种植密度对冀东地区晚播冬小麦籽粒灌浆特性和产量的影响

王 畅，杨德华，裴世娟，武晋涛，钟婷玮，韩金玲

(河北科技师范学院农学与生物科技学院，河北 秦皇岛，066600)

小麦是世界上重要的粮食作物，而灌浆期是小麦生长的重要生理阶段，研究冬小麦籽粒灌浆特性对阐明小麦的生长和发育特性非常重要。有些研究表明，栽培方法以及小麦品种对籽粒灌浆有显著的影响[1～6]。密度是影响籽粒灌浆的重要栽培措施，低密度处理的最大灌浆速率最大[7]，且在花后各时期均保持较高的灌浆速率[8,9];丁位华等[10]表示密度对灌浆快增期的平均速率影响更大，密度增加灌浆速率下降。郭伟等[11]表示稀植可以使个体充分生长，在中低密度下形成较高千粒质量。温明星等[12]研究也表明，密度越高粒质量越低。密度不仅仅影响籽粒灌浆，同时影响干物质积累、有效穗数和穗粒数，张永强等[13]研究表明，无论在自然光还是遮荫条件下，随着密度增大，冬小麦都表现为有效穗数增多，穗粒数和千粒质量降低。但姜丽娜等[14]和王燕等[15]研究认为，播量对干物质积累影响较小，增加播量并不会促进最终产量的提高。

全球气候变暖背景下，中国北方地区气温普遍升高，≥0℃积温带北移西扩，温度上升的累积效应十分明显，北方传统的一熟或两年三熟区变化为一年两熟区，原冬小麦种植区，其种植时间后移[16]。冀东地区处于温带半湿润大陆性季风气候区，≥10 ℃积温达3 814 ℃，本地区传统种植制度为一年一熟或两年三熟，随着全球气候变暖，通过冬小麦晚播实现了一年两熟。冬小麦晚播增密是实现一年两熟稳产的重要措施。但对于晚播冬小麦籽粒灌浆特性的研究鲜有报道，晚播条件下密度对冬小麦籽粒灌浆特性的影响未见报道。为此，笔者以当地推广的冬小麦品种京花11号为试验材料，分析不同种植密度下晚播冬小麦籽粒灌浆特性，为该地区冬小麦晚播增密增加穗粒质量提供一定的理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验于2018～2019年度在河北科技师范学院生命科技实验站进行，前茬作物为玉米，试验田土质中壤土，土壤有机质质量分数(以下同)为21.54 g/kg，全氮为1.68 g/kg，碱解氮102.35 mg/kg，速效磷23.59 mg/kg，速效钾144.10 mg/kg。基施复合肥(16-16-16)600 kg/hm2，拔节期追施尿素150 kg/hm2。

1.2 试验设计

本次试验以京花11号为材料，采用随机区组设计，设525万株/hm2，675万株/hm2和825万株/hm2共3个密度，分别用B1，B2和B3表示。小区面积3 m×5 m，3次重复。所有小区均采用手工条播的方式进行播种，行距20 cm，田间管理如同一般生产大田，于2019年6月19日收获。

1.3 测定项目及方法

1.3.1籽粒灌浆相关指标 于小麦开花盛期选取同一天开花、健壮、大小一致且有代表性的麦穗，进行挂牌，开花后7 d开始取样，之后每5 d取样一次，每次取10穗挂牌麦穗，3次重复，放于封口袋带回室内，每穗取中部5 个小穗的基部2个强势粒，每处理100粒进行籽粒灌浆指标测定。先称鲜质量，之后用排水法测体积，最后于烘箱中105 ℃杀青10 min，并在70 ℃下烘干，测定籽粒干质量。

1.3.2籽粒灌浆过程拟合 用Logistic方程对小麦籽粒灌浆过程进行拟合，并将灌浆过程分为3个阶段：渐增期、快增期、缓增期。Logistic方程表达式参考郭丽果等[16]研究方法，即

开花后时间(t)作为自变量，籽粒质量(W)作为因变量。对Logistic方程进行求一阶导数和二阶导数，可得出一些灌浆参数，其灌浆参数表述和计算方法见表1。

表1 各种灌浆参数表述及计算方法

1.4 数据处理

数据处理采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05软件对试验结果进行统计分析和图表制作。

2 结果与分析

2.1 冬小麦籽粒干质量变化动态及其Logistic方程拟合

小麦籽粒干物质积累均呈“慢-快-慢”的变化形式(图1)，这与刘芳亮等[18]研究结果一致。随生育进程推进处理间籽粒干质量差异增大，B1处理的籽粒干质量较重，其次为B3处理的，B2处理的最轻。

图1 冬小麦籽粒干物质积累动态

对各处理的籽粒干质量与开花后时间建立Logistic模型，F值都达极显著水平，各处理的决定系数R2都在0.99以上，表明各处理的拟合效果较好，且小麦灌浆过程均符合Logistic生长规律(表2)。

表2 籽粒灌浆进程及灌浆方程的模拟

2.2 晚播冬小麦籽粒体积变化动态

小麦籽粒产量取决于单位面积粒数和粒质量，粒质量与籽粒体积密切相关[19]。不同处理的小麦籽粒体积变化均表现为“快-慢-快”趋势。小麦籽粒体积从灌浆开始到第20天，快速增大；在第20天～第30天缓慢增加；第30天左右达到最大值，30 d后又快速下降。不同处理间比较，B1处理的籽粒体积较大，B2处理的较小(图2)。

