糧棉輪作模式下播期播量對(duì)棉茬小麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響

王 燕，祁 虹，張 謙，馮國(guó)藝，雷曉鵬，梁青龍，王樹(shù)林，林永增

(河北省農(nóng)林科學(xué)院棉花研究所，河北石家莊 050051)

近年來(lái)，由于農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移、種植棉花成本上升等因素，我國(guó)棉花種植面積呈加速下降態(tài)勢(shì)，小麥、玉米等糧食作物面積逐漸提高，糧棉爭(zhēng)地的矛盾日益突出。在河北省傳統(tǒng)的棉區(qū)出現(xiàn)的新型種植模式——糧棉輪作兩年三熟種植模式(棉花-冬小麥-夏玉米)可以有效解決糧棉爭(zhēng)地矛盾，提高農(nóng)業(yè)效益，增加農(nóng)民收入，對(duì)保障國(guó)家糧食安全和棉花穩(wěn)定供給具有重要意義[1]。

播期、播量是影響小麥群體產(chǎn)量形成的主要因素，播期是影響糧棉輪作模式下棉茬小麥獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵所在。研究表明，隨著小麥播期的推遲，小麥的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期縮短，成熟期不推遲，群體葉面積指數(shù)減小，干物質(zhì)積累量降低，群體莖蘗高峰在越冬期出現(xiàn)，大分蘗較少，且成穗率低，小麥的穗數(shù)、穗粒數(shù)和產(chǎn)量顯著低于早播小麥[2-3]。播量通過(guò)影響小麥分蘗、葉面積指數(shù)、光合速率、干物質(zhì)積累量和氮素同化量等影響小麥產(chǎn)量[4-5]。本研究擬以河北省小麥主栽品種冀麥585為材料，探討播期、播量對(duì)棉茬小麥生長(zhǎng)發(fā)育的影響，以期明確棉茬小麥的適宜播期、播量，為河北棉區(qū)小麥的高產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2015-2016年在河北省威縣試驗(yàn)站(威縣棗元鄉(xiāng)東張莊村)進(jìn)行，前茬棉花，秸稈還田。試驗(yàn)田土壤為沙壤土，有機(jī)質(zhì)含量7.5 g·kg-1、全氮0.678 mg·kg-1、速效磷21.5 g·kg-1、速效鉀118.5 g·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，以播期為主區(qū)，設(shè) 10月15日、10月25日及11月5日(依次記為A1、A2和A3)3個(gè)處理；以播量為副區(qū)，4個(gè)處理分別是187.5 kg·hm-2、225.0 kg·hm-2、262.5 kg·hm-2和300.0 kg·hm-2(依次記為B1、B2、B3和B4)。小區(qū)面積8.4 m2(2.1 m×4 m)，行距0.15 m，播種12行，壟背寬30 cm。重復(fù)3次。供試材料為冀麥585。播種前結(jié)合整地撒施復(fù)合肥(氮∶磷∶鉀=25∶8∶12)750 kg·hm-2，隨后旋耕播種；2016年3月14日隨灌水追施尿素(750 kg·hm-2)，灌水量1 275 m3·hm-2；6月9日收獲。其他田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 葉面積和生物量測(cè)定

在小麥拔節(jié)期、孕穗期和揚(yáng)花期，在小區(qū)內(nèi)選相對(duì)均勻的3個(gè)點(diǎn)，量取25 cm樣段，取地上部；小麥葉面積用比葉重法測(cè)定；將小麥地上部 105 ℃殺青20 min，于80 ℃烘干至恒重，計(jì)算生物量。

1.3.2 旗葉葉綠素含量測(cè)定

于小麥揚(yáng)花期，每7 d用葉綠素儀(SPAD-502，Japan)測(cè)定旗葉中部葉綠素含量，測(cè)定時(shí)間為9:00-11:00。

1.3.3 小麥群體數(shù)調(diào)查

出苗后，每個(gè)處理選相對(duì)均勻的3個(gè)點(diǎn)，量取并定位1 m樣段，分別在三葉期、拔節(jié)期、孕穗期和揚(yáng)花期調(diào)查莖蘗總數(shù)，在收獲期調(diào)查穗數(shù)。

1.3.4 籽粒灌漿速率的測(cè)定[6]

于小麥開(kāi)花期選擇同日開(kāi)花長(zhǎng)勢(shì)一致的植株掛牌，小麥開(kāi)花5 d后每隔5 d取一次樣，每次取10個(gè)主莖穗，剝離出籽粒，105 ℃殺青20 min，80 ℃烘干至恒重。

