周國勤，謝旭東，姜明波，陳真真，李 剛，李宇峰，謝迎新

(1.信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 信陽 464000； 2.羅山縣農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，河南 羅山 464000；3.河南農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/國家小麥工程技術(shù)研究中心，河南 鄭州 450046)

高溫是影響冬小麥產(chǎn)量的重要因子之一[1-5]，冬小麥灌漿期遭遇高溫脅迫會降低穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量[6-7]。豫南地區(qū)是我國稻茬麥的重要產(chǎn)區(qū)[8-10]。研究表明，冬小麥春性品種生長期與稻茬麥區(qū)降水的時空分布耦合度較好[11-12]，生產(chǎn)潛力較大，然而，在大田生產(chǎn)中，受灌漿期高溫脅迫的制約，該區(qū)冬小麥現(xiàn)實(shí)產(chǎn)量與理論產(chǎn)量差異極大[13]，常年僅維持在4 500 kg/hm2左右[14]。因此，尋求新的栽培措施成為提高該區(qū)域稻茬麥產(chǎn)量的農(nóng)業(yè)技術(shù)途徑之一。目前，關(guān)于豫南地區(qū)稻茬麥耕作方式、品種選擇、氮肥施用量、氮肥運(yùn)籌比例等的研究雖有報(bào)道[9-10,15]，但對適宜播期的詳細(xì)研究不足[16-17 ]；雖然有關(guān)于氣象因子和冬小麥產(chǎn)量之間關(guān)系的研究[18-20]，但關(guān)于灌漿期氣象因子與千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)的相關(guān)分析研究鮮有報(bào)道，尤其是針對豫南地區(qū)，不同播期條件下氣象因子對產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響研究尚未見報(bào)道。因此，采用田間試驗(yàn)，研究氣象因子對不同播期稻茬麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響，為豫南地區(qū)稻茬麥高產(chǎn)播期的選擇奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)區(qū)氣象條件

試驗(yàn)于2015—2017年連續(xù)2 a在河南省信陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院羅山試驗(yàn)基地(114°53′E、31°88′N)進(jìn)行。該地處于豫南地區(qū)，試驗(yàn)田前茬為水稻，土壤為水稻土，0～20 cm土壤含有機(jī)質(zhì)16.19 g/kg、全氮0.82 g/kg、有效磷5.70 mg/kg、速效鉀155.31 mg/kg，pH值6.05。供試冬小麥品種為揚(yáng)麥15，試驗(yàn)地前茬水稻收獲后秸稈全部還田，播前一次性施入60%的N，全部的P2O5(150 kg/hm2)、K2O (90 kg/hm2)在冬小麥播種時作基肥施用，剩余40%的N在3月10日追施，N總施用量為240 kg/hm2，其余田間管理措施同常規(guī)大田栽培。

1990—2017年試驗(yàn)區(qū)氣象數(shù)據(jù)由信陽市氣象局提供(表1)。由表1可知，該地區(qū)具有明顯的溫帶季風(fēng)氣候特征，降雨多集中在9—10月和4—5月，且年際間變化波動大。試驗(yàn)所在年份與該地區(qū)歷史氣象資料相比較，除10月份降水量比往年明顯偏多外，其他各氣象因子的差異均不顯著，表明試驗(yàn)?zāi)攴轃o極端天氣條件。

表1 1990—2017年試驗(yàn)區(qū)氣象因子情況 Tab.1 Meteorological factors from 1990 to 2017 in the test site

注：ADT、ADTR、EP、ADRH、ADSH分別代表日均溫、氣溫日較差、降雨量、日均相對濕度、日照時數(shù),下同。*代表1990—2014年與2015—2017年差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

Note：ADT,ADTR,EP,ADRH and ADSH indicate mean daily temperature,diurnal temperature range,rainfall,mean daily relative humidity and sunshine hour respectively，the same below .*means significant difference between 1990—2014 and 2015—2017(P<0.05).

