立體勻播和種植密度對冬小麥農(nóng)藝性狀及光合特性的影響

孫 鵬，張金汕，賈永紅，劉 沖，李 鵬，蔣 文，李春艷，石書兵

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院土地所/奇臺麥類試驗站，新疆奇臺 831800)

中國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)正在不斷向高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效、生態(tài)、安全的現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)過渡[1]，小麥作為我國最重要的糧食作物之一，其種植方式也由傳統(tǒng)平作優(yōu)化調(diào)整為條播、寬窄行條播、穴播、壟上和勻播等方式[2]。小麥立體勻播較其他種植方式能使種子在土壤中均勻合理分布，并將常規(guī)條播小麥田間分布的“一維行距”改為“二維株距”，其麥苗呈現(xiàn)“點聚面”的分布，有效增加個體的生長優(yōu)勢和優(yōu)化群體結(jié)構(gòu)，從而更能有效利用土壤、光照、水分等資源，進(jìn)而實現(xiàn)高產(chǎn)[3]。種植方式是作物植株在時間、空間和平面上的有機組合，能夠影響作物群體內(nèi)個體發(fā)展及其資源分布狀況[4]。新疆屬于冬春麥兼播區(qū)，應(yīng)用合適的高產(chǎn)高效栽培管理技術(shù)是提高小麥產(chǎn)量、增加效益的有效途徑。小麥立體勻播通過建立良好的群體結(jié)構(gòu)，使小麥單株呈均勻分布，可降低株間營養(yǎng)競爭，促進(jìn)光合作用，實現(xiàn)高產(chǎn)[5-6]。研究發(fā)現(xiàn)，耕層優(yōu)化雙行勻播技術(shù)對小麥地上部生長發(fā)育及產(chǎn)量有正向效應(yīng)，可提高群體光合面積和葉片光合能力，促進(jìn)小麥植株生長和增產(chǎn)[7]。小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量形成與種植密度密切相關(guān)。 在籽粒灌漿期，低種植密度下小麥葉片衰老速度緩慢，光合作用與生物量增長較快[8]。關(guān)于小麥主要農(nóng)藝性狀和光合特性方面的研究，前人多是在常規(guī)條播種植模式下進(jìn)行的[9-10]，而針對立體勻播對小麥主要農(nóng)藝性狀、光合特性的影響鮮見報道。本研究選用冬小麥品種新冬46號，設(shè)置兩種播種方式和四種種植密度，比較分析了播種方式和密度對小麥植株主要農(nóng)藝性狀和光合特性的影響，以期為冬小麥立體勻播技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2016年10月至2017年8月在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院奇臺麥類試驗站進(jìn)行。該站地處東經(jīng)89°13′～91°22′，北緯43°25′～45°29′，無霜期約155 d左右，試驗地土壤為灌溉灰漠土，試驗前 0～20 cm土層pH為8.25，有機質(zhì)含量23.22 g·kg-1，全氮3.21 g·kg-1，堿解氮91.34 mg·kg-1，速效磷10.1 mg·kg-1速效鉀235.7 mg·kg-1。播前基施純氮300 kg·hm-2，P2O5150 kg·hm-2。翻耕前統(tǒng)一施基肥磷酸二銨(含N 18 %、P2O546 %) 180 kg·hm-2。供試品種為新冬46，于2016年10月2日播種，前茬作物為玉米。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)為立體勻播(UN)和常規(guī)條播(DR)兩種播種方式；副區(qū)為種植密度，設(shè)375萬、300萬、225萬和150萬株·hm-24個水平，分別用D375、D300、D225和D150表示。共8個處理，重復(fù)三次，小區(qū)面積10 m2(5 m× 2 m)。小麥采用人工播種，立體勻播小區(qū)播種深度、株距均保持一致。試驗地四周設(shè)置保護(hù)行，灌水及其他管理措施與大田管理一致。

1.2.2 測定項目

(1)農(nóng)藝性狀測定：于成熟期，在各個小區(qū)的標(biāo)記區(qū)內(nèi)隨機選取10株長勢相同的小麥植株，量取主莖高度及每一節(jié)間長度，調(diào)查有效分蘗數(shù)、主莖穗及分蘗穗小穗數(shù)、穗長、葉數(shù)(抽穗期)。

(2)旗葉凈光合速率和SPAD值測定：用英國Hansatech公司生產(chǎn)的TPS-2光合儀，在5月28日至6月25日，每隔7 d測定一次。于11：00-13：00時間內(nèi)選擇晴朗無云的天氣，每處理測定具有代表性的植株5株，測定主莖旗葉凈光合速率。用SPAD-502 葉綠素儀，在測定凈光合速率的同時，每小區(qū)選具有代表性的植株10株，測定主莖旗葉SPAD值。

(3)產(chǎn)量及其構(gòu)成因素測定：成熟期每小區(qū)取1 m2樣方進(jìn)行計產(chǎn)，小麥風(fēng)干、脫粒后測產(chǎn)并進(jìn)行室內(nèi)考種。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)用MS Excel 2010數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行初步分析和表格制作，用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析，采用新復(fù)極差多重比較法(Duncan)進(jìn)行差異顯著性檢驗(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 播種方式和種植密度對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成的影響

