不同年型下冬小麦适宜播期及密度研究

王兰　王良　刘肖瑜　李学国　焦进宇　张豆豆　陈国庆

摘要：為探索气候变化背景下的小麦适宜播期和密度，明确不同年型下不同播期和密度对小麦群体性状和产量的影响，以1951-2015年泰安地区的气象数据为基础，根据冬前积温划分出不同年型，并利用DSSAT模型进行不同播期（10月3日、10月8日、10月13日、10月18日、10月23日、10月28日）和密度（每公顷分别为150万、180万、210万、240万、270万、300万）下的小麦生长模拟。结果表明：偏暖年型，该地冬小麦最适播期在10月13日左右，正常年型最适播期在10月8日左右，偏冷年型在10月3日左右;在一定种植密度范围内，小麦产量随密度增大而增加，适宜密度（基本苗）为300万/h㎡;小麦总茎数和叶面积指数随播期推迟和密度减少而减少;各播期下小麦总茎数均表现为偏暖年型>正常年型>偏冷年型。偏冷年型小麦总茎数随密度增大而增多，偏暖和正常年型低密度条件下小麦通过调节作用也可获得较高的总茎数。播期、密度对产量、穗粒数和单位面积穗数的影响均达极显著;年型与播期的交互作用对穗粒数和千粒重影响极显著，对产量和穗数影响显著;播期与密度的交互作用对产量的影响达显著水平。

关键词：冬小麦;DSSAT;播期;年型;种植密度

Study on Suitable Sowing Time and Density ofWinter Wheat under Different Year TypesWang Lan， Wang Liang， Liu Xiaoyu， Li Xueguo， Jiao Jinyu， Zhang Doudou， Chen Guoqing

Abstract

In order to explore the optimal sowing date and appropriate planting density of wheat under thebackground of climate change， the effects of different sowing date and planting density on the population traitsand yield of wheat under different year types were studied. Based on the meteorological data of Taian regionfrom 1951 to 2015 ， different year types were classified according to the pre-winter accumulated temperature.The DSSAT model was used to simulate wheat growth at different sowing dates （ October 3 rd ， October 8th， Oc-tober 13th， October 18th， October 23th， October 28th） and densities （1.5 miillion/h㎡ ， 1.8 million/hm2 ，2.1 miillion/h㎡ ， 2.4 million/hm2 ， 2.7 million/hm2 and 3.0 million/hm2） . The results showed that the bestsowing date for winter wheat was around October 13th in warm years ， October 8th in normal year and October3th in cold years. In a certain planting density range， the wheat yield increased with the increase of plantingdensity， the optimum density was 3.0 million/hm2. The total stem number and leaf area index of wheat de-creased with the delay of sowing date and the decrease of density. Under each sowing date， the total number ofwheat stems presented as warm years > normal years > cold years. In cold years， the total stem numbers ofwheat increased with the increase of density， while in warm or normal years， that might be high by self - regu-lation under low density. There was very significant difference in vield under different sowing time and densi-ties as well as in grain number and panicle number per unit area. The grain number per ear and thousand -seed weight were influenced extremely significantly and the yield and panicle number were influenced signifi-cantly by interaction between year type and sowing date. The interaction between sowing date and density hada significant effect on yield.

Keywords Winter wheat; DSSAT; Sowing date; Year type; Planting density

全球气候整体呈增暖趋势，冬前积温升高使得小麦拔节期提前，易遭受低温灾害的威胁[1，2]，不利于小麦的高产稳产。加上气候变化的不稳定性，冷暖变化剧烈，极端气候频繁发生[3]，传统的小麦栽培技术已不适应变化的气候条件[4]。播期和播量是影响小麦群体性状和产量的重要因素，适宜播期可以充分利用光、热、水资源，有利于培育壮苗，适宜播量可以构建合理的群体结构，利于穗数、穗粒数和粒重的协调发展[5]。因此对气候变化背景下的小麦适宜播期和种植密度的研究意义重大。

