不同播幅對小麥花后葉片光合特性和產量的影響

張 振 趙俊曄 石 玉 張永麗 于振文

不同播幅對小麥花后葉片光合特性和產量的影響

張 振1趙俊曄2,*石 玉1張永麗1于振文1

1山東農業大學農學院 / 小麥育種全國重點實驗室 / 農業農村部作物生理生態與耕作重點實驗室, 山東泰安 271018;2中國農業科學院農業信息研究所/ 農業部農業信息服務技術重點實驗室, 北京 100081

為了明確不同播幅對小麥籽粒產量的影響及其形成的生理原因, 本研究于2019—2020年和2020—2021年冬小麥生長季, 在山東省濟寧市兗州區小孟鎮史家王子村小麥試驗站大田試驗條件下設置2種播幅處理: 處理1是播幅為8 cm (B1); 處理2是播幅為3 cm (B2)。研究了不同播幅對小麥光合特性、冠層光截獲特性、干物質積累與轉運和籽粒產量的影響。試驗結果表明: B1處理開花后葉面積指數和冠層光合有效輻射截獲率顯著高于B2處理, 其冠層光合有效輻射透射率顯著低于B2處理; B1處理開花后旗葉葉綠素相對含量、凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度均顯著高于B2處理, 其胞間二氧化碳濃度顯著低于B2處理; B1處理開花期和成熟期干物質積累量、開花后干物質在籽粒中的分配量、成熟期籽粒干物質積累量均顯著高于B2處理; B1處理穗粒數、千粒重均顯著高于B2處理; 與B2處理相比, B1處理的2年平均籽粒產量和光能利用率分別高6.12%和7.71%。綜上所述, 播幅為8 cm的B1處理通過塑造了合理的冠層結構, 改善了開花后葉片的光合性能, 有利于開花后植株的光合物質生產, 從而獲得了最高的籽粒產量和光能利用率, 為本試驗條件下的最優處理。研究為小麥寬幅播種節水高產高效栽培技術提供了理論依據。

小麥; 光合特性; 干物質積累與轉運; 籽粒產量

山東省作為我國小麥主產省份之一, 其小麥種植面積約為全國總種植面積的20%[1]。傳統播幅過窄導致小麥種子分布擁擠, 個體間競爭加劇, 不利于小麥個體生長發育; 合理的播幅能夠有效增加個體的生長優勢和優化冠層結構, 從而更有效利用土壤、光照、水分等資源, 進而提高籽粒產量[2]。因此, 研究不同播幅對小麥籽粒產量的影響及其形成的生理機制, 對山東省小麥生產具有重要意義。

籽粒產量的70%～80%來源于開花后葉片光合作用產生的同化物, 合理的群體結構能夠促進葉片的光合作用, 增加光合產物的積累和轉運。前人研究表明, 行距和基本苗密度等栽培管理措施均對小麥群體結構有顯著影響, 行距25 cm處理的開花后旗葉凈光合速率和葉面積指數比行距20 cm、30 cm處理分別高7.45%、6.99%和5.85%、5.64%, 適宜行距顯著改善群體結構, 提高葉片光合能力, 最終實現增產[3]。亦有研究表明, 行距16 cm處理灌漿期葉面積指數比行距11 cm處理高12.4%[4]。Zhao等[5]研究表明, 小麥葉面積指數與冠層光合有效輻射截獲率呈顯著正相關(= 0.971*)。行距30 cm處理的冠層光合有效輻射截獲率比行距25 cm、18 cm處理分別低16.8%、20.9%, 增大行距導致群體漏光損失嚴重[6]。行距為12 cm處理的籽粒產量比行距為7 cm和17 cm處理分別高12.61%和7.29%[5]。另有研究表明, 基本苗密度為225萬株 hm–2處理的籽粒產量比基本苗密度為150萬株hm–2和300萬株hm–2處理分別高80.62%和27.34%[7]。李拴良等[8]研究表明, 播幅為10 cm處理的穗粒數、千粒重和籽粒產量比播幅為5 cm處理分別高10.69%、13.89%和12.56%。前人關于行距和基本苗密度對小麥冠層光截獲和籽粒產量形成進行了較多研究, 但關于播幅對小麥產量的形成機理尚欠深入研究。因此, 本研究通過分析2種播幅條件下小麥光合特性、冠層光截獲特性、干物質積累與轉運和籽粒產量的差異, 明確播幅對小麥產量的影響及其形成的生理機制, 以期為小麥寬幅播種節水高產栽培技術提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

