稻茬晚播小麥公頃產8 000 kg高產群體特征及產量構成分析

張明偉，王夢堯，馬 泉，丁錦峰,3，朱 敏,3，李春燕,3，朱新開,3，封超年，郭文善,3

(1.揚州大學江蘇省作物遺傳生理重點實驗室/揚州大學小麥研究中心，江蘇揚州 225009; 2.揚州市農業農村局，江蘇揚州 225000;3.江蘇省糧食作物現代產業技術協同創新中心，江蘇揚州 225009)

不同地域、地力和氣候因素對小麥產量及其構成因素的影響不同，不同生態類型的品種要求的最佳播期、適宜播量也不同[1]，根據氣候、茬口、種植習慣等因素確定不同區域小麥的適宜播種時期是冬小麥形成冬前壯苗、獲取高產的關鍵。在小麥生產實踐中，常因天氣、土壤、機械以及茬口等原因導致小麥不能在最適宜的播期播種，播期推遲使得小麥生長發育過程中的光溫條件發生變化，最終產量和品質的潛力不能充分發揮[2]。稻麥兩熟是江蘇主要小麥耕作制度，隨著水稻機械化與輕簡化栽培技術的普及，水稻栽培方式已由傳統的中大苗移栽轉變為中小苗移栽[3]，甚至采用直播方式進行種植，水稻成熟期明顯推遲。目前，揚州市機插秧多在11月3-8日收獲，直播稻多在11月7-15日收獲[4]。同時，近年來生產上中、晚熟水稻品種種植面積逐年擴大，水稻收獲期被進一步推遲，加之長江中下游地區年際間及季節間氣候變化差異大，水稻收獲以及小麥播種期間經常遭遇不利天氣的影響[5]，也會導致小麥播種期超出最適播期下限。江蘇稻茬小麥晚播已成常態，成為制約江蘇小麥增產的關鍵因素之一。

小麥晚播后出苗時間延長，整齊度差，冬前積溫和日照時數大幅度減少，前期營養生長期縮短，幼苗生長緩慢，根系發育不良，葉齡小[6]；干物質積累量下降，分蘗期推遲，冬前分蘗較少或無分蘗，難以形成壯苗越冬；春季隨氣溫升高，分蘗增長很快，并迅速兩極分化，分蘗成穗率低[7]；穗分化進程始期雖比適期播種晚，但穗分化進程快，幼穗分化的時間縮短，不孕小穗、小花數相應增加，導致穗粒數明顯減少[8]。晚播后植株高度變矮，葉面積系數變小，冠層截獲的光合有效輻射減少[6]，難以形成個體和高產群體基礎；并會導致葉內碳、氮和葉綠素含量下降[9]，葉片早衰，灌漿期縮短，粒重穩定性變弱。小麥晚播后，開花期有不同程度推遲，灌漿期遭遇高溫逼熟的風險將大大增加[10]，高溫會影響胚乳淀粉合成途徑中的酶活性，從而影響籽粒充實度，最終導致減產[11]。

晚播條件下，往往通過增加密度來彌補播期推遲導致穗數不足對產量造成的損失，但過度增加密度，肥水運籌不匹配，不但不能提高產量，反而會導致個體發育不健壯，惡化群體結構，造成田間郁蔽，根系在后期維持較強的活力和較長的功能期，遭遇不利氣候容易早衰。同時密度過大導致莖稈基部節間充實度不足，稈壁變薄，維管束數目下降，機械強度下降，抗倒能力降低[12]。前人研究提出了小麥適播高產甚至超高產產量水平的群體特征[13-17]，但對稻茬晚播小麥高產群體指標的研究較少。為提升晚播小麥產量潛力，本研究通過不同播種密度、施氮量和氮肥運籌處理，構建晚播小麥(較適播期推遲10 d左右)不同的產量群體，探索晚播小麥8 000 kg·hm-2高產群體結構特征、籽粒品質以及相配套的栽培措施，為稻茬晚播小麥高產栽培提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點與材料

試驗于2015-2017年在揚州大學江蘇省遺傳生理重點實驗室試驗場(32°39′E，119°42′N)進行，試驗地前茬為水稻，土質輕壤，0～20 cm土層有機質含量為15.23 g·kg-1，全氮含量0.624 g·kg-1，速效氮含量61.33 mg·kg-1，速效磷含量52.17 mg·kg-1，速效鉀含量141.46 mg·kg-1。供試材料為春性中強筋小麥品種揚麥23。

