用优质小麦的需求量不断增加，而由于相应生产技术的欠缺，我国每年需要大量进口优质专用小麦，导致优质专用小麦生产与食品工业需求间存在着结构性矛盾[11]，所以优质专用小麦生产需要产量和品质并重。山东省是我国优质强筋小麦主产省份[12]，生产中其单产已经突破12 025.8 kg/hm2，但农户平均产量却仍处于较低水平。因此，明确优质强筋小麦不同产量水平的产量差，解析产量差存在的内在机理，对于强筋小麦高产栽培具有重要意义。本研究在前期调研基础上，综合肥料投入、播种密度和灌溉水平等管理措施，以高产优质强筋小麦济麦44为材料，设置3种种植模式以模拟小麦不同产量水平，定量化小麦产量差，并通过分析不同产量水平小麦群体的茎蘖动态、叶面积指数以及物质积累，确定实现强筋小麦高产的群体质量指标，以期为优质强筋小麦高产调控途径的建立提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2016—2019年在山东省济宁市兖州区大安镇大南铺村(116.78°E，35.62°N)、德州市齐河县焦庙镇华集村(116.45°E，36.65°N)、烟台市莱州市西由镇登海种业莱州第8试验场(119.94°E，37.37°N)和淄博市临淄区朱台镇谢家村(118.29°E，36.95°N)进行。各生态试验点2016年小麦播前0～20 cm土层土壤基本理化性质见表1。

表1 试验地0～20 cm土层土壤理化性质(2016)

1.2 试验设计与田间管理

试验选用优质强筋小麦济麦44为材料，在生产调查基础上综合肥料投入、播种密度和灌溉水平等管理措施，设置3种种植模式以模拟不同产量水平，即SH(超高产种植模式，基于山东省小麦“高产记录”栽培技术)、FP(农户种植模式，基于农户小麦种植调查结果)、HH(高产高效种植模式，结合SH、FP和当地专家经验建议形成的)。

试验采用随机区组设计，重复3次。小区长80 m，宽3.0 m。小区间设1.5 m隔离带。各生态试验点均采用小麦-玉米轮作种植方式，前茬玉米收获后秸秆全量粉碎还田深耕，于每年10月15—20日适期播种。小麦行距0.25 m，每畦6行。试验管理措施见表2。所用氮肥为普通尿素(含N 46%)，磷肥为过磷酸钙(含P2O514%)，钾肥为硫酸钾(含K2O 52%)，锌肥为硫酸锌(含Zn 21%)，有机肥选用山东淄博禾富农业有限公司商品有机肥[含有机碳(干基)56.37%、N 2.04%、P2O51.82%和K2O 1.64%]。其它病虫害防治等田间管理措施同一般高产田。

表2 不同种植模式冬小麦播种密度及肥水运筹

1.3 测定指标与方法

群体动态测定:于冬小麦出苗期、越冬期、拔节期、成熟期调查获取群体基本苗数、冬前分蘖数、最大分蘖数和有效穗数，并计算群体分蘖成穗率和单株有效分蘖数。

叶面积指数:用LAI 2000叶面积指数仪测定叶面积指数(LAI)，并按照訾妍等[13]的方法计算叶面积衰减速率。

生物量及物质转运测定:于开花期和成熟期取0.4 m×0.25 m＝0.1 m2植株地上部，置于105℃烘箱杀青30 min，而后80℃烘干至恒重，测定开花期生物量和花后同化量(花后同化量＝成熟期生物量-开花期生物量)。

1.4 数据处理及分析

利用SPSS 26.0软件对数据进行描述统计、显著性分析及相关性分析。利用SigmaPlot 14.0软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同种植模式下小麦产量及产量差

SH、HH和FP种植模式三年度平均产量分别为9 417.2、8 899.4 kg/hm2和7 977.3 kg/hm2，处理间差异显著，其中FP与SH、HH分别存在着1 439.9 kg/hm2和922.1 kg/hm2的产量差(表3)。不同种植模式下小麦年际间产量差不同，2016—2017、2017—2018、2018—2019年度，SH与HH之间产量差分别是453.0、576.7、523.7 kg/hm2，HH与FP之间产量差分别为1 468.9、362.6、934.7 kg/hm2。SH和HH公顷穗数、穗粒数和千粒重都显著高于FP处理。可见产量的提高需要公顷穗数、穗粒数和千粒重的协同提高。

