株行配置对南疆冬小麦籽粒灌浆特性及产量的影响

梁雪齐，李 玲，杨志刚，陈 猛，陈国栋，吴全忠，翟云龙

(1.塔里木大学植物科学学院，新疆阿拉尔 843300；2.新疆生产建设兵团第一师农业科学研究所，新疆阿拉尔 843300)

随着世界人口的增加，粮食生产的重要性日渐突现。小麦作为世界上最重要的粮食作物，高产、超高产一直是国内外研究的热门话题，提高小麦单产对解决世界粮食安全问题意义重大[1]。在农业生产中，由于传统的种植观念以及落后的种植技术，导致小麦种植密度和株行配置不合理[2]，造成小麦群体质量和光能利用率较低，在一定程度上限制了小麦产量的提高。大量研究表明，种植密度决定小麦群体大小，株行配置则决定群体的均匀性[3]。要想小麦达到超高产，就必须建立合理的群体结构，改善群体的光能利用率、群体干物质积累与转运[4]。多穗型小麦品种可通过增加单位面积穗数来实现超高产，大穗型小麦则可采用密植来实现其超高产[5]。

灌浆期是小麦产量与品质形成的重要阶段[6]，适宜的种植密度有利于协调群体和个体的关系，提高产量和改善品质[7]。小麦籽粒灌浆速率受基因型控制，特定区域的气候和耕作栽培制度决定了小麦的灌浆持续时间[8]。有研究认为，种植密度相同时，行距过窄，植株分蘖成穗率较低；行距过宽，光能利用率较低，单株生长不良，均造成产量下降[9-11]。为解决这一问题，本试验在南疆以两种穗型冬小麦品种为材料，在普遍种植15 cm行距基础上，不断缩小行距、加大株距直至达到株、行距相等的匀播，探究不同株、行距配置下冬小麦籽粒灌浆特性和产量及其构成因素的变化，以期为南疆冬小麦适宜的株、行距配置模式提供理论依据和技术指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试小麦品种为多穗型品种新冬22号和大穗型品种新冬50号。

1.2 试验地概况

试验于2018-2020年在新疆阿拉尔市塔里木大学农学试验站(40°32′20″N，81°17′57″E)进行。试验区位于塔里木盆地北缘，≥10 ℃年有效积温为4 113 ℃，年均气温10.8 ℃，年平均降水量50 mm左右，海拔1 015 m，无霜期220 d，属暖温带极端大陆性干旱荒漠气候区。试验地前茬作物为大豆，土壤质地为壤土，土壤有机质含量为 7.81 g·kg-1，速效磷18.3 mg·kg-1，速效钾112 mg·kg-1，碱解氮33.5 mg·kg-1，pH7.9。

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，品种为主区(A)：多穗型品种新冬22号(A1)、大穗型品种新冬50号(A2)；株行配置为副区(B)：设行距、株距配置为15 cm×1.7 cm(B1)、12.5 cm×2 cm(B2)、10 cm×2.5 cm(B3)、7.5 cm×3.3 cm(B4)、5 cm×5 cm(B5)5个处理。种植密度400万株·hm-2，小区长4 m，宽1.9 m。三次重复。2018年10月2日播种，2019年6月28日收获；2019年10月3日播种，2020年6月15日收获。出苗后以间苗的方式确定各处理的基本苗数，后期管理措施同一般高产田。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 籽粒灌浆动态相关参数计算

于小麦开花期在每小区选择长势一致的穗子200个挂牌标记，自开花至收获，每隔5 d取标记穗10个，取每穗中间5个小穗第1、2粒位强势粒[12]，置烘箱中105 ℃杀青0.5 h，80 ℃烘干至恒重，计算千粒重。

以开花后的天数(t)为自变量，每次测得的千粒重(Y)为因变量，用Logistic方程Y=K/(1+eA+Bt)对籽粒生长过程进行拟合，其中K为灌浆结束时所能达到的最大千粒重，A、B为方程参数，用决定系数R2(Y依t的回归平方和占总平方和的比率)表示其拟合优度。求方程的一阶和二阶导数，得一系列次级灌浆参数。

1.4.2 产量及其构成因素测定

于成熟期在各小区内选取长势均匀一致的区域1 m2(去掉边行)，调查有效穗数；而后将所有麦穗剪下后脱粒、风干、称重，计算产量；在测产籽粒中随机取1 000粒烘干称重，按照籽粒含水率13%折算千粒重。每小区选取有代表性的穗子20穗室内考种，调查小穗数、穗粒数。

1.5 数据统计及分析

数据采用Excel 2010进行统计和处理，采用DPS v7.05进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 株行距配置对冬小麦千粒重动态的影响

