不同小麥品種的產量及光能利用對冬前積溫的響應

呂麗華，梁雙波，張經廷，姚艷榮，董志強，張麗華，賈秀領

(農業部華北地區作物栽培科學觀測實驗站/河北省農林科學院糧油作物研究所,河北石家莊 050035)

不同小麥品種的產量及光能利用對冬前積溫的響應

呂麗華，梁雙波，張經廷，姚艷榮，董志強，張麗華，賈秀領

(農業部華北地區作物栽培科學觀測實驗站/河北省農林科學院糧油作物研究所,河北石家莊 050035)

為確定河北省中南部地區小麥品種的適宜冬前積溫，2011-2014年度在河北藁城設置4個播期(10月5日、10日、15日和20日)以形成不同的冬前積溫，通過裂區試驗設計(播期為主區，品種為副區)，研究了4個半冬性小麥品種(中晚熟品種冀麥585和金禾9123，中早熟品種衡4399和中麥155)的產量和光能利用對冬前積溫的響應。結果表明,冬前積溫對小麥產量有顯著影響，且影響程度在品種間差異明顯。4個品種中，中麥155對冬前積溫較敏感，冬前≥0 ℃積溫高于510 ℃時有利于其高產，且10月10日前播種還可獲得較高的光能利用率(RUE)；金禾9123、冀麥585和衡4399對冬前積溫反應較遲鈍，冬前≥0 ℃積溫高于338 ℃時有利于其高產，且10月15日前播種可獲得較高的RUE。小麥10月10日播種可保持較高的葉面積指數(LAI)，過早和過晚播種對LAI提高不利。10月10日前播種的小麥生育中前期生長速率(CGR)較高，10月15日之后播種的小麥生育后期生長速率較高。晚播(10月15日)后生育中后期較高的旗葉光合速率、更快的CGR可部分彌補因晚播生長不足而造成的產量損失。因此，在冀中南區，遲鈍型品種推薦播期為10月5日至15日，敏感型品種為10月5日至10日。

小麥; 播期; 產量; 光能利用率

冬小麥-夏玉米輪作種植是河北省主要的種植制度，為了保證該地區兩季作物均衡增產、充分利用生態環境中有利的光熱資源，冬小麥一直提倡適期晚播[1-3]。但在一年兩熟輪作種植茬口銜接緊張的背景下，不同類型小麥品種適宜晚播期限的確定及在晚播后能否建立高產和高光效的群體結構仍是目前小麥研究的重點。

不同地域和氣候因素對小麥產量及其構成因素的影響不同,不同品種要求的最佳播期也不同[4-6],適宜的播期有利于創建優良的群體結構，促進產量構成三因素的協調發展[7]。作物產量的高低取決于其光合能力[8]、光能資源的質量和光能利用效率的大小[9-10]。研究表明，播期對不同穗型小麥品種葉面積指數、旗葉光合特性均存在明顯影響[11-12]，調節作物生長發育，改變作物群體結構，影響群體受光態勢，進而影響作物對光能利用的效率[13]和產量形成[14-15]。

目前，有關播期對小麥產量形成影響[11,16-18]的研究較多， 但就小麥對冬前積溫反應在品種間的差異及晚播條件下不同類型品種最適積溫的研究較少。本研究于2011年秋至2014年夏連續3個小麥季,在河北省中南部地區進行了4個冬小麥主栽品種的播期試驗，分析了播期對小麥產量形成和光能利用的影響,明確不同小麥品種對冬前積溫的響應特征，從而確定不同小麥品種適宜晚播的積溫，以期為冬小麥安全生產及兩季作物合理高效分配光熱資源提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及品種

自2011年秋季開始連續3個小麥生長季,在河北省農林科學院糧油作物研究所藁城堤上試驗站進行田間試驗。該區屬華北太行山山前平原區(38°41′N,116°85′E),年均降雨量484 mm,試驗期間不同播期間降水量一致。供試地塊0～20 cm土壤含有機質1.55%(采用稀釋熱法測定)、全氮0.097%(采用凱氏定氮法測定)、堿解氮72.7 mg·kg-1(采用堿解擴散法測定)、有效磷19.5 mg·kg-1(采用Olsen法測定)和有效鉀91.0 mg·kg-1(采用NH4OAc浸提-火焰光度法測定)。

