匀播和条播小麦产量及干物质积累对春季灌水量的响应

于慧玲 阚茗溪 徐哲莉 马瑞琦 刘阿康,3 王德梅 王艳杰 杨玉双 赵广才 常旭虹,*

研究简报

匀播和条播小麦产量及干物质积累对春季灌水量的响应

于慧玲1阚茗溪1徐哲莉2马瑞琦1刘阿康1,3王德梅1王艳杰1杨玉双1赵广才1常旭虹1,*

1中国农业科学院作物科学研究所 / 农业农业部作物生理生态重点实验室, 北京 100081;2石家庄市农林科学研究院赵县实验基地, 河北石家庄 051530;3全国农业技术推广服务中心粮食作物技术处, 北京 100125

为明确新型播种方式立体匀播条件下小麦干物质积累及对水分的利用情况, 挖掘播种方式节水潜力。本试验于2020—2021年冬小麦生长季在石家庄和北京2个试点进行同步试验, 以中筋节水型小麦“轮选103”为供试品种, 采用裂区试验设计, 主区设3个灌水量: 600 m3hm–2(W1)、900 m3hm–2(W2)和1200 m3hm–2(W3); 副区为立体匀播(S1)和常规条播(S2)两种播种方式, 从产量构成、物质积累与转运、水分利用角度研究不同播种方式下小麦对春季灌水量的响应差异, 为小麦节水生产提供理论依据和技术支撑。结果表明:相同灌水量条件下, 立体匀播产量高于常规条播, 主要是其叶面积指数(LAI)较高, 且随着生育进程的推进变化较为稳定; 同时, 匀播小麦功能叶的光合性能优于条播, 利于合成更多的有机物, 使得匀播小麦各器官的干物质积累量和花后光合积累量均高于条播, 提高水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE), 表现出较好的产量优势。当灌水量为600 m3hm–2(W1)时, 匀播较条播产量增加最多, 为832.0 kg hm–2, 增幅为9.89%, 茎鞘、叶片和穗的干物质量匀播较条播平均增加25.15%、27.64%和18.68%, WUE和IWUE分别显著提高11.16%和9.92%; 播种方式间的最大相对生长速率在灌水量为900 m3hm–2(W2)时差异最大, 匀播较条播快0.021～0.025 g 株–1d–1, 在该灌水量下干物质积累最大相对生长速率出现的时间(tm)提前, 快速生长期持续的天数(Δt)最短, 且石家庄试点出现的时间早于北京试点; 花后光合积累量在灌水量为1200 m3hm–2(W3)时匀播显著高于条播, 匀播较条播平均增产4.37%。灰色关联度分析表明, 两试点匀播小麦的穗数、千粒重与产量密切相关, 而条播小麦的净光合速率与产量的关联度较高。总体分析发现, 相同灌水量下, 与常规条播相比, 匀播小麦通过提高LAI延长高值持续期, 或者提高净光合速率, 或者促进干物质积累而提高产量, 尤其在较低的灌水量条件下, 选用匀播播种方式, 可在相同的灌水投入下, 高效利用水量, 从而获得较高的产量, 增加效益。因此, 匀播方式更适合生产中灌水条件不足的地区, 可以充分发挥其高效节水功能。

播种方式; 灌水量; 干物质积累; 产量

小麦生长发育过程中, 水分作为不可或缺的重要因素, 能够转运营养物质促进植株养分积累, 满足营养生长和生殖生长的需要。鉴于我国水资源较为紧张的现状, 尤其北方小麦生产中, 降水季节分配不均导致自然降水难以满足冬小麦整个生育期生长发育对水分的需求, 因此提高灌水利用效率是确保小麦高产的关键。