前人对小麦适宜播期、密度和产量相关性状的关系进行过很多研究。如：随着播种期的推迟，出苗率降低、叶龄减小[6]，生育期缩短、单株成穗数降低、产量下降[7];总茎数和叶面积指数显著降低[6，8]。随密度的增加，总茎数增多[6]，产量提升。播期和播量对小麦产量构成影响显著，李素真等[9]认为播期对产量构成因素的影响大于播量。胡焕焕等[10]认为播期对产量构成因素影响不显著，但对产量影响显著。余泽高等[ll]则认为播期对产量和产量构成影响均达显著水平。由此可见，适宜播期和播量的确定，受不同地力和气候影响，其结果也存在差异。鲁南地区济麦22的最佳播期为10月8-16日，鲁北地区为10月1-7日[12]。

以往的研究很少分析小麦对不同气候条件的响应。在气候波动变化较大条件下，采用相同的播期和密度进行管理，不利于小麦对光温资源的利用，甚至会加大冻害威胁。为此本研究以20世纪50年代以来泰安的农业气象观测资料为基础，根据小麦冬前积温情况将其划分成不同年型，继而利用DSSAT模型模拟出不同年型的小麦生长过程，并从小麦生长发育和产量对不同年型的响应人手，讨论不同年型下的播期和密度对产量的影响，以确定不同年型的适宜播期和密度，为小麦产量水平的提升提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

泰安地处鲁中山区，属温带大陆性半湿润季风气候。降水集中，雨热同季。年平均气温11～14℃，光照资源充足，光照时数年均2342～3413h，热量条件可满足农作物一年两作的需要。多年平均降水量一般在700mm左右，降水季节分布不均，全年降水量有60%～70%集中于夏季，冬、春及晚秋易发生旱情。

1.2 数据来源

气象数据来源于中国天气数据網，为山东省泰安市1951-2016年的逐日气象数据，包括最高气温、日最低气温、平均温度、降雨量、太阳辐射等。作物管理数据和土壤数据来自山东农业大学农学实验站。

1.3 研究方法

1.3.1 年型的确定计算1951-2016年各年份的冬前积温，根据冬前积温排序，选取冬前积温最大的3年作为偏暖年型，冬前积温最小的3个年份作为偏冷年型，接近平均值的3年为正常年型。

1.3.2 小麦生长模拟 以2016年济麦22的播期、密度试验数据为基础，经过DSSAT模型调参与验证得出该品种的参数，后导人1951-2016年的气象数据，利用DSSAT模型对各年型下小麦生长进行模拟。

1.4 数据分析

用Microsoft Excel 2007对数据初步整理，用SigmaPlot绘制图表，用IBM SPSS Statistics 18软件对数据进行统计分析。多重比较分析采用最小显著差异（ LSD）法（α=0.05）。

2 结果与分析

2.1 DSSAT模型参数调试与验证

DSSAT模型已经广泛应用于各种作物的模拟，但模型在运用之前要进行本地化，以适应当地土壤与气候条件。由图1、表1可以看出，通过参数的调试验证，调试后的模型能够对济麦22的生育期和产量进行较好的模拟。由图1可以看出，开花期、成熟期以及产量的数据点较均匀地分布在1：1线两侧，偏离程度较小;各指标的回归斜率介于0.94～1.03之间，均接近于1;决定系数R2的变动范围在0.84～0.98之间;归一化均方差NRMSE变动范围在3.90%～11.90%之间（<20%）;符合度指数D在0.88—0.99之间，非常接近于1。总体说明各指标模拟值与实测值吻合度很好，模型验证结果也很好，DSSAT模型能够较好模拟山东冬小麦的生育阶段和产量形成。

2.2 小麦冬前积温变化

不同年型下的播期变化主要体现在冬前积温的差异上，进而影响到冬前叶龄，对小麦冬前壮苗或小麦顺利过冬都有极大的影响。前人研究表明，冬前适宜主茎叶龄保持在五叶一心～六叶一心[13]，有利于小麦顺利过冬。偏冷年型下，即使在小麦早播条件下，叶龄也只能保持在5.37叶，因此应尽量提前播种，以10月3日最佳;偏暖年型下，为了防止小麦冬前旺长，可将小麦的播期推迟至10月13日;正常年型下10月8日左右最佳（表2）。

