羅曉穎,房彥飛,孫婷婷,唐江華,王魯振,唐 甜,王 晨,徐文修

(新疆農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院,烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】新疆是極度干旱區(qū),以灌溉農(nóng)業(yè)為主[1,2]。受地形影響,降水分布不均,也有年均降水量達250～500 mm[2]的伊犁河谷、塔額盆地、昌吉州等地區(qū)[3],形成僅有4%的雨養(yǎng)旱作區(qū)[4]。雖然新疆旱作區(qū)總面積較少,但在旱地面積集中的縣、鄉(xiāng),旱地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)仍然占有重要地位。昌吉州木壘縣是新疆典型的旱作區(qū),51%左右的耕地為旱地,且以種植小麥為主[5],由于受降水量的影響較大,小麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)[6],新疆氣候呈現(xiàn)出暖濕化趨勢[7],為充分挖掘旱地小麥增產(chǎn)潛力提供了機遇。研究促進旱地小麥產(chǎn)量提高的栽培技術(shù),對提高新疆旱地小麥生產(chǎn)力水平具有重要意義。【前人研究進展】播種量是影響小麥生長發(fā)育及產(chǎn)量的重要因素之一[8]。播種量通過影響小麥干物質(zhì)的積累,進而改變籽粒灌漿速率,最終影響產(chǎn)量的高低。當播種量較小時,單株干物質(zhì)積累量大,成穗率高,但平均灌漿速率較小;當播種量過大時,植株間養(yǎng)分競爭激烈,導致物質(zhì)生產(chǎn)能力降低,不利于灌漿活躍期的延長和小麥增產(chǎn)[9-10]。播種量對小麥干物質(zhì)的積累[11]、籽粒灌漿速率[12]、灌漿持續(xù)期[13]的影響較小,增加播種量并不會促進產(chǎn)量的提高[14]。在旱作區(qū),有關(guān)播種量對小麥干物質(zhì)積累和產(chǎn)量影響的研究表明,同一播期下增加播種量,干物質(zhì)積累量顯著提高[15],適當增加播種量有利于提高小麥產(chǎn)量[16]。但也有研究認為,播種量對秸稈覆蓋下冬小麥的產(chǎn)量無顯著影響[17]。而對籽粒灌漿的研究發(fā)現(xiàn),籽粒灌漿速率對小麥粒重形成作用顯著,而灌漿持續(xù)時間與粒重形成無顯著相關(guān)關(guān)系[18]。還有研究認為,干旱年型下的理論粒重與2個灌漿持續(xù)期參數(shù)均呈顯著正相關(guān), 在豐雨年型下的理論粒重與3個灌漿速率參數(shù)關(guān)系密切[19]?！颈狙芯壳腥朦c】目前文獻研究區(qū)域主要以降水量較大的河南、山西和陜西的旱作區(qū)為主,而對降水量極少的新疆綠洲旱地小麥的研究則很少,有關(guān)施肥量[6]、播種量[20]、耕作方式[21]對旱地小麥產(chǎn)量[20]和土壤肥力[3]的影響前人雖進行研究,但是缺乏關(guān)于播種量對旱地小麥干物質(zhì)積累、灌漿特性及產(chǎn)量影響的研究。需分析在極度干旱條件下旱作農(nóng)區(qū)適宜的播種量?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以新疆木壘縣典型旱地為研究區(qū)域,采用單因素隨機區(qū)組試驗設(shè)計,設(shè)置4個播種量,研究不同播種量對旱地春小麥干物質(zhì)積累、籽粒灌漿特性及產(chǎn)量的影響,為提高旱地小麥產(chǎn)量提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年在新疆昌吉回族自治州木壘縣東城鎮(zhèn)孫家溝村(E 89°51′～92°19′,N 43°34′～45°15′)進行,為溫帶大陸性氣候,年均日照時數(shù)3 070 h,年平均氣溫5～6℃,年均降水量294～344 mm,全年無霜期136～155 d。試驗地0～30 cm土壤耕層有機質(zhì)含量為25.59 g/kg,全氮0.56 g/kg,堿解氮47.5 mg/kg,速效磷20.01 mg/kg,速效鉀463.44 mg/kg。試驗階段春小麥全生育期降水量為101.8 mm,其中,4月中、下旬的降水量為28 mm,5月降水量為50.2 mm,6月降水量為17 mm,7月降水量為6.6 mm。供試春小麥為當?shù)刂髟云贩N新春41號,播種日期為2021年4月13日,收獲日期為2021年7月27日。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