田間試驗于2019—2020年和2020—2021年冬小麥生長季在山東省濟寧市兗州區小孟鎮史家王子村小麥試驗站進行, 小麥兩個生長季降水量分別為163.0 mm和202.5 mm, 小麥兩個生長季的平均氣溫分別為25℃、23.2℃。試驗地土壤類型為壤土, 前茬作物為玉米, 玉米收獲后秸稈全部還田, 2019— 2020生長季播種前0～20 cm土層的土壤特性為: 有機質14.20 g kg–1, 全氮1.13 g kg–1, 堿解氮122.60 mg kg–1,速效鉀129.44 mg kg–1, 速效磷38.11 mg kg–1; 2020—2021生長季播種前0～20 cm土層的土壤特性為: 有機質14.34 g kg–1, 全氮1.15 g kg–1, 堿解氮124.11 mg kg–1, 速效鉀132.85 mg kg–1, 速效磷39.74 mg kg–1。

1.2 試驗設計

以濟麥22作為供試小麥品種, 采用隨機區組試驗設計, 設置2種播幅處理: 處理1是播幅為8 cm (B1), 處理2是播幅為3 cm (B2), 播幅8 cm是由寬幅播種機播種, 播幅3 cm是由常規播種機播種。兩播幅處理灌溉和施肥管理相同, 灌溉管理為于小麥拔節期和開花期將0～40 cm土層土壤相對含水量均補灌至75%, 灌水量按如下公式[9]計算:= 10×××(β–β), 式中,為灌水量(mm),是灌溉土層深度(cm),是土壤容重(g cm–3),β是目標土壤含水量(%),β是灌溉前土壤含水量(%)。采用微噴帶灌溉并用水表計量。播幅為8 cm處理2個生長季灌水量分別為115.28 mm、81.40 mm, 播幅為3 cm處理2個生長季灌水量分別為148.90 mm、107.25 mm。施肥管理為播種前底施純氮105 kg hm–2、P2O5150 kg hm–2和K2O 150 kg hm–2, 拔節期開溝追施純氮135 kg hm–2, 氮、磷、鉀肥分別選用尿素(46% N)、磷酸二銨(18% N和46% P2O5)和硫酸鉀(50% K2O)。

試驗小區長20 m, 寬2 m, 3次重復, 小區內種植8行小麥, 在第4行和第5行之間放置微噴帶。各小區之間設置2 m保護行, 減少相鄰地塊間的影響。田間試驗分別于2019年10月12日和2020年10月8日播種, 兩處理播幅+行距均是25 cm, 2019年和2020年播種密度分別為240萬株 hm–2和180萬株 hm–2, 于2020年6月11日和2021年6月13日收獲。其他病蟲害等田間管理措施同一般高產田。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 光合作用二氧化碳氣體交換測定 采用便攜式光合系統(LI-6400, LI-COR, 美國)分別于開花0 d和開花后7、14、21、28 d上午09:00—11:00, 測定各處理旗葉光合參數, 包括凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間二氧化碳濃度[10]。

1.3.2 相對葉綠素含量的測定 采用便攜式葉綠素儀(SPAD-502, Minolta Camera Co., 日本)分別于開花0 d和開花后7、14、21、28 d上午09:00—11:00, 測定各處理旗葉葉綠素相對含量。

1.3.3 葉面積指數和冠層光合有效輻射測定 采用作物冠層分析儀(SunScan, Delta, 英國)分別于開花0 d和開花后7、14、21、28 d上午09:00—11:00, 測定各處理植株冠層葉面積指數(LAI)和冠層光合有效輻射, 小麥冠層光合有效輻射截獲率()、截獲量()和透射率()計算公式如下所示[11]。

(%) = (n–n–1)/PT×100

(MJ·m2) =××0.5

(%) =n–1/n×100

式中,n表示植株上方距離50 cm處光合有效輻射,n–1表示近地面處光合有效輻射, PT表示自然光照下光合有效輻射,表示頂部光合有效輻射總量, 數據來源于試驗站氣象觀測站。

1.3.4 干物質測定 于小麥開花期和成熟期采集20個小麥植株單莖, 開花期小麥植株按照莖稈+葉鞘、穗和葉片分為3個部分, 成熟期小麥植株按照莖稈+葉鞘、穗軸+穎殼、籽粒和葉片分為4個部分, 樣品105℃殺青30 min, 70℃烘干至恒重, 測定干物質重[12]。

計算公式如下[13]:

開花前營養器官貯藏同化物轉運量(kg hm–2) = 開花期干物質量– 成熟期營養器官干物質量

開花前營養器官貯藏同化物對籽粒貢獻率(%) = 開花期營養器官貯藏同化物轉運量/成熟期籽粒干重×100

開花后干物質在籽粒中的分配量(kg hm–2) = 成熟期籽粒干重– 開花前營養器官貯藏同化物轉運量

開花后干物質對籽粒貢獻率(%) = 開花后干物質在籽粒中的分配量/成熟期籽粒干重×100%

1.3.5 光能轉化率和光能利用率測定 按照以下公式計算[14]:

