種植密度對中麥30產(chǎn)量和蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

史金平,張 敏,楊 敏,劉 巖,蔡瑞國

(河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院/河北省作物逆境生物學(xué)重點實驗室,河北 秦皇島,066004)

種植密度對小麥農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀影響較大[1～3]。適宜的種植密度有利于構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu),增大綠葉面積,提高群體對光能的利用率,增加群體干物質(zhì)積累,提高成穗數(shù)[4],最終影響小麥的產(chǎn)量與品質(zhì)[5]。在生產(chǎn)中可以通過調(diào)整種植密度等農(nóng)藝措施調(diào)節(jié)干物質(zhì)積累及在各器官中的分配,建立合理的源庫平衡,提高其轉(zhuǎn)化效率[6]。穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量構(gòu)成小麥產(chǎn)量的三要素,建立合理的群體結(jié)構(gòu),協(xié)調(diào)好三者的關(guān)系才是小麥獲得高產(chǎn)的根本途徑[7]。適宜的種植密度,可以協(xié)調(diào)小麥群體與個體以及生長發(fā)育與環(huán)境的關(guān)系,有利于產(chǎn)量三因素的協(xié)調(diào)發(fā)展,最終獲得高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)。于文明[8]研究認(rèn)為,高密度不利于小麥植株的氮素積累,過高密度下小麥開花后植株氮素積累量降低。隨種植密度的增加,花前小麥營養(yǎng)器官積累氮的轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率以及對籽粒的貢獻(xiàn)率均有增加[9]。

中麥30由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所小麥品質(zhì)研究與新品種選育創(chuàng)新團(tuán)隊育成,品種來源為08CA137/山農(nóng)17,已經(jīng)通過國家黃淮南片(國審麥20200096)和國家黃淮北片(國審麥20210152)審定,該品種抗寒性好,抗倒性強(qiáng),高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn),適應(yīng)性好。筆者用小麥新品種中麥30,在大田條件下設(shè)置3個種植密度,研究該品種在不同種植密度條件下小麥群體大小、植株干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運和籽粒產(chǎn)量以及籽粒蛋白質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化,以期為該品種在冀東地區(qū)的推廣種植提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2020年10月～2021年6月在河北科技師范學(xué)院農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院實驗站(39.44°N,119.13°E)進(jìn)行。土壤類型為潮褐土,其中有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24.63 g/kg,全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.19 g/kg,速效氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為93.38 mg/kg,全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 2.19 g/kg,速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.66 mg/kg,全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.91 g/kg,速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)為153.09 mg/kg。前茬作物為大豆。

供試小麥品種為中麥30,由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。試驗設(shè)置3個種植密度,基本苗分別為450萬株·hm-2(M1),600萬株·hm-2(M2)和750萬株·hm-2(M3),小區(qū)面積為12.5 m2(2.5 m×5.0 m),3次重復(fù),完全隨機(jī)排列。田間小麥的播種時間為2020年10月11日,15 cm等行距機(jī)播,3葉期定苗。氮素用量為240 kg·hm-2,底肥和拔節(jié)期追肥各50%;P2O5和K2O用量均為120 hm-2。選用復(fù)合肥[w(N)∶w(P)∶w(K)=15∶15∶15]做底肥,尿素(N質(zhì)量分?jǐn)?shù)為46%)做春季追肥。全生育期越澆冬水、拔節(jié)水和孕穗水,每次灌水量為600 m3·hm-2。小麥生長期間及時防治病蟲草害,其它管理同當(dāng)?shù)厣a(chǎn)大田,收獲時間為2021年6月25日。

1.2 測定項目與方法

1.2.1總莖數(shù)動態(tài)和分蘗成穗率 于田間小麥出苗期、返青期、拔節(jié)期、成熟期定點調(diào)查行長1 m,2行內(nèi)的總莖數(shù),并計算分蘗成穗率。

分蘗成穗率=(成熟期有效穗數(shù)/拔節(jié)期總莖數(shù))×100%

1.2.2干物質(zhì)積累動態(tài) 于田間小麥拔節(jié)期,開花期,花后第7天,第14天,第21天,第28天和第35天取樣,每個處理取10株,3次重復(fù),105 ℃殺青30 min,60 ℃烘至恒質(zhì)量,稱干質(zhì)量,計算群體干物質(zhì)積累量。

