播期和播量对冬小麦国麦301农艺性状及产量的影响

2017-10-10刘红杰倪永静陈玉霞

江苏农业科学 2017年14期

刘红杰　倪永静　陈玉霞

摘要：为加快冬小麦国麦301的推广应用，以国麦301为试验材料，采用D-饱和最优设计，研究播期播量对国麦301产量及构成要素的影响。结果表明：开花期叶面指数随着播期的推移呈先升后降的趋势，而随着播量的增加叶面积指数逐渐升高；播期播量对开花期干物质积累量的影响基本一致，均呈先升后降的变化趋势，播期在10月10日、播量在1.78×106株/hm2时，开花期干物质积累量都最大，分别为15 569.14、15 476.43 kg/hm2；播期播量对成穗数和产量的变化趋势基本一致，均呈先升后降的变化趋势。说明成穗数是影响产量大小的主效因素；穗粒数和千粒质量随着播期的延迟均呈先略降后上升的趋势，随着播量的增加呈先降后略升的趋势，而与播期播量对成穗数的变化趋势相反，可见穗粒数和千粒质量与成穗数间呈负相关；保证国麦301高产的适宜播期为10月8日—10月19日，播种密度范围为2.0×106～3.43×106株/hm2，早播适宜低密度，播期推迟，密度适当增加。

关键词：国麦301；播期；播量；农艺性状；产量

中图分类号： S512.1+10.4文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2017）14-0049-05

小麦产量的高低不仅取决于品种特征，而且受栽培技术水平的影响，其中播期的早晚和播量的大小对小麦产量影响很大。小麦产量是由成穗数、穗粒数、千粒质量三要素构成的，它们之间的协调程度决定了产量的高低。适宜播期可以充分利用光热养，有利于培育壮苗。适宜播量可以构建合理的群体结构，有利于成穗数、穗粒数和千粒质量的协调发展。近年来，虽然关于播期播量的研究较多，但结论都不尽一致。蒋纪芸等研究发现，小麦籽粒产量随着播期的推迟呈下降趋势[1]。马溶慧等认为，不同播期对产量、成穗数、穗粒数的影响不大，对千粒质量有显著影响；不同播量对产量、成穗数、穗粒数的影响都达到显著水平[2]。闫志顺等研究发现，在相同的播量下，在一定范围内随着播期的推迟，小穗数、穗粒数、单株产量间存在显著性差异，小麦产量随着播期的推迟而下降[3]。冯浔等研究认为，随着播种期的推迟，产量构成因素，如穗部性状的穗粒数、穗粒质量、千粒质量等指标，均相差不多，造成早播晚播产量差异的主要因素是单株成穗数[4]。而孙培良等试验结果表明，播种期的早晚对冬小麦产量构成要素中的穗粒数影响较大，然后依次是穗粒质量、有效茎数[5]。

最优饱和设计在农业试验研究中的应用逐渐增多[6-7]，但在小麦栽培试验研究中鲜有报道。国麦301为2012年豫审品种，属半冬性中晚熟品种，具有高产、抗病等特点。2014—2015年，为加快国麦301在豫东地区的推广应用，探索最适播期播量，本试验采用二次饱和D-最优设计，研究播期播量对国麦301产量及构成因素的影响，以期为国麦301的推广应用提供理论数据。

1材料与方法

1.1供试品种

本试验选用国家小麦工程技术研究中心新育成的半冬性中晚熟品种国麦301。

1.2试验地情况

试验于2014—2015年在商丘市农林科学院双八镇示范中心进行，该地地势平坦，地力均匀，中等肥力，浇水条件良好，养分状况为有机质含量1.93%、碱解氮含量57.7 mg/kg、速效磷含量43.97 mg/kg、速效钾含量174.2 mg/kg，前茬作物为玉米。基肥为600 kg/hm2复合肥（N ∶[KG-*3]P ∶[KG-*3]K=26 ∶[KG-*3]15 ∶[KG-*3]7），拔节期追施尿素150 kg/hm2，其他管理同一般大田。

1.3试验设计

试验为播期和播量二因素试验，即播期（x1，2014年10月5—25日）、播量（x2，0.90×106～4.50×106株/hm2），采用二次饱和D-最优设计[8]，安排田间试验，重复3次，二因素的设计水平（表1）。

