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        不同密度下夏播紅小豆抗倒伏能力變化規(guī)律的研究

        2020-10-20 06:48:32王樂政華方靜曹鵬鵬高鳳菊王士嶺高祺
        山東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2020年9期
        關(guān)鍵詞:紅小豆莖稈分枝

        王樂政,華方靜,曹鵬鵬,高鳳菊,王士嶺,高祺

        (德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,山東 德州 253000)

        作物倒伏易造成通風(fēng)透光差、光合作用減弱,進而降低單產(chǎn),影響產(chǎn)品品質(zhì);同時倒伏可造成植株損傷,為病害傳播提供條件,加重病害[1];此外,倒伏還會增加收獲難度和成本,制約機械化生產(chǎn)進程,影響收獲效率[2]??梢姷狗怯绊懽魑锔弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)高效的重要限制因素。已有研究表明作物的抗倒伏能力與形態(tài)性狀密切相關(guān)[3-6]。形態(tài)性狀又受種植密度的直接影響,當(dāng)種植密度增加到一定程度時會影響玉米的莖稈性狀,如株高和穗位變高、莖粗變細(xì)、莖稈強度降低等,最終導(dǎo)致玉米莖稈抗倒伏能力降低,進而影響玉米產(chǎn)量[7,8];大豆的抗倒伏系數(shù)隨著株高、鮮重的增加而減小,隨莖粗的增加而增大[9]。這說明選擇適宜的密度對于調(diào)控植株形態(tài)、增強抗倒伏能力從而確保高產(chǎn)、高效具有重要實踐意義。

        近年來,關(guān)于不同種植密度下植株抗倒特性的研究逐漸增加。陳喜鳳等[10]研究發(fā)現(xiàn),種植密度改變了大豆的群體結(jié)構(gòu),隨著密度增加,倒伏逐漸加重且與低密度差異顯著。劉唐興等[11]研究發(fā)現(xiàn),油菜終花期后,播種密度顯著影響油菜的抗倒伏能力,且隨密度增大越易倒伏。李金才等[12]研究認(rèn)為,小麥生長發(fā)育后期,隨播種密度的加大,莖稈貯藏物質(zhì)向穗部轉(zhuǎn)運率增加,莖稈抗倒能力隨之下降。本課題組前期研究表明,與紅小豆抗倒伏能力相關(guān)的性狀主要包括莖粗、根鮮重、莖稈強度、株高、地上鮮重和分枝數(shù)等,抗倒指數(shù)[(莖粗×根鮮重×莖稈強度)/(株高×地上鮮重×(1+分枝數(shù))]是這些性狀的綜合體現(xiàn),雖然與產(chǎn)量不直接相關(guān),但其任何一個性狀發(fā)生變化,都會影響植株的抗倒伏性,能較為系統(tǒng)地體現(xiàn)紅小豆田間的抗倒伏能力[13];不同種植密度條件下,紅小豆的形態(tài)性狀發(fā)生變化,如隨著密度的增大,株高降低,分枝數(shù)減少,主莖節(jié)數(shù)下降,單株結(jié)莢數(shù)和單株粒數(shù)降低等[14]。在以前的基礎(chǔ)上,本試驗以紅小豆品種中紅7號(V1)、冀紅15號(V2)為材料,設(shè)置不同種植密度處理,研究不同密度下夏播紅小豆抗倒伏性狀、抗倒指數(shù)和產(chǎn)量的變化,闡明群體結(jié)構(gòu)與抗倒伏性狀變化的規(guī)律,為實現(xiàn)夏播紅小豆抗倒伏、高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地概況

        試驗于2019年6—9月在德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園試驗基地(37°27′N,116°18′E)進行。試驗地為黃潮土,0~20 cm土壤基礎(chǔ)理化性狀:有機質(zhì)含量12.37 g/kg、全氮1.31 g/kg、速效氮62.01 mg/kg、速效磷57.11 mg/kg、速效鉀102.57 mg/kg,含鹽量0.10%,pH值7.87。前茬作物為冬小麥,麥?zhǔn)蘸蠼斩掃€田。

        1.2 試驗材料與設(shè)計

        供試紅小豆品種中紅7號,由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供;冀紅15號,由河北省農(nóng)林科學(xué)院糧油作物研究所提供。試驗采用兩因素完全隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)V1(中紅7號)、V2(冀紅15號)2個品種處理和d1(每公頃10.0萬株)、d2(每公頃12.0萬株)、d3(每公頃14.0萬株)、d4(每公頃16.0萬株)和d5(每公頃18.0萬株)5個種植密度處理,重復(fù)3次。小區(qū)面積24 m2(4 m×6 m),區(qū)內(nèi)種12行,行距0.5 m,株距根據(jù)密度相應(yīng)調(diào)整,重復(fù)間設(shè)1 m調(diào)查道,四周設(shè)2 m保護行。依據(jù)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)管理水平進行生育期內(nèi)的田間管理,各小區(qū)田間操作保持一致。