光能轉化率(PCE, g MJ–1) = (成熟期干物質量–開花期干物質量)/I

光能利用率(PUE, g MJ–1) =/×PCE

式中,表示截獲量,表示頂部光合有效輻射總量。

1.3.6 籽粒產量及構成因素 于小麥成熟期收獲3 m2的小麥風干至含水量為12.5%時脫粒測定籽粒產量和千粒重, 調查3 m2內的穗數以計算公頃穗數, 選取長勢一致的20個麥穗測定穗粒數[15]。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 13.0軟件對數據進行統計分析。采用單因素(one-way ANOVA)和LSD法進行方差分析和多重比較(α=0.05), 利用SigmaPlot 12.5軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 開花后葉面積指數

如圖1所示, 2019—2020生長季, 開花0 d和開花后7、14、21、28 d葉面積指數均為B1處理顯著高于B2處理, B1處理開花后葉面積指數均值比B2處理高8.42%。2020—2021生長季各處理開花后葉面積指數均與2019—2020生長季試驗結果變化趨勢一致。結果表明, B1處理有利于塑造合理的群體結構, 有利于植株冠層對光合有效輻射的截獲利用。

2.2 開花后冠層光合有效輻射截獲率和透射率

如圖2所示, 2019—2020生長季, 開花0 d和開花后7、14、21、28 d冠層光合有效輻射截獲率均為B1處理顯著高于B2處理, B1處理開花后冠層光合有效輻射截獲率均值比B2處理高7.59%; 開花0 d和開花后7、14、21、28 d冠層光合有效輻射透射率均為B1處理顯著低于B2處理, B1處理開花后冠層光合有效輻射截獲率均值比B2處理低33.76%。2020—2021生長季各處理開花后冠層光合有效輻射截獲率和透射率均與2019—2020生長季試驗結果變化趨勢一致。結果表明, B1處理提高了冠層對光合有效輻射的截獲利用, 有利于減少漏光損失。

2.3 開花后旗葉葉綠素相對含量

如圖3所示, 2019—2020生長季, 開花0 d和開花后7、14、21、28 d旗葉葉綠素相對含量均為B1處理顯著高于B2處理, B1處理開花后旗葉葉綠素相對含量均值比B2處理高14.56%。2020—2021生長季各處理開花后旗葉葉綠素相對含量均與2019— 2020生長季試驗結果變化趨勢一致。結果表明, B1處理延緩了開花后旗葉葉綠素的分解, 有利于進行光合物質生產。

圖1 不同處理開花后葉面積指數

B1: 播幅為8 cm；B2: 播幅為3 cm。A, B分別表示2019–2020和2020–2021生長季開花后葉面積指數。圖中所示數據均為每處理測定的3次重復, **表示不同處理在0.01概率水平差異顯著。

B1: the broadcast width is 8 cm; B2: the broadcast width is 3 cm. A and B represent the leaf area index after anthesis in the 2019–2020 and 2020–2021 growing seasons, respectively. The data shown in the figure are all three replicates of each treatment. ** indicate significant differences between different treatments at the 0.01 probability level.

圖2 不同處理開花后冠層光合有效輻射截獲率和透射率

A, B, C, D分別表示2019–2020和2020–2021生長季光合有效輻射截獲率和透射率。圖中所示數據均為每處理測定的3次重復, **表示不同處理在0.01概率水平差異顯著。

A, B, C and D represent the intercept rate and transmittance of photosynthetic effective radiation of canopy after anthesis in the 2019–2020 and 2020–2021 growing seasons, respectively. The data shown in the figure are all three replicates of each treatment. ** indicates significant differences between different treatments at the 0.01 probability level.

圖3 不同處理開花后旗葉葉綠素相對含量(SPAD)

A, B分別表示2019–2020和2020–2021生長季開花后旗葉葉綠素相對含量。圖中所示數據均為每處理測定的3次重復, **表示不同處理在0.01概率水平差異顯著。

A and B represent the relative chlorophyll content of flag leaves after anthesis in the 2019–2020 and 2020–2021 growing seasons, respectively. The data shown in the figure are all three replicates of each treatment. ** indicates significant differences between different treatments at the 0.01 probability level.

