密度调控下滴灌春小麦干物质积累及转运特征的分析

廖江，马富裕，樊华，张伟，王月娥

（新疆兵团绿洲生态农业重点实验室／石河子大学农学院，石河子832003）

小麦是全世界栽培面积、总产量都居于首位的粮食作物。在我国，小麦是仅次于水稻的第二大粮食作物。在国际粮食安全与国家粮食安全战略的大背景下，小麦单产的提高，对我国乃至世界都具有非常重要的意义。

目前，滴灌技术在新疆的广泛应用，显著提高了棉花、加工番茄等作物的产量水平［1－2］，但在密植型作物小麦上的研究鲜有报道［3］。新疆春小麦种植使用滴灌技术后，获得了大面积12090 kg／hm2的高产纪录，显示出滴灌技术提高小麦单产的巨大潜力［4］。干物质的提高是作物高产、优质的基础［5］，而干物质的积累以种植密度为前提。适宜的密度有利于缓解个体与群体的矛盾，建立合理的群体结构，有利于穗数、穗粒数和粒重的协调发展［6］。种植密度因地区和品种的不同而有所差异，不同品种的最佳密度范围不同［7］。在小麦各生育阶段中，干物质积累量直接影响到营养器官、生殖器官和群体生物量的动态发展，是获得小麦高产的基础。种植密度对干物质增长模型的形态特征影响较小，但对其增长速率影响较大。小麦的干物质积累时间变化特征符合Logistic模型，快速生长期特征参数的不同表明干物质积累有所不同，并且不同的种植密度也导致小麦产量及其构成因子等有所差异［8］。因此，研究小麦的干物质积累及转运特征，对分析作物的产量构成有一定的理论和实践意义。综上所述，尽管作物的种植密度已有较多研究，但基于干物质积累及转运特征对滴灌条件下春小麦高产机理的相关研究较少。

为此，本研究旨在探讨种植密度对滴灌春小麦干物质积累及转运特征的影响，以期通过种植密度调节滴灌春小麦的生长特征值及干物质快速积累期出现的早晚和持续时间，从而提高滴灌春小麦的籽粒产量，为高产栽培中适宜的种植密度提供理论依据和技术途径。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2009－2010年在石河子大学农学院试验站（45°19′N，86°03′E）进行。试验地质地中壤，前茬为棉花。0～30 cm土层含有机质24.3 g／kg，全氮1.1 g／kg，碱解氮64.8 mg／kg，速效磷（P2O5）19.1 mg／kg，速效钾（K2O）164.0 mg／kg。

供试品种为北疆地区的主栽品种新春6号，平均千粒重为48 g。试验采用随机区组设计，滴灌春小麦分别设置5个种植密度处理，即300 kg／hm2（6.25×106粒／hm2，M1）、375 kg／hm2（7.81×106粒／hm2，M2）、450 kg／hm2（9.38×106粒／hm2，M3）、525 kg／hm2（10.94×106粒／hm2，M4）、600 kg／hm2（12.50×106粒／hm2，M5），同时以畦灌处理方法作对照，种植密度为450 kg／hm2（CK）。各小区面积3 m×4 m，重复3次。播种前，用电子天平称取各小区的每行播种量，袋装，于2010年4月11日人工点播，至当年7月15日成熟收获。

滴灌春小麦灌溉系统采取1管4行的田间配置模式，即1条毛管灌溉4行春小麦，毛管铺放在第2、3行中间位置。小麦种植行距为15 cm，所用毛管为贴片内嵌式滴管带，滴头流量2.6 L／h，滴头间距30 cm。田间的水肥管理措施如下：滴灌春小麦全生育期滴水8次，每次滴水600 m3／hm2，单次灌溉周期为10 d；畦灌春小麦每次灌水1200 m3／hm2，分别在三叶期、拔节期、孕穗期、开花期和灌浆期分5次灌溉。全生育期基施尿素（含N量46.6%）120 kg／hm2，磷酸二胺（含N量16.5%，含P2O547.5%）150 kg／hm2；追施尿素4次，即在三叶期（出苗后12 d）、拔节期（出苗后36 d）、孕穗期（出苗后42 d）、开花期（出苗后54 d）随水施入，各次用量分别为75、150、75及75 kg／hm2。其它田间管理措施按高产麦田进行。

1.2 测定项目与方法

1.2.1干物质积累特征的测定

从出苗后12 d开始，每2周取样1次，各小区随机选取30株小麦，测定植株干重，而干物质积累量的增长符合Logistic曲线，其模型为：

上式中，w为春小麦干物质积累量，wm为滴灌春小麦干物质积累量理论最大值，t为自第1次取样日起的天数，a、b为参数。

Logistic生长函数模型能较好地分析小麦干物质积累量的增长特性，并使之定量化。对上式求1阶、2阶和3阶导数，可得出相应生长曲线最快生长时段的起始时间（t1）、终止时间（t2）、最大速率（vm）及出现的时间（tm）。

