不同密度下夏播红小豆抗倒伏能力变化规律的研究

王乐政，华方静，曹鹏鹏，高凤菊，王士岭，高祺

（德州市农业科学研究院，山东 德州 253000）

作物倒伏易造成通风透光差、光合作用减弱，进而降低单产，影响产品品质；同时倒伏可造成植株损伤，为病害传播提供条件，加重病害［1］；此外，倒伏还会增加收获难度和成本，制约机械化生产进程，影响收获效率［2］。可见倒伏是影响作物高产稳产、优质高效的重要限制因素。已有研究表明作物的抗倒伏能力与形态性状密切相关［3-6］。形态性状又受种植密度的直接影响，当种植密度增加到一定程度时会影响玉米的茎秆性状，如株高和穗位变高、茎粗变细、茎秆强度降低等，最终导致玉米茎秆抗倒伏能力降低，进而影响玉米产量［7，8］；大豆的抗倒伏系数随着株高、鲜重的增加而减小，随茎粗的增加而增大［9］。这说明选择适宜的密度对于调控植株形态、增强抗倒伏能力从而确保高产、高效具有重要实践意义。

近年来，关于不同种植密度下植株抗倒特性的研究逐渐增加。陈喜凤等［10］研究发现，种植密度改变了大豆的群体结构，随着密度增加，倒伏逐渐加重且与低密度差异显著。刘唐兴等［11］研究发现，油菜终花期后，播种密度显著影响油菜的抗倒伏能力，且随密度增大越易倒伏。李金才等［12］研究认为，小麦生长发育后期，随播种密度的加大，茎秆贮藏物质向穗部转运率增加，茎秆抗倒能力随之下降。本课题组前期研究表明，与红小豆抗倒伏能力相关的性状主要包括茎粗、根鲜重、茎秆强度、株高、地上鲜重和分枝数等，抗倒指数［（茎粗×根鲜重×茎秆强度）／（株高×地上鲜重×（1+分枝数）］是这些性状的综合体现，虽然与产量不直接相关，但其任何一个性状发生变化，都会影响植株的抗倒伏性，能较为系统地体现红小豆田间的抗倒伏能力［13］；不同种植密度条件下，红小豆的形态性状发生变化，如随着密度的增大，株高降低，分枝数减少，主茎节数下降，单株结荚数和单株粒数降低等［14］。在以前的基础上，本试验以红小豆品种中红7号（V1）、冀红15号（V2）为材料，设置不同种植密度处理，研究不同密度下夏播红小豆抗倒伏性状、抗倒指数和产量的变化，阐明群体结构与抗倒伏性状变化的规律，为实现夏播红小豆抗倒伏、高产高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年6—9月在德州市农业科学研究院现代农业科技园试验基地（37°27′N，116°18′E）进行。试验地为黄潮土，0～20 cm土壤基础理化性状：有机质含量12.37 g／kg、全氮1.31 g／kg、速效氮62.01 mg／kg、速效磷57.11 mg／kg、速效钾102.57 mg／kg，含盐量0.10%，pH值7.87。前茬作物为冬小麦，麦收后秸秆还田。

1.2 试验材料与设计

供试红小豆品种中红7号，由中国农业科学院作物科学研究所提供；冀红15号，由河北省农林科学院粮油作物研究所提供。试验采用两因素完全随机区组设计，设V1（中红7号）、V2（冀红15号）2个品种处理和d1（每公顷10.0万株）、d2（每公顷12.0万株）、d3（每公顷14.0万株）、d4（每公顷16.0万株）和d5（每公顷18.0万株）5个种植密度处理，重复3次。小区面积24 m2（4 m×6 m），区内种12行，行距0.5 m，株距根据密度相应调整，重复间设1 m调查道，四周设2 m保护行。依据当地生产管理水平进行生育期内的田间管理，各小区田间操作保持一致。

1.3 测定项目与方法

性状测定：于红小豆成熟期收获前取各小区中间2行任一行的连续10株，进行性状测定。按照《小豆种质资源描述规范和数据标准》［15］测定株高、茎粗、分枝数、单株荚数、单株粒重、每荚粒数和百粒重。

