播期和播量對冬小麥國麥301農藝性狀及產量的影響

劉紅杰　倪永靜　陳玉霞

摘要：為加快冬小麥國麥301的推廣應用，以國麥301為試驗材料，采用D-飽和最優設計，研究播期播量對國麥301產量及構成要素的影響。結果表明：開花期葉面指數隨著播期的推移呈先升后降的趨勢，而隨著播量的增加葉面積指數逐漸升高；播期播量對開花期干物質積累量的影響基本一致，均呈先升后降的變化趨勢，播期在10月10日、播量在1.78×106株/hm2時，開花期干物質積累量都最大，分別為15 569.14、15 476.43 kg/hm2；播期播量對成穗數和產量的變化趨勢基本一致，均呈先升后降的變化趨勢。說明成穗數是影響產量大小的主效因素；穗粒數和千粒質量隨著播期的延遲均呈先略降后上升的趨勢，隨著播量的增加呈先降后略升的趨勢，而與播期播量對成穗數的變化趨勢相反，可見穗粒數和千粒質量與成穗數間呈負相關；保證國麥301高產的適宜播期為10月8日—10月19日，播種密度范圍為2.0×106～3.43×106株/hm2，早播適宜低密度，播期推遲，密度適當增加。

關鍵詞：國麥301；播期；播量；農藝性狀；產量

中圖分類號： S512.1+10.4文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）14-0049-05

小麥產量的高低不僅取決于品種特征，而且受栽培技術水平的影響，其中播期的早晚和播量的大小對小麥產量影響很大。小麥產量是由成穗數、穗粒數、千粒質量三要素構成的，它們之間的協調程度決定了產量的高低。適宜播期可以充分利用光熱養，有利于培育壯苗。適宜播量可以構建合理的群體結構，有利于成穗數、穗粒數和千粒質量的協調發展。近年來，雖然關于播期播量的研究較多，但結論都不盡一致。蔣紀蕓等研究發現，小麥籽粒產量隨著播期的推遲呈下降趨勢[1]。馬溶慧等認為，不同播期對產量、成穗數、穗粒數的影響不大，對千粒質量有顯著影響；不同播量對產量、成穗數、穗粒數的影響都達到顯著水平[2]。閆志順等研究發現，在相同的播量下，在一定范圍內隨著播期的推遲，小穗數、穗粒數、單株產量間存在顯著性差異，小麥產量隨著播期的推遲而下降[3]。馮潯等研究認為，隨著播種期的推遲，產量構成因素，如穗部性狀的穗粒數、穗粒質量、千粒質量等指標，均相差不多，造成早播晚播產量差異的主要因素是單株成穗數[4]。而孫培良等試驗結果表明，播種期的早晚對冬小麥產量構成要素中的穗粒數影響較大，然后依次是穗粒質量、有效莖數[5]。

最優飽和設計在農業試驗研究中的應用逐漸增多[6-7]，但在小麥栽培試驗研究中鮮有報道。國麥301為2012年豫審品種，屬半冬性中晚熟品種，具有高產、抗病等特點。2014—2015年，為加快國麥301在豫東地區的推廣應用，探索最適播期播量，本試驗采用二次飽和D-最優設計，研究播期播量對國麥301產量及構成因素的影響，以期為國麥301的推廣應用提供理論數據。

1材料與方法

1.1供試品種

本試驗選用國家小麥工程技術研究中心新育成的半冬性中晚熟品種國麥301。

1.2試驗地情況

試驗于2014—2015年在商丘市農林科學院雙八鎮示范中心進行，該地地勢平坦，地力均勻，中等肥力，澆水條件良好，養分狀況為有機質含量1.93%、堿解氮含量57.7 mg/kg、速效磷含量43.97 mg/kg、速效鉀含量174.2 mg/kg，前茬作物為玉米。基肥為600 kg/hm2復合肥（N ∶[KG-*3]P ∶[KG-*3]K=26 ∶[KG-*3]15 ∶[KG-*3]7），拔節期追施尿素150 kg/hm2，其他管理同一般大田。

1.3試驗設計

試驗為播期和播量二因素試驗，即播期（x1，2014年10月5—25日）、播量（x2，0.90×106～4.50×106株/hm2），采用二次飽和D-最優設計[8]，安排田間試驗，重復3次，二因素的設計水平（表1）。