        1.3 測定項目與方法

        性狀測定:于紅小豆成熟期收獲前取各小區(qū)中間2行任一行的連續(xù)10株,進行性狀測定。按照《小豆種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[15]測定株高、莖粗、分枝數(shù)、單株莢數(shù)、單株粒重、每莢粒數(shù)和百粒重。

        地上鮮重(g/株):子葉節(jié)以上部分的鮮生物量。

        根鮮重(g/株):子葉節(jié)以下部分的鮮生物量。

        莖稈強度(N):以植株單莖的最大抗折力衡量莖稈機械強度。用數(shù)字莖稈強度儀(YYD-1型,浙江托普儀器有限公司產(chǎn)品)進行測定。取主莖子葉節(jié)上10 cm莖稈分別放于支撐架凹槽內(nèi),兩支撐點的距離為5 cm,然后緩慢下壓,直到莖稈折斷為止,此時讀出的數(shù)值即為莖稈強度。

        抗倒指數(shù)[13]:抗倒指數(shù)=(莖粗×根鮮重×莖稈強度)/(株高×地上鮮重×(1+分枝數(shù))。

        測產(chǎn):取小區(qū)中間4行(面積12 m2)收獲,脫粒后自然曬干,稱重計產(chǎn)(kg/hm2)。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        用Microsoft Excel 2007進行數(shù)據(jù)處理和作圖,用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進行統(tǒng)計分析,用新復(fù)極差法標(biāo)定5%差異顯著水平。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同密度下紅小豆抗倒伏性狀的變化

        2.1.1 株高變化 紅小豆V1、V2的株高隨種植密度的增加而逐漸增高,變異系數(shù)分別為7.37%、12.99%。方差分析表明,品種間(F=557.495**)、密度間(F=118.437**)、品種與密度互作(F=4.822**)均具有極顯著差異?;貧w分析(圖1)表明,株高與密度表現(xiàn)出極顯著直線正相關(guān)關(guān)系(r1=0.9944**,r2=0.9906**),可用方程y1=1.0457x+30.466(R2=0.9888**)、y2=1.5143x+16.013(R2=0.9813**)表示。從圖1可以看出,V1株高顯著大于V2,且株高在不同密度下具有顯著變化,受密度影響的程度V2大于V1,品種與密度間具有極顯著的互作效應(yīng)。

        圖1 不同密度下株高變化

        2.1.2 莖粗變化 紅小豆V1、V2的莖粗隨種植密度的增加而逐漸減小,變異系數(shù)分別為8.90%、5.43%。方差分析表明,品種間(F=0.482)、品種與密度互作(F=1.186)差異均不顯著,密度間(F=16.299**)具有極顯著差異?;貧w分析(圖2)表明,莖粗與密度表現(xiàn)出極顯著的直線負(fù)相關(guān)關(guān)系(r1=-0.9691**,r2=-0.9879**),可用方程y1=-0.1911x+9.6775(R2=0.9400**)、y2=-0.1183x+8.5789(R2=0.9764**)表示。從圖2可以看出,V1、V2的莖粗差異較小,但莖粗在不同密度下具有顯著變化,V1受密度影響的程度大于V2,品種與密度間的互作效應(yīng)較小。

        2.1.3 分枝數(shù)變化 紅小豆V1、V2的分枝數(shù)隨種植密度的增加而逐漸減少,變異系數(shù)分別為45.63%、36.13%。方差分析表明,品種間(F=150.028**)、密度間(F=47.781**)具有極顯著差異,品種與密度互作(F=2.356)差異不顯著?;貧w分析(圖3)表明,分枝數(shù)與密度表現(xiàn)出極顯著的直線負(fù)相關(guān)關(guān)系(r1=-0.9900**,r2=-0.9972**),可用方程y1=-0.1567x+3.2867(R2=0.9809**)、y2=-0.2367x+5.3933(R2=0.9947**)表示,說明V2分枝數(shù)顯著大于V1,分枝數(shù)在不同密度下變化顯著,V2受密度影響的程度大于V1,品種與密度間的互作效應(yīng)較小。

