種植密度對冀東地區晚播冬小麥籽粒灌漿特性和產量的影響

王 暢，楊德華，裴世娟，武晉濤，鐘婷瑋，韓金玲

(河北科技師范學院農學與生物科技學院，河北 秦皇島，066600)

小麥是世界上重要的糧食作物，而灌漿期是小麥生長的重要生理階段，研究冬小麥籽粒灌漿特性對闡明小麥的生長和發育特性非常重要。有些研究表明，栽培方法以及小麥品種對籽粒灌漿有顯著的影響[1～6]。密度是影響籽粒灌漿的重要栽培措施，低密度處理的最大灌漿速率最大[7]，且在花后各時期均保持較高的灌漿速率[8,9];丁位華等[10]表示密度對灌漿快增期的平均速率影響更大，密度增加灌漿速率下降。郭偉等[11]表示稀植可以使個體充分生長，在中低密度下形成較高千粒質量。溫明星等[12]研究也表明，密度越高粒質量越低。密度不僅僅影響籽粒灌漿，同時影響干物質積累、有效穗數和穗粒數，張永強等[13]研究表明，無論在自然光還是遮蔭條件下，隨著密度增大，冬小麥都表現為有效穗數增多，穗粒數和千粒質量降低。但姜麗娜等[14]和王燕等[15]研究認為，播量對干物質積累影響較小，增加播量并不會促進最終產量的提高。

全球氣候變暖背景下，中國北方地區氣溫普遍升高，≥0℃積溫帶北移西擴，溫度上升的累積效應十分明顯，北方傳統的一熟或兩年三熟區變化為一年兩熟區，原冬小麥種植區，其種植時間后移[16]。冀東地區處于溫帶半濕潤大陸性季風氣候區，≥10 ℃積溫達3 814 ℃，本地區傳統種植制度為一年一熟或兩年三熟，隨著全球氣候變暖，通過冬小麥晚播實現了一年兩熟。冬小麥晚播增密是實現一年兩熟穩產的重要措施。但對于晚播冬小麥籽粒灌漿特性的研究鮮有報道，晚播條件下密度對冬小麥籽粒灌漿特性的影響未見報道。為此，筆者以當地推廣的冬小麥品種京花11號為試驗材料，分析不同種植密度下晚播冬小麥籽粒灌漿特性，為該地區冬小麥晚播增密增加穗粒質量提供一定的理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地基本概況

試驗于2018～2019年度在河北科技師范學院生命科技實驗站進行，前茬作物為玉米，試驗田土質中壤土，土壤有機質質量分數(以下同)為21.54 g/kg，全氮為1.68 g/kg，堿解氮102.35 mg/kg，速效磷23.59 mg/kg，速效鉀144.10 mg/kg?；秃戏?16-16-16)600 kg/hm2，拔節期追施尿素150 kg/hm2。

1.2 試驗設計

本次試驗以京花11號為材料，采用隨機區組設計，設525萬株/hm2，675萬株/hm2和825萬株/hm2共3個密度，分別用B1，B2和B3表示。小區面積3 m×5 m，3次重復。所有小區均采用手工條播的方式進行播種，行距20 cm，田間管理如同一般生產大田，于2019年6月19日收獲。

1.3 測定項目及方法

1.3.1籽粒灌漿相關指標 于小麥開花盛期選取同一天開花、健壯、大小一致且有代表性的麥穗，進行掛牌，開花后7 d開始取樣，之后每5 d取樣一次，每次取10穗掛牌麥穗，3次重復，放于封口袋帶回室內，每穗取中部5 個小穗的基部2個強勢粒，每處理100粒進行籽粒灌漿指標測定。先稱鮮質量，之后用排水法測體積，最后于烘箱中105 ℃殺青10 min，并在70 ℃下烘干，測定籽粒干質量。

1.3.2籽粒灌漿過程擬合 用Logistic方程對小麥籽粒灌漿過程進行擬合，并將灌漿過程分為3個階段：漸增期、快增期、緩增期。Logistic方程表達式參考郭麗果等[16]研究方法，即

開花后時間(t)作為自變量，籽粒質量(W)作為因變量。對Logistic方程進行求一階導數和二階導數，可得出一些灌漿參數，其灌漿參數表述和計算方法見表1。

表1 各種灌漿參數表述及計算方法

1.4 數據處理

數據處理采用Microsoft Excel 2010和DPS 7.05軟件對試驗結果進行統計分析和圖表制作。

2 結果與分析

2.1 冬小麥籽粒干質量變化動態及其Logistic方程擬合

小麥籽粒干物質積累均呈“慢-快-慢”的變化形式(圖1)，這與劉芳亮等[18]研究結果一致。隨生育進程推進處理間籽粒干質量差異增大，B1處理的籽粒干質量較重，其次為B3處理的，B2處理的最輕。

圖1 冬小麥籽粒干物質積累動態

對各處理的籽粒干質量與開花后時間建立Logistic模型，F值都達極顯著水平，各處理的決定系數R2都在0.99以上，表明各處理的擬合效果較好，且小麥灌漿過程均符合Logistic生長規律(表2)。

表2 籽粒灌漿進程及灌漿方程的模擬

2.2 晚播冬小麥籽粒體積變化動態

小麥籽粒產量取決于單位面積粒數和粒質量，粒質量與籽粒體積密切相關[19]。不同處理的小麥籽粒體積變化均表現為“快-慢-快”趨勢。小麥籽粒體積從灌漿開始到第20天，快速增大；在第20天～第30天緩慢增加；第30天左右達到最大值，30 d后又快速下降。不同處理間比較，B1處理的籽粒體積較大，B2處理的較小(圖2)。

