种植密度对匀播冬小麦籽粒灌浆及产量的影响

2022-07-13梁雪齐陈国栋吴全忠翟云龙

新疆农业科学 2022年6期

陈猛，梁雪齐，李玲，张丽，陈国栋，吴全忠，翟云龙

(塔里木大学农学院，新疆阿拉尔 843300)

0 引言

【研究意义】随着栽培技术的提高，小麦产量构成因素中有效穗数、穗粒数已经趋于稳定，增加千粒重对提高小麦产量具有重要意义[1-2]。小麦产量既受品种遗传特性的影响，又受栽培措施的影响[3]。种植密度调控、行距配置优化在小麦高产栽培措施中占重要地位[4-5]。种植密度决定群体数量，适宜种植密度构建合理的群体结构，缓解群体与个体间矛盾，增加群体光能利用率[6-7]。株行配置通过改变个体时空分布，影响群体结构的均匀性，减少个体竞争，单株生长发育良好[8]。通过种植密度、株行配置结合构建良好小麦群体结构，进而影响小麦产量。灌浆期是小麦籽粒形成的重要时期，对小麦籽粒产量的高低有着至关重要的作用[9]。小麦千粒重与籽粒灌浆之间有着密切联系[10-11]。【前人研究进展】种植密度显著影响小麦籽粒灌浆速率、灌浆持续时间，认为灌浆速率与千粒重呈正相关[12-15]；程西永等[16]研究认为，种植密度对小麦籽粒灌浆速率、灌浆持续时间无显著影响。【本研究切入点】近年来关于种植密度对籽粒灌浆特性的研究报道较多，但种植密度对小麦籽粒灌浆的影响还存在不同结论。亟需分析种植密度与匀播种植冬小麦籽粒灌浆和产量之间的关系，研究匀播条件下不同穗型冬小麦品种适宜种植密度。【拟解决的关键问题】设置不同小麦种植密度，研究不同种植密度和不同品种对匀播冬小麦籽粒灌浆特性和产量构成的关系，为新疆南疆冬小麦匀播技术的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

试验于2019年10月～2020年6月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℃，年平均降水量50 mm左右，海拔1 015 m，无霜期220 d，属暖温带大陆性干旱荒漠区。试验地土壤质地为壤土，土壤有机质含量为7.84 g/kg、速效磷18.7 mg/kg、速效钾115 mg/kg、碱解氮33.8 mg/kg、pH 7.9。

供试冬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 方法

1.2.1 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)。密度为副区(M)：设行距、株距均为9 cm(123×104株/hm2，M1)、8 cm(156×104株/hm2，M2)、7 cm(204×104株/hm2，M3)、6 cm(278×104株/hm2，M4)、5 cm(400×104株/hm2，M5)5个密度处理，小区面积6.75 m2，3次重复。2019年10月3日播种，2020年6月15日收获，越冬前，返青期、抽穗期、灌浆期灌水各1次，其他田间管理同大田。

1.2.2 测定指标

1.2.2.1 籽粒灌浆动态

于小麦开花期，每个处理选择同1 d开花且具有代表性、穗型整齐一致植株进行标记，从籽粒灌浆开始每隔5 d，各处理选取小麦10 株，选择中间强势粒脱粒，装入信封置于烘箱中，将烘箱温度设为105℃，杀青30 min，后转为80℃烘干至恒重，使用1‰精度天平测定籽粒干重。

1.2.2.2 籽粒灌浆参数

以开花后的天数(t)为自变量，每次测得的百粒重(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，开花当天t=0，其中K为籽粒灌浆结束时所能达到的最大百粒重，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。

1.2.2.3 产量

于成熟期在各小区内选取长势均匀一致的区域，划定1 m2的样方，数有效穗数，而后将所有麦穗剪下后脱粒、风干、称重，测产籽粒中随机取1 500粒(3份)测籽粒重量，最终按照籽粒含水率13%折算产量和千粒重；每小区连续取10株有代表性的植株室内考种。

1.3 数据处理

Microsoft Excel 2010处理数据并作图，用DPS 7.05软件对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度条件下匀播冬小麦千粒重增重变化动态

研究表明，不同穗型小麦品种在花后千粒重增重均呈灌浆初期增重缓慢、中期增重迅速、后期增重缓慢的“S”型曲线增加。不同种植密度间千粒重增重存在差异，不同穗型品种表现基本一致，均表现出千粒重随着种植密度的增加而降低趋势，M1>M2>M3>M4>M5。新冬22号M1处理千粒重最高值达60.7 g，随着种植密度的增加较其余处理分别高出2.71%、4.30%、6.87%和9.96%，新冬50号M1处理千粒重最高值达61.7 g，随着种植密度的增加较其余处理分别高出1.82%、3.35%、5.47%和7.68%。图1

图1 不同处理下冬小麦千粒重增重变化Fig.1 Changes of 1，000-grain weight gain of winter wheat under different treatments

