不同小麦品种的产量及光能利用对冬前积温的响应

吕丽华，梁双波，张经廷，姚艳荣，董志强，张丽华，贾秀领

(农业部华北地区作物栽培科学观测实验站/河北省农林科学院粮油作物研究所,河北石家庄 050035)

不同小麦品种的产量及光能利用对冬前积温的响应

吕丽华，梁双波，张经廷，姚艳荣，董志强，张丽华，贾秀领

(农业部华北地区作物栽培科学观测实验站/河北省农林科学院粮油作物研究所,河北石家庄 050035)

为确定河北省中南部地区小麦品种的适宜冬前积温，2011-2014年度在河北藁城设置4个播期(10月5日、10日、15日和20日)以形成不同的冬前积温，通过裂区试验设计(播期为主区，品种为副区)，研究了4个半冬性小麦品种(中晚熟品种冀麦585和金禾9123，中早熟品种衡4399和中麦155)的产量和光能利用对冬前积温的响应。结果表明,冬前积温对小麦产量有显著影响，且影响程度在品种间差异明显。4个品种中，中麦155对冬前积温较敏感，冬前≥0 ℃积温高于510 ℃时有利于其高产，且10月10日前播种还可获得较高的光能利用率(RUE)；金禾9123、冀麦585和衡4399对冬前积温反应较迟钝，冬前≥0 ℃积温高于338 ℃时有利于其高产，且10月15日前播种可获得较高的RUE。小麦10月10日播种可保持较高的叶面积指数(LAI)，过早和过晚播种对LAI提高不利。10月10日前播种的小麦生育中前期生长速率(CGR)较高，10月15日之后播种的小麦生育后期生长速率较高。晚播(10月15日)后生育中后期较高的旗叶光合速率、更快的CGR可部分弥补因晚播生长不足而造成的产量损失。因此，在冀中南区，迟钝型品种推荐播期为10月5日至15日，敏感型品种为10月5日至10日。

小麦; 播期; 产量; 光能利用率

冬小麦-夏玉米轮作种植是河北省主要的种植制度，为了保证该地区两季作物均衡增产、充分利用生态环境中有利的光热资源，冬小麦一直提倡适期晚播[1-3]。但在一年两熟轮作种植茬口衔接紧张的背景下，不同类型小麦品种适宜晚播期限的确定及在晚播后能否建立高产和高光效的群体结构仍是目前小麦研究的重点。

不同地域和气候因素对小麦产量及其构成因素的影响不同,不同品种要求的最佳播期也不同[4-6],适宜的播期有利于创建优良的群体结构，促进产量构成三因素的协调发展[7]。作物产量的高低取决于其光合能力[8]、光能资源的质量和光能利用效率的大小[9-10]。研究表明，播期对不同穗型小麦品种叶面积指数、旗叶光合特性均存在明显影响[11-12]，调节作物生长发育，改变作物群体结构，影响群体受光态势，进而影响作物对光能利用的效率[13]和产量形成[14-15]。

目前，有关播期对小麦产量形成影响[11,16-18]的研究较多， 但就小麦对冬前积温反应在品种间的差异及晚播条件下不同类型品种最适积温的研究较少。本研究于2011年秋至2014年夏连续3个小麦季,在河北省中南部地区进行了4个冬小麦主栽品种的播期试验，分析了播期对小麦产量形成和光能利用的影响,明确不同小麦品种对冬前积温的响应特征，从而确定不同小麦品种适宜晚播的积温，以期为冬小麦安全生产及两季作物合理高效分配光热资源提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及品种

自2011年秋季开始连续3个小麦生长季,在河北省农林科学院粮油作物研究所藁城堤上试验站进行田间试验。该区属华北太行山山前平原区(38°41′N,116°85′E),年均降雨量484 mm,试验期间不同播期间降水量一致。供试地块0～20 cm土壤含有机质1.55%(采用稀释热法测定)、全氮0.097%(采用凯氏定氮法测定)、碱解氮72.7 mg·kg-1(采用碱解扩散法测定)、有效磷19.5 mg·kg-1(采用Olsen法测定)和有效钾91.0 mg·kg-1(采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定)。

