休闲期深松及播期对旱地小麦干物质累积特性与产量的影响

高培芳1,金永贵2,孙 敏2,梁艳妃2

(1.山西农业大学 新农村发展研究院,山西 太谷 030801;2.山西农业大学 农学院,山西 太谷 030801)

摘要为确定黄土高原雨养农田高产栽培的适宜播期,于2013-2015年选用运旱20410作为试验材料,设置休闲期深松(SS)、传统耕作(CK)2个耕作方式,设9月20日(早播,D1)、10月1日(中播,D2)、10月10日(晚播,D3)3个播期,分析休闲期深松条件下不同播期对土壤蓄水量、干物质累积的影响。结果表明,休闲期深松有利于提高各生育时期土壤蓄水量、各生育阶段干物质累积量及累积速率、花前各器官干物质累积量、产量。休闲期深松条件下,越冬期-孕穗期土壤蓄水量以中播处理最高,以早播处理最低;而开花后土壤蓄水量以中播处理最低。中播处理可显著提高各阶段干物质累积量、累积速率。休闲期深松条件下,中播处理较早、晚播显著提高产量5%~10%。对照条件下,中播处理较早、晚播处理显著提高产量9%~11%。开花期不同器官中干物质累积量大小表现为茎秆>叶片>穗。产量的形成与花后干物质累积量的关系更为密切。叶片、茎秆+叶鞘干物质累积量与产量呈线性关系,且正相关,颖壳+穗轴干物质累积量与产量呈抛物线关系。总之,休闲期深松配套10月1日播种有利于改善土壤水分,提高干物质累积转运,从而实现增产。

关键词休闲期深松;播期;干物质累积;产量

适墒播种使旱地小麦尽可能地利用秋冬季水、光、温等资源,培育壮苗,提高产量,早播和晚播对产量形成有不同程度的不利影响[1]。Sun等[2]通过研究不同播期对华北平原小麦产量的影响,结果得出,10月10日前播种的产量无显著差异,此后,产量随播期的推迟显著降低;李东升等[3]研究认为,11月22日播种较11月8日播种减产14个百分点。实际生产中,旱地麦田只能等雨播种。为此,如何蓄积7-9月的休闲期降水,提高底墒调节播期成为旱地小麦增产的关键。前人在耕作影响土壤蓄水能力方面进行了大量的研究。侯贤清等[4]研究表明,休闲期深松能提高土壤集雨增墒的能力,增加播种期及生长季0~2 m土壤的水分。王云奇等[5]研究表明,深松+旋耕处理较旋耕处理提高越冬、拔节、开花、成熟期的土壤水分达36,34,24,41 mm。此外,播期影响植株干物质吸收和转运已有较多研究。王永平等[6]研究认为,里下河麦区的最佳播期是10月25日左右。屈会娟等[7]研究表明,适期晚播可提高冬小麦成熟期的单茎籽粒质量,提高各营养器官的花前干物质累积量以及转运量对籽粒的贡献率。可见,耕作和调节播期均可影响植株养分转运,从而影响产量,耕作实现蓄水的前提下如何调节播期来实现增产有待深入探讨。

本试验研究旱地耕作条件下,不同播期对植株干物质累积转运的影响,旨在为旱地小麦蓄水适期播种实现增产提供一定理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地基本概况

试验在山西省闻喜县邱家岭村旱地小麦试验基地(35°20′N,111°17′E)进行。该地区为丘陵旱地,属于暖温带大陆性季风气候,年均气温12.9 ℃,年均日照时数2 242.0 h,无灌溉条件。2013年6月15日测定0~20 cm土壤肥力为:有机质10.18 g/kg,水解氮39.32 mg/kg,速效磷16.62 mg/kg。2014年6月15日测定0~20 cm土壤肥力为:有机质9.55 g/kg,水解氮37.65 mg/kg,速效磷17.64 mg/kg。试验区降雨主要集中在7-9月。2013年7月-2015年9月各月降雨分布如图1所示(气象资料来源于闻喜县气象局)。

图1 闻喜县试验基地降水量
Fig.1 Precipitation at the experimental site in Wenxi

1.2 试验材料

供试品种为运旱20410。

1.3 试验设计

试验为定位试验,始于2013年9月20日。采用二因素裂区设计,主区为休闲期耕作,设休闲期深松(SS)、对照(传统耕作,CK)2个水平,副区为播期,设9月20日(早播,D1)、10月1日(中播,D2)、10月10日(晚播,D3)3个水平。每个处理重复3次。小区面积20 m2(4 m×5 m)。7月15日深松,8月25日旋耕,播前底肥纯氮150 kg/hm2,P2O5 150 kg/hm2,K2O 150 kg/hm2,生育期不追肥。播量为90 kg/hm2,基本苗2.25×106株/hm2,膜际条播,行距30 cm。6月16日收获。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 土壤水分测定 冬小麦越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期在每个小区随机选取2个样点,用土钻采集0~200 cm的土壤,每20 cm为一土层,采集土样后即刻装入铝盒,称量鲜土质量,105 ℃烘干至恒重,计算各土层土壤蓄水量。

