韓鐘英,楊義榮,陳桂平,趙財,樊志龍

(1.甘肅省農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究院,甘肅 武威 733000；2.甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院,甘肅 蘭州 730070)

如何提高糧食作物單產(chǎn),利用有限耕地資源生產(chǎn)足夠的糧食以滿足迅速增長人口的需求,是當(dāng)今農(nóng)業(yè)發(fā)展必須解決的重要問題之一[1-2].小麥(Triticumaestivum)作為主要糧食作物之一,其產(chǎn)量水平的高低在保障我國糧食安全方面具有重要作用.小麥產(chǎn)量的高低不僅依賴于水、肥、藥等管理措施的合理利用,還與播種方式和種植密度關(guān)系密切.通過優(yōu)化小麥作物的空間布局及密度,構(gòu)建合理的群體結(jié)構(gòu),可以協(xié)調(diào)群體與個體生長之間的關(guān)系,促進(jìn)作物群體光能利用率,從而提高小麥產(chǎn)量[3].因此,通過合理農(nóng)藝措施協(xié)調(diào)群體生長,進(jìn)一步提高小麥群體產(chǎn)量,對保障糧食生產(chǎn)具有重要意義.

小麥寬幅勻播技術(shù)以擴(kuò)播幅、促勻播和擴(kuò)行距為核心,相比于傳統(tǒng)密集條播,能有效促進(jìn)種子均勻播種、增大單株(單粒)營養(yǎng)面積、優(yōu)化作物群體內(nèi)空間結(jié)構(gòu),從而對前期壯苗培育和中后期光能利用具有良好的促進(jìn)作用[4].而種植密度是調(diào)控小麥群體大小、協(xié)調(diào)小麥群體與個體生長直接有效的栽培措施[5-6].就個體而言,播量較低時土壤養(yǎng)分供應(yīng)均勻充足,通風(fēng)透光條件良好,單株營養(yǎng)面積比較大,個體能夠形成更多的分蘗及根系[7].但對于群體而言,在合理密度范圍內(nèi),群體產(chǎn)量隨播量的增加而增大,但播量超過合理閾值時,個體之間競爭加劇,群體干物質(zhì)積累量和葉面積反而降低,最終影響產(chǎn)量[6].春小麥分蘗力較弱,通過提高密度增加單位面積主莖穗數(shù)是其獲得高產(chǎn)的主要途徑[8].寬幅勻播對于空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化,能否使春小麥在進(jìn)一步增密條件下仍然保持良好的群體生長狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)缺乏理論和實(shí)踐支持.

西北干旱綠洲灌區(qū)春小麥種植歷史悠久、面積較大,作物生長期內(nèi)光熱資源豐富,晝夜溫差大,小麥品質(zhì)優(yōu)良.目前,試區(qū)春小麥播量為450～525 kg/hm2,基本苗675萬～825萬株/hm2,產(chǎn)量主要以主莖穗形成,分蘗數(shù)≤1,通過寬幅勻播增密技術(shù)提高其群體產(chǎn)量,對區(qū)域糧食生產(chǎn)具有積極作用.本研究在不同播種方式中,研究春小麥在不同種植密度下的生長速率及葉面積表現(xiàn),分析其產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的變化規(guī)律,明確寬幅勻播春小麥在不同群體大小條件下生長狀態(tài)及產(chǎn)量表現(xiàn),為深入挖掘播種方式及合理密植的協(xié)同增產(chǎn)效應(yīng)提供理論和實(shí)踐依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2019年在甘肅省河西走廊東部的永昌縣朱王堡鎮(zhèn)(N 38°2′,E 102°6′)進(jìn)行,年平均日照2 884.2 h,平均氣溫7.8 ℃,降水量124 mm,年蒸發(fā)量2 000.6 mm,無霜期145 d.試區(qū)土壤為典型的灌漠土,土壤有機(jī)質(zhì)含量為16.5 g/kg、全氮含量為1.04 g/kg、堿解氮含量為80.45 mg/kg、速效磷含量為21.6 mg/kg、速效鉀含量為148.3 mg/kg.主要栽培作物為春小麥、玉米(Zeamays)、大麥(Hordeumvulgare).

1.2 試驗設(shè)計

參試春小麥品種為隴春30號,采用裂區(qū)試驗設(shè)計,主區(qū)為播種方式：寬幅勻播(W)和常規(guī)條播(C),裂區(qū)為不同播量： 390(D1)、420(D2)、450(D3)、480(D4)和510 kg/hm2(D5),組成10個處理,每處理重復(fù)3次,小區(qū)長寬為8 m×5 m.其中,寬幅勻播處理使用寬幅勻播機(jī)播種,幅寬為12 cm,行距為22 cm；常規(guī)條播使用谷物條播機(jī)播種,行距為15 cm.全生育期施氮量為180 kg/hm2,全生育期灌水量為280 mm,冬儲灌為120 mm.

