行距和播量对沙芦草种子产量及其构成因子的影响

王旭成, 王 星, 王 琴, 宋文学, 王通锐, 黄淑迪, 王志远, 伏兵哲,2,3, 高雪芹,2,3*

(1.宁夏大学林业与草业学院, 宁夏 银川 750021; 2.宁夏草牧业工程技术研究中心, 宁夏 银川 750021;3.农业农村部饲草高效生产模式创新重点实验室, 宁夏 银川 750021)

沙芦草(Agropyronmongolicum)又称蒙古冰草,是禾本科小麦族冰草属多年生疏丛禾草,典型的旱生和沙生植物[1-2]。沙芦草具有较强的抗旱、抗寒、耐风沙、分蘖旺盛、春季返青早等特性,是干旱半干旱区草原早春放牧利用的优良饲草,因其富含作物改良的抗旱、耐寒、耐盐的优良抗性基因,在我国北方干旱、半干旱地区具有重要的推广应用价值[3-8]。

目前关于沙芦草的种子生产技术仍面临经验不足、人工繁育生产技术滞后、市场管理和监督不健全等诸多问题,且种子生产多集中在水肥的研究,而在精准的水肥调控下,还缺少一套适合沙芦草种子生产最佳的田间栽培措施[9-10]。

种植密度是影响牧草种子生产的主要因素,合理的行距和播量配比能发挥牧草的生产潜力,提高牧草对土壤养分、水分和光能的利用率,有利于牧草种子高产[11]。当种植密度过低时,不利于对光能和土地资源的充分利用且种子产量较低,当密度过高时,不仅会导致开花期滞后、容易倒伏和干扰昆虫授粉,而且会影响牧草在生殖阶段对氮素的吸收及利用[12]。田宏等[13]研究发现,‘江夏’扁穗雀麦(BromuscartharticusVahl. ‘ Jiangxia’)在行距20～30 cm、播种量15.0～30.0 kg·hm-2时种子产量最大;朱振磊等[14]认为,无芒雀麦(BromusinermisLeyss.)在行距为30 cm的种子产量显著高于50 cm、70 cm和 90 cm,且行距对无芒雀麦生殖枝数和千粒重影响显著,播量对无芒雀麦产量组分和种子产量均影响不显著;泽让东洲等[15]表明,当行距45 cm、播种量22.5 kg·hm-2时‘阿坝’垂穗披碱草(ElymusnutansGriseb.)种子产量最高,当行距45 cm、播种量22.5 kg·hm-2或行距60 cm、播种量27 kg·hm-2时,‘阿坝’垂穗披碱草的千粒重较大。可见不同牧草种(品种)适宜种子生产的行距和播量不同。因此,本试验探究行距和播量对沙芦草种子产量和产量构成因子的影响对开展沙芦草种子繁育具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于宁夏回族自治区吴忠市盐池县四墩子试验基地,地理坐标为37°04′～38°10′N,106°30′～107°41′E。当地气候属于典型大陆性季风气候,年平均气温7.8℃,≥10℃的有效积温为2 945℃左右,无霜期162 d左右,年降雨量284.4 mm,年潜在蒸发量2 131.8 mm。该地土壤为黄绵土,有机质含量为1.29 g·kg-1,碱解氮含量为0.5 mg·kg-1,速效钾含量10.56 mg·kg-1,速效磷含量为21.34 mg·kg-1。

1.2 试验材料

供试品种为宁夏大学培育的‘盐池’沙芦草牧草新品种。

1.3 试验设计

试验采用双因素裂区试验设计,主区为行距,副区为播量,其中行距设20 cm,30 cm,40 cm和 50 cm 4个梯度,分别用H1,H2,H3和H4表示,播种量为10 kg·hm-2,15 kg·hm-2,20 kg·hm-2和25 kg·hm-24个梯度,分别用D1,D2,D3和D4表示,共16个处理,3次重复,48个小区。小区面积为4 m×6 m=24 m2,过道1 m,试验于2020年8月份种植。