4个半冬性小麦品种均为河北地区主栽品种,分别为2个中晚熟品种(冀麦585和金禾9123)和2个中早熟品种(衡4399和中麦155)。

1.2 试验设计

试验采用二因子裂区设计,播期为主区，品种为副区,4次重复,完全随机排列,小区规格1.2 m×11.8 m,行距15 cm。2011-2012年度设10月8日、10月14日、10月20日3个播期,根据每推迟一天增加12万株·hm-2基本苗来确定播量,使基本苗分别为345万、420万和480万株·hm-2。2012-2013和2013-2014年度设10月5日、10月10日、10月15日、10月20日4个播期,基本苗分别为300万、360万、420万和480万株·hm-2。在夏玉米收获后、冬小麦播种前,底施史丹利复合肥600 kg·hm-2(含N 20%、P2O526%、K2O 8%),拔节期追施尿素(含N 46%) 225 kg·hm-2。于拔节期和开花期灌水,每次灌水量为70 mm左右。病虫草采用常规管理方法。6月7日至10日收获。

1.3 测定方法与数据处理

冬前≥0 ℃积温数据来自河北省气象局2011-2014年河北省藁城市10月至12月的逐日≥0 ℃积温数据(图1)。2011-2012年度3个播期的冬前≥0 ℃积温依次为534、434和347 ℃，2012-2013年度4个播期依次为505、417、338和269 ℃，2013-2014年度依次为584、493、412和353 ℃。

小麦成熟后各小区采用小区联合收割机(CLASSIC,Wintersteiger,4910 Ried in Innkreis,Upper Austria,Austria)收获，籽粒风干后称重,折算为含水量13%的标准产量。收获前每小区选取0.333 m2统计总穗数,折合为单位面积穗数; 随机取50穗统计穗粒数。从风干籽粒中数1 000粒称重,重复8次,同时测定含水量,折算为含水量13%的标准千粒重。

在开花期和灌浆期采用美国LI-COR公司产LI-6400型便携式光合测定系统测定旗叶净光合速率(Pn)，每个小区测定3个叶片，重复3次。

在冬前、拔节期、挑旗期、开花期、灌浆期和成熟期，每小区取0.15 m2统计株数，重复3次，并挑选长势均匀的3株，测量叶长、宽，计算叶面积和叶面积系数(LAI)。

叶面积=长×宽×0.83；

LAI=单株叶面积×株数/单位土地面积。

在3月30日、4月27日、5月6日和6月8日，每小区分别取0.5 m双行植株，于105 ℃下杀青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重称干重。

计算作物生长速率(CGR)。CGR=(W2-W1)/A(t2-t1)，W2和W1分别表示时间t2和t1时单位土地面积的干物重，A表示土地面积[19]。光能利用率(RUE) =(H×W/∑Q)×100%。W为单位土地面积上作物有机干物质的质量；H为单位质量有机干物质的产热率，籽粒取16.3×103kJ·kg-1，秸秆取14.6×103kJ·kg-1；∑Q为生育期间单位面积太阳总辐射逐日累加获得各生育阶段和全生育期的太阳总辐射量[20]。

1.4 统计分析

采用Microsoft Excel 2003处理数据,在SAS v8e软件包中运行GLM (General Linear Model)程序进行统计分析。

2 结果与分析

2.1不同小麦品种产量及其构成因素对播期的反应

2011-2012年，除金禾9123外，随播期的推迟，其他品种产量均呈下降趋势(表1)，品种间播期效应存在明显差异。衡4399和冀麦585 在10月8日播种时产量较高,播期推迟至20日(积温在350 ℃左右)时减产2.0%～3.1%，平均每推迟一天产量降低20.1 kg·hm-2；金禾9123 在10月8日播种时产量一般，且播期推迟至10月20日时产量变化不明显; 中麦155在10月8日播种时产量最高,播期推迟至20日时减产10.7%，平均每推迟一天产量降低84.5 kg·hm-2，减产幅度较大。