2.4 開花后旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間二氧化碳濃度

如圖4所示, 2019—2020生長季, 開花0 d和開花后7、14、21、28 d旗葉凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度均為B1處理顯著高于B2處理; 開花0 d和開花后7、14、21、28 d旗葉胞間二氧化碳濃度均為B1處理顯著低于B2處理。2020—2021生長季各處理開花后旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間二氧化碳濃度均與2019—2020生長季試驗結果變化趨勢一致。結果表明, B1處理可以顯著提高開花后旗葉凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度, 為光合物質生產奠定基礎。

(圖4)

A、C、E、G分別表示2019–2020生長季開花后旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間二氧化碳濃度, B、D、F、H分別表示2020–2021生長季開花后旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和胞間二氧化碳濃度; 圖中所示數據均為每處理測定的3次重復, *、**表示不同處理在0.05和0.01概率水平差異顯著。

A, C, E, and G represent the net photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance and intercellular carbon dioxide concentration of flag leaves after anthesis in the 2019–2020 growing season, respectively; B, D, F and H represent the net photosynthetic rate, transpiration rate, stomatal conductance and intercellular carbon dioxide concentration of flag leaves after anthesis in the 2020–2021 growing season, respectively. The data shown in the figure are all three replicates of each treatment. * and ** indicate significant differences between different treatments at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

2.5 開花期和成熟期干物質積累量

如表1所示, 2019—2020生長季, 開花期和成熟期干物質積累量均為B1處理顯著高于B2處理, B1處理開花期和成熟期干物質積累量比B2處理分別高8.23%、8.08%。2020—2021生長季各處理開花期和成熟期干物質積累量均與2019—2020生長季試驗結果變化趨勢一致。結果表明, B1處理顯著增加了開花期和成熟期干物質積累量, 為獲得高產奠定了物質基礎。

2.6 開花后干物質轉運量

如表2所示, 2019—2020生長季, 開花前營養器官貯藏干物質向籽粒的轉運量處理間無顯著差異, 對籽粒的貢獻率為B1處理顯著低于B2處理; 開花后干物質在籽粒中的分配量以B1處理較高, B1處理開花后干物質在籽粒中的分配量比B2處理高7.76%,開花后干物質在籽粒中的分配量對籽粒的貢獻率處理間無顯著差異。2020—2021生長季各處理開花前營養器官貯藏干物質向籽粒的轉運量及其對籽粒的貢獻率和開花后干物質在籽粒中的分配量及其對籽粒的貢獻率均與2019—2020生長季試驗結果變化趨勢一致。結果表明, B1處理顯著增加了開花后干物質在籽粒中的分配量, 有利于增加粒重。

表1 不同處理開花期和成熟期干物質積累量

表中所示數據均為樣品3次重復的平均值, 同一列數據后邊字母表示在0.05概率水平差異顯著(LSD法)。

The data shown in the table are the average values of three replicates of the sample, and the letters after the data in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level (LSD method).

表2 不同處理開花后營養器官同化物再分配量

表中所示數據均為樣品3次重復的平均值, 同一列數據后邊字母表示在0.05概率水平差異顯著(LSD法)。

The data shown in the table are the average values of three replicates of the sample, and the letters after the data in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level (LSD method).

2.7 成熟期各器官干物質積累量

如表3所示, 2019—2020生長季, 成熟期干物質在莖稈+葉鞘、葉片、穗軸+穎殼和籽粒中的分配量均為B1處理顯著高于B2處理, B1處理的成熟期籽粒干物質積累量比B2處理高8.59%。2020—2021生長季各處理成熟期各器官干物質積累量均與2019—2020生長季試驗結果變化趨勢一致。結果表明, B1處理顯著增加成熟期干物質積累, 其成熟期籽粒干物質積累量顯著高于常規播種處理, 有利于獲得高產。

2.8 產量構成因素、籽粒產量和光能利用率

如表4所示, 2019—2020生長季, 穗數、千粒重、籽粒產量和光能利用率均以B1處理較高, B1處理的穗數、千粒重、籽粒產量和光能利用率比B2處理分別高6.16%、6.60%、6.12%、7.14%, 穗粒數和光能轉化率處理間均無顯著性差異。2020— 2021生長季各處理產量構成因素、籽粒產量、光能轉化率和光能利用率均與2019—2020生長季試驗結果變化趨勢一致。結果表明, B1處理顯著提高了穗數和千粒重, 獲得了最高的籽粒產量和光能利用率。

表3 不同處理成熟期各器官干物質積累量

表中所示數據均為樣品3次重復的平均值, 同一列數據后邊字母表示在0.05概率水平差異顯著(LSD法)。

The data shown in the table are the average values of three replicates of the sample, and the letters after the data in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level (LSD method).

表4 不同處理產量構成因素、籽粒產量及光能利用率

表中所示數據均為樣品3次重復的平均值, 同一列數據后邊字母表示在0.05概率水平差異顯著(LSD法)。

The data shown in the table are the average values of three replicates of the sample, and the letters after the data in the same column indicate significant differences at the 0.05 probability level (LSD method).