地上鲜重（g／株）：子叶节以上部分的鲜生物量。

根鲜重（g／株）：子叶节以下部分的鲜生物量。

茎秆强度（N）：以植株单茎的最大抗折力衡量茎秆机械强度。用数字茎秆强度仪（YYD-1型，浙江托普仪器有限公司产品）进行测定。取主茎子叶节上10 cm茎秆分别放于支撑架凹槽内，两支撑点的距离为5 cm，然后缓慢下压，直到茎秆折断为止，此时读出的数值即为茎秆强度。

抗倒指数［13］：抗倒指数＝（茎粗×根鲜重×茎秆强度）／（株高×地上鲜重×（1+分枝数）。

测产：取小区中间4行（面积12 m2）收获，脱粒后自然晒干，称重计产（kg／hm2）。

1.4 数据处理

用Microsoft Excel 2007进行数据处理和作图，用DPS 7.05数据处理系统进行统计分析，用新复极差法标定5%差异显著水平。

2 结果与分析

2.1 不同密度下红小豆抗倒伏性状的变化

2.1.1 株高变化 红小豆V1、V2的株高随种植密度的增加而逐渐增高，变异系数分别为7.37%、12.99%。方差分析表明，品种间（F＝557.495**）、密度间（F＝118.437**）、品种与密度互作（F＝4.822**）均具有极显著差异。回归分析（图1）表明，株高与密度表现出极显著直线正相关关系（r1＝0.9944**，r2＝0.9906**），可用方程y1＝1.0457x+30.466（R2＝0.9888**）、y2＝1.5143x+16.013（R2＝0.9813**）表示。从图1可以看出，V1株高显著大于V2，且株高在不同密度下具有显著变化，受密度影响的程度V2大于V1，品种与密度间具有极显著的互作效应。

图1 不同密度下株高变化

2.1.2 茎粗变化 红小豆V1、V2的茎粗随种植密度的增加而逐渐减小，变异系数分别为8.90%、5.43%。方差分析表明，品种间（F＝0.482）、品种与密度互作（F＝1.186）差异均不显著，密度间（F＝16.299**）具有极显著差异。回归分析（图2）表明，茎粗与密度表现出极显著的直线负相关关系（r1＝-0.9691**，r2＝-0.9879**），可用方程y1＝-0.1911x+9.6775（R2＝0.9400**）、y2＝-0.1183x+8.5789（R2＝0.9764**）表示。从图2可以看出，V1、V2的茎粗差异较小，但茎粗在不同密度下具有显著变化，V1受密度影响的程度大于V2，品种与密度间的互作效应较小。

2.1.3 分枝数变化 红小豆V1、V2的分枝数随种植密度的增加而逐渐减少，变异系数分别为45.63%、36.13%。方差分析表明，品种间（F＝150.028**）、密度间（F＝47.781**）具有极显著差异，品种与密度互作（F＝2.356）差异不显著。回归分析（图3）表明，分枝数与密度表现出极显著的直线负相关关系（r1＝-0.9900**，r2＝-0.9972**），可用方程y1＝-0.1567x+3.2867（R2＝0.9809**）、y2＝-0.2367x+5.3933（R2＝0.9947**）表示，说明V2分枝数显著大于V1，分枝数在不同密度下变化显著，V2受密度影响的程度大于V1，品种与密度间的互作效应较小。

图2 不同密度下茎粗变化

图3 不同密度下分枝数变化

2.1.4 地上鲜重变化 红小豆V1、V2的地上鲜重随种植密度的增加而逐渐减少，变异系数分别为27.3%、20.91%。方差分析表明，品种间（F＝516.851**）、密度间（F＝724.692**）、品种与密度互作（F＝47.509**）均具有极显著差异。回归分析（图4）表明，地上鲜重与密度表现出极显著的负相关关系（r1＝-0.9778**，r2＝-0.981**）。2个品种地上鲜重随种植密度增加呈逐渐减少的趋势，在d1、d2、d3处理间下降较快，在d4、d5处理间较为缓和。地上鲜重随种植密度的变化可用方程y1＝0.4392x2-18.045x+231.14（R2＝0.9875*）、y2＝0.2057x2-9.4373x+146.85（R2＝0.9791*）表示，说明V1地上鲜重显著大于V2，不同密度下变化显著；地上鲜重在每公顷14万株以下时随密度增加快速减少，超过14万株则缓慢减少，即受影响程度变小，其中V1受密度影响的程度大于V2。