1.2.2干物质转运特征的测定

干物质转运量、干物质转运效率和转运干物质对籽粒的贡献率是评价地上部干物质转运的重要指标。于开花期前及花后成熟期，各小区随机选取30株小麦，测定植株干重，并计算以下指标［10］。

花前干物质转运量（kg／hm2）＝籽粒产量－花后积累量；

花前干物质转运效率＝花前干物质转运量／开花期干重×100%；

花后转运干物质对籽粒的贡献率＝花后干物质积累量／籽粒产量×100%。

1.2.3有效积温的测定

有效积温GDDi（Growth day fegree）＝

其中，Td是根据当年气象数据计算得出日平均温度；Th和T0分别为作物发育的上、下限温度。本试验采用的品种Th和T0分别取30和0℃；GDDi和GDD分别为每日有效积温和从第N1天到第N2的有效积温［11］。

1.2.4产量及产量构成因子的测定

于成熟期在田间调配的基础上进行室内考种完成产量构成因子的测定。调查田间总穗数后，在以毛管为中心的水平方向上，选取近行和远行生长发育良好、长势一致及小穗数相同的植株50株收获，自然晾晒1周至完全干燥后，测定各处理麦株的穗粒数、千粒重等指标。根据不同行位的测定值计算各指标的平均值。对照地畦灌取样时不分远近行，其它方法相同。产量测定时，每小区随机选取3个1 m2样方进行实收测定并换算单位面积籽粒产量。

1.2.5数据统计及分析

用Microsoft Excel 2003和SPSS 17.0对所得数据进行方差分析及描述统计等统计学分析。

2 结果与分析

2.1 种植密度对滴灌春小麦干物质积累特征的影响

不同种植密度下滴灌春小麦的干物质积累特征值（表1）表明，滴灌春小麦干物质积累理论最大值随着种植密度的增加呈现先缓慢上升后下降较快的趋势。其中，M3处理的分别单株理论最大值比M2、M1、CK、M4和 M5分别高1.1%、5.5%、17.5%、22.4%及24.8%；干物质积累快速生长期始于出苗后29 d（5月19日），止于出苗后56 d（6月15日），随种植密度的加大植株的快速生长期呈现先升后降的趋势，最大值为M3处理，比最小值 M5多3.09 d，比CK多0.71 d；最大速率出现时间为出苗后42 d（6月2日），随种植密度的增大也表现出先升后降的趋势；最大速率随种植密度的增大呈现缓慢降低的趋势，M1的速率最大，比M2、M3、M4和M5分别提高了0.2%、3.4%、12.0%及14.1%，相同种植密度下，M3较CK高14.5%。可见，M3处理的干物质积累快速生长期持续时间最长，单株干物质积累量最大，有利于植株中营养器官的干物质积累及生育后期向生殖器官的转移，从而有利于籽粒产量的形成。

表1 不同种植密度下滴灌春小麦干物质积累特征值分析Tab.1 Eigen value analysis on dry matter accumulation under different planting densities of drip irrigated spring wheat

2.2 种植密度对滴灌春小麦干物质转运特征的影响

由表2可知，滴灌春小麦花前干重随种植密度的增加呈现逐渐增长的趋势，其中，以M5最高，比M4、M3、M2和 M1分别高0.5%、1.1%、25.9%和49.8%，M3较CK高29.6%，且 M5、M4和 M3与M2、M1差异显著，M3也显著高于CK。而成熟期的干重变为M3＞M5＞M4＞M2＞CK＞M1，其中，M3比 M5、M4、M2、CK和 M1分别提高了4.6%、5.1%、26.8%、29.6%及54.1%。在花后干物质对籽粒的贡献率方面，M3处理的贡献率最高，相比最小值M5高15.6%，相较CK高12.7%。花前干物质转运率最大值为M1处理，与其它各处理无显著性差异。

上述研究结果表明，M3处理产量的提高主要依靠花后光合产物的积累。

表2 不同种植密度下滴灌春小麦的干物质转运特征Tab.2 Translocation characteristics of dry matter under different planting densities of drip irrigated spring wheat

2.3 种植密度对滴灌春小麦有效积温影响

由表3可以看出，不同种植密度下各处理对有效积温的影响呈现明显差异。出苗期时，滴灌春小麦的有效积温平均为87.1℃，对照畦灌春小麦为121.4℃，滴灌春小麦较畦灌春小麦早出苗2 d；幼苗至拔节以及拔节至孕穗2个生育阶段，随种植密度的增大，有效积温呈逐渐增加的趋势，最大值为CK；孕穗至灌浆阶段，叶片的生长已经至定长，有效积温随着种植密度加大呈现先升后降的趋势，最大值为 M3，比 M2、M1、M4、M5和CK分别高22.1、43.1、125.1、153.2和183.0℃。研究结果表明，适度增加种植密度有利于提高植株叶片功能期的有效积温，M1与M2在滴灌春小麦生育前期有效积温较低；M4与M5由于群体种间竞争激烈，生育前、中期营养生长十分旺盛，容易导致茎细穗小的旺长现象，不利于植株生育后期的群体生长。M3相较CK，由于M3处理的光合能力持续时间较长，至生育后期，M3的有效积温达最大值，CK为最小值。