1.4.2 植株干物质量测定 于各生育时期取样20株,按照器官分开,于105 ℃杀青30 min,75 ℃烘至恒重。

1.4.3 成熟期考种及产量测定 收获前调查每小区单位面积内穗数、穗粒数及千粒质量,每小区实收计产。

1.4.4 土壤蓄水量、干物质累积及转运的测定 其计算分别参照白冬等[8]、范雪梅等[9]的方法进行。

土壤蓄水量(mm)=((湿土质量-烘干土质量)/烘干土质量×100%)×土层厚度(mm)×各土层容重;

花前干物质运转量=开花期营养器官干物质累积量-成熟期营养器官干物质累积量;

花前运转干物质贡献率=花前干物质运转量/籽粒干物质累积量×100%;

花后干物质累积量=成熟期植株干物质累积量-开花期植株干物质累积量;

花后积累干物质贡献率=花后干物质累积量/籽粒干物质累积量×100%。

1.5 数据统计

采用Microsoft Excel 2003整理数据、绘制图表;采用SPSS 10.0软件进行数据统计分析和检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 休闲期深松和播期对各生育时期0200 cm土壤蓄水量的影响

连续2年的试验结果表明(图2),休闲期深松较CK可显著提高各生育时期土壤水分。深松条件下,中播处理较早、晚播处理可显著提高越冬期-孕穗期土壤蓄水量,2013-2014年以早播处理最低,2014-2015年以晚播处理最低;而开花期-成熟期土壤蓄水量以中播处理最低。CK条件下,2013-2014年越冬期-孕穗期土壤水分以中播处理最高,2014-2015年越冬期-孕穗期土壤蓄水量以早播处理最高,但越冬期与中播处理差异不显著。可见,休闲期深松对各生育时期土壤水分的蓄保有显著调节作用,且配套适期播种更有利于各生育时期蓄水量的提高,过早或过晚播种都会导致蓄水量降低。

SS.深松;CK.传统耕作;D1.早播;D2.中播;D3.晚播;WS.越冬期;JS.拔节期;BS.孕穗期;AS.开花期;MS.成熟期;
不同小写字母表示不同处理在5%水平上差异显著。
SS. Subsoiling during fallow period; CK.Traditional tillage; D1.Early sowing date; D2. Timely sowing; D3. Late sowing date;
WS. Winter stage;JS. Jointing stage;BS. Booting stage;AS.Anthesis stage;MS.Maturity stage.
Different letters meant significant difference at 0.05 level among treatments.

图2 休闲期深松及播期对各生育时期0~200 cm土壤蓄水量的影响(2013-2015年 )
Fig.2 Effect of subsoiling during fallow period and sowing date on soil water
storage at the depth of 0-200 cm at different growth stages

2.2 休闲期深松和播期对干物质累积的影响

2.2.1 休闲期深松和播期对干物质累积量及累积速率的影响 耕作及播期可显著影响冬小麦各生育阶段干物质累积量及累积速率(表1)。小麦群体干物质累积量、累积速率均以拔节-开花期最高,开花-成熟期次之。休闲期深松较CK可显著提高出苗-开花期干物质累积量及累积速率。中播处理可显著提高各阶段干物质累积量、累积速率,出苗-越冬期、开花-成熟期干物质累积量以早播处理显著最低,越冬-开花期以晚播处理最低。可见,休闲期深松蓄水条件下,配套中播处理更有利于促进小麦各生育期干物质的累积。

2.2.2 休闲期深松和播期对成熟期各器官干物质累积及分配比例的影响 成熟期各器官干物质累积量及所占整株比例以籽粒最高,茎秆+叶鞘次之,颖壳+穗轴最低(表2)。休闲期深松较CK可显著提高成熟期各器官干物质累积量,其中,叶片、茎秆+叶鞘、颖壳+穗轴、籽粒分别提高1 435~1 530 ,1 448~1 787 ,425~592 ,4 257~4 616 kg/hm2。中播处理可显著提高成熟期各器官干物质累积量,且深松条件下叶片、茎秆+茎鞘于早、晚播处理之间无显著差异,对照条件下叶片、籽粒于早、晚播处理之间无显著差异。无论深松与否,早、晚播处理较中播处理均显著提高了叶片、籽粒干物质累积量在整株中所占比例,且二者之间无显著差异;中播显著提高颖壳+穗轴干物质累积量在整株中所占的比例。可见,休闲期深松蓄水条件下,采用中播处理提高成熟期各器官干物质累积量。