图4 不同密度下地上鲜重变化

2.1.5 根鲜重变化 红小豆V1、V2的根鲜重随种植密度的增加而逐渐减少，变异系数分别为18.22%、19.19%。方差分析表明，品种间（F＝16.268**）、密度间（F＝83.963**）均具有极显著差异，品种与密度互作（F＝1.586）差异不显著。回归分析（图5）表明，根鲜重与密度表现出极显著的负相关关系（r1＝-0.9593**，r2＝-0.9793**）。2个品种根鲜重在d1、d2处理间下降较快，在d3、d4、d5处理间下降缓慢。根鲜重随种植密度的变化可用方程y1＝0.0212x2-0.7927x+10.376（R2＝0.9783*）、y2＝0.0138x2-0.5853x+8.7255（R2＝0.9843*）表示，说明V1的根鲜重显著大于V2，不同密度下变化显著；根鲜重在每公顷12万株以下时随密度增加快速下降，超过12万株以后缓慢下降，即受影响程度变小，其中V1受密度影响程度大于V2。2.1.6 茎秆强度变化 红小豆V1、V2的茎秆强度随种植密度的增加而逐渐降低，变异系数分别为17.62%、13.78%。方差分析表明，品种间（F＝601.423**）、密度间（F＝1188.019**）、品种与密度互作（F＝37.728**）均具有极显著差异。回归分析（图6）表明，茎秆强度与密度表现出极显著的直线负相关关系（r1＝-0.9944**，r2＝-0.9988**），可用方程y1＝-6.4587x+207.0（R2＝0.9887**）、y2＝-4.5883x+169.67（R2＝0.9976**）表示。由图6可以看出，V1茎秆强度显著大于V2，且在不同密度下具有显著变化，密度对V1的影响大于V2，品种与密度间具有极显著的互作效应。

图5 不同密度下根鲜重变化

图6 不同密度下茎秆强度变化

2.2 不同密度下红小豆抗倒伏指数的变化

对不同密度下2个红小豆品种的抗倒伏指数进行方差分析表明，各作用因子对抗倒伏指数影响的大小顺序为品种（F＝1680.934**）＞品种×密度（F＝138.286**）＞密度（F＝42.161**）。如表1所示，V1的抗倒伏指数显著高于V2，V1各密度下平均抗倒伏指数是V2的1.2倍，说明选择抗倒伏品种是提高夏播红小豆田间抗倒伏能力的关键措施。不同密度下，V1抗倒伏指数的大小顺序为d4＞d1＞d5＞d2＞d3，除d4、d1差异不显著外，其它各密度间差异显著；V2抗倒伏指数的大小顺序为d1＞d3＞d2＞d5＞d4，除d1、d3差异不显著外，其它各密度间差异显著。可以看出，d4、d1是V1具有较高抗倒伏能力的适宜密度，d1、d3则是V2具有较高抗倒伏能力的适宜密度。说明提高夏播红小豆田间抗倒伏能力，除选择抗倒伏品种外，适宜的种植密度也是重要措施之一。

表1 不同密度下红小豆抗倒伏指数的变化

2.3 不同密度下红小豆产量及构成因素的变化

由表2可知，不同密度下2个小豆品种产量的变化规律一致，均随着密度加大先逐渐增加后降低，均以d4最高、d1最低，密度间产量差异显著。各密度下，V1产量从大到小依次为：d4＞d5＞d3＞d2＞d1，d5、d3间产量差异不显著，但均显著低于d4而高于d2、d1，d2、d1间产量差异不显著；V2产量从大到小依次为：d4＞d3＞d5＞d2＞d1，d3与d5差异不显著，显著低于d4而高于d2、d1，d5与d2差异不显著，显著高于d1。