两种穗型品种在不同株行距配置条件下的千粒重动态见图1，两种穗型品种的千粒重在连续两年中均呈现灌浆前期增长缓慢、中期增长迅速、后期缓慢增长的“慢-快-慢”的生长趋势。多穗型品种新冬22号的籽粒灌浆期明显短于大穗型品种新冬50号。2020年较2019年春季气温回升早，导致生育期提前2周。2018-2019年度成熟期，多穗型品种新冬22号各处理的千粒重表现为B5>B4>B1>B3>B2；B5处理千粒重高达 56.9 g，显著高于其他处理(P<0.05)，较B4、B1、B3、B2处理分别高出1.05%、1.40%、1.75%、4.27%；2019-2020年度，千粒重随行距缩小而降低，以B1处理千粒重最大，为56.6 g。2018-2019年度成熟期，大穗型品种新冬50号B1处理千粒重高达 55.6 g，其他处理表现为B2>B3>B4>B5；2019-2020年度生长趋势与2018-2019年度一致，各处理千粒重表现为B1>B2>B3>B4>B5，B1处理千粒重高达53.2 g，与其他处理间差异显著(P<0.05)，较B2、B3、B4、B5处理分别高0.94%、1.32%、2.07%、2.63%。

图1 不同株行配置冬小麦千粒重动态

2.2 不同株行距配置下冬小麦籽粒灌浆模型及特征参数分析

2.2.1 籽粒灌浆模型及特征参数分析

小麦籽粒灌浆进程均呈“S”型曲线(图1)，适宜用Logistic生长曲线模拟。对开花后天数与籽粒重的关系运用Logistic方程进行拟合(表1)，发现两种穗型品种不同株行距配置下籽粒灌浆过程拟合方程的决定系数均大于0.99，说明运用Logistic方程能很好地描述籽粒灌浆过程。

表1 不同处理籽粒灌浆的Logistic方程及其特征参数

多穗型品种新冬22号2018-2019年度理论最大千粒重随行距缩小呈先降低后增加的趋势，以B2处理最低，B5处理最高，这可能与B5处理株行距相等、植株分布均匀有关；2019-2020年度理论最大千粒重随行距缩小呈降低趋势，B1处理最高，达59.58 g；2019-2020年度理论最大千粒重高于2018-2019年度。大穗型品种新冬50号在连续两年试验中理论最大千粒重均随行距缩小呈降低趋势，B1处理最高，B5处理最低，因2019-2020年度灌浆期缩短，导致理论最大千粒重比2018-2019年度降低0.87 g。

多穗型品种新冬22号在2018-2019年度达到最大灌浆速率的时间随行距缩小呈先延长后缩短的趋势，以B5处理最短，其次是B4、B1处理，B2处理最长；最大灌浆速率随行距缩小呈先降低后升高的趋势，以B3处理最低，为2.47 mg·d-1·grain-1，其次是B2、B1处理，B5处理最大灌浆速率最高，达2.53 mg·d-1·grain-1；平均灌浆速率随行距缩小呈先降低后增加的趋势，B2处理最低，其次是B3、B1、B4处理，B5处理平均灌浆速率最高；灌浆持续时间随行距缩小呈降低趋势。新冬22号在2019-2020年度，B1处理达到最大灌浆速率的时间最短，其次是B2、B3处理，B5处理最长；最大灌浆速率以B1处理最高，B2、B5处理一致，均较低，B3、B4处理差异不大；平均灌浆速率随行距缩小呈降低趋势；灌浆持续时间随行距缩小呈先升后降的趋势，B2处理最长，其次是B3、B4处理，B5处理最短。两年试验规律不尽一致，可能因为2019-2020年度，新冬22号B3、B4、B5处理拔节后群体过大，抽穗期出现不同程度倒伏。大穗型品种新冬50号在连续两年试验中最大灌浆速率、平均灌浆速率均随行距缩小而降低，B1处理最高，B5处理最低；最大灌浆速率出现时间两年均表现为随行距缩小而延迟；灌浆持续时间在两年均表现为随行距缩小而延长。

上述结果表明，千粒重与最大灌浆速率、平均灌浆速率呈正相关，适宜的株行配置有利于提高籽粒灌浆速率，延长灌浆天数，优化灌浆进程。

2.2.2 不同阶段籽粒灌浆特征参数分析

根据Logistic模型计算不同阶段籽粒灌浆特征参数，发现不同株行距配置对不同穗型冬小麦各灌浆阶段均有一定的影响(表2)。灌浆持续时间表现为缓增期>快增期>渐增期，灌浆速率表现为快增期>渐增期>缓增期，阶段籽粒积累量表现为快增期>渐增期>缓增期；大穗型品种新冬50号各阶段灌浆持续时间均长于多穗型品种新冬22号，灌浆速率则低于新冬22号。