1.4取样与测定方法

1.4.1叶面积指数于小麥开花期在不同小区内连续取健康生长的植株10单株及群体调查，并计算出小麦叶面积指数。叶面积指数=单株叶面积（m2）×1 m2株数。

1.4.2干物质积累量于小麦开花期在各小区内连续取5株，去除根后，将叶、茎、穗分开，105 ℃杀青30 min，60 ℃烘至恒质量，称其质量，并根据基本苗计算每1 hm2的各部位干物质积累量。

1.4.3产量及构成要素产量按小区进行收获，并根据小区实际产量计算产量；穗数由行穗数进行换算，数1 m双行；收获时随机抽取10株麦穗测定穗粒数；千粒质量在小麦籽粒晒至恒质量时随机取样数500粒称其质量，3次重复，重复间差异在0.5 g之内。

1.5数据处理与分析

采用软件Excel 2003计算回归方程系数并进行回归式显著性F值检验[9-12]。

2结果与分析

2.1播期播量对开花期叶面积指数的影响

处理1～6的开花期叶面积指数分别为6.38、3.15、10.89、7.87、4.17、9.19。依据二次饱和D-最优设计的结构矩阵与试验结果，获得试验因素与开花期叶面积指数的回归模型：

y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]=7.870-2.070x1+1.802x2-2.275x12+0.897x22-0.528x1x2。

其F值为11.14，大于F0.05（5.05），表明播期、播量与开花期叶面积指数间回归关系达到显著水平，该模型的预测值和实际值拟合性很好，可用该方程进行预测。

在本试验中，分别令一个因素为0，可得其中另一个因素与叶面积指数的数学模型：

将各因素不同水平编码值代入方程式，得出相应值，并绘制成图。由图1可知，播期、播量对叶面积指数影响不同，随着播期的增加叶面积指数呈先升后降的趋势，而随着播量的增加叶面积指数逐渐升高。将播期、播量与叶面积指数的单因素方程式求一阶导数，并令其为0，解播期方程得x1=-0.455，结合表1可得播期在10月10日时，叶面积指数有最大值，播期提前或推迟都不利于叶面积指数的增加。播期过早，由于气温较高，小麦生长速度快，幼穗发育程度较高，易遭受冻害，这不利于叶面积指数的增加。而播期过晚，由于气温低，冬前分蘖少，发苗不足，冬后大分蘖较少，个体长势较弱，小麦群体变少，叶面积指数也会随之变小；解播量方程得x2=-1.004，已超出x2的编码范围，即在设定播量范围内，同一播期下开花期叶面积指数随着播量的增加而逐渐增加，这与王夏等研究结果[13]一致。

2.2播期播量对开花期干物质积累量的影响

处理1～6开花期干物质积累量分别为12 834.28、11 816.83、12 348.40、15 486.15、14 266.56、12 322.29 kg/hm2。依据二次饱和D-最优设计的结构矩阵与试验结果，获得试验因素与开花期干物质积累量的回归模型：

y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]=15 475.289-380.488x1-114.701x2-385.635x12-2 878.804x22+128237x1x2。

其F值为8.51，大于F0.05（5.05），表明播期、播量与开花期干物质积累量间回归关系达到显著水平，该模型的预测值和实际值拟合性很好，可用该方程进行预测。

在本试验中，分别令一个因素为0，可得其中另一个因素与干物质积累量的数学模型：

播期y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]1=15 475.289-380.488x1-385.635x12；

播量y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]2=15 475.289-114.701x2-2 878.804x22。

将各因素不同水平编码值代入方程式，得出相应值，并绘制成图。由图2可知，播期、播量对开花期干物质积累量的影响一致，均呈“上升―下降”的变化趋势，且播量对开花期干物质积累量的影响较大。将播期、播量与开花期干物质积累量的单因素方程式求一阶导数，并令其为0，解播期方程得x1=-0.493，结合表1可得播期在10月10日时开花期干物质积累量最大，为15 569.14 kg/hm2，这是因为适期早播可以保证冬小麦冬前有足够的生长积温，是冬前形成壮苗的基础，冬前壮苗有利于小麦返青后干物质积累和生殖生长，但播期较早，冬前小麦幼穗发育进程加快，春季易发生冻害，反而不利于干物质积累。而播期较晚小麦虽然返青后干物质积累速率加快，但因晚播使小麦群体变小，干物质积累量也将减少；解播量方程得x2=-0.020，结合表1可得播量在1.78×106株/hm2时开花期干物质积累量最大，为15 476.43 kg/hm2，播量增加或减少都不利于干物质积累。这可能是由于播量较少时，个体比较健壮，单株干物质积累量大，但单位面积群体不足，因此干物质积累量少。当播量较大时，小麦分蘖能力降低，个体素质较弱，物质生产能力也较差，最终导致干物质积累量的降低。