2012-2013年与上年变化趋势相近。衡4399、冀麦585 和金禾9123在播期由10月5日推迟至10月15日(积温在340 ℃左右)时减产0.2%～2.3%，播期再推迟至10月20日(积温在270 ℃左右)时较10月5日播期处理减产7.4%～12.0%；中麦155 在10月5日播种时产量较高,但播期推迟至10月10日(积温420 ℃左右)时产量显著降低,减产9.5%，播期再推迟至20日时，产量变化不明显。

2013-2014年随播期的推迟，4个小麦品种产量均呈先升后降的趋势。 衡4399在10月10日播种时产量较高，播期推迟到10月15日(积温在410 ℃左右)和20日(积温在350 ℃左右)时产量显著降低；冀585和金禾9123在10月15日播种时产量较高，播期推迟到10月20日时较10月15日播种减产9.1%～9.2%；中麦155在10月10日播种时产量较高，播期推迟至10月15日和20日时，产量分别降低7.9%和19.3%。可见，中麦155属于积温敏感型品种，较高的冬前积温(>510 ℃)有利于其形成高产，而衡4399、冀麦585和金禾9123对冬前积温反应较迟钝，积温>338 ℃时产量基本持平，尤其是金禾9123对冬前积温不敏感。

从试验结果(表1)看，随播期的推迟，小麦穗数先升后降,其中衡4399、冀麦585、中麦155穗数在10月10日播种时较高，较10月15日播期处理分别提高14.3%、16.7%和6.0%，较10月20日播种分别高24.2%、23.5%和30.8%；而金禾9123以10月10日和15日播种的穗数较高，较10月20日播期处理平均高8.4%。说明播期对金禾9123的穗数影响较小。

2012-2013年衡4399和冀麦585穗粒数在不同播期间差异不显著，而其他品种以晚播处理(10月20日)较高。2013-2014年4个品种均以晚播处理穗粒数最高，但品种间也存在差异。衡4399和冀麦585在10月15日和20日播种时穗粒数较高,较早播处理(10月5日)平均高2.6粒; 金禾9123和中麦155穗粒数均在10月20日播种时最高,较其他播期平均值分别高2.2粒和2.5粒(表1)。不同年度衡4399和冀麦585穗粒数受播期影响不同。究其原因，首先，不同小麦生长季冬前和早春积温不同，因此穗分化进程存在差异，进而影响穗粒数；其次，单位面积穗数影响穗粒数，如2012-2013年单位面积穗数较少，因此各播期穗粒数均较高，较高的穗粒数使播期间的差异减弱。

千粒重对播期的反应因品种而异,年度间亦有差异。2013-2014年,除冀麦585外，其他品种千粒重在播期间差异均不显著。 2012-2013年,衡4399和中麦155千粒重在10月5日和20日播种时较高,冀麦585则在10月20日播种时较高,金禾9123受播期影响较小，即对播期不敏感(表1)。不同年度中麦155千粒重受播期影响不同，原因可能为2013-2014年穗粒数较少，在产量构成因素的自我调节作用下，各播期千粒重均较高，较高的千粒重使播期间的差异减弱。

表1 不同播期对产量及其构成因素的影响Table 1 Effect of sowing dates on grain yield and yield components

数据后不同字母表示同一品种不同播期间有显著差异(P<0.05)。

Values followed by different letters are significantly different among sowing dates within the same cultivar at 0.05 level.G:Grain yield; SN:Spike number; GNS:Grain number per spike; TGW:Thousand-grain weight.