表2 不同株行配置冬小麦不同阶段籽粒灌浆特征参数

多穗型品种新冬22号在2018-2019年度，渐增期表现为B2处理持续时间最长，其次是B3处理，B1、B4、B5差别不大；快增期、缓增期表现为B4处理最长，其次是B1、B5处理，B2处理最短；2019-2020年度，渐增期持续时间随行距缩小而增加，快增期、缓增期持续时间则随行距缩小表现为先增后降的趋势，B2处理持续时间最长，其次是B3、B1处理，B5处理持续时间最短。新冬22号灌浆速率2018-2019年以B5处理最高，三个阶段分别为1.02 mg·d-1·grain-1、2.22 mg·d-1·grain-1、0.62 mg·d-1·grain-1，其次为B4、B1处理；2019-2020年度与2018-2019年度相比呈现不同趋势，渐增期灌浆速率随行距缩小呈现降低趋势，快增期、缓增期随行距缩小呈先降低后升高的趋势，B1处理灌浆速率最高。三个阶段的籽粒积累量2018-2019年度均表现为随行距缩小先减小后增加的趋势，B5处理最高，B2处理最低；2019-2020年度则随行距缩小呈现降低趋势，B1处理最高，B5处理最低。

大穗型品种新冬50号连续两个年度三个阶段灌浆持续时间均随行距缩小呈现上升趋势。灌浆速率在三个不同阶段均呈随行距缩小而降低的趋势，B1处理最高，B5处理最低。三个阶段籽粒积累量与灌浆速率有相同的化趋势，随行距缩小而降低，B1处理最高，B5处理最低。

2.3 株行距配置对冬小麦产量及其构成因素的 影响

株行距配置、品种对冬小麦产量及产量构成因素影响显著(表3)。由2年试验结果可知，新冬22号的有效穗数明显高于新冬50号，但小穗数、穗粒数明显低于新冬50号，千粒重两年结果不一致。2019-2020年度两个品种的产量均高于2018-2019年度；新冬22号两年间有效穗数、小穗数、穗粒数差异不明显；2019-2020年度新冬50号有效穗数、小穗数明显高于2018-2019年度，千粒重明显低于2018-2019年度。

表3 不同株行配置冬小麦产量及其构成因素

多穗型品种新冬22号两个年度结果存在一定的差异。2018-2019年度，B5处理产量显著高于其他处理，比B4、B3、B2、B1处理分别高 1.03%、2.54%、4.69%、7.46%。有效穗数随行距的减小逐渐升高，且处理间均达显著水平。小穗数、穗粒数随着行距减小呈显著降低趋势，B1、B2处理间差异不显著，小穗数B4、B5处理间差异也不显著，但二者极显著低于其他处理；穗粒数B5处理极显著低于其他处理。千粒重随着行距缩小呈先降低后增加的趋势，B2处理最低，B5处理极显著高于其他处理，比B4、B1、B3、B2处理高3.24%、3.40%、4.22%、4.93%。2019-2020年度，新冬22号产量以B2处理最高，与B1处理差异不显著，极显著高于其他三个处理，B5处理均极显著低于其他处理；有效穗数随行距减小呈先增加后减小的趋势，B2处理极显著高于其他处理，B5处理极显著低于其他处理，B1和B3显著高于B4处理；小穗数也随行距减小呈先增加后减小的趋势，B3处理显著高于其他处理，B5处理最低；穗粒数、千粒重均随着行距减小而降低，B5处理显著低于其他处理。

大穗型品种新冬50号两个年度产量结果较一致，均表现为B5处理显著高于其他处理，2018-2019年度，B5比B4、B3、B2、B1处理分别高 2.91%、5.81%、8.50%、10.25%，2019-2020年度，分别高3.58%、6.83%、10.21%、12.58%，B1处理均极最低。两年有效穗数均随行距减小逐渐增加，B5处理显著高于其他处理。小穗数处理间差异明显，但两年结果不一致，2018-2019年度随行距减小而增加，B5处理最高，比B4、B3、B2、B1处理分别高1.78%、3.07%、4.61%、6.56%；2019-2020年度则随行距减小而降低，B1处理最高，分别比B2、B3、B4、B5高1.10%、3.57%、4.07%、4.43%。穗粒数、千粒重两年试验结果一致，均呈随行距缩小而降低的趋势，穗粒数处理间差异明显，千粒重2018-2019年度随行距缩小显著降低，2019-2020年度处理间差异未达显著 水平。

