超晚播對冬小麥光合特性、干物質積累及產量的影響

田文強,郭 飛,聶凌帆,孫剛剛,王泓懿,史永清,尚艷明,吳 利,石書兵,張金汕

(1.新疆農業大學農學院,烏魯木齊 830052;2.新疆塔城地區農業技術推廣中心,新疆塔城834700;3.新疆塔城地區農業科學研究所,新疆塔城 834700)

0 引 言

【研究意義】超晚播小麥是指冬前葉齡低于三片葉的小麥,最晚播的小麥冬前甚至不出苗(俗稱“包蛋麥”)[1]。新疆北疆超晚播小麥適宜播種期為10月中旬至11月中旬,而北疆棉花、玉米及其它復播作物收獲時間為9月中旬至10月底,超晚播小麥為晚秋作物倒茬提供了一條新途徑[2,3]。與適期播種冬小麥相比,超晚播小麥早春利用積雪融水出苗,可節約底墑水、出苗水、越冬水,節水潛力巨大[4];超晚播小麥較春小麥相比,具有出苗早、成熟早的優勢[3],可降低干熱風的危害[5,6],提高產量。【前人研究進展】20世紀60年代,我國僅有新疆[7,8]、東北[9]等部分區域有超晚播小麥生產經驗介紹。90年代,在新疆北疆地區初步開展超晚播小麥試驗研究[10],總結出栽培技術要點[11],但也缺乏系統的科學試驗研究。近年來,由于倒茬和節水的需要,超晚播小麥栽培技術受到重視,有關超晚播小麥研究也逐漸增多。【本研究切入點】目前,超晚播小麥研究大多圍繞品種選擇及冬播春麥[12-15]為主進行,有關適期播種冬小麥與超晚播小麥對比研究鮮有報道。王銅等[12]研究表明在北疆地區10月下旬至11月上旬是超晚播小麥的適播期,在此時間段,北疆地區時常發生降雨降雪等惡劣降溫天氣,影響小麥播種與萌發,故需要進一步對超晚播小麥適宜播期進行篩選。【擬解決的關鍵問題】采用隨機區組設計,設置5個超晚播期處理,以當地適期播種為對照,比較播期對小麥光合特性、干物質積累與分配及產量差異,為新疆北疆地區超晚播小麥篩選出最佳播種日期。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2021年9月～2022年8月在塔城地區農業科學研究所(46°21′ N,82°41′ E)進行,海拔415 m,土壤類型為沙壤土,前茬作物為小麥。試驗前0～20 cm土層pH 8.47,有機質含量10.37 g/kg,全氮0.72 g/kg,有效氮45.37 mg/kg,有效磷4.12 mg/kg,有效鉀107.9 mg/kg,播前基肥施磷酸二銨300 kg/hm2。供試品種為當地栽培的新冬18號。圖1,圖2

注:11月2日后大田土地出現晝化夜凍現象

圖 2 小麥灌漿期的降雨量、最高氣溫及最低氣溫

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

采用單因素隨機區組設計,設10月25日、10月30日、11月4日、11月9日、11月14日5個超晚播種處理,分別用D1、D2、D3、D4、D5表示,以當地適宜播種期(選擇9月29日)為對照(CK)。適期播種小麥(CK)播種量500×104粒/hm2,超晚播小麥播種量900×104粒/hm2,人工開溝播種,行距20 cm,播種深度3～5 cm,小區面積2×5=10 (m2),重復3次。試驗地四周設置保護行,適期播種小麥(CK)9月15日灌底墑水750 m3/hm2,9月30日灌出苗水300 m3/hm2,10月30日灌越冬水450 m3/hm2,冬前總計灌水1 500 m3/hm2;超晚播小麥冬前10月5日灌底墑水750 m3/hm2,春后灌水與大田管理措施一致。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 出苗率及灌漿時間