表1 休闲期深松和播期对各生育阶段干物质累积的影响(2013-2014年)
Tab.1 Effect of subsoiling during fallow period and sowing date on dry matter
accumulation at different growth stages(2013-2014)

注:表中数据均为3次重复的平均值±标准差; 不同小写字母表示不同处理在5%水平上差异显著。
Note: Data in the table was the average of three replicates;Different letters meant significant difference at 0. 05 level among treatments.

表2 休闲期深松和播期对成熟期各器官干物质累积及分配比例的影响(2013-2014年)
Tab.2Effectof subsoiling and sowing date on dry matter accumulation and ratio at different growth stages>(2013-2014)

2.3 各生育阶段干物质累积量与产量的关系

休闲期深松较CK可显著提高产量达17%~22%。休闲期深松条件下,中播处理较早、晚播处理显著提高产量5%~10%。CK条件下,中播处理较早、晚播处理显著提高产量9%~11%。拟合各阶段干物质累积量与产量的关系,开花-成熟期阶段干物质累积量与产量呈线性显著相关关系,线性方程为y = 3.543 7x -5 456.2,相关系数为0.898 6(图3)。可见,产量的形成与花后干物质累积量关系更为密切。

2.4 花前各器官干物质累积对产量的影响

开花期干物质累积量不同器官中的分配比例从小到大表现为穗<叶片<茎秆(图4)。拟合开花期各器官干物质累积量与产量的关系可知,叶片、茎秆+叶鞘干物质累积量与产量呈正相关线性关系,线性方程为:y=1.237 1x + 1 271.7,y=0.787 6x+1 767.3,相关系数为0.808 3,0.656 6。颖壳+穗轴干物质累积量与产量呈抛物线关系,方程为:y= 0.007 5x2 -37.253x + 50 440,相关系数为0.520 2。

2.5 各生育时期土壤水分与干物质积累的关系

2013-2014年和2014-2015年结果表明,越冬期、孕穗期土壤蓄水量与成熟期各器官干物质累积量呈显著正相关关系;拔节期土壤蓄水量与叶片、茎秆+叶鞘、颖壳+穗轴成熟期干物质量呈极显著正相关(表3)。可见,休闲期深松条件下,能够有效促进生育前、中期土壤的蓄水能力,配套中播处理更有利于促进成熟期各器官中干物质累积。

图3 各生育阶段干物质累积量与籽粒产量的相关性(2013-2014年)
Fig.3 Relationship between dry matter accumulation and yield at different growth and development stages(2013-2014)

图4 开花期干物质在不同器官中累积与产量的相关性
Fig.4 Relationship between dry matter accumulation in different organs at anthesis and yield

表3 小麦各生育时期0~00 cm土壤蓄水量与成熟期各器官干物质累积量的相关性
Tab 3 Correlation between 0-200 cm soil water storage and dry matter translocation of wheat at maturity

注:*.在P<0.05 水平差异显著;**.在P<0.01水平差异极显著。

Note:*.Significant difference atP<0.05 level;**.A very significant difference at P<0.01 level .

3 讨论与结论

侯贤清等[4]通过宁南旱地的研究表明,休闲期深松可最大程度地蓄水保墒,提高播前及整个生长季0~2 m 的土壤水分。毛红玲等[10]在渭北旱塬的研究认为,休闲期深松较翻耕处理可提高0~3 m土层平均贮水量达21.5 mm。张慧芋等[11]研究表明,休闲期耕作显著增加旱地小麦播前0~100 cm土壤蓄水量,达18~36 mm,且其蓄水效果可延续至孕穗期。本试验结果表明,休闲期深松较CK提高各生育时期土壤水分。这与王红光等[12]的研究结果一致。可能是由于提前深松可有效蓄积休闲期降雨,提高土壤水分储备水平。

充足的土壤水分有利于小麦的生长发育,直接影响干物质的累积转运,进而影响产量。王红光等[13]研究表明,深松+旋耕、深松+条旋耕处理较旋耕、条旋耕处理可显著提高开花-成熟阶段干物质累积量,利于籽粒产量的提高。郑成岩等[14]研究表明,深松+条旋耕、深松+旋耕可提高成熟期干物质累积量及花后干物质累积量对籽粒的贡献率。本研究表明,深松有利于提高干物质累积量。可能是由于深松打破了犁底层,提高了土壤有效蓄水力,促进了水分和干物质累积。