4個半冬性小麥品種均為河北地區主栽品種,分別為2個中晚熟品種(冀麥585和金禾9123)和2個中早熟品種(衡4399和中麥155)。

1.2 試驗設計

試驗采用二因子裂區設計,播期為主區，品種為副區,4次重復,完全隨機排列,小區規格1.2 m×11.8 m,行距15 cm。2011-2012年度設10月8日、10月14日、10月20日3個播期,根據每推遲一天增加12萬株·hm-2基本苗來確定播量,使基本苗分別為345萬、420萬和480萬株·hm-2。2012-2013和2013-2014年度設10月5日、10月10日、10月15日、10月20日4個播期,基本苗分別為300萬、360萬、420萬和480萬株·hm-2。在夏玉米收獲后、冬小麥播種前,底施史丹利復合肥600 kg·hm-2(含N 20%、P2O526%、K2O 8%),拔節期追施尿素(含N 46%) 225 kg·hm-2。于拔節期和開花期灌水,每次灌水量為70 mm左右。病蟲草采用常規管理方法。6月7日至10日收獲。

1.3 測定方法與數據處理

冬前≥0 ℃積溫數據來自河北省氣象局2011-2014年河北省藁城市10月至12月的逐日≥0 ℃積溫數據(圖1)。2011-2012年度3個播期的冬前≥0 ℃積溫依次為534、434和347 ℃，2012-2013年度4個播期依次為505、417、338和269 ℃，2013-2014年度依次為584、493、412和353 ℃。

小麥成熟后各小區采用小區聯合收割機(CLASSIC,Wintersteiger,4910 Ried in Innkreis,Upper Austria,Austria)收獲，籽粒風干后稱重,折算為含水量13%的標準產量。收獲前每小區選取0.333 m2統計總穗數,折合為單位面積穗數; 隨機取50穗統計穗粒數。從風干籽粒中數1 000粒稱重,重復8次,同時測定含水量,折算為含水量13%的標準千粒重。

在開花期和灌漿期采用美國LI-COR公司產LI-6400型便攜式光合測定系統測定旗葉凈光合速率(Pn)，每個小區測定3個葉片，重復3次。

在冬前、拔節期、挑旗期、開花期、灌漿期和成熟期，每小區取0.15 m2統計株數，重復3次，并挑選長勢均勻的3株，測量葉長、寬，計算葉面積和葉面積系數(LAI)。

葉面積=長×寬×0.83；

LAI=單株葉面積×株數/單位土地面積。

在3月30日、4月27日、5月6日和6月8日，每小區分別取0.5 m雙行植株，于105 ℃下殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重稱干重。

計算作物生長速率(CGR)。CGR=(W2-W1)/A(t2-t1)，W2和W1分別表示時間t2和t1時單位土地面積的干物重，A表示土地面積[19]。光能利用率(RUE) =(H×W/∑Q)×100%。W為單位土地面積上作物有機干物質的質量；H為單位質量有機干物質的產熱率，籽粒取16.3×103kJ·kg-1，秸稈取14.6×103kJ·kg-1；∑Q為生育期間單位面積太陽總輻射逐日累加獲得各生育階段和全生育期的太陽總輻射量[20]。

1.4 統計分析

采用Microsoft Excel 2003處理數據,在SAS v8e軟件包中運行GLM (General Linear Model)程序進行統計分析。

2 結果與分析

2.1不同小麥品種產量及其構成因素對播期的反應

2011-2012年，除金禾9123外，隨播期的推遲，其他品種產量均呈下降趨勢(表1)，品種間播期效應存在明顯差異。衡4399和冀麥585 在10月8日播種時產量較高,播期推遲至20日(積溫在350 ℃左右)時減產2.0%～3.1%，平均每推遲一天產量降低20.1 kg·hm-2；金禾9123 在10月8日播種時產量一般，且播期推遲至10月20日時產量變化不明顯; 中麥155在10月8日播種時產量最高,播期推遲至20日時減產10.7%，平均每推遲一天產量降低84.5 kg·hm-2，減產幅度較大。