2.3播期播量对成穗数的影响

处理1～6成穗数分别为620.0、395.0、590.0、725.0、671.3、658.8穗/hm2。依据二次饱和D-最优设计的结构矩阵与试验结果，获得试验因素与成穗数的回归模型：

实际值拟合性很好，可用该方程进行预测。

在本试验中，分别令一个因素为0，可得其中另一个因素与成穗数的数学模型：

将各因素不同水平编码值代入方程式，得出相应值，并绘制成图。由图3可知，随着播期、播量的增加成穗数呈现先上升后下降的变化趋势，且播量对成穗数影响较大。将播期、播量与成穗数的单因素方程式求一阶导数，并令其为0，解播期方程得x1=-0.536，结合表1可得播期在10月10日时成穗数最大，播期提前或推迟都会造成成穗数降低。10月5—10日播种对成穗数影响较小，这与今年遭遇早春冻害，部分幼穗、基部和节间春季新生蘖被冻死有关。10月10日之后播种成穗数迅速下降，这是因为播种越迟，出苗和分蘖越迟，冬前分蘖越少，造成成穗数也越少；解播量方程得x2=0.212，即播量在3.08×106株/hm2时成穗数最大，播量增加或减少都会造成成穗数降低。播量小于3.08×106株/hm2时，分蘖力对群体的影响远远小于播量对群体的影响，因此，成穗数随着播量增加而增加。但当播量大于3.08×106株/hm2时，随着播量逐渐增加，小麦分蘖能力逐渐变差，有效分蘖逐渐减少，成穗数也就逐渐变小。

将各因素不同水平编码值代入方程式，得出相应值，并绘制成图。由图4可知，随着播期、播量的增加，穗粒数呈先下降后上升的变化趋势，且播量对穗粒数的影响较大。将播期、播量与穗粒数的单因素方程式求一阶导数，并令其为0，解播期方程得x1=-0.710，结合表1可得播期在10月8日时穗粒数最小。10月8日前播种，播期对穗粒数影响较小，而10月8日以后播种的穗粒数随着播期推迟而增加，这与播期推迟成穗数变少，而成穗数又与千粒质量、穗粒数呈负相关有关；解播量方程得x2=0.470，即播量在3.55×106株/hm2时穗粒数最小，减少播量有利于穗粒数的增加，但增加幅度不明显。这可能由于播量较少时，有效穗数少，植株个体健壮，单穗光热养供应充足，易形成大穗。随着播量的增加，有效穗数逐渐增加，个体素质逐渐变弱，单穗光热养供应逐渐降低，因此穗粒数逐渐减少。但当播量过大时，小麦成穗数逐渐降低，主茎穗比例增加，当主茎穗优势大于播量过大对主茎穗的影响时，同时千粒质量和穗粒数与成穗数呈负相关，因此单株平均穗粒数就会相应的增加，但增加幅度很小。

2.5播期播量对小麦千粒质量的影响

处理1～6千粒质量分别为39.26、40.47、35.02、35.54、36.05、35.55 g。依据二次饱和D-最优设计的结构矩阵与试验结果，获得试验因素与千粒质量的回归模型：

y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]=35.312+0662x1-2.061x2+0.564x12+1.925x22+0.058x1x2。

其F值为39.15，大于F0.05（5.05），表明播期、播量与千粒重间回归关系达到显著水平，该模型的预测值和实际值拟合性很好，可用该方程进行预测。

将各因素不同水平编码值代入方程式，得出相应值，并绘制成图。由图5可知，播期、播量对千粒质量的影响与对穗粒数的一致，且随着播期、播量的增加呈先降后升的变化趋势，播量对千粒质量的影响较大。将播期、播量与千粒质量的单因素方程式求一阶导数，并令其为0，解播期方程得x1=-0.587，结合表1可得播期在10月9日时千粒质量最小，播期提前对千粒质量影响较小，而播期推迟更加有利于千粒质量的增加，这与汪建来等的研究结果[14]一致；解播量方程得x2=0.535，即播量在3.66×106株/hm2时千粒质量最小，降低播量能降低群体数量，单穗光热养供应充足，易形成大穗，而增加播量小麥分蘖力下降，成穗数降低，主茎穗比例增加，当主茎穗优势大于播量过大对主茎穗造成的影响时，同时千粒质量和穗粒数与成穗数呈负相关，因此单株平均穗粒数和千粒质量就会相应的增加，但增加幅度很小。

