播期對超晚冬麥莖稈性狀及群體動態的影響

田文強,董艷雪,史永清,雷鈞杰,孫剛剛,王泓懿,聶凌帆,郭 飛,艾洪玉,石書兵,張金汕

(1.新疆農業大學農學院,烏魯木齊 830052;2.新疆塔城地區農業科學研究所,新疆塔城 834799;3.新疆農業科學院糧食作物研究所,烏魯木齊 830091;4.新疆塔城地區農業技術推廣中心,新疆塔城 834700)

0 引 言

【研究意義】新疆北疆棉花、玉米及其它復播作物收獲后已進入初冬,此時播種的小麥以種子或發芽的形態越冬,翌年春天天氣轉暖恢復生長,利用早春融雪水出苗,一般稱此類小麥為“超晚播小麥”[1,2]。因此,超晚播小麥適合秋季收獲較晚地塊種植,實現作物倒茬,此外其還具有節水[3]、產量高[4,5]等優勢。【前人研究進展】超晚播小麥以種芽狀態經歷漫長冬季低溫,極易受到凍害影響,春季出苗率會低,且受年際影響較大,出苗率不穩定[5-7]。加之其春后出苗,氣溫上升快,營養積累少,分蘗時間短,發生快,分蘗能力下降,成穗多以主莖為主,單位面積收獲穗數會減少,影響產量[8]。而適期播種冬小麥冬前可以充分利用光、熱、水、氣等資源,形成壯苗,有利于分蘗的發生及干物質的積累,保障小麥安全越冬,為其創建優良小麥群體獲得高產奠定基礎[9,10]。【本研究切入點】超晚播小麥出苗率低,影響收獲穗數[3],目前已有研究通過改變播期[3,7]、進行種子包衣[4]等栽培措施來改善,但有關不同播期的超晚播小麥因基本苗數不足,影響小麥莖稈性狀及群體動態的研究鮮有報道。超晚播小麥所處生態環境、生育生理及產量的形成等較適期播種冬小麥相比,具有自身的特殊性,需對比二者生長發育過程的異同。【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,選擇當地適宜播種日期為對照,比較播期對小麥莖稈性狀及群體動態的差異,為新疆北疆超晚播小麥生產提供一定理論依據。

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(N46°21′,E82°41′)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。

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T1、T2、T3、T4、T5表示,以當地適宜播種期(選擇9月29日)為對照(CK)。供試品種為當地主栽的新冬18號,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,春后灌水及大田管理措施一致。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 莖稈性狀

小麥成熟后,每個小區選取具有代表性小麥10株,測量小麥主莖和分蘗的高度、節間長度及節間直徑,并計算小麥株高整齊度,其用株高變異系數的倒數表示。

1.2.2.2 總莖數動態

每個小區選取具代表性1 m樣段,分別于4月11日、4月21日、5月1日、5月11日、5月21日、5月31日、6月11日連續調查總莖數動態變化。

1.2.2.3 葉面積指數

小麥分蘗期、拔節期、孕穗期、灌漿期及成熟期,每個小區連續選取長勢整齊一致且具有代表性樣段中20株小麥,采用長寬系數法測定綠葉面積,計算單株平均綠葉面積。

葉面積指數(LAI)=總莖數×單莖綠葉面積÷土地面積。

1.2.2.4 干物質量

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,放入105℃烘箱中殺青15 min,80℃烘至恒重后,分別稱其干重,再根據基本苗數,計算群體干物質重。

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 播期對株高和節間長度的影響

研究表明,各處理超晚播小麥主莖平均整齊度(19.96)比CK減少11.19%,而各超晚播處理差異較大,T1最高,T3最低。T1、T2、T3、T4及T5處理小麥主莖株高顯著低于CK,各處理超晚播小麥平均株高(87.15 cm)較CK降低5.35%,相差4.93 cm,T3處理株高與T1、T2、T4及T5差異顯著,且為超晚播各處理中最低。各處理超晚播小麥主莖節間總長度顯著低于CK,平均值(44.53 cm)較CK降低9.27%,相差4.55 cm,T3處理節間總長度與T1、T2、T4及T5差異顯著,也為超晚播各處理中最低。各處理超晚播小麥主莖第一節間長度平均值(4.15 cm)較CK增加37.42%,相差1.13 cm;第二節間平均值(9.60 cm)減少0.52%,相差0.05 cm;第三節間平均值(13.89 cm)減少18.05%,相差3.06 cm;第四節間平均值(18.07 cm)減少25.73%,相差6.26 cm。而在超晚播各處理中,各節間長無明顯規律,但以T3處理最小。表1

