新疆冬小麦不同产量水平群体特性分析

王立红，张宏芝，王 重，李剑峰，高 新，时 佳，焦 阳，韩 雪，樊哲儒，赵 奇

(1.新疆农业科学院核技术生物技术研究所，新疆乌鲁木齐 830091；2.农业农村部荒漠绿洲作物生理生态与耕作重点实验室，新疆乌鲁木齐 830091；3.新疆农业大学科学技术学院，新疆乌鲁木齐 830052)

近年来，由于小麦滴灌水肥一体化栽培技术在新疆大面积示范推广应用，生产上7 500 kg·hm-2的高产小麦已屡见不鲜，也出现 12 090 kg·hm-2的超高产典型[1]，而一般农户产量平均在6 000 kg·hm-2左右。不同产量小麦有不同的群体结构，适宜的群体结构是小麦实现高产的基础[2-3]，因此分析研究不同产量水平的小麦群体特征有助于优化栽培技术，改善群体质量，对进一步提高本地区小麦产量、挖掘高产潜力具有重要价值。有学者认为，群体质量的优劣是小麦产量构成因素是否协调和产量水平高低的决定因素[4]。适宜叶面积指数(LAI)有利于群体光合能力的提高，从而增加小麦的产量[5-7]。LAI的增加是小麦群体生长率提高的主要因素[8]。小麦群体光合面积在开花前较高、花后衰减慢时有利于实现高产[4,9-12]。前人在研究群体特性的基础上，提出不同区域高产、超高产群体主要特性指标及产量结构指标[6-10,12-13]，但存在差别。山东、河南、河北生产上冬小麦产量达到9 000 kg·hm-2的现象已很常见，达到10 000 kg·hm-2以上的也报道较多[14-16]。新疆属内陆干旱半干旱区，年降水150 mm，年蒸发1 500～3 000 mm[17]，是典型的灌溉农业区，而其灌溉水资源又极度短缺[18]，因而只有在节水灌溉的前提下研究新疆小麦高产、超高产才更具有实践意义。本研究在滴灌条件下分析超高产、高产、农户水平三个产量水平间冬小麦群体特征、产量及其构成差异，探讨节水条件下冬小麦群体特征与产量之间的关系，以期为新疆滴灌冬小麦高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2018-2019年度在昌吉地区军户农场新疆小麦育种家军户基地进行。试验点地处E87°、N44°10'，海拔高度756 m，为典型的大陆性干旱气候，年日照时数为2 700 h，年≥10 ℃积温为3 450 ℃，年平均气温6.8 ℃，年平均降水量为190 mm，无霜期为150 d左右。试验地土壤类型为壤土，基础养分含量见表1。在军户农场基地以冬小麦品种新冬41号为试验材料，通过水肥管理设置超高产、高产高效、农户三种管理模式，分别形成超高产(SY)、高产(HY)、农户(FY)3个产量水平群体即3个处理。各处理施肥情况见表2。每个处理3次重复，小区面积275 m2(11 m×25 m)。采用1管6行的滴灌带配置，行距0.16 m，播种密度为450×104株·hm-2，灌水采用滴灌，水量用水表和球阀控制，田间滴水共9次，每次滴水量330 m3·hm-2。

表1 播前土壤基础肥力

表2 小区田间施肥情况

1.2 测定指标

1.2.1 小麦群体总茎数调查

每个处理定点调查，在滴灌带的同一侧依次选取1 m 3行，在出苗期、越冬期、返青期、拔节期、开花期和收获期调查群体总茎数，并计算分蘖成穗率。

分蘖成穗率=(收获穗数-基本苗数)/(最高总茎数-基本苗数)×100%

主茎穗比重=基本苗数/收获穗数×100%

分蘖穗比重=(收获穗数-基本苗数)/收获穗数×100%

1.2.2 叶面积指数(LAI)的测定

在拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期每个处理连续选取10株有代表性的植株，测量每株绿色叶片的长和宽，计算叶面积(长×宽×0.83)，同时依据各生育时期的总茎数计算LAI(单茎叶面积× 1 hm2总茎数/104)，并直接测定其干物质。