1.3 測定指標(biāo)與計算方法

作物生長速率：應(yīng)用干物質(zhì)積累量計算作物生長速率,生育期內(nèi)每20 d測定1次地上部干物質(zhì)積累量.隨機(jī)選取20株小麥植株,105 ℃殺青1 h,80 ℃下繼續(xù)烘干至恒質(zhì)量后稱質(zhì)量.

CGR=(W2-W1)/(T2-T1)

式中：CGR表示作物生長速率(kg/hm2·d),W1和W2分別為T1和T2時的干物質(zhì)積累量.

葉面積指數(shù)：每隔20 d采用質(zhì)量法測定一次葉面積.葉面積指數(shù)(LAI)為單位面積上所有葉片面積的總和與相應(yīng)土地面積之比.

產(chǎn)量：小麥成熟后按小區(qū)單獨(dú)收獲計產(chǎn).

產(chǎn)量構(gòu)成：在小麥完熟初期,在小區(qū)內(nèi)用隨機(jī)選取2 m×2 m樣方測定并計算單位面積穗數(shù),隨機(jī)選取60株小麥考種,測定穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量.

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel和SPSS 17.0軟件整理分析，應(yīng)用Duncan法進(jìn)行差異顯著性檢驗.

2 結(jié)果與分析

2.1 播種方式和密度對小麥生長的影響

2.1.1 不同播種方式和密度條件下小麥生長速率的動態(tài)變化 播種方式和播量均對小麥生長速率有顯著影響(P播種方式<0.05,P密度<0.05),且播種方式與播量對生長速率的交互作用顯著(P播種方式×密度<0.05).不同播種方式相比較,寬幅勻播較常規(guī)條播小麥全生育期生長速率平均高8.5%～29.7%(圖1).不同播量之間,當(dāng)播量小于D4時,寬幅勻播小麥生長速率隨著播量的增加而提高,其中D2較D1全生育期平均高13.9%、D3較D2平均高15.8%、D4較D3平均高15.7%,雖然D5小麥生長速率在3月20日至4月30日顯著大于D4,但在4月30日至5月20日兩者之間差異不顯著,D4春小麥生長速率在5月20日至7月18日反而較D5高7.0%～21.5%；當(dāng)播量小于D3時,常規(guī)條播小麥生長速率隨著播量的增加而提高,其中D2較D1平均高19.3%、D3較D2平均高18.6%,D4和D5小麥生長速率在3月20日至5月20日均大于D3,但在5月20日至7月18日低于D3.各處理之間,WD4小麥全生育期平均生長速率獲得最大值.

2.1.2 不同播種方式和密度條件下小麥葉面積指數(shù)的動態(tài)變化 播種方式和播量對小麥葉面積指數(shù)(LAI)均有顯著影響(P播種方式<0.05,P密度<0.05),且交互作用顯著(P播種方式×密度<0.05).就播種方式而言(圖2),寬幅勻播較常規(guī)條播小麥LAI全生育期平均高12.2%～29.0%.不同播量之間,當(dāng)播量小于D4時,寬幅勻播小麥LAI隨播量的增加呈增大趨勢,其中D2較D1全生育期平均提高13.2%,D3較D2提高15.2%,D4較D3提高10.6%,雖然D5在4月10日至4月30日大于D4小麥LAI,但是在5月20日至7月18日,D4小麥LAI反而較D5高5.2%～15.8%；當(dāng)播量小于D3時,常規(guī)條播小麥LAI隨播量的增加而增大,其中D2較D1全生育期平均提高12.1%,D3較D2提高14.8%,雖然D4和D5小麥LAI在4月10日至4月30日均大于D3,但是在5月20日至7月18日反而低于D3.就各處理而言,WD4處理可使小麥全生育期平均LAI獲得最大值.