3 討論

3.1 播幅對小麥冠層光能利用的影響

開花期至成熟期是小麥籽粒產量形成的關鍵生育階段, 提高開花后冠層光截獲和改善開花后光合特性有利于增加光合物質生產和籽粒干物質積累[16]。研究表明, 行距為22.5 cm處理的開花后葉面積指數和光能利用率比行距30 cm處理分別高6.45%和7.94%, 適宜行距有利于小麥植株充分利用光溫資源[17]。本研究中, B1處理(播幅8 cm)開花后葉面積指數和冠層光合有效輻射截獲率均顯著高于B2處理(播幅3 cm), B1處理獲得了最高的光能利用率進一步證明了增加播幅可以顯著改善冠層結構和增加對光合有效輻射的截獲利用; 造成與前人研究結果不同的原因可能是本研究是在節水栽培條件下進行的, 而前人則是在定量灌溉或常規漫灌條件下進行研究, 由此導致播幅對小麥冠層結構和光截獲的調節效應的差異。另有研究表明, 基本苗密度為360萬株 hm–2處理的開花后旗葉凈光合速率和實際光化學效率比基本苗密度為240萬株 hm–2、480萬株 hm–2處理分別高6.48%、7.45%和5.98%、5.77%, 適宜的基本苗密度可以顯著提高開花后旗葉光合性能[18]。本研究結果表明, B1處理顯著提高了小麥開花后旗葉凈光合速率、蒸騰速率和氣孔導度, 究其原因可能是增加播幅優化了冠層光能分布與截獲性能, 促進了光能的高效利用, 從而顯著改善了開花后葉片光合性能; 減少播幅則導致小麥群體內部通風透光性差, 加速了葉片衰老, 抑制了光合作用。此外, 年際間結果表明, 2020—2021生長季開花后冠層光截獲性能和旗葉光合指標均顯著高于2019—2020生長季,造成年際間結果差異的原因可能是小麥季內降水量的差異導致, 2020—2021生長季內較高的降水量可以有效延緩植株衰老, 改善開花后光合性能。

3.2 播幅對小麥干物質積累、轉運與分配的影響

小麥籽粒產量的提升主要取決于開花前營養器官貯藏干物質的轉運和開花后光合同化物的積累[19-20]。研究表明, 基本苗密度為375.0萬株 hm–2處理的拔節期、開花期和成熟期干物質積累量均顯著高于基本苗密度為562.5、750.0、937.5萬株 hm–2處理, 分別達2850、10,932、15,416 kg hm–2 [21]。本研究中, B1處理顯著增加了小麥開花期和成熟期干物質積累量, 為獲得高產奠定了物質基礎; 與前人在定量灌溉條件下研究相比, 本研究基于小麥關鍵生育時期土壤水分含量進行精準灌溉, 灌溉后各處理土壤水分含量一致, 消除了因土壤水分含量造成的差異。研究表明, 基本苗密度為60萬株 hm–2處理的開花后營養器官貯藏干物質向籽粒的轉運量比基本苗密度為100、140、180萬株hm–2處理分別高6.45%、6.84%、7.06%[22]。但有研究表明, 基本苗密度為468.8萬株 hm–2處理成熟期籽粒干物質積累量比基本苗密度為375萬株 hm–2、562.5萬株 hm–2處理分別高7.64%和13.68%, 適宜的基本苗密度可以增加成熟期籽粒干物質積累[19]。本研究結果表明, B1處理顯著提高了開花后干物質在籽粒中的分配量, 是其成熟期籽粒干物質積累量最高的主要原因; 究其原因可能是B1處理有利于小麥植株充分利用水肥等資源, 為開花后光合物質生產提供了充足的水肥供應[24]。各處理年際間干物質積累、轉運與分配結果表明, 2020— 2021生長季開花期和成熟期干物質積累量、開花后干物質在籽粒中的分配量均顯著高于2019—2020生長季, 但開花前營養器官貯藏干物質向籽粒的轉運量及其對籽粒的貢獻率顯著低于2019—2020生長季;究其原因可能是2020—2021生長季總降水量和開花期至成熟期階段降水量較多, 有效延緩了植株衰老, 增加了光合物質生產和積累。