2.3 不同播期下不同年型小麦群体和叶面积指数的变化

随着播期推迟，小麦总茎数逐渐降低（图2）。生育前期，前四个播期的小麦总茎数差异较大，后两个播期差异较小，生育后期差异逐渐缩小。同一密度同一播期不同年型下小麦总茎数存在显著差异。冬前积温高的偏暖年型不同播期下成熟期总茎数介于（526～940）万/h㎡之间，偏冷年型下介于（458～576）万/h㎡之间，正常年型下介于（426～620）万/h㎡之间。

由图3可知，小麦叶面积指数（LAI）呈单峰曲线变化，无论哪种年型，相同密度条件下，叶面积指数随着播期的推迟呈下降趋势。不同年型下叶面积指数变化规律不同，偏冷年型冬前叶面积指数变化较小，到返青期开始增大;正常年型和偏暖年型，叶面积指数出苗后有一定上升，随着之后温度降低则保持在稳定水平，返青期开始又继续上升，孕穗期达到高峰，而后逐渐下降。不同年型下不同播期叶面积指数的差异大小也不相同。偏暖年型小麦生长较快，不同播期下的叶面积指数差异显著，且抽穗期达到的最大叶面积指数较高，10月3日播种的为6.42，10月28日播种的也达3.26。偏冷年型生成单位叶片所需的自然天数更长，叶片生长缓慢，不同播期的叶面积指数差异较小，且抽穗期达到的最大叶面积指数介于2.39～3.68之间，显著低于偏暖年型。正常年型，叶面积指数变化介于冷暖年型之间，抽穗期最大叶面积指数介于2.85～4. 07之间。偏暖和正常年型，前两个播期与后四个播期的叶面积指数差异较大;偏冷年型最后一个播期与前五个播期差异较大。叶面积指数变化规律与总茎数变化规律一致。

2.4 不同密度下不同年型小麦群体和叶面积指数的变化

正常年型低密度（150万/h㎡和180万/h㎡）下，随生育进程小麦总茎数迅速增长，180万/h㎡密度的增长速度大于150万/h㎡;随着密度的进一步增大，即中密度条件下，总茎数增长缓慢，但也随着密度的增大而增多，其冬前期总茎数仍然小于180万/hm2密度;高密度（300万/h㎡）下冬前小麦总茎数小于270万/h㎡。说明随着密度增加，小麦自身对群体的调控存在差异，密度越低，冬前小麦自身调节越强，即低密度调节幅度>中密度>高密度。三种年型基本一致。

偏冷年型，密度对冬前总茎数的影响较偏暖年型更小，且总茎数在三种年型中最小。密度对成熟期总茎数的影响存在年型间的差异：偏冷年型，成熟期总茎数随密度的增加而升高;偏暖年型，180万/h㎡密度的小麦成熟期总茎数为642万/h㎡，270万/h㎡密度的成熟期总茎数为641万/h㎡;正常年型，180万/h㎡密度时成熟期总茎数为496万/h㎡，与240万/h㎡密度下的群体水平相当。说明偏暖年型和正常年型下，小麦可通过自身的调节作用使低密度播种的仍能取得较大群体（见图4）。

当密度在（150～270）万/h㎡范围内，叶面积指数随着密度的增大而增大，密度超过270万/h㎡则随密度增大而减小。对比三种年型，最大叶面积指数偏暖年型>正常年型>偏冷年型，偏暖年型最大叶面积指数介于3.47～4.27之间，偏冷年型介于2. 01～3.34之间，正常年型介于2.63～3.54之间。且偏冷年型密度对叶面积指数的影响差异较大，偏暖年型不同密度下叶面积指数差异较小（图5）。

2.5 不同年型下播期和密度互作对冬小麦产量及构成因素的影响

由图6可知，不同年型下小麦产量均随播期推迟而呈下降趋势。播期推迟到10月13日后，小麦减产不再显著。三种年型均表现为前两个播期产量水平较高，S3、S4和S5播期的产量水平基本持平，S6播期的产量有下降态势。偏暖年型最佳播期不同密度下的产量介于4164.32～7390.63kg/hm2之间，偏冷年型最佳播期不同密度下的产量介于4465.65～7832.26 kg/h㎡之间，正常年型最适播期不同密度下的产量介于4463.47～7808.79kg/h㎡之间。当播期推迟到10月28日，最高种植密度下偏暖年型的小麦产量为5687.05 kg/h㎡，偏冷年型的产量为5406.41 kg/h㎡，正常年型的产量为5 361.05 kg/h㎡。