灌漿速率=某時(shí)期籽粒干物質(zhì)積累量/該時(shí)期灌漿天數(shù)

1.3.5 小麥產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的測(cè)定

收獲期，每小區(qū)收取2 m2測(cè)定產(chǎn)量、穗數(shù)、千粒重和生物量；取30個(gè)穗子測(cè)定穗粒數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2003和SPSS 11.0進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 播期和播量對(duì)小麥葉面積的影響

由表1可知，小麥葉面積在孕穗期最大。拔節(jié)期，小麥葉面積隨著播期的延遲顯著降低；孕穗期和揚(yáng)花期，播期對(duì)小麥葉面積沒(méi)有顯著影響。播量對(duì)小麥葉面積的影響隨著小麥生育期的推進(jìn)而不同，在拔節(jié)期，播量對(duì)葉面積沒(méi)有顯著影響；在孕穗期，A2播期下，B4處理小麥的葉面積顯著低于B2處理；在揚(yáng)花期，A3播期下，B1處理小麥葉面積顯著低于B4處理。說(shuō)明在小麥拔節(jié)期，葉面積隨著播期延后而下降，受播量影響不顯著；到孕穗期和揚(yáng)花期，播期對(duì)小麥葉面積沒(méi)有顯著影響，而播量過(guò)大或過(guò)小都會(huì)降低葉面積。

表1 播期和播量對(duì)小麥葉面積的影響Table 1 Effect of sowing date and density on leaf area of wheat ×104 m2·hm-2

同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示相同播期不同播量間差異在0.05水平顯著；同列數(shù)據(jù)后大寫(xiě)字母表示不同播期間差異在0.05水平顯著。表2～表8同。

Different small letters and capital letters following data in same column mean significant difference among different sowing density on same sowing date and different sowing date at 0.05 level, resipectively. The same in table 2-table 8.

2.2 播期和播量對(duì)小麥生物量的影響

由表2 可知，在拔節(jié)期和孕穗期，小麥生物量隨著播期的延遲而降低，A1播期比A2播期的生物量分別高59.39%和15.24%，A2播期比A3播期生物量分別高62.81%和8.15%，差異均達(dá)到顯著水平。在揚(yáng)花期、收獲期，A1播期的生物量比A2和A3播期分別高25.48%和32.75%、8.57%和11.1%，差異均顯著，A2和A3之間沒(méi)有顯著差異。在孕穗期，B3處理小麥生物量顯著或不顯著高于B1、B2和B4處理；拔節(jié)期、揚(yáng)花期和收獲期，相同播期時(shí)播量對(duì)小麥生物量沒(méi)有顯著影響。說(shuō)明隨著播期的推遲，小麥生物量逐漸降低，且隨著小麥的生長(zhǎng)發(fā)育，播期對(duì)小麥生物量的影響程度逐漸降低。

2.3 播期和播量對(duì)小麥群體莖蘗數(shù)的影響

由表3可知，不同處理的小麥群體莖蘗數(shù)隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)呈先上升后下降的趨勢(shì)，均在拔節(jié)期達(dá)到最高值(A3B1除外)。在拔節(jié)期、揚(yáng)花期和成熟期，A1處理小麥莖蘗數(shù)顯著高于A3處理，而播期推遲對(duì)小麥的基本苗和孕穗期的莖蘗數(shù)沒(méi)有顯著影響。相同播期時(shí)，高播量(B3和B4)小麥的基本苗、成熟期的莖蘗數(shù)不同程度高于低播量(B1和B2)，在小麥孕穗期，不同播期均以B3處理小麥的莖蘗數(shù)最多。

表2 播期和播量對(duì)小麥生物量的影響Table 2 Effect of sowing date and density on biomass accumulation of wheat ×104 kg·hm-2

表3 播期和播量對(duì)小麥群體莖蘗數(shù)的影響Table 3 Effect of sowing date and sowing density on stem number of wheat ×104 stems·hm-2

2.4 播期和播量對(duì)小麥灌漿期旗葉葉綠素含量的影響

在小麥花后0～21 d，與A1相比，A3處理可顯著提高旗葉葉綠素含量；花后28 d時(shí)，旗葉中葉綠素含量表現(xiàn)為A2>A3>A1(表4)。這說(shuō)明適當(dāng)晚播可以提高小麥灌漿期旗葉的葉綠素含量。A2播期時(shí)，B2處理的葉綠素含量較高；A3播期時(shí)，B3處理的葉綠素含量較高。說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，播期推遲時(shí)，適當(dāng)增加播量可以提高小麥灌漿期旗葉的葉綠素含量。