采用單因素隨機區(qū)組設(shè)計,設(shè)置150 kg/hm2(D1)、225 kg/hm2(D2)、300 kg/hm2(D3)、375 kg/hm2(D4)4個播種量處理,每個處理重復3次,共計12個小區(qū),小區(qū)面積均為27 m2(4.5 m×6 m)。春小麥采用傳統(tǒng)平播,15 cm等行距,播深3～4 cm。各處理均施種肥磷酸二銨150 kg/hm2(N 14%、P2O539%、K2O 0%),抽穗期結(jié)合當?shù)亟涤曜肥┠蛩?5 kg/hm2(N 46%)。全生育期無灌溉。其他田間管理措施同當?shù)亍?/p>

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 基本苗數(shù)

出苗期每個小區(qū)隨機選取0.832 5 m2樣方標記,數(shù)取樣方內(nèi)小麥苗數(shù)。

1.2.2.2 單株干物質(zhì)

自苗期(5月27日)至成熟期(7月25日)開始,于小麥各生育時期,在各小區(qū)連續(xù)選擇具有代表性的4株小麥進行取樣,剪去根系,在105℃烘箱中殺青30 min,降至80℃下烘干至恒重,冷卻后迅速稱干重。

1.2.2.3 籽粒灌漿特性

于小麥開花期選擇150個同天開花、株高和穗型大小基本一致的主莖穗,用標記牌做標記,開花后5 d開始取樣,每隔5 d取樣1次,直至成熟。每次每小區(qū)取7個主莖穗剝粒,在105℃下殺青30 min,于80℃條件下烘干至恒重,各處理籽粒混勻,隨機數(shù)出200粒,用電子秤稱量干重,計算千粒重。每處理重復3次,取3次重復的平均值用于方程的擬合。用Logistic生長曲線方程擬合籽粒干重增加過程[18、22]。

Y=K/(1+Ae-Bt).

式中,Y為花后籽粒千粒重(g);K為籽粒理論最大千粒重(g);t為開花后天數(shù)(開花日計t=0);A、B為相關(guān)參數(shù)。并由該方程求一階導數(shù)、二階導數(shù),可得到灌漿速率方程及以下參數(shù)[23-25]。

V=KABe-Bt/(1+Ae-Bt)2.

灌漿時間參數(shù):

緩增期T3:T3=t3-t2,其中t3=(LnA+ 4.595 12)/B.

灌漿速率最大值出現(xiàn)時:Tmax=(LnA)/B.

灌漿速率參數(shù):

漸增期平均灌漿速率V1=Kt1/T1,其中Kt1=K/(1+Ae-Bt1).

速增期平均灌漿速率V2=(Kt2-Kt1)/T2,其中Kt2=K/(1+Ae-Bt2).

緩增期平均灌漿速率V3=(Kt3-Kt2)/T3;其中Kt3=K/(1+Ae-Bt3).

平均灌漿速率Vmean=K/T.

灌漿速率最大值Vmax=K×B/4.

灌漿期間干物質(zhì)積累量參數(shù):

漸增期積累干物質(zhì)量K1=T1×V1.

速增期積累干物質(zhì)量K2=T2×V2.

緩增期積累干物質(zhì)量K3=T3×V3.

1.2.2.4 產(chǎn) 量

于小麥成熟期分別在各小區(qū)選取植株長勢均勻一致的3個點,每個點的面積為0.832 5 m2(1.11 m×0.75 m),計數(shù)面積內(nèi)的穗數(shù),實收測產(chǎn);另在每個點上選取具有代表性的小麥15株帶回室內(nèi)考種。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和制作圖表,使用SPSS 26.0軟件進行方差分析,采用Curve Expert 1.4軟件對數(shù)據(jù)進行擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播種量對旱地春小麥單株干物質(zhì)積累的影響

研究表明,隨生育進程的推進,自苗期(5月27日)至灌漿期(6月22日),各處理小麥單株干物質(zhì)積累量基本呈上升趨勢,并且在灌漿期達到峰值,于灌漿期后呈下降趨勢。苗期雨水充沛達78.2 mm,此時期的土壤濕度大有利于麥苗發(fā)芽生長。D1處理的單株干物質(zhì)積累量大于其他3個處理,但各處理間的差異不顯著(P>0.05)。拔節(jié)期(6月1日)至成熟期(7月25日),各處理單株干物質(zhì)積累量基本隨播種量的增加而減少,抽穗期(6月9日)和成熟期4個處理間基本上均呈顯著性差異(P<0.05),其他3個生育時期均表現(xiàn)為D1、D2處理間無顯著性差異,但均與D3、D4處理存在顯著差異,且D3、D4處理間呈顯著差異。拔節(jié)至灌漿期是小麥需水量較大的生育時期,但此時期降水量僅為17 mm,由于降水量的不足,導致播種量越大,個體間的競爭越加激烈,從而限制了植株的生長。在干旱缺雨條件下,播種量越大越不利于小麥單株干物質(zhì)的積累。圖1