1.2.3花前干物質(zhì)積累量及其對籽粒的貢獻(xiàn)率 于田間小麥開花期和成熟期每處理取10個小麥單莖樣品,分為莖稈+葉鞘、葉片、穗軸+穎殼和籽粒等4部分,3次重復(fù),105 ℃殺青30 min,60 ℃烘至恒質(zhì)量,稱干質(zhì)量。

花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)移量對籽粒的貢獻(xiàn)率=(開花期植株干質(zhì)量成熟期營養(yǎng)器官干質(zhì)量)/籽粒干質(zhì)量

1.2.4產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 小麥成熟后每處理調(diào)查取行長1 m,2行內(nèi)的有效穗數(shù);隨機(jī)連續(xù)抓取20個麥穗,數(shù)取穗粒數(shù);收獲行長1 m,5行內(nèi)樣段全部脫粒、晾曬并稱質(zhì)量,測定實際產(chǎn)量;采用千粒法測定每處理的千粒質(zhì)量;以上指標(biāo)均3次重復(fù),實際產(chǎn)量和千粒質(zhì)量均折算為籽粒中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%下的數(shù)值。

1.2.5植物氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)和籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù) 采用半微量凱氏定氮法測定籽粒氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù),氮素質(zhì)量分?jǐn)?shù)×5.7為蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)[10]。氮素轉(zhuǎn)運量公式如下:

花前氮素轉(zhuǎn)運量=開花期地上部氮素積累量-成熟期非收獲器官氮素積累量

氮素轉(zhuǎn)運量、氮素積累量單位均為kg·hm-2。以下同。

花前氮素轉(zhuǎn)運效率=花前氮素轉(zhuǎn)運量/開花期植株氮素積累量×100%

花前氮素對籽粒氮素的貢獻(xiàn)率=花前氮素轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒氮素積累量×100%

1.2.6數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和作圖 采用Excel 2003和DPS v 7.05軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和作圖,采用LSD法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對中麥30各生育時期莖蘗動態(tài)和成穗率的影響

中麥30越冬初期和返青期總莖數(shù)隨種植密度增加而增加(表1);但拔節(jié)期M2處理的總莖數(shù)低于另外2個處理且差異達(dá)顯著水平;開花期M2處理的總莖數(shù)高于另外2個處理且差異達(dá)顯著水平。M2處理的開花期總莖數(shù)數(shù)和成穗率均較高,說明M2處理種植密度有利于分蘗發(fā)生并提高莖蘗成穗率。

表1 種植密度對莖蘗動態(tài)和成穗率的影響

2.2 種植密度對小麥干物質(zhì)積累的影響

隨著生育進(jìn)程的推進(jìn),各處理的小麥植株干物質(zhì)積累量均逐漸增加(表2)。隨著種植密度的增加,植株干物積累量顯著增多。種植密度越高小麥地上部干物質(zhì)積累量越大。

表2 種植密度對小麥干物質(zhì)積累動態(tài)的影響 103 kg·hm-2

2.3 種植密度對小麥干物質(zhì)積累轉(zhuǎn)運及其對籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率的影響

小麥花前營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量及對籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率由高到低的排列順序為莖鞘,葉片,穎殼(表3)。種植密度從M1增至M3,莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量逐漸增加;但葉片和穎殼干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量以M2處理的較高,而莖鞘干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量以M3處理的較高?；ㄇ案髌鞴俑晌镔|(zhì)轉(zhuǎn)運量對籽粒產(chǎn)量貢獻(xiàn)率,莖鞘在M3處理下的高于其他處理,葉片和穎殼在M2處理下的較高。3個種植密度下的花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運總量和對籽粒的貢獻(xiàn)率,均以M2處理下的較高。

表3 種植密度對小麥花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運及其對籽粒貢獻(xiàn)率的影響

2.4 種植密度對氮素積累動態(tài)及氮素轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率的影響

