粮棉轮作模式下播期播量对棉茬小麦生长发育和产量的影响

王 燕，祁 虹，张 谦，冯国艺，雷晓鹏，梁青龙，王树林，林永增

(河北省农林科学院棉花研究所，河北石家庄 050051)

近年来，由于农村劳动力转移、种植棉花成本上升等因素，我国棉花种植面积呈加速下降态势，小麦、玉米等粮食作物面积逐渐提高，粮棉争地的矛盾日益突出。在河北省传统的棉区出现的新型种植模式——粮棉轮作两年三熟种植模式(棉花-冬小麦-夏玉米)可以有效解决粮棉争地矛盾，提高农业效益，增加农民收入，对保障国家粮食安全和棉花稳定供给具有重要意义[1]。

播期、播量是影响小麦群体产量形成的主要因素，播期是影响粮棉轮作模式下棉茬小麦获得高产的关键所在。研究表明，随着小麦播期的推迟，小麦的营养生长期缩短，成熟期不推迟，群体叶面积指数减小，干物质积累量降低，群体茎蘖高峰在越冬期出现，大分蘖较少，且成穗率低，小麦的穗数、穗粒数和产量显著低于早播小麦[2-3]。播量通过影响小麦分蘖、叶面积指数、光合速率、干物质积累量和氮素同化量等影响小麦产量[4-5]。本研究拟以河北省小麦主栽品种冀麦585为材料，探讨播期、播量对棉茬小麦生长发育的影响，以期明确棉茬小麦的适宜播期、播量，为河北棉区小麦的高产提供技术指导。

1 材料和方法

1.1 试点概况

试验于2015-2016年在河北省威县试验站(威县枣元乡东张庄村)进行，前茬棉花，秸秆还田。试验田土壤为沙壤土，有机质含量7.5 g·kg-1、全氮0.678 mg·kg-1、速效磷21.5 g·kg-1、速效钾118.5 g·kg-1。

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，以播期为主区，设 10月15日、10月25日及11月5日(依次记为A1、A2和A3)3个处理；以播量为副区，4个处理分别是187.5 kg·hm-2、225.0 kg·hm-2、262.5 kg·hm-2和300.0 kg·hm-2(依次记为B1、B2、B3和B4)。小区面积8.4 m2(2.1 m×4 m)，行距0.15 m，播种12行，垄背宽30 cm。重复3次。供试材料为冀麦585。播种前结合整地撒施复合肥(氮∶磷∶钾=25∶8∶12)750 kg·hm-2，随后旋耕播种；2016年3月14日随灌水追施尿素(750 kg·hm-2)，灌水量1 275 m3·hm-2；6月9日收获。其他田间管理措施同当地大田。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 叶面积和生物量测定

在小麦拔节期、孕穗期和扬花期，在小区内选相对均匀的3个点，量取25 cm样段，取地上部；小麦叶面积用比叶重法测定；将小麦地上部 105 ℃杀青20 min，于80 ℃烘干至恒重，计算生物量。

1.3.2 旗叶叶绿素含量测定

于小麦扬花期，每7 d用叶绿素仪(SPAD-502，Japan)测定旗叶中部叶绿素含量，测定时间为9:00-11:00。

1.3.3 小麦群体数调查

出苗后，每个处理选相对均匀的3个点，量取并定位1 m样段，分别在三叶期、拔节期、孕穗期和扬花期调查茎蘖总数，在收获期调查穗数。

1.3.4 籽粒灌浆速率的测定[6]

于小麦开花期选择同日开花长势一致的植株挂牌，小麦开花5 d后每隔5 d取一次样，每次取10个主茎穗，剥离出籽粒，105 ℃杀青20 min，80 ℃烘干至恒重。

灌浆速率=某时期籽粒干物质积累量/该时期灌浆天数

1.3.5 小麦产量及其构成因素的测定

收获期，每小区收取2 m2测定产量、穗数、千粒重和生物量；取30个穗子测定穗粒数。

1.4 数据处理

数据采用Excel 2003和SPSS 11.0进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 播期和播量对小麦叶面积的影响

由表1可知，小麦叶面积在孕穗期最大。拔节期，小麦叶面积随着播期的延迟显著降低；孕穗期和扬花期，播期对小麦叶面积没有显著影响。播量对小麦叶面积的影响随着小麦生育期的推进而不同，在拔节期，播量对叶面积没有显著影响；在孕穗期，A2播期下，B4处理小麦的叶面积显著低于B2处理；在扬花期，A3播期下，B1处理小麦叶面积显著低于B4处理。说明在小麦拔节期，叶面积随着播期延后而下降，受播量影响不显著；到孕穗期和扬花期，播期对小麦叶面积没有显著影响，而播量过大或过小都会降低叶面积。

表1 播期和播量对小麦叶面积的影响Table 1 Effect of sowing date and density on leaf area of wheat ×104 m2·hm-2

同列数据后不同小写字母表示相同播期不同播量间差异在0.05水平显著；同列数据后大写字母表示不同播期间差异在0.05水平显著。表2～表8同。

Different small letters and capital letters following data in same column mean significant difference among different sowing density on same sowing date and different sowing date at 0.05 level, resipectively. The same in table 2-table 8.

