播期和密度对滴灌冬小麦群体结构与抗倒特性的影响

王潭刚，孙 婷，王冀川，*，李慧琴，高 振，石元强

(1.新疆生产建设兵团 第三师农业科学研究所，新疆 图木舒克 843901；2.塔里木大学 植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300)

麦-玉两熟是南疆针对当前粮饲种植结构调整形势下重点发展的高效生产技术。为了充分利用南疆光热资源，要求采取“两早两晚”栽培，即小麦晚播早收、玉米早播晚收；其中小麦晚播技术是关键，要想保证晚播小麦的产量，需要有较高的密度做补偿；但种植密度过高，易造成群体郁闭、个体间竞争矛盾增大，茎秆发育不良产生倒伏[1]：因此，适度晚播和适度密植是生产中的重要措施，但目前在南疆特定气候条件下这类研究较少。冬小麦适期播种可以充分利用冬前的热量资源，培育壮苗，协调小麦生长发育与环境条件、群体与个体的关系，有利于穗数、穗粒数、粒重的协调发展，最终提高产量[2]。播种过早，小麦生长发育速度加快，越冬前达到的幼穗发育程度较高，越冬期间易遭受冻害；播种过晚，小麦冬前出叶、分蘖少，发苗不足，前期生长速度慢，单株平均分蘖较少，后期发育速度过快，穗小粒少，影响产量的提高[3-4]。过晚播种还造成生育期后延，增加小麦灌浆后期遭遇高温和干热风的风险，高温逼熟导致灌浆期缩短，造成千粒重和容重下降[5]。另外，播种过早或过晚，导致分蘖两极分化持续的时间延长，增加营养物质的消耗，影响有效分蘖的正常生长[6]。密度是决定产量的关键因素之一，密度过高不利于个体茎秆发育，而且导致基部节间长度和重心高度增加，直径和壁厚降低，抗倒伏性下降[7]；而适期晚播能降低小麦基部节间长度和植株重心高度，增加基部节间直径和充实度，增强茎秆机械强度[8]。如何设计合理播期，并以适当密植作补偿是当前南疆小麦生产过程中面临的主要问题。本研究设置不同的播期和密度田间试验，研究不同播期和种植密度对滴灌冬小麦群体茎蘖动态、茎秆抗倒特性与叶面积指数(LAI)等的影响，寻找最佳播期和适宜密度的组合，为进一步研究晚播密植滴灌冬小麦高产机制提供基础。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2017年9月至2018年6月在塔里木大学农学实践教学基地网室(40°33′N，81°16′E)进行，试验点全年无霜期221 d，年均降水量51.3 mm，年均蒸发量1 988.4 mm，为典型的暖温带极端干旱地区。试验选用南疆地区广泛推广的小麦品种新冬22(少穗型)和邯郸5316(多穗型)为材料。

1.2 试验设计

采用裂区设计，播期为主区，分别为9月23日(B1)、10月4日(B2)和10月15日(B3)；密度为副区，分别为315万株·hm-2(M1)、510万株·hm-2(M2)、705万株·hm-2(M3)和900万株·hm-2(M4)，3次重复，小区面积为7.53 m2(3.5 m×2.15 m)。滴灌毛管配置为1管4行(即每条滴灌带两边各2行小麦)，小麦行距为15 cm，2条滴灌带间距60 cm。从小麦起身期开始，每隔10～14 d滴水1次，次灌量450～525 m3·hm-2。并分别于拔节期、孕穗期、扬花期随水滴施尿素150 kg·hm-2、120 kg·hm-2和90 kg·hm-2，施磷酸二氢钾60 kg·hm-2、60 kg·hm-2和45 kg·hm-2。

1.3 测试项目

群体指标：小麦出苗后，每隔7～12 d定点测定代表性样段(2行×55.5 cm)内的茎蘖总数。连续取10株调查单株分蘖数。

茎粗：用游标卡尺量取茎基部1.5 cm处的直径。

茎秆重心高度：于花后10 d连续割取15个单茎，量取茎秆基部至该茎(带穗、叶和鞘)平衡支点的距离(cm)。

茎秆机械强度：于花后10 d连续割取15个单茎，取基部第1节间去叶鞘，应用YYD-1A型茎秆强度测定仪(浙江托普仪器有限公司，杭州)测定机械强度，以茎秆折断时的拉力峰值作为茎秆抗折力的值。