1.2.3 群体叶面积持续时间、叶面积指数增长率、光合势、生长率和净同化率的计算

根据获取的LAI和干物质数据，参照杜世州[8]和丁锦峰[12]的方法计算群体叶面积持续时间(LAD)、叶面积指数增长率(LGR)、光合势(PP)、生长率(CGR)和净同化率(NAR)。

其中LAI1、LAI2分别为t1、t2时间测定的小麦群体叶面积指数，W1、W2是分别为t1、t2时间测定的小麦群体干物质量。

1.2.4 产量及其构成测定

在小麦成熟期，从每个小区中随机选择5个1 m2样方，测定产量和穗数。定点取样考种，调查株高、节间长度、穗部性状、千粒重、生物量。

1.3 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件处理数据和绘图，采用DPS 7.05软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同产量水平间小麦产量及其构成差异

SY、HY和FY处理下冬小麦产量分别为 9 342.80、8 137.20和6 860.20 kg·hm-2，符合试验设计的产量要求(超高产小麦 ≥9 000 kg·hm-2、高产小麦7500～9 000 kg·hm-2、农户水平小麦6 000～7 500 kg·hm-2)(表3)。在不同处理间籽粒产量和穗粒数差异均显著；千粒重在SY、HY处理间差异不显著，但二处理均显著高于FY处理；穗数在不同处理间差异不显著。与FY处理相比，SY、HY处理的产量分别提高36.19%和 18.61%，穗粒数分别增加 26.13%和15.25%，千粒重分别增加 8.94%和 9.05%。这说明在滴灌条件下，冬小麦高产、超高产的栽培关键为在适宜穗数的基础上，主攻穗粒数与千粒重的增加。

表3 不同产量水平下小麦籽粒产量及其构成因素

2.2 不同产量水平间小麦群体总茎数及成穗率差异

在越冬、拔节、开花和收获期，小麦群体总茎数均随产量水平的提高呈增加趋势，但在不同处量间无显著差异(图1)。分蘖成穗率、主茎穗比重和分蘖穗比重在SY、HY和FY处理间也均无显著差异(表4)。由此说明，小麦群体数量从农户水平到超高产水平保持相对稳定，已不是决定性因素。

表4 不同产量水平下小麦分蘖成穗变化

同生育时期中标注不同小写字母的数据表示处理间达0.05显著水平差异。下图同。

2.3 不同产量水平间小麦LAI差异

由图2可知，从孕穗期至灌浆期，三类小麦的LAI均呈现逐步降低趋势，且在不同时期均表现为SY>HY>FY，SY处理的LAI与处理差异均显著。与FY处理相比，SY、HY处理的LAI在孕穗期分别增加54.87%和 12.47%，在开花期分别增加37.92%和 14.21%，在灌浆期分别增加31.65%和18.60%。这说明在生育后期保持较高的光合面积对小麦高产和超高产非常重要，有助于光合生产和产量形成。

图2 不同产量水平下小麦LAI的比较

2.4 不同产量水平间小麦群体叶面积持续时间(LAD)、LAI下降率(LGR)、光合势(PP)、群体生长率(CGR)和净同化率(NAR)的差异

小麦的LAD、LGR、PP和CGR在不同时段均表现为SY>HY>FY，且SY处理的各指标与FY处理差异均显著(孕穗-开花期的CGR除外)，HY处理孕穗期-开花期和开花期-灌浆期的LAD、开花期-灌浆期的PP和CGR与FY处理差异均显著(表5)。与FY处理相比，SY处理孕穗期-开花期、开花期-灌浆期的LAD分别增加 49.02%和32.55%，HY处理的LAD分别增加 14.61%和16.92%；SY处理孕穗期-开花期、开花期-灌浆期的LGR分别增加了118.53%和 53.06%，HY处理相应时期的LGR分别增加 6.27%和6.12%；SY处理孕穗期-开花期、开花期-灌浆期的PP分别增加 48.11%和34.37%，HY处理相应时期的PP分别增加 10.92%和 12.42%；SY处理的CGR在孕穗期-开花期、开花期-灌浆期和灌浆期-成熟期分别增加 4.75%、31.17%和9.95%，高产小麦相应时期的CGR分别增加1.95%、8.65%和 1.81%。小麦各时段的NAR在不同产量水平间差异不显著。