2.2 播期和播量对小麦生物量的影响

由表2 可知，在拔节期和孕穗期，小麦生物量随着播期的延迟而降低，A1播期比A2播期的生物量分别高59.39%和15.24%，A2播期比A3播期生物量分别高62.81%和8.15%，差异均达到显著水平。在扬花期、收获期，A1播期的生物量比A2和A3播期分别高25.48%和32.75%、8.57%和11.1%，差异均显著，A2和A3之间没有显著差异。在孕穗期，B3处理小麦生物量显著或不显著高于B1、B2和B4处理；拔节期、扬花期和收获期，相同播期时播量对小麦生物量没有显著影响。说明随着播期的推迟，小麦生物量逐渐降低，且随着小麦的生长发育，播期对小麦生物量的影响程度逐渐降低。

2.3 播期和播量对小麦群体茎蘖数的影响

由表3可知，不同处理的小麦群体茎蘖数随着生育进程的推进呈先上升后下降的趋势，均在拔节期达到最高值(A3B1除外)。在拔节期、扬花期和成熟期，A1处理小麦茎蘖数显著高于A3处理，而播期推迟对小麦的基本苗和孕穗期的茎蘖数没有显著影响。相同播期时，高播量(B3和B4)小麦的基本苗、成熟期的茎蘖数不同程度高于低播量(B1和B2)，在小麦孕穗期，不同播期均以B3处理小麦的茎蘖数最多。

表2 播期和播量对小麦生物量的影响Table 2 Effect of sowing date and density on biomass accumulation of wheat ×104 kg·hm-2

表3 播期和播量对小麦群体茎蘖数的影响Table 3 Effect of sowing date and sowing density on stem number of wheat ×104 stems·hm-2

2.4 播期和播量对小麦灌浆期旗叶叶绿素含量的影响

在小麦花后0～21 d，与A1相比，A3处理可显著提高旗叶叶绿素含量；花后28 d时，旗叶中叶绿素含量表现为A2>A3>A1(表4)。这说明适当晚播可以提高小麦灌浆期旗叶的叶绿素含量。A2播期时，B2处理的叶绿素含量较高；A3播期时，B3处理的叶绿素含量较高。说明在一定范围内，播期推迟时，适当增加播量可以提高小麦灌浆期旗叶的叶绿素含量。

表4 播期和播量对小麦灌浆期旗叶叶绿素含量(SPAD)的影响Table 4 Effect of different sowing date and sowing density on SPAD value in flag leaf of wheat during grain filling period

2.5 播期和播量对小麦籽粒灌浆速率的影响

在小麦灌浆前期(0～10 d)，小麦的灌浆速率随着播期的推迟而降低(表5)。其中，在花后5 d时，各处理间差异显著；在花后10 d时，A1的灌浆速率显著高于A2和A3处理。在灌浆中期，播期对小麦籽粒的灌浆速率没有显著影响；在花后25 d时，A2和A3的灌浆速率显著高于A1处理，而在花后30 d时，不同播期间小麦的灌浆速率差异不显著。这说明播期对小麦籽粒灌浆前期的灌浆速率影响较大。

表5播期和播量对小麦籽粒灌浆速率的影响

Table5Effectofsowingdateandsowingdensityongrainfillingrateofwheatg·d-1·1000-grain-1

2.6 播期和播量对小麦产量及构成因素的影响

随着播期的推迟，小麦穗数逐渐减少，A1显著高于A3处理(表6)，说明早播有利于穗数的形成。播期对穗粒数和千粒重的影响不显著。以A1处理产量最高，且显著高于A3处理。这说明，播期推迟使小麦穗数下降，从而导致产量下降。相同播期下，小麦穗数随着播量的增加而提高；穗粒数和千粒重随着播量的增加整体呈降低趋势；各处理间产量没有显著差异。可能因为增加播量增加了小麦穗数，弥补了穗粒数和千粒重下降导致的产量损失。在各处理组合中，A1B3的小麦产量最高，A3B1的小麦产量最低，A1B3的产量比A3B1高18.75%。其中，A1B3的穗数最高，A3B1的穗数最少；而A1B3和A3B1的穗粒数和千粒重没有显著差异，从A1B3和A3B1的产量及其构成因素来看，穗数对产量的贡献最大。

表6 播期×播期播量对小麦产量及构成因素的影响Table 6 Effect of sowing date and sowing density on grain yield and its components of wheat