1.4取樣與測定方法

1.4.1葉面積指數于小麥開花期在不同小區內連續取健康生長的植株10單株及群體調查，并計算出小麥葉面積指數。葉面積指數=單株葉面積（m2）×1 m2株數。

1.4.2干物質積累量于小麥開花期在各小區內連續取5株，去除根后，將葉、莖、穗分開，105 ℃殺青30 min，60 ℃烘至恒質量，稱其質量，并根據基本苗計算每1 hm2的各部位干物質積累量。

1.4.3產量及構成要素產量按小區進行收獲，并根據小區實際產量計算產量；穗數由行穗數進行換算，數1 m雙行；收獲時隨機抽取10株麥穗測定穗粒數；千粒質量在小麥籽粒曬至恒質量時隨機取樣數500粒稱其質量，3次重復，重復間差異在0.5 g之內。

1.5數據處理與分析

采用軟件Excel 2003計算回歸方程系數并進行回歸式顯著性F值檢驗[9-12]。

2結果與分析

2.1播期播量對開花期葉面積指數的影響

處理1～6的開花期葉面積指數分別為6.38、3.15、10.89、7.87、4.17、9.19。依據二次飽和D-最優設計的結構矩陣與試驗結果，獲得試驗因素與開花期葉面積指數的回歸模型：

y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]=7.870-2.070x1+1.802x2-2.275x12+0.897x22-0.528x1x2。

其F值為11.14，大于F0.05（5.05），表明播期、播量與開花期葉面積指數間回歸關系達到顯著水平，該模型的預測值和實際值擬合性很好，可用該方程進行預測。

在本試驗中，分別令一個因素為0，可得其中另一個因素與葉面積指數的數學模型：

將各因素不同水平編碼值代入方程式，得出相應值，并繪制成圖。由圖1可知，播期、播量對葉面積指數影響不同，隨著播期的增加葉面積指數呈先升后降的趨勢，而隨著播量的增加葉面積指數逐漸升高。將播期、播量與葉面積指數的單因素方程式求一階導數，并令其為0，解播期方程得x1=-0.455，結合表1可得播期在10月10日時，葉面積指數有最大值，播期提前或推遲都不利于葉面積指數的增加。播期過早，由于氣溫較高，小麥生長速度快，幼穗發育程度較高，易遭受凍害，這不利于葉面積指數的增加。而播期過晚，由于氣溫低，冬前分蘗少，發苗不足，冬后大分蘗較少，個體長勢較弱，小麥群體變少，葉面積指數也會隨之變小；解播量方程得x2=-1.004，已超出x2的編碼范圍，即在設定播量范圍內，同一播期下開花期葉面積指數隨著播量的增加而逐漸增加，這與王夏等研究結果[13]一致。

2.2播期播量對開花期干物質積累量的影響

處理1～6開花期干物質積累量分別為12 834.28、11 816.83、12 348.40、15 486.15、14 266.56、12 322.29 kg/hm2。依據二次飽和D-最優設計的結構矩陣與試驗結果，獲得試驗因素與開花期干物質積累量的回歸模型：

y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]=15 475.289-380.488x1-114.701x2-385.635x12-2 878.804x22+128237x1x2。

其F值為8.51，大于F0.05（5.05），表明播期、播量與開花期干物質積累量間回歸關系達到顯著水平，該模型的預測值和實際值擬合性很好，可用該方程進行預測。

在本試驗中，分別令一個因素為0，可得其中另一個因素與干物質積累量的數學模型：

播期y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]1=15 475.289-380.488x1-385.635x12；

播量y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]2=15 475.289-114.701x2-2 878.804x22。

將各因素不同水平編碼值代入方程式，得出相應值，并繪制成圖。由圖2可知，播期、播量對開花期干物質積累量的影響一致，均呈“上升―下降”的變化趨勢，且播量對開花期干物質積累量的影響較大。將播期、播量與開花期干物質積累量的單因素方程式求一階導數，并令其為0，解播期方程得x1=-0.493，結合表1可得播期在10月10日時開花期干物質積累量最大，為15 569.14 kg/hm2，這是因為適期早播可以保證冬小麥冬前有足夠的生長積溫，是冬前形成壯苗的基礎，冬前壯苗有利于小麥返青后干物質積累和生殖生長，但播期較早，冬前小麥幼穗發育進程加快，春季易發生凍害，反而不利于干物質積累。而播期較晚小麥雖然返青后干物質積累速率加快，但因晚播使小麥群體變小，干物質積累量也將減少；解播量方程得x2=-0.020，結合表1可得播量在1.78×106株/hm2時開花期干物質積累量最大，為15 476.43 kg/hm2，播量增加或減少都不利于干物質積累。這可能是由于播量較少時，個體比較健壯，單株干物質積累量大，但單位面積群體不足，因此干物質積累量少。當播量較大時，小麥分蘗能力降低，個體素質較弱，物質生產能力也較差，最終導致干物質積累量的降低。