近年来, 赵广才等研究提出小麦立体匀播技术, 可减少常规条播行垄之间的裸地面积, 使小麦个体充分占有相对均衡的地上地下空间, 促进资源利用[1-2]。开花期适当增加灌水可以使冬小麦叶面积显著增加, 从而在一定程度上增加光合面积, 增强光合作用, 提高产量[3]。随着冬小麦生育期的推进, 干物质积累量呈“S”型曲线变化[4]。各器官的最大干物质量在不同播种方式中表现各不相同, 撒播的叶片干物质量最大, 条播的颖壳+穗轴干物质量最大, 穴播的茎秆、籽粒和总干物质量均最高[5]。水分过多降低了营养器官花前贮藏干物质转运和花后光合产物积累[6]。崔月等[7]指出, 随着灌水量的增加, 最大生长速率出现的时间提前, 最大相对生长速率增大。研究表明, 在一定范围内农田总耗水量随灌水量的增加而增加[8]。宽幅匀播较传统条播能够提高春小麦的产量和水分利用效率[9], 沟播较平播水分利用效率提高2.87%[10]。

以往的大田生产研究多集中在穴播、撒播和条播等播种方式下[5,11], 不同灌水量在条播和匀播条件下其产量、干物质积累分配和水分利用的研究尚未得到对比和评价。立体匀播技术作为新型播种方式, 有关该方式下灌水量影响小麦产量的研究尚不完善, 在一定程度上制约着其充分发挥小麦潜力的增产功能。本试验在2个试验点比较2种播种方式下不同春季灌水量对冬小麦产量及产量构成因素的影响, 从叶面积指数、净光合速率、同化物积累与转运、水分利用等层面解析小麦产量差异产生的机制, 旨在明确不同播种方式下冬小麦产量对灌水量的响应差异, 挖掘2种播种方式下小麦的产量潜力和限制因素, 为小麦高产栽培和节水农业提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020—2021年度在中国农业科学院作物科学研究所的河北石家庄及北京实验基地同步进行, 试验地概况详见表1。2个试验地点土壤均为壤土, 0～20 cm土层土壤基础养分含量详见表2, 小麦生育期内两试点降雨量及温度见图1。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计, 供试品种为节水小麦“轮选103”。主区设3个春季灌水量, 分别为600 m3hm–2(W1)、900 m3hm–2(W2)和1200 m3hm–2(W3); 副区为播种方式: 立体匀播(S1)和常规条播(S2)。春季分别于拔节始期(春生第5叶露尖)和开花期采用微喷灌溉, 每次灌水量为该处理总水量的50%, 通过水表准确计量灌水量。各处理3次重复, 小区面积70 m2。试验田统一施用氮素240 kg hm–2、P2O5172.5 kg hm–2, 其中磷肥全部底施, 氮肥底追各占50%, 于拔节始期随水追施。冬前均统一浇越冬水900 m3hm–2, 基本苗均为270万株hm–2。采用小区播种机、收割机统一播种、收获, 石家庄和北京的播种时间分别为2020年10月12日、2020年10月13日, 收获时间分别为2021年6月11日、2021年6月20日, 其他管理措施同一般高产田。

表1 试验地概况

表2 土壤基础养分含量

图1 两个试点小麦生育期内降雨量及温度

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积测定 于小麦拔节期、开花期和灌浆期, 各小区选取10株代表性植株, 采用烘干法测定叶面积, 根据标叶面积计算叶面积指数[12]。

1.3.2 净光合速率的测定 于晴朗无风的上午选择完整无损的叶片, 用Li-6400光合仪测定旗叶净光合速率。

1.3.3 生物量的测定 于小麦拔节始期、开花期、灌浆中期和成熟期, 各小区选取10株代表性植株, 将植株的地上部分按照茎秆+叶鞘、叶片、籽粒和颖壳+穗轴等不同部位分开, 分别装入纸袋, 置于烘箱105℃下杀青30 min后, 在80℃烘干至恒重, 称重记录各部分的干物质重。采用Logistics函数=/[1+e(a−bt)]对不同处理下拔节后冬小麦植株地上部分干物质积累进行拟合, 根据所得方程推导计算出最快生长时间段的起始时间(1)、终止时间(2)、快速生长期持续的时间(Δ)、最大相对生长速率(m)及其出现的时间(m)。

计算干物质转运特征参数[13]公式如下:

花前干物质转运量=开花期干物质积累量−成熟期干物质积累量

花前干物质转运效率=干物质转运量/开花期干物质积累量×100%

花前干物质转运对籽粒产量的贡献率=干物质转运量/成熟期籽粒干重×100%

花后光合积累量=成熟期籽粒干重−花前干物质转运量

花后光合积累对籽粒产量的贡献率=开花后光合积累量/成熟期籽粒干重×100%

1.3.4 土壤含水量、生育期耗水量及水分利用效率的测定方法 于小麦播种前和收获后, 用土钻采集0～20、20～40、40～60 cm土层土样, 采用烘干法测定土壤含水量。参照黄彩霞等[14]的方法计算小麦生育期耗水量(ETa)、水分利用效率(WUE)及灌溉水利用效率(IWUE)。

WUE=Y/ETa

IWUE=Y/IT

式中,为籽粒产量(kg hm–2), ETa为小麦生育期总耗水量(mm), IT为整个生长季灌水总量(mm)。

1.3.5 产量及产量构成的测定 收获前于田间准确测定单位面积穗数; 室内考种测定穗粒数、千粒重及生物产量; 小麦成熟后全小区收获测定产量。

1.4 统计分析

1.4.1 数据基础分析 采用Microsoft Excel 2019整理数据、作图, DPS 16.05进行统计分析, Duncan新复极差法进行多重比较。

1.4.2 灰色关联分析 将2个试点各灌水量下不同播种方式的指标: 穗粒数(1)、穗数(2)、千粒重(3)、花前干物质转运量(4)、花后干物质积累量(5)、净光合速率(6)与产量(0)采用如下步骤和公式进行灰色关联分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对小麦产量和产量构成的影响

播种方式和灌水量对2个试点小麦产量及构成因素产生不同的影响(表3)。相同灌水量下, 两试点匀播产量及穗数高于条播, 穗粒数则条播高于匀播; 两种播种方式下产量、穗数及千粒重均随灌水量的增加而增加, 其中石家庄和北京试点穗数分别提高6.37%和11.66%, 千粒重分别增加2.46 g和1.92 g。

石家庄试点3种灌水量下匀播产量较条播平均增产4.32%, W1灌水量下增幅最大, 为8.60%。匀播穗数较条播显著提高27.73%。灌水量从600 m3hm–2增加到1200 m3hm–2, 匀播和条播的产量分别提高6.51%和11.03%, 表明条播对水分的需求较大。北京试点3种灌水条件下, 匀播较条播产量平均增幅为7.62%, W1产量增幅最高, 为11.24%; 匀播千粒重均高于条播, W1灌水量下增幅达7.50%。

表3 不同处理对产量及产量构成的影响

同列不同小写字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。

Different lowercase letters mean significant difference among treatment at the 0.05 probability level. HI: harvest index.

2.2 不同处理对叶片光合性能的影响

由图2可知, 相同播种方式下小麦叶面积指数(LAI)均随灌水量增加呈逐渐增加趋势, 石家庄和北京两地匀播LAI分别提高5.80%～12.33%、7.82%～23.19%, 条播分别提高4.53%～14.24%、7.36%～13.09%。灌水量每增加300 m3hm–2, 匀播LAI增量高于条播, 其中开花期匀播平均提高0.84, 是条播的1.85倍。拔节至开花期匀播由8.38增长至8.87, 增幅为5.87%, 条播由7.75增长至8.75, 增幅为12.87%; 开花至灌浆期, 匀播降幅为28.24%, 而条播降幅为34.20%, 表明匀播LAI变化较平稳, 能够维持较为稳定的光合作用。

相同播种方式的旗叶净光合速率(n)与灌水量呈正相关。石家庄试点仅灌浆中期(5.17) W1匀播n显著高于条播; 北京试点n对播种方式的响应较石家庄试点较敏感, 灌浆前期(5.10) 3种灌水量下匀播n均显著高于条播, 在春季灌水量为1200 m3hm–2时, 匀播较条播显著提高20.09%。