由1990—2017年逐日氣象數(shù)據(jù)分析，該地區(qū)近30 a 4月和5月最高日均溫分別為(22.2±3.1)℃和(26.7±2.8)℃，最高日均相對濕度分別為(66.2±8.3)%和(69.5±10.4)%，最高日照時數(shù)分別為(5.7±1.5)h和(5.8±1.6)h。相關(guān)分析表明，日均相對濕度與日照時數(shù)、氣溫日較差相關(guān)系數(shù)分別為-0.543 9、-0.205 4,均達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。由此可知，該地區(qū)4—5月有高溫高濕的天氣特點(diǎn)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015—2016年試驗(yàn)設(shè)計(jì)5個冬小麥播期：10月13日、10月20日、10月27日、11月3日、11月10日；2016—2017年試驗(yàn)設(shè)計(jì)4個播期：10月18日、10月28日、11月7日、11月17日。采用機(jī)械條播，按150 kg/hm2進(jìn)行等行距播種(行距20 cm)，3次重復(fù)，小區(qū)面積為12 m2(3 m×4 m)，其他田間管理措施同常規(guī)大田栽培。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

于冬小麥成熟期，調(diào)查穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量。小區(qū)全部收獲，曬干后稱質(zhì)量，計(jì)產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010 進(jìn)行處理，采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)和通徑分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播期冬小麥的生長發(fā)育進(jìn)程及灌漿期氣象因子分析

隨著播期的推遲，不同播期冬小麥生育進(jìn)程推遲，生育期縮短(表2)。不同播期冬小麥灌漿期的氣象因子存在差異，但2015—2016年和2016—2017年灌漿期氣象因子在不同播期處理間的表現(xiàn)相似(表3)，具體表現(xiàn)為，10月中旬播種處理的冬小麥灌漿期光水資源充足且日均溫和日均相對濕度較低，10月下旬播種處理的冬小麥灌漿期光照比較充足，11月上旬以及中旬播種處理的冬小麥灌漿期日均溫相對較高、日照時數(shù)較低。對各個播期處理的冬小麥灌漿期氣象因子進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，2015—2016年，與10月下旬、11月上旬播種處理相比，10月中旬播種處理冬小麥灌漿期日均溫分別降低0.15、0.30 ℃，氣溫日較差分別提高0.45、0.45 ℃，降雨量分別提高31.65、 4.40 mm，日照時數(shù)分別提高50.85、48.60 h，日均相對濕度分別降低0.05、0.45個百分點(diǎn)；2016—2017年，與10月下旬、11月上旬、11月中旬播種處理相比，10月中旬播種處理冬小麥灌漿期日均溫分別降低1.0、1.8、2.8 ℃，氣溫日較差分別提高0.1、0.2、0.2 ℃，降雨量分別提高41.4、49.5、52.6 mm，日照時數(shù)分別提高57.3、81.6、83.3 h，日均相對濕度分別降低3.7、3.5、1.0個百分點(diǎn)。

表2 不同播期冬小麥的生長發(fā)育進(jìn)程 月-日

表3 不同播期冬小麥灌漿期的氣象因子情況Tab.3 Meteorological factors at grain filling stage of winter wheat under different sowing dates

2.2 不同播期冬小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素分析

如表4所示，2 a冬小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均隨著播期的推遲而呈下降趨勢。2015—2016年，10月13日播種處理冬小麥產(chǎn)量分別比10月20日、10月27日、11月3日、11月10日播種處理提高1.64%、12.44%、76.95%、97.66%，穗數(shù)分別增加3.06%、11.91%、43.61%、73.25%，千粒質(zhì)量分別增加4.32%、10.28%、19.25%、24.98%，穗粒數(shù)分別增加5.62%、14.42%、27.50%、32.71%；2016—2017年，10月18日播種處理冬小麥產(chǎn)量分別比10月28日、11月7日、11月17日提高16.32%、52.88%、129.61%，穗數(shù)分別增加5.03%、9.87%、22.36%，千粒質(zhì)量分別增加1.44%、7.47%、11.41%，穗粒數(shù)分別增加9.87%、18.26%、22.60%。

表4 不同播期冬小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Tab.4 Grain yield and its components of winter wheat under different sowing dates

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理間的差異達(dá)到顯著(P<0.05)水平。

Note: The different lowercase letters after data within a column mean significant differences among different treatments(P<0.05).