1.2 試驗設計

分別于2015年11月11日和2016年11月15日播種(較當地適宜播期遲10 d左右，簡稱為晚播)，采用三因素裂區試驗，以密度為主區，設210×104和270×104株·hm-2兩個水平；以施氮量為副區，設180、225和270 kg·hm-2三個水平；氮肥運籌為小裂區，設基肥：分蘗肥：拔節肥：孕穗肥比例分別為4∶2∶1∶3(即40%∶20%∶10%∶30% ，下同)、5∶1∶2∶2和6∶0∶2∶2三個水平，基肥于播種前施用，分蘗肥于4～5葉期施用，拔節肥于葉齡余數2.5時施用，孕穗肥于葉齡余數1.2～0.8施用；磷、鉀肥均為90.0 kg·hm-2，基施與拔節期追施各占50%。人工條播，行距30 cm，小區面積為9 m2。重復3次。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 莖蘗動態、葉面積指數(LAI)、干物質積累量測定

于小麥越冬期、拔節期、孕穗期、開花期、成熟期分別在每個小區取樣20株，調查莖蘗數，測定葉面積，將樣品在105 ℃殺青60 min，80 ℃烘干至恒重，測定干物質積累量。

1.3.2 產量及其構成因素測定

成熟期每小區收割1.2 m2測定產量；每個小區選取3個行長1 m測穗數；連續取50個穗，統計其結實粒數。人工計數測定千粒重，按13%水分含量計算。重復3次。

1.3.3 旗葉SPAD值測定

采用SPAD 502葉綠素儀，于開花期和乳熟期測定小麥旗葉SPAD值。重復5次。

1.3.4 籽粒品質指標測定

蛋白質含量：用半微量凱氏定氮法測定氮含量(FOSS KJeltec 8200)，氮含量×5.7即為蛋白質含量。

濕面筋含量：采用布拉班德磨粉儀磨粉，用GM2200型面筋儀測定。

沉降值：釆用SDS常量法測定面粉沉降值。

淀粉含量：直鏈淀粉和支鏈淀粉含量采用雙波長法測定，總淀粉含量為直連淀粉含量與支鏈淀粉含量之和。

籽粒容重：采用HGT-1000型容重儀(上海)測定。

1.4 統計分析

采用Excel 建立數據庫，用SPSS 19.0、SigmaPlot 10.0進行數據計算、統計分析。

2 結果與分析

2.1 密度與氮肥運籌對稻茬晚播小麥產量及其構成因素的影響

由表1、2可以看出，當施氮量與氮肥運籌比例相同增加密度和密度與氮肥運籌比例相同增加施氮量時，穗數呈增加趨勢；密度與施氮量相同時，不同氮肥運籌比較，穗數表現為5∶1∶2∶2和6∶0∶2∶2處理高于4∶2∶1∶3處理。整體而言，穗粒數隨密度的增加呈下降趨勢，隨施氮量的增加而增加；千粒重隨密度與施氮量的增加均呈下降趨勢。施氮量和氮肥運籌比例相同時，產量隨密度增加而增加，高密度處理的平均產量較低密度處理提高2.35%。低密度條件下，產量隨施氮量的增加而增加；低、中施氮量下5∶1∶2∶2與6∶0∶2∶2處理的產量高于4∶2∶1∶3處理，高施氮量下則4∶2∶1∶3和5∶1∶2∶2處理的產量較高。高密度時，產量隨施氮量的增加先上升后下降；低施氮量時，5∶1∶2∶2與6∶0∶2∶2處理的產量高于4∶2∶1∶3處理，中、高施氮量下則產量表現為4∶2∶1∶3和5∶1∶2∶2處理高于6∶0∶2∶2處理。

在低密度下，施氮量從180 kg·hm-2增加至225 kg·hm-2時產量明顯增加，繼續增加施氮量至270 kg·hm-2時，產量變化不大；高密度條件下，在施氮量為225 kg·hm-2時產量最高，三種氮肥運籌比例的產量均超過8 000 kg·hm-2，平均產量達 8 200.02 kg·hm-2，繼續增加施氮量產量明顯下降。