2.3 不同处理各器官干物质积累与转运的差异

2.3.1 不同处理各器官干物质积累的动态变化 播种方式和灌水量对小麦各器官干物质积累影响不尽相同(图3)。随着生育进程的推进, 小麦营养器官干物质积累均呈先增加再减少的趋势, 穗部则呈持续增加的趋势。同一生育时期不同灌水量下, 匀播各器官干物质积累量均高于条播, 其中W1的茎鞘、叶片和穗部干物质积累, 匀播较条播分别增加25.15%、27.64%和18.68%。随灌水量增加, 2种播种方式的茎鞘、叶片、穗部干物质积累均显著提高。

图2 不同处理叶面积指数和净光合速率的变化

JS: 拔节期; AS: 开花期; FS: 灌浆期。处理同表3。

JS: jointing stage; AS: anthesis stage; FS: filling stage. Treatments are the same as those given in Table 3.

图3 不同处理各器官干物质积累量的变化

JS: 拔节期; AS: 开花期; FS: 灌浆期: MS: 成熟期。处理同表3。

JS: jointing stage; AS: anthesis stage; FS: filling stage; MS: maturity stage. Treatments are the same as those given in Table 3.

2个试点不同灌水量下成熟期各器官干物质分配比例(图4), 匀播和条播之间差异均不显著, 各器官占比表现为籽粒>茎秆+叶鞘>叶片≈颖壳+穗轴。3种灌水量下, 茎鞘和叶片的占比均为匀播高于条播, 其中茎鞘提高2.64%、1.82%、2.72%, 叶片提高4.60%、7.10%、4.49%。与W1相比, 增加灌水量, 匀播和条播的叶片物质分配占比分别提高3.49%～10.19%、1.07%～9.34%。

2.3.2 不同处理干物质积累特征值的比较 Logistic方程能够对干物质积累随生育进程的推进动态变化进行拟合(表4)。结果表明, 灌水量和播种方式对小麦拔节后地上部干物质积累变化的各项特征值产生不同影响。2个试点各处理小麦拔节后地上部干物质积累的快速生长期分别始于拔节后5.8～9.4 d和10.3～12.1 d, 干物质积累最大相对生长速率分别出现在拔节后19.2～21.8 d和25.9～28.8 d, 快速生长期持续的时间分别为22.3～26.9 d和29.0～35.6 d, 石家庄试点均早于较北京试点。

相同灌水量下, 2个试点干物质积累的最大相对生长速率均表现为匀播高于条播。在W1和W2灌水量下, 石家庄试点的最大相对生长速率高于北京试点。在北京试点,m与灌水量呈正比, 灌水量每增加300 m3hm–2, 匀播和条播条件下平均每株每天分别提高0.017～0.021 g和0.017～0.039 g。石家庄试点, 最快生长时间段起始的时间和终止时间匀播均早于条播, 最大相对生长速率出现的时间匀播较条播提前0.5～1.7 d。灌水量由W1增加至W3, 匀播和条播下最快生长时间段起始的时间(t1)分别提前2.6 d和3 d。随着灌水量增加, 在灌水量为900 m3hm–2时m达到最大值, 且快速生长期持续的时间最短。

2.3.3 不同处理干物质转运与积累的差异 播种方式和灌水量在两试点对各器官干物质转运量(T)、干物质转运效率(TE)及干物质转运对籽粒产量的贡献率(TC)影响不同(表5)。各处理T和TC均表现为茎杆+叶鞘>叶片>颖壳+穗轴。相同灌水量下2种播种方式叶片、颖壳+穗轴的T、TE和TC影响差异均不显著。石家庄试点3种灌水量下各器官的干物质转运量均表现为匀播高于条播, 其中茎秆+叶鞘干物质转运量匀播较条播分别显著提高35.52%、60.89%和43.76%。综合比较在灌水量为600 m3hm–2时, 茎秆+叶鞘和叶片的TE和TC均表现为条播高于匀播。

由表6可知相同灌水量下, 匀播花后光合积累量高于条播。与常规条播相比, 石家庄试点匀播花后光合积累量在灌水1200 m3hm–2时增量最多, 北京试点在600 m3hm–2增量最多, 分别显著增加1664.65 kg hm–2和1386.25 kg hm–2。北京试点匀播的TC高于条播, 石家庄试点表现则相反。

图4 成熟期不同处理各器官干物质分配比例

同一试点相同器官不同小写字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。处理同表3。

Different lowercase letters of the same organ in the same pilot indicate significant differences between treatments at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 3.