叶面积：测定每片绿叶的长和宽，按照长宽系数法计算绿叶面积。

1.4 数据处理

总茎数(hm-2)=2行长55.5 cm内调查的茎蘖总数×60 000。

分蘖成穗率(%)=(成熟期总穗数-基本苗数)/(最高总茎数-基本苗数)×100。

抗倒指数(CLRI)=茎秆机械强度(N)/茎秆重心高度(cm)。

绿叶面积=叶长(cm)×叶中部宽(cm)×0.83。

叶面积指数(LAI)=[单茎绿叶面积(m2)×每hm2总茎数]/10 000。

用Excel对数据进行整理后制图，用DPS7.05按照裂区试验设计的统计方法进行方差分析，以最小显著极差法(LSD)进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 播期和密度对南疆滴灌冬小麦生育进程的影响

各处理对滴灌冬小麦生育进程的影响见表1。播期主要影响小麦生育前期的进程，随播期延迟，新冬22和邯郸5316的出苗期随之延长；其中，B1处理的出苗天数为6 d，B2为7 d，B3为11 d，这主要是由于播种推迟，气温逐渐降低，造成种子萌发和幼苗生长缓慢所致。随着播期延迟，从出苗到拔节的时间有所缩短。不同播期处理对冬小麦生育后期各时期持续时间影响不大。随播期延迟，新冬22和邯郸5316的生育期均有所缩短，新冬22和邯郸5316在B3处理的生育期较B2缩短11 d，较B1处理缩短22 d。不同密度处理间冬小麦生育进程变化差异不大。

表1 播期和密度对滴灌冬小麦生育进程的影响Table 1 Effects of sowing date and density on growing process of winter wheat under drip irrigation

2.2 对南疆滴灌冬小麦茎蘖消长动态与产量的影响

滴灌冬小麦总茎数在返青期后迅速增加，至拔节-孕穗期达最高峰，随后快速下降，扬花期之后缓慢减少(表2)。在同一播期下，随密度增加，基本苗、冬前总茎数、最高总茎数、收获穗数和返青后株数相应增加，而越冬率、单株穗数、分蘖成穗率随密度增加相应减少；在同一密度下，随播期延迟，基本苗、冬前总茎数、越冬率、最高总茎数、收获穗数、单株穗数、分蘖成穗率和返青后株数等均呈下降趋势，说明延迟播期，群、个体生长均受到影响。播期间总茎数差异随生育期推进有减小趋势，即晚播群体总茎数在扬花期以前与早播差异较大，此后差距缩小，表明滴灌冬小麦晚播群体在生育后期总茎数有追赶正常播期处理的趋势。

表2 播期和密度对滴灌冬小麦群体生长与产量的影响Table 2 Effects of sowing date and density on population growth and yield of winter wheat under drip irrigation

方差分析表明(表3)，播期显著影响(P<0.05)新冬22的冬前总茎数、最高总茎数、收获穗数、单株穗数、分蘖成穗率和返青后株数等，显著影响邯郸5316的冬前总茎数、越冬率、返青后株数、最高总茎数、收获穗数、单株穗数、分蘖成穗率、基本苗和田间出苗率等(P<0.05)；密度显著影响(P<0.05)新冬22的冬前总茎数、最高总茎数、收获穗数、单株穗数、分蘖成穗率、基本苗和返青后株数等，显著(P<0.05)影响邯郸5316的冬前总茎数、返青后株数、最高总茎数、收获穗数、单株穗数、分蘖成穗率和基本苗等；而播期和密度互作对新冬22的冬前总茎数、收获穗数、单株穗数、分蘖成穗率和最高总茎数有显著(P<0.05)的耦合效应，对邯郸5316的单株穗数和分蘖成穗率有极显著(P<0.01)的耦合效应。

表3 ANOVA检验F值Table 3 F value of ANOVA

从各处理的影响程度(以变异系数CV表示)上看，播期主要影响冬前和冬后最高总茎数，其次是分蘖成穗数和收获穗数，对越冬率也有一定影响，对基本苗影响不大；密度主要影响基本苗、返青后株数、分蘖成穗率、单株穗数和收获穗数，其次是冬前和最高总茎数，对越冬率影响较小。可见密度和播期对反映群体大小的总茎数和反映生产性能的收获穗数、单株穗数等的影响最大，因此生产中可以通过优化播期与密度组合来促进群个体协调发展。另外，从群个体生长的角度上看，新冬22对密度反应更敏感，而邯郸5316对播期反应更敏感：因此；生产中针对大穗型品种应注重合理密度的前提下调节播期，而多穗型品种应注重在适当播期前提下调节密度，以充分发挥品种的增产潜力。

播期和密度对产量有较大影响，表现为同一密度下B2>B1>B3，同一播期下新冬22为M3>M2>M4>M1，邯郸5316为M2>M3>M4>M1，可见，在适宜播期(B2)和适当密度(M2、M3)条件下能较好发挥滴灌冬小麦产量潜力。从播期和密度对群体产量的影响程度上看，播期处理间CV为7.44%～10.55%，密度处理间CV为4.02%～7.78%，表明播期对产量的影响效应大于密度，说明调整播期是保证滴灌冬小麦产量的关键。