表4 播期和播量對(duì)小麥灌漿期旗葉葉綠素含量(SPAD)的影響Table 4 Effect of different sowing date and sowing density on SPAD value in flag leaf of wheat during grain filling period

2.5 播期和播量對(duì)小麥籽粒灌漿速率的影響

在小麥灌漿前期(0～10 d)，小麥的灌漿速率隨著播期的推遲而降低(表5)。其中，在花后5 d時(shí)，各處理間差異顯著；在花后10 d時(shí)，A1的灌漿速率顯著高于A2和A3處理。在灌漿中期，播期對(duì)小麥籽粒的灌漿速率沒(méi)有顯著影響；在花后25 d時(shí)，A2和A3的灌漿速率顯著高于A1處理，而在花后30 d時(shí)，不同播期間小麥的灌漿速率差異不顯著。這說(shuō)明播期對(duì)小麥籽粒灌漿前期的灌漿速率影響較大。

表5播期和播量對(duì)小麥籽粒灌漿速率的影響

Table5Effectofsowingdateandsowingdensityongrainfillingrateofwheatg·d-1·1000-grain-1

2.6 播期和播量對(duì)小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

隨著播期的推遲，小麥穗數(shù)逐漸減少，A1顯著高于A3處理(表6)，說(shuō)明早播有利于穗數(shù)的形成。播期對(duì)穗粒數(shù)和千粒重的影響不顯著。以A1處理產(chǎn)量最高，且顯著高于A3處理。這說(shuō)明，播期推遲使小麥穗數(shù)下降，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降。相同播期下，小麥穗數(shù)隨著播量的增加而提高；穗粒數(shù)和千粒重隨著播量的增加整體呈降低趨勢(shì)；各處理間產(chǎn)量沒(méi)有顯著差異。可能因?yàn)樵黾硬チ吭黾恿诵←溗霐?shù)，彌補(bǔ)了穗粒數(shù)和千粒重下降導(dǎo)致的產(chǎn)量損失。在各處理組合中，A1B3的小麥產(chǎn)量最高，A3B1的小麥產(chǎn)量最低，A1B3的產(chǎn)量比A3B1高18.75%。其中，A1B3的穗數(shù)最高，A3B1的穗數(shù)最少；而A1B3和A3B1的穗粒數(shù)和千粒重沒(méi)有顯著差異，從A1B3和A3B1的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素來(lái)看，穗數(shù)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大。

表6 播期×播期播量對(duì)小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響Table 6 Effect of sowing date and sowing density on grain yield and its components of wheat

3 討 論

3.1 不同播期播量對(duì)小麥植株生理特性的影響

由于播期與密度的改變，小麥的生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。播期通過(guò)影響小麥生殖生長(zhǎng)而影響群體質(zhì)量；播量則主要是通過(guò)營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)影響群體質(zhì)量[7]。

葉片是小麥進(jìn)行光合作用的主要器官，而葉片葉綠體是進(jìn)行光合作用的場(chǎng)所，小麥光能利用效率的高低取決于其葉面積大小和葉綠體含量[8]。牟春生等[9]研究發(fā)現(xiàn)，小麥葉面積與產(chǎn)量因素間關(guān)系密切，與穗粒數(shù)、穗粒重呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。在本研究中，播期對(duì)小麥生長(zhǎng)發(fā)育后期的葉面積及小麥的穗粒數(shù)和千粒重影響均不顯著；播量過(guò)大(300.0 kg·hm-2)或過(guò)小(187.5 kg·hm-2)均會(huì)降低小麥的葉面積，播量過(guò)高會(huì)降低小麥的穗粒數(shù)和千粒重。

小麥的生物量是產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)量與花后生物量顯著正相關(guān)[10-11]。本試驗(yàn)中，在小麥的不同生長(zhǎng)時(shí)期，小麥的生物量均隨著播期的推遲而下降，且隨著小麥的生長(zhǎng)發(fā)育的推進(jìn)，播期對(duì)小麥生物量的影響程度逐漸降低。說(shuō)明適期早播有利于小麥的生物量積累，提高產(chǎn)量。揚(yáng)花期后，播量對(duì)小麥生物量和產(chǎn)量影響不大。播期對(duì)小麥的基本苗數(shù)沒(méi)有顯著影響；而播期推遲會(huì)顯著降低拔節(jié)期群體莖蘗數(shù)，說(shuō)明播期過(guò)晚會(huì)降低小麥的分蘗數(shù)；而在孕穗期，各個(gè)播期處理小麥的莖蘗數(shù)差異不顯著，可能是早播條件下小麥群體郁閉，通風(fēng)透光差，無(wú)效分蘗多造成的。小麥揚(yáng)花期和成熟期，播期提前有助于小麥穗數(shù)和單株成穗率的提高，說(shuō)明適期早播，可使小麥充分利用秋末的光溫資源，在冬前有足夠的時(shí)間發(fā)根分蘗，形成強(qiáng)健的營(yíng)養(yǎng)體，為整個(gè)生育期的生長(zhǎng)提供較好的生長(zhǎng)條件，是小麥豐產(chǎn)的關(guān)鍵措施之一。適當(dāng)提高播量，可以提高小麥的基本苗數(shù)和成穗數(shù)。

