播期对超晚冬麦茎秆性状及群体动态的影响

田文强,董艳雪,史永清,雷钧杰,孙刚刚,王泓懿,聂凌帆,郭 飞,艾洪玉,石书兵,张金汕

(1.新疆农业大学农学院,乌鲁木齐 830052;2.新疆塔城地区农业科学研究所,新疆塔城 834799;3.新疆农业科学院粮食作物研究所,乌鲁木齐 830091;4.新疆塔城地区农业技术推广中心,新疆塔城 834700)

0 引 言

【研究意义】新疆北疆棉花、玉米及其它复播作物收获后已进入初冬,此时播种的小麦以种子或发芽的形态越冬,翌年春天天气转暖恢复生长,利用早春融雪水出苗,一般称此类小麦为“超晚播小麦”[1,2]。因此,超晚播小麦适合秋季收获较晚地块种植,实现作物倒茬,此外其还具有节水[3]、产量高[4,5]等优势。【前人研究进展】超晚播小麦以种芽状态经历漫长冬季低温,极易受到冻害影响,春季出苗率会低,且受年际影响较大,出苗率不稳定[5-7]。加之其春后出苗,气温上升快,营养积累少,分蘖时间短,发生快,分蘖能力下降,成穗多以主茎为主,单位面积收获穗数会减少,影响产量[8]。而适期播种冬小麦冬前可以充分利用光、热、水、气等资源,形成壮苗,有利于分蘖的发生及干物质的积累,保障小麦安全越冬,为其创建优良小麦群体获得高产奠定基础[9,10]。【本研究切入点】超晚播小麦出苗率低,影响收获穗数[3],目前已有研究通过改变播期[3,7]、进行种子包衣[4]等栽培措施来改善,但有关不同播期的超晚播小麦因基本苗数不足,影响小麦茎秆性状及群体动态的研究鲜有报道。超晚播小麦所处生态环境、生育生理及产量的形成等较适期播种冬小麦相比,具有自身的特殊性,需对比二者生长发育过程的异同。【拟解决的关键问题】采用随机区组设计,设置5个超晚播期处理,选择当地适宜播种日期为对照,比较播期对小麦茎秆性状及群体动态的差异,为新疆北疆超晚播小麦生产提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

试验于2021年9月～2022年8月在塔城地区农业科学研究所(N46°21′,E82°41′)进行,海拔415 m,土壤类型为沙壤土,前茬作物为小麦。试验前0～20 cm土层pH 8.47,有机质含量10.37 g/kg,全氮0.72 g/kg,有效氮45.37 mg/kg,有效磷4.12 mg/kg,有效钾107.9 mg/kg,播前基肥施磷酸二铵300 kg/hm2。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

采用单因素随机区组设计,设10月25日、10月30日、11月4日、11月9日、11月14日5个超晚播种处理,分别用T1、T2、T3、T4、T5表示,以当地适宜播种期(选择9月29日)为对照(CK)。供试品种为当地主栽的新冬18号,适期播种小麦(CK)播种量500×104粒/hm2,超晚播小麦播种量900×104粒/hm2,人工开沟播种,行距20 cm,播种深度3～5 cm,小区面积2×5=10 m2,重复3次。试验地四周设置保护行,适期播种小麦(CK)9月15日灌底墒水750 m3/hm2,9月30日灌出苗水300 m3/hm2,10月30日灌越冬水450 m3/hm2,冬前总计灌水1 500 m3/hm2;超晚播小麦冬前10月5日灌底墒水750 m3/hm2,春后灌水及大田管理措施一致。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 茎秆性状

小麦成熟后,每个小区选取具有代表性小麦10株,测量小麦主茎和分蘖的高度、节间长度及节间直径,并计算小麦株高整齐度,其用株高变异系数的倒数表示。

1.2.2.2 总茎数动态

每个小区选取具代表性1 m样段,分别于4月11日、4月21日、5月1日、5月11日、5月21日、5月31日、6月11日连续调查总茎数动态变化。

1.2.2.3 叶面积指数

小麦分蘖期、拔节期、孕穗期、灌浆期及成熟期,每个小区连续选取长势整齐一致且具有代表性样段中20株小麦,采用长宽系数法测定绿叶面积,计算单株平均绿叶面积。

叶面积指数(LAI)=总茎数×单茎绿叶面积÷土地面积。

1.2.2.4 干物质量

小麦分蘖期、拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期及成熟期,每小区选取具有代表性的10株小麦鲜样,放入105℃烘箱中杀青15 min,80℃烘至恒重后,分别称其干重,再根据基本苗数,计算群体干物质重。

1.3 数据处理

用Excel 2021、DPS 21.0统计软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 播期对株高和节间长度的影响