圖1 不同播種方式和密度處理小麥的生長速率Figure 1 The crop growth rate of wheat with different sowing patterns and planting densities

圖2 不同播種方式和密度處理小麥的葉面積指數(shù)Figure 2 Leaf area index of wheat with different sowing patterns and planting densities

2.2 小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素對播種方式和密度的響應(yīng)

播種方式對小麥單位面積穗數(shù)無顯著影響,播量對小麥單位面積穗數(shù)具有顯著影響,播種方式與播量對單位面積穗數(shù)無顯著交互作用(表2).小麥單位面積穗數(shù)隨密度的增大呈增加趨勢,其中D2較D1單位面積穗數(shù)平均增加12.8%、D3較D2平均增加17.1%、D4較D3平均增加8.7%,D5與D4單位面積穗數(shù)之間差異不顯著.各處理中,WD4和CD4可保障試區(qū)春小麥獲得較高的單位面積穗數(shù).

播種方式對小麥穗粒數(shù)的影響不顯著,播量對穗粒數(shù)影響顯著,播種方式與播量對穗粒數(shù)無顯著交互作用.小麥穗粒數(shù)隨播量的增大呈減少的趨勢,寬幅勻播D5較D1、D2小麥穗粒數(shù)分別降低5.8%和3.9%；常規(guī)條播D4較D1、D2、D3小麥穗粒數(shù)分別低4.9%、4.0%和4.5%,D5較D1、D2、D3小麥穗粒數(shù)分別低6.9%、6.0%和6.4%.各處理之間相比較,WD4和CD3處理可使春小麥在播量較大的條件下保持較高的穗粒數(shù).

小麥千粒質(zhì)量受到播種方式和密度的顯著影響,且播種方式與密度的交互作用顯著.不同播種方式相比較,寬幅勻播小麥千粒質(zhì)量在D4、D5密度下較常規(guī)條播分別高9.8%、19.2%.小麥千粒質(zhì)量隨密度增大呈降低趨勢,寬幅勻播D5分別較D1、D2、D3小麥千粒質(zhì)量低6.6%、6.2%和5.5%；常規(guī)條播D4分別較D1、D2、D3小麥千粒質(zhì)量低8.3%、8.5%和8.1%,D5較D4低11.6%.就各處理而言,WD4處理可使試區(qū)春小麥在較大播量條件下獲得較高的千粒質(zhì)量.

表1 不同播種方式及密度處理小麥的產(chǎn)量構(gòu)成因素

2.3 小麥產(chǎn)量對不同播種方式和密度的響應(yīng)

2.3.1 小麥籽粒產(chǎn)量對不同播種方式和密度的響應(yīng) 播種方式和播量均對小麥籽粒產(chǎn)量有顯著影響(P播種方式= 0.027<0.05,P密度= 0.018<0.05),且交互作用顯著(P播種方式×密度=0.023<0.05).就播種方式而言,在D2、D4、D5播量條件下,寬幅勻播較常規(guī)條播小麥籽粒產(chǎn)量分別高5.3%、21.0%和28.3%(圖3).不同播量之間,小麥籽粒產(chǎn)量隨播量的增大呈先增加后降低的趨勢,其中寬幅勻播小麥在D4中能夠獲得最大籽粒產(chǎn)量,分別較D1、D2、D3和D5高48.9%、26.6%、10.6%和10.0%；而常規(guī)條播小麥在D3中可獲得最大籽粒產(chǎn)量,分別較D1、D2、D4和D5高42.4%、22.5%、11.2%和29.8%,與D4產(chǎn)量差異不顯著.就各處理而言,WD4可使小麥獲得最大籽粒產(chǎn)量.

圖3 不同播種方式和密度處理小麥的籽粒產(chǎn)量Figure 3 Grain yield of wheat with different sowing patterns and planting densities

2.3.2 小麥生物產(chǎn)量對不同播種方式和密度的響應(yīng) 小麥生物產(chǎn)量受到播種方式和播量的顯著影響(P播種方式= 0.042<0.05,P密度= 0.018<0.05),且播種方式和播量對其交互作用顯著(P播種方式×密度=0.023<0.05).不同播種方式之間相比較,寬幅勻播小麥生物產(chǎn)量在D1、D2、D4和D5中分別較常規(guī)條播小麥高13.8%、11.5%、8.1%和14.0%.不同播量之間,寬幅勻播小麥在D4中可獲得最大生物產(chǎn)量,分別較D1、D2和D5高25.5%、10.9%和14.3%；而常規(guī)條播小麥在D3中可獲得最大生物產(chǎn)量,分別較D1、D2、D4和D5高40.5%、21.6%、6.4%和28.3%.就各處理而言,WD4和CD3可獲得最大小麥生物產(chǎn)量.