研究表明，隨著播期的推后，小麥生育期縮短，生育進(jìn)程推遲[13]。在本研究中，小麥灌漿期時(shí)，播期推遲提高了旗葉葉綠素含量。在小麥灌漿前期，早播可顯著提高小麥籽粒的灌漿速率；而在小麥灌漿25 d時(shí)，晚播比早播有更高的灌漿速率，可能與此時(shí)晚播小麥旗葉的葉綠素含量較高有關(guān)；而在灌漿30 d時(shí)，播期對(duì)小麥的灌漿速率沒(méi)有顯著影響，可能與此時(shí)溫度過(guò)高、熱干風(fēng)催熟小麥有關(guān)。因此，在糧棉輪作模式下，如果受棉花收獲期影響，小麥播期過(guò)晚，則應(yīng)選擇灌漿速率高、耐高溫逼熟的小麥品種，利用灌漿速率的提高補(bǔ)償灌漿時(shí)間不足的不利影響。

3.2 不同播期播量對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

適宜的播期播量可以構(gòu)建良好的群體結(jié)構(gòu)，對(duì)提高小麥產(chǎn)量有著重要的作用。播期過(guò)早或過(guò)晚都會(huì)導(dǎo)致小麥產(chǎn)量下降[14-15]。前人研究表明，適期晚播會(huì)使小麥的有效穗數(shù)減少，但穗粒數(shù)高于對(duì)照，適當(dāng)推遲播期可以通過(guò)協(xié)調(diào)有效穗數(shù)和穗粒數(shù)的關(guān)系，維持較高的小麥產(chǎn)量[16-17]。本研究表明，小麥的產(chǎn)量隨著播期的推遲而下降，有效穗數(shù)下降是導(dǎo)致小麥產(chǎn)量下降的主要原因。也有研究認(rèn)為，千粒重的下降[13]或穗粒數(shù)的減少[18]是導(dǎo)致小麥產(chǎn)量下降的主要原因。在本研究中，播期對(duì)小麥千粒重和穗粒數(shù)沒(méi)有顯著影響，原因可能和小麥品種和當(dāng)?shù)貧夂蛴嘘P(guān)。田文鐘等[19]研究表明，半冬性小麥品種要適當(dāng)提前播種，而弱春性小麥則要適當(dāng)推遲播種。

適當(dāng)增加密度可以增加小麥穗數(shù)，降低穗粒數(shù)和千粒重，且對(duì)產(chǎn)量有顯著影響[14]；也有研究表明；播量對(duì)產(chǎn)量影響不大[20-21]。楊衛(wèi)君等[2]認(rèn)為，播期在與種植密度的互作效應(yīng)中起主導(dǎo)作用，隨著播期的推遲，種植密度對(duì)產(chǎn)量的影響逐漸減弱。王樹(shù)林等[22]認(rèn)為，小麥播量增加則穗數(shù)增加，但單株發(fā)育趨弱，單株成穗數(shù)降低，穗粒數(shù)和千粒重降低。本研究表明，相同播期時(shí)，播量對(duì)小麥產(chǎn)量沒(méi)有顯著影響，因?yàn)樾←湹乃霐?shù)隨著播量的增加而增加，但穗粒數(shù)和千粒重隨著播量的增加而降低。

在本研究中，以播期10月15日，播量262.5 kg·hm-2產(chǎn)量最高；穗數(shù)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大；適當(dāng)早播可提高小麥的產(chǎn)量。在河北省中南部傳統(tǒng)一熟棉區(qū)，棉花的收獲完成一般是在十月下旬，因此，應(yīng)采取短生育期棉花品種或化控催熟等方法，盡量使棉花提早收獲，為播種小麥留出足夠的時(shí)間。如遇到棉花生育期延長(zhǎng)，收獲推遲的情況下，則應(yīng)適當(dāng)增加小麥播量，提高小麥有效穗數(shù)，以保證小麥產(chǎn)量。