不同密度對適期晚播冬小麥產量形成與莖稈抗倒性能的影響

南鎮武 劉靈艷 高英波 徐杰 王娜 代紅翠 孟維偉 王旭清

摘要：為明確不同密度對晚播冬小麥產量形成和莖稈抗倒性能的影響，并為小麥高產穩產和抗逆應變栽培提供參考依據，本試驗以濟麥22為材料，設225萬、300萬、375萬、450萬、525萬/hm2基本苗5個種植密度，研究晚播條件下不同密度對冬小麥的群體變化、干物質分配、穗部性狀、產量構成及莖稈重心高、機械強度及抗倒指數的影響，并分析產量形成與抗倒性能的相關性。結果表明：晚播條件下，冬小麥籽粒產量隨種植密度的增加呈先升高后降低趨勢，基本苗300萬/hm2處理產量最高，但與基本苗225萬/hm2和375萬/hm2差異不顯著;冬小麥群體、穗長、不孕小穗數、株高及重心高隨種植密度的增加呈增加趨勢，成穗率、總小穗數、結實率、千粒重、穗粒數、莖稈機械強度及抗倒指數則隨種植密度的增加而降低。不同密度處理冬小麥產量相關參數與莖稈抗倒性能的相關性分析發現，莖稈的重心高與成穗率、產量、千粒重及穗粒數均呈極顯著負相關，與公頃穗數呈極顯著正相關;莖稈機械強度及抗倒指數與成穗率、產量、千粒重及穗粒數呈顯著或極顯著正相關，與重心高及公頃穗數極顯著負相關。由此可見，本試驗條件下，冬小麥隨著種植密度的增加表現出株高、穗長增加而穗粒數減少和莖弱、易倒的特點，晚播條件下該區域選擇基本苗225萬～300萬/hm2可有效降低冬小麥倒伏風險，促進抗逆穩產高產。

關鍵詞：冬小麥;種植密度;晚播;產量;抗倒性能

小麥是我國三大糧食作物之一，對保障我國糧食安全具有不可替代的作用。山東作為小麥種植大省，常年播種面積400萬hm2以上，約占全國的16.9%，總產約占全國的19.0%，在我國糧食生產中具有重要地位[1]。近年來，隨著全球氣候變暖，極端異常天氣頻發，導致小麥倒伏幾率加劇，嚴重制約著山東小麥的高產穩產與優質。生產上，小麥晚播成為該區域應對全球氣候變暖的重要措施，然而如何提高小麥抗倒性能，仍是小麥生產中亟待解決的關鍵問題。

小麥倒伏主要分為根倒和莖倒兩種類型[2]。莖倒主要發生于小麥孕穗期、灌漿期和乳熟期，時期越早，產量損失越大，其中孕穗期至揚花期倒伏減產最嚴重，減產幅度可達50%，甚至絕產[3，4]。小麥莖稈的抗倒性能與株高、莖粗、壁厚、抗折力等指標密切相關，也與莖稈節間特性和結構有關[5-8]。研究發現，適當降低株高的同時，增加基部節間機械強度可以提高抗倒性，但降低株高會影響生物量的積累和產量形成[4，9-11]。此外，小麥抗倒性還與穗重、穗頸彎曲度等穗型特征特性相關[12，13]。另有研究發現，適期晚播可以降低小麥株高和基部第2節間長度，降低小麥重心高度，從而提高小麥基部第2節間的壁厚、干重、充實度及機械強度，進而提高小麥莖稈的抗倒性能，并通過增加單位面積穗數獲得與適期播種相當的籽粒產量[14，15]，但播期過晚會由于群體穗數不足而影響產量[16，17]。因此，將種植密度與適期晚播結合，可為協調小麥產量和抗倒性能提供一種新的研究思路。邵慶勤等[18]研究發現，黃淮地區抗倒伏能力較好的半冬性品種為濟麥22和矮抗58。故本試驗選擇山東省主推小麥品種濟麥22為材料，研究適期晚播條件下不同種植密度對莖稈基部節間抗倒性能和產量形成的影響，以期為小麥高產穩產和抗逆應變栽培提供技術參考依據。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2019—2020年在山東省農業科學院綜合試驗示范基地（116°58′E，36°58′N）進行。土壤為潮土，表土質地砂壤。

