種植密度對勻播冬小麥籽粒灌漿及產(chǎn)量的影響

陳 猛，梁雪齊，李 玲，張 麗，陳國棟，吳全忠，翟云龍

(塔里木大學農(nóng)學院，新疆阿拉爾 843300)

0 引 言

【研究意義】隨著栽培技術的提高，小麥產(chǎn)量構成因素中有效穗數(shù)、穗粒數(shù)已經(jīng)趨于穩(wěn)定，增加千粒重對提高小麥產(chǎn)量具有重要意義[1-2]。小麥產(chǎn)量既受品種遺傳特性的影響，又受栽培措施的影響[3]。種植密度調控、行距配置優(yōu)化在小麥高產(chǎn)栽培措施中占重要地位[4-5]。種植密度決定群體數(shù)量，適宜種植密度構建合理的群體結構，緩解群體與個體間矛盾，增加群體光能利用率[6-7]。株行配置通過改變個體時空分布，影響群體結構的均勻性，減少個體競爭，單株生長發(fā)育良好[8]。通過種植密度、株行配置結合構建良好小麥群體結構，進而影響小麥產(chǎn)量。灌漿期是小麥籽粒形成的重要時期，對小麥籽粒產(chǎn)量的高低有著至關重要的作用[9]。小麥千粒重與籽粒灌漿之間有著密切聯(lián)系[10-11]?！厩叭搜芯窟M展】種植密度顯著影響小麥籽粒灌漿速率、灌漿持續(xù)時間，認為灌漿速率與千粒重呈正相關[12-15]；程西永等[16]研究認為，種植密度對小麥籽粒灌漿速率、灌漿持續(xù)時間無顯著影響?！颈狙芯壳腥朦c】近年來關于種植密度對籽粒灌漿特性的研究報道較多，但種植密度對小麥籽粒灌漿的影響還存在不同結論。亟需分析種植密度與勻播種植冬小麥籽粒灌漿和產(chǎn)量之間的關系，研究勻播條件下不同穗型冬小麥品種適宜種植密度。【擬解決的關鍵問題】設置不同小麥種植密度，研究不同種植密度和不同品種對勻播冬小麥籽粒灌漿特性和產(chǎn)量構成的關系，為新疆南疆冬小麥勻播技術的推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2019年10月～2020年6月在新疆阿拉爾市塔里木大學農(nóng)學試驗站(40°32′20″N，81°17′57″E)進行，試驗區(qū)位于塔里木盆地北緣，≥10℃年有效積溫為4 113℃，年平均降水量50 mm左右，海拔1 015 m，無霜期220 d，屬暖溫帶大陸性干旱荒漠區(qū)。試驗地土壤質地為壤土，土壤有機質含量為7.84 g/kg、速效磷18.7 mg/kg、速效鉀115 mg/kg、堿解氮33.8 mg/kg、pH 7.9。

供試冬小麥品種為多穗型品種新冬22號和大穗型品種新冬50號。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用裂區(qū)設計，品種為主區(qū)(A)：多穗型品種新冬22號(A1)、大穗型品種新冬50號(A2)。密度為副區(qū)(M)：設行距、株距均為9 cm(123×104株/hm2，M1)、8 cm(156×104株/hm2，M2)、7 cm(204×104株/hm2，M3)、6 cm(278×104株/hm2，M4)、5 cm(400×104株/hm2，M5)5個密度處理，小區(qū)面積6.75 m2，3次重復。2019年10月3日播種，2020年6月15日收獲，越冬前，返青期、抽穗期、灌漿期灌水各1次，其他田間管理同大田。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 籽粒灌漿動態(tài)

于小麥開花期，每個處理選擇同1 d開花且具有代表性、穗型整齊一致植株進行標記，從籽粒灌漿開始每隔5 d，各處理選取小麥10 株，選擇中間強勢粒脫粒，裝入信封置于烘箱中，將烘箱溫度設為105℃，殺青30 min，后轉為80℃烘干至恒重，使用1‰精度天平測定籽粒干重。

1.2.2.2 籽粒灌漿參數(shù)

以開花后的天數(shù)(t)為自變量，每次測得的百粒重(Y)為因變量，用Logistic方程Y=K/(1+eA+Bt)對籽粒生長過程進行擬合，開花當天t=0，其中K為籽粒灌漿結束時所能達到的最大百粒重，A、B為方程參數(shù)，用決定系數(shù)R2(Y依t的回歸平方和占總平方和的比率)表示其擬合優(yōu)度。求方程的一階和二階導數(shù)，得一系列次級灌漿參數(shù)。