研究表明,各处理超晚播小麦主茎平均整齐度(19.96)比CK减少11.19%,而各超晚播处理差异较大,T1最高,T3最低。T1、T2、T3、T4及T5处理小麦主茎株高显著低于CK,各处理超晚播小麦平均株高(87.15 cm)较CK降低5.35%,相差4.93 cm,T3处理株高与T1、T2、T4及T5差异显著,且为超晚播各处理中最低。各处理超晚播小麦主茎节间总长度显著低于CK,平均值(44.53 cm)较CK降低9.27%,相差4.55 cm,T3处理节间总长度与T1、T2、T4及T5差异显著,也为超晚播各处理中最低。各处理超晚播小麦主茎第一节间长度平均值(4.15 cm)较CK增加37.42%,相差1.13 cm;第二节间平均值(9.60 cm)减少0.52%,相差0.05 cm;第三节间平均值(13.89 cm)减少18.05%,相差3.06 cm;第四节间平均值(18.07 cm)减少25.73%,相差6.26 cm。而在超晚播各处理中,各节间长无明显规律,但以T3处理最小。表1

表1 不同播期下小麦主茎株高及节间长度变化

各处理超晚播小麦分蘖平均整齐度(14.58)比CK减少25.99%,而各超晚播处理差异较大,T2最高,T3最低。T1、T2、T3、T4及T5处理小麦分蘖株高显著低于CK,各处理超晚播小麦平均株高(83.75 cm)较CK降低6.70%,相差6.01 cm,T3处理株高与T1、T2、T4及T5差异显著,且为超晚播各处理中最低。各处理超晚播小麦主茎节间总长度显著低于CK,平均值(43.99 cm)较CK降低14.83%,相差7.66 cm,T3、T4处理节间总长度与T1、T2及T5差异显著,T3为超晚播各处理中最低。各处理超晚播小麦分蘖第一节间长度平均值(4.45 cm)较CK增加14.99%,相差0.58 cm;第二节间平均值(9.78 cm)减少12.29%,相差1.37 cm;第三节间平均值(13.44 cm)减少22.18%,相差3.83 cm;第四节间平均值(18.30 cm)减少11.89%,相差2.47 cm。而在超晚播各处理中,各节间长无明显规律,但均以T3处理最小。

与适期播种冬小麦相比,超晚播小麦株高整齐度降低明显,株高显著降低,超晚播小麦各处理主茎与分蘖的株高、节间长度变化规律基本一致,整齐度差异较大,但T3各项指标在各处理中均较小。表1,表2

表2 不同播期下小麦分蘖株高及节间长度变化

2.2 播期对小麦节间直径的影响

研究表明,各处理主茎平均节间直径无明显差异,超晚播各处理平均节间直径的平均值(3.51 mm)较CK增加0.86%,各处理超晚播小麦主茎第一节间直径平均值(3.00 mm)较CK减少12.34%,第二节间平均值(3.56 mm)增加2.59%,第三节间平均值(3.85 mm)增加0.52%,第四节间平均值(3.91 mm)增加9.49%。在超晚播各处理中,主茎平均节间直径和各节间直径无明显规律,但T3各项指标在各处理中均较大。表3

超晚播各处理分蘖平均节间直径的平均值(2.77 mm)较CK减少7.05%。各处理超晚播小麦分蘖第一节间直径平均值(2.55 mm)较CK减少1.92%,第二节间平均值(2.89 mm)增加1.40%,第三节间平均值(2.97 mm)减少10.27%,第四节间平均值(3.18 mm)减少5.92%。在超晚播各处理中,分蘖平均节间直径和各节间直径无明显规律,但平均节间直径、第三节间直径及第三节间直径,均以T3最大。表4

表4 不同播期处理下小麦分蘖节间直径变化

与适期播种冬小麦相比,超晚播小麦主茎平均节间直径几乎没有差异。超晚播小麦各处理主茎与分蘖的平均节间直径及各节间直径无明显规律,但T3各项指标在各处理中均较大。

2.3 播期对小麦总茎数动态变化的影响

研究表明,各处理总茎数随时间的推迟先升高后下降,各阶段CK总茎数均大于超晚播小麦各处理,且CK的总茎数高峰出现于4月21日左右,而超晚播小麦各处理的总茎数高峰出现日期较CK推迟,于5月1日出现。5月1日各处理超晚播小麦平均值(712.10×104/hm2)较4月21日CK总茎数减少20.26%,6月11日各处理超晚播小麦平均值(548.76×104/hm2)较CK减少22.50%。在超晚播条件下,各阶段T3处理总茎数显著均低于其它处理,T1、T2、T4及T5间差异较小,其中以T1最大,4月11日总茎数T1较T3增加25.85%,5月1日T1较T3增加29.86%,而6月11日T1较T3增加16.24%。图1

图1 各播期处理小麦的总茎数动态

超晚播小麦总茎数较适期播种冬小麦大幅降低,超晚播小麦最终收获穗数减少,而在超晚播条件下,基本苗数是决定收获穗数的关键。

2.4 播期对小麦叶面积指数动态变化的影响

研究表明,各处理小麦叶面积指数随小麦的生长先增加后减小,均于孕穗期达到峰值。各生育阶段CK叶面积指数均大于各处理超晚播小麦,分蘖期至成熟期各生育期超晚播小麦叶面积指数平均值较CK分别减少22.67%、22.83%、28.74%、23.95%、15.85%,两者相差比例呈先升高后下降趋势,于孕穗期相差最大。在超晚播条件下,各生育阶段叶面积指数均为T1>T4>T5>T2>T3,孕穗期T3分别较T1、T4、T5、T2减少36.37%、23.94%、18.54、2.82%。图2

