湛長(zhǎng)貴，孫 婷，王冀川，高 振，李同蕊，熱亞乃木·阿西木

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾843300)

0 引 言

【研究意義】新疆南疆小麥一般和夏播玉米連作，為了充分保證夏播玉米的產(chǎn)量，往往需要前茬小麥晚播。小麥晚播要保證一定產(chǎn)量，需要有較高的密度做補(bǔ)償，但晚播、高密度會(huì)造成小麥群個(gè)體發(fā)育受到影響，其物質(zhì)生產(chǎn)的基礎(chǔ)-光合特性會(huì)表現(xiàn)出一定特征。加快研究充分利用光熱資源的麥-玉兩熟技術(shù)，大力發(fā)展小麥、玉米等糧食產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)前亟待解決的技術(shù)問(wèn)題?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】光合產(chǎn)物是小麥產(chǎn)量的根本來(lái)源，改善光合性能，提高光能利用率是協(xié)調(diào)小麥群體與個(gè)體的矛盾，獲得小麥高產(chǎn)的關(guān)鍵[1]。王樹(shù)麗[2]、胡煥煥[3]、劉萍[4]的研究均顯示隨著播期的延遲，群體光合速率呈下降的趨勢(shì)。由海霞[5]研究結(jié)果表明，種植密度過(guò)低，基本苗數(shù)少不易形成大群體，導(dǎo)致群體的透光率增大，種植密度過(guò)高，基本苗數(shù)增多形成大群體，在孕穗期以及灌漿初期的群體基部的透光率會(huì)降低，但到了灌漿后期葉片衰老快，群體基部的透光率增大，密度越大，群體的光照環(huán)境惡化程度越強(qiáng)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】針對(duì)播期、密度條件下滴灌冬小麥光合特征的研究較少[6]。研究播期和密度對(duì)滴灌冬小麥光合特性及產(chǎn)量的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】設(shè)置不同的播期和密度田間試驗(yàn)，研究不同播期及種植密度對(duì)滴灌冬小麥個(gè)體、群體發(fā)育和產(chǎn)量構(gòu)成的影響，分析最佳播期和適宜的密度組合，研究不同播種時(shí)間的密度效應(yīng)及適宜密度的范圍，完善滴灌冬小麥的高產(chǎn)栽培技術(shù)模式，為生產(chǎn)上適于冬麥-玉米一年兩熟的小麥晚播技術(shù)提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)于2018～2019年在新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)試驗(yàn)站網(wǎng)室中進(jìn)行，采用田間小區(qū)控制性試驗(yàn)，選用南疆地區(qū)廣泛推廣的新冬22號(hào)(弱冬性、大穗型品種)和邯鄲5316(冬性、多穗型品種)為材料。采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，播種期為主區(qū)，分別為9月23日(B1)、10月4日(B2)和10月15日(B3)；播種量為副區(qū)，分別為：M1：播種量3.15×106粒/hm2(即新冬22號(hào)147.42 kg/hm2，邯鄲5316，144.9 kg/hm2)，M2：播種量5.1×106粒/hm2(即新冬22號(hào)238.68 kg/hm2，邯鄲5316，234.6 kg/hm2)，M3：播種量7.05×106粒/hm2(即新冬22號(hào)329.94 kg/hm2，邯鄲5316，324.3 kg/hm2)和M4：播種量9×106粒/hm2(即新冬22號(hào)421.2 kg/hm2，邯鄲5316為414 kg/hm2)，3次重復(fù)，小區(qū)面積為7.53 m2(3.5 m×2.15 m)。滴灌毛管配置為1管4行模式(即每條滴灌帶兩邊各2行小麥)，小麥行距為15 cm，2條滴灌帶間距60 cm。

1.2 方 法

光合指標(biāo)：在小麥拔節(jié)、孕穗、揚(yáng)花、籽粒形成、灌漿、乳熟等時(shí)期采用美國(guó)產(chǎn)LI-6400XT光合分析儀在晴朗無(wú)風(fēng)的天氣于12:00～13:00時(shí)測(cè)定小麥頂部展開(kāi)葉的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度、胞間CO2濃度等光合生理生態(tài)指標(biāo)；在拔節(jié)、揚(yáng)花、灌漿期測(cè)定光合指標(biāo)日變化。