3.3 播幅對小麥籽粒產量的影響

小麥產量構成因素的協調發展是獲得高產的關鍵因素, 播幅、行距等栽培管理方式是調控小麥群體結構的重要途徑, 對群體發育和產量構成起著決定性作用[24-25,26]。研究表明, 行距為19 cm處理的籽粒產量比行距為17 cm處理高9.72%[27]。另有研究表明, 行距為25 cm處理的籽粒產量比行距為20 cm、30 cm處理分別高6.08%和5.21%[28]。本研究中, 相較于B2處理, B1處理顯著提高了籽粒產量,因為增加播幅有利于個體健壯, 進而提高籽粒產量, 減少播幅導致個體生長空間縮小, 對水分、肥料和光能的競爭增加, 導致籽粒產量降低。有研究表明, 行距為20 cm處理的籽粒產量比行距為10 cm處理分別高17.56%, 籽粒產量的提高歸因于公頃穗數的提高, 其公頃穗數比行距為10 cm處理高23.96%, 達5.38×106hm–2 [24]。與前人研究將寬幅處理籽粒產量的提高歸因于穗粒數和千粒重的增加不同, 本研究中, 我們將B1處理籽粒產量的提高歸因于穗數和千粒重的增加, 造成與前人研究結果不一致的原因可能是前人研究多在定量灌溉條件下進行, 由于灌溉前各處理土壤水分含量未必一致, 導致灌溉后土壤水分含量存在差異, 而本研究在測墑補灌基礎上, 保證了灌溉后土壤水分含量的一致, 灌溉后土壤水分含量的差異可能是造成與前人研究結果不同的原因; 此外, 外部環境因素亦對穗粒數有顯著影響, 因此, 關于在不同地區或土壤類型條件下播幅對小麥籽粒產量形成的調控效應差異原因有待進一步研究。在本研究中, 2020—2021生長季各產量構成因素和籽粒產量均顯著高于2019—2020生長季; 究其原因可能是2020—2021生長季總降水量較多, 保證了小麥生長季的水分需求, 有利于提高產量。

4 結論

在本試驗條件下, 相較于播幅為3 cm處理, 播幅為8 cm處理顯著提高了小麥開花后旗葉凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導度和冠層光合有效輻射截獲率, 有利于光合物質生產; 提高了開花期和成熟期干物質積累量、開花后干物質在籽粒中的分配量, 增加了穗數及千粒重, 獲得了最高的籽粒產量和光能利用率。表明, 播幅為8 cm處理是本試驗條件下小麥高產的最優播幅。

[1] Ma S T, Wang T C, Ma S C. Effects of drip irrigation on root activity patterns, root-soured signal characteristics and yield stabi-lity of winter wheat., 2022, 271: 107783.

[2] Wang Z X, Khan S, Sun M, Ren A X, Lin W, Ding P C, Noor H, Yu S B, Feng Y, Wang Q, Gao Z Q. Optimizing the wheat seeding rate for wide-space sowing to improve yield and water and nitrogen utilization., 2021, 15: 553–562.

[3] Feng S, Gu S, Zhang H, Wang D. Root vertical distribution is important to improve water use efficiency and grain yield of wheat., 2017, 214: 131–141.

[4] Liu Y, Liao Y C, Liu W Z. High nitrogen application rate and planting density reduce wheat grain yield by reducing filling rate of inferior grain in middle spikelets., 2021, 9: 412–426.

[5] Zhao H X, Zhang P, Wang Y Y, Ning T Y, Xu C L, Wang P. Canopy morphological changes and water use efficiency in winter wheat under different irrigation treatments., 2020, 19: 1105–1116.

[6] 趙剛, 樊廷錄, 李興茂, 張建軍, 黨翼, 李尚中, 王磊, 王淑英, 程萬莉, 倪勝利. 寬幅播種旱作冬小麥幅間距與基因型對產量和水分利用效率的影響. 中國農業科學, 2020, 53: 2171–2181.Zhao G, Fan T L, Li X M, Zhang J J, Dang Y, Li S Z, Wang L, Wang S Y, Cheng W L, Ni S L. Effects of wide-range distance and genotype on yield and water use efficiency of winter wheat., 2020, 53: 2171–2181 (in Chinese with English abstract).

[7] Munkholm L Z, Hansen E M, Thomsen I M, Wahlstrcom E, Ostergaard H. Nitrogen uptake, nitrate leaching and root development in winter-grown wheat and fodder radish., 2017, 33: 233–240.

[8] 李拴良, 任長宏, 格桑曲珍, 趙宗財, 張宗卷, 胡希遠. 寬幅硬茬播種對冬小麥生長、產量及品質的效應. 麥類作物學報, 2015, 35: 80–85. Li S L, Ren C H, Gesangquzhen, Zhao Z C, Zhang Z J, Hu X Y. Effect of No-tilled wide planting pattern on growth, yield and quality of winter wheat., 2015, 35: 80–85 (in Chinese with English abstract).

[9] 韓占江, 于振文, 王東, 張永麗, 許振柱. 測墑補灌對冬小麥氮素積累與轉運及籽粒產量的影響. 生態學報, 2011, 31: 1631–1640. Han Z J, Yu Z W, Wang D, Zhang Y L, Xu Z Z. Effects of supplemental irrigation based on measured soil moisture on nitrogen accumulation, distribution and grain yield in winter wheat., 2011, 31: 1631–1640 (in Chinese with English abstract).