2.2不同播期下小麦旗叶净光合速率(Pn)的变化特征

从2013-2014年的数据(图1)看，衡4399开花期(5月4日)和灌浆中后期(5月22日)旗叶Pn均以10月15日和20日播期处理较高，较10月10日播期处理平均高13.5%，较10月5日播期处理平均高25.2%。冀麦585开花期旗叶Pn以10月15日播种、灌浆中后期Pn以10日和15日播期处理较高，两时期分别较其他处理平均高23.2%和56.1%。金禾9123开花期旗叶Pn在不同播期间差异不显著，灌浆中后期Pn以10月15日播期处理较高，较其他播期平均高29.1%。中麦155开花期旗叶Pn以10月15日播种、灌浆中后期Pn以10月15日和20日播期处理较高，两时期分别较其他处理平均高14.8%和58.1%。可见，对多数品种来说，晚播后旗叶的Pn也会增高，有利于产生较多的光合产物，可一定程度挽回因晚播而造成的产量损失；金禾9123开花期旗叶Pn在不同播期间差别不明显，说明适时晚播对该品种旗叶Pn影响不大。但不同品种比较，金禾9123旗叶Pn高于其他品种，在开花期和灌浆中期分别平均高21.2%和6.2%。

图柱上不同字母表示同一品种同一时期不同播期间有显著差异(P<0.05)。H4399:衡4399; JM585:冀麦585; JH9123:金禾9123; ZM155:中麦155。S1～S4分别指10月5日、10月10日、10月15日、10月20日4个播期。图2中同。

2.3不同播期下小麦叶面积指数(LAI)的变化

2012-2014两年的LAI变化趋势大体一致，4个小麦品种LAI大多以10月10日播期处理较高，而以10月20日播期处理最低(图2)，说明适时播种可提高小麦LAI，播种过早或过晚均不利于LAI提高。不同年度各品种LAI变化趋势稍有差异。2012-2013年，衡4399的LAI以10月10日播期处理较高，其次是10月5日和15日播期处理，较10月20日播期处理分别高46.5%和18.8%；冀麦585的LAI以10月5日和10日播期处理较高，较10月15日和10月20日播期处理分别平均高10.3%和35.0%。2013-2014年衡4399的LAI以10月20日播期处理较低，较其他播期处理平均低18.5%，而其他播期处理间差别不大；冀麦585的LAI以10月10日播期处理较高，其次是10月5日和15日播期处理，较10月20日播期处理分别高29.3%和10.2%；金禾9123和中麦155的LAI变化趋势与冀麦585相同，但金禾9123在播期间差别较小，而中麦155在播期间差别较大，前者的10月10日播期处理较10月20日处理高18.4%，而后者较10月20日播期处理高52.2%。可见，不同品种比较，晚播后中麦155的 LAI下降幅度较大。

2.4不同播期下小麦生长速率(CGR)的变化

2年小麦CGR的变化趋势基本一致，在生育前期和中期CGR大多以10月5日和10日播期处理较高，而在生育中后期则以10月15日和20日播期处理较高(图3)，可见晚播条件下生育中后期更快速的生长可部分弥补因晚播生长不足而造成的产量损失。但不同品种CGR随播期变化不尽相同。2012-2013年，衡4399的冬前至拔节末期CGR以10月10日播期处理最高，是10月20日播期处理的2.2倍，其次是10月5日或15日播期处理，是10月20日播期处理的1.9倍；而拔节末期至成熟期CGR则以10月15日和20日播期处理较高，为其他2个播期平均值的1.5倍。冀麦585的冬前至起身期CGR随播期的推迟而降低；而在起身至拔节期CGR以10月10日和15日播期处理较高，为10月20日播期处理的1.4倍；在灌浆期至成熟期CGR以10月15日和20日播期处理较高，为其他两个处理平均值的1.2倍。2013-2014年衡4399和金禾9123的CGR变化趋势一致，在冬前至开花期CGR均以10月5日和10日播期处理较高，平均为其他两个播期的1.6倍；而在开花至成熟期CGR则以10月15日和20日播期处理较高，平均为前两个播期处理的2.1倍。冀麦585的CGR在冬前至拔节期以10月5日和10日播期处理较高，在拔节至开花期以10月5日至15日播期处理较高，为晚播处理的1.4倍，在开花至成熟期以10月20日播期处理较高，为前3个播期平均值的1.6倍。中麦155的冬前至拔节期和开花至成熟期CGR均以10月10日播期处理较高，平均为晚播处理的1.7倍。不同品种比较，金禾9123 全生育期平均CGR 最高，较其他品种平均高9.8%，可见其生长速率较高，受晚播影响要小。