1.4 指标测定

1.4.1生长指标的测定 株高:在开花期,每个小区中随机选取10个植株,用卷尺测量从基部至花序顶端的植株高度。

茎粗:在开花期,每个小区中随机选取10个植株,用游标卡尺测量距地面5 cm左右高度的茎秆直径。

总分蘖数:在开花期,每个小区随机选取3个1 m样段,统计分枝数,计算单位面积的总分蘖数。

1.4.2种子产量及产量构成因素的测定 生植枝数:开花期,在各小区随机取3个1 m样段,统计抽穗的分枝数,计算单位面积的生植枝数。

小穗数/花序:开花期,在各小区随机选取生殖枝10株,统计每个生殖枝的小穗数。

小花数/小穗:开花期,在各小区随机选取10 个小穗,统计每小穗上小花数。

种子数/小穗:成熟期,在各小区随机选取的10个小穗,统计每小穗的种子数。

结实率:结实率=每小穗上的种子数/每小穗上的小花数×100%。

穗长:成熟期,在各小区随机选取10个生殖枝,统计每个穗子的穗长。

穗宽:成熟期,在各小区随机选取10个生殖枝,统计每个穗子的穗宽。

穗重:成熟期,在各小区随机选取10个生殖枝,统计每个穗子的穗重。

千粒重:在种子成熟后,从每个小区风干样品中选净种子1 000粒,统计千粒重。

实际种子产量:种子成熟期在各小区随机选择3个1 m样段,刈割生殖枝,自然干燥后脱粒、清选、称重,计算单位面积种子产量。

理论种子产量:理论种子产量=生殖枝数×小穗数/花序×小花数/小穗×千粒重×10-3。

1.5 数据分析

用Microsoft Excel 2010整理数据,用DPS 7.5软件进行方差分析和多重比较,用Origin 2021进行绘图。

2 结果与分析

2.1 行距和播量对沙芦草生长指标的影响

由表1方差分析可知,行距对沙芦草株高、茎粗和总分蘖数均有极显著影响(P<0.01),播量对沙芦草株高和茎粗有极显著影响(P<0.01),对总分蘖数没有显著影响,行距和播量对沙芦草株高、茎粗和总分蘖数均有极显著的交互作用(P<0.01)。

在不同行距和播量处理下,H3D1处理的株高最高,显著高于其他处理(P<0.05),H1D4处理株高最低,为80.68 cm;H3D1处理的茎粗高于其他处理,与其他处理间差异性显著(P<0.05);单位面积总分蘖数在H1D3处理下最多,为2 754.17枝·m-2,H4D2处理下最少。

2.2 行距和播量对沙芦草种子产量构成因子影响

由沙芦草种子产量构成因子方差分析结果可以看出(表2),行距对沙芦草小穗数、小花数、种子数、穗长、穗宽、穗重和生殖枝数有极显著影响(P<0.01),对千粒重有显著影响(P<0.05),对结实率影响不显著;播量对沙芦草小穗数、小花数、结实率、穗长、穗宽和穗重有极显著影响(P<0.01),对结实率、千粒重和生殖枝数影响不显著;行距和播量对沙芦草小穗数、小花数、穗长、穗宽、穗重和千粒重有极显著或显著的交互作用(P<0.05),对种子数、结实率和生殖枝数无显著交互作用。

小穗数、小花数、种子数、结实率、穗长、穗宽、穗重、千粒重和生殖枝数是影响种子产量的重要因素。由表3可得,小穗数在H3D3处理下最高,除与H2D3处理差异不显著,显著高于其他处理(P<0.05);小花数在H3D2处理下最高,除与H4D3无显著差异外,显著高于其他处理(P<0.05);种子数在H4D2处理下最高,为3.9个,H1D3和H3D3处理下最低,为2.9个;结实率在H2D2处理下最高;穗长在H4D4处理下最高,为10.27 cm;穗宽在H1D4,H2D3和H2D4处理下无显著差异,但显著高于其他处理(P<0.05);H1D4处理下的穗重最大;H2D4处理下的千粒重最大,为2.24 g;生殖枝数在H1D4处理下最高,为2 268.33枝·m-2,除与H1D1,H1D2,H1D3处理无显著差异外,显著高于其他处理(P<0.05)。