播種方式、種植密度及二者互作對冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成均有一定影響(表1)。在條播條件下，隨種植密度的增加，冬小麥穗數(shù)呈先降后增的趨勢，穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量呈先增后降的趨勢，其中D225的產(chǎn)量較D300、D375、D150分別增加 2.29%、6.81%、7.84%；在立體勻播下，隨種植密度的增加，冬小麥穗數(shù)呈增加的趨勢，不同種植密度間差異顯著，而千粒重逐漸降低，穗粒數(shù)和產(chǎn)量呈先降后增的趨勢，其中D150的產(chǎn)量最高，較D225、D375、D300分別增加3.93%、10.20%、13.18%。在相同種植密度條件下，立體勻播的平均穗數(shù)和產(chǎn)量較條播分別增加17.68%和 9.84%，平均穗粒數(shù)、千粒重分別降低0.55%、 4.75%。這說明在條播條件下，適當(dāng)提高種植密度有利于獲得較高產(chǎn)量，在立體勻播種下，適當(dāng)稀植有利于獲得較高產(chǎn)量。在相同種植密度下，立體勻播較條播能獲得較多的穗數(shù)，有利于獲得高產(chǎn)。

2.2 播種方式和種植密度對冬小麥農(nóng)藝性狀的影響

2.2.1 播種方式和種植密度對冬小麥株高的影響

播種方式、種植密度對冬小麥株高存在交互效應(yīng)(表2)。在兩種播種方式下，小麥株高和倒一節(jié)間長度隨種植密度的增加均表現(xiàn)為先增后降的趨勢，在條播條件下表現(xiàn)為D300>D375>D225>D150，在立體勻播條件下表現(xiàn)為D225>D300>D375>D150。倒二節(jié)間至倒五節(jié)間長度隨種植密度的增加總體上均呈逐漸增加的趨勢。在相同密度條件下，立體勻播的平均株高較條播降低 2.53%，倒一節(jié)間長度降低5.09%，說明播種方式及種植密度對小麥莖稈生長有一定的調(diào)節(jié)效應(yīng)。

表1 不同處理冬小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的差異Table 1 Differences in yield and yield components of winter wheat among different treatments

數(shù)字后不同字母表示處理間在0.05水平上差異顯著。下表同。

Different letters following the values indicate significant difference among the treatments at 0.05 level. The same in tables 2 and 3.

表2 不同處理冬小麥株高及節(jié)間長度的差異Table 2 Differences in plant height and stem internodes of winter wheat among different treatments

2.2.2 播種方式和種植密度對冬小麥主要農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，在條播條件下，隨種植密度的增加，單株分蘗數(shù)、主莖粗、分蘗莖粗、主莖穗長和主莖穗小穗數(shù)基本呈逐漸降低的趨勢，主莖葉數(shù)、分蘗莖葉數(shù)、分蘗穗長和分蘗穗小穗數(shù)呈先增后降的趨勢；在立體勻播條件下，隨種植密度的增加，單株分蘗數(shù)和主莖粗呈逐漸降低的趨勢，主莖葉數(shù)、分蘗莖葉數(shù)、分蘗莖粗和分蘗穗小穗數(shù)呈現(xiàn)先降后增的趨勢，主莖穗長、分蘗穗長和主莖穗小穗數(shù)基本呈先增后降的趨勢。在相同密度條件下，立體勻播的平均單株分蘗數(shù)、主莖葉數(shù)、分蘗莖葉數(shù)、分蘗莖粗、分蘗穗長和分蘗穗小穗數(shù)較條播分別增加21.40%、5.77%、3.21%、4.36%、 5.15%和4.04%，平均主莖粗、主莖穗長和主莖穗小穗數(shù)較條播分別降低6.36%、4.35%和 2.92%。以上結(jié)果表明，通過調(diào)整播種方式和種植密度可對冬小麥的農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)控，從而改善冬小麥群個體性狀，促進(jìn)產(chǎn)量形成。

表3 不同處理冬小麥主要農(nóng)藝性狀的差異Table 3 Differences in main agronomic characters of winter wheat among different treatments

NT:單株分蘗數(shù)，NMSL:主莖葉數(shù),TSLN:分蘗莖葉數(shù),STMS:主莖粗,TST:分蘗莖粗,PLMS:主莖穗長,TSL:分蘗穗長,SNMS:主莖穗小穗數(shù),TSSN:分蘗穗小穗數(shù)。

NT:Tiller number per plant; NMSL:Leaf number per main stem; TSLN:Leaf number per tiller stem; STMS:Diameter of main stem; TST:Diameter of tiller stem; PLMS:Panicle length on main stem; TSL:Panicle length on tiller stem; SNMS:Spikelet number per spike on main stem; TSSN:Spikelet number per spike on tiller stem.