2.6播期播量对小麦产量的影响

处理1～6产量分别为7 292.609、6 980.354、7 494.837、8 845.995、7 888.185、7 631.488 kg/hm2。依据二次饱和D-最优设计的结构矩阵与试验结果，获得试验因素与产量的回归模型：

y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]=8 854.943-207.783x1+49.458x2-590.256x12-1 078.747x22-51.655x1x2。

其F值为11.84，大于 F0.05（5.05），表明播期、播量与产量间回归关系达到显著水平，该模型的预测值和实际值拟合性很好，可用该方程进行预测。

在本试验中，分别令一个因素为0，可得其中另一个因素与产量的数学模型：

将各因素不同水平编码值代入方程式，得出相应值，并绘制成图。由图6可知，播期、播量对产量的影响一致，播期、播量对产量的影响均呈“上升―下降”的变化趋势。将播期、播量与产量的单因素方程式求一阶导数，并令其为0，解播期方程得x1=-0.176，结合表1可得播期在10月13日时产量最大，播期提前或推迟都会造成产量降低。播期提前小麦分蘖早，冬前易出现旺苗，如遇到寒冬或倒春寒，易引起冻害，进而影响产量。而播期推迟小麦冬前分蘖变少，发苗不足，冬后大分蘖较少，个体长势较弱，小麦群体变少，因此小麦产量降低；解播量方程得x2=0.023，结合表1可得播量在2.74×106株/hm2时产量最大，播量增加或减少都会造成产量降低。在播量较少时，分蘖成穗率高，个体比较健壮，因此产量随着播量的增加而逐渐增加。而播量较大时，小麦分蘖能力降低，个体素质较差，农田小气候恶化，开花期后物质生产能力减弱，植株细且易倒伏，产量将会大幅度降低。

根据播期播量的关系方程式计算，小麦产量在8 700～8 874 kg/hm2 时，x1为-0.718～0.366，x2为-0.357～0.403，相应的适播期为10月8—19日，播量为2.06×106～3.43×106株/hm2。

3结论与讨论

在本试验中，开花期叶面积指数、开花期干物质积累量、成[CM（25]穗数、穗粒数、千粒质量、产量的回归方程的F值均大于F0.05（5.05），说明播期、播量与各测量指标间回归关系达到显著水平，该模型的预测值和实际值拟合性很好，可用该方程进行预測。且由回归方程一次项系数可知，除开花期叶面积指数、干物质积累量、产量的播期主效大于播量外，其他播量主效大于播期。

叶面积指数是衡量光合绿叶面积的重要指标，较大的光合绿叶面积是小麦高产的基础。屈会娟研究发现，小麦开花期前叶面积指数表现为随着播期的推迟呈现下降的趋势，随着播量的增加而升高的趋势[15]。在本试验中，开花期叶面积指数随着播期的增加呈先上升后下降的趋势，而随着播量的增加叶面积指数呈逐渐升高的趋势。播期在10月10日时，叶面积指数有最大值，播期提前或推迟都不利于叶面积指数的增加。播期过早，由于气温较高，小麦生长速度快，幼穗发育程度较高，易遭受冻害，这不利于叶面积指数的增加；播期过晚，由于气温低，冬前分蘖少，发苗不足，冬后大分蘖较少，个体长势较弱，小麦群体变少，叶面积指数也会随之变小。在本试验中，同一播期下开花期叶面积指数随着播量的增加而逐渐增加，这与王夏等研究结果[13]一致。

在本试验中，播期、播量对干物质积累量的影响一致，均呈先上升后下降的变化趋势，这与郭文善等研究结果[16]基本一致。播期在10月10日时开花期干物质积累量最大，播期提前或推迟都会降低开花期干物质积累量。这可能由于适期早播可以保证冬小麦冬前有足够的生长积温，是冬前形成壮苗的基础，冬前壮苗有利于小麦返青后干物质积累和生殖生长。而晚播小麦虽然返青后干物质积累速率加快，但因播期过晚会使小麦群体变小，个体素质变差，干物质积累量也将相应减少；干物质积累能力随着播种量增加而变大，但播量过大时，干物质积累量反而降低[17]。在播量小于1.78×106株/hm2时，受小麦群体不足影响，干物质积累量少，且干物质积累量随着播量的增大而增加。但随着播种量继续变大，小麦群体逐渐变小，个体素质逐渐变差，干物质积累量也会逐渐减低。