2012-2013年與上年變化趨勢相近。衡4399、冀麥585 和金禾9123在播期由10月5日推遲至10月15日(積溫在340 ℃左右)時減產0.2%～2.3%，播期再推遲至10月20日(積溫在270 ℃左右)時較10月5日播期處理減產7.4%～12.0%；中麥155 在10月5日播種時產量較高,但播期推遲至10月10日(積溫420 ℃左右)時產量顯著降低,減產9.5%，播期再推遲至20日時，產量變化不明顯。

2013-2014年隨播期的推遲，4個小麥品種產量均呈先升后降的趨勢。 衡4399在10月10日播種時產量較高，播期推遲到10月15日(積溫在410 ℃左右)和20日(積溫在350 ℃左右)時產量顯著降低；冀585和金禾9123在10月15日播種時產量較高，播期推遲到10月20日時較10月15日播種減產9.1%～9.2%；中麥155在10月10日播種時產量較高，播期推遲至10月15日和20日時，產量分別降低7.9%和19.3%。可見，中麥155屬于積溫敏感型品種，較高的冬前積溫(>510 ℃)有利于其形成高產，而衡4399、冀麥585和金禾9123對冬前積溫反應較遲鈍，積溫>338 ℃時產量基本持平，尤其是金禾9123對冬前積溫不敏感。

從試驗結果(表1)看，隨播期的推遲，小麥穗數先升后降,其中衡4399、冀麥585、中麥155穗數在10月10日播種時較高，較10月15日播期處理分別提高14.3%、16.7%和6.0%，較10月20日播種分別高24.2%、23.5%和30.8%；而金禾9123以10月10日和15日播種的穗數較高，較10月20日播期處理平均高8.4%。說明播期對金禾9123的穗數影響較小。

2012-2013年衡4399和冀麥585穗粒數在不同播期間差異不顯著，而其他品種以晚播處理(10月20日)較高。2013-2014年4個品種均以晚播處理穗粒數最高，但品種間也存在差異。衡4399和冀麥585在10月15日和20日播種時穗粒數較高,較早播處理(10月5日)平均高2.6粒; 金禾9123和中麥155穗粒數均在10月20日播種時最高,較其他播期平均值分別高2.2粒和2.5粒(表1)。不同年度衡4399和冀麥585穗粒數受播期影響不同。究其原因，首先，不同小麥生長季冬前和早春積溫不同，因此穗分化進程存在差異，進而影響穗粒數；其次，單位面積穗數影響穗粒數，如2012-2013年單位面積穗數較少，因此各播期穗粒數均較高，較高的穗粒數使播期間的差異減弱。

千粒重對播期的反應因品種而異,年度間亦有差異。2013-2014年,除冀麥585外，其他品種千粒重在播期間差異均不顯著。 2012-2013年,衡4399和中麥155千粒重在10月5日和20日播種時較高,冀麥585則在10月20日播種時較高,金禾9123受播期影響較小，即對播期不敏感(表1)。不同年度中麥155千粒重受播期影響不同，原因可能為2013-2014年穗粒數較少，在產量構成因素的自我調節作用下，各播期千粒重均較高，較高的千粒重使播期間的差異減弱。

表1 不同播期對產量及其構成因素的影響Table 1 Effect of sowing dates on grain yield and yield components

數據后不同字母表示同一品種不同播期間有顯著差異(P<0.05)。

Values followed by different letters are significantly different among sowing dates within the same cultivar at 0.05 level.G:Grain yield; SN:Spike number; GNS:Grain number per spike; TGW:Thousand-grain weight.