2.3 行距和播量对沙芦草种子产量的影响

行距、播量对沙芦草实际种子产量和理论种子产量有极显著影响(P<0.01),播量及行距和播量交互作用对沙芦草实际种子产量有显著影响(P<0.05),播量及行距和播量交互作用对沙芦草理论种子产量无显著影响(表4)。

表4 行距和播量对沙芦草种子产量的影响

由图1可得,沙芦草实际种子产量和理论种子产量均随行距的增大呈减小的趋势,随播量的增加无明显变化规律。在不同行距和播量处理下,沙芦草理论种子产量和实际种子产量均在H1D2处理下最高,分别为7 687.72 kg·hm-2和2 389.37 kg·hm-2,理论种子产量除与H1D3处理差异不显著外,显著高于其他处理(P<0.05),H4D2处理的理论种子产量最低,实际种子产量在H1D2处理下与其他处理均存在显著差异(P<0.05)。H1D2处理的收获率最高,为38.98%,H2D2处理最小,为22.94%(表4)。

图1 行距、播量对沙芦草种子产量的影响

2.4 行距、播量与沙芦草种子产量及各性状的相关性分析

相关性分析表明(图2),行距与株高、穗长、穗宽、穗重和千粒重呈极显著正相关关系(P<0.01),相关系数分别为0.57,0.5,0.41,0.46和0.36,与总分蘖数、生殖枝数、理论种子产量和实际种子产量呈极显著负相关关系(P<0.01);播量与株高、茎粗、结实率、穗宽和穗重呈显极著负相关关系(P<0.01),与千粒重呈显著负相关关系(P<0.05),其他各指标与播量相关性均不显著。

图2 行距、播量与实际种子产量及各性状的相关性分析

2.5 沙芦草实际种子产量与种子产量构成因素的关联性分析

采用逐步回归法[16],对沙芦草种子产量构成因子与实际种子产量进行回归分析,得到沙芦草实际种子产量与产量构成因子的最优回归方程:Y=-1 407.528-43.953X1+176.848X2-256.522X3+110.365X5+607.171X8+0.783X9(F=17.660,R2=0.960,P<0.01),X1为小穗数、X2为小花数、X3为种子数、X5为穗长、X8为千粒重和X9为生殖枝数。这6个沙芦草种子产量构成因子被纳入回归方程,表示这6个因子是影响沙芦草实际种子产量的主要因素。

为了进一步分析这6个因子对沙芦草实际种子产量的贡献大小,进行通径分析(表5)。小穗数、小花数、种子数、穗长、千粒重和生殖枝数直接通径系数大于间接通径系数总和,这表明小穗数、小花数、种子数、穗长、千粒重和生殖枝数均通过直接作用来影响沙芦草实际种子产量。由直接通径系数可知,6个因子对沙芦草实际种子产量的贡献从大到小为:生殖枝数(X9)>小花数(X2)>千粒重(X8)>穗长(X5)>小穗数(X1)>种子数(X3),因此,生殖枝数对沙芦草实际种子产量的贡献最大,其次是小花数。

表5 沙芦草实际种子产量与产量构成因子的通径分析

2.6 行距和播量与沙芦草实际种子产量的回归模型

为进一步明确行和播量对沙芦草实际种子产量的影响,分别以行距和播量为自变量,实际种子产量为因变量,进行回归模拟,得到实际种子产量与行距和播量两因素的回归模型:Y=3 042.740 8-66.623 1H+21.209 6D+0.678 4H2-0.791 1D2+0.205 1H×D(R2=0.755 6)。对回归模型进行分析可得,行距、播量与实际种子产量呈开口向下的抛物线,说明随行距和播量的增加沙芦草实际种子产量呈先增后减的趋势(图3)。在行距为20～50 cm,播种量为10～25 kg·hm-2内进行寻优分析,结果表明当行距为20 cm,播种量为15 kg·hm-2时沙芦草实际种子产量最高,为2 389 kg·hm-2。

