播期和密度對滴灌冬小麥光合特性及產量的影響

湛長貴，孫 婷，王冀川，高 振，李同蕊，熱亞乃木·阿西木

(塔里木大學植物科學學院，新疆阿拉爾843300)

0 引 言

【研究意義】新疆南疆小麥一般和夏播玉米連作，為了充分保證夏播玉米的產量，往往需要前茬小麥晚播。小麥晚播要保證一定產量，需要有較高的密度做補償，但晚播、高密度會造成小麥群個體發育受到影響，其物質生產的基礎-光合特性會表現出一定特征。加快研究充分利用光熱資源的麥-玉兩熟技術，大力發展小麥、玉米等糧食產業，是當前亟待解決的技術問題。【前人研究進展】光合產物是小麥產量的根本來源，改善光合性能，提高光能利用率是協調小麥群體與個體的矛盾，獲得小麥高產的關鍵[1]。王樹麗[2]、胡煥煥[3]、劉萍[4]的研究均顯示隨著播期的延遲，群體光合速率呈下降的趨勢。由海霞[5]研究結果表明，種植密度過低，基本苗數少不易形成大群體，導致群體的透光率增大，種植密度過高，基本苗數增多形成大群體，在孕穗期以及灌漿初期的群體基部的透光率會降低，但到了灌漿后期葉片衰老快，群體基部的透光率增大，密度越大，群體的光照環境惡化程度越強。【本研究切入點】針對播期、密度條件下滴灌冬小麥光合特征的研究較少[6]。研究播期和密度對滴灌冬小麥光合特性及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】設置不同的播期和密度田間試驗，研究不同播期及種植密度對滴灌冬小麥個體、群體發育和產量構成的影響，分析最佳播期和適宜的密度組合，研究不同播種時間的密度效應及適宜密度的范圍，完善滴灌冬小麥的高產栽培技術模式，為生產上適于冬麥-玉米一年兩熟的小麥晚播技術提供理論與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2018～2019年在新疆阿拉爾市塔里木大學農學試驗站網室中進行，采用田間小區控制性試驗，選用南疆地區廣泛推廣的新冬22號(弱冬性、大穗型品種)和邯鄲5316(冬性、多穗型品種)為材料。采用兩因素裂區設計，播種期為主區，分別為9月23日(B1)、10月4日(B2)和10月15日(B3)；播種量為副區，分別為：M1：播種量3.15×106粒/hm2(即新冬22號147.42 kg/hm2，邯鄲5316，144.9 kg/hm2)，M2：播種量5.1×106粒/hm2(即新冬22號238.68 kg/hm2，邯鄲5316，234.6 kg/hm2)，M3：播種量7.05×106粒/hm2(即新冬22號329.94 kg/hm2，邯鄲5316，324.3 kg/hm2)和M4：播種量9×106粒/hm2(即新冬22號421.2 kg/hm2，邯鄲5316為414 kg/hm2)，3次重復，小區面積為7.53 m2(3.5 m×2.15 m)。滴灌毛管配置為1管4行模式(即每條滴灌帶兩邊各2行小麥)，小麥行距為15 cm，2條滴灌帶間距60 cm。

1.2 方 法

光合指標：在小麥拔節、孕穗、揚花、籽粒形成、灌漿、乳熟等時期采用美國產LI-6400XT光合分析儀在晴朗無風的天氣于12:00～13:00時測定小麥頂部展開葉的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度、胞間CO2濃度等光合生理生態指標；在拔節、揚花、灌漿期測定光合指標日變化。

產量指標：于蠟熟期每小區選擇2點，每點數取(2行×55.5 m)內的有效穗數(穗粒數大于4粒以上的穗)計算收獲穗數；割取1 m2的麥穗進行室內考種，調查穗粒數和千粒重，折算成產量。

對試驗獲得的群個體發育及產量構成數據(Y)，與下籽量(X1)和冬前生長的活動積溫(X2)建立二次多項式逐步回歸方程Y=a+bX1+cX2+dX12+eX22+fX1X2，以播期、播量建立的產量效應方程求得最大產量時的冬前生長積溫和播量代入各效應方程，即可得到優選播期播量條件下的群個體發育及產量構成的對應值。

1.3 數據處理

對數據以Excel進行整理后制圖，用DPS7.05對數據進行統計分析，基于最小顯著極差法多重比較并標記字母。

2 結果與分析

2.1 滴灌冬小麥旗葉凈光合速率(Pn)

