定西42號(hào)小麥適宜播種期研究

董莉霞，李 廣，2，逯玉蘭，聶志剛，王 鈞

(1 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，蘭州 730070； 2 甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州 730070)

甘肅是“一帶一路”重要省份，農(nóng)業(yè)地位顯著。小麥?zhǔn)歉拭C省的主要糧食作物之一。小麥的適宜播期是指小麥獲得最高產(chǎn)量的播種日期[1]。對(duì)于不同的種植區(qū)域，不同的小麥品種，最適宜的播種期不盡相同。對(duì)于春小麥來(lái)說(shuō)，合適的播期可以創(chuàng)建出優(yōu)良的群體結(jié)構(gòu)，有利于小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的協(xié)調(diào)發(fā)展和小麥產(chǎn)量的提高[2]。

關(guān)于小麥適宜播期的研究有很多[3～6]，但由于試驗(yàn)區(qū)和小麥品種的不同，生態(tài)環(huán)境千差萬(wàn)別，結(jié)論也不盡相同。近年來(lái)，隨著全球氣候的變化，極端氣候增加，春小麥生長(zhǎng)、發(fā)育的生態(tài)條件和環(huán)境發(fā)生了一定的變化，同時(shí)全國(guó)各地小麥品種也在不斷更新[7]。因此，根據(jù)地域特點(diǎn)、小麥品種來(lái)分析不同播期條件下的氣候特點(diǎn)和產(chǎn)量，并且調(diào)整播期是非常有必要的。

APSIM模型(Agricultural Production System Simulator)是由隸屬澳大利亞聯(lián)邦科工組織和昆士蘭州政府的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)組開(kāi)發(fā)并研制的一種作物機(jī)理模型。最基本的模塊是氣候模塊。模型運(yùn)行時(shí)需要的最基本的氣象要素包括降水量、氣溫、太陽(yáng)輻射量、蒸發(fā)量等。APSIM模型采用通用作物生長(zhǎng)模型來(lái)模擬一年生和多年生作物生長(zhǎng)，各作物具有不同的模型參數(shù)值。作物屬性模塊主要包括小麥品種、小麥產(chǎn)量、千粒質(zhì)量、籽粒干質(zhì)量和小麥含氮量等參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況及小麥品種

試驗(yàn)區(qū)位于隴中黃土高原半干旱丘陵溝壑區(qū)的定西市李家堡鄉(xiāng)，屬中溫帶干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，年均太陽(yáng)輻射591.9 kJ/cm2，日照時(shí)數(shù)2476.6 h，年均氣溫6.4 ℃，大于等于0 ℃積溫2933.5 ℃，大于等于10.0 ℃積溫2239.1 ℃；無(wú)霜期140.0 d；多年平均降水390.9 mm，年蒸發(fā)量1531.0 mm，干燥度2.5。

本試驗(yàn)選擇的小麥品種為定西42號(hào)，系定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院以外引材料ROBUIN為母本，自育品種8821-3為父本，經(jīng)有性雜交、系譜法選育而成[8]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)處理

設(shè)置3個(gè)播期，播期1：3月1日左右；播期2：3月15日左右；播期3：3月30日左右。

利用Microsoft Excel和Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法[9]對(duì)試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)1971—2017年共47年間3個(gè)設(shè)計(jì)播期的歷史氣候數(shù)據(jù)(氣溫、降水量、太陽(yáng)輻射量)進(jìn)行分析，判定不同播期的氣候適宜性。

利用試驗(yàn)區(qū)的氣候數(shù)據(jù)，運(yùn)用APSIM模型模擬定西42號(hào)小麥在3個(gè)設(shè)計(jì)播期條件下的產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素，分析不同播期對(duì)小麥產(chǎn)量的影響。

2 結(jié)果分析

2.1 不同播期條件下的氣候適宜性分析

2.1.1 降水

由圖1可知，大部分年份在3個(gè)播期的降水基本為0。播期1在1973年、2009年和2012年有降水；播期2在1988年、2007年和2012年有降水；播期3在1990年、1994年和2014年有降水。總體上看，播期1、播期2和播期3的降水量沒(méi)有明顯差異。

圖1 1971—2017年不同播期下的降水量變化Fig.1 The changes of precipitation under different sowing dates from 1971 to 2017

由圖2～4可以看出，3種播期條件下，統(tǒng)計(jì)量UF值大部分<0，在置信區(qū)間之內(nèi)，統(tǒng)計(jì)量UF和統(tǒng)計(jì)量UB沒(méi)有交點(diǎn)，表明降水沒(méi)有突變點(diǎn)。由于試驗(yàn)區(qū)是比較典型的干旱地區(qū)，降水主要集中在夏秋兩季，在早春3月較為干旱，缺乏植被和蓄水能力，該地區(qū)年蒸發(fā)量約為降水量的2倍，干旱災(zāi)害頻發(fā)，且水土流失嚴(yán)重，因此，從降水角度分析，3種播期的差異并不顯著。