表4 拔节后冬小麦地上部分干物质积累的Logistic方程模拟及其特征值

为冬小麦拔节后t d单株干物质积累量;为冬小麦拔节后的天数;m为干物质最大相对生长速率;m为干物质积累最大相对生长速率出现的时间;1、2分别为最快生长时间段的起始时间、终止时间; Δ为快速生长期持续的天数;2: 相关系数。处理同表3。

is the single plant dry matter accumulation of winter wheat at t day after jointing stage;is the days after jointing stage of winter wheat;mis the maximum relative growth rate of dry matter;mis the days of the maximum relative growth rate of dry matter accumulation occurred;1and2are the start time and end time of the fastest growth time period, respectively; Δis the days of the rapid growth period;2refers to the correlation coefficient. Treatments are the same as those given in Table 3.

表5 不同处理各器官花前干物质转运的差异

T: 开花前营养器官贮藏的干物质转运量; TE: 干物质转运效率; TC: 开花前营养器官贮藏干物质对籽粒产量的贡献率。同列不同小写字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。处理同表3。

T: transfer of dry matter stored in nutrient organs before flowering; TE: dry matter transport efficiency; TC: the contribution of dry matter stored in nutrient organs before flowering to seed yield. Different lowercase letters mean significant difference among treatment at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 3.

表6 不同处理花后干物质积累的差异

同列不同小写字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。处理同表3。

Different lowercase letters mean significant difference among treatment at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 3.

2.4 播种方式对土壤水分变化及小麦水分利用的影响

由于小麦生育期内石家庄降雨比北京多, 土层含水量高于北京地区(图5)。两试点播种前土壤含水量均表现为20～40 cm土层最高, 其次是40～60 cm土层。随着生育进程推进, 小麦耗水量增加, 土壤含水量整体呈下降趋势。成熟期土壤含水量整体上随着土壤深度增加而增加, 0～20 cm土层含水量最低, 匀播是条播的1.40倍, 总耗水量低于条播; 20～40 cm土层含水量变化最大。

两试点试验均表明, 随灌水量增加, 总耗水量增加, 产量增加, 水分利用效率和灌溉水利用效率均降低(表7和图6)。匀播WUE和IWUE较条播分别提高7.80%和6.26%。每增加300 m3hm–2灌水量, 匀播和条播 WUE分别下降4.67%～7.32%和2.73%～4.45%。灌水量为600 m3hm–2, 匀播WUE和IWUE均显著高于条播, 分别提高8.98%～13.35%和8.60%～11.24%。2种播种方式下随着WUE的提高, 产量均有不同幅度的减小。相同灌水量下, 匀播水分利用效率总体上高于条播。

图5 2个试点播种前和收获后土壤含水量变化

处理同表3。Treatments are the same as those given in Table 3.

表7 不同处理水分利用特征

ETa: 冬小麦生育期总耗水量; WUE: 水分利用效率; IWUE: 灌溉水利用效率。同列不同小写字母表示处理间在0.05概率水平差异显著。处理同表3。

ETa: the total water consumption during winter wheat fertility; WUE: water use efficiency; IWUE: irrigation water use efficiency. Different lowercase letters mean significant difference among treatment at the 0.05 probability level. Treatments are the same as those given in Table 3.

图6 不同播种方式冬小麦水分利用效率与产量的相关分析

2.5 不同处理小麦性状与产量间的灰色关联度分析

表8所示, 2种播种方式各指标与产量灰色关联度分析结果存在差异, 但产量三因素的关联度排序为穗数(千粒重)优于穗粒数。匀播条件下两试点的关联度均表现为穗数、千粒重>穗粒数>净光合速率>花后干物质积累量>花前干物质转运量; 条播条件下两试点结果不完全一致。