在本试验中，播期对成穗数的影响呈先升后降的变化趋势，这与唐进等研究结果[18]一致。播期在10月10日时成穗数最大，播期在10月5—10日之间对成穗数影响较小，这可能与早播易形成冬前旺苗，而今年春季发生低温冻害，部分幼穗、基部和节间春季新生蘖被冻死有关。晚播不利于冬前群体增加，不能形成壮苗，拔节后单株分蘖急剧降低，造成成穗数降低。而产量最大值出现在播期10月13日，与成穗数最大值出现日期相近，仅晚1 d，且播期对产量的变化趋势与对成穗数一致，这可能与冯浔等的研究结果[4，19]，在一定范围内，群体是影响产量大小的主效因素有关；播量对成穗数、产量的影响呈先上升后下降的变化趋势。就成穗数而言，成穗数在播量3.08×106株/hm2时最大，当播量小于3.08×106株/hm2 时，分蘖力对群体的影响远远小于播量对群体的影响，因此，成穗数随着播量增大而增加；当播量大于3.08×106株/hm2时，分蘖能力随着播量增加而逐渐变差，有效分蘖逐渐减少，成穗数就逐渐变小。就产量而言，在播量2.74×106株/hm2时，产量最大。播量低于2.74×106株/hm2时，产量随着播量增加而升高，这与群体较小，通风透光好，个体发育好，产量潜能充分发挥有关；播量高于2.74×106株/hm2时，群体数量峰值出现的时期越早，群体数量越难控制，无效分蘖退化慢，开花期前田间荫蔽度越高，群体质量就会越差[20]，开花期后植株物质生产能力低，最终导致产量逐渐减少。

张一等认为不同播期都以较低播种密度而获得较高的单穗结实粒数[21]。千粒质量和穗粒数与成穗数间呈负相关[22]。在本试验中，随着播期的延迟，穗粒数和千粒质量均呈先略下降后上升的趋势，这与高燕等的研究结果[23]基本一致。在10月8日播种穗粒数有最小值，在10月9日播种千粒质量有最小值，而在10月10日播种成穗数有最大值，三者呈现峰值的播期仅差2 d。这可能是因为随着播种期的推迟，幼穗分化期推迟，幼穗分化时间相应缩短，不利于小花原基分化，因此造成小穗结实率减少，穗粒数也就减少[24-25]。同时随着播期的推迟，小麦灌浆期也会相应缩短，千粒质量也会下降[25-26]，而与汪建来等研究结果[14]不一致。但如果播期继续推迟，千粒质量和穗粒数略有增加，这可能是由于小麦成穗数逐渐降低，成穗数与穗粒数和千粒质量间呈负相关[22]，因此穗粒数和千粒质量又有所增加，但增加幅度较小；在本试验中，播量在小于3.55×106株/hm2时，穗粒数随着播量的增加而逐渐降低。播量在小于3.66×106株/hm2时，千粒质量随着播量的增加而逐渐减少。这可能是由于在播种量较小时，分蘖成穗率高，植株个体健壮，穗粒数和千粒质量都较大[25]。但随着播量的增加，小麦群体逐渐变大，单穗光热养供应能力也逐渐降低，穗粒数和千粒质量就会逐渐降低。当播量大于3.55×106株/hm2时，穗粒数随着播量的增加而略增加，但增加幅度较小。播量大于3.66×106株/hm2时，千粒质量随着播量的增加而略增加，增加幅度也较小。这可能由于随着播量继续增加，分蘖能力逐渐降低，小麦成穗数逐渐降低，主茎穗比例也会增多，当主茎穗优势大于播量过大对主茎穗的影响时，同时成穗数又与穗粒数和千粒质量间呈负相关[22]，因此单株平均穗粒数和千粒质量就会相应的增加，但增加幅度很小。

适宜的播期播量均可以促进成穗数、穗粒数、千粒质量3个因素更加协调，产量较高。播种较早易遭受冻害，播种过晚不易形成壮苗，而播量大小直接影响小麦成穗数的多少。本试验建议国麦301在豫东地区的适宜播期播量为10月8—19日，播量在2.06×106～3.43×106株/hm2。

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