出苗后,每個小區分別隨機選取1 m長2行(東西方向各取1行),用木樁做標記,用于測量小麥的出苗數,再根據不同處理的播種量,計算出苗率。

調查各處理小麥開花期和成熟期,計算灌漿時間。

1.2.2.2 葉綠素相對含量

小麥開花后0、7、14、21及28 d,每小區選取具有代表性的小麥10株,采用日本生產的SPAD-502葉綠素測定儀進行測定旗葉葉綠素相對含量(SPAD),每株小麥旗葉均勻測定3次后,取其平均值。

1.2.2.3 光合參數

小麥灌漿期選擇連續晴朗天氣3 d,在11:00～13:00,采用CI-340超輕型便攜式光合測定系統,自然光照條件下測定小麥葉片的凈光合速率(Net Photosynthetic Rate,Pn)、蒸騰速率(Transpiration Rate,Tr)、氣孔導度(Stomatal Conductance,Gs)、胞間CO2濃度(Intercellular Carbon Dioxide Concentration,Ci)。不同處理每次測定10株小麥旗葉,求其平均值。

1.2.2.4 干物質積累量

小麥分蘗期、拔節期、孕穗期、開花期、灌漿期及成熟期,每小區選取具有代表性的10株小麥鮮樣,去根后將植株分為葉片、莖鞘、穎殼和穗軸、籽粒部分,放入105℃烘箱中殺青15 min,80℃烘至恒重后稱干重,分別測定小麥植株各部分的干物質重量。

1.2.2.5 產量及產量構成因素

小麥收獲前,每小區選取有代表1 m2樣區測定有效穗數,另取15株小麥室內考種,測定穗粒數和千粒重等指標,每小區實收測產4 m2。

1.3 數據處理

用Excel 2021、DPS 21.0統計軟件進行數據處理和統計分析。

2 結果與分析

2.1 播期對出苗率和灌漿時間的影響

研究表明,各處理超晚播小麥出苗率顯著低于CK,D1、D2、D3、D4及D5處理平均出苗率(34.31%)比CK低57.22%,超晚播小麥各處理間出苗率差異不顯著,但最大D1較最小D3高9.1%。超晚播小麥較適期播種小麥開花期和成熟期推遲,灌漿時間較短,超晚播小麥比CK開花期平均推遲8.2 d,成熟期平均推遲6 d,灌漿時間平均縮短2.2 d。超晚播小麥各處理間開花期時間差距較大,成熟期時間差距較小,灌漿時間差距較小,開花期時間和成熟期時間最早為D1,最晚為D3,灌漿時間最長也為D1。不同播種時間對小麥出苗率影響很大,還導致超晚播小麥生育推遲,灌漿時間縮短。表1

表1 不同播期下小麥出苗率和灌漿時間變化

2.2 播期對開花后旗葉SPAD值的影響

研究表明,SPAD值與光合作用有密切聯系。各處理小麥旗葉SPAD值隨小麥的開花時間的延長先升高后下降,CK花后7 d達到峰值,超晚播小麥各處理花后14 d達到峰值,花后0 d以CK最大,花后7、14、21及28 d均以D3最大,與CK相比,超晚播小麥花后0、7及14 d旗葉平均SPAD值分別降低3.00%、2.80%、0.02%,花后21、28 d分別增加1.29%、3.83%。在超晚播條件下,旗葉SPAD值隨播期的推遲先升高后下降,開花0～28 d均以D3處理最大,D1處理最小,花后14 d D1較D3低6.05%。與適期播種冬小麥相比,超晚播小麥旗葉SPAD值開花前期低,而后期高,可能對小麥花后不同時間段的光合作用產生影響。圖3