1.2試驗設計與田間管理

試驗以濟麥22為材料，設置設5個密度處理，即基本苗分別為225萬/hm2（D1）、300萬/hm2（D2）、375萬/hm2（D3）、450萬/hm2（D4）和525萬/hm2（D5）。小區面積為9m×2.4m=21.6m2。隨機區組排列，重復3次。

2019年10月18日精密機播，行距25cm，南北向種植，2020年6月12日收獲。前茬夏玉米（登海605）秸稈還田，基施氮磷鉀復合肥（15-15-15）750kg/hm2，拔節期追施尿素（N46%）240kg/hm2。其它管理措施同一般高產田。

1.3測定項目與方法

1.3.1群體動態 每小區選取1m兩行代表性樣株，分別于冬前、拔節、成熟期調查小麥分蘗（穗）動態，計算成穗率。成穗率：成熟期有效穗數與拔節期分蘗數的比值。

1.3.2產量及穗部性狀 成熟期每小區選取2.5m2收獲，脫粒測產，并測千粒重。每小區選取代表性樣株30穗測穗粒數、總小穗數、不孕小穗數，計算小穗結實率。小穗結實率：總小穗數減去不孕小穗數后，與總小穗數的比值[19]。

1.3.3株高、節間長及重心高 株高及節間長（cm）：用鋼尺測量從莖稈基部到穗部頂端的距離;同時測量基部第2節間、第3節間長。重心高（cm）：將完整單莖（帶穗、葉和鞘）水平放置在穩定的支點上，使小麥保持水平的點稱作重心，從莖稈基部至該莖稈重心的距離為重心高[15，20]。

1.3.4莖稈機械強度及抗倒指數 莖稈機械強度（N）：用YYD-1莖稈抗倒伏強度測定儀分別測量基部第2節間和第3節間機械強度[9，15]。莖稈抗倒指數（N/m）：莖稈機械強度與植株重心高度比值[15]。

1.4數據處理與分析

運用MicrosoftExcel2019和SPSS26.0軟件進行數據統計分析和作圖，最小顯著法（LSD法）進行差異顯著性檢驗。

2結果與分析

2.1不同密度對晚播冬小麥產量形成的影響

2.1.1晚播條件下不同密度冬小麥的群體變化

田間群體調查顯示，晚播條件下冬小麥群體數量全生育期呈現先上升后下降的趨勢，且相同生育期冬小麥分蘗數隨種植密度的增加而增加（圖1）。越冬期和拔節期，D1分蘗數較其它密度分別降低22.8%～46.4%和7.2%～22.1%;成熟期D1有效穗數與D2、D3差異不顯著，但較D4和D5顯著降低9.4%、12.3%，D3與D4和D5差異不顯著。冬小麥成穗率則隨種植密度增加而降低，5個密度處理小麥成穗率依次為40.5%、39.2%、37.6%、36.3%和35.9%。

2.1.2晚播條件下不同密度冬小麥成熟期的干物質分配 晚播條件下不同密度冬小麥成熟期地上部干物質分配比例存在差異（圖2）。D1莖干物質分配比例顯著低于D5，但兩者與D2、D3和D4差異不顯著;5個密度處理葉干物質分配比例差異不顯著;D2穗軸+穎殼干物質分配比例顯著低于D4和D5，但三者與D1和D3差異不顯著;D1籽粒干物質分配比例與D2、D3差異不顯著，而D2較D3、D4和D5顯著提高3.3%～10.7%。