随着播期的推迟，增加密度对增产的效果存在差异。增至相同密度，增产量随播期推迟逐渐减少。偏暖年型，10月3日播种，单株增产1.98g，若播期推迟到10月28日，单株增产1.59g;偏冷年型，10月3日播种，靠提升密度单株增产量为2.24g，10月28日播种，单株增产量为1.60 g;正常年型，10月3日播种，单株增产量为2.07g，10月28日播种为1.63g。

不同密度下，随着播期推迟，产量减产速率存在差异。低密度下，随播期推迟减产速率较小，高密度下减产速率较大。偏暖年型低密度下每推迟l天，减产42.6 kg/h㎡，高密度下每推迟l天，减产69.44 kg/h㎡。虽然高密度下随播期推迟产量降幅大，但由于其群体基数大，即使推迟到10月28日播种，密度300万/h㎡的产量水平也远高于密度150万/hm2、播期10月3日条件下的小麦产量。偏冷年型，推迟小麦播期的影响较偏暖年型大，密度150万/h㎡时每推迟l天，小麦减产51.33 kg/h㎡，密度300万/h㎡时每推迟1天减产84.73 kg/h㎡。

F检验结果（表3）表明，年型对产量的影响不显著，对千粒重的影响显著。播期与密度对产量、穗粒数和穗数的影响均达极显著。年型和播期的交互作用对穗粒数和千粒重的影响极显著，对产量和穗数的影响显著。播期和密度的交互作用对产量的影响显著。年型、播期、密度间的交互作用对产量及产量构成因素的影响无显著差异。

3 讨论与结论

实现小麦高产的关键在于建立合理的群体结构，最大程度地利用光温资源，其中分蘖和叶面积指数是衡量小麦群体结构是否合理的重要指标[14]。播期和播种密度是创造优良小麦群体结构、达到高产的重要前提[15]。本研究表明，相同密度条件下，小麦总茎数随播期的推迟而减少，各播期下小麦成熟期总茎数均表现为偏暖年型>正常年型>偏冷年型。葉面积指数随着播期的推迟也呈下降趋势，偏暖年型不同播期间的差异较大。相同播期下偏冷年型小麦总茎数随密度的增大而增大，可能是由于该年型积温水平较低、小麦分蘖活性较低的缘故，因此偏冷年型应增加种植密度，保证群体数量。偏暖和正常年型下，低密度也能通过自身调节获得较高的总茎数。叶面积指数和总茎数变化规律基本一致，即叶面积指数随着密度的增大而增大，但密度超过300万/h㎡时则呈下降态势。

作物群体的自动调节能力，即通过外界条件变化来调节生长发育[16]，不同外界条件会做出不同程度的调整。研究表明不同播期下增加密度的增产量不同。偏暖年型，10月3日播种，通过增加密度来提升产量，小麦单株增产量为1.98g，播期推迟到10月28日小麦单株增产1.59g;偏冷年型下10月3日播种，单株增产为2.24g，10月28日单株增产为1.60g。这说明相同条件下偏冷年型密植增益效果更好。早播与晚播增产量的差异可能是由于早播营养生长快、分蘖时间长;晚播条件下分蘖时间较少、积温较小，保持总茎数相对稳定的能力较弱[10]，而且较少的分蘖和较小的叶面积指数不利于提高光能利用率。研究还表明，不同年型、密度下随播期推迟小麦减产量存在差异：种植密度150万/h㎡，偏暖年型下每推迟1天，小麦减产42.6 kg/h㎡，偏冷年型下播期每推迟1天，减产51.33 kg/h㎡;密度300万/h㎡时，播期每推迟1天偏暖年型减产69.44 kg/h㎡，偏冷年型减产84.73 kg/h㎡。