圖2 1971—2017年播期1條件下 降水量的突變分析Fig.2 Catastrophe analysis of precipitation under sowing date 1 from 1971 to 2017

圖3 1971—2017年播期2條件下降水量的突變分析Fig.3 Catastrophe analysis of precipitation under sowing date 2 from 1971 to 2017

圖4 1971—2017年播期3條件下降水量的突變分析Fig.4 Catastrophe Analysis of precipitation under sowing date 3 from 1971 to 2017

2.1.2 氣溫

由圖5可以看出，播期1條件下，平均氣溫的最大值出現(xiàn)在2017年，最小值出現(xiàn)在1986年。播期2條件下，平均溫度的最大值出現(xiàn)在2004年，最小值出現(xiàn)在2011 年。播期3條件下，平均溫度的最大值出現(xiàn)在2015年，為14.5 ℃，最小值出現(xiàn)在1980年，為-1.2 ℃。播期3條件下的氣溫最高，播期1條件下的氣溫最低。氣溫對(duì)于春小麥的影響表現(xiàn)在：不同播期的小麥抽穗至成熟階段的日平均溫度會(huì)有所不同，而產(chǎn)量和千粒質(zhì)量與對(duì)應(yīng)的抽穗至成熟階段的日平均溫度顯著相關(guān)，隨著溫度的降低，產(chǎn)量和千粒質(zhì)量均顯著下降[10]。

圖5 1971—2017年不同播期下的氣溫變化Fig.5 The changes of temperature at different sowing dates from 1971 to 2017

由圖6可以看出，播期1條件下UF先為負(fù)值，經(jīng)歷了短暫的波動(dòng)之后又變?yōu)檎担砻鞑テ?條件下，平均溫度有先升高又降低，之后持續(xù)升高的趨勢(shì)。播期1的氣溫波動(dòng)大。從圖7可以看出，播期2條件下，平均溫度在80年代交替變換，之后有持續(xù)升高的趨勢(shì)。從圖8可以看出，播期3條件下47年的平均溫度先下降后又持續(xù)上升，只有1次變化。由此可見(jiàn)，播期3條件的氣溫高，溫度較為穩(wěn)定，起伏不大，更有利于播種育苗。從氣溫條件來(lái)說(shuō)，播期3優(yōu)于播期2，播期2優(yōu)于播期1。

圖6 1971—2017年播期1條件下氣溫的突變分析Fig.6 Analysis of abrupt changes of temperature under sowing date 1 from 1971 to 2017

圖7 1971—2017年播期2條件下氣溫的突變分析Fig.7 Analysis of temperature abrupt changes under sowing date 2 from 1971 to 2017

圖8 1971—2017年播期3條件下氣溫的突變分析Fig.8 Analysis of temperature abrupt changes under sowing date of 1971-2017

2.1.3 太陽(yáng)輻射量

由圖9可以看出，播期1條件下，太陽(yáng)輻射的最大值出現(xiàn)在1976年，為10.3 MJ/m2，最小值出現(xiàn)在1979、1990、1992、2007和2009年，值為0；播期2條件下，太陽(yáng)輻射的最大值出現(xiàn)在1981年，為10.8 MJ/m2，最小值出現(xiàn)在1986、1992、1993、2003和2007年，值為0；播期3條件下，太陽(yáng)輻射的最大值出現(xiàn)在2001年，為11.8 MJ/m2，最小值出現(xiàn)在1980、1992、1995、1996和2014年，值為0。總體上看，3個(gè)播期的太陽(yáng)輻射量沒(méi)有明顯規(guī)律。

圖9 1971—2017年不同播期下的太陽(yáng)輻射變化Fig.9 The changes of solar radiation at different sowing dates from 1971 to 2017

由圖10可以看出，播期1條件下，UF大部分都為負(fù)值，表明太陽(yáng)輻射較小，且在置信區(qū)間UF和UB有6個(gè)交點(diǎn)，表明太陽(yáng)輻射有6次變化。可見(jiàn)播期1條件下日照較少，冷熱多變，對(duì)小麥生產(chǎn)不利[11]。從圖11可以看出，播期2條件下，47年的太陽(yáng)輻射先減小，后又持續(xù)增長(zhǎng)，且只有2次突變。由圖12可以看出，播期3條件下，47年的太陽(yáng)輻射變化趨勢(shì)是逐漸增長(zhǎng)，有5次突變。由此可見(jiàn)，播期2條件下的太陽(yáng)輻射值較播期1和播期3穩(wěn)定，波動(dòng)不大，更有利于小麥的播種育苗。

圖10 1971—2017年播期1條件下 太陽(yáng)輻射量的突變分析Fig.10 Abrupt changes analysis of solar radiation under sowing date 1，1971-2017