研究表明，在同一播期下，旗葉Pn全期平均值隨密度的增加呈先增加后下降的趨勢，M2>M1>M3>M4。在低密度下的旗葉Pn增長速度高于高密度處理，低密度有利于個體生長，光合能力增強，但由于密度過低，群體數量少，葉面積指數小，使光照資源產生漏光損耗，浪費光照和土地資源。播量越大，密度越高，導致群體郁閉，通風透光性較差，個體生長較弱，導致凈光合速率值過低。圖1

在同一密度下，新冬22號在B2播期、邯鄲5316在M3播期下平均Pn最高。在灌漿期，各播期處理的Pn均表現為B3> B2>B1，適當晚播有利于灌漿期葉片保持較高功能。生產中要優化組合播期和密度，才能保證葉片保持較高的Pn。組合處理中，B2M2的Pn最高，為19.75～20.99 μmol CO2/(m2·s)，其次是B1M2，為18.01～19.31 μmol CO2/(m2·s)。圖2

新冬22號播期處理間的CV=26.48%，播量間的CV=37.29%，而邯鄲5316播期間的CV=21.96%，播量間的CV=15.43%，新冬22號的旗葉Pn受播量影響大于播期，而邯鄲5316的旗葉Pn受播期影響大于播量。

2品種在不同處理下的Pn大小有所不同，在同種處理下，邯鄲5316在各時期的旗葉凈光合速率均大于新冬22號，邯鄲5316的總體葉功能強于新冬22號，品種基因型差異顯著。

供試2品種花前旗葉Pn值隨著播期延遲而降低，花后旗葉凈光合速率值隨著播期延遲而增加，新冬22號在B3處理下較B2和B1處理增加5.40%和19.10%；邯鄲5316在B3處理下較B2和B1處理增加5.69%和18.60%。圖1，圖2

注：①a、b、c分別表示新冬22號在B1、B2和B3播期下的光合指標；d、e、f分別表示邯鄲5316在B1、B2和B3播期下的光合指標。②JS: 拔節期， BS: 孕穗期，HS: 抽穗期，FP: 揚花期， FS: 灌漿期。下同

注：a’、b’、c’、d’分別表示新冬22號在M1、M2、M3和M4密度下的光合指標；e’、f’、g’、h’分別表示邯鄲5316在M1、M2、M3和M4密度下的光合指標。下同

2.2 對南疆滴灌冬小麥旗葉蒸騰速率(Tr)影響

研究表明，2品種小麥葉片的蒸騰速率(Tr)在各處理下隨著生育進程的推進呈先升后降的趨勢，在揚花期Tr達到最大值。邯鄲5316的Tr高于新冬22號。供試2品種在同一播期下均表現為M2>M1、M3>M4。M1、M2處理在揚花期至蠟熟期的Tr衰減速率低于M3、M4，增大種植密度不利于提高植株的Tr。供試2品種在同一密度下隨著播期的延遲大致呈增加趨勢。在中低密度下，隨播期的延遲Tr呈先增后降的趨勢，表現為B2>B1>B3，新冬22號成熟期的Tr在B2處理較B1、B3增加12.13%、14.80%；邯鄲5316成熟期的Tr在B2處理較B1、B3增加3.96%、8.20%。在高密度條件下，隨播期延遲Tr呈增加趨勢，表現為B3>B2>B1，新冬22號成熟期的Tr在B3處理較B2、B1增加7.14%、10.22%；邯鄲5316成熟期的Tr在B3處理較B2、B1增加3.55%、5.55%。圖3，圖4

圖3 不同密度下新冬22號(上)與邯鄲5316(下)蒸騰速率變化

圖4 不同播期下新冬22號(上)與邯鄲5316(下)蒸騰速率變化

2.3 滴灌冬小麥旗葉葉綠素密度(SPAD)

研究表明，2品種旗葉SPAD變化規律基本一致，隨生育進程推進呈先增大后降低的趨勢，在開花期達到最大值。新冬22號和邯鄲5316開花期旗葉SPAD均在B2M2處理下達到最大值，分別為50.81和51.67。

在同一播期下旗葉SPAD隨密度增大而減少。新冬22號花后14～21 d旗葉葉綠素密度降低速度在B1M4較B1M3、B1M2和B1M1大4.42%～17.06%，在B2M4較B2M3、B2M2和B2M1大18.11%～27.92%，在B3M4較B3M3、B3M2和B3M1大13.91%～21.18%；邯鄲5316花后14～21 d旗葉葉綠素密度降低速度在B1M4較B1M3、B1M2和B1M1大1.93%～36.94%，在B2M4較B2M3、B2M2和B2M1大0.59%～26.68%，在B3M4較B3M3、B3M2和B3M1大4.77%～26.45%。2品種在各個播期條件下隨密度增加花后14 d旗葉SPAD降低速度加快。隨播期延遲各密度之間的差異變小。由于密度過大導致群體數量大，個體之間生長競爭激烈，單株生長不健壯，后期葉片衰老的較快，導致旗葉葉綠素含量較低。圖5