氮素積累量隨種植密度的增加而增加,除開花期和花后35天的M2和M3處理未達(dá)顯著水平外,其他時期都在M3處理時顯著高于M1和M2處理(表4)。

表4 種植密度對氮素積累動態(tài)的影響 103·hm-2

3個種植密度下的花前氮素轉(zhuǎn)運量以M2處理的最大,顯著高于M1處理的,但與M3處理的差異不顯著(表5)。3個種植密度下的花前氮素轉(zhuǎn)運效率以M2處理的較高,但與M1處理的差異不顯著,而與M3處理的差異顯著?；ㄇ暗剞D(zhuǎn)運對籽粒氮素積累的貢獻(xiàn)率也以M2處理的較高,M2和M3處理的顯著高于M1處理的,M2和M3處理間差異不顯著。

表5 種植密度對氮素轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運效率的影響

2.5 種植密度對小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

3個種植密度下的穗數(shù)差異顯著,M2處理的穗數(shù)顯著高于其它2個處理(表6)。穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量各處理間差異均不顯著,說明播量對穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量影響不大。M2處理的籽粒產(chǎn)量為10 666.83 kg·hm-2,顯著高于其它2個處理。

表6 種植密度對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.6 種植密度對籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

3個種植密度下的籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)以M2處理的最高,顯著高于其它2個處理(圖1)。

圖1 種植密度對籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響

3 討論與結(jié)論

影響小麥生長發(fā)育的因素很多,而播種量是其中最關(guān)鍵的因素之一。小麥具有較強(qiáng)的分蘗調(diào)節(jié)能力,分蘗成穗數(shù)多少和分蘗成穗率高低,可作為小麥生長條件和栽培技術(shù)水平高低的重要標(biāo)志之一[11]。冬小麥關(guān)鍵階段群體的有效分蘗能夠保障合理群體的構(gòu)建,解決個體發(fā)育與群體發(fā)展的矛盾,充分利用光、熱、水、肥等資源,是籽粒獲得高產(chǎn)的根本途徑[12～15]。較高的莖蘗成穗率是提高產(chǎn)量的基礎(chǔ),在適宜的穗數(shù)范圍內(nèi),莖蘗成穗率越高則總結(jié)實粒數(shù)越多,同時花后干物質(zhì)積累量也越多,最終也就達(dá)到了高產(chǎn)的目的[16]。干物質(zhì)積累量是小麥產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),與產(chǎn)量關(guān)系密切[17]。增大播量能夠提高冬小麥各生育時期地上部群體干物質(zhì)量[18],但播量過大會抑制冬小麥個體生長,不利于地上部群體干物質(zhì)的積累[19,20]。本次研究結(jié)果表明,種植密度為750萬株·hm-2時,小麥各時期群體干物質(zhì)積累量較高。有研究表明,小麥成穗數(shù)隨著種植密度的增加而增加,而穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量卻降低[21]。本次研究與上述結(jié)果略有不同,小麥成穗數(shù)隨著種植密度的增加而增加,但穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量無顯著變化,這可能是中麥30的品種特性決定的。

前人關(guān)于種植密度對小麥籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的影響展開了一定研究,但結(jié)果存在差異。馬冬云等[22]發(fā)現(xiàn),籽粒蛋白質(zhì)含量隨種植密度的增加而增高;而姚金寶等[23]研究表明,種植密度與籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)關(guān)系不密切。本研究結(jié)果表明,隨著種植密度的增加,中麥30植株氮素積累量增加,具體表現(xiàn)為種植密度450萬株·hm-2的氮素積累量顯著低于600萬株·hm-2的和750萬株·hm-2的,600萬株·hm-2和750萬株·hm-2之間差異不顯著。王樹麗[24]研究顯示,花前營養(yǎng)器官中儲存氮素的轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率和對籽粒的貢獻(xiàn)率均隨種植密度的增加而提高。本次試驗結(jié)果顯示,3個種植密度下的氮素的轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率和對籽粒的貢獻(xiàn)率均以種植密度居中的600萬株·hm-2的較高,與前人研究有所不同。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn),種植密度600萬株·hm-2的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于其它兩個種植密度的。說明,增加種植密度促進(jìn)了中麥30植株氮素的積累,而籽粒蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)在600萬株·hm-2時達(dá)到最大。

綜上,中麥30在600萬株·hm-2時籽粒產(chǎn)量與蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高,且該種植密度下同時具有較高的氮素轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運效率和對籽粒的貢獻(xiàn)率。所以,本次試驗條件下,冀東平原推廣種植中麥30的較適宜密度為600萬株·hm-2。