1.2.2.3 產(chǎn) 量

于成熟期在各小區(qū)內選取長勢均勻一致的區(qū)域，劃定1 m2的樣方，數(shù)有效穗數(shù)，而后將所有麥穗剪下后脫粒、風干、稱重，測產(chǎn)籽粒中隨機取1 500粒(3份)測籽粒重量，最終按照籽粒含水率13%折算產(chǎn)量和千粒重；每小區(qū)連續(xù)取10株有代表性的植株室內考種。

1.3 數(shù)據(jù)處理

Microsoft Excel 2010處理數(shù)據(jù)并作圖，用DPS 7.05軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同種植密度條件下勻播冬小麥千粒重增重變化動態(tài)

研究表明，不同穗型小麥品種在花后千粒重增重均呈灌漿初期增重緩慢、中期增重迅速、后期增重緩慢的“S”型曲線增加。不同種植密度間千粒重增重存在差異，不同穗型品種表現(xiàn)基本一致，均表現(xiàn)出千粒重隨著種植密度的增加而降低趨勢，M1>M2>M3>M4>M5。新冬22號M1處理千粒重最高值達60.7 g，隨著種植密度的增加較其余處理分別高出2.71%、4.30%、6.87%和9.96%，新冬50號M1處理千粒重最高值達61.7 g，隨著種植密度的增加較其余處理分別高出1.82%、3.35%、5.47%和7.68%。圖1

圖1 不同處理下冬小麥千粒重增重變化Fig.1 Changes of 1，000-grain weight gain of winter wheat under different treatments

2.2 不同種植密度條件下勻播冬小麥籽粒灌漿的數(shù)學模型

研究表明，不同穗型品種Logistic方程擬合決定系數(shù)均在0.996以上，達極顯著水平，方程擬合程度較好。圖2

圖2 不同處理下冬小麥千粒重增重Logistic曲線變化Fig.2 Logistic curve of 1，000-grain weight gain of winter wheat under different treatments

不同穗型品種千粒重均表現(xiàn)為隨著種植密度增加而降低的趨勢，均在M1處理下最高，M5處理下最低，M1>M2>M3>M4>M5。新冬22號M1密度處理下千粒重達62.43 g，較其余各處理分別增重1.57、2.51、4.03、5.19 g，新冬50號M1密度處理下千粒重達65.53 g，較其余各處理分別增重1.13、2.33、3.33、4.26 g。實測千粒重與K值趨勢一致，均在M1處理下最高，M5處理下最低，M1>M2>M3>M4>M5。新冬22號M1密度處理下實測千粒重達60.7 g，較其余各處理分別增重1.6、2.5、3.9、5.5 g，新冬50號M1密度處理下實測千粒重達61.7 g，較其余各處理分別增重1.1、2、3.2、4.4 g。種植密度對不同穗型冬小麥千粒重有一定的影響，隨著種植密度的增加，株行距縮小，導致個體間競爭加劇，養(yǎng)分供應不足，群體失調，不利于千粒重增加，導致高種植密度下千粒重較低，適當降低種植密度能緩解群體矛盾，增加個體優(yōu)勢，而增加千粒重。表1

表1 不同處理下冬小麥灌漿過程Logistic方程模擬及其相應參數(shù)Table 1 Logistic equation simulation and corresponding parameters of winter wheat grouting process under different treatments

2.3 不同種植密度條件下勻播冬小麥籽粒灌漿特征

2.3.1 種植密度對勻播冬小麥籽粒灌漿特征的影響

研究表明，不同穗型品種最大灌漿速率出現(xiàn)時間存在差異，新冬22號M3處理最大灌漿速率出現(xiàn)最早，其次為M4、M1、M2，M5處理出現(xiàn)最晚。新冬50號最大灌漿速率出現(xiàn)時間隨著種植密度的增加而推遲。不同穗型品種最大灌漿速率均表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而降低的趨勢，M1處理下最高，M5處理下最低，M1>M2>M3>M4>M5，新冬22號最大灌漿速率達3.12 mg/(d·粒)，新冬50號最大灌漿速率達2.62 mg/(d·粒)。灌漿總天數(shù)品種間也存在差異，新冬22號M3處理灌漿總天數(shù)最短，其次為M4、M1、M2，M5處理出現(xiàn)最長。新冬50號灌漿總天數(shù)隨著種植密度的增加而增加的趨勢。不同穗型品種平均灌漿速率均表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而降低的趨勢，M1處理下最高，M5處理下最低，M1>M2>M3>M4>M5，新冬22號平均灌漿速率達1.54 mg/(d·粒)，新冬50號平均灌漿速率達1.35 mg/(d·粒)。多穗型品種新冬22號最大灌漿速率、平均灌漿速率均高于大穗型品種新冬50號。小麥籽粒質量與最大灌漿速率、平均灌漿速率呈正相關，適宜的種植密度有利于提高籽粒灌漿速率，優(yōu)化灌漿進程。表2