        圖2 不同密度下莖粗變化

        圖3 不同密度下分枝數(shù)變化

        2.1.4 地上鮮重變化 紅小豆V1、V2的地上鮮重隨種植密度的增加而逐漸減少,變異系數(shù)分別為27.3%、20.91%。方差分析表明,品種間(F=516.851**)、密度間(F=724.692**)、品種與密度互作(F=47.509**)均具有極顯著差異?;貧w分析(圖4)表明,地上鮮重與密度表現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r1=-0.9778**,r2=-0.981**)。2個品種地上鮮重隨種植密度增加呈逐漸減少的趨勢,在d1、d2、d3處理間下降較快,在d4、d5處理間較為緩和。地上鮮重隨種植密度的變化可用方程y1=0.4392x2-18.045x+231.14(R2=0.9875*)、y2=0.2057x2-9.4373x+146.85(R2=0.9791*)表示,說明V1地上鮮重顯著大于V2,不同密度下變化顯著;地上鮮重在每公頃14萬株以下時隨密度增加快速減少,超過14萬株則緩慢減少,即受影響程度變小,其中V1受密度影響的程度大于V2。

        圖4 不同密度下地上鮮重變化

        2.1.5 根鮮重變化 紅小豆V1、V2的根鮮重隨種植密度的增加而逐漸減少,變異系數(shù)分別為18.22%、19.19%。方差分析表明,品種間(F=16.268**)、密度間(F=83.963**)均具有極顯著差異,品種與密度互作(F=1.586)差異不顯著。回歸分析(圖5)表明,根鮮重與密度表現(xiàn)出極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(r1=-0.9593**,r2=-0.9793**)。2個品種根鮮重在d1、d2處理間下降較快,在d3、d4、d5處理間下降緩慢。根鮮重隨種植密度的變化可用方程y1=0.0212x2-0.7927x+10.376(R2=0.9783*)、y2=0.0138x2-0.5853x+8.7255(R2=0.9843*)表示,說明V1的根鮮重顯著大于V2,不同密度下變化顯著;根鮮重在每公頃12萬株以下時隨密度增加快速下降,超過12萬株以后緩慢下降,即受影響程度變小,其中V1受密度影響程度大于V2。2.1.6 莖稈強度變化 紅小豆V1、V2的莖稈強度隨種植密度的增加而逐漸降低,變異系數(shù)分別為17.62%、13.78%。方差分析表明,品種間(F=601.423**)、密度間(F=1188.019**)、品種與密度互作(F=37.728**)均具有極顯著差異?;貧w分析(圖6)表明,莖稈強度與密度表現(xiàn)出極顯著的直線負(fù)相關(guān)關(guān)系(r1=-0.9944**,r2=-0.9988**),可用方程y1=-6.4587x+207.0(R2=0.9887**)、y2=-4.5883x+169.67(R2=0.9976**)表示。由圖6可以看出,V1莖稈強度顯著大于V2,且在不同密度下具有顯著變化,密度對V1的影響大于V2,品種與密度間具有極顯著的互作效應(yīng)。

        圖5 不同密度下根鮮重變化

        圖6 不同密度下莖稈強度變化

        2.2 不同密度下紅小豆抗倒伏指數(shù)的變化

        對不同密度下2個紅小豆品種的抗倒伏指數(shù)進行方差分析表明,各作用因子對抗倒伏指數(shù)影響的大小順序為品種(F=1680.934**)>品種×密度(F=138.286**)>密度(F=42.161**)。如表1所示,V1的抗倒伏指數(shù)顯著高于V2,V1各密度下平均抗倒伏指數(shù)是V2的1.2倍,說明選擇抗倒伏品種是提高夏播紅小豆田間抗倒伏能力的關(guān)鍵措施。不同密度下,V1抗倒伏指數(shù)的大小順序為d4>d1>d5>d2>d3,除d4、d1差異不顯著外,其它各密度間差異顯著;V2抗倒伏指數(shù)的大小順序為d1>d3>d2>d5>d4,除d1、d3差異不顯著外,其它各密度間差異顯著??梢钥闯?,d4、d1是V1具有較高抗倒伏能力的適宜密度,d1、d3則是V2具有較高抗倒伏能力的適宜密度。說明提高夏播紅小豆田間抗倒伏能力,除選擇抗倒伏品種外,適宜的種植密度也是重要措施之一。

        表1 不同密度下紅小豆抗倒伏指數(shù)的變化

        2.3 不同密度下紅小豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素的變化

        由表2可知,不同密度下2個小豆品種產(chǎn)量的變化規(guī)律一致,均隨著密度加大先逐漸增加后降低,均以d4最高、d1最低,密度間產(chǎn)量差異顯著。各密度下,V1產(chǎn)量從大到小依次為:d4>d5>d3>d2>d1,d5、d3間產(chǎn)量差異不顯著,但均顯著低于d4而高于d2、d1,d2、d1間產(chǎn)量差異不顯著;V2產(chǎn)量從大到小依次為:d4>d3>d5>d2>d1,d3與d5差異不顯著,顯著低于d4而高于d2、d1,d5與d2差異不顯著,顯著高于d1。