图2 冬小麦籽粒体积变化动态 图3 冬小麦籽粒中水的质量分数变化动态

2.3 晚播冬小麦籽粒中水的质量分数变化动态

冬小麦籽粒中水的质量分数随灌浆进程的推进而下降，灌浆初期籽粒中水的质量分数最高，到收获期最低(图3)。籽粒中水的质量分数呈现阶段性的变化，即灌浆前10 d下降较为平缓，灌浆10 ～30 d下降较快，灌浆30 d之后呈现快速下降的趋势。此外，密度对籽粒中水的质量分数影响较小。

2.4 冬小麦籽粒灌浆的特征参数的分析

B2处理的各灌浆参数值基本都最小，其它参数最大值出现在B1或B3处理中，处理间差异较小(表3)。

表3 晚播冬小麦籽粒灌浆特征参数

从变异系数来看，晚播冬小麦灌浆时间参数的变异系数较小，其中最大灌浆速率出现的时间(Tmax)在17.39～17.55 d，其变异系数最小(表4)；其次是灌浆持续时间(T)40.83～42.07 d；各灌浆速率参数的变异系数较大，其中渐增期灌浆速率的变异系数在所有参数中最大，其次为快增期灌浆速率、缓增期灌浆速率(R2，R3)和最大灌浆速率(Rmax)。说明晚播条件下，密度对灌浆持续时间几个特征参数影响不大，主要是通过影响灌浆速率相关参数影响粒质量。因此，晚播冬小麦生产中可以通过调整密度，调控籽粒灌浆速率，进而促进粒质量的形成。

表4 冬小麦籽粒灌浆参数的变异系数

2.5 晚播冬小麦产量及产量构成因素

处理间有效穗数由大到小的顺序依次为：B2，B3，B1，而B1处理的有效穗数最低，与其它2个处理差异显著；穗粒数随密度增加而下降，处理间出现显著差异，以B1处理穗粒数最多，B3处理的最少；千粒质量表现由大到小的排列顺序为：B3，B1，B2，但处理间差异未达显著水平。B1，B2处理产量显著高于B3处理，其中B2处理优于B1处理，但差异不显著(表5)。

表5 晚播冬小麦产量和产量构成因素

2.6 产量与产量构成因素及灌浆参数的相关性

相关分析表明，产量与最大灌浆速率出现的时间(Tmax)呈显著负相关，与其它参数相关性未达显著水平(表6)。粒质量与Tmax，最大灌浆速率，快增期灌浆速率和缓增期灌浆速率均呈显著正相关。在晚播冬小麦栽培生产过程中，提高渐增期、缓增期和最大灌浆速率，使时间尽早出现；延长快增期和缓增期持续时间，从而延长整个灌浆过程持续时间，提高光合物质积累量，延长干物质转化积累时间，提高粒质量。

表6 晚播冬小麦籽粒灌浆特征参数与产量和产量构成因素的相关性

3 结论与讨论

多项研究表明密度对冬小麦籽粒灌浆有着一定的影响[18,20]。本次研究灌浆速率比灌浆持续时间受密度影响要大，尤其灌浆前期的灌浆速率受影响最大，这与彭慧儒等[21]研究结果一致。本次研究发现675万株/hm2处理的各灌浆参数基本都最小，这可能与其有效穗数最多，制约粒质量的形成有关。生产中是否可以通过立体匀播或宽幅条播增加单株营养面积进而提高冬小麦籽粒灌浆速率有待进一步研究。

一般来说，低密度处理由于收获穗数不足导致产量偏低，高密度处理由于穗粒数和千粒质量偏低导致产量偏低[22,23]。本次研究表明，晚播条件下，密度对有效穗数和穗粒数影响显著，525万株/hm2处理的有效穗数最少，但穗粒数最多；675万株/hm2处理的有效穗数最多，千粒质量最低。产量受3个产量构成因素的综合影响，本次试验中，虽然 675万株/hm2的籽粒灌浆处于劣势，千粒质量最低，但其有效穗数最多，产量最高；其次最低密度处理有效穗数最少、穗粒数最多，其产量与中间密度的相当；最高密度处理其有效穗数处于低密度和中密度之间，千粒质量最重，但穗粒数最少，其产量显著最低。通过调查基本苗、冬前总茎数和返青期总茎数，高密度处理死苗率高，这可能是高密度处理中冬小麦生长前期群体较大、苗弱、冬季抗寒性差，最终有效穗数低于基本苗数，这与本课题组之前的试验结果一致。结合相关性分析来看，晚播条件下粒质量不是影响冬小麦产量的因素，有效穗数和穗粒数对产量起更大作用。因此，冀东地区在稳定穗数和穗粒数的基础上提高粒质量是实现晚播冬小麦高产更高产的有效途径。

综上所述，京花11号在冀东地区播期为10月13日的情况下，密度为675万株/hm2时，其各灌浆参数值最小，千粒质量最低，但其有效穗数最多，产量最高；密度为525万株/hm2时，穗粒数最多，产量相对较高；825万株/hm2处理的千粒质量最重，但穗粒数最少，产量显著最低。

因此，在冀东地区晚播条件下，种植密度以525万～675万株/hm2为宜。在此基础上研究提高粒质量的措施，是实现产量进一步提高的重要途径。