產(chǎn)量指標(biāo)：于蠟熟期每小區(qū)選擇2點(diǎn)，每點(diǎn)數(shù)取(2行×55.5 m)內(nèi)的有效穗數(shù)(穗粒數(shù)大于4粒以上的穗)計(jì)算收獲穗數(shù)；割取1 m2的麥穗進(jìn)行室內(nèi)考種，調(diào)查穗粒數(shù)和千粒重，折算成產(chǎn)量。

對(duì)試驗(yàn)獲得的群個(gè)體發(fā)育及產(chǎn)量構(gòu)成數(shù)據(jù)(Y)，與下籽量(X1)和冬前生長(zhǎng)的活動(dòng)積溫(X2)建立二次多項(xiàng)式逐步回歸方程Y=a+bX1+cX2+dX12+eX22+fX1X2，以播期、播量建立的產(chǎn)量效應(yīng)方程求得最大產(chǎn)量時(shí)的冬前生長(zhǎng)積溫和播量代入各效應(yīng)方程，即可得到優(yōu)選播期播量條件下的群個(gè)體發(fā)育及產(chǎn)量構(gòu)成的對(duì)應(yīng)值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

對(duì)數(shù)據(jù)以Excel進(jìn)行整理后制圖，用DPS7.05對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，基于最小顯著極差法多重比較并標(biāo)記字母。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)

研究表明，在同一播期下，旗葉Pn全期平均值隨密度的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)，M2>M1>M3>M4。在低密度下的旗葉Pn增長(zhǎng)速度高于高密度處理，低密度有利于個(gè)體生長(zhǎng)，光合能力增強(qiáng)，但由于密度過(guò)低，群體數(shù)量少，葉面積指數(shù)小，使光照資源產(chǎn)生漏光損耗，浪費(fèi)光照和土地資源。播量越大，密度越高，導(dǎo)致群體郁閉，通風(fēng)透光性較差，個(gè)體生長(zhǎng)較弱，導(dǎo)致凈光合速率值過(guò)低。圖1

在同一密度下，新冬22號(hào)在B2播期、邯鄲5316在M3播期下平均Pn最高。在灌漿期，各播期處理的Pn均表現(xiàn)為B3> B2>B1，適當(dāng)晚播有利于灌漿期葉片保持較高功能。生產(chǎn)中要優(yōu)化組合播期和密度，才能保證葉片保持較高的Pn。組合處理中，B2M2的Pn最高，為19.75～20.99 μmol CO2/(m2·s)，其次是B1M2，為18.01～19.31 μmol CO2/(m2·s)。圖2

新冬22號(hào)播期處理間的CV=26.48%，播量間的CV=37.29%，而邯鄲5316播期間的CV=21.96%，播量間的CV=15.43%，新冬22號(hào)的旗葉Pn受播量影響大于播期，而邯鄲5316的旗葉Pn受播期影響大于播量。

2品種在不同處理下的Pn大小有所不同，在同種處理下，邯鄲5316在各時(shí)期的旗葉凈光合速率均大于新冬22號(hào)，邯鄲5316的總體葉功能強(qiáng)于新冬22號(hào)，品種基因型差異顯著。

供試2品種花前旗葉Pn值隨著播期延遲而降低，花后旗葉凈光合速率值隨著播期延遲而增加，新冬22號(hào)在B3處理下較B2和B1處理增加5.40%和19.10%；邯鄲5316在B3處理下較B2和B1處理增加5.69%和18.60%。圖1，圖2

注：①a、b、c分別表示新冬22號(hào)在B1、B2和B3播期下的光合指標(biāo)；d、e、f分別表示邯鄲5316在B1、B2和B3播期下的光合指標(biāo)。②JS: 拔節(jié)期， BS: 孕穗期，HS: 抽穗期，F(xiàn)P: 揚(yáng)花期， FS: 灌漿期。下同

注：a’、b’、c’、d’分別表示新冬22號(hào)在M1、M2、M3和M4密度下的光合指標(biāo)；e’、f’、g’、h’分別表示邯鄲5316在M1、M2、M3和M4密度下的光合指標(biāo)。下同