2.3播期播量對成穗數的影響

處理1～6成穗數分別為620.0、395.0、590.0、725.0、671.3、658.8穗/hm2。依據二次飽和D-最優設計的結構矩陣與試驗結果，獲得試驗因素與成穗數的回歸模型：

實際值擬合性很好，可用該方程進行預測。

在本試驗中，分別令一個因素為0，可得其中另一個因素與成穗數的數學模型：

將各因素不同水平編碼值代入方程式，得出相應值，并繪制成圖。由圖3可知，隨著播期、播量的增加成穗數呈現先上升后下降的變化趨勢，且播量對成穗數影響較大。將播期、播量與成穗數的單因素方程式求一階導數，并令其為0，解播期方程得x1=-0.536，結合表1可得播期在10月10日時成穗數最大，播期提前或推遲都會造成成穗數降低。10月5—10日播種對成穗數影響較小，這與今年遭遇早春凍害，部分幼穗、基部和節間春季新生蘗被凍死有關。10月10日之后播種成穗數迅速下降，這是因為播種越遲，出苗和分蘗越遲，冬前分蘗越少，造成成穗數也越少；解播量方程得x2=0.212，即播量在3.08×106株/hm2時成穗數最大，播量增加或減少都會造成成穗數降低。播量小于3.08×106株/hm2時，分蘗力對群體的影響遠遠小于播量對群體的影響，因此，成穗數隨著播量增加而增加。但當播量大于3.08×106株/hm2時，隨著播量逐漸增加，小麥分蘗能力逐漸變差，有效分蘗逐漸減少，成穗數也就逐漸變小。

將各因素不同水平編碼值代入方程式，得出相應值，并繪制成圖。由圖4可知，隨著播期、播量的增加，穗粒數呈先下降后上升的變化趨勢，且播量對穗粒數的影響較大。將播期、播量與穗粒數的單因素方程式求一階導數，并令其為0，解播期方程得x1=-0.710，結合表1可得播期在10月8日時穗粒數最小。10月8日前播種，播期對穗粒數影響較小，而10月8日以后播種的穗粒數隨著播期推遲而增加，這與播期推遲成穗數變少，而成穗數又與千粒質量、穗粒數呈負相關有關；解播量方程得x2=0.470，即播量在3.55×106株/hm2時穗粒數最小，減少播量有利于穗粒數的增加，但增加幅度不明顯。這可能由于播量較少時，有效穗數少，植株個體健壯，單穗光熱養供應充足，易形成大穗。隨著播量的增加，有效穗數逐漸增加，個體素質逐漸變弱，單穗光熱養供應逐漸降低，因此穗粒數逐漸減少。但當播量過大時，小麥成穗數逐漸降低，主莖穗比例增加，當主莖穗優勢大于播量過大對主莖穗的影響時，同時千粒質量和穗粒數與成穗數呈負相關，因此單株平均穗粒數就會相應的增加，但增加幅度很小。

2.5播期播量對小麥千粒質量的影響

處理1～6千粒質量分別為39.26、40.47、35.02、35.54、36.05、35.55 g。依據二次飽和D-最優設計的結構矩陣與試驗結果，獲得試驗因素與千粒質量的回歸模型：

y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]=35.312+0662x1-2.061x2+0.564x12+1.925x22+0.058x1x2。

其F值為39.15，大于F0.05（5.05），表明播期、播量與千粒重間回歸關系達到顯著水平，該模型的預測值和實際值擬合性很好，可用該方程進行預測。

將各因素不同水平編碼值代入方程式，得出相應值，并繪制成圖。由圖5可知，播期、播量對千粒質量的影響與對穗粒數的一致，且隨著播期、播量的增加呈先降后升的變化趨勢，播量對千粒質量的影響較大。將播期、播量與千粒質量的單因素方程式求一階導數，并令其為0，解播期方程得x1=-0.587，結合表1可得播期在10月9日時千粒質量最小，播期提前對千粒質量影響較小，而播期推遲更加有利于千粒質量的增加，這與汪建來等的研究結果[14]一致；解播量方程得x2=0.535，即播量在3.66×106株/hm2時千粒質量最小，降低播量能降低群體數量，單穗光熱養供應充足，易形成大穗，而增加播量小麥分蘗力下降，成穗數降低，主莖穗比例增加，當主莖穗優勢大于播量過大對主莖穗造成的影響時，同時千粒質量和穗粒數與成穗數呈負相關，因此單株平均穗粒數和千粒質量就會相應的增加，但增加幅度很小。