在本试验条件下，组合处理中，新冬22的B2M3处理产量最高，为8 541.04 kg·hm-2，邯郸5316的B2M2处理产量最高，为9 218.08 kg·hm-2。两小麦品种产量对播期和密度反应不同，相同密度下不同播期处理间，新冬22产量的CV为7.44%，而邯郸5316产量的CV为10.55%；相同播期下不同密度处理间，新冬22产量的CV为11.47%，而邯郸5316产量的CV为9.05%。说明邯郸5316播期较为敏感，而新冬22对密度较为敏感。可见，晚播条件下注重选用大穗型品种(新冬22)，早播条件下注重多穗型品种(邯郸5316)并适当降低密度。

2.3 对南疆滴灌冬小麦抗倒特征的影响

各处理小麦基部节间形态特征分析结果(表4)表明：2个小麦品种基部节间直径均总体表现为M1>M2>M3>M4和B3>B2>B1，各处理下茎秆的机械强度表现为M1>M2>M3>M4和B3>B2>B1，各处理下的抗倒指数主要表现为M1>M2>M3>M4和B3>B2>B1。说明在相同播期下，2个小麦品种基部节间长度和重心高度随密度增大而增大，基部节间直径、机械强度和抗倒指数则呈减少趋势；在相同密度下，2个小麦品种基部节间长度和重心高度随播期延迟而缩短，基部节间直径、机械强度和抗倒指数则呈增大趋势。不同密度处理平均抗倒指数的CV为17.05%～18.13%，不同播期处理平均抗倒指数的CV为7.90%～8.95%，说明密度是影响小麦倒伏性的主导因素，在合理密度的基础上，通过确定适宜播期能更好发挥品种的抗倒伏性能。邯郸5316在各处理下的抗倒指数略大于新冬22，说明同等条件下，邯郸5316的抗倒性更强。

表4 播期和密度对滴灌冬小麦基部节间形态特征与抗倒指数的影响Table 4 Effects of sowing date and density on morphological characteristics of basal internode and lodging resistance index of winter wheat under drip irrigation

方差分析(表5)表明，播期对2个小麦品种基部节间长度、直径和植株重心高度影响不显著(P>0.05)，而对机械强度和抗倒指数影响显著(P<0.01)；密度对2个小麦品种基部节间长度和直径影响不显著(P>0.05)，而对重心高度、机械强度和抗倒指数影响显著(P<0.01)；播期和密度对2个小麦品种基部节间长度、直径和植株重心高度的互作效应不显著(P>0.05)，而对机械强度和抗倒指数的互作效应显著(P<0.01)。密度和播期对茎秆机械强度和抗倒指数的效应(F值)均达极显著性水平(P<0.01)，说明过高密度和过早播种，易造成基部节间长度和植株重心高度增加，基部节间直径变细，降低茎秆的抗倒伏能力，增加小麦倒伏的危险性；而适当减少种植密度和适当晚播有利于降低小麦基部节间长度和重心高度，增大基部节间直径，从而增加小麦的抗倒伏能力。

表5 ANOVA检验F值Table 5 F value of ANOVA

2.4 播期和密度对南疆滴灌冬小麦叶面积指数的影响

LAI是反映群体光合功能叶面积大小的常用指标[9]。在同一播期下，随密度增加，群体平均LAI增加(图1)。在高密度下群体LAI前期增加较快，至孕穗期其值也较大，但灌浆期以后下降速度明显高于中、低密度处理，说明不同密度处理群体LAI差异随生育进程有逐渐缩小趋势；在同一密度下，随播期延迟，群体平均LAI降低。播期间LAI差异随生育期推进有减小趋势，即晚播群体LAI在孕穗期以前与早播差异较大，在扬花期以后，其差距缩小，表明滴灌冬小麦晚播群体在生育后期LAI有追赶正常播期处理的趋势。

从不同处理对各处理LAI影响的程度上看，播期处理的CV为9.82%～13.35%，密度处理的CV为8.01%～14.20%；从不同品种的LAI反应程度上看，新冬22各生育期LAI的平 CV为15.07%(播期)和15.30%(密度)，邯郸5316各生育期LAI的平均CV为11.81%(播期)和13.35%(密度)，说明少穗型品种更易受到播期和密度的影响。