圖4 不同播種方式和密度處理小麥的生物產(chǎn)量Figure 4 Biomass of wheat with different sowing patterns and planting densities

3 討論

3.1 寬幅勻播合理密植對春小麥群體生長的促進(jìn)效應(yīng)

小麥合理群體結(jié)構(gòu)能夠營造良好的群體內(nèi)部環(huán)境,從而促使小麥群體協(xié)調(diào)生長,為其籽粒形成奠定良好的物質(zhì)基礎(chǔ)[9].合理的行距配置能夠優(yōu)化小麥后期群體冠層結(jié)構(gòu),改善群體內(nèi)部環(huán)境,有利于群體光合作用[10-11].寬幅勻播較常規(guī)條播增大播幅和行距后,能夠增加小麥個體營養(yǎng)面積和光照,進(jìn)而促進(jìn)其生長,提高群體質(zhì)量[3-4,12].本研究中,寬幅勻播較常規(guī)條播可使小麥群體生長速率和葉面積指數(shù)顯著提高.在播量閾值范圍內(nèi),小麥干物質(zhì)積累及葉面積均隨播量增大而提高,但超過播量閾值,干物質(zhì)積累和葉面積反而呈降低趨勢[13].探究作物各階段干物質(zhì)積累及葉面積指數(shù)動態(tài),可為協(xié)調(diào)庫源關(guān)系實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)提供理論依據(jù)[14].本研究結(jié)果表明,密度對5月20日以后的春小麥生長速率和葉面積指數(shù)產(chǎn)生顯著影響,寬幅勻播小麥在D4中可獲得最大生長速率和葉面積指數(shù),而常規(guī)條播小麥在D3中可獲得最大生長速率和葉面積指數(shù).寬幅勻播較常規(guī)條播處理能夠提高春小麥的納密能力,進(jìn)一步增大春小麥的葉面積指數(shù),在生長后期保障較高的群體生長速率,為產(chǎn)量形成奠定良好的物質(zhì)基礎(chǔ).

3.2 寬幅勻播與密度對春小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的協(xié)同效應(yīng)

在相同密度條件下,千粒質(zhì)量是決定春小麥籽粒產(chǎn)量的關(guān)鍵因素[15].本研究中,寬幅勻播小麥單位面積穗數(shù)和穗粒數(shù)與常規(guī)條播小麥無顯著差異,但是寬幅勻播在D4和D5高播量條件下較常規(guī)條播可使春小麥千粒質(zhì)量分別提高7.8%和8.0%.其主要原因在于,寬幅勻播較常規(guī)條播提高了小麥群體的容穗量[3,16].種植密度對作物群體大小和產(chǎn)量形成均具有直接影響[17-18].然而,小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素并不能同時提高,穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量隨單位面積穗數(shù)的增加呈降低趨勢,通過合理栽培措施促進(jìn)產(chǎn)量構(gòu)成因素協(xié)調(diào)發(fā)展是實(shí)現(xiàn)小麥高產(chǎn)的有效途徑[19].本研究結(jié)果表明,增加春小麥密度能夠顯著提高單位面積穗數(shù),但是穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量隨著密度的增加呈降低趨勢.而由于播種方式與密度處理的交互作用,寬幅勻播小麥密度達(dá)到D5時,其千粒質(zhì)量才顯著降低,而常規(guī)條播小麥千粒質(zhì)量在密度為D4時就顯著降低.

3.3 寬幅勻播合理密植對春小麥的增產(chǎn)效應(yīng)

在產(chǎn)量形成方面,單位面積穗數(shù)是小麥產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),但是穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量在超過適宜范圍后隨單位面積穗數(shù)的增加而降低[6].播種方式對小麥籽粒產(chǎn)量具有顯著影響,對于冬小麥而言,寬幅播種處理的納密能力顯著高于常規(guī)條播,其穗粒質(zhì)量隨密度增加而降低的幅度顯著低于常規(guī)條播[3,20].本研究中,常規(guī)條播春小麥在D3密度水平即達(dá)到籽粒產(chǎn)量上限,而寬幅勻播春小麥在D4水平才達(dá)到籽粒產(chǎn)量上限.以上結(jié)果表明,寬幅勻播較常規(guī)條播的密植增產(chǎn)效應(yīng)更強(qiáng).

4 結(jié)論

寬幅勻播較常規(guī)條播能夠增強(qiáng)春小麥的納密能力,結(jié)合合理密植能夠同時增加群體源器官(葉面積)和庫器官(單位面積穗數(shù)),協(xié)調(diào)產(chǎn)量構(gòu)成因素之間的關(guān)系,從而顯著增加籽粒產(chǎn)量.在本試驗條件下,寬幅勻播春小麥密度為480 kg/hm2時可獲得最高籽粒產(chǎn)量.