适期播种是实现小麦生长发育与当地气候相匹配的重要措施,有利于发挥水肥的增产效应,实现增产。关于播期对小麦生长发育及产量的影响前人已进行了大量研究。丁锐钦等[15]研究表明,生育期总茎蘖、单株茎蘖和单株成穗数均随播期推迟而降低;9月28-30日播种,穗部干物质积累量增加最多,产量构成因素和产量均最高。王楠等[16]通过关中中部的研究表明,九麦2号产量为7 500~8 250 kg/hm2的适宜播期为10月11-19日。本研究认为,休闲期深松条件下,中播处理较早、晚播显著提高产量5%~10%。CK条件下,中播处理较早、晚播处理可显著提高产量9%~11%。屈会娟等[17]研究表明,适期晚播可以提高成熟期籽粒干物质累积量,提高各营养器官花前干物质累积量,以及转运干物质对籽粒重的贡献率。本研究表明,早、中播处理较晚播处理可提高越冬期-孕穗期植株干物质量,而中、晚播可提高开花期-成熟期干物质累积量。中播处理可显著提高各阶段干物质累积量、累积速率。晚播处理较早、中播处理显著提高花后干物质累积量对籽粒的贡献率。可能是由于早播生长发育较快,消耗了较多的干物质。晚播由于冬前有效积温低,出苗推迟,进而减少分蘖、次生根,使养分积累不足,冬前难以壮苗,营养器官花后累积的干物质向籽粒的转运量较少,最终导致有效成穗数减少,难以获得高产[18-20]

本研究表明,休闲期深松可提高土壤接纳降雨的能力,提高各生育时期0~2 m土壤水分;深松条件下,中播处理可显著提高各阶段干物质累积量、累积速率;早、中播处理有利于形成冬前壮苗,中、晚播处理有利于生育后期干物质量累积;开花期和成熟期土壤水分与花后干物质累积量关系密切,以中播处理获得最高的产量。本试验休闲期深松蓄水条件下,10月1日播种是实现增产的最佳播期。

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Effects of Subsoiling During Fallow Period and Sowing Date on Dry Matter Accumulation and Yield of Wheat in Dryland

GAO Peifang1,JIN Yonggui2,SUN Min2,LIANG Yanfei2

(1.College of New Rural Development,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China;2.College of Agriculture,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,China)

AbstractTo determine the appropriate sowing date of high-yielding cultivation in Yuncheng Area of Shanxi Province,the experiment was conducted in the wheat growing season of 2013-2015 under two tillage subsoiling(SS)and traditional tillage(CK),and September 20(early sowing date,D1),October 1(conventional sowing date,D2),October 10(late sowing date,D3)three sowing date study the effects of SS on the water changes of soil and contribution of dry matter accumulation and remobilization to yield and the adjusting effects of sowing dates. The results showed that the soil water storage was increased under SS in fallow period at different growth stages. Adoption of SS obviously improved dry matter weight, dry matter accumulation and at different growth stages,yield. In fallow period, the soil water storage was the highest under D2 treatment between winter to booting stage and the lowest under D1 treatment; the soil water storage was the lowest after anthesis under D2 treatment. D2 treatment could significantly increase the dry matter accumulation and accumulation rate in each stage. The yields were significantly increased by 5%-10% under D2 treatment under the condition of subsoiling during the fallow period. Under the control conditions, the D2 treatment significantly increased the yield by 9% to 11%. The dry matter accumulation in different organs at anthesis stage showed stem> leaf> ear. The formation of yield was more closely related to the dry matter accumulation after anthesis. The leaf and stems + sheaths dry matter accumulation showed a linearly relationship with the yield and it was positively correlated. The accumulation of dry matter in the glume + spike was parabolic with yield. The dry matter accumulation of ears was significantly parabolic correlated with the yield. In short, subsoiling during the fallow period plus the sowing date of October 1 was beneficial to promote that storage of soil water moisture and increasing dry matter accumulation and translocation, thereby increasing the yield of wheat.

Key words:Subsoiling during fallow period;Sowing date;Dry matter accumulation;Yield

中图分类号S512.01

文献标识码:A

文章编号:1000-7091(2018)04-0160-07

doi:10.7668/hbnxb.2018.04.023

收稿日期2018-04-12

基金项目山西省回国留学人员科研资助项目(2017-068);晋中市科技计划项目(Y172007-2)

作者简介高培芳(1963-),男,山西翼城人,副教授,硕士,硕士生导师,主要从事无公害农产品生产技术教学和植物生长发育研究。