2.6播期播量對小麥產量的影響

處理1～6產量分別為7 292.609、6 980.354、7 494.837、8 845.995、7 888.185、7 631.488 kg/hm2。依據二次飽和D-最優設計的結構矩陣與試驗結果，獲得試驗因素與產量的回歸模型：

y[DD（-1*2][HT6]^[DD）]=8 854.943-207.783x1+49.458x2-590.256x12-1 078.747x22-51.655x1x2。

其F值為11.84，大于 F0.05（5.05），表明播期、播量與產量間回歸關系達到顯著水平，該模型的預測值和實際值擬合性很好，可用該方程進行預測。

在本試驗中，分別令一個因素為0，可得其中另一個因素與產量的數學模型：

將各因素不同水平編碼值代入方程式，得出相應值，并繪制成圖。由圖6可知，播期、播量對產量的影響一致，播期、播量對產量的影響均呈“上升―下降”的變化趨勢。將播期、播量與產量的單因素方程式求一階導數，并令其為0，解播期方程得x1=-0.176，結合表1可得播期在10月13日時產量最大，播期提前或推遲都會造成產量降低。播期提前小麥分蘗早，冬前易出現旺苗，如遇到寒冬或倒春寒，易引起凍害，進而影響產量。而播期推遲小麥冬前分蘗變少，發苗不足，冬后大分蘗較少，個體長勢較弱，小麥群體變少，因此小麥產量降低；解播量方程得x2=0.023，結合表1可得播量在2.74×106株/hm2時產量最大，播量增加或減少都會造成產量降低。在播量較少時，分蘗成穗率高，個體比較健壯，因此產量隨著播量的增加而逐漸增加。而播量較大時，小麥分蘗能力降低，個體素質較差，農田小氣候惡化，開花期后物質生產能力減弱，植株細且易倒伏，產量將會大幅度降低。

根據播期播量的關系方程式計算，小麥產量在8 700～8 874 kg/hm2 時，x1為-0.718～0.366，x2為-0.357～0.403，相應的適播期為10月8—19日，播量為2.06×106～3.43×106株/hm2。

3結論與討論

在本試驗中，開花期葉面積指數、開花期干物質積累量、成[CM（25]穗數、穗粒數、千粒質量、產量的回歸方程的F值均大于F0.05（5.05），說明播期、播量與各測量指標間回歸關系達到顯著水平，該模型的預測值和實際值擬合性很好，可用該方程進行預測。且由回歸方程一次項系數可知，除開花期葉面積指數、干物質積累量、產量的播期主效大于播量外，其他播量主效大于播期。

葉面積指數是衡量光合綠葉面積的重要指標，較大的光合綠葉面積是小麥高產的基礎。屈會娟研究發現，小麥開花期前葉面積指數表現為隨著播期的推遲呈現下降的趨勢，隨著播量的增加而升高的趨勢[15]。在本試驗中，開花期葉面積指數隨著播期的增加呈先上升后下降的趨勢，而隨著播量的增加葉面積指數呈逐漸升高的趨勢。播期在10月10日時，葉面積指數有最大值，播期提前或推遲都不利于葉面積指數的增加。播期過早，由于氣溫較高，小麥生長速度快，幼穗發育程度較高，易遭受凍害，這不利于葉面積指數的增加；播期過晚，由于氣溫低，冬前分蘗少，發苗不足，冬后大分蘗較少，個體長勢較弱，小麥群體變少，葉面積指數也會隨之變小。在本試驗中，同一播期下開花期葉面積指數隨著播量的增加而逐漸增加，這與王夏等研究結果[13]一致。

在本試驗中，播期、播量對干物質積累量的影響一致，均呈先上升后下降的變化趨勢，這與郭文善等研究結果[16]基本一致。播期在10月10日時開花期干物質積累量最大，播期提前或推遲都會降低開花期干物質積累量。這可能由于適期早播可以保證冬小麥冬前有足夠的生長積溫，是冬前形成壯苗的基礎，冬前壯苗有利于小麥返青后干物質積累和生殖生長。而晚播小麥雖然返青后干物質積累速率加快，但因播期過晚會使小麥群體變小，個體素質變差，干物質積累量也將相應減少；干物質積累能力隨著播種量增加而變大，但播量過大時，干物質積累量反而降低[17]。在播量小于1.78×106株/hm2時，受小麥群體不足影響，干物質積累量少，且干物質積累量隨著播量的增大而增加。但隨著播種量繼續變大，小麥群體逐漸變小，個體素質逐漸變差，干物質積累量也會逐漸減低。