图2 播期对不同冬小麦品种叶面积指数(LAI)的影响

2.5不同播期下小麦光能利用率(RUE)的变化

从2年平均RUE (表2)看，衡4399和中麦155籽粒和全株RUE基本以10月5日和10日播期处理较高，其中衡4399籽粒和全株RUE较10月20日播期处理分别高6.6%和6.7%，中麦155分别高10.8%和21.3%；冀麦585和金禾9123的RUE则以10月5至15日播期处理较高，其中冀麦585籽粒和全株RUE较晚播处理平均值分别高4.6%和8.2%、金禾9123分别高9.6%和14.3%。不同年度间变化趋势有所不同。对于衡4399，2012-2013年籽粒和全株RUE均以10月5至15日播期处理较高，而2013-2014年不同播期间差异不显著。对于冀麦585，籽粒RUE在不同播期处理间差异两年均不显著，而全株RUE以10月20日播期处理较低。对于金禾9123，2012-2013年籽粒RUE以10月5日至15日播期处理较高，而2013-2014年在不同播期处理间差异不显著；而全株RUE 在2012-2013、2013-2014年分别以10月10日和15日播期处理较高。对于中麦155，2年均以10月5日或10日播期处理籽粒和全株RUE较高。可见，推迟播期对中麦155 RUE的影响较为明显，而其他3个品种在适期晚播后(10月15日播种)仍能保持较高的RUE。

2012-2013年的G1～G4分别指12月12日至3月4日、3月4日至4月17日、4月17日至5月14日、5月14日至6月8日4个生长阶段；2013-2014年G1～G3分别指12月12日至4月7日、4月7日至5月7日、5月7日至6月9日3个生长阶段。

表2 播期对不同冬小麦品种光能利用率(RUE)的影响Table 2 Effect of sowing dates on radiation use efficiency(RUE) of different winter wheat varieties %

3 讨 论

小麦适期播种可以创建优良的群体结构,从而实现高产、稳产[7]。前人研究表明,适期播种[11]或适度晚播[18]均有利于提高小麦群体的叶面积指数,以确保叶面积指数处于合理范围内。本研究中，不同类型小麦品种均以适期播种的LAI较高(10月10日播种),与前人研究结果一致[11],而晚播和早播均不利于小麦LAI提高,主要原因在于晚播和早播条件下群体穗数不足,而晚播条件下主要是积温不足导致群体数量上不去，早播条件下主要是播量较小导致群体较少。不同的环境条件和栽培措施能够改变小麦旗叶的光合性能[21],合理的播期能够提高小麦叶片的净光合速率和气孔导度,延长叶片功能期,积累更多的光合产物[22]。一些研究表明，小麦品种的旗叶光合特性以适期播种表现较优，山东莱州地区适播期为10月19日[11]，中国农业科学院中圃场适播期为10月7日[17]。另一些研究则认为，晚播小麦净光合速率有明显优势(河南郑州10月31日播种)[23]。本研究中，不同类型小麦品种的旗叶Pn均以适期晚播条件下(10月15日播种)表现较优,与后者观点一致[23],因为早播易造成小麦生育期提前,叶片功能提早衰退,而适期晚播可以有效地提高旗叶光合性能。本研究中，生育中前期大多为以10月10日前播种的CGR较高,而中后期则为以10月15日之后播种较高,晚播后生育中后期较高的旗叶Pn和更快的CGR可部分弥补因晚播生长不足而造成的产量损失,这也是迟钝型品种金禾9123受播期影响较小的原因之一。