2.2 對(duì)南疆滴灌冬小麥旗葉蒸騰速率(Tr)影響

研究表明，2品種小麥葉片的蒸騰速率(Tr)在各處理下隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈先升后降的趨勢(shì)，在揚(yáng)花期Tr達(dá)到最大值。邯鄲5316的Tr高于新冬22號(hào)。供試2品種在同一播期下均表現(xiàn)為M2>M1、M3>M4。M1、M2處理在揚(yáng)花期至蠟熟期的Tr衰減速率低于M3、M4，增大種植密度不利于提高植株的Tr。供試2品種在同一密度下隨著播期的延遲大致呈增加趨勢(shì)。在中低密度下，隨播期的延遲Tr呈先增后降的趨勢(shì)，表現(xiàn)為B2>B1>B3，新冬22號(hào)成熟期的Tr在B2處理較B1、B3增加12.13%、14.80%；邯鄲5316成熟期的Tr在B2處理較B1、B3增加3.96%、8.20%。在高密度條件下，隨播期延遲Tr呈增加趨勢(shì)，表現(xiàn)為B3>B2>B1，新冬22號(hào)成熟期的Tr在B3處理較B2、B1增加7.14%、10.22%；邯鄲5316成熟期的Tr在B3處理較B2、B1增加3.55%、5.55%。圖3，圖4

圖3 不同密度下新冬22號(hào)(上)與邯鄲5316(下)蒸騰速率變化

圖4 不同播期下新冬22號(hào)(上)與邯鄲5316(下)蒸騰速率變化

2.3 滴灌冬小麥旗葉葉綠素密度(SPAD)

研究表明，2品種旗葉SPAD變化規(guī)律基本一致，隨生育進(jìn)程推進(jìn)呈先增大后降低的趨勢(shì)，在開(kāi)花期達(dá)到最大值。新冬22號(hào)和邯鄲5316開(kāi)花期旗葉SPAD均在B2M2處理下達(dá)到最大值，分別為50.81和51.67。

在同一播期下旗葉SPAD隨密度增大而減少。新冬22號(hào)花后14～21 d旗葉葉綠素密度降低速度在B1M4較B1M3、B1M2和B1M1大4.42%～17.06%，在B2M4較B2M3、B2M2和B2M1大18.11%～27.92%，在B3M4較B3M3、B3M2和B3M1大13.91%～21.18%；邯鄲5316花后14～21 d旗葉葉綠素密度降低速度在B1M4較B1M3、B1M2和B1M1大1.93%～36.94%，在B2M4較B2M3、B2M2和B2M1大0.59%～26.68%，在B3M4較B3M3、B3M2和B3M1大4.77%～26.45%。2品種在各個(gè)播期條件下隨密度增加花后14 d旗葉SPAD降低速度加快。隨播期延遲各密度之間的差異變小。由于密度過(guò)大導(dǎo)致群體數(shù)量大，個(gè)體之間生長(zhǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，單株生長(zhǎng)不健壯，后期葉片衰老的較快，導(dǎo)致旗葉葉綠素含量較低。圖5

注：圖中7D、14D和21D分別表示花后7 d、花后14 d和揚(yáng)花后21 d，以下同

研究表明，2品種旗葉葉綠素密度在同一密度下在花前隨播期的延遲而降低，表現(xiàn)為B1>B2>B3，開(kāi)花期后在中低密度下SPAD隨播期的延遲有一定程度的增加，B2>B3>B1，在高密的條件下B1>B2>B3。在適播和晚播的條件下能夠促進(jìn)花后保持較高的SPAD水平，有利于籽粒灌漿。播期過(guò)晚或密度過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致小麥在生育后期葉片過(guò)早衰老，導(dǎo)致SPAD降低。圖6

圖6 不同播期下新冬22號(hào)(上)與邯鄲5316(下)SPAD變化

2.4 對(duì)南疆滴灌冬小麥產(chǎn)量的影響

研究表明，不同播期與密度處理的產(chǎn)量有所不同，同一密度下，群體產(chǎn)量B2>B1>B3，個(gè)體產(chǎn)量B1>B2>B3；同一播期下，新冬22號(hào)的群體產(chǎn)量M3>M2>M4>M1，個(gè)體產(chǎn)量M2>M1>M3>M4，邯鄲5316分別M2>M3>M4>M1和M1>M2>M3>M4，在適宜播期(B2)和適當(dāng)密度(M2、M3)條件下能較好發(fā)揮滴灌冬小麥產(chǎn)量潛力。從播期和密度對(duì)群個(gè)體產(chǎn)量的影響程度上看，其播期處理間CV分為為7.44%～10.55%和0.11%～0.61%，其密度處理間CV分為4.02%～7.78%和2.24%～4.35%。圖7

圖7 各處理產(chǎn)量及單株籽粒產(chǎn)量比較

對(duì)新冬22號(hào)的產(chǎn)量(Y)與播量(X1)和冬前生長(zhǎng)的活動(dòng)積溫(X2)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得到方程：