圖2 冬小麥籽粒體積變化動態 圖3 冬小麥籽粒中水的質量分數變化動態

2.3 晚播冬小麥籽粒中水的質量分數變化動態

冬小麥籽粒中水的質量分數隨灌漿進程的推進而下降，灌漿初期籽粒中水的質量分數最高，到收獲期最低(圖3)。籽粒中水的質量分數呈現階段性的變化，即灌漿前10 d下降較為平緩，灌漿10 ～30 d下降較快，灌漿30 d之后呈現快速下降的趨勢。此外，密度對籽粒中水的質量分數影響較小。

2.4 冬小麥籽粒灌漿的特征參數的分析

B2處理的各灌漿參數值基本都最小，其它參數最大值出現在B1或B3處理中，處理間差異較小(表3)。

表3 晚播冬小麥籽粒灌漿特征參數

從變異系數來看，晚播冬小麥灌漿時間參數的變異系數較小，其中最大灌漿速率出現的時間(Tmax)在17.39～17.55 d，其變異系數最小(表4)；其次是灌漿持續時間(T)40.83～42.07 d；各灌漿速率參數的變異系數較大，其中漸增期灌漿速率的變異系數在所有參數中最大，其次為快增期灌漿速率、緩增期灌漿速率(R2，R3)和最大灌漿速率(Rmax)。說明晚播條件下，密度對灌漿持續時間幾個特征參數影響不大，主要是通過影響灌漿速率相關參數影響粒質量。因此，晚播冬小麥生產中可以通過調整密度，調控籽粒灌漿速率，進而促進粒質量的形成。

表4 冬小麥籽粒灌漿參數的變異系數

2.5 晚播冬小麥產量及產量構成因素

處理間有效穗數由大到小的順序依次為：B2，B3，B1，而B1處理的有效穗數最低，與其它2個處理差異顯著；穗粒數隨密度增加而下降，處理間出現顯著差異，以B1處理穗粒數最多，B3處理的最少；千粒質量表現由大到小的排列順序為：B3，B1，B2，但處理間差異未達顯著水平。B1，B2處理產量顯著高于B3處理，其中B2處理優于B1處理，但差異不顯著(表5)。

表5 晚播冬小麥產量和產量構成因素

2.6 產量與產量構成因素及灌漿參數的相關性

相關分析表明，產量與最大灌漿速率出現的時間(Tmax)呈顯著負相關，與其它參數相關性未達顯著水平(表6)。粒質量與Tmax，最大灌漿速率，快增期灌漿速率和緩增期灌漿速率均呈顯著正相關。在晚播冬小麥栽培生產過程中，提高漸增期、緩增期和最大灌漿速率，使時間盡早出現；延長快增期和緩增期持續時間，從而延長整個灌漿過程持續時間，提高光合物質積累量，延長干物質轉化積累時間，提高粒質量。

表6 晚播冬小麥籽粒灌漿特征參數與產量和產量構成因素的相關性

3 結論與討論

多項研究表明密度對冬小麥籽粒灌漿有著一定的影響[18,20]。本次研究灌漿速率比灌漿持續時間受密度影響要大，尤其灌漿前期的灌漿速率受影響最大，這與彭慧儒等[21]研究結果一致。本次研究發現675萬株/hm2處理的各灌漿參數基本都最小，這可能與其有效穗數最多，制約粒質量的形成有關。生產中是否可以通過立體勻播或寬幅條播增加單株營養面積進而提高冬小麥籽粒灌漿速率有待進一步研究。

一般來說，低密度處理由于收獲穗數不足導致產量偏低，高密度處理由于穗粒數和千粒質量偏低導致產量偏低[22,23]。本次研究表明，晚播條件下，密度對有效穗數和穗粒數影響顯著，525萬株/hm2處理的有效穗數最少，但穗粒數最多；675萬株/hm2處理的有效穗數最多，千粒質量最低。產量受3個產量構成因素的綜合影響，本次試驗中，雖然 675萬株/hm2的籽粒灌漿處于劣勢，千粒質量最低，但其有效穗數最多，產量最高；其次最低密度處理有效穗數最少、穗粒數最多，其產量與中間密度的相當；最高密度處理其有效穗數處于低密度和中密度之間，千粒質量最重，但穗粒數最少，其產量顯著最低。通過調查基本苗、冬前總莖數和返青期總莖數，高密度處理死苗率高，這可能是高密度處理中冬小麥生長前期群體較大、苗弱、冬季抗寒性差，最終有效穗數低于基本苗數，這與本課題組之前的試驗結果一致。結合相關性分析來看，晚播條件下粒質量不是影響冬小麥產量的因素，有效穗數和穗粒數對產量起更大作用。因此，冀東地區在穩定穗數和穗粒數的基礎上提高粒質量是實現晚播冬小麥高產更高產的有效途徑。

綜上所述，京花11號在冀東地區播期為10月13日的情況下，密度為675萬株/hm2時，其各灌漿參數值最小，千粒質量最低，但其有效穗數最多，產量最高；密度為525萬株/hm2時，穗粒數最多，產量相對較高；825萬株/hm2處理的千粒質量最重，但穗粒數最少，產量顯著最低。

因此，在冀東地區晚播條件下，種植密度以525萬～675萬株/hm2為宜。在此基礎上研究提高粒質量的措施，是實現產量進一步提高的重要途徑。