图2 各播期处理下小麦叶面积指数变化

超晚播小麦叶面积指数较适期播种冬小麦减少幅度较大,进而会影响小麦群体光合作用,在超晚播条件下,叶面积指数前期影响较大,进而影响整个生育期叶面积指数的变化。

2.5 播期对小麦干物质重动态变化的影响

研究表明,各处理小麦群体干物质积累量随小麦的生长逐渐增加,至成熟期达到最大。各生育期CK干物质重均高于各处理超晚播小麦,分蘖期至成熟期各生育期超晚播小麦干物质重平均值较CK分别减少42.00%、41.48%、30.83%、10.00%、13.21%、17.01%,两者相差比例呈先下降后下升高趋势,于分蘖期相差最大,开花期相差最小。在超晚播条件下,各生育期干物质重均为T1>T4>T2>T5>T3,分蘖期T3分别较T1、T4、T2、T5减少24.28%、20.78%、20.57%、11.97%,而成熟期T3分别较T1、T4、T2、T5减少18.93%、15.52%、11.11%、6.41%。图3

图3 不同播期处理下小麦干物质积累变化

超晚播小麦较适期播种冬小麦生长前期群体干物质积累量缓慢,生长后期加快,超晚播小麦各处理群体干物质积累量相差值随小麦生长逐渐缩小。

3 讨 论

小麦茎秆性状可以体现个体生长发育平衡动态,其各项指标过高或过低均不利于小麦个体生长发育及产量形成,且与小麦生长后期植株群体性倒伏密切相关[11]。李英华等[12]研究发现,与早播和适期播期相比,适当晚播小麦的基部节间长、株高和茎秆重心高度显著降低。这与周正柏[13]和张春艳等[14]研究结果基本一致。而衣政伟等[15]认为,播期对小麦第二节间影响显著,对第一、三、四节间影响不显著。张晶等[16]研究表明,不同播种期,主茎与分蘖的株高差异显著,且主茎株高高于分蘖。袁雅妮等[17]研究认为,晚播可以降低植株高和重心高,有效增强小麦倒伏,同时增加小麦植株茎粗系数和节间充实度,但对节间直径影响较小。研究表明,与适期播种冬小麦相比,超晚播小麦株高显著降低,与第三、四节间长度减少相关,而平均节间直径差异较小,与前人研究基本一致。但超晚播小麦株高整齐度显著降低,主茎与分蘖各长度指标变化规律基本一致,整齐度差异较大,而主茎与分蘖直径指标存在差异,补充了前人的研究。

适宜的播期可以构建良好的群体结构,有利于穗数、穗粒数及粒重的协调发展,进而提高产量[18],而晚播小麦个体偏弱,群体较小,群体质量差,不利于产量形成[19]。目前研究普遍认为随播期的推迟,小麦总茎数会减少,且随生育进程的推迟,群体茎蘖数呈先升后降的变化趋势,于拔节期到达峰值[19-21]。薛丽华等[3]通过超晚冬播春麦试验发现,超晚播小麦较正常播种春小麦基本苗数、最高总茎数及叶面积指数大幅降低,群体干物质重大幅增加。与王铜等[7]研究结果基本一致。苏文平等[22]通过临冬播种不同冬春小麦品种试验表明,随生育期的推移,各品种小麦总茎数和群体叶面积指数呈先升后降的变化趋势,而群体干物质重逐渐积累,至成熟期最高,这与常规播种条件下试验结果一致。试验表明,较适期播种冬小麦相比,超晚播小麦总茎数、叶面积指数及群体干物质重均大幅降低,随小麦生长,总茎数和叶面积指数也呈先升后降的变化趋势,但总茎数峰值提前出现,而群体干物质重呈上升趋势,至成熟期最大。与前人研究结果基本一致。

超晚播小麦出苗率低是制约生产的主要问题,而播期可影响小麦种子越冬形态来影响出苗率[3]。在新疆北疆地区10月下旬至11月上旬播种,超晚播小麦冬前不出苗,以萌动或发芽的形式越冬,出苗率高[7]。试验中,超晚播小麦T3处理较其它处理差异明显,具体表现为茎秆长度指标均较小,直径指标均较大,且在生育期内,总茎数、叶面积指数及群体干物质重大幅降低,在播期选择时,超晚播小麦应避免田间存在积雪冻土时播种,且需压实土壤,减少冻害影响。

4 结 论

与适期播种冬小麦相比,超晚播小麦株高和整齐度显著降低,而节间直径差异较小,总茎数、叶面积指数及群体干物质重大幅降低,但二者变化趋势相同。超晚播小麦应选择在10月下旬至11月上旬田间无积雪无冻土时播种,出苗率较高,可获得较合理的群体。