表5 不同产量下小麦群体LAD、LGR、PP、CGR和NAR的比较

3 讨 论

3.1 不同产量水平下小麦群体质量特征

关于小麦群体质量特征，前人做了大量研究。适宜的LAI 是小麦群体质量的基础指标[2]。张洪程等[6]提出，河南旱茬小麦产量≥9 000 kg·hm-2群体的孕穗期 LAI 约 7.3，抽穗后 20 d LAI约4.2。孙亚辉等[7]认为，9 000 kg·hm-2产量水平的小麦最高LAI为8左右，开花后下降较慢；有较高的生物产量(一般在 20 000 kg·hm-2左右)和经济系数(0.42以上)。杜世州等[8]将小麦CGR增加的主要原因归于LAI的提高。小麦籽粒产量与LAD和CGR呈极显著正相关，与NAR呈显著负相关。丁锦峰等[12]发现，小麦群体在花前具有较高的光合面积，花后光合面积衰减速率慢，维持较高的光合面积, 从而充分积累花后光合物质，在适宜库容基础上保障对库充实的需求。本试验条件下，超高产小麦孕穗期、开花期和灌浆期的LAI分别为7.15、5.05和 3.40左右，农户水平小麦的LAI分别为5.19、4.18和3.06左右。相比中产小麦，超高产、高产小麦孕穗期和开花期的LAI较高，花后可维持更高的LAI。小麦群体的LAD、PP、CGR均随产量水平的增加而提高，超高产小麦群体各项指标均优于高产和农户水平小麦群体。可见群体的协调发展是小麦产量提高的关键。

3.2 不同产量水平下小麦产量结构特征

不同生态区域高产、超高产小麦的产量构成存在差异。杨建昌等[19]认为，稻茬麦产量库容的扩大主要在于穗粒数的增加，在一定穗数基础上，通过主攻大穗扩大库容。季书勤等[20]和慕美财等[21]则认为，控制株型增穗数是小麦由高产实现超高产的有效途径。郭天财等[22]和由瑞丽等[23]提出，在适宜穗数的基础上提高穗粒重可实现小麦超高产。张 娟等[24]也认为，小麦穗数在超高产水平上进一步增产的作用不大。于振文等[9]提出，黄淮麦区旱茬中穗型小麦品种产量≥9 000 kg·hm-2的产量构成指标为穗数750 万·hm-2、穗粒数35粒、千粒重45 g左右；郭天财等[22]提出，河南多穗型品种产量≥9 000 kg·hm-2的群体产量构成指标为穗数660万～684万·hm-2、穗粒数34.7～35.6粒、千粒重 42 g以上；孙亚辉[7]提出河北省9 000 kg·hm-2小麦的产量构成为穗数800万·hm-2左右，穗粒数30～34粒，千粒重40 g 以上。卢殿君[13]提出，华北平原冬小麦产量若要大于8 500 kg·hm-2的水平，穗数应保证在750万·hm-2左右，穗粒数32粒，千粒重38 g左右。本研究表明，小麦产量要从6 000 kg·hm-2增加到7 500 kg·hm-2，再达到9 000 kg·hm-2，不宜继续增加群体收获穗数，而应在获得适宜收获穗数的基础上，主攻穗粒数与千粒重的协调增加。提高穗粒数是缩小产量差、实现超高产的关键。本试验条件下超高产群体的产量指标：穗数540 万·hm-2、穗粒数42粒左右、千粒重52 g以上；高产群体的产量指标：穗数500万·hm-2、穗粒数39粒左右、千粒重52 g以上。小麦产量水平由6 000 kg·hm-2提升到9 000 kg·hm-2，穗粒数和千粒重分别有26.13%和8.94%的提高空间。可见新疆冬小麦产量还有很大的增长潜力。