圖 3 不同播期處理下小麥旗葉葉綠素相對含量變化

2.3 播期對旗葉光合參數的影響

研究表明,各播期處理間Pn和Tr差異顯著,Gs和Ci差異不顯著。各處理超晚播小麥平均Pn[24.98 μmol/(m2·s2)]比CK增加1.92%,平均Tr、Gs和Ci都高于CK。在超晚播條件下,Pn、Gs及Ci隨播期的推遲呈先減小后增加趨勢,Tr則無明顯規律,Pn最大D1較最小D3顯著提高11.25%,Gs最大D5較最小D2提高13.33%,Ci最大D1較最小D2提高2.70%。

超晚播小麥灌漿期旗葉光合能力高于適期播種冬小麥,且在超晚播條件下,不同處理主要通過影響Pn來影響小麥旗葉光合特性。表2

表2 不同播期下小麥灌漿期旗葉光合參數變化

2.4 播期對干物質積累的影響

研究表明,各處理小麥單株干物質積累量隨小麥的生長逐漸增加,至成熟期達到最大。分蘗期和拔節期各處理超晚播小麥單株干物質積累量都低于CK,孕穗期超晚播小麥平均值(3.54 g/株)低于CK,開花期至成熟期各處理超晚播小麥都高于CK。超晚播條件下,孕穗期至成熟期,隨著播期的推遲,小麥單株干物質積累量均呈先增加后減小趨勢,均以D3處理最大。拔節期各處理間差異不顯著,孕穗期至成熟期各處理間差異顯著,孕穗期至成熟期,最大D3比最小D1分別依次高出1.13、2.58、2.96、3.86和4.13 g/株。

隨著小麥的生長,超晚播小麥單株干物質積累量逐漸趕超適期播種冬小麥,而超晚播小麥各處理單株干物質積累量相差值也逐漸增大。圖4

圖4 各播期處理小麥的干物質積累動態

2.5 播期對成熟期干物質分配的影響

研究表明,不同播期處理對成熟期莖鞘、葉片、穎殼及穗軸、籽粒干物質分配率不存在顯著差異,但對莖鞘、葉片、穎殼及穗軸、籽粒干物質數量存在顯著差異,隨播期的推遲,先增加后減小,均以D3處理最大。各處理超晚播小麥平均莖鞘、葉片、穎殼及穗軸干物質分配率都低于CK,平均籽粒干物質分配率高于CK,而超晚播各處理小麥的莖鞘、葉片、穎殼及穗軸、籽粒干物質數量均高于CK。在超晚播條件下,莖鞘干物質分配率先減小后增大,為D1>D5>D2>D4>D3,籽粒干物質分配率和籽粒干物質分配率先增大后減小,為D1

超晚播小麥比適期播種冬小麥降低了營養器官干物質分配率,提高了籽粒干物質分配率,而超晚播小麥通過影響莖鞘和籽粒物質分配率,影響產量形成。表3

表3 各播期處理下小麥成熟期干物質在不同器官中分配變化

2.6 播期對產量及產量構成因素的影響

研究表明,各播期穗數最高為CK,值為677.67×104/hm2,D1、D2、D3、D4和D5較CK分別顯著減少11.63%、18.90%、25.87%、19.48%和20.76%,而穗粒數和千粒重以CK最低,超晚播小麥平均穗粒數(42.65)、平均千粒重(46.48 g)比CK增加7.87%、4.64%,D1產量最高,較CK提高2.39%,但超晚播小麥平均值(829.22 kg/hm2)較CK產量減少5.55%。超晚播小麥隨播期的推遲,穗數、千粒重和產量變化趨勢一致,均以D1最高,D3最低,穗數、穗數和產量D1比D3分別增加19.21%、2.85%、20.88%,而穗粒數隨播期的推遲先增加后減小,以D3最高,比最低D1增加4.47%。