2.2 不同种植密度条件下匀播冬小麦籽粒灌浆的数学模型

研究表明，不同穗型品种Logistic方程拟合决定系数均在0.996以上，达极显著水平，方程拟合程度较好。图2

图2 不同处理下冬小麦千粒重增重Logistic曲线变化Fig.2 Logistic curve of 1，000-grain weight gain of winter wheat under different treatments

不同穗型品种千粒重均表现为随着种植密度增加而降低的趋势，均在M1处理下最高，M5处理下最低，M1>M2>M3>M4>M5。新冬22号M1密度处理下千粒重达62.43 g，较其余各处理分别增重1.57、2.51、4.03、5.19 g，新冬50号M1密度处理下千粒重达65.53 g，较其余各处理分别增重1.13、2.33、3.33、4.26 g。实测千粒重与K值趋势一致，均在M1处理下最高，M5处理下最低，M1>M2>M3>M4>M5。新冬22号M1密度处理下实测千粒重达60.7 g，较其余各处理分别增重1.6、2.5、3.9、5.5 g，新冬50号M1密度处理下实测千粒重达61.7 g，较其余各处理分别增重1.1、2、3.2、4.4 g。种植密度对不同穗型冬小麦千粒重有一定的影响，随着种植密度的增加，株行距缩小，导致个体间竞争加剧，养分供应不足，群体失调，不利于千粒重增加，导致高种植密度下千粒重较低，适当降低种植密度能缓解群体矛盾，增加个体优势，而增加千粒重。表1

表1 不同处理下冬小麦灌浆过程Logistic方程模拟及其相应参数Table 1 Logistic equation simulation and corresponding parameters of winter wheat grouting process under different treatments

2.3 不同种植密度条件下匀播冬小麦籽粒灌浆特征

2.3.1 种植密度对匀播冬小麦籽粒灌浆特征的影响

研究表明，不同穗型品种最大灌浆速率出现时间存在差异，新冬22号M3处理最大灌浆速率出现最早，其次为M4、M1、M2，M5处理出现最晚。新冬50号最大灌浆速率出现时间随着种植密度的增加而推迟。不同穗型品种最大灌浆速率均表现为随着种植密度的增加而降低的趋势，M1处理下最高，M5处理下最低，M1>M2>M3>M4>M5，新冬22号最大灌浆速率达3.12 mg/(d·粒)，新冬50号最大灌浆速率达2.62 mg/(d·粒)。灌浆总天数品种间也存在差异，新冬22号M3处理灌浆总天数最短，其次为M4、M1、M2，M5处理出现最长。新冬50号灌浆总天数随着种植密度的增加而增加的趋势。不同穗型品种平均灌浆速率均表现为随着种植密度的增加而降低的趋势，M1处理下最高，M5处理下最低，M1>M2>M3>M4>M5，新冬22号平均灌浆速率达1.54 mg/(d·粒)，新冬50号平均灌浆速率达1.35 mg/(d·粒)。多穗型品种新冬22号最大灌浆速率、平均灌浆速率均高于大穗型品种新冬50号。小麦籽粒质量与最大灌浆速率、平均灌浆速率呈正相关，适宜的种植密度有利于提高籽粒灌浆速率，优化灌浆进程。表2

表2 不同处理下冬小麦籽粒灌浆特征参数Table 2 Grain filling characteristic parameters of winter wheat under different treatments

2.3.2 种植密度对不同阶段匀播冬小麦籽粒灌浆特征的影响

研究表明，不同穗型品种灌浆持续时间均表现为：缓增期>快增期>渐增期；灌浆速率均表现为快增期>渐增期>缓增期；阶段籽粒产量均表现为：快增期>渐增期>缓增期。品种间灌浆持续时间、阶段籽粒产量新冬50号高于新冬22号，灌浆速率低于新冬22号。

不同穗型品种不同阶段灌浆持续时间均表现为随着种植密度的增加而增加，均在M5处理下灌浆持续时间最长，新冬50号灌浆持续时间高于新冬22号；不同阶段灌浆速率表现为随着种植密度的增加而降低，均表现在M1处理下最高，M5处理下最低，新冬22号M1处理3阶段灌浆速率为1.19、2.74、0.77 mg/(d·粒)，新冬50号M1处理3阶段灌浆速率为1.21、2.30、0.64 mg/(d·粒)，新冬22号快增期、缓增期灌浆速率高于新冬50号，渐增期低于新冬50号；不同阶段籽粒产量表现为随着种植密度的增加而降低，均表现在M1处理下最高，M5处理下最低，新冬22号M1处理3阶段籽粒产量分别为13.19、36.04、12.57 g/1 000 粒，新冬50号M1处理3阶段籽粒产量分别为13.85、37.83、13.19 g/1 000 粒，新冬50号阶段籽粒产量高于新冬22号。表3

表3 不同处理下冬小麦不同阶段籽粒灌浆特征参数Table 3 Characteristic parameters of grain filling in different stages of winter wheat under different treatments