Y=-2 714.202 7+18.348 3X1+25.359 5X2-0.013 3X12-0.034 4X22+0.000 1X1X2(R2=0.971 6**)

對(duì)方程求極值，當(dāng)X1(冬前生長(zhǎng)的活動(dòng)積溫)為367.72℃、X2(播量)為688.72×104粒/hm2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)最高8 271.88 kg/hm2。按照2017～2018年的試驗(yàn)和氣候條件，即10月1日播種、播量315.30 kg/hm2(千粒重按45.78 g計(jì))時(shí)產(chǎn)量最高。對(duì)單因素解析，10月10日以前，播量為652.8×104～702.1×104粒/hm2，變化不大，但此后每延遲1 d，增加播量3.78～4.53 kg/hm2，10月15日后，每推遲1 d，增加播量4.94～6.11 kg/hm2。播期在10月20日以后，產(chǎn)量快速下降。新冬22號(hào)最遲播期為10月20日。

圖8 不同播期和密度下新冬22號(hào)產(chǎn)量變化

對(duì)邯鄲5316的產(chǎn)量(Y)與播量(X1)和冬前生長(zhǎng)的活動(dòng)積溫(X2)進(jìn)行二次多項(xiàng)式擬合，得到方程：

Y=-4 801.618 1+20.456 4X1+43.478 5X2-0.015 0X12-0.057 0X22-0.005 6X1X2(R2=0.984 2**)

研究表明，冬前生長(zhǎng)的活動(dòng)積溫為351.21℃、播量為614.26×104粒/hm2時(shí)，產(chǎn)量最高可達(dá)9 116.19 kg/hm2。10月2日播種，播量262.47 kg/hm2(千粒重按42.73 g計(jì))時(shí)，產(chǎn)量達(dá)最大。10月12日以前，播量為590.9×104～629.9×104粒/hm2，變化不大，但此后每延遲1 d，增加播量2.50～3.08 kg/hm2，10月15日后，每推遲1 d，增加播量3.20～3.91 kg/hm2，播期在10月20日以后，產(chǎn)量快速下降，不足4 900 kg/hm2，邯鄲5316的最遲播期為10月20日。

圖9 不同播期和密度下邯鄲5316產(chǎn)量變化

2.5 播期和密度對(duì)小麥發(fā)育及產(chǎn)量影響模型及優(yōu)化指標(biāo)

研究表明，保證10月2日前后播種和614.26(少穗型)×104粒/hm2～688.72(多穗型)×104粒/hm2的下籽量基礎(chǔ)上，群個(gè)體指標(biāo)達(dá)到株高73.62～76.05 cm、單株最大葉面積84.28～91.97 cm2、單株干重2.24～2.28 g、單株穗數(shù)1.13～1.35個(gè)、冬前總莖數(shù)1 118.61×104～1 311.17×104個(gè)/hm2、最高總莖數(shù)1 618.86×104～1 818.46×104個(gè)/hm2、最高LAI為7.25～8.14(其中拔節(jié)期3.95～4.76，灌漿中期3.96～4.82)等標(biāo)準(zhǔn)(范圍的下限為少穗型品種，上限為多穗型品種)，產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)為：收獲穗數(shù)809.07×104/hm2(少穗型)～819.48×104/hm2(多穗型)，穗粒數(shù)22.61(少穗型)～28.31粒(多穗型)，千粒重43.91(多穗型)～46.12 g(少穗型)，經(jīng)濟(jì)系數(shù)0.41～0.42。表1～3