表8 不同播种方式小麦性状与产量间灰色关联度分析

3 讨论

播种方式对小麦个体生长和群体动态影响很大, 最终造成穗数、穗粒数和千粒重三者具有显著差异[15]。周勋波等[16]研究表明, 小麦播种越均匀, 产量表现越好。张金汕等[17]认为匀播较条播增产主要是通过提高单位面积穗数实现的, 而对千粒重和穗粒数影响较小。本研究结果表明, 匀播通过提高穗数扩大群体实现增产, 这与前人[18]研究结果一致, 匀播穗数高于条播, 条播穗粒数则高于匀播。匀播灌水600 m3hm–2的产量与条播900 m3hm–2灌水量的产量相近; 灌水量为600 m3hm–2时, 匀播较条播增产最多。因此, 采用匀播方式可实现一定程度节水。

LAI与群体生长状况、光合效率、干物质生产最终产量密切相关[19]。前人研究结果表明, 不同的种植方式对小麦叶片光合速率有显著影响[20], 冬前小麦的叶面积系数条播高于匀播, 到了拔节期和开花前, 匀播长势好, LAI高于条播[21]。本试验结果表明, 相同灌水量下匀播能够提高LAI, 减缓后期降低幅度并维持较高的绿叶功能期, 提高光合能力合成更多的有机物, 提高产量, 与朱元刚等[22]试验结果一致。

干物质积累量是由干物质积累速率m和干物质快速积累时间Δ共同决定的[7,23]。群体干物质是作物产量形成的基础, 其花前主要用于营养器官形成, 花后主要运输至籽粒形成经济产量[24-25]。叶片、叶鞘、茎秆、颖壳等花前和花后光合产物积累、转运和分配状况对籽粒产量具有很大影响[11]。本试验发现, 小麦拔节后匀播茎秆+叶鞘、叶片和穗的平均干物质量高于条播, 两试点表现一致。3种灌水量下花前营养器官贮藏的干物质转运总量均表现为匀播显著高于条播, 主要原因是茎秆+叶鞘在整个群体的营养器官中干物质分配占比最高, 该部位花前干物质转运量匀播较条播表现突出。

小麦籽粒产量的形成主要来自花后光合产物[26-27], 也有研究认为产量是花前和花后光合产物共同作用的结果[28]。常磊等[29]认为开花前营养器官贮藏干物质对籽粒产量的贡献率为35.6%～54.9%, 花后贡献率高于45.0%; 吴祯等[11]研究表明, 花后光合积累量对籽粒的贡献率可达60.47%～80.26%。本试验表明, 花前花后干物质对籽粒的贡献, 匀播和条播间差异不显著, 花前贡献率分别为34.87%～49.67%和35.67%～51.37%, 花后分别为48.07%～ 65.14%和44.42%～64.33%。表明籽粒产量主要来源于花后干物质积累对产量的贡献, 与前人研究结果一致[30]。匀播方式各器官的干物质积累量和花后光合积累量均高于条播, 因此, 匀播表现出相应的产量优势。

田间水分若不能被小麦充分利用, 会增加水分蒸发, 降低灌溉水利用效率[31]。本试验表明, 灌水量由600 m3hm–2增加至1200 m3hm–2, 水分利用效率和灌溉水利用效率降低, 与赵炳梓等[32]的研究结果一致。初步表明, 匀播较条播显著提高水分利用效率和灌溉水利用效率, 发挥节水增产的优势, 但关于匀播方式下更为精准的节水研究尚比较少, 有待于进一步深入研究, 以充分挖掘其节水潜力。

本研究发现, 不同播种方式下各性状与产量的关联度不同。在前人的研究中, 大多将农艺性状与产量进行灰色关联度分析, 结果表明与产量密切关联的并非全是产量三因素, 还有穗长[33]、基本苗[34]、全生育期时间[35]等主要农艺性状, 类似结论在大豆[36-37]、玉米[38]、水稻[39]中也有得出。条播下灰色关联度分析结果表明产量与净光合速率和花后干物质积累相关性较高, 有待进一步研究。数据结果不同说明干物质积累不仅与栽培方式、气候条件相关, 还受基因型的影响。

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Yield and dry matter accumulation of wheat in response to spring irrigation water in uniform sowing and strip sowing