2.4 种植密度对匀播冬小麦产量及其构成因素的影响

研究表明，2个不同穗型品种在匀播不同种植密度条件下产量及其构成因素存在显著差异，籽粒产量变化趋势基本相同，均表现为随种植密度增加呈现先升后降的趋势，有效穗数均表现为随着种植密度的增加逐渐增加的趋势，穗粒数和千粒重表现为随着种植密度的增加逐渐下降趋势。

多穗型品种新冬22号在M2密度处理下籽粒产量最高，达9 445.50 kg/hm2，较籽粒产量最低的M5处理增幅26.34%，M2>M3>M1>M4>M5，除M1、M3处理外，其他密度间差异均达显著水平。随着种植密度的增加，新冬22号有效穗数显著增加、穗粒数显著下降、千粒重显著降低。大穗型品种新冬50号M4密度处理下籽粒产量最高，达9 210.40 kg/hm2，较籽粒产量最低的M1密度处理增幅15.84%，M4>M5>M3>M2>M1，各密度处理间差异均达显著水平。随着种植密度的增加，新冬50号有效穗数显著增加、穗粒数显著下降、千粒重显著降低。

匀播条件下，大株行距(低密度)有利于大穗型品种个体生长发育，穗大，穗粒数、千粒重均较高，但由于大穗型品种单株分蘖成穗能力有限，大株行距会导致群体过小，收获穗数较少，最终影响籽粒产量。多穗型品种分蘖成穗能力较强，大株行距有利于个体生长发育，尤其是利于有效分蘖形成，最终也能达到较大的群体。密度过高，在植株个体生长发育受限的同时，由于大量分蘖的形成，会导致群体过大，冠层结构、产量构成因素不协调，亦会影响最终籽粒产量，新冬22号M2处理、新冬50号M4处理产量构成因素较协调，产量显著高于其他处理。表4

表4 不同处理下冬小麦产量及其构成因素Table 4 Yield and yield components of winter wheat

3 讨论

王雪莱等[17]研究表明，籽粒灌浆期不同阶段粒重增重均随着种植密度的增加而呈现下降趋势；种植密度对籽粒最大灌浆速率与平均灌浆速率有显著影响。张永强等[15]研究认为，最大灌浆速率与平均灌浆速率均随着种植密度的增加呈下降趋势,灌浆持续时间影响较小。杨文平等[18]研究发现，随着行距的增加最大灌浆速率和平均灌浆速率随之增加，在行距20 cm时达到最高，超出后随行距增加呈下降趋势。试验结果表明，匀播条件下冬小麦籽粒灌浆特性与前人研究结果基本一致，不同穗型品种籽粒灌浆期粒重随着密度的增加而降低，均表现M1处理最高，M5处理最低；随着密度的增加最大灌浆速率和平均灌浆速率下降，均表现M1处理最高，M5处理最低；随着密度的增加株行距随之缩小，最大灌浆速率和平均灌浆速率随之降低；适当的降低种植密度，增加株行距有利于群体物质积累及向籽粒转移，进而增加籽粒质量。

前人使用Logistic方程、Richards方程和多项式模拟了不同穗型品种、不同栽培措施下灌浆过程相关参数的推导与分析[12,14,19-20]。朱冬梅等[21]通过对灌浆特性的研究发现，小麦籽粒灌浆渐增期、快增期、缓增期的灌浆速率与千粒质量均达极显著正相关，快增期、缓增期持续时间与千粒质量呈负相关。王丽娜等[22]研究认为快增期、缓增期灌浆速率与千粒质量呈显著正相关关系，灌浆各阶段持续时间与千粒重无显著相关。宋羽等[23]研究发现，千粒重主要受灌浆快增期持续时间、渐增期速率和缓增期速率的影响。试验结果表明，匀播条件下不同穗型冬小麦品种千粒重与渐增期、快增期、缓增期灌浆速率呈正相关关系；各阶段籽粒产量与各阶段灌浆速率呈正相关关系；各阶段灌浆持续时间对千粒重关系不明显。随着种植密度的增加，各阶段灌浆速率、籽粒产量随之下降，低密度、大株行距下群体矛盾得到缓解，更利于籽粒物质积累，达到提高千粒重的目的。

小麦产量构成因素的协调发展对获得高产至关重要，种植密度是调控群体结构的基础，对群体数量和产量构成起着决定性的作用[24]。群体有效穗数随着种植密度的增加逐渐增加，而穗粒数和千粒重则呈下降趋势[5,25-27]。研究认为，随着种植密度的增加，匀播冬小麦有效穗数显著增加、穗粒数显著下降、千粒重显著降低。适当缩小株行距有利于产量提高[28-29]。试验是在行距缩小到极致(行距、株距相等)条件下进行的适宜种植密度研究，新冬22号分蘖能力强，分蘖成穗率高，在M2处理下群体结构良好，产量构成因素更协调，产量最大。新冬50号分蘖能力弱，个体优势强，在M4处理下群体结构良好，产量构成因素更协调，产量最大。试验仅对冬小麦籽粒灌浆特性进行了研究，有关匀播条件下种植密度对冬小麦籽粒品质的影响有待进一步研究。