將2 a的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素做線性擬合，回歸方程為y=559.6x1+5.92x2+52.3x3-15 941.3，F(xiàn)=14.04**(P<0.01)，達(dá)到極顯著水平。其中，x1為千粒質(zhì)量，x2為穗數(shù)，x3為穗粒數(shù)，x1、x2達(dá)到極顯著水平(P<0.01),x3未達(dá)到顯著水平。通徑分析結(jié)果(表5)顯示，直接效應(yīng)表現(xiàn)為千粒質(zhì)量(1.103)>穗粒數(shù)(0.188)>穗數(shù)(-0.272)，間接效應(yīng)對產(chǎn)量的貢獻(xiàn)表現(xiàn)為穗數(shù)(1.085)>穗粒數(shù)(0.299)>千粒質(zhì)量(-0.176)。綜上，提高穗數(shù)、千粒質(zhì)量均可以顯著提高冬小麥產(chǎn)量，而穗數(shù)的增加會降低千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)，故在本試驗(yàn)條件下，對冬小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)表現(xiàn)為千粒質(zhì)量>穗粒數(shù)>穗數(shù)。

2.3 冬小麥千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)與灌漿期氣象因子的通徑分析

由表6可知，2015—2016年對冬小麥千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)起負(fù)效應(yīng)的主要?dú)庀笠蜃訛槿站鶞?、日均相對濕度，其次為降雨量。日均溫、日均相對濕度對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的總效應(yīng)分別為-0.905、-0.698和-0.877、-0.724；降雨量對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的總效應(yīng)分別為0.187和-0.920；氣溫日較差、日照時數(shù)對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的總效應(yīng)分別為0.868、0.842和0.887、0.859。日照時數(shù)對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)起直接負(fù)效應(yīng)(-0.739和-1.345)，氣溫日較差對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)起一定程度的直接正效應(yīng)(1.620和1.452)，且兩者間相關(guān)性(0.996)達(dá)到了極顯著水平(表7)，日照時數(shù)通過氣溫日較差對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的間接效應(yīng)分別為1.613和1.445，而日均溫、日均相對濕度通過氣溫日較差均對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)起負(fù)效應(yīng)(-1.210、-1.130和-1.084、-1.012)。

表5 冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的通徑分析 Tab.5 Path analysis between grain yield and its components of winter wheat

表6 冬小麥灌漿期氣象因子與千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)的通徑分析Tab.6 Path analysis between meteorological factors during grain filling stage and 1 000-grain weight,grain number per spike of winter wheat

表7 2015—2017年冬小麥灌漿期氣象因子間的相關(guān)系數(shù) Tab.7 The correlation coefficients between meteorological factors during grain filling stage of winter wheat

注：*表示相關(guān)性達(dá)到顯著水平(P<0.05)，**代表相關(guān)性達(dá)到極顯著水平(P<0.01)。

Note:* and ** mean significant correlations at 0.05 and 0.01 levels,respectively.

2016—2017年對冬小麥千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)起負(fù)效應(yīng)的主要?dú)庀笠蜃訛槿站鶞睾腿站鄬穸?。日均溫、日均相對濕度對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的總效應(yīng)分別為-0.971、-0.062和-0.975、-0.397；降雨量、日照時數(shù)對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的總效應(yīng)分別為0.783、0.838和0.953、0.976；氣溫日較差對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的總效應(yīng)分別為0.561和-0.045。日均溫對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)起直接負(fù)效應(yīng)(-1.563和-0.549)，而日照時數(shù)與日均溫呈顯著負(fù)相關(guān)(-0.911)，且通過日均溫對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)起直接正效應(yīng)(1.424和0.500)。

綜上，對冬小麥千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)起負(fù)效應(yīng)的主要?dú)庀笠蜃邮侨站鶞睾腿站鄬穸?，對冬小麥千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)起正效應(yīng)的主要?dú)庀笠蜃訛槿照諘r數(shù)。較大的氣溫日較差在2015—2016年有利于提高冬小麥千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)，但在2016—2017年表現(xiàn)不明顯。降雨量在2015—2016年對穗粒數(shù)起負(fù)效應(yīng)，但在2016—2017年起正效應(yīng)，可能與2016—2017年降雨量較少有關(guān)。