3 讨 论

3.1 株行距配置对冬小麦籽粒灌浆进程的影响

调整作物空间布局作为一项重要的农艺措施对小麦籽粒灌浆特性及产量都具有明显影响，改变株行距配置可以有效调节群体结构[13]。前人研究表明，行距从30 cm缩小至7.5 cm时，小麦有效穗数增加，产量也随之增加，灌浆速率和灌浆持续时间共同决定小麦粒重[14-15]。张永强等[16-17]研究发现，适当降低种植密度可提高小麦灌浆速率，对灌浆持续天数影响不显著。有研究者通过探索灌浆特征参数与千粒重之间的关系发现，K值反映灌浆最终结果，K值越大，籽粒饱满程度越好、千粒重越大，小麦粒重由籽粒灌浆速率及灌浆持续期共同决定[18]，小麦达最大灌浆速率时间与千粒重呈负相关，平均灌浆速率、最大灌浆速率与千粒重呈显著正相关[19-20]，灌浆持续期与千粒重呈正相关。也有学者发现，灌浆速率与粒重呈显著正相关，但灌浆持续期天数与粒重关系不显著[21]。有关灌浆速率和灌浆持续时间对籽粒重的贡献目前存在一定争议[22-23]。本试验结果表明，冬小麦粒重与平均灌浆速率和最大灌浆速率成正相关，达最大灌浆速率越早越有利于籽粒灌浆。

3.2 株行距配置对冬小麦不同阶段籽粒灌浆特征参数的影响

灌浆过程是小麦籽粒形成的重要生理过程，它决定着小麦最终的产量，受外界环境和不同栽培管理措施共同影响。杨 茹等[24]通过Logistic方程在分析小麦千粒重与籽粒灌浆参数时发现，快增期是影响籽粒形成的关键时期，渐增期和缓增期持续时间、灌浆速率起伏程度较大。苗永杰等[8]研究发现，黄淮麦区小麦千粒重与快增期灌浆速率关系密切，与灌浆各阶段持续时间相关不显著，灌浆速率，特别是快增期灌浆速率的差异是导致千粒重高低的主要因素。宋 羽等[25]发现，小麦快增期持续时间、缓增期灌浆速率和渐增期灌浆速率是影响千粒重的重要因素。也有研究者认为，渐增期灌浆速率、快增期持续天数、缓增期持续天数是影响小麦粒重的主要参数[12]。本试验结果表明，渐增期、快增期、缓增期灌浆速率是影响粒重的重要因素，与灌浆各阶段持续时间关系不明显。

3.3 株行距配置对冬小麦产量及其构成因素的影响

小麦产量由有效穗数、穗粒数以及千粒重共同决定，三者关系密切又相互制约[26]，冯伟等[27]研究发现，密度、株行配置协调有利于调整个体空间分布，是解决超高产和倒伏问题的主要技术措施。在相同高密度下，缩小行距可提高小麦分蘖成穗率，优化冠层结构，从而增加有效分蘖数，但对穗粒数、千粒重影响不显著；行距缩小至10 cm能通过增加有效分蘖而获得高产，继续缩小至 7.5 cm超窄行距下仍然对产量起促进作用，而增大行距有利于千粒重的增加[28-29]；行距缩小，一定程度上可抑制无效分蘖的形成，其成穗数不仅取决于分蘖数，还与群体质量有关，不同穗型品种，可结合当地生态条件，因地制宜选择合适的株行配置来达到高产的效果[30]。本研究认为，改变株行距可以有效调节小麦群体结构。大穗型品种新冬50号在连续两年试验中，株行距相等的B5处理产量显著高于其他处理，有效穗数与产量呈显著正相关，有效小穗数对产量有一定的影响。随着行距减小至匀播状态(株距行距相等)，种子分布更加均匀，大群体单株竞争激烈，穗粒数、千粒重有所降低。多穗型品种新冬22号在2018-2019年度随着行距减少产量呈上升趋势，但 2019-2020年度B3、B4、B5处理在抽穗期发生不同程度倒伏，使产量大幅度下降。新冬22号分蘖能力较强，随着行距减少，分蘖增加，群体过大容易发生倒伏，中、低密度条件下株行配置对其籽粒灌浆特性及产量的影响如何尚待进一步研究。

4 结 论

随着行距缩小、株距扩大，多穗型品种达到最大灌浆速率的时间先延长后缩短，受快增期灌浆速率的影响，最大灌浆速率、平均灌浆速率均先降低后升高，导致最终千粒重呈先降低后增加的趋势；大穗型品种达到最大灌浆速率时间逐渐推迟，受渐增期、快增期、缓增期灌浆速率的影响，最大灌浆速率、平均灌浆速率均呈降低趋势，导致最终千粒重逐渐降低。