表1 密、肥對晚播小麥產量及其構成的影響(2015-2016)

2.2 小麥不同產量群體產量及其構成的差異

在晚播條件下，兩年度不同處理間產量存在較大差異，2015-2016年度不同處理產量范圍在7 247.00～8 309.71 kg·hm-2；2016-2017年度產量為7 370.35～8 450.89 kg·hm-2。為比較不同產量水平群體間小麥產量構成、群體質量特征和品質的差異，依試驗結果對產量數據進行聚類分析，按照產量高低，將不同處理劃分為高產群體(≥8 000 kg·hm-2)和中高產群體(7 500 kg·hm-2～8 000 kg·hm-2)和中產群體 (<7 500 kg·hm-2)，研究晚播高產群體產量結構與群體質量特征。

由表3可以看出，高產群體的產量較中高產群體和中產群體分別提高4.03%、10.25%(2015-2016)和5.41%、10.36%(2016-2017)；穗數較中高群體分別高10.32%(2015-2016)和 9.56%(2016-2017)，差異顯著；穗粒數略高于中高產群體和中產群體，粒重均略低于中高產群體和中產群體，差異均未達顯著水平。兩年數據相關分析結果表明，穗數與產量呈極顯著正相關 (P<0.01)，穗粒數和千粒重與產量的相關性不顯著。通徑分析表明，晚播條件下，穗數對產量的影響最大，穗數與千粒重的影響較小(數據未顯示)。說明晚播條件下，首先應當提高穗數，同時協調穗粒數與千粒重才能獲得較高的產量。本試驗晚播條件下，揚麥23產量獲得 8 000 kg·hm-2的高產群體的穗數、穗粒數和千粒重分別為560× 104·hm-2、39.0～40.0粒和38.0 g左右。

表2 密、肥對晚播小麥產量及其構成的影響(2016-2017)

表3 小麥不同產量水平群體產量及其構成因素的差異

2.3 小麥不同產量群體結構特征的差異

2.3.1 莖蘗動態

由表4可以看出，隨生育進程的推移，小麥莖蘗數呈先增加后下降的趨勢，拔節期達到高峰。2015-2016年度，高產群體和中高產群體在越冬期、拔節期、開花期和成熟期的莖蘗數均顯著高于中產群體，二者的莖蘗成穗率和分蘗成穗率均顯著低于中產群體，其中高產群體前3個時期的莖蘗數較中產群體依次增加19.71%、17.52%、 9.49%；高產群體與中高產群體間各生育時期的莖蘗數、莖蘗成穗率和分蘗成穗率的差異均不 顯著。

2016-2017年度，高產群體在越冬期的莖蘗數高于中高產群體及中產群體，差異不顯著；拔節期與開花期的莖蘗數均顯著高于中產群體，分別較中產群體增加8.39%和8.08%；各產量群體的莖蘗成穗率差異不顯著。

分析越冬期、拔節期、開花期莖蘗數以及莖蘗成穗率與產量的關系可以看出(圖1)，越冬期莖蘗數與產量呈拋物線關系(2015-2016，圖1A)；兩個年度拔節期與開花期莖蘗數均與產量呈拋物線關系，相關系數分別為0.82、0.61(2015-2016)以及0.69、0.54(2016-2017，圖1B和C)，莖蘗成穗率與產量呈拋物線關系(2015-2016，圖1D)。上述結果說明，晚播稻茬小麥高產群體應當適度增加拔節與開花期的莖蘗數，調控群體最高莖蘗數，合理利用分蘗成穗。稻茬晚播小麥 8 000 kg·hm-2高產群體越冬期、拔節期與開花期莖蘗數分別為穗數的1.1～1.3倍、2.3～2.5倍、1.1～1.2倍，莖蘗成穗率在 40.0%左右。