在本試驗中，播期對成穗數的影響呈先升后降的變化趨勢，這與唐進等研究結果[18]一致。播期在10月10日時成穗數最大，播期在10月5—10日之間對成穗數影響較小，這可能與早播易形成冬前旺苗，而今年春季發生低溫凍害，部分幼穗、基部和節間春季新生蘗被凍死有關。晚播不利于冬前群體增加，不能形成壯苗，拔節后單株分蘗急劇降低，造成成穗數降低。而產量最大值出現在播期10月13日，與成穗數最大值出現日期相近，僅晚1 d，且播期對產量的變化趨勢與對成穗數一致，這可能與馮潯等的研究結果[4，19]，在一定范圍內，群體是影響產量大小的主效因素有關；播量對成穗數、產量的影響呈先上升后下降的變化趨勢。就成穗數而言，成穗數在播量3.08×106株/hm2時最大，當播量小于3.08×106株/hm2 時，分蘗力對群體的影響遠遠小于播量對群體的影響，因此，成穗數隨著播量增大而增加；當播量大于3.08×106株/hm2時，分蘗能力隨著播量增加而逐漸變差，有效分蘗逐漸減少，成穗數就逐漸變小。就產量而言，在播量2.74×106株/hm2時，產量最大。播量低于2.74×106株/hm2時，產量隨著播量增加而升高，這與群體較小，通風透光好，個體發育好，產量潛能充分發揮有關；播量高于2.74×106株/hm2時，群體數量峰值出現的時期越早，群體數量越難控制，無效分蘗退化慢，開花期前田間蔭蔽度越高，群體質量就會越差[20]，開花期后植株物質生產能力低，最終導致產量逐漸減少。

張一等認為不同播期都以較低播種密度而獲得較高的單穗結實粒數[21]。千粒質量和穗粒數與成穗數間呈負相關[22]。在本試驗中，隨著播期的延遲，穗粒數和千粒質量均呈先略下降后上升的趨勢，這與高燕等的研究結果[23]基本一致。在10月8日播種穗粒數有最小值，在10月9日播種千粒質量有最小值，而在10月10日播種成穗數有最大值，三者呈現峰值的播期僅差2 d。這可能是因為隨著播種期的推遲，幼穗分化期推遲，幼穗分化時間相應縮短，不利于小花原基分化，因此造成小穗結實率減少，穗粒數也就減少[24-25]。同時隨著播期的推遲，小麥灌漿期也會相應縮短，千粒質量也會下降[25-26]，而與汪建來等研究結果[14]不一致。但如果播期繼續推遲，千粒質量和穗粒數略有增加，這可能是由于小麥成穗數逐漸降低，成穗數與穗粒數和千粒質量間呈負相關[22]，因此穗粒數和千粒質量又有所增加，但增加幅度較小；在本試驗中，播量在小于3.55×106株/hm2時，穗粒數隨著播量的增加而逐漸降低。播量在小于3.66×106株/hm2時，千粒質量隨著播量的增加而逐漸減少。這可能是由于在播種量較小時，分蘗成穗率高，植株個體健壯，穗粒數和千粒質量都較大[25]。但隨著播量的增加，小麥群體逐漸變大，單穗光熱養供應能力也逐漸降低，穗粒數和千粒質量就會逐漸降低。當播量大于3.55×106株/hm2時，穗粒數隨著播量的增加而略增加，但增加幅度較小。播量大于3.66×106株/hm2時，千粒質量隨著播量的增加而略增加，增加幅度也較小。這可能由于隨著播量繼續增加，分蘗能力逐漸降低，小麥成穗數逐漸降低，主莖穗比例也會增多，當主莖穗優勢大于播量過大對主莖穗的影響時，同時成穗數又與穗粒數和千粒質量間呈負相關[22]，因此單株平均穗粒數和千粒質量就會相應的增加，但增加幅度很小。

適宜的播期播量均可以促進成穗數、穗粒數、千粒質量3個因素更加協調，產量較高。播種較早易遭受凍害，播種過晚不易形成壯苗，而播量大小直接影響小麥成穗數的多少。本試驗建議國麥301在豫東地區的適宜播期播量為10月8—19日，播量在2.06×106～3.43×106株/hm2。

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