为了创建合理的小麦群体，可将播期和密度合理配置。播期主要影响小麦个体生长，播期和基本苗共同影响小麦群体生长[6]。沈学善等[17]认为传统播期的中、低密度群体和晚播的中、高密度群体有利于小麦产量的提高。张明明等[7]也认为在一定播期范围内通过适度增加播量来增大群体，可以获得较高产量。根据各个播期不同密度下的产量可以确定适宜的播期和密度组合。三种年型下，小麦产量最高的组合为10月3日播种、基本苗300万/h㎡，即10月3日为最佳播期，播期推迟到10月8日仍有较高的生产潜力。考虑到生产中的播期为一定范围，且第一第二播期的产量差异不显著，可以认为10月3日-10月8日为适宜播种期范围，相应密度以300万/h㎡左右为宜。黄淮海地区为小麦玉米轮作，若因为玉米晚收造成小麦晚播时，应适度增加小麦密度。根据冬前6叶龄为壮苗条件计算，偏暖年型下小麦的适宜播期应该推到10月13日播种最佳，偏冷年型下应尽量早播，播期为10月3日左右最佳，正常年型下10月8日左右播种最适宜。本研究供试济麦22为主栽品种，通过对其不同年型下的播期和播种密度进行研究，可为农民实际生产提供技术指导。参考文献：

[1]冯玉香，何维勋，孙忠富，等.我国冬小麦霜冻害的气候分析[J].作物学报，1999，25（3）：335 -340.

[2] 申玉香，陶红，王海洋，等.气候变暖对沿海地区小麦生长的影响[J].江苏农业科学，1999（6）：18 -21.

[3] 代立芹，李春强，姚树然，等.气候变暖背景下河北省冬小麦冻害变化分析[J].中国农业气象，2010，31（3）：467 -471.

[4] 郜庆炉，薛香，梁云娟，等.暖冬气候条件下调整小麦播种期的研究[J].麦类作物学报，2002，22（2）：46 -50.

[5] 河南省小麦高稳优低研究推广协作组.小麦生态与生产技术[M].郑州：河南科学技术出版社，1986：150 - 164.

[6]何井瑞，陈之政，张洪树，等.不同播期与基本苗对小麦生长发育及产量构成的影响[J].中国农学通报，2015，31（33）：37 -47.

[7] 张明明，董宝娣，乔匀周，等.播期、播量对旱作小麦‘小偃60生长发育、产量及水分利用的影响[J].中国生态农业学报，2016，24（8）：1095 - 1102.

[8]杨卫君，贾永红，石书兵，等.播期和密度对春小麦品种新春26号生长及产量的影响[J].麦类作物学报，2016，36（7）：913 -918.

[9]李素真，周爱莲，王霖，等.不同播期播量对不同类型超级小麦产量构成因子的影响[J].山东農业科学，2005 （5）：12 - 15.

[10]胡焕焕，刘丽平，李瑞奇，等.播种期和密度对冬小麦品种河农822产量形成的影响[J].麦类作物学报，2008，28（3）：490 -495，501.

[II]余泽高，覃章景，李力.小麦不同播期生长发育特性及若干性状的研究[J].湖北农业科学，2003（5）：24 -27.

[12]李豪圣，宋健民，刘爱峰，等.播期和种植密度对超高产小麦‘济麦22产量及其构成因素的影响[J].中国农学通报，2011，27（5）：243 -248.

[13]杨洪宾，徐成忠，王晓英，等.济宁地区小麦冬前苗情评估体系及其适宜指标[J].山东农业科学，2011（5）：42 -45.

[14]王夏，胡新，孙忠富，等.不同播期和播量对小麦群体性状和产量的影响[J].中国农学通报，2011，27（ 21）：170 -176.

[15]刘莹，唐清，王立峰，等.播期和密度对襄麦D31籽粒产量及品质的影响[J].麦类作物学报，2017，37（3）：376-381.

[16]Wight C P，0'Donoughue L S，Chong J， et al.Discovery，locali-zation.and sequence characterization of molecular markers forthe crown rust resistance genes Pc38， Pc39. and Pc48 in culti-vated oat （Avena sativa L.）[J].Molecular Breeding， 2004，14（4）：349 -361.

[17]沈学善，李金才，屈会娟，等.种植密度对晚播冬小麦氮素同化积累分配及利用效率的影响[J].中国农业大学学报，2009，14（4）：41 -46.