表2 不同處理下冬小麥籽粒灌漿特征參數(shù)Table 2 Grain filling characteristic parameters of winter wheat under different treatments

2.3.2 種植密度對不同階段勻播冬小麥籽粒灌漿特征的影響

研究表明，不同穗型品種灌漿持續(xù)時間均表現(xiàn)為：緩增期>快增期>漸增期；灌漿速率均表現(xiàn)為快增期>漸增期>緩增期；階段籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)為：快增期>漸增期>緩增期。品種間灌漿持續(xù)時間、階段籽粒產(chǎn)量新冬50號高于新冬22號，灌漿速率低于新冬22號。

不同穗型品種不同階段灌漿持續(xù)時間均表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而增加，均在M5處理下灌漿持續(xù)時間最長，新冬50號灌漿持續(xù)時間高于新冬22號；不同階段灌漿速率表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而降低，均表現(xiàn)在M1處理下最高，M5處理下最低，新冬22號M1處理3階段灌漿速率為1.19、2.74、0.77 mg/(d·粒)，新冬50號M1處理3階段灌漿速率為1.21、2.30、0.64 mg/(d·粒)，新冬22號快增期、緩增期灌漿速率高于新冬50號，漸增期低于新冬50號；不同階段籽粒產(chǎn)量表現(xiàn)為隨著種植密度的增加而降低，均表現(xiàn)在M1處理下最高，M5處理下最低，新冬22號M1處理3階段籽粒產(chǎn)量分別為13.19、36.04、12.57 g/1 000 粒，新冬50號M1處理3階段籽粒產(chǎn)量分別為13.85、37.83、13.19 g/1 000 粒，新冬50號階段籽粒產(chǎn)量高于新冬22號。表3

表3 不同處理下冬小麥不同階段籽粒灌漿特征參數(shù)Table 3 Characteristic parameters of grain filling in different stages of winter wheat under different treatments

2.4 種植密度對勻播冬小麥產(chǎn)量及其構成因素的影響

研究表明，2個不同穗型品種在勻播不同種植密度條件下產(chǎn)量及其構成因素存在顯著差異，籽粒產(chǎn)量變化趨勢基本相同，均表現(xiàn)為隨種植密度增加呈現(xiàn)先升后降的趨勢，有效穗數(shù)均表現(xiàn)為隨著種植密度的增加逐漸增加的趨勢，穗粒數(shù)和千粒重表現(xiàn)為隨著種植密度的增加逐漸下降趨勢。

多穗型品種新冬22號在M2密度處理下籽粒產(chǎn)量最高，達9 445.50 kg/hm2，較籽粒產(chǎn)量最低的M5處理增幅26.34%，M2>M3>M1>M4>M5，除M1、M3處理外，其他密度間差異均達顯著水平。隨著種植密度的增加，新冬22號有效穗數(shù)顯著增加、穗粒數(shù)顯著下降、千粒重顯著降低。大穗型品種新冬50號M4密度處理下籽粒產(chǎn)量最高，達9 210.40 kg/hm2，較籽粒產(chǎn)量最低的M1密度處理增幅15.84%，M4>M5>M3>M2>M1，各密度處理間差異均達顯著水平。隨著種植密度的增加，新冬50號有效穗數(shù)顯著增加、穗粒數(shù)顯著下降、千粒重顯著降低。

勻播條件下，大株行距(低密度)有利于大穗型品種個體生長發(fā)育，穗大，穗粒數(shù)、千粒重均較高，但由于大穗型品種單株分蘗成穗能力有限，大株行距會導致群體過小，收獲穗數(shù)較少，最終影響籽粒產(chǎn)量。多穗型品種分蘗成穗能力較強，大株行距有利于個體生長發(fā)育，尤其是利于有效分蘗形成，最終也能達到較大的群體。密度過高，在植株個體生長發(fā)育受限的同時，由于大量分蘗的形成，會導致群體過大，冠層結構、產(chǎn)量構成因素不協(xié)調，亦會影響最終籽粒產(chǎn)量，新冬22號M2處理、新冬50號M4處理產(chǎn)量構成因素較協(xié)調，產(chǎn)量顯著高于其他處理。表4