2.2不同播期下小麥旗葉凈光合速率(Pn)的變化特征

從2013-2014年的數據(圖1)看，衡4399開花期(5月4日)和灌漿中后期(5月22日)旗葉Pn均以10月15日和20日播期處理較高，較10月10日播期處理平均高13.5%，較10月5日播期處理平均高25.2%。冀麥585開花期旗葉Pn以10月15日播種、灌漿中后期Pn以10日和15日播期處理較高，兩時期分別較其他處理平均高23.2%和56.1%。金禾9123開花期旗葉Pn在不同播期間差異不顯著，灌漿中后期Pn以10月15日播期處理較高，較其他播期平均高29.1%。中麥155開花期旗葉Pn以10月15日播種、灌漿中后期Pn以10月15日和20日播期處理較高，兩時期分別較其他處理平均高14.8%和58.1%。可見，對多數品種來說，晚播后旗葉的Pn也會增高，有利于產生較多的光合產物，可一定程度挽回因晚播而造成的產量損失；金禾9123開花期旗葉Pn在不同播期間差別不明顯，說明適時晚播對該品種旗葉Pn影響不大。但不同品種比較，金禾9123旗葉Pn高于其他品種，在開花期和灌漿中期分別平均高21.2%和6.2%。

圖柱上不同字母表示同一品種同一時期不同播期間有顯著差異(P<0.05)。H4399:衡4399; JM585:冀麥585; JH9123:金禾9123; ZM155:中麥155。S1～S4分別指10月5日、10月10日、10月15日、10月20日4個播期。圖2中同。

2.3不同播期下小麥葉面積指數(LAI)的變化

2012-2014兩年的LAI變化趨勢大體一致，4個小麥品種LAI大多以10月10日播期處理較高，而以10月20日播期處理最低(圖2)，說明適時播種可提高小麥LAI，播種過早或過晚均不利于LAI提高。不同年度各品種LAI變化趨勢稍有差異。2012-2013年，衡4399的LAI以10月10日播期處理較高，其次是10月5日和15日播期處理，較10月20日播期處理分別高46.5%和18.8%；冀麥585的LAI以10月5日和10日播期處理較高，較10月15日和10月20日播期處理分別平均高10.3%和35.0%。2013-2014年衡4399的LAI以10月20日播期處理較低，較其他播期處理平均低18.5%，而其他播期處理間差別不大；冀麥585的LAI以10月10日播期處理較高，其次是10月5日和15日播期處理，較10月20日播期處理分別高29.3%和10.2%；金禾9123和中麥155的LAI變化趨勢與冀麥585相同，但金禾9123在播期間差別較小，而中麥155在播期間差別較大，前者的10月10日播期處理較10月20日處理高18.4%，而后者較10月20日播期處理高52.2%。可見，不同品種比較，晚播后中麥155的 LAI下降幅度較大。

2.4不同播期下小麥生長速率(CGR)的變化

2年小麥CGR的變化趨勢基本一致，在生育前期和中期CGR大多以10月5日和10日播期處理較高，而在生育中后期則以10月15日和20日播期處理較高(圖3)，可見晚播條件下生育中后期更快速的生長可部分彌補因晚播生長不足而造成的產量損失。但不同品種CGR隨播期變化不盡相同。2012-2013年，衡4399的冬前至拔節末期CGR以10月10日播期處理最高，是10月20日播期處理的2.2倍，其次是10月5日或15日播期處理，是10月20日播期處理的1.9倍；而拔節末期至成熟期CGR則以10月15日和20日播期處理較高，為其他2個播期平均值的1.5倍。冀麥585的冬前至起身期CGR隨播期的推遲而降低；而在起身至拔節期CGR以10月10日和15日播期處理較高，為10月20日播期處理的1.4倍；在灌漿期至成熟期CGR以10月15日和20日播期處理較高，為其他兩個處理平均值的1.2倍。2013-2014年衡4399和金禾9123的CGR變化趨勢一致，在冬前至開花期CGR均以10月5日和10日播期處理較高，平均為其他兩個播期的1.6倍；而在開花至成熟期CGR則以10月15日和20日播期處理較高，平均為前兩個播期處理的2.1倍。冀麥585的CGR在冬前至拔節期以10月5日和10日播期處理較高，在拔節至開花期以10月5日至15日播期處理較高，為晚播處理的1.4倍，在開花至成熟期以10月20日播期處理較高，為前3個播期平均值的1.6倍。中麥155的冬前至拔節期和開花至成熟期CGR均以10月10日播期處理較高，平均為晚播處理的1.7倍。不同品種比較，金禾9123 全生育期平均CGR 最高，較其他品種平均高9.8%，可見其生長速率較高，受晚播影響要小。