[10] 徐龍龍, 殷文, 胡發龍, 范虹, 范志龍, 趙財, 于愛忠, 柴強. 水氮減量對地膜玉米免耕輪作小麥主要光合生理參數的影響. 作物學報, 2022, 48: 437–447. Xu L L, Yin W, Hu F L, Fan H, Fan Z L, Zhao C, Yu A Z, Chai Q. Effect of water and nitrogen reduction on main photosynthetic physiological parameters of film-mulched maize no-tillage rotation wheat., 2022, 48: 437–447 (in Chinese with English abstract).

[11] Fan Y L, Liu J M, Zhao J T, Ma Y Z, Li Q Q. Effects of delayed irrigation during the jointing stage on the photosynthetic characteristics and yield of winter wheat under different planting patterns., 2019, 221: 371–376.

[12] 王海琪, 王榮榮, 蔣桂英, 尹豪杰, 晏世杰, 車子強. 施氮量對滴灌春小麥葉片光合生理性狀的影響. 作物學報, 2023, 49: 211–224. Wang H Q, Wang R R, Jiang G Y, Yin H J, Yan S J, Che Z Q. Effect of amount of nitrogen fertilizer applied on photosynthetic physiological characteristics of drip irrigated spring wheat leaves., 2023, 49: 211–224 (in Chinese with English abstract).

[13] 李宇星, 馬亮亮, 張月, 秦博雅, 張文靜, 馬尚宇, 黃正來, 樊永惠. 外源海藻糖對灌漿期高溫脅迫下小麥旗葉生理特征和產量的影響. 作物學報, 2023, 49: 2210–2224. Li Y X, Ma L L, Zhang Y, Qin B Y, Zhang W J, Ma S Y, Huang Z L, Fan Y H. Effects of exogenous trehalose on physiological characteristics and yield of wheat flag leaves under high temperature stress at grain filling stage., 2023, 49: 2210–2224 (in Chinese with English abstract).

[14] 李盼, 陳桂平, 茍志文, 殷文, 樊志龍, 胡發龍, 范虹, 柴強. 綠洲灌區春小麥光能利用與水分生產效益對秸稈還田方式的響應. 作物學報, 2023, 49: 1316–1326. Li P, Chen G P, Gou Z W, Yin W, Fan Z L, Hu F L, Fan H, Chai Q. Response on light energy utilization and water production benefit of spring wheat to straw retention in an oasis irrigated area., 2023, 49: 1316–1326 (in Chinese with English abstract).

[15] 丁永剛, 陳立, 董金鑫, 朱敏, 李春燕, 朱新開, 丁錦峰, 郭文善. 高產高效型半冬性小麥品種的產量構成、氮素積累轉運和籽粒品質特征分析. 作物學報, 2022, 48: 3144–3154. Ding Y G, Chen L, Dong J X, Zhu M, Li C Y, Zhu X K, Ding J F, Guo W S. Characteristics of yield components, nitrogen accumulation and translocation, and grain quality of semi-winter cultivars with high-yield and high-efficiency., 2022, 48: 3144–3154 (in Chinese with English abstract).

[16] Abichou M, Solan B D, Andrieu B. Architectural response of wheat cultivars to row spacing reveals altered perception of plant density., 2019, 10: 00999.

[17] Farooq M, Hussain M, Habib M M, Khan M S, Ahmad I, Farooq S, Siddique K H M. Influence of seed priming techniques on grain yield and economic returns of bread wheat planted at different spacings., 2020, 71: 725–738.

[18] Dai Y L, Fan J L, Liao Z Q, Zhang C, Yu J, Feng H L, Zhang F C, Li Z J. Supplemental irrigation and modified plant density improved photosynthesis, grain yield and water productivity of winter wheat under ridge-furrow mulching., 2022, 274: 107985.

[19] Angelique T, Etienne N, Innocent M, Wansim A N, Chuan L, Tian Q H, Bosco J S, Jiang B H. The combined effect of different sowing methods and seed rates on the quality features and yield of winter wheat., 2020, 10: 153.

[20] 馮學穎, 劉景輝, 趙寶平, 王英, 陳曉晶, 徐忠山. 寬幅條播和種植密度對燕麥光合特性及干物質積累量的影響. 麥類作物學報, 2022, 422: 1527–1534. Feng X Y, Liu J H, Zhao B P, Wang Y, Chen X J, Xue Z S. Effects of wide sowing and planting density on photosynthetic characteristics and dry matter accumulation of oat., 2022, 42: 1527–1534 (in Chinese with English abstract).

[21] Zhang J J, Mu J Y, Hu Y N, Ren A X, Lei B, Ding P C, Li L H, Sun M, Gao Z Q. Effect of planting patterns and seeding rate on dryland wheat yield formation and water use efficiency on the loess plateau, China., 2023, 13, 851.

[22] Hiromi M, Taiichiro O. The effects of seeding rate on yield, lodging resistance and culm strength in wheat., 2019, 23: 322–332.

[23] May W E, Aldous L, Lafond G P. Feasibility of a wider row spacing and recommended nitrogen in no-till wheat., 2020, 112: 4076–4091.