表4 不同產量群體莖蘗動態的的差異

圖1 小麥不同產量群體各時期莖蘗數與產量的關系

2.3.2 干物質積累量

由表5可以看出，不同產量群體整個生育期的干物質積累速度呈現先快速升高后逐漸降低的曲線變化，高產群體的干物質積累量在不同生育時期均顯著高于中產群體，與中高產群體差異不顯著，高產群體開花期以及成熟期的干物質積累量分別較中產群體提高12.97%、12.62%(2015-2016)和18.80%、14.09%(2016-2017)。分析開花期以及成熟期干物質積累量與產量的關系可以看出(圖2)，開花期以及成熟期干物質積累量與產量相關性達顯著水平，且均呈拋物線關系。花后干物質積累量與產量呈顯著的正相關關系，相關系數分別為0.70*(2015-2016)和 0.74**(2016-2017)。說明稻茬晚播小麥應當注重提高群體后期干物質積累量，特別要增加花后干物質積累量，增加籽粒灌漿物質來源才能有效的提高產量。稻茬晚播 8 000 kg·hm-2高產群體，開花期的干物質積累量為15 000 kg·hm-2，成熟期為21 000 kg·hm-2左右，花后干物質積累量大于6 200 kg·hm-2有利于獲得高產。

2.3.3 葉面積指數(LAI)

不同產量水平群體整個生育期的LAI變化動態呈單峰曲線，于孕穗期達最大值，隨后下降(表6)。2015—2016年度高產群體各時期LAI與中高產群體無顯著差異，但均顯著高于中產群體；高產群體孕穗期、開花期以及乳熟期LAI分別較中產群體高9.67%、11.13%和15.81%，中產群體花后功能葉衰降速度明顯快于高產群體。2016—2017年度，高產群體各時期LAI均顯著高于中產群體，拔節期、開花期與乳熟期也顯著高于中高產群體。

相關分析表明，孕穗期LAI與籽粒產量相關性達顯著水平(0.84**，2015-2016；0.82**，2016-2017)，且呈拋物線關系；而乳熟期的LAI與籽粒產量均呈極顯著正相關關系(圖3)。說明晚播小麥孕穗期LAI值不宜過大，關鍵是控制孕穗期最大葉面積構成中的無效和低效葉面積，以改善群體對通風透光的影響，特別是減緩花后群體光合葉面積的下降速率，增加光合物質生產供給籽粒灌漿。稻茬晚播小麥8 000 kg·hm-2高產群體的孕穗期、開花期和乳熟期群體葉面積指數分別在7.0、5.6、3.2左右有利于獲得高產。

2.3.4 總結實粒數和粒葉比

由表7可以看出，兩年度高產群體的總結實粒數均高于中高產群體與中產群體，較中產群體分別提高11.10%(2015-2016)、10.65%(2016-2017)，差異顯著。其中2016-2017年度，高產群體的總結實粒數顯著高于中高產群體。相關分析表明，總結實粒數與產量呈極顯著的正相關關系(y2015-2016=0.204 4x+3 390.5，R2=0.65；y2016-2017=0.333 1x+883.7，R2=0.92)。小麥粒葉比(粒數葉比和粒重葉比)是反映群體源、庫、流是否協調發展的指標。總結實粒數與粒葉比均隨產量水平的提高而提高，說明高產群體既實現了擴源(LAI增大)，也實現了擴庫，表現為總結實粒數提高、粒重提高。

圖2 小麥開花期、成熟期以及花后干物質積累量與產量的關系

表5 小麥不同產量水平群體干物質積累動態

表6 小麥不同產量水平群體葉面積指數的差異

圖3 小麥孕穗期、乳熟期群體葉面積指數與產量的關系

在晚播條件下，揚麥23實現8 000 kg·hm-2以上產量時，總結實粒數應達到每公頃 22 000×104粒，粒數葉比和粒重葉比分別在 0.31～0.33 粒·cm2和11.5～11.8 mg·cm2左右。

2.4 小麥不同產量群體旗葉SPAD值的差異

由表8可以看出，花后小麥旗葉SPAD值隨生育期推移呈先增加后降低趨勢，于花后7 d達最大值(2015-2016年度的MY除外)，開花至花后14 d均保持在較高水平，而后不斷下降。不同產量群體之間旗葉SPAD均表現為高產群體>中高產群體>中產群體，高產群體較中產群體花后0、7、14、21、28 d分別高1.9%、5.4%、7.0%、6.6%及16%(2015-2016)和3.9%、4.0%、 4.9%、3.5%及12.8%(2016-2017)。除2015-2016年度開花期高產群體與中產群體旗葉SPAD值差異未達顯著水平外，其余各時期高產群體旗葉SPAD值均顯著高于中產群體；花后 28 d，中高產群體與高產群體差異達顯著。花后21 d劍葉SPAD值控制在43.0～47.0有利于獲得高產。