2.1.3晚播條件下不同密度冬小麥的穗部性狀

由表1可以看出，晚播條件下不同密度處理冬小麥穗長隨種植密度的增加呈增加趨勢，其中D2穗長與D1、D3差異不顯著，D3穗長顯著大于D1，D3、D4、D5間差異顯著。冬小麥單穗總小穗數隨種植密度的增加而減少，而不孕小穗數隨種植密度的增加而增加。D1和D2總小穗數差異不顯著，但較D3、D4和D5顯著增加6.3%～8.2%，后三者間差異不顯著。不孕小穗數D1、D2和D3間差異顯著，且均顯著低于D4和D5，后兩者差異不顯著。小穗結實率則隨種植密度的增加而降低，其變化規律與不孕小穗數相反。

2.1.4晚播條件下不同密度冬小麥的產量及其構成 晚播條件下不同密度處理冬小麥籽粒產量隨種植密度的增加呈先升高后降低趨勢（圖3）。其中，D2產量最高為9290kg/hm2，但與D1、D3和D4差異不顯著;D5產量最低為8730kg/hm2，與D4差異不顯著;D1、D2和D3產量較D5顯著增加4.9%～6.4%。冬小麥有效穗數隨種植密度的增加而增加，但千粒重和穗粒數則隨種植密度的增加而降低。D1千粒重為44.81g，與D2差異不顯著，D1、D2較D4、D5顯著增加2.8%～5.4%。D1有效穗數與D2差異不顯著，但較D3、D4和D5顯著降低7.4%～12.3%，D3與D2、D4、D5差異不顯著。穗粒數D1、D2和D3間差異顯著，且三者較D4、D5顯著增加8.9%～22.1%。

2.2不同密度對晚播冬小麥抗倒性能的影響

2.2.1晚播條件下不同密度冬小麥株高、重心高及節間長 由表2可以看出，晚播條件下不同密度處理冬小麥株高、重心高隨種植密度的增加而增高，且重心高隨著生育進程呈升高趨勢。D2株高與D1、D3差異不顯著，D3、D4和D5間差異顯著。花后10、20天植株重心高的變化規律一致，即D2與D3差異不顯著，但2個密度處理與其它處理差異顯著;成熟期5個密度處理間重心高均表現出顯著性差異。基部節間長及基部2+3節間長占節間總長的比例也隨種植密度的增加而增加。D1、D2和D3基部第2節間長差異顯著，D4和D5差異不顯著;D1和D2基部第3節間長差異不顯著，D3、D4和D5間差異顯著。D1和D2基部2+3節間長占節間總長的比例差異不顯著;D3與D4差異不顯著，但顯著低于D5。

2.2.2晚播條件下不同密度冬小麥莖稈的機械強度 晚播條件下不同密度處理冬小麥花后10、20天莖稈基部第2節和第3節機械強度均隨密度增加呈降低趨勢（圖4）。莖稈基部第2節機械強度花后10天和20天規律基本一致，D1、D2較其它密度處理分別顯著增加20.0%～51.5%和16.9%～47.6%。花后10天D1莖稈基部第3節機械強度較其它密度處理顯著提高12.0%～43.4%;花后20天D1較其它密度處理顯著提高9.1%～47.9%，但D3與D4差異不顯著。

2.2.3晚播條件下不同密度冬小麥莖稈的抗倒指數 晚播條件下不同密度處理冬小麥花后10天與花后20天莖稈抗倒指數的變化規律一致，即隨著密度增加均顯著降低（圖5）?；ê?0、20天，基部第2節D1較其它密度處理分別顯著提高14.1%～73.5%和12.3%～66.0%，基部第3節D1較其它密度處理分別顯著提高17.2%～67.0%和13.3%～66.6%。

2.3 晚播條件下不同密度冬小麥莖稈抗倒性能與產量的相關性

由表3可以看出，花后10、20天莖稈力學特性與不同密度處理冬小麥產量相關因素的相關性基本一致，即莖稈重心高、成熟期株高均與成穗率、產量、千粒重及穗粒數呈極顯著負相關，與公頃穗數呈極顯著正相關。莖稈基部第2節、第3節機械強度及抗倒指數均與成穗率、產量、千粒重及穗粒數呈顯著或極顯著正相關，與重心高、公頃穗數呈極顯著負相關。重心高與成熟期株高呈極顯著正相關。