表3 不同种植模式下小麦产量及其构成因素

2016—2017、2017—2018和2018—2019年度济麦44平均产量为9 293.6、8 131.1 kg/hm2和8 869.2 kg/hm2，2016—2017和2018—2019年度均出现9 000 kg/hm2高产群体。从产量构成因素分析，9 000 kg/hm2以上高产群体的公顷穗数和千粒重均高于其以下群体，但千粒重差异不大。本试验条件下，济麦44产量9 000 kg/hm2以上高产群体指标为公顷穗数700万～730万、穗粒数33.1～36.5粒、千粒重43.2～45.1 g。

2.2 不同种植模式小麦群体动态变化及与产量的关系

根据调研基础数据和专家意见，SH、HH和FP种植模式基本苗分别设定为300万、270万、330万株/hm2左右(表4)。由于基本苗数不同，不同种植模式冬前分蘖数表现为FP显著大于SH，两者均显著大于HH。最大分蘖数2016—2017年度表现为FP＞SH＞HH，2017—2018和2018—2019年度均表现为FP与SH间无显著差异，但均显著大于HH。各年度有效穗数SH、HH均显著大于FP。

表4 不同产量层次冬小麦群体动态

由图1可见，小麦产量与分蘖成穗率(y2016—2017＝-37.729x2+4419.814x-119155.318，R2＝0.8932**；y2017—2018＝-24.260x2+2860.550x-75769.190，R2＝0.5170*；y2018—2019＝-51.939x2+5986.428x-163163.803，R2＝0.4427*)、单株成穗数(y2016—2017＝-5392.258x2+28485.773x-27636.533，R2＝0.8397**；y2017—2018＝-3830.497x2+17866.965x-12477.918；R2＝0.4556*；y2018—2019＝-14556.654x2+63720.934x-60245.424，R2＝0.5478*)均呈显著抛物线关系，三年度表现一致。

图1 小麦产量与分蘖成穗率和单株成穗数的关系

济麦44产量9 000 kg/hm2以上群体，其2016—2017年度分蘖成穗率在53.2%～65.1%之间，单株成穗数分布在2.3～2.8个之间；而2018—2019年度分蘖成穗率在55.1%～60.3%之间，单株成穗数分布在2.0～2.5个之间。

2.3 不同种植模式小麦群体的物质生产

由图2可见，不同种植模式小麦开花前和开花后以及全生育期的生物量年际间以及生态试验点间表现不一致，但总的来说SH模式花前和花后积累生物量都大于HH和FP。

图2 不同种植模式小麦生物量的积累差异

由图3可见，小麦产量和开花期生物量呈抛物线关系[y2016—2017＝(-1.2891E)x2+4.703x-33054.074，R2＝0.4509*；y2017—2018＝(-7.4601E)x2+3.113x-23817.237，R2＝0.7616**；y2018—2019＝(-1.9562E)x2+6.326x-41942.267，R2＝0.2989]，而与花后同化生物量呈显著线性正相关(y2016—2017＝1.198x+493.621，R2＝0.7251**；y2017—2018＝0.715x+3663.554，R2＝0.5590**；y2018—2019＝0.934x+2570.713，R2＝0.7959**)。

图3 产量与开花期生物量和花后同化生物量的关系

2016—2017年度，产量9 000 kg/hm2以上济麦44群体开花期生物量分布在15 840～21 050 kg/hm2之间，2018—2019年度分布在15 760～17 530 kg/hm2之间；花后同化生物量两年度分布在7 206～8 810 kg/hm2之间。

2.4 不同种植模式小麦产量与开花期、灌浆期LAI和灌浆期LAI衰减速率的关系

由图4可知，小麦产量与开花期LAI(叶面积指数)呈抛物线关系(y2016—2017＝-16696.757x2+237454.274x-834075.460，R2＝0.4379*；y2017—2018＝-7160.844x2+99328.484x-335863.197，R2＝0.6706*；y2018—2019＝-8654.308x2+121050.445x-413730.837，R2＝0.6009*)。开花期三年度产量最高水平小麦群体的叶面积指数均分布在6.9～7.2之间。