表7 小麥不同產量水平群體結實粒數與粒葉比的差異

表8 小麥不同產量群體旗葉SPAD值的差異

2.5 小麥不同產量群體籽粒品質的差異

從表9可以看出，不同產量群體籽粒淀粉含量和容重均表現為中產群體>中高產群體>高產群體，2015—2016年度，中產群體的淀粉含量最高，與高產群體差異達顯著水平，而不同產量群體之間的籽粒容重無顯著差異。兩年度高產群體的籽粒蛋白質含量、濕面筋含量及沉降值較中產群體分別提高了16.74%、18.99%、25.49%(2015-2016)以及15.31%、12.54%、22.26%(2016-2017)，差異均達顯著水平。對于中強筋小麥品種揚麥23，高產群體的籽粒產量不但高于其他群體，蛋白質含量及濕面筋含量也較高，說明揚麥23稻茬晚播條件下，通過合理的密肥調控，能夠實現優質、高產同步。

表9 小麥不同產量群體籽粒品質的差異

3 討 論

3.1 晚播小麥高產群體產量結構及群體質量 特征

晚播對小麥產量的影響因品種、區域、年度氣候及播種期不同而不盡相同。與正常播期相比，晚播顯著減少了小麥生物產量和籽粒產量，主要是由于產量構成三因素未能協調發展[18]。晚播后小麥分蘗能力減弱，分蘗成穗率降低，穗數減少[19-20]；播種期越晚，退化小穗數越多，穗粒數越少[8]。千粒重受播期的影響一直沒有一致的結論。有研究表明，千粒重在不同播期條件下較為穩定[21]。也有研究認為，晚播使小麥千粒重顯著下降[22]。前人對適播高產群體結構做了大量研究，訾 妍等[16]對江蘇淮南麥區適播稻茬小麥研究認為，8 000 kg·hm-2高產群體產量結構為穗數520×104～550×104·hm-2、粒數43～46粒、千粒重36～39 g；丁錦峰等[17]研究認為，稻茬適播小麥9 000 kg·hm-2超高產群體產量構成要求穗數515×104·hm-2左右，穗粒數48.5粒左右，千粒重37 g左右。本試驗結果表明，晚播條件下小麥揚麥23的8 000 kg·hm-2高產群體產量結構要求穗數、穗粒數、千粒重分別為560×104·hm-2、39.0～40.0粒、38.0 g左右，總結實粒數在22 000×104粒左右，與適播期研究結果相比，需要注重以密補晚。

建立合理的群體結構，充分利用光能和地力，協調發展穗數、粒數、粒重是達到高產的根本途徑，群體動態是構成高產群體重要的特征指標[23]。丁錦峰等[17]試驗表明，適期播種超高產群體要求越冬始期莖蘗數是最終穗數值的0.9～ 1.3倍，高峰莖蘗數1 250×104～1 500×104·hm-2、莖蘗成穗率約40%。于振文等[24]提出黃淮麥區每公頃9 000 kg產量是在成熟期生物產量20 000 kg·hm-2和經濟系數0.45的基礎上取得的。本研究結果表明，晚播條件下8 000 kg·hm-2高產群體基本苗為250×104株·hm-2左右，最終穗數在560×104·hm-2左右，越冬期、拔節期以及開花期莖蘗數分別為最終穗數的1.1～1.3、2.3～2.5、1.1～1.2倍，莖蘗成穗率40.0%左右，與前人結果相比，拔節期莖蘗數略高，莖蘗成穗率偏低。說明稻茬小麥在晚播條件下仍應當適度促進低節位分蘗發生，提高莖蘗成穗率以彌補穗數不足。開花期的干物質積累量為15 000 kg·hm-2，成熟期為21 000 kg·hm-2左右，花后干物質積累量大于6 200 kg·hm-2有利于獲得高產。孕穗期、開花期和乳熟期群體葉面積指數分別為7.0、5.6和3.2左右，粒數葉比和粒重葉比在 0.31～0.33粒·cm-2和11.5～11.8 mg·cm-2左右。與適播條件下高產群體相比，開花期前LAI較大，但花后LAI下降速度較快，粒葉比均低于適播高產群體。