圖2 播期對不同冬小麥品種葉面積指數(LAI)的影響

2.5不同播期下小麥光能利用率(RUE)的變化

從2年平均RUE (表2)看，衡4399和中麥155籽粒和全株RUE基本以10月5日和10日播期處理較高，其中衡4399籽粒和全株RUE較10月20日播期處理分別高6.6%和6.7%，中麥155分別高10.8%和21.3%；冀麥585和金禾9123的RUE則以10月5至15日播期處理較高，其中冀麥585籽粒和全株RUE較晚播處理平均值分別高4.6%和8.2%、金禾9123分別高9.6%和14.3%。不同年度間變化趨勢有所不同。對于衡4399，2012-2013年籽粒和全株RUE均以10月5至15日播期處理較高，而2013-2014年不同播期間差異不顯著。對于冀麥585，籽粒RUE在不同播期處理間差異兩年均不顯著，而全株RUE以10月20日播期處理較低。對于金禾9123，2012-2013年籽粒RUE以10月5日至15日播期處理較高，而2013-2014年在不同播期處理間差異不顯著；而全株RUE 在2012-2013、2013-2014年分別以10月10日和15日播期處理較高。對于中麥155，2年均以10月5日或10日播期處理籽粒和全株RUE較高。可見，推遲播期對中麥155 RUE的影響較為明顯，而其他3個品種在適期晚播后(10月15日播種)仍能保持較高的RUE。

2012-2013年的G1～G4分別指12月12日至3月4日、3月4日至4月17日、4月17日至5月14日、5月14日至6月8日4個生長階段；2013-2014年G1～G3分別指12月12日至4月7日、4月7日至5月7日、5月7日至6月9日3個生長階段。

表2 播期對不同冬小麥品種光能利用率(RUE)的影響Table 2 Effect of sowing dates on radiation use efficiency(RUE) of different winter wheat varieties %

3 討 論

小麥適期播種可以創建優良的群體結構,從而實現高產、穩產[7]。前人研究表明,適期播種[11]或適度晚播[18]均有利于提高小麥群體的葉面積指數,以確保葉面積指數處于合理范圍內。本研究中，不同類型小麥品種均以適期播種的LAI較高(10月10日播種),與前人研究結果一致[11],而晚播和早播均不利于小麥LAI提高,主要原因在于晚播和早播條件下群體穗數不足,而晚播條件下主要是積溫不足導致群體數量上不去，早播條件下主要是播量較小導致群體較少。不同的環境條件和栽培措施能夠改變小麥旗葉的光合性能[21],合理的播期能夠提高小麥葉片的凈光合速率和氣孔導度,延長葉片功能期,積累更多的光合產物[22]。一些研究表明，小麥品種的旗葉光合特性以適期播種表現較優，山東萊州地區適播期為10月19日[11]，中國農業科學院中圃場適播期為10月7日[17]。另一些研究則認為，晚播小麥凈光合速率有明顯優勢(河南鄭州10月31日播種)[23]。本研究中，不同類型小麥品種的旗葉Pn均以適期晚播條件下(10月15日播種)表現較優,與后者觀點一致[23],因為早播易造成小麥生育期提前,葉片功能提早衰退,而適期晚播可以有效地提高旗葉光合性能。本研究中，生育中前期大多為以10月10日前播種的CGR較高,而中后期則為以10月15日之后播種較高,晚播后生育中后期較高的旗葉Pn和更快的CGR可部分彌補因晚播生長不足而造成的產量損失,這也是遲鈍型品種金禾9123受播期影響較小的原因之一。