YU Hui-Ling1, KAN Ming-Xi1, XU Zhe-Li2, MA Rui-Qi1, LIU A-Kang1,3, WANG De-Mei1, WANG Yan-Jie1, YANG Yu-Shuang1, ZHAO Guang-Cai1, and CHANG Xu-Hong1,*

1Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Crop Physiology and Ecology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100081, China;2Shijiazhuang Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 051530, Hebei, China;3National Agro-Tech Extension and Service Center Grain Crop Technology Division, Beijing 100125, China

The objective of this study is to clarify the dry matter accumulation and water use of wheat under the new sowing method of tridimensional uniform sowing and to explore the water saving potential of the sowing method. The experiment was conducted in two pilot sites in Shijiazhuang and Beijing during growing season of winter wheat from 2020 to 2021, using medium gluten and water-saving wheat Lunxuan 103 as the experimental variety. To study the differences of wheat response to spring irrigation under different sowing methods from the perspectives of yield composition, material accumulation and transport, and water utilization, and to provide the theoretical basis and technical support for water-saving wheat, the experiment was conducted with three irrigation rates in the main zone [600 m3hm–2(W1), 900 m3hm–2(W2), and 1200 m3hm–2(W3)] and two sowing methods [tridimensional uniform sowing (S1) and conventional strip sowing (S2)] in the secondary zone. The results showed that, under the same irrigation rate, the yield of tridimensional uniform sowing was higher than that of conventional strip sowing, mainly because leaf area index (LAI) was higher and changed more steadily with the advancement of the reproductive process. Meanwhile, the photosynthetic performance of the functional leaves of uniform sowing wheat was better than that of strip sowing, which facilitated the synthesis of more organic matter, resulting in higher dry matter accumulation and post-flowering photosynthetic accumulation of all organs of uniform sowing wheat than that of strip sowing, and improved WUE and IWUE, showing a better yield advantage. When the irrigation rate was 600 m3hm–2(W1), compared with the strip sowing, the yield of uniform sowing increased the most by 832.0 kg hm–2with an increase of 9.89%. The dry matter mass of stem sheath, leaf, and spike increased by 25.15%, 27.64%, and 18.68%, and WUE and IWUE increased by 11.16% and 9.92%, respectively. The maximum relative growth rate of different sowing methods was the highest when the irrigation amount was 900 m3hm–2(W2), the maximum relative growth rate of dry matter accumulation (0.021–0.025 g plant–1day–1) occurred earlier than strip sowing, and the maximum relative growth rate of dry matter accumulation at the irrigation rate appeared earlier (tm), and the duration of the rapid growth period (Δt) was the shortest, and appeared earlier in Shijiazhuang than Beijing. The post-flowering photosynthetic accumulation at 1200 m3hm–2(W3) was significantly higher than strip sowing, and the average yield increase was 4.37%. The gray correlation analysis showed that the number of spikes and 1000-grain weight of uniform sowing wheat were closely related to yield, while the net photosynthetic rate of strip sowing wheat was more correlated with yield in both sites. These results revealed that, under the same irrigation amount, compared with the conventional strip sowing, uniformly sown wheat could increase its yield by increasing LAI to prolong the duration of high values, or increasing net photosynthetic rate, or promoting dry matter accumulation. Especially under the condition of lower irrigation amount, the method of uniform sowing could achieve higher yield and increase benefit by efficient water use with the same irrigation input.Therefore, the uniform sowing was more suitable for areas with insufficient irrigation conditions in production, and could give full play to its efficient water-saving function.

sowing pattern; irrigation; dry matter accumulation; yield

10.3724/SP.J.1006.2023.21069

本研究由国家自然科学基金项目(32071952), 财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-03-16)和中国农业科学院重大任务小麦藏粮于技项目(CAAS-ZDRW202002)资助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (32071952), the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-03-16), and the Agricultural Science and Technology Innovation Program (CAAS-ZDRW202002).

常旭虹, E-mail: changxuhong@caas.cn

E-mail: huilingyu123 @163.com

2022-10-30;

2023-04-18;

2023-04-28.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20230427.1616.004.html

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