        表2 不同密度下紅小豆產(chǎn)量及構(gòu)成因素的變化

        從不同品種產(chǎn)量的變異系數(shù)來看,V2受密度影響的程度大于V1,品種間產(chǎn)量差異極顯著,V1>V2,品種與密度對產(chǎn)量的影響表現(xiàn)出顯著的互作效應(yīng)。各產(chǎn)量構(gòu)成因素受密度的影響程度不同,單株莢數(shù)和單株粒重變異系數(shù)較大,即受密度影響較大;每莢粒數(shù)和百粒重變異系數(shù)較小,即受密度影響較小。與V2相比,V1單株粒重和百粒重受影響程度較大,單株莢數(shù)和每莢粒數(shù)則較小,品種間產(chǎn)量差異極顯著。V1品種,首先受影響的是單株粒重,其次是單株莢數(shù),再次是百粒重,最后是每莢粒數(shù);V2品種則表現(xiàn)為單株莢數(shù)首先受影響,其次是單株粒重,再次是每莢粒數(shù),最后是百粒重??梢钥闯觯?個紅小豆品種密度在每公頃14萬~18萬株間均能獲得較高產(chǎn)量,其中每公頃16萬株時產(chǎn)量最高,V1為2 785.4 kg/hm2,V2為2 514.8 kg/hm2。

        3 討論與結(jié)論

        隨著種植密度的增大,植株地上部群體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,紅小豆的株高增高,分枝數(shù)、主莖節(jié)數(shù)逐漸減少,地上部生物量逐漸降低;同時地下部也受到極大影響,根生物量和側(cè)根數(shù)減少[16]。本試驗中,隨密度增加,2個紅小豆品種的株高逐漸增高,莖粗逐漸減小,分枝數(shù)、地上鮮重和根鮮重逐漸減少,密度間差異顯著,與先前的研究結(jié)果一致。研究還發(fā)現(xiàn),不同紅小豆品種形態(tài)性狀的變化受種植密度的影響程度不同,株高、分枝數(shù)的變化,V2大于V1;而莖粗、地上鮮重和根鮮重的變化,V1大于V2,不同品種間差異顯著,這與華方靜等[13]的研究結(jié)果一致。

        植株地上部莖稈和地下部根系性狀是影響倒伏的兩大因素[17]。鄭亭等[18]研究認(rèn)為,隨著株高和重心高度的降低,單莖干物質(zhì)積累量增多,節(jié)間縮短增粗,機械強度提高,田間不易發(fā)生倒伏。李金才等[12]研究發(fā)現(xiàn),植株較矮和植株重心較低,莖稈基部節(jié)間粗、短、莖壁厚且干重大,以及較高的莖稈機械組織強度是莖稈抗倒株型的形態(tài)特征。本研究表明,2個紅小豆品種的抗倒伏指數(shù)差異顯著,V1大于V2,說明提高夏播紅小豆的抗倒伏能力,品種應(yīng)是首選;V1的抗倒伏指數(shù)在d4、d1密度下較高,而V2的抗倒伏指數(shù)在d1、d3密度下較高,這是由于植株的抗倒伏能力是基部莖稈和根系性狀相互作用的結(jié)果[19]??沟狗笖?shù)是莖粗、根鮮重、莖稈強度、株高、地上鮮重和分枝數(shù)等性狀的綜合體現(xiàn),任何一個形狀的變化,都會影響抗倒性。低密度下,“莖粗×根鮮重×莖稈強度”較大,抗倒指數(shù)較大;隨著種植密度的增大,莖粗、根鮮重、莖稈強度、地上鮮重和分枝數(shù)而降低,但降低的速度不同,致使V1、V2的抗倒指數(shù)[(莖粗×根鮮重×莖稈強度)/(株高×地上鮮重×(1+分枝數(shù))]分別在d4、d1密度下最高。

        紅小豆V2產(chǎn)量受密度影響的程度大于V1,品種間產(chǎn)量差異極顯著,V1>V2;不同密度下2個紅小豆品種產(chǎn)量的變化規(guī)律一致,均隨著密度加大先增加后降低,密度間差異極顯著。2個品種密度在每公頃14萬~18萬株間均能獲得較高產(chǎn)量,16萬株時產(chǎn)量最高,V1為2 785.4 kg/hm2,V2為2 514.8 kg/hm2;密度為每公頃16萬株時V1的抗倒指數(shù)最高,14萬株時V2的抗倒指數(shù)最高,可以看出,V1最佳密度為每公頃16萬株,而V2為14萬株。因此本研究認(rèn)為,選用紅小豆品種中紅7號、采用每公頃16萬株種植,是實現(xiàn)夏播紅小豆抗倒伏、高產(chǎn)高效栽培的有效措施。由于夏播紅小豆產(chǎn)量和抗倒伏能力還受生態(tài)環(huán)境、土壤肥力及其它栽培條件的影響,仍有待于進一步研究。

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