注: 同一日期不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.2 不同播種量對旱地春小麥灌漿特性的影響

2.2.1 播種量對旱地春小麥粒重變化的影響

研究表明,各處理小麥灌漿期籽粒千粒重增加過程均呈現(xiàn)出先迅速上升再緩慢增加的生長趨勢,各處理的籽粒千粒重總體表現(xiàn)出D1>D2>D3>D4的變化趨勢,花后10～15 d是各處理籽粒增重最快的時期?；ê? d,D4處理的籽粒千粒重最小,較D1、D2、D3處理分別顯著減少了14.19%、8.71%、7.20%?；ê?0 d,D1處理的籽粒千粒重顯著大于D2處理,且D1、D2處理的籽粒千粒重均與D3、D4處理存在顯著差異。自花后15 d以后,D1、D2處理的籽粒千粒重均顯著大于D3、D4處理,其中在花后20、30、35 d,各處理間的籽粒千粒重均呈顯著性差異。

籽粒增重的模擬方程參數(shù)曲線方程的相關(guān)系數(shù)R2均達0.99,4個處理的籽粒理論最大千粒重(K)依次為36.455 4,34.903 9,31.705 1,30.575 6,隨播種量的增加K值也呈現(xiàn)出下降的趨勢,其中D1處理的K值最大,較D2、D3、D4處理分別增加了4.45%、14.98%、19.23%。小播種量可充分促進籽粒千粒重的增加,播種量過大則不利于籽粒的灌漿過程。圖2

圖2 不同處理下旱地春小麥籽粒千粒重動態(tài)變化

2.2.2 播種量對旱地春小麥各階段籽粒灌漿特征參數(shù)的影響

研究表明,不同灌漿階段對小麥籽粒灌漿進程的貢獻率不同,各處理均表現(xiàn)為速增期最大,緩增期次之,漸增期最小。各處理下的小麥灌漿持續(xù)時間均表現(xiàn)為緩增期>速增期>漸增期,在同一灌漿時期,不同處理的灌漿持續(xù)時間表現(xiàn)不同,其中各處理的灌漿持續(xù)時間在漸增期表現(xiàn)為D2>D1>D4>D3,速增期和緩增期則表現(xiàn)為D1>D2>D3>D4。各處理下的小麥灌漿速率均表現(xiàn)為速增期>漸增期>緩增期,其中不同處理的灌漿速率在漸增期表現(xiàn)為D1>D3>D2>D4,速增期和緩增期則表現(xiàn)為D2>D1>D3>D4。各處理下的小麥干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為速增期>漸增期>緩增期,其中不同處理的干物質(zhì)積累量在3個灌漿時期均表現(xiàn)為D1>D2>D3>D4。不同處理下的灌漿過程持續(xù)時間表現(xiàn)為D1>D2>D3>D4,且在各處理間均有顯著差異。各處理的最大灌漿速率出現(xiàn)的時間、最大灌漿速率和平均灌漿速率均表現(xiàn)為D1處理與D2處理差異不明顯,二者均與D3和D4處理有顯著差異。干旱缺水使葉片蜷曲影響小麥的光合作用,進而影響籽粒灌漿。播種量小有利于延長速增期和緩增期的持續(xù)時間,尤其是速增期,對灌漿進程的貢獻率最大,若能通過增加速增期的灌漿時間和灌漿速率, 則可以保證籽粒干物質(zhì)迅速積累, 從而減輕雨水少、干熱風等環(huán)境因素對小麥籽粒灌漿的影響。表1

表1 不同處理下旱地春小麥各階段籽粒灌漿特征參數(shù)變化

2.3 不同播種量對旱地春小麥成熟期農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

研究表明,不同播種量處理下的出苗情況表現(xiàn)不同,各處理的基本苗數(shù)與播種量大小呈現(xiàn)一致規(guī)律,隨播種量的增加,基本苗數(shù)呈上升趨勢。小麥株高、莖粗、穗長均隨播種量的增加而極顯著減少,其中D1處理的株高較其余處理分別依次高出7.14%、16.28%、23.14%;莖粗較其余處理分別依次高出5.59%、13.33%、24.09%;穗長較其余處理分別依次高出2.17%、5.12%、12.36%。各處理的無效穗數(shù)、不孕小穗數(shù)均隨播種量的增加而增加,且各處理間呈極顯著差異。各處理的有效小穗數(shù)表現(xiàn)為D1>D2>D3>D4,且D1、D2處理均與D3、D4處理存在極顯著差異,但D1、D2處理間無差異。在極度干旱條件下,播種量的增大不利于小麥生殖器官的發(fā)育。表2