以往研究认为,冬小麦越冬的最适≥0 ℃积温为570～645 ℃[24]。但本研究表明,随着当代小麦品种光温特性的改变，积温条件并不是小麦获得高产的重要保障,且不同敏感型品种对冬前积温的响应不同,因而具有不同的适宜播期。迟钝型品种金禾9123、冀麦585和衡4399在冬前≥0 ℃积温≥338 ℃时就可取得高产，而敏感型品种中麦155冬前积温需保证在510 ℃以上才可获得高产,该积温范围较传统的安全积温条件低许多。本研究中迟钝型品种晚播后穗数相对稳定或下降幅度较小,这是该类型小麦品种产量稳定的主要原因,尤其是金禾9123在不同播期间穗数较稳定，千粒重差异不显著,其适宜积温范围较广;而敏感型品种中麦155晚播后穗数显著降低，此外，穗粒数显著增加,受播期影响较大,其合适积温范围较小。此外，本研究中迟钝型品种10月15日前播种对产量影响较小,因此大多可获得较高的RUE,而敏感型品种在10月10日前播种时才能获得较高的RUE。因此在冀中南地区迟钝型品种推荐适宜播期为10月5日至10月15日; 敏感型品种推荐播期为10月5日至10月10日。

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YieldandRadiationUtilizationofDifferentWheatVarietiesinResponsetoAccumulatedTemperaturebeforeWinter

LÜLihua,LIANGShuangbo,ZHANGJingting,YAOYanrong,DONGZhiqiang,ZHANGLihua,JIAXiuling
(Scientific Observing and Experimental Station of Crop Cultivation in North China,Ministry of Agriculture/Institute of Cereal and Oil Crops,Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences,Shijiazhuang,Hebei 050035,China)

The objective of this study was to recommend optimal accumulated temperature before winter and to determine the utilization of light energy of different wheat cultivars in central and south of Hebei province. A field experiment was carried out with split plot design (main plot of sowing date and subplot of cultivar) in Gaocheng of Hebei province from 2011 to 2014 to evaluate the effect of four sowing dates (Oct. 5,Oct. 10,Oct. 15 and Oct. 20) on grain yield and radiation utilization efficiency of four simi-winter wheat cultivars. The results showed that sowing date had significant influence on grain yield,and the four cultivars had different responses to sowing date. At least 510 ℃ accumulated temperature before winter was required in order to get high yield for sensitive type of Zhongmai 155,and the higher radiation use efficiency (RUE) could be obtained when sowing before Oct. 10. While for insensitive type of Jinhe 9123,Jimai 585 and Heng 4399,at least 338 ℃ accumulated temperature before winter was required,and the higher RUE could be obtained when sowing before Oct. 15. Optimal sowing time on Oct. 10 resulted in the increase of leaf area index (LAI). Optimal and advance sowing time before Oct. 10 resulted in the increase of crop growth rate (CGR) before middle stage of wheat growth,while the increased CGR was obtained in the late stage of wheat growth when sowing after Oct. 15. The higher photosynthetic rate of flag leaf and faster CGR in the late growing stage could partly compensate to the production loss due to inadequate of growing time under late sowing. In the middle part of Hebei province,we recommend that the optimal sowing time of winter wheat is Oct. 5-15 for insensitive cultivars,and Oct. 5-10 for sensitive cultivars.

Wheat; Sowing date; Yield; Radiation use efficiency

时间：2017-08-08

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170808.0911.018.html

2017-03-03

2017-04-17

科技部粮丰工程专项(2016YFD0300402)；农业部公益性行业科研专项(201303133-1-1)；河北省渤海粮仓科技示范工程项目

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：1009-1041(2017)08-1047-09