圖11 1971—2017年播期2條件下 太陽(yáng)輻射量的突變分析Fig.11 Analysis of sudden changes of solar radiation under sowing date 2 from 1971 to 2017

圖12 1971—2017年播期3條件下 太陽(yáng)輻射量的突變分析Fig.12 Analysis of sudden changes of solar radiation under sowing date 3 from 1971 to 2017

2.2 不同播期條件下小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素分析

3種播期條件下，播期2的產(chǎn)量及千粒質(zhì)量均高于播期1和播期3，產(chǎn)量和千粒質(zhì)量差異均顯著(p<0.05)。由表1可以看出，播期2的產(chǎn)量為2375.11 kg/hm2，比播期1增長(zhǎng)了14.72%，比播期3增長(zhǎng)了10.15%。播期2的千粒質(zhì)量比播期1增長(zhǎng)了3.22%，比播期3增長(zhǎng)了4.71%。

3 結(jié)論與討論

播期是作物栽培學(xué)一個(gè)亙古不變的研究?jī)?nèi)容。

表1 不同播期下產(chǎn)量及千粒質(zhì)量比較

選擇不同的時(shí)期播種，小麥生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中的降水、氣溫和太陽(yáng)輻射都會(huì)有差異，光合作用和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)轉(zhuǎn)分配也會(huì)有所變化[12]。過(guò)早播種干物質(zhì)積累過(guò)快，過(guò)晚播種則干物質(zhì)積累緩慢，均不利于小麥產(chǎn)量的提高，適時(shí)播種有利于干物質(zhì)積累和小麥產(chǎn)量的提高[13，14]。所以，播期對(duì)小麥的產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素都會(huì)產(chǎn)生一定的影響[15，16]。

本研究對(duì)試驗(yàn)區(qū)3個(gè)播期條件下的氣候進(jìn)行適宜性分析，結(jié)果表明，在降水方面，3個(gè)播期的降水都偏少，且沒(méi)有突變點(diǎn)，3個(gè)播期的降水量沒(méi)有顯著差異，表明播期與降水量沒(méi)有直接關(guān)系。代新俊等[17]對(duì)冬小麥的研究認(rèn)為，從土壤蓄水能力方面來(lái)看，適期播種優(yōu)于早期和晚期播種，晚播優(yōu)于早播。因?yàn)檫m宜的播期對(duì)于旱地小麥土壤水分蓄積有很大影響，適期播種可以最大限度的積蓄土壤水分。

氣溫方面，隨著播期的推遲，溫度逐漸升高，突變次數(shù)有所減少。因此播期3氣溫值高，總體穩(wěn)定，波動(dòng)較小。較高的氣溫可以降低幼苗遭受極端凍害天氣影響的概率。有研究表明，較早播種不會(huì)促進(jìn)麥苗生長(zhǎng)發(fā)育，且易遭受早春凍害；而太晚播種則前期生長(zhǎng)減慢、單株分蘗率降低，易造成群體不足，進(jìn)而影響產(chǎn)量和千粒質(zhì)量[18，19]。因此，晚播要優(yōu)于早播。

太陽(yáng)輻射量方面，3個(gè)播期下的輻射量沒(méi)有明顯差異。播期2突變次數(shù)最少。因此，播期2太陽(yáng)輻射量值較穩(wěn)定，波動(dòng)較小，對(duì)麥苗的出芽生長(zhǎng)極其有利。

本研究還利用APSIM模型對(duì)定西42號(hào)小麥的產(chǎn)量及其構(gòu)成要素進(jìn)行了模擬。小麥產(chǎn)量和小麥千粒質(zhì)量隨著播期的推遲先增大后減小，播期2產(chǎn)量最高，其次是播期3。裴雪霞等人研究表明，小麥產(chǎn)量隨著播期的推遲先增加后減少[20]。陰衛(wèi)軍等[21]、郭天財(cái)?shù)萚22]研究表明，播期1或播期3均不利于形成較高的單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量，而且這些因素隨著播期的推遲，先上升后降低。這與本研究的結(jié)論一致。小麥播種是獲得高產(chǎn)的第一步，如果播種過(guò)早，則溫度過(guò)低，會(huì)消耗大量養(yǎng)分，而且易受凍害，一般減產(chǎn)幅度為10%～15%；如果播種過(guò)晚，則不容易形成壯苗，難以形成大穗，同時(shí)還會(huì)受到干熱風(fēng)的危害，嚴(yán)重影響小麥產(chǎn)量，減產(chǎn)幅度達(dá)15%～20%，如果遲播超過(guò)一定日期則會(huì)造成產(chǎn)量更加嚴(yán)重的下降[23]。本文綜合分析3種播期下的氣候適宜性和產(chǎn)量，定西42號(hào)小麥在試驗(yàn)區(qū)的最佳播期為3月15日前后(播期2)。