表2 不同處理下旱地春小麥成熟期農(nóng)藝性狀變化

各處理的穗數(shù)隨播種量的增加而增加,且不同處理間均有極顯著差異。穗粒數(shù)、穗粒重、產(chǎn)量均隨播種量的增加呈下降趨勢。其中穗粒數(shù)在D1、D2處理間差異不顯著,但二者均與D3、D4處理存在極顯著差異。穗粒重以D1處理最高,與其他3個處理均存在顯著性差異。D1處理產(chǎn)量達到最高,較其他3個處理依次極顯著增產(chǎn)9.94%、12.84%、35.72%。播種量越大,雖然穗數(shù)增多,但由于降水少,穗粒數(shù)和穗粒重下降極為嚴重,導致產(chǎn)量下降。表3

表3 不同處理下旱地春小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素變化

3 討 論

3.1 不同播種量對小麥灌漿特性的影響

灌漿期是小麥籽粒產(chǎn)量形成的重要時期[22]。前人研究表明,小麥速增期和緩增期天數(shù)及灌漿速率對粒重具有決定作用[22]。隨播種量增加,灌漿持續(xù)期縮短,平均灌漿速率降低,提高速增期灌漿速率[25],延長其灌漿持續(xù)時間可增加粒重[26]。同時對山西旱地小麥的研究發(fā)現(xiàn),150 kg/hm2的播種量配探墑溝播可提高籽粒灌漿速率[27]。試驗與前人研究結(jié)果基本一致。研究結(jié)果表明,隨播種量增大,小麥平均灌漿速率降低,可能與其有效穗數(shù)多,制約粒重形成有關(guān)。播種量過大,速增期和緩增期的持續(xù)時間縮短,2個階段的灌漿速率及最大灌漿速率降低,達到最大灌漿速率的時間提前,灌漿持續(xù)期縮短,導致收獲時籽粒灌漿不充分,影響粒重。

在525×104～675 ×104株/hm2的播種量范圍內(nèi),冀東灌區(qū)晚播冬小麥粒重與灌漿速率呈顯著正相關(guān)[24];隨播種量增大,內(nèi)蒙古旱作春小麥籽粒最大灌漿速率出現(xiàn)時間推遲,最大灌漿速率降低[28]。試驗與前人研究結(jié)果不同,可能是因為多數(shù)的研究地點在水資源豐富的灌溉區(qū)以及降水量較大的旱作區(qū),而試驗地點是在全生育期降水量僅為101.8 mm的新疆旱作區(qū),和前人研究的旱作區(qū)降水量有較大差異。

3.2 不同播種量對小麥產(chǎn)量的影響

播種量對小麥的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素均有影響[29]。120～180 kg/hm2播種量范圍內(nèi),有效穗數(shù)顯著增加,穗粒數(shù)顯著降低,而千粒重變化不明顯[30],并且增加播種量在增加穗數(shù)的同時也增加了不孕小穗數(shù)[31]。225～450 kg/hm2播種量范圍內(nèi),播種量過高或過低均會影響小麥的穗分化,進而影響產(chǎn)量[32]。對旱地小麥的研究表明,在150～180 kg/hm2播種量范圍內(nèi),顯著增加了陜西小麥穗數(shù)的同時也降低了其穗粒數(shù)[33],并且山西小麥150 kg/hm2播種量配探墑溝播促進產(chǎn)量提高[27]。

與前人研究結(jié)果類似,研究結(jié)果表明,增大播種量在增加穗數(shù)的同時也顯著增加了不孕小穗數(shù)和無效穗數(shù),大播種量處理減少了有效小穗數(shù)、穗粒數(shù)和穗粒重,導致產(chǎn)量下降。該地區(qū)在小麥拔節(jié)至成熟期的降水量僅為23.6 mm,夏季降水減少,這是造成旱地小麥穗粒數(shù)少,無效穗數(shù)多,產(chǎn)量波動起伏的主要原因之一。

4 結(jié) 論

播種量對旱地春小麥干物質(zhì)積累、灌漿特性及其產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素均有顯著影響。當播種量為150 kg/hm2(D1)時,有利于小麥單株干物質(zhì)的積累,籽粒千粒重、平均灌漿速率、不同灌漿階段的籽粒干物質(zhì)積累量的提高,延長了速增期和緩增期的持續(xù)時間及灌漿過程持續(xù)期,增加了穗粒數(shù)和穗粒重,有效提高了產(chǎn)量。且產(chǎn)量最高達1 659.28 kg/hm2,較225 kg/hm2(D2)、300 kg/hm2(D3)、375 kg/hm2(D4)的播種量處理分別增加9.94%、12.84%、35.72%。在極端干旱條件下,150 kg/hm2的播種量有利于欠水年下旱地小麥產(chǎn)量的形成,充分發(fā)揮小麥個體優(yōu)勢,緩解因群體過大產(chǎn)生的弊端,籽粒產(chǎn)量較高。