3討論

3.1冬小麥種植密度與籽粒產量形成

小麥單產由千粒重、穗粒數和單位面積穗數構成[15]。在實際生產中小麥產量受品種特性、生態環境和栽培措施等因素綜合影響，小麥個體平均分配到的光、熱、肥、水等資源均不相同，當群體增加到個體之間發生相互影響時，產量構成三因素很難同時增加，往往彼此間存在著負相關關系，只有協調好群體穗數與穗粒數、千粒重之間的矛盾才能獲得高產[17，21]。隨著種植密度的增加單位面積穗數呈上升趨勢，而穗粒數和千粒重均呈下降趨勢[15-17]，這與本研究結果一致。該結果與群體增大后個體間的相互影響及資源競爭有關，當密度增加到一定范圍后，小麥光合速率減緩，籽粒灌漿速率降低，粒重下降[21-23]。本試驗條件下，冬小麥籽粒產量隨種植密度的增加呈先升高后降低趨勢。已有研究發現，低密度條件下小麥群體較小，密度增加使小麥群體對光能、土地等資源的利用率增加，單位面積穗數增多，盡管穗粒數和千粒重會出現降低，但群體穗數的增產效果在一定范圍內遠超過穗粒數和千粒重降低的損失，小麥產量增加[17，21-25];當種植密度超過一定范圍后，小麥群體質量出現惡化，影響個體生長，單位面積穗數增產不足以抵消千粒重、穗粒數的減產程度，造成產量降低[21，23-26]。產量構成三因素之間相互制約、相互聯系，共同決定了最終產量的高低，實際生產中不能片面追求其中一個或兩個因素，只有充分協調三者之間的關系才能獲得高產。

3.2冬小麥種植密度與莖稈抗倒性能

隨著種植密度的增加，莖稈基部節間變長、株高增加、重心高提高，且基部節間變長、機械強度降低、抗倒指數下降[4，12-15]。這與本研究結果一致。前人研究表明，播期推遲可有效降低冬小麥株高、重心高及莖稈基部節間長，提高莖稈直徑、壁厚、干重及充實度，有利于提高莖稈強度和抗倒性能[15，20，27]。這可能是因為增密條件下晚播使小麥株高、基部節間長和重心高較常規播期降低，使基部第2和第3節間機械強度提高，進而使小麥莖稈抗倒指數的降幅減緩，導致適度密植小麥在適期晚播條件下莖稈抗倒性能得到提升。本研究表明，莖稈基部節間機械強度及抗倒指數均與產量、千粒重、穗粒數及成穗率呈顯著或極顯著正相關，與公頃穗數和重心高呈極顯著負相關。這與王成雨等[28]關于山農15的研究基本一致。崔正勇等[29]的研究也發現，小麥莖稈的重心高能準確反映莖稈抗倒性能的強弱，莖稈重心高越低，發生倒伏的幾率越小。在小麥晚播生產中，采用適當密植，構建合理群體、健壯個體發育、增強莖稈機械強度、提高小麥抗倒性能是實現該地區小麥穩產高產、抗逆應變的良好基礎。

4結論

本試驗條件下，晚播冬小麥基本苗300萬/hm2產量最高，但與基本苗225萬/hm2和375萬/hm2處理差異不顯著。相關性分析表明，莖稈機械強度及抗倒指數與成穗率、產量、千粒重、穗粒數呈顯著或極顯著正相關，與重心高及公頃穗數呈極顯著負相關。冬小麥隨著種植密度的增加表現出株高、穗長增加而穗粒數減少和莖弱、易倒的特點，晚播條件下該區域選擇基本苗225萬～300萬/hm2可有效降低冬小麥倒伏風險，促進抗逆穩產高產。