表4 不同處理下冬小麥產(chǎn)量及其構成因素Table 4 Yield and yield components of winter wheat

3 討 論

王雪萊等[17]研究表明，籽粒灌漿期不同階段粒重增重均隨著種植密度的增加而呈現(xiàn)下降趨勢；種植密度對籽粒最大灌漿速率與平均灌漿速率有顯著影響。張永強等[15]研究認為，最大灌漿速率與平均灌漿速率均隨著種植密度的增加呈下降趨勢,灌漿持續(xù)時間影響較小。楊文平等[18]研究發(fā)現(xiàn)，隨著行距的增加最大灌漿速率和平均灌漿速率隨之增加，在行距20 cm時達到最高，超出后隨行距增加呈下降趨勢。試驗結果表明，勻播條件下冬小麥籽粒灌漿特性與前人研究結果基本一致，不同穗型品種籽粒灌漿期粒重隨著密度的增加而降低，均表現(xiàn)M1處理最高，M5處理最低；隨著密度的增加最大灌漿速率和平均灌漿速率下降，均表現(xiàn)M1處理最高，M5處理最低；隨著密度的增加株行距隨之縮小，最大灌漿速率和平均灌漿速率隨之降低；適當?shù)慕档头N植密度，增加株行距有利于群體物質積累及向籽粒轉移，進而增加籽粒質量。

前人使用Logistic方程、Richards方程和多項式模擬了不同穗型品種、不同栽培措施下灌漿過程相關參數(shù)的推導與分析[12,14,19-20]。朱冬梅等[21]通過對灌漿特性的研究發(fā)現(xiàn)，小麥籽粒灌漿漸增期、快增期、緩增期的灌漿速率與千粒質量均達極顯著正相關，快增期、緩增期持續(xù)時間與千粒質量呈負相關。王麗娜等[22]研究認為快增期、緩增期灌漿速率與千粒質量呈顯著正相關關系，灌漿各階段持續(xù)時間與千粒重無顯著相關。宋羽等[23]研究發(fā)現(xiàn)，千粒重主要受灌漿快增期持續(xù)時間、漸增期速率和緩增期速率的影響。試驗結果表明，勻播條件下不同穗型冬小麥品種千粒重與漸增期、快增期、緩增期灌漿速率呈正相關關系；各階段籽粒產(chǎn)量與各階段灌漿速率呈正相關關系；各階段灌漿持續(xù)時間對千粒重關系不明顯。隨著種植密度的增加，各階段灌漿速率、籽粒產(chǎn)量隨之下降，低密度、大株行距下群體矛盾得到緩解，更利于籽粒物質積累，達到提高千粒重的目的。

小麥產(chǎn)量構成因素的協(xié)調發(fā)展對獲得高產(chǎn)至關重要，種植密度是調控群體結構的基礎，對群體數(shù)量和產(chǎn)量構成起著決定性的作用[24]。群體有效穗數(shù)隨著種植密度的增加逐漸增加，而穗粒數(shù)和千粒重則呈下降趨勢[5,25-27]。研究認為，隨著種植密度的增加，勻播冬小麥有效穗數(shù)顯著增加、穗粒數(shù)顯著下降、千粒重顯著降低。適當縮小株行距有利于產(chǎn)量提高[28-29]。試驗是在行距縮小到極致(行距、株距相等)條件下進行的適宜種植密度研究，新冬22號分蘗能力強，分蘗成穗率高，在M2處理下群體結構良好，產(chǎn)量構成因素更協(xié)調，產(chǎn)量最大。新冬50號分蘗能力弱，個體優(yōu)勢強，在M4處理下群體結構良好，產(chǎn)量構成因素更協(xié)調，產(chǎn)量最大。試驗僅對冬小麥籽粒灌漿特性進行了研究，有關勻播條件下種植密度對冬小麥籽粒品質的影響有待進一步研究。

4 結 論

4.1勻播條件下不同穗型品種灌漿期千粒增重、最大灌漿速率、平均灌漿速率、階段籽粒產(chǎn)量、階段灌漿速率均隨著種植密度的增加、株行距縮小呈下降趨勢；小麥千粒重與最大灌漿速率、平均灌漿速率呈正相關；階段籽粒產(chǎn)量與階段灌漿速率呈正相關，與階段灌漿持續(xù)時間關系不大。

4.2勻播條件下，多穗型品種新冬22號適宜種植密度為156×104株/hm2，大穗型品種新冬50號適宜種植密度為278×104株/hm2。