表1 不同播期下小麥主莖株高及節間長度變化

各處理超晚播小麥分蘗平均整齊度(14.58)比CK減少25.99%,而各超晚播處理差異較大,T2最高,T3最低。T1、T2、T3、T4及T5處理小麥分蘗株高顯著低于CK,各處理超晚播小麥平均株高(83.75 cm)較CK降低6.70%,相差6.01 cm,T3處理株高與T1、T2、T4及T5差異顯著,且為超晚播各處理中最低。各處理超晚播小麥主莖節間總長度顯著低于CK,平均值(43.99 cm)較CK降低14.83%,相差7.66 cm,T3、T4處理節間總長度與T1、T2及T5差異顯著,T3為超晚播各處理中最低。各處理超晚播小麥分蘗第一節間長度平均值(4.45 cm)較CK增加14.99%,相差0.58 cm;第二節間平均值(9.78 cm)減少12.29%,相差1.37 cm;第三節間平均值(13.44 cm)減少22.18%,相差3.83 cm;第四節間平均值(18.30 cm)減少11.89%,相差2.47 cm。而在超晚播各處理中,各節間長無明顯規律,但均以T3處理最小。

與適期播種冬小麥相比,超晚播小麥株高整齊度降低明顯,株高顯著降低,超晚播小麥各處理主莖與分蘗的株高、節間長度變化規律基本一致,整齊度差異較大,但T3各項指標在各處理中均較小。表1,表2

表2 不同播期下小麥分蘗株高及節間長度變化

2.2 播期對小麥節間直徑的影響

研究表明,各處理主莖平均節間直徑無明顯差異,超晚播各處理平均節間直徑的平均值(3.51 mm)較CK增加0.86%,各處理超晚播小麥主莖第一節間直徑平均值(3.00 mm)較CK減少12.34%,第二節間平均值(3.56 mm)增加2.59%,第三節間平均值(3.85 mm)增加0.52%,第四節間平均值(3.91 mm)增加9.49%。在超晚播各處理中,主莖平均節間直徑和各節間直徑無明顯規律,但T3各項指標在各處理中均較大。表3

超晚播各處理分蘗平均節間直徑的平均值(2.77 mm)較CK減少7.05%。各處理超晚播小麥分蘗第一節間直徑平均值(2.55 mm)較CK減少1.92%,第二節間平均值(2.89 mm)增加1.40%,第三節間平均值(2.97 mm)減少10.27%,第四節間平均值(3.18 mm)減少5.92%。在超晚播各處理中,分蘗平均節間直徑和各節間直徑無明顯規律,但平均節間直徑、第三節間直徑及第三節間直徑,均以T3最大。表4

表4 不同播期處理下小麥分蘗節間直徑變化

與適期播種冬小麥相比,超晚播小麥主莖平均節間直徑幾乎沒有差異。超晚播小麥各處理主莖與分蘗的平均節間直徑及各節間直徑無明顯規律,但T3各項指標在各處理中均較大。

2.3 播期對小麥總莖數動態變化的影響

研究表明,各處理總莖數隨時間的推遲先升高后下降,各階段CK總莖數均大于超晚播小麥各處理,且CK的總莖數高峰出現于4月21日左右,而超晚播小麥各處理的總莖數高峰出現日期較CK推遲,于5月1日出現。5月1日各處理超晚播小麥平均值(712.10×104/hm2)較4月21日CK總莖數減少20.26%,6月11日各處理超晚播小麥平均值(548.76×104/hm2)較CK減少22.50%。在超晚播條件下,各階段T3處理總莖數顯著均低于其它處理,T1、T2、T4及T5間差異較小,其中以T1最大,4月11日總莖數T1較T3增加25.85%,5月1日T1較T3增加29.86%,而6月11日T1較T3增加16.24%。圖1

圖1 各播期處理小麥的總莖數動態

超晚播小麥總莖數較適期播種冬小麥大幅降低,超晚播小麥最終收獲穗數減少,而在超晚播條件下,基本苗數是決定收獲穗數的關鍵。

2.4 播期對小麥葉面積指數動態變化的影響

研究表明,各處理小麥葉面積指數隨小麥的生長先增加后減小,均于孕穗期達到峰值。各生育階段CK葉面積指數均大于各處理超晚播小麥,分蘗期至成熟期各生育期超晚播小麥葉面積指數平均值較CK分別減少22.67%、22.83%、28.74%、23.95%、15.85%,兩者相差比例呈先升高后下降趨勢,于孕穗期相差最大。在超晚播條件下,各生育階段葉面積指數均為T1>T4>T5>T2>T3,孕穗期T3分別較T1、T4、T5、T2減少36.37%、23.94%、18.54、2.82%。圖2

