小麦玉米一体化群体配置对小麦冠层结构和产量影响

熊淑萍，孟香苹，王小纯，马新明，张 捷，魏钦钦，刘 洋

(1.河南粮食作物协同创新中心，河南郑州 450046；2.河南农业大学农学院，河南郑州 450046；3.河南农业大学生命科学学院，河南郑州 450002)

黄淮海地区是中国重要的粮食主产区，占全国粮食播种面积的33%，粮食产量占全国总产量的35%，主要以冬小麦-夏玉米一年两熟复种模式为主，采用麦后玉米免耕直播耕作方式[1-2]。通过增加种植密度、缩小行距来提高单位面积穗数，是冬小麦高产的重要途径之一[3-4]。然而，冬小麦行距的缩小常造成后茬夏玉米机械化播种和出苗困难，使播种和出苗质量下降。同时，不当的行距和播种量的配置也会造成小麦冠层结构不良，影响籽粒产量和品质[5-8]。针对小麦行距与播种量的配置模式，前人研究较多[9-11]。研究表明，在行距15～25 cm范围内，随着行距的增大，小麦叶面积指数(LAI)呈减小趋势，而冠层开度(DIFN)随着行距的增大而增加，产量则以行距15 cm较高[12]；在基本苗相同的条件下，15.0～16.7 cm行距可以提高小麦穗数，产量高于宽行距处理[13]。薛盈文等[14]研究认为，20 cm行距的小麦叶倾角(MTA)最大，而10 cm行距的LAI最大，产量最高。李世莹等[15]也发现，在宽幅播种条件下，随着带间距的增大，小麦LAI、MTA降低。李娜娜等[16]的试验结果显示，小麦窄行宽株距可显著提高孕穗期至花后7 d的LAI和群体净光合速率。孙宏勇等[17]研究也表明，小麦LAI在拔节期以后随着行距的增大而减小，7.5 cm行距处理最终实现高产。综上所述，不同行距对小麦冠层结构、光合性能及产量影响不同，但前人关于行距设置的

研究多关注于小麦单季高产潜力挖掘与开发，很少考虑小麦玉米一体化生产中小麦行距设置与玉米播种的协调关系。因此，本研究以协调小麦玉米一体化播种为出发点，以有利于玉米季播种为基础，设置不同小麦行距方式与不同密度处理组合，筛选出小麦玉米一体化种植系统中有利于小麦高产的群体结构配置模式，以期为小麦玉米一体化高产高效生产提供技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计与方法

试验于2016-2017年在河南农业大学许昌校区进行。土壤类型为壤土，其含有机质17.78 g·kg-1、全氮1.31 g·kg-1、碱解氮51.15 mg·kg-1、速效磷7.60 mg·kg-1和速效钾236.23 mg·kg-1。试验以周麦27为材料，采用裂区设计。主区为行距，设20 cm-20 cm(R1)、12 cm-12 cm-12 cm-24 cm(R2)和13 cm-20 cm(R3)三种(图1)；副区为播量，设120 kg·hm-2(S1)、157.5 kg·hm-2(S2)和195 kg·hm-2(S3)三个水平。小区面积为32 m2(4 m×8 m)，重复3次。每公顷施225 kg纯氮、120 kg P2O5和120 kg K2O。其中，氮肥为尿素(46%)，基追比为5∶5；磷肥和钾肥分别为过磷酸钙(P2O5含量16%)和氯化钾(K2O含量60%)，均在整地时底施。其他栽培管理措施均按照高产麦田进行。

图1 不同行距田间配置Fig.1 Different row spacing of field

1.2 测定项目与方法

1.2.1 叶绿素含量(SPAD)的测定

分别于孕穗期、开花期、花后10 d、花后20 d和花后30 d，每小区中随机选取5株小麦，用日本生产的手持式叶绿素测定仪SPAD-502测定旗叶的SPAD值，每个叶片测定3次，取平均值。

1.2.2 LAI的测定

分别于越冬期、返青期、拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期、乳熟期，每小区选取10株具有代表性的小麦(R0和R2各取10株，R1分别取宽行及与之相邻窄行各10株)，将其绿色叶片在105 ℃下杀青30 min， 80 ℃烘干至恒重。LAI采用干重法测定，即利用全部叶片的面积与部分叶片样段面积之比等于全部叶片的干重与部分叶片干重之比的原理测定。

1.2.3 平均叶倾角(MTA)、冠层开度(DIFN)的测定

在测定LAI的同时，采用美国生产的LAI-2200 C冠层分析仪进行测定，测定时，选择冠层内距地表5 cm，R2模式中分别在宽行和每四行中第二个窄行的不同位置，R3模式中分别在宽行及窄行不同位置，重复测量6次，仪器自动计算出MTA、DIFN。

1.2.4 净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2(Ci)、蒸腾速率(Tr)的测定

在测定LAI的时期，采用LI-6400便携式光合作用测定仪(美国)在晴天的上午9:30-11:30，测定小麦旗叶Pn、Gs、Ci、Tr。测定时光照强度控制在1 000 μmol·m-2·s-1。