超晚播小麥較適期播種冬小麥平均產量低,主要是穗數減少導致,而超晚播小麥各處理間產量由穗數和千粒重決定。表4

表 4 各播期處理下小麥產量及 產量構成因素變化

3 討 論

適宜的播期可以構建良好的群體結構,有利于穗數、穗粒數及粒重的協調發展,進而提高產量[16]。超晚播小麥出苗率低,而播期可影響小麥種子越冬形態來影響出苗率[4]。超晚播小麥播種過早,芽太長,抗凍性不強,越冬死亡率高,播種過晚種子不萌動,易產生霉爛,種子萌動或長出1 cm幼芽越冬最佳,死亡率最低,冬前≥0℃積溫30～40℃為宜[17-18]。超晚播小麥最適播種期是5 cm地溫穩定在0～3℃時,在越冬時小麥種子遭受凍害較輕[8]。試驗研究表明,適期播種冬小麥較超晚播小麥開花期和成熟期提前,灌漿時間長,花后0～28 d旗葉SPAD值和單株干物質積累量前期高后期低,成熟期營養器官分配率高,籽粒分配率低,粒重顯著減少,可能是由于適期播種冬小麥生長周期長,前期營養生長積累充足,生長發育快,籽粒灌漿時間早,但2022年提前出現高溫天氣,CK籽粒灌漿早期(5月24日～5月28日)持續高溫,而超晚播小麥灌漿早期(5月29日～6月6日)氣溫下降所導致的結果。超晚播小麥旗葉光合作用強,成熟期單株干物質積累多,穗數顯著減少,穗粒數增加,產量低,可能是超晚播小麥幼苗越冬受凍害引起出苗率低,基本苗少,易形成健壯單株的緣故,故選擇出苗率高的播期是保障超晚播小麥產量的關鍵。

超晚播小麥產量的提高取決于穗數和千粒重的增加。選擇不同播期會影響小麥出苗率,影響超晚播小麥構建良好群體,進而影響穗數的多少;粒重主要受灌漿期溫度影響,小麥成熟過晚極易受干熱風影響,降低粒重[5],超晚播小麥播種越早成熟就越早,受高溫干熱風影響導致粒重降低的危害機率就越低,但10月中旬播種,若遇到暖冬年份,超晚播小麥可能生長至2葉期以上苗齡,加大了遭受嚴重凍害的風險[12]。試驗研究表明:在超晚播條件下,D1處理較其它處理出苗率高,生長快,灌漿時間較長,旗葉凈光合速率強,單株干物質積累減少,成熟期莖鞘干物質分配較高,穗數增多,粒重提高,產量提高,D1處理小麥冬前生長合理,抗凍性強,越冬死亡率低,基本苗數多,其播種早出苗早,營養生長時間長,營養器官積累多,且生育進程提前,籽粒灌漿期溫度明顯低于其它處理所導致。D3處理出苗率低,生長慢,灌漿時間較短,旗葉凈光合速率弱,單株干物質積累增多,成熟期籽粒干物質分配較高,穗數減少,粒重降低,可能是由于雪后播種,土壤與積雪混雜一起覆蓋在種子上,后期積雪融化后,導致土壤孔隙過大,種子與土壤接觸不緊實,此時期土地晝化夜凍,導致種子萌發遲緩,雖播種早,但出苗最晚,生育進程推遲,籽粒灌漿受高溫影響大,且營養生長時間短,營養器官積累少,加之該處理小麥冬前生長形態抗凍性弱,越冬條件更為惡劣,引起越冬死亡率增加,基本苗減少所導致。故在播期選擇時,超晚播小麥應避免田間存在積雪時播種。

4 結 論

4.1超晚播小麥孕穗期-成熟期單株干物質積累量、籽粒干物質分配率D3最高;平均穗數、產量分別減少19.33%、5.55%,平均穗粒數、千粒重分別增加7.87%、4.64%,超晚播小麥穗數、千粒重及產量D1最高,較D3分別增加19.21%、2.85%、20.88%,穗粒數D3最高,較D1減少4.47%。

4.2新疆北疆超晚播小麥應選擇在10月下旬至11月上旬田間無積雪無凍土時播種,且在播種后近期無明顯降雪天氣最佳。