表2 不同密度下红小豆产量及构成因素的变化

从不同品种产量的变异系数来看，V2受密度影响的程度大于V1，品种间产量差异极显著，V1＞V2，品种与密度对产量的影响表现出显著的互作效应。各产量构成因素受密度的影响程度不同，单株荚数和单株粒重变异系数较大，即受密度影响较大；每荚粒数和百粒重变异系数较小，即受密度影响较小。与V2相比，V1单株粒重和百粒重受影响程度较大，单株荚数和每荚粒数则较小，品种间产量差异极显著。V1品种，首先受影响的是单株粒重，其次是单株荚数，再次是百粒重，最后是每荚粒数；V2品种则表现为单株荚数首先受影响，其次是单株粒重，再次是每荚粒数，最后是百粒重。可以看出，2个红小豆品种密度在每公顷14万～18万株间均能获得较高产量，其中每公顷16万株时产量最高，V1为2 785.4 kg／hm2，V2为2 514.8 kg／hm2。

3 讨论与结论

随着种植密度的增大，植株地上部群体结构发生变化，红小豆的株高增高，分枝数、主茎节数逐渐减少，地上部生物量逐渐降低；同时地下部也受到极大影响，根生物量和侧根数减少［16］。本试验中，随密度增加，2个红小豆品种的株高逐渐增高，茎粗逐渐减小，分枝数、地上鲜重和根鲜重逐渐减少，密度间差异显著，与先前的研究结果一致。研究还发现，不同红小豆品种形态性状的变化受种植密度的影响程度不同，株高、分枝数的变化，V2大于V1；而茎粗、地上鲜重和根鲜重的变化，V1大于V2，不同品种间差异显著，这与华方静等［13］的研究结果一致。

植株地上部茎秆和地下部根系性状是影响倒伏的两大因素［17］。郑亭等［18］研究认为，随着株高和重心高度的降低，单茎干物质积累量增多，节间缩短增粗，机械强度提高，田间不易发生倒伏。李金才等［12］研究发现，植株较矮和植株重心较低，茎秆基部节间粗、短、茎壁厚且干重大，以及较高的茎秆机械组织强度是茎秆抗倒株型的形态特征。本研究表明，2个红小豆品种的抗倒伏指数差异显著，V1大于V2，说明提高夏播红小豆的抗倒伏能力，品种应是首选；V1的抗倒伏指数在d4、d1密度下较高，而V2的抗倒伏指数在d1、d3密度下较高，这是由于植株的抗倒伏能力是基部茎秆和根系性状相互作用的结果［19］。抗倒伏指数是茎粗、根鲜重、茎秆强度、株高、地上鲜重和分枝数等性状的综合体现，任何一个形状的变化，都会影响抗倒性。低密度下，“茎粗×根鲜重×茎秆强度”较大，抗倒指数较大；随着种植密度的增大，茎粗、根鲜重、茎秆强度、地上鲜重和分枝数而降低，但降低的速度不同，致使V1、V2的抗倒指数［（茎粗×根鲜重×茎秆强度）／（株高×地上鲜重×（1+分枝数）］分别在d4、d1密度下最高。

红小豆V2产量受密度影响的程度大于V1，品种间产量差异极显著，V1＞V2；不同密度下2个红小豆品种产量的变化规律一致，均随着密度加大先增加后降低，密度间差异极显著。2个品种密度在每公顷14万～18万株间均能获得较高产量，16万株时产量最高，V1为2 785.4 kg／hm2，V2为2 514.8 kg／hm2；密度为每公顷16万株时V1的抗倒指数最高，14万株时V2的抗倒指数最高，可以看出，V1最佳密度为每公顷16万株，而V2为14万株。因此本研究认为，选用红小豆品种中红7号、采用每公顷16万株种植，是实现夏播红小豆抗倒伏、高产高效栽培的有效措施。由于夏播红小豆产量和抗倒伏能力还受生态环境、土壤肥力及其它栽培条件的影响，仍有待于进一步研究。