以往研究認為,冬小麥越冬的最適≥0 ℃積溫為570～645 ℃[24]。但本研究表明,隨著當代小麥品種光溫特性的改變，積溫條件并不是小麥獲得高產的重要保障,且不同敏感型品種對冬前積溫的響應不同,因而具有不同的適宜播期。遲鈍型品種金禾9123、冀麥585和衡4399在冬前≥0 ℃積溫≥338 ℃時就可取得高產，而敏感型品種中麥155冬前積溫需保證在510 ℃以上才可獲得高產,該積溫范圍較傳統的安全積溫條件低許多。本研究中遲鈍型品種晚播后穗數相對穩定或下降幅度較小,這是該類型小麥品種產量穩定的主要原因,尤其是金禾9123在不同播期間穗數較穩定，千粒重差異不顯著,其適宜積溫范圍較廣;而敏感型品種中麥155晚播后穗數顯著降低，此外，穗粒數顯著增加,受播期影響較大,其合適積溫范圍較小。此外，本研究中遲鈍型品種10月15日前播種對產量影響較小,因此大多可獲得較高的RUE,而敏感型品種在10月10日前播種時才能獲得較高的RUE。因此在冀中南地區遲鈍型品種推薦適宜播期為10月5日至10月15日; 敏感型品種推薦播期為10月5日至10月10日。

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YieldandRadiationUtilizationofDifferentWheatVarietiesinResponsetoAccumulatedTemperaturebeforeWinter

LüLihua,LIANGShuangbo,ZHANGJingting,YAOYanrong,DONGZhiqiang,ZHANGLihua,JIAXiuling
(Scientific Observing and Experimental Station of Crop Cultivation in North China,Ministry of Agriculture/Institute of Cereal and Oil Crops,Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences,Shijiazhuang,Hebei 050035,China)

The objective of this study was to recommend optimal accumulated temperature before winter and to determine the utilization of light energy of different wheat cultivars in central and south of Hebei province. A field experiment was carried out with split plot design (main plot of sowing date and subplot of cultivar) in Gaocheng of Hebei province from 2011 to 2014 to evaluate the effect of four sowing dates (Oct. 5,Oct. 10,Oct. 15 and Oct. 20) on grain yield and radiation utilization efficiency of four simi-winter wheat cultivars. The results showed that sowing date had significant influence on grain yield,and the four cultivars had different responses to sowing date. At least 510 ℃ accumulated temperature before winter was required in order to get high yield for sensitive type of Zhongmai 155,and the higher radiation use efficiency (RUE) could be obtained when sowing before Oct. 10. While for insensitive type of Jinhe 9123,Jimai 585 and Heng 4399,at least 338 ℃ accumulated temperature before winter was required,and the higher RUE could be obtained when sowing before Oct. 15. Optimal sowing time on Oct. 10 resulted in the increase of leaf area index (LAI). Optimal and advance sowing time before Oct. 10 resulted in the increase of crop growth rate (CGR) before middle stage of wheat growth,while the increased CGR was obtained in the late stage of wheat growth when sowing after Oct. 15. The higher photosynthetic rate of flag leaf and faster CGR in the late growing stage could partly compensate to the production loss due to inadequate of growing time under late sowing. In the middle part of Hebei province,we recommend that the optimal sowing time of winter wheat is Oct. 5-15 for insensitive cultivars,and Oct. 5-10 for sensitive cultivars.

Wheat; Sowing date; Yield; Radiation use efficiency

時間：2017-08-08

網絡出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/61.1359.S.20170808.0911.018.html

2017-03-03

2017-04-17

科技部糧豐工程專項(2016YFD0300402)；農業部公益性行業科研專項(201303133-1-1)；河北省渤海糧倉科技示范工程項目

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：1009-1041(2017)08-1047-09