3.2 晚播小麥高產密度與施氮量及氮肥運籌技術組合

我國栽培學家對高產與超高產小麥的生育特性和高產途徑已進行了廣泛深入研究，并在耕作與播種、高產高效施肥、化學調控等方面總結出較為成熟的適應當地的超高產小麥栽培技術體系[25-27]。晚播小麥生育特點與適播小麥有所差異，現有的高產栽培技術體系不完全與之匹配。晚播小麥由于冬前生育期縮短，單株分蘗減少，群體分蘗不足，因此在晚播條件下，需要提高晚播小麥種植密度[28]，有利于增強群體質量性狀[29-30]。但小麥在晚播條件下仍然具有一定的分蘗能力，所以過多的增加播種密度不但不利于高產群體的構建，反而導致群體過大，使晚播小麥植株中下部器官較早衰老，使得產量下降，晚播小麥更需要培養壯苗，構建合理群體。

合理的肥密互作調控有利于晚播小麥塑造理想株型[2,20,31]。增加施氮量有利于加快晚播小麥葉齡進程，增加越冬前總莖蘗數、干物質積累量與葉面積指數，推遲施肥時期以及增加追施氮肥比例顯著提高后期葉面積指數，延緩葉片衰老，增加成熟期總莖蘗數、穗長以及每穗小穗數[32]。晚播麥由于基本苗較多，前期用肥要適當降低，控制無效分蘗發生，以防群體過大，而在拔節期群體數量下降穩定后，則要適當加大施氮比例，促進大分蘗成穗，攻大穗，增粒增重[5]。朱新開等[27]認為，適當增加施氮量或提高中后期施氮比例，可增加籽粒蛋白質含量、濕面筋含量、沉降值。楊扎根等[33]研究表明，隨著追肥時期的推遲，蛋白質含量、濕面筋含量和沉降值呈增加趨勢，拔節至孕穗期追肥有利于改善小麥籽粒品質。因此合理的基肥施用量及后期追肥比例是實現晚播小麥優質高產的有效途徑。本試驗初步形成稻茬晚播小麥高產栽培技術組合：基本苗宜在270×104株·hm-2左右，施氮量225 kg·hm-2，磷鉀肥用量在90 kg·hm-2，基肥：分蘗肥：拔節肥：孕穗肥比例為5∶1∶2∶2或4∶2∶1∶3可獲得8 000 kg·hm-2以上產量，同時有利于提高小麥籽粒品質。說明稻茬小麥播期推遲后，通過增加密度可獲得較高的產量；在相同的施氮量條件下，氮肥運籌存在差異。晚播條件下，基本苗增加，但冬前積溫仍然可以滿足小麥發生一定的分蘗，因此應當控制基肥的施用比例，氮肥后移，適度減少拔節肥，增加孕穗肥比例，可在增強抗倒能力的同時提高花后光合能力，有利于晚播小麥獲得高產。

4 結 論

稻茬晚播10 d左右條件下，中強筋小麥揚麥23實現產量8 000 kg·hm-2以上高產群體的產量結構要求穗數、穗粒數和千粒重分別為560×104·hm-2、39.0～40.0粒和38.0 g左右，總結實粒數在22 000×104粒左右。群體特征主要表現為，分蘗期、拔節期莖蘗數分別為穗數的1.1～1.3倍、2.3～2.5倍，莖蘗成穗率40.0%左右；開花期的干物質積累量為15 000 kg·hm-2，成熟期干物質積累量為21 000 kg·hm-2左右，花后干物質積累量大于6 200 kg·hm-2；孕穗期、開花期和乳熟期群體LAI分別在7.0、5.6和3.2左右，粒數葉比、粒重葉比分別為0.31～0.33 粒·cm2和11.5～11.8 mg·cm2。花后具有較高的旗葉SPAD，花后21 d旗葉SPAD值控制在43.0～47.0。晚播10 d左右時采用密度270×104·hm-2、施氮量225 kg·hm-2、氮肥運籌 5∶1∶2∶2或 4∶2∶1∶3的組合，不但能夠獲得較高產量，還能保持較好的品質。