3 讨 论

3.1 不同播期播量对小麦植株生理特性的影响

由于播期与密度的改变，小麦的生长发育过程也会发生相应的变化。播期通过影响小麦生殖生长而影响群体质量；播量则主要是通过营养生长影响群体质量[7]。

叶片是小麦进行光合作用的主要器官，而叶片叶绿体是进行光合作用的场所，小麦光能利用效率的高低取决于其叶面积大小和叶绿体含量[8]。牟春生等[9]研究发现，小麦叶面积与产量因素间关系密切，与穗粒数、穗粒重呈极显著正相关关系。在本研究中，播期对小麦生长发育后期的叶面积及小麦的穗粒数和千粒重影响均不显著；播量过大(300.0 kg·hm-2)或过小(187.5 kg·hm-2)均会降低小麦的叶面积，播量过高会降低小麦的穗粒数和千粒重。

小麦的生物量是产量形成的物质基础，在一定范围内，产量与花后生物量显著正相关[10-11]。本试验中，在小麦的不同生长时期，小麦的生物量均随着播期的推迟而下降，且随着小麦的生长发育的推进，播期对小麦生物量的影响程度逐渐降低。说明适期早播有利于小麦的生物量积累，提高产量。扬花期后，播量对小麦生物量和产量影响不大。播期对小麦的基本苗数没有显著影响；而播期推迟会显著降低拔节期群体茎蘖数，说明播期过晚会降低小麦的分蘖数；而在孕穗期，各个播期处理小麦的茎蘖数差异不显著，可能是早播条件下小麦群体郁闭，通风透光差，无效分蘖多造成的。小麦扬花期和成熟期，播期提前有助于小麦穗数和单株成穗率的提高，说明适期早播，可使小麦充分利用秋末的光温资源，在冬前有足够的时间发根分蘖，形成强健的营养体，为整个生育期的生长提供较好的生长条件，是小麦丰产的关键措施之一。适当提高播量，可以提高小麦的基本苗数和成穗数。

研究表明，随着播期的推后，小麦生育期缩短，生育进程推迟[13]。在本研究中，小麦灌浆期时，播期推迟提高了旗叶叶绿素含量。在小麦灌浆前期，早播可显著提高小麦籽粒的灌浆速率；而在小麦灌浆25 d时，晚播比早播有更高的灌浆速率，可能与此时晚播小麦旗叶的叶绿素含量较高有关；而在灌浆30 d时，播期对小麦的灌浆速率没有显著影响，可能与此时温度过高、热干风催熟小麦有关。因此，在粮棉轮作模式下，如果受棉花收获期影响，小麦播期过晚，则应选择灌浆速率高、耐高温逼熟的小麦品种，利用灌浆速率的提高补偿灌浆时间不足的不利影响。

3.2 不同播期播量对小麦产量的影响

适宜的播期播量可以构建良好的群体结构，对提高小麦产量有着重要的作用。播期过早或过晚都会导致小麦产量下降[14-15]。前人研究表明，适期晚播会使小麦的有效穗数减少，但穗粒数高于对照，适当推迟播期可以通过协调有效穗数和穗粒数的关系，维持较高的小麦产量[16-17]。本研究表明，小麦的产量随着播期的推迟而下降，有效穗数下降是导致小麦产量下降的主要原因。也有研究认为，千粒重的下降[13]或穗粒数的减少[18]是导致小麦产量下降的主要原因。在本研究中，播期对小麦千粒重和穗粒数没有显著影响，原因可能和小麦品种和当地气候有关。田文钟等[19]研究表明，半冬性小麦品种要适当提前播种，而弱春性小麦则要适当推迟播种。

适当增加密度可以增加小麦穗数，降低穗粒数和千粒重，且对产量有显著影响[14]；也有研究表明；播量对产量影响不大[20-21]。杨卫君等[2]认为，播期在与种植密度的互作效应中起主导作用，随着播期的推迟，种植密度对产量的影响逐渐减弱。王树林等[22]认为，小麦播量增加则穗数增加，但单株发育趋弱，单株成穗数降低，穗粒数和千粒重降低。本研究表明，相同播期时，播量对小麦产量没有显著影响，因为小麦的穗数随着播量的增加而增加，但穗粒数和千粒重随着播量的增加而降低。

在本研究中，以播期10月15日，播量262.5 kg·hm-2产量最高；穗数对产量的贡献最大；适当早播可提高小麦的产量。在河北省中南部传统一熟棉区，棉花的收获完成一般是在十月下旬，因此，应采取短生育期棉花品种或化控催熟等方法，尽量使棉花提早收获，为播种小麦留出足够的时间。如遇到棉花生育期延长，收获推迟的情况下，则应适当增加小麦播量，提高小麦有效穗数，以保证小麦产量。