注：圖中7D、14D和21D分別表示花后7 d、花后14 d和揚花后21 d，以下同

研究表明，2品種旗葉葉綠素密度在同一密度下在花前隨播期的延遲而降低，表現為B1>B2>B3，開花期后在中低密度下SPAD隨播期的延遲有一定程度的增加，B2>B3>B1，在高密的條件下B1>B2>B3。在適播和晚播的條件下能夠促進花后保持較高的SPAD水平，有利于籽粒灌漿。播期過晚或密度過大，會導致小麥在生育后期葉片過早衰老，導致SPAD降低。圖6

圖6 不同播期下新冬22號(上)與邯鄲5316(下)SPAD變化

2.4 對南疆滴灌冬小麥產量的影響

研究表明，不同播期與密度處理的產量有所不同，同一密度下，群體產量B2>B1>B3，個體產量B1>B2>B3；同一播期下，新冬22號的群體產量M3>M2>M4>M1，個體產量M2>M1>M3>M4，邯鄲5316分別M2>M3>M4>M1和M1>M2>M3>M4，在適宜播期(B2)和適當密度(M2、M3)條件下能較好發揮滴灌冬小麥產量潛力。從播期和密度對群個體產量的影響程度上看，其播期處理間CV分為為7.44%～10.55%和0.11%～0.61%，其密度處理間CV分為4.02%～7.78%和2.24%～4.35%。圖7

圖7 各處理產量及單株籽粒產量比較

對新冬22號的產量(Y)與播量(X1)和冬前生長的活動積溫(X2)進行二次多項式擬合，得到方程：

Y=-2 714.202 7+18.348 3X1+25.359 5X2-0.013 3X12-0.034 4X22+0.000 1X1X2(R2=0.971 6**)

對方程求極值，當X1(冬前生長的活動積溫)為367.72℃、X2(播量)為688.72×104粒/hm2時，產量達最高8 271.88 kg/hm2。按照2017～2018年的試驗和氣候條件，即10月1日播種、播量315.30 kg/hm2(千粒重按45.78 g計)時產量最高。對單因素解析，10月10日以前，播量為652.8×104～702.1×104粒/hm2，變化不大，但此后每延遲1 d，增加播量3.78～4.53 kg/hm2，10月15日后，每推遲1 d，增加播量4.94～6.11 kg/hm2。播期在10月20日以后，產量快速下降。新冬22號最遲播期為10月20日。

圖8 不同播期和密度下新冬22號產量變化

對邯鄲5316的產量(Y)與播量(X1)和冬前生長的活動積溫(X2)進行二次多項式擬合，得到方程：

Y=-4 801.618 1+20.456 4X1+43.478 5X2-0.015 0X12-0.057 0X22-0.005 6X1X2(R2=0.984 2**)

研究表明，冬前生長的活動積溫為351.21℃、播量為614.26×104粒/hm2時，產量最高可達9 116.19 kg/hm2。10月2日播種，播量262.47 kg/hm2(千粒重按42.73 g計)時，產量達最大。10月12日以前，播量為590.9×104～629.9×104粒/hm2，變化不大，但此后每延遲1 d，增加播量2.50～3.08 kg/hm2，10月15日后，每推遲1 d，增加播量3.20～3.91 kg/hm2，播期在10月20日以后，產量快速下降，不足4 900 kg/hm2，邯鄲5316的最遲播期為10月20日。

圖9 不同播期和密度下邯鄲5316產量變化

2.5 播期和密度對小麥發育及產量影響模型及優化指標

研究表明，保證10月2日前后播種和614.26(少穗型)×104粒/hm2～688.72(多穗型)×104粒/hm2的下籽量基礎上，群個體指標達到株高73.62～76.05 cm、單株最大葉面積84.28～91.97 cm2、單株干重2.24～2.28 g、單株穗數1.13～1.35個、冬前總莖數1 118.61×104～1 311.17×104個/hm2、最高總莖數1 618.86×104～1 818.46×104個/hm2、最高LAI為7.25～8.14(其中拔節期3.95～4.76，灌漿中期3.96～4.82)等標準(范圍的下限為少穗型品種，上限為多穗型品種)，產量構成指標為：收獲穗數809.07×104/hm2(少穗型)～819.48×104/hm2(多穗型)，穗粒數22.61(少穗型)～28.31粒(多穗型)，千粒重43.91(多穗型)～46.12 g(少穗型)，經濟系數0.41～0.42。表1～3