1.2.5 产量及其构成的测定

小麦成熟期，选具代表性1 m双行测定每小区穗数，其中R2模式始终分内外行进行单独统计，然后取平均值，换算成每公顷穗数。随机取10穗，统计穗粒数，取平均值作为最后观察值。收获期各小区收获1 m2脱粒，风干后测定千粒重和实际产量。每个小区3次重复。

1.3 数据分析

应用IBM SPSS Statistics 21统计软件进行数据统计分析，利用Excel 2013进行作图。

2 结果与分析

2.1 群体配置对小麦叶绿素含量(SPAD)及冠层结构的影响

2.1.1 群体配置对小麦叶绿素含量(SPAD)的影响

从孕穗期至花后30 d，不同处理下小麦叶片SPAD值均呈先增后降的趋势，其峰值多出现在开花期至花后10 d(表1)。在孕穗期和开花期，SPAD值均以R1S1处理最大；在相同行距配置下，SPAD值随播量增大而下降，且在S1与S3处理间差异显著；同一播量下，不同行距处理间差异较小，多数没有达到0.05显著水平。自花后10 d开始，R2S2处理的SPAD值高于其他处理；在相同行距配置下，播量间表现为S2>S3>S1，且差异显著；行距间表现为R2最高。可见，群体结构的配置对小麦SPAD值影响随生育时期的变化而不同。

表1 不同群体配置对小麦SPAD值的影响Table 1 Effects of different row spacing and sowing rate on SPAD of wheat

2.1.2 群体配置对小麦LAI的影响

不同处理下小麦LAI均随生育时期的推进而逐渐降低(表2)。不同处理中，孕穗期LAI以R2S3处理最大；在相同行距配置下，LAI随播量的增大而减小；在同一播量下，LAI表现为R2>R3>R1，但不同处理间差异不显著。孕穗期之后不同处理中以R2S2处理最大；在三种行距条件下，开花期表现为S2>S3>S1；而开花至花后30 d的LAI在R1条件下表现为S3>S2>S1，在R2和R3条件下均表现为S2>S3>S1；在相同播量下，LAI表现为R2>R3>R1。由此可见，小麦LAI对各生育时期的群体配置响应不同。

表2 不同群体配置对小麦LAI的影响Table 2 Effects of different row spacing and sowing rate on LAI of wheat

2.1.3 群体配置对小麦叶倾角(MTA)的影响

从表3可以看出，从小麦孕穗期至花后30 d各处理的MTA均呈现先增后降的趋势，并在花后10～20 d达到峰值。不同处理间，孕穗期R2S3处理最大，之后以R2S2处理最大；在相同行距条件下，MTA在孕穗期表现为S3>S2>S1，之后表现为S2>S3>S1；在相同播量下，孕穗期MTA不同行距处理间差异不显著，之后R2处理最大，且在花后10～20 d与其他处理间差异显著。

2.1.4 群体配置对小麦冠层开度(DIFN)的影响

从孕穗期至花后30 d，小麦DIFN均呈现先降后增的趋势。不同处理间，各时期DIFN均以R1S1处理最大(表4)。相同行距配置下，播量间均以S1处理最大；在相同播量下， R1处理高于R2处理，并在花后20～30 d差异显著，而R2与R3处理间差异较小。

表3 不同群体配置对小麦平均叶倾角(MTA)的影响Table 3 Effects of different row spacing and sowing rate on MTA of wheat °

2.2 群体配置对小麦光合性能的影响

2.2.1 群体配置对小麦净光合速率(Pn)的影响

孕穗期至花后30 d，小麦叶片Pn逐渐降低(表5)。不同处理中，孕穗和开花期Pn以R1S1处理最大，但开花之后R2S2处理下降缓慢，一直高于其他处理。在相同行距配置下，孕穗和开花期Pn表现为S1>S2>S3，之后基本上S2处理最高，尤其是在花后20和30 d与其他处理间差异显著；在播量S1和S3下，R1处理的Pn最高，但在播量S2下孕穗期和开花期以R1处理最高，之后以 R2处理最高。这说明合理的群体配置有利于保持小麦生育后期叶片较高的光合能力。

2.2.2 群体配置对小麦胞间CO2浓度(Ci)的影响

随生育时期的推进，小麦Ci逐渐增大(表6)。Ci在孕穗至花后10 d以R2S3处理最高，之后以R2S2处理最大。在相同行距配置下，孕穗期至花后20 d，Ci随播量增大而增加，之后以S2处理最大；在相同播量下，Ci多以R2处理最大。

2.2.3 群体配置对小麦气孔导度(Gs)的影响

从孕穗期至开花后30 d，小麦叶片Gs逐渐降低(表2)。不同处理中，Gs在孕穗至花后10 d，以R1S1处理最大，之后以R2S2处理最大。在相同行距配置下，孕穗期至花后10 d，Gs随播量增大而增加，之后以S2处理最大，并且在孕穗期S1和S3处理间差异显著；孕穗至开花10 d，行距处理间差异不明显，花后20 d 以R2处理最大，花后30 d行距处理差异较小。