結(jié)合不同播期冬小麥灌漿期氣象因子情況(表3)，2 a試驗(yàn)結(jié)果相似，10月中旬播種處理冬小麥日均溫和日均相對濕度最低，降雨量和日照時數(shù)最高，并且該播期的冬小麥產(chǎn)量、穗數(shù)、千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)最高。通徑分析表明，高溫高濕是限制千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)增加的因子；但較大的氣溫日較差和日照時數(shù)表現(xiàn)直接正效應(yīng)，保證了較高的千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)。與11月上旬、11月中旬播種處理相比， 10月下旬播種處理冬小麥灌漿期日均溫較低、日照時數(shù)較高；11月上旬和11月中旬播種的冬小麥日均溫及日均相對濕度較高、日照時數(shù)及氣溫日較差較低，可知，11月中上旬播種的冬小麥千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)受高溫高濕脅迫的同時，寡照對其影響也較大，而氣溫日較差較低導(dǎo)致其千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)比其他播期低。

3 結(jié)論與討論

范磊等[21]研究表明，灌漿期高溫、陰雨寡照對河南中東部冬小麥產(chǎn)量影響比較大。祝新建等[22]研究表明，小麥灌漿期溫度低于18 ℃、陰雨寡照易導(dǎo)致干物質(zhì)倒流現(xiàn)象產(chǎn)生，嚴(yán)重影響冬小麥的灌漿速率，進(jìn)而影響產(chǎn)量及其構(gòu)成因素。李月英等[23]報(bào)道，在黑龍港流域，灌漿期降雨量對冬小麥產(chǎn)量起正作用(0.675)，蒸發(fā)量對冬小麥產(chǎn)量起負(fù)作用(-0.404)。ZHANG等[24]研究表明，光照時間的持續(xù)減少已成為制約當(dāng)前小麥高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵因素。李炳軍等[25]研究表明，溫度是影響小麥灌漿期的重要?dú)庀笠蜃樱酀{期溫度過高或者過低都會影響小麥產(chǎn)量。

本研究表明，灌漿期高溫高濕是限制冬小麥千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)增加的主要因素，灌漿期降雨量對冬小麥的影響與李月英等[20]的研究報(bào)道不同，這與豫南地區(qū)的氣候條件有關(guān)，降雨量過多，易導(dǎo)致冬小麥病害發(fā)生，影響冬小麥產(chǎn)量的形成。10月中旬播種的冬小麥產(chǎn)量及其三要素最高，原因是灌漿期雖然存在降雨量偏多現(xiàn)象，但較高的日照時數(shù)和氣溫日較差的正作用，利于形成較高的千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)。10月下旬播種的冬小麥較11月上旬和11月中旬播種處理產(chǎn)量高，原因是灌漿期溫度較適宜、降雨量和日照時數(shù)充足，千粒質(zhì)量相對較大、穗粒數(shù)相對較多;但和10月中旬播種處理相比，日均相對濕度較高，日照時數(shù)和氣溫日較差較低，導(dǎo)致產(chǎn)量較低。11月上旬、11月中旬播種的冬小麥灌漿期受高溫高濕脅迫和寡照的影響較大，降水少、陰天多、光照少、日均溫高、日均相對濕度大，導(dǎo)致這2個播期處理產(chǎn)量相對較低。

豫南稻茬麥區(qū)冬小麥灌漿期高溫高濕是制約該地區(qū)產(chǎn)量提高的主要因素。選擇適宜的播期可以適當(dāng)降低高溫高濕的影響，提高豫南稻茬麥區(qū)冬小麥的產(chǎn)量。本研究結(jié)果表明，豫南稻茬麥區(qū)冬小麥適宜的播期是10月中旬，其灌漿期溫度適宜，氣溫日差較大，冬小麥產(chǎn)量較高；較適宜的播期為10月下旬，冬小麥灌漿期受高溫和陰雨寡照影響較輕，產(chǎn)量比10月中旬播種處理略低(原因是日照時數(shù)較低)。冬小麥不適宜的播期為11月上旬和中旬，其灌漿期高溫高濕和陰雨寡照對千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)的負(fù)影響較大，嚴(yán)重限制產(chǎn)量。

本試驗(yàn)只反映了豫南稻茬麥區(qū)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成和氣象因子的關(guān)系，如何通過播期的調(diào)整來利用豫南稻茬麥區(qū)氣候資源優(yōu)勢，提高冬小麥躲避或抵抗不利氣象因子影響的能力，從而提高豫南稻茬麥區(qū)冬小麥的產(chǎn)量，有待進(jìn)一步研究。