3 结论与讨论

播期推迟，小麦抽穗期延迟，全生育期缩短，对群个体生长有一定影响[10-11]。各生育时期群体分蘖总数随播期延迟而降低，随密度增大而增大，分蘖成穗率随播期延迟而增加[11-13]，随密度增大而降低。也有研究显示，单株分蘖数随播期延迟而下降，随密度增大而增大[14]。本研究表明，随密度增加滴灌冬小麦的基本苗数、冬前总茎数、冬后总茎数和收获穗数呈增加趋势，而分蘖成穗率则下降；随播期延迟，基本苗数、冬前总茎数、冬后总茎数和收获穗数呈下降趋势，而分蘖成穗率则呈升高趋势，这与前人研究结果基本一致。

一般认为，密度过高，会影响茎秆基部节间木质素含量和充实度，小麦抗倒性能下降[15]。但何种密度下抗倒伏性会产生明显下降，不同研究结果不同。邵庆勤等[7]认为，基本苗由300万株·hm-2增加到450万株·hm-2时，基部节间直径降低5.56%，茎秆机械强度下降17.59%，抗倒指数下降14.77%。本研究表明，当基本苗由287万株·hm-2增加到464万株·hm-2时，基部节间直径下降4.64%～7.19%，茎秆机械强度下降1.84%～2.29%，抗倒指数下降3.84%～4.98%。当基本苗超过645万株·hm-2时，茎秆抗倒伏指标才出现较大幅度下降，抗倒指数减少19.34%～24.83%。可见，在本地区特定栽培条件下，冬小麦茎秆发育具有较高耐密特征，这可能与滴灌条件下水肥供应与干旱区光热气候资源等条件较好有关[16]。试验中，B3处理茎秆抗机械强度较B2和B1处理分别增加了5.93%～7.69%和10.90%～12.78%，抗倒指数分别增加了9.16%～8.36%和16.33%～14.55%，说明适度晚播有利于增强冬小麦群体的抗倒性，晚播条件下通过适度增加种植密度，可平衡其产量和抗倒性能，这与前人研究结果一致[17-18]。所不同的是，阚茗溪等[17]认为，泰农18在种植密度为375万株·hm-2、10月20日播种条件下可协同实现高产、稳产；李华英等[18]认为，10月15日播种，泰农18(大穗型)和山农15(多穗型)分别在405万株·hm-2、以172.5万株·hm-2种植密度下，可协同实现高产、稳产。而本研究中，当密度为705万株·hm-2时，新冬22和邯郸5316分别在播期为10月5日、10月15日能较好协调播期、密度的关系，获得较高产量，这可能与品种特性、栽培方式和气候条件不同有关。

刘万代等[19]研究表明，晚播较早播在孕穗期以后能够较长时间维持相对较高的LAI。密度增加，群体LAI相应增加；但密度过大，花前总茎数增加，LAI相对较大，导致花后下部叶衰老速度较快，使LAI迅速降低[20]。本研究表明，晚播群体LAI较小，但随生育进程有追赶早播处理的趋势；密度过大，群体LAI增加过快，后期下降过快，不利于产量物质合成与运输。高产条件下冬前总茎数和最高总茎数分别为收获穗数的1.38～1.44倍(新冬22)、2.03～2.12倍(新冬22)和1.60～1.66倍(邯郸5316)、2.21～2.31倍(邯郸5316)，最高LAI为7.67～7.73(新冬22)和8.38～8.82(邯郸5316)，这与前人研究结果[21-24]有所不同，可能与区域气候条件和品种有关。

晚播生育期较早播缩短22 d，较适播短11 d，密度对生育进程影响不大。群体大小指标随密度增加而增加，随播期延迟而减小，晚播群体总茎数在生育后期有追赶正常播期处理的趋势。新冬22对密度反应更敏感，邯郸5316对播期反应更敏感，因此少穗型品种应注重在合理密度的前提下调节播期，而多穗型品种应注重适当播期前提下调节密度。播期延迟，茎秆基部节间和重心高度变短，直径增大，机械强度和抗倒指数增加，群体LAI下降；密度增加，茎秆机械强度和抗倒指数下降，群体LAI增加。密度对植株抗倒性的影响大于播期，生产中适当推迟播期并适度增加密度，能强化茎秆抗倒性，优化株高和群个体生长，对高产形成有促进作用。

试验中新冬22在B2M3处理下产量最大，其收获穗数为712.05万株·hm-2，为冬前总茎数和拔节期最高总茎数的0.72倍和0.50倍，分蘖成穗率11.29%，群体最高LAI为7.95；邯郸5316在B2M2处理下产量最大，其收获穗数790.48万株·hm-2，为冬前总茎数和拔节期最高总茎数的0.62倍和0.43倍，分蘖成穗率25.19%，群体最高LAI为8.60。