2.2.4 群体配置对小麦蒸腾速率(Tr)的影响

从孕穗期至花后30 d，小麦叶片Tr均呈先增后降的趋势，花后20 d最高(表8)。各生育时期R1S1处理的Tr均高于其余处理(花后20 d除外)。在相同行距配置下，除花后10～20 d外，不同播量间Tr表现为S1>S2>S3；在相同播量下，除开花期至花后10 d外，行距间以R1处理最大。

表4 不同群体配置对小麦冠层开度的影响Table 4 Effects of different row spacing and sowing rate on DIFN of wheat °

表5 群体配置对小麦净光合速率的影响Table 5 Effects of row spacing and sowing rate on Pn of wheat μmol CO2·m-2·s-1

表6 群体配置对小麦胞间CO2浓度(Ci)的影响Table 6 Effects of row spacing and sowing rate on Ci of wheat μmol·mol-1

表7 群体配置对小麦气孔导度(Gs)的影响Table 7 Effects of row spacing and sowing rate on Gs of wheat mmol·m-2·s-1

表8 群体配置对小麦蒸腾速率(Tr)的影响Table 8 Effects of row spacing and sowing rate on Tr of wheat mmol·m-2·s-1

2.3 群体配置对小麦产量及其构成因素的影响

在不同处理中，小麦穗数、穗粒数、千粒重及产量分别以R2S3、R1S1、R2S2和R2S2处理最高。在相同行距配置下，穗数随播量的增加而增加，穗粒数则呈相反趋势，千粒重和产量均表现为S2>S3>S1；在相同播量下，穗数、千粒重及产量均表现为R2>R3>R1。这说明合理群体配置有利于协调产量构成三因素，进而提高产量。

表9 群体配置对小麦产量及其构成因素的影响Table 9 Effects of row spacing and sowing rate on yield and its components of wheat

3 讨 论

叶绿素是植物进行光合作用的基础，植物冠层结构是影响光能利用效率的重要因素之一[18-21]。前人通常把MTA、LAI和透光率作为冠层特征的主要指标[22-25]。有研究表明，小麦旗叶的SPAD和DIFN随着种植密度的增大而逐渐降低，LAI和MTA在生育前期表现为随着种植密度的增加而增大，在生育后期逐渐降低[23,26]。同时，SPAD值在不同行距间表现为15 cm>10 cm>20 cm>25 cm[27]。本试验对SPAD值、LAI、MTA和DIFN的研究结果与前人基本一致。进一步研究发现，花后10 d之后SPAD值及孕穗期之后LAI和MTA均以R2S2处理最大。这可能是当种植密度相同时，在12 cm-12 cm-12 cm-24 cm行距(R2)处理下单位面积的行数较其他处理增加，小麦株距增大，在一定时期内降低了个体与个体之间的矛盾，进而有利于分蘖和LAI增大；同时此模式中的24 cm的宽行距又为群体提供了一个通风透光的“走廊”，整体实现了“挤中间，空两边”的效果，在保证了适当群体的同时，又充分发挥了边际效应，提高了群体的通风透光能力。

合理的群体结构是作物提高光合作用的前提，光合作用是干物质生产的基础[28-29]。王之杰等[30]在试验中发现，小麦的Pn并没有呈现出随着种植密度增大而下降的趋势，而朱云集等[31]研究认为，高密度下小麦光合特性小于低密度，同时窄行距的Pn高于宽行距。李娜娜等[16]的试验结果显示，小麦旗叶的Pn随着行距的扩大和株距的缩小而提高，且提高幅度随着时间的推移而逐渐增加。而张向前等[9]研究得出，Pn、Gs、Tr没有随着行距的增大而增加。本研究表明，开花期以前Pn、Gs、Tr随着种植密度的增大而减小，这与前人研究结果[31]一致。同时，本试验还发现，R2S2处理的SPAD值、Pn、Ci、Gs在花后10 d之后高于其他处理，这是由于R2S2处理LAI在开花期之后增加，MTA减小，基部漏光损失减少，群体光截获能力增强，并且24 cm行距提高群体通风透光能力，花后10 d之后小麦SPAD值高，叶片衰老缓慢，光合能力强，从而使小麦保持在始终保持在合理的结构状态。

行距和播量在田间最佳组合是指小麦行距和株距的合理配置。在生产实践中，人们不仅需要增加穗数以提高产量，而且要尽可能创建合理的群体结构，改善群体通风透光能力，减少漏光损失，延长光合作用时间，提高光合速率，为小麦高产提供可能。有研究认为，适当缩小行距有利于减缓营养生长和生殖生长的矛盾，增加穗数，但穗粒数存在争议[31]。本试验中R2S2处理的穗粒数较少，但穗数较多，开花期之后SPAD值下降缓慢，光合能力一直维持较高水平，干物质运输能力强，千粒重高，在一定程度上能够弥补穗粒数对产量造成的影响。

综上所述，在小麦玉米一体化系统中，12 cm-12 cm-12 cm-24 cm行距配合157.5 kg·hm-2播量有利于小麦形成良好的冠层结构，进一步提高其光合性能，使其千粒重增加，且能在一定程度增加单位面积穗数，提高产量。