表1 產量構成優化模擬

表2 個體發育優化模擬

表3 群體發育優化模擬

3 討 論

延遲播期，會減少冬小麥冬前生長時間，不利于冬前分蘗形成和分蘗成穗率提高[7]，但對返青后葉片光合性能影響不大[6]，試驗中，隨播期推遲，旗葉Pn在灌漿期呈增加趨勢，Tr則以B2處理最大，這與方保停等[8]的研究有所不同，這可能與品種和種植區域的氣候條件有關；隨密度增加，Pn和Tr呈先增加后下降的趨勢，以M2處理最大，適宜密度有利于葉片生長、保證中后期葉功能的提高，對小麥個體產量形成有利[9]。何盛蓮等[10]認為，旗葉平均SPAD前期隨播期推遲而降低、灌漿中后期隨播種期的推遲而增加，張向前等[11]則認為，正常播種和適度晚播可以改善小麥葉綠素熒光特性，研究表明，旗葉平均SPAD值隨播期的推遲和播量的增加呈逐漸下降趨勢，南疆播期和播量對葉片葉綠素含量的影響時間要長于華中地區。從高產形成的適宜播期和播量上看，南疆為10月1～2日和614.26×104～688.72×104粒/hm2，產量可達8 271.88～9 116.19 kg/hm2， 這些參數與其他區域的研究[9]有所不同，這主要與品種、氣候和種植模式有關，新疆麥區普遍采取“大群體、小葉形、高光效、低耗水”的群體調控途徑[12]，與南方一些區域的“穩群體、壯個體、攻大穗”高產栽培途徑[13]產量構成有所不同。

4 結 論

旗葉凈光合速率(Pn)是反映作物光合性能的主要指標，滴灌冬小麥旗葉Pn隨生育期呈單峰曲線變化，在揚花期達到最大，揚花期過后逐漸下降。

播期越早花后旗葉凈光合速率值下降的越快。在適播和晚播的條件下，在灌漿后期可以保持一個較高的光合速率。選擇合適的播期合適的播量有利于保持較高的光合。而適當的晚播增加基本苗有利于花后旗葉凈光合速率值的增加。

在早播條件下，適宜降低密度有利于增加作物的Tr，在晚播條件下，適宜增大種植密度有利于提高作物的Tr。

揚花期是滴灌冬小麥葉片光合功能最大的時期，旗葉Pn、Tr和SPAD值最大，新冬22號和邯鄲5316平均為16.848 μmol CO2/(m2·s)和19.158 μmol CO2/(m2·s)、7.194 μmol CO2/(m2·s)和8.047 μmol CO2/(m2·s)、57.724和58.241。

隨密度增加，Pn呈先增加后下降的趨勢，M2>M1>M3>M4。播期推遲，灌漿期Pn大小為B3> B2>B1，適當晚播有利于灌漿期葉片保持較高功能。組合處理中，B2M2的Pn最高，為19.75～20.99 μmol/(m2·s)，其次是B1M2，為18.01～19.31 μmol/(m2·s)。新冬22號旗葉Pn受播量影響大于播期，而邯鄲5316旗葉Pn受播期影響大于播量。邯鄲5316在各時期的旗葉Pn均大于新冬22號，邯鄲5316的總體葉功能強于新冬22號，表現出品種基因型差異。

M2處理的旗葉Tr最大，M4處理最小，隨播期延遲，Tr呈緩慢上升趨勢，并以B2M2(新冬22號)或B2M1(邯鄲5316)最高，分別為6.35和6.08 μmol CO2/(m2·s)；在晚播條件下，適宜增大種植密度有利于提高作物的Tr。

旗葉平均SPAD隨密度增大或播期延遲而減少，B1M1處理最大，其次為B3M1(新冬22號)和B2M1(邯鄲5316)。

播期是影響產量的關鍵因素，適宜播期(B2)和適當密度(M2、M3)能較好發揮滴灌冬小麥產量潛力，晚播通過增加播量可以彌補部分產量損失。新冬22號在10月1日播種、播量315.30 kg/hm2，邯鄲5316在10月2日播種、播量262.47 kg/hm2時產量最高，分別達8 271.88和9 116.19 kg/hm2。新冬22號在10月10日以后每推遲1 d播種，增加播量3.78～4.53 kg/hm2，10月15日后，每推遲1 d，增加播量4.94～6.11 kg/hm2；邯鄲5316在10月12日以后每延遲1 d，增加播量3.78～4.53 kg/hm2，10月15日后，每推遲1 d，增加播量4.94～6.11 kg/hm2。10月20日以后播種不能產生生產效益。