表3 种植密度对滴灌小麦各生育阶段有效积温的影响Tab.3 Effect of planting densities on accumulated temperature of drip irrigated spring wheat at different growth stages

2.4 种植密度对滴灌春小麦产量及产量构成因子的影响

由表4可知，不同种植密度对滴灌春小麦产量及其构成因子有显著的影响。种植密度与产量呈单峰曲线关系。其中，M3的籽粒产量最高，比M1、M2、M4和 M5分别提高了43.4%、20.0%、6.4%和5.9%。M3、M4和M5的籽粒产量间无显著性差异，但显著高于M2，极显著高于M1。各处理产量构成因子表现为：M5的穗数最多，比 M1、M2、M3和 M4分别高39.6%、17.6%、5.9%和1.7%；M3的穗粒数和千粒重最大，其中M3分别比M5、M4、M2和 M1的穗粒数分别高19.8%、18.3%、15.0%和11.9%；而千粒重比 M5、M4、M1和 M2分别提高了8.9%、5.2%、1.8%及0.8%。

表4 不同种植密度下滴灌春小麦的产量及其构成因子Tab.4 Comparison of yield and yield components among different planting densities of drip irrigated spring wheat

当春小麦的种植密度为450 kg／hm2时，滴灌春小麦（M3）较传统畦灌春小麦（CK）的穗数、穗粒数和千粒重分别增加3.8%、13.3%和4.8%，产量提高29.3%。由此可见，在种植密度一致的条件下，滴灌春小麦较畦灌能够获得更高的产量。当进一步提高种植密度后，滴灌春小麦（M4、M5）的产量有所降低，主要受穗粒数和千粒重的影响较大。由此可见，本地区滴管春小麦的适宜密度为9.38×106粒／hm2。

3 讨论

受密度调控的滴灌春小麦表现了较复杂的群体特征，为继续挖掘群体生产潜力提出了一些值得探讨的问题。由于滴灌技术改变了传统的畦灌灌溉方式，使得作物的生长环境发生了改变，进而引起小麦群体结构发生变化，最终导致干物质积累、转运及产量构成存在显著差异。

前人研究表明，提高花后干物质同化是提高产量的主要 途径［12］。胡延吉 等［13］和高庆 荣等［14］指出，花后积累的干物质有利于增加粒重。本研究表明，花后干物质对籽粒的贡献率为M3＞M2＞M1＞M4＞M5，但产量为 M3＞M5＞M4＞M2＞M1，相同种植密度下，M3均高于CK，这表明产量的最终形成并非主要由花后干物质积累决定，而是花前干物质和花后干物质共同作用的结果。通过Logistic方程拟合的干物质积累进程表明，不同种植密度可以调节小麦干物质快速累积期出现的早晚和持续时间，同时也可改变干物质的累积速率，从而达到提高小麦产量的目的。本研究得出，滴灌春小麦干物质积累量随种植密度的变化，呈现先升后降的趋势，M3的干物质积累量显著高于其它各处理，主要原因是由于快速生长特征值及单株干物质积累量为最大值，为生育后期生殖器官的生长积累了较多的干物质。此外，随种植密度增加，产量呈先升后降趋势，M3的籽粒产量最高，M3、M4和M5的籽粒产量间无显著性差异，但显著高于M2和CK，极显著高于M1；小麦的产量构成因子也具有显著差异，最终导致小麦产量水平有所不同。

关于小麦有效积温的研究，毛振强等［11］和Jame等［15］研究表明，叶片功能期的积温随叶片在主茎上叶位的升高而逐渐增大，小麦的出叶积温通常为一个常数。研究得出，有效积温具有良好的稳定性和便于量化，并且能从更深层次揭示滴灌春小麦的生长发育机理。叶片的生活周期分为生长期、功能期和衰亡期，叶片生长期的积温反映了叶片生长速率的大小，功能期的积温反映了光合能力强弱的持续时间，最终影响产量和品质的形成。本研究的结果表明，相同种植密度下，滴灌春小麦M3的出叶积温比CK低34.3℃；在孕穗至灌浆阶段，M3的有效积温为最大值，较CK高183.0℃，表现出较长的光合生理持续时间，从而在植株生长发育层面揭示了滴灌春小麦的高产形成机理。

4 结论

在滴灌春小麦栽培中，当种植密度为450 kg／hm2（9.38×106粒／hm2，M3）时，能有效增强小麦群体的干物质积累及转运特征，提高籽粒产量，从而使滴灌春小麦实现高产稳产。

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