表1 產(chǎn)量構(gòu)成優(yōu)化模擬

表2 個(gè)體發(fā)育優(yōu)化模擬

表3 群體發(fā)育優(yōu)化模擬

3 討 論

延遲播期，會(huì)減少冬小麥冬前生長(zhǎng)時(shí)間，不利于冬前分蘗形成和分蘗成穗率提高[7]，但對(duì)返青后葉片光合性能影響不大[6]，試驗(yàn)中，隨播期推遲，旗葉Pn在灌漿期呈增加趨勢(shì)，Tr則以B2處理最大，這與方保停等[8]的研究有所不同，這可能與品種和種植區(qū)域的氣候條件有關(guān)；隨密度增加，Pn和Tr呈先增加后下降的趨勢(shì)，以M2處理最大，適宜密度有利于葉片生長(zhǎng)、保證中后期葉功能的提高，對(duì)小麥個(gè)體產(chǎn)量形成有利[9]。何盛蓮等[10]認(rèn)為，旗葉平均SPAD前期隨播期推遲而降低、灌漿中后期隨播種期的推遲而增加，張向前等[11]則認(rèn)為，正常播種和適度晚播可以改善小麥葉綠素?zé)晒馓匦裕芯勘砻?，旗葉平均SPAD值隨播期的推遲和播量的增加呈逐漸下降趨勢(shì)，南疆播期和播量對(duì)葉片葉綠素含量的影響時(shí)間要長(zhǎng)于華中地區(qū)。從高產(chǎn)形成的適宜播期和播量上看，南疆為10月1～2日和614.26×104～688.72×104粒/hm2，產(chǎn)量可達(dá)8 271.88～9 116.19 kg/hm2， 這些參數(shù)與其他區(qū)域的研究[9]有所不同，這主要與品種、氣候和種植模式有關(guān)，新疆麥區(qū)普遍采取“大群體、小葉形、高光效、低耗水”的群體調(diào)控途徑[12]，與南方一些區(qū)域的“穩(wěn)群體、壯個(gè)體、攻大穗”高產(chǎn)栽培途徑[13]產(chǎn)量構(gòu)成有所不同。

4 結(jié) 論

旗葉凈光合速率(Pn)是反映作物光合性能的主要指標(biāo)，滴灌冬小麥旗葉Pn隨生育期呈單峰曲線變化，在揚(yáng)花期達(dá)到最大，揚(yáng)花期過(guò)后逐漸下降。

播期越早花后旗葉凈光合速率值下降的越快。在適播和晚播的條件下，在灌漿后期可以保持一個(gè)較高的光合速率。選擇合適的播期合適的播量有利于保持較高的光合。而適當(dāng)?shù)耐聿ピ黾踊久缬欣诨ê笃烊~凈光合速率值的增加。

在早播條件下，適宜降低密度有利于增加作物的Tr，在晚播條件下，適宜增大種植密度有利于提高作物的Tr。

揚(yáng)花期是滴灌冬小麥葉片光合功能最大的時(shí)期，旗葉Pn、Tr和SPAD值最大，新冬22號(hào)和邯鄲5316平均為16.848 μmol CO2/(m2·s)和19.158 μmol CO2/(m2·s)、7.194 μmol CO2/(m2·s)和8.047 μmol CO2/(m2·s)、57.724和58.241。

隨密度增加，Pn呈先增加后下降的趨勢(shì)，M2>M1>M3>M4。播期推遲，灌漿期Pn大小為B3> B2>B1，適當(dāng)晚播有利于灌漿期葉片保持較高功能。組合處理中，B2M2的Pn最高，為19.75～20.99 μmol/(m2·s)，其次是B1M2，為18.01～19.31 μmol/(m2·s)。新冬22號(hào)旗葉Pn受播量影響大于播期，而邯鄲5316旗葉Pn受播期影響大于播量。邯鄲5316在各時(shí)期的旗葉Pn均大于新冬22號(hào)，邯鄲5316的總體葉功能強(qiáng)于新冬22號(hào)，表現(xiàn)出品種基因型差異。

M2處理的旗葉Tr最大，M4處理最小，隨播期延遲，Tr呈緩慢上升趨勢(shì)，并以B2M2(新冬22號(hào))或B2M1(邯鄲5316)最高，分別為6.35和6.08 μmol CO2/(m2·s)；在晚播條件下，適宜增大種植密度有利于提高作物的Tr。

旗葉平均SPAD隨密度增大或播期延遲而減少，B1M1處理最大，其次為B3M1(新冬22號(hào))和B2M1(邯鄲5316)。

播期是影響產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，適宜播期(B2)和適當(dāng)密度(M2、M3)能較好發(fā)揮滴灌冬小麥產(chǎn)量潛力，晚播通過(guò)增加播量可以彌補(bǔ)部分產(chǎn)量損失。新冬22號(hào)在10月1日播種、播量315.30 kg/hm2，邯鄲5316在10月2日播種、播量262.47 kg/hm2時(shí)產(chǎn)量最高，分別達(dá)8 271.88和9 116.19 kg/hm2。新冬22號(hào)在10月10日以后每推遲1 d播種，增加播量3.78～4.53 kg/hm2，10月15日后，每推遲1 d，增加播量4.94～6.11 kg/hm2；邯鄲5316在10月12日以后每延遲1 d，增加播量3.78～4.53 kg/hm2，10月15日后，每推遲1 d，增加播量4.94～6.11 kg/hm2。10月20日以后播種不能產(chǎn)生生產(chǎn)效益。