[24] Yang W J, Liu W J, Li Y L, Wang S W, Yin L N, Deng X P. Increasing rainfed wheat yield by optimizing agronomic practices to consume more subsoil water in the Loess Plateau., 2021, 9: 1418–1427.

[25] Kassu T K, Wubengeda A Y. Seeding and NP fertilizer rates effect on irrigated wheat yield and water use efficiency in midland tropical environment., 2022, 22: 1490–1505.

[26] 呂廣德, 殷復偉, 孫盈盈, 錢兆國, 徐加利, 李寧, 薛麗娜, 吳科. 不同播種量對臨麥4號產量和干物質積累及分配的影響. 作物雜志, 2020, (3): 142–148. Lyu G D, Yin F W, Sun Y Y, Qian Z G, Xu J L, Li N, Xue L, Wu K. Effects of different seeding rates on yield, dry matter accumulation and distribution of Linmai 4., 2020, (3): 142–148 (in Chinese with English abstract).

[27] Schmitz P K, Ransom J K. Seeding rate effects on hybrid spring wheat yield, yield components, and quality., 2021, 11: 1240.

[28] 呂鵬, 呂廣德, 鞠正春, 高瑞杰, 錢兆國, 龐慧, 吳科, 韓偉. 寬幅播種條件下行距對小麥產量及干物質積累和轉運的影響. 麥類作物學報, 2021, 41: 232–237. Lyu P, Lyu G D, Ju Z C, Gao R J, Qian Z G, Pang H, Wu K, Han W. Effects of row spacing on wheat yield and dry matter accumulation and transport under wide planting., 2021, 41: 232–237 (in Chinese with English abstract).

Effects of different sowing space on photosynthetic characteristics after anthesis and grain yield of wheat

ZHANG Zhen1, ZHAO Jun-Ye2,*, SHI Yu1, ZHANG Yong-Li1, and YU Zhen-Wen1

1College of Agronomy, Shandong Agricultural University / National Key Laboratory of Wheat Breeding / Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology and Farming, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Tai’an 271018, Shandong, China;2Key Laboratory of Agricultural Information Service Technology, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Agricultural Information Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China

In order to clarify the influence of different sowing width on wheat grain yield and its physiological causes, in the 2019–2020 and 2020–2021 winter wheat growing seasons, two sowing treatments were set under field test conditions at Shijiawangzi Wheat Test Station, Xiaomeng Town, Yanzhou District, Jining City, Shandong Province. Treatment 1 was 8 cm (B1); Treatment 2 is broadcast at 3 cm (B2). The effects of different sowing plots on photosynthetic characteristics, canopy light interception characteristics, dry matter accumulation and transport, and grain yield of wheat were studied. The results showed that the leaf area index and photosynthetically active radiation interception rate of B1 treatment were significantly higher than those of B2 treatment, and the photosynthetically active radiation transmittance of B1 treatment was significantly lower than that of B2 treatment. The relative chlorophyll content, net photosynthetic rate, transpiration rate and stomatal conductance of flag leaves under B1 treatment were significantly higher than B2 treatment, and the intercellular carbon dioxide concentration was significantly lower than B2 treatment. Dry matter accumulation at anthesis and maturity, dry matter distribution in seeds after anthesis and dry matter accumulation at maturity were significantly higher under B1 treatment than B2 treatment. The number of grains per spike and 1000-grain weight of B1 treatment were significantly higher than those of B2 treatment. Compared with B2 treatment, the two-year average grain yield and light energy utilization rate of B1 treatment increased by 6.12% and 7.71%, respectively. In summary, B1 treatment with a sowing width of 8 cm can shape a reasonable canopy structure, improve the photosynthetic performance of leaves after anthesis, and facilitate the production of photosynthetic substances of plants after anthesis, thus obtaining the highest grain yield and light energy utilization rate, which is the optimal treatment under the conditions of this experiment. This research provides a theoretical basis for wide-sowing technology of wheat with water-saving, high-yield and high-efficiency.

wheat; photosynthetic characteristics; dry matter accumulation and transport; grain yield

10.3724/SP.J.1006.2024.31042

本研究由國家自然科學基金項目(32172114, 31601243), 財政部和農業農村部國家現代農業產業技術體系建設專項(CARS-03)和泰山學者工程專項經費資助。

This study was supported by the National Natural Science Foundation of China (32172114, 31601243), the China Agriculture Research System of MOF and MARA (CARS-03), and the Special funds for Taishan Scholars Project.

趙俊曄, E-mail: zhaojunye@caas.cn

E-mail: zhangzhenxiaomai@163.com

2023-02-16;

2023-04-17;

2023-11-13.

URL: https://link.cnki.net/urlid/11.1809.S.20231110.0916.006

This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).