图3 行距、播量与沙芦草实际种子产量的回归模型

3 讨论

科学合理的种植密度和行距播量配比是提高牧草产量的重要措施。种植密度过大会导致群体植株质量下降,植物的无效分蘖数增多,地下资源分配不均匀,最终影响牧草的产量降低;种植密度过小会造成植物群体植株数量和光合速率降低,群体竞争减小,以及对光热、水肥和土壤养分的资源的浪费,从而引起其产量的下降[11,17]。因此,适宜的种植密度能够使植物在充分利用外界资源的同时获得较高的产量。

贾志锋[18]研究表明,莜麦(Avenanuda)种子产量在行距为20 cm,播量为120 kg·hm-2处理下最高;梁维维等[19]在行距与播种量和施肥量对塔乌库姆冰草(Agropyroncristatum)种子产量的影响中指出,当行距为30 cm,播量为30 kg·hm-2时可获得较高的种子产量。本研究得出,沙芦草种子产量在行距为20 cm,播量为15 kg·hm-2处理下最高,这与贾志锋等[18]在行距20 cm处理下和梁维维等[19]播量15 kg·hm-2处理下的种子产量最高结果一致。郭天财等[20]表明,种植密度过大会导致作物分蘖能力减弱;赵竹等[21]认为中播量下有利于小麦(Triticumaestivum)有效穗数和穗粒数的增加。本研究也得出同样的结论,在行距R1处理下的总分蘖数和生殖枝数显著高于其他处理,在播量D2处理下的小穗数、小花数和种子数相比于其他播量处理较高,说明合理的行距和播量配比能够使牧草获得高产。蔡仕珍等[22]研究指出,播种密度与花序发育呈显著负相关关系;武慧娟等[23]研究发现,株高、分蘖数、种子产量与行距极显著正相关,茎粗、生殖枝数与行距显著正相关;种子产量与播量显著正相关,穗长与播量极显著负相关,分蘖数和茎粗与播量显著负相关。本研究结果表明,行距与株高、穗长、穗宽、穗重和千粒重呈极显著正相关关系,与总分蘖数、生殖枝数、理论种子产量和实际种子产量呈极显著负相关关系;播量与株高、茎粗、结实率、穗宽和穗重呈极显著负相关关系,与千粒重呈显著负相关关系。其中在行距与种子产量、茎粗和生殖枝数,播量与种子产量及产量构成要素中与武慧娟等[23]研究结果差异明显,这可能是种植物种、地域差异、测定指标和行距及播量配比梯度的不同引起的。

种子产量构成因子是影响种子产量高低的直接因素,通过多元回归与通径分析可以建立种子产量构成因素与种子产量的关系模型,分析各产量构成因子对产量的直接作用和间接作用。王琴等[24]研究发现,生殖枝数、小穗数/花序和种子数/生殖枝对无芒雀麦种子产量贡献较大,而刘凯强等[11]研究指出主穗小穗数、千粒重、单序籽粒重对种子产量直接作用及间接作用较大。本研究得出,小穗数、小花数、种子数、穗长、千粒重和生殖枝数对沙芦草种子产量有直接作用及间接作用,其中生殖枝数对沙芦草种子产量贡献较大,这与前人研究结果有相同之处。

4 结论

株高、穗宽、穗重和千粒重受行距和播量共同影响。行距与上述四个参数呈极显著正相关关系,播量与株高、穗宽和穗重呈极显著负相关关系,与千粒重呈显著负相关关系。生殖枝数对实际种子产量贡献最大。当行距为20 cm,播量为15 kg·hm-2时沙芦草种子产量最高。