2.3 播種方式和種植密度對冬小麥旗葉光合特性的影響

2.3.1 播種方式和種植密度對冬小麥旗葉SPAD值的影響

隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，冬小麥旗葉SPAD值逐漸降低(圖 1)。在條播條件下，開花期(5月28日)之后，隨著種植密度的增加，旗葉SPAD值總體上呈先增后降的趨勢，在開花期表現(xiàn)為D225>D300>D375>D150，且不同種植密度間差異顯著；在立體勻播下，開花期之后，隨著種植密度的增加，旗葉SPAD值總體上呈逐漸降低的趨勢，在開花期表現(xiàn)為D150>D225>D300>D375。在相同種植密度條件下，花后28 d時，立體勻播種的旗葉SPAD值較條播平均增加7.52%。由此可見，播種方式及種植密度對冬小麥葉綠素含量有一定影響，在相同密度條件下立體勻播較有利于減緩小麥開花后旗葉葉綠素含量下降。

圖1 不同處理冬小麥旗葉SPAD值的差異

2.3.2 播種方式和種植密度對冬小麥旗葉凈光合速率的影響

播種方式和種植密度對冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)均有顯著影響(圖2)。從開花期開始，隨生育進(jìn)程的推進(jìn)，Pn值呈逐漸下降的趨勢。在條播條件下，隨著種植密度的增加，冬小麥旗葉Pn值總體上呈先增后降的趨勢，在開花期表現(xiàn)為D225>D300>D375>D150，且不同種植密度間差異顯著，其中D225的Pn值較D300、D375和D150分別增加3.58%、8.20%和 22.23%；在立體勻播下，隨著種植密度的增加，冬小麥旗葉Pn值總體上呈逐漸降低的趨勢，在開花期不同種植密度間差異顯著，其中D150的Pn值較D225、D375和D300分別增加5.39%、15.77%和 21.65%；在開花期后的四個不同時期，立體勻播的平均Pn值較條播依次分別提高42.34%、 3.15%、0.84%和 6.23%。綜上所述，在條播條件下，適當(dāng)增加種植密度有利于Pn值的提高，而在立體勻播下，稀植有利于Pn值的提高；立體勻播較條播有利于提高小麥的Pn值。

圖2 不同處理冬小麥旗葉Pn的差異

3 討 論

3.1 立體勻播和種植密度對冬小麥農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

小麥株高隨著種植密度增加而降低，而穗長變化不大[11]。本試驗結(jié)果表明，在條播和立體勻播下，冬小麥株高隨種植密度的增加表現(xiàn)為先增后降的趨勢，而穗長在條播下呈不斷降低的趨勢，在立體勻播下呈先增后降的趨勢。這與前人研究結(jié)果不盡相同，可能是由于種植密度設(shè)置、品種類型以及種植方式不同所致。分蘗質(zhì)量和數(shù)量是小麥高產(chǎn)栽培的重要指標(biāo)。研究表明，立體勻播能夠有效促進(jìn)小麥分蘗；在條播下麥苗成行，植株個體所占空間小，因而分蘗數(shù)也少[12]。本試驗結(jié)果也表明，立體勻播有利于小麥分蘗，其單株分蘗數(shù)較條播增加21.40%，因此立體勻播可通過促進(jìn)冬小麥分蘗來增加穗數(shù)，從而提高籽粒產(chǎn)量。有研究指出，播種方式對冬小麥農(nóng)藝性狀均有較大影響[13]，也會影響主莖葉數(shù)[14]。本試驗中，立體勻播下主莖葉數(shù)較條播增加5.77%，進(jìn)一步證實了前人的結(jié)論。

3.2 立體勻播和種植密度對冬小麥光合特性的影響

葉綠素含量和凈光合速率是小麥光合生理特性的重要評價指標(biāo)，促進(jìn)和延長灌漿期間的群體光合作用有利于小麥產(chǎn)量的進(jìn)一步提高[15-16]。改變種植方式可提高小麥產(chǎn)量的原因是葉片葉綠素含量與光合速率的提高[17]。本試驗結(jié)果顯示，播種方式及種植密度對小麥葉片SPAD值存在一定影響，在相同種植密度下立體勻播可獲得較高的葉片SPAD值。石玉華[18]研究表明，種植方式對小麥葉片凈光合速率影響顯著。本試驗中，播種方式及種植密度顯著影響小麥Pn，從開花期開始，隨著種植密度的增加，立體勻播的Pn較條播提高0.84%～42.34%，這與前人研究結(jié)果一致。王之杰等[19]研究發(fā)現(xiàn)，小麥生育后期旗葉Pn隨種植密度增加的變化規(guī)律不明顯。而有研究認(rèn)為，小麥旗葉的Pn隨種植密度增加呈現(xiàn)下降的趨勢[20-22]。本研究表明，在條播下，隨著種植密度的增加，冬小麥旗葉Pn基本呈先增后降的趨勢；在立體勻播下，隨著種植密度的增加，冬小麥旗葉Pn基本呈逐漸降低的趨勢，這與后者研究結(jié)果[20-22]基本一致。