图4 小麦产量与开花期(A)、灌浆期(B)LAI和灌浆期LAI衰减速率(C)的关系

三年度小麦灌浆期LAI分布在4.2～5.8之间，2016—2017和2018—2019年度LAI平均值大于2017—2018年度。小麦产量与灌浆期LAI呈显著线性正相关(y2016—2017＝3033.965x-5398.015，R2＝0.8122**；y2017—2018＝1592.043x-393.453，R2＝0.4434*；y2018—2019＝2816.445x-4506.968，R2＝0.6818**)。

小麦产量与灌浆期LAI衰减速率呈线性负相关(y2016—2017＝-65271.519x+15302.956，R2＝0.6071*；y2017—2018＝-20237.254x+10127.253，R2＝0.4029*；y2018—2019＝-69668.349x+14000.901，R2＝0.2554)，三年试验结果相同。

在保证开花期适当LAI基础上，小麦高产群体灌浆期具有较高的LAI，且其衰减速率明显较缓慢。2016—2017年度，产量9 000 kg/hm2以上小麦群体开花期LAI分布在6.9～7.4之间，2018—2019年度分布在6.8～7.2之间；灌浆期LAI两年度均分布在4.8～5.4之间。2016—2017年度LAI衰减速率小于0.08 LAI/d，2018—2019小于0.10 LAI/d。

3 讨论与结论

小麦产量不但受遗传基因的影响，还受光、温、降水等自然条件以及栽培措施的影响。本研究中，2016—2019年济麦44产量分布在8 131.1～9 293.6 kg/hm2之间，且2016—2017和2018—2019年度都出现9 000 kg/hm2以上产量，表明强筋小麦济麦44产量突出。三年度，大量资源投入的SH种植模式平均产量为9 417.2 kg/hm2，而优化肥水投入量、肥水投入时间、播种密度和增加有机肥的HH栽培模式，其产量为8 899.4 kg/hm2。FP与SH、HH存在着1 439.9 kg/hm2和922.1 kg/hm2的产量差，后两者增产潜力巨大。

产量的形成是作物群体物质生产过程中的最终结果，作物产量差的根本在于群体数量和群体质量的差异。凌启鸿等[14，15]提出了作物群体质量的概念，并确立群体质量的核心指标为花后物质积累量，认为适宜的LAI和高的粒叶比是水稻向更高产发展的条件。本研究中，优质强筋小麦济麦44产量与开花期LAI呈抛物线关系，开花期叶面积指数在6.9～7.2之间时产量表现最佳；产量与灌浆期LAI呈显著线性正相关，表明灌浆期维持较高的LAI有利于济麦44产量形成。张洪程等[16，17]通过分析水稻产量与叶龄进程间的关系，总结出水稻高产形成的规律，即通过优化群体，稳前期生长量，增加中期生产量，促进灌浆能力和群体支撑力。本研究中，济麦44产量与开花期生物量呈抛物线关系，与花后同化生物量呈显著线性正相关，显示济麦44高产栽培中开花期应维持适宜生物量，促进花后光合同化量。石玉[18]、马兴华[19]等提出了延缓群体衰老、延长高光合速率期、增加花后干物质积累与转运、提高粒重的高产栽培途径。本研究中，济麦44产量与LAI衰减速率呈显著负相关，表明延缓衰老仍然是小麦产量提高的关键。

前人对于小麦高产群体指标有了大量研究。如:朱新开等[20，21]总结出长江中下游麦区7 500 kg/hm2小麦群体茎蘖、物质生产动态指标；丁锦峰[22]研究提出长江中下游产量9 000 kg/hm2以上稻茬麦茎蘖动态、LAI和生物积累量指标；訾妍等[13]总结出扬糯麦1号8 000 kg/hm2以上高产群体质量指标。本研究中，产量9 000 kg/hm2以上济麦44小麦群体质量指标为:基本苗数为穗数值的35%～50%，拔节期最适茎蘖数为穗数值的1.54～1.87倍，开花期生物量宜保持在15 760～21 050 kg/hm2之间、叶面积指数保持在6.8～7.4之间，灌浆期叶面积指数在4.8～5.4之间，花后同化生物量保持在7 206～8 810 kg/hm2。