圖2 各播期處理下小麥葉面積指數變化

超晚播小麥葉面積指數較適期播種冬小麥減少幅度較大,進而會影響小麥群體光合作用,在超晚播條件下,葉面積指數前期影響較大,進而影響整個生育期葉面積指數的變化。

2.5 播期對小麥干物質重動態變化的影響

研究表明,各處理小麥群體干物質積累量隨小麥的生長逐漸增加,至成熟期達到最大。各生育期CK干物質重均高于各處理超晚播小麥,分蘗期至成熟期各生育期超晚播小麥干物質重平均值較CK分別減少42.00%、41.48%、30.83%、10.00%、13.21%、17.01%,兩者相差比例呈先下降后下升高趨勢,于分蘗期相差最大,開花期相差最小。在超晚播條件下,各生育期干物質重均為T1>T4>T2>T5>T3,分蘗期T3分別較T1、T4、T2、T5減少24.28%、20.78%、20.57%、11.97%,而成熟期T3分別較T1、T4、T2、T5減少18.93%、15.52%、11.11%、6.41%。圖3

圖3 不同播期處理下小麥干物質積累變化

超晚播小麥較適期播種冬小麥生長前期群體干物質積累量緩慢,生長后期加快,超晚播小麥各處理群體干物質積累量相差值隨小麥生長逐漸縮小。

3 討 論

小麥莖稈性狀可以體現個體生長發育平衡動態,其各項指標過高或過低均不利于小麥個體生長發育及產量形成,且與小麥生長后期植株群體性倒伏密切相關[11]。李英華等[12]研究發現,與早播和適期播期相比,適當晚播小麥的基部節間長、株高和莖稈重心高度顯著降低。這與周正柏[13]和張春艷等[14]研究結果基本一致。而衣政偉等[15]認為,播期對小麥第二節間影響顯著,對第一、三、四節間影響不顯著。張晶等[16]研究表明,不同播種期,主莖與分蘗的株高差異顯著,且主莖株高高于分蘗。袁雅妮等[17]研究認為,晚播可以降低植株高和重心高,有效增強小麥倒伏,同時增加小麥植株莖粗系數和節間充實度,但對節間直徑影響較小。研究表明,與適期播種冬小麥相比,超晚播小麥株高顯著降低,與第三、四節間長度減少相關,而平均節間直徑差異較小,與前人研究基本一致。但超晚播小麥株高整齊度顯著降低,主莖與分蘗各長度指標變化規律基本一致,整齊度差異較大,而主莖與分蘗直徑指標存在差異,補充了前人的研究。

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[18],而晚播小麥個體偏弱,群體較小,群體質量差,不利于產量形成[19]。目前研究普遍認為隨播期的推遲,小麥總莖數會減少,且隨生育進程的推遲,群體莖蘗數呈先升后降的變化趨勢,于拔節期到達峰值[19-21]。薛麗華等[3]通過超晚冬播春麥試驗發現,超晚播小麥較正常播種春小麥基本苗數、最高總莖數及葉面積指數大幅降低,群體干物質重大幅增加。與王銅等[7]研究結果基本一致。蘇文平等[22]通過臨冬播種不同冬春小麥品種試驗表明,隨生育期的推移,各品種小麥總莖數和群體葉面積指數呈先升后降的變化趨勢,而群體干物質重逐漸積累,至成熟期最高,這與常規播種條件下試驗結果一致。試驗表明,較適期播種冬小麥相比,超晚播小麥總莖數、葉面積指數及群體干物質重均大幅降低,隨小麥生長,總莖數和葉面積指數也呈先升后降的變化趨勢,但總莖數峰值提前出現,而群體干物質重呈上升趨勢,至成熟期最大。與前人研究結果基本一致。

超晚播小麥出苗率低是制約生產的主要問題,而播期可影響小麥種子越冬形態來影響出苗率[3]。在新疆北疆地區10月下旬至11月上旬播種,超晚播小麥冬前不出苗,以萌動或發芽的形式越冬,出苗率高[7]。試驗中,超晚播小麥T3處理較其它處理差異明顯,具體表現為莖稈長度指標均較小,直徑指標均較大,且在生育期內,總莖數、葉面積指數及群體干物質重大幅降低,在播期選擇時,超晚播小麥應避免田間存在積雪凍土時播種,且需壓實土壤,減少凍害影響。

4 結 論

與適期播種冬小麥相比,超晚播小麥株高和整齊度顯著降低,而節間直徑差異較小,總莖數、葉面積指數及群體干物質重大幅降低,但二者變化趨勢相同。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,出苗率較高,可獲得較合理的群體。