播期、播量对旱作小麦‘小偃60’生长发育、产量及水分利用的影响*

张明明　董宝娣　乔匀周　赵欢　刘孟雨**　陈骎骎　杨红　郑鑫

（1.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省节水农业重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室　石家庄　050022；2.中国科学院大学　北京　100049）



播期、播量对旱作小麦‘小偃60’生长发育、产量及水分利用的影响*

张明明1，2董宝娣1乔匀周1赵欢1，2刘孟雨1**陈骎骎1杨红1，2郑鑫1，2

（1.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省节水农业重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室石家庄050022；2.中国科学院大学北京100049）

在旱作条件下，探讨播期及播量对小麦新品系‘小偃60’群体性状、产量及水分利用的影响，可为小麦适雨栽培提供技术依据。试验于2014—2015年在中国科学院南皮生态农业试验站进行，自10月15日至 11月14日，每6d设置一个播期，共设6个播期（T1～T6），设播量不变（B1）和逐期增加播量（B2）两个处理：B1为300kg·hm-2，T1到T6播量相同；B2为随播期推迟播量逐期增加，每推迟1 d增加7.5kg·hm-2，各播期的播量分别为300kg·hm-2（T1）、345kg·hm-2（T2）、390kg·hm-2（T3）、435kg·hm-2（T4）、480kg·hm-2（T5）和525kg·hm-2（T6），研究了不同播期和播量下‘小偃 60’群体性状、产量及水分利用的变化规律。试验结果表明：1）随播期推迟，出苗时间延长、生育期推迟，全生育缩短；播量对生育期无显著影响。2）随播期推迟，出苗率和单株成穗数逐渐降低；播量增加，基本苗及穗数提高。3）随播期推迟，株高和生物量降低；播量增加，生物量提高，株高无显著变化。4）随播期推迟，籽粒产量下降；逐期增加播量后，11月2日前籽粒产量可达6 600kg·hm-2以上且无显著差异。5）若随播期推迟增加播量，前 4个播期产量、水分利用效率无显著变化，皆达29kg·hm-2·mm-1以上。研究结果表明，‘小偃60’是一个播期宽泛的品种，随播期推迟产量下降，但在一定播期范围内通过增加播量，提高群体（穗数），可以获得与适时播种相近的产量，播量与播期推迟天数的理论关系为y=0.368 2x2+1.193 9x+316.7（R2=0.983 9）。

冬小麦 小偃60 播期 播量产量水分利用效率

河北省环渤海地区淡水资源严重匮乏及土壤盐碱制约农业的发展，水资源的短缺，使作物生产中更为有效地利用水资源变得尤为重要［1］。华北平原是我国重要的粮食产区，小麦产量占全国小麦产量的26％［2］，然而，在冬小麦生长期间，华北平原年平均降水量约为120mm，远低于冬小麦耗水总量［3］。由于气候变暖（影响小麦冬前发育）、秋季低温寡照（推迟玉米熟期）等自然原因，小麦播期有推迟的趋势，调节播期可以延缓小麦越冬前的发育进程，避免冬季小麦植株徒长、苗情过旺，降低了冻害的几率，并由此影响小麦的产量和品质［4-5］。因此，在旱作条件下，如何充分利用10月至11月上旬的降雨实现小麦播种，对提高降水的有效利用及小麦丰产具有重要意义。

适宜的播期播量是小麦高产的关键栽培技术，直接影响小麦群体质量和小麦产量［6-8］。师学珍等［9］研究发现种植密度对各生育时期群体分蘖数均有影响，播期早，种植密度在整个生育期的群体总茎数差异较小，播种晚，差异大。李豪圣等［6］研究发现，密度对产量及3个产量构成因素的影响均达显著水平。已有研究表明，播期对冬小麦单位面积穗数、千粒重及产量产生显著的影响，对穗粒数有一定调节作用，在一定范围内，单位面积穗数随着播期的推迟而减少，穗粒数随播期的推迟而增加，千粒重随播期的推迟先增加后下降［6，10-11］。Sun等［12］在播期对冬小麦的影响研究中得出，在华北平原，10月10日前播种的小麦产量相近，此后，随播期延迟，小麦产量显著降低。播期还可以影响小麦生育进程和群体性状，随着播种期的推迟小麦全生育期缩短，但缩短天数少于播期推迟天数［7］。

‘小偃 60’是李振声院士从‘小偃 54’和‘鲁麦 13’的杂交组合中鉴定筛选出的新品系，对比‘京9428’、‘石 4185’、‘冀麦 32’均有不同程度增产［13］，具有耐盐、抗逆、高产的良好品质，适合在盐碱地生长。大面积推广‘小偃 60’需要配套的高产节水栽培技术。旱作条件下‘小偃 60’的适宜播期、不同播期下最佳播量及植株生长发育特性、产量形成及对水分的高效利用等少见报道。本研究探讨旱作条件下，播期及播量对‘小偃 60’群体性状、产量及水分利用的影响，以期为抗旱‘小偃 60’适雨栽培及推广应用提供理论与技术支撑。

1　材料与方法

1.1试验材料

试验于2014—2015年在中国科学院南皮生态农业试验站（116°40′E，38°00′N，海拔11 m）进行，该地属暖温带半湿润季风气候，年均降水量480mm，年均气温l2.3℃，年日照总时数2 938.6 h，年总辐射量133.6 kJ·cm-2。土壤为脱盐潮土，有部分盐土，浅层地下水为咸水和微咸水，代表了环渤海低平原缺水盐渍化类型。土壤耕层（0～30cm）速效氮 44.79mg·kg-1，速效磷4.94mg·kg-1，速效钾 149.97mg·kg-1，平均容重1.40 g·cm-3。

表1为2014—2015年冬小麦生长季气象数据，平均气温9.4℃，为正常年（2011—2015年小麦生育期平均气温为9.3℃）。采用国内较常用的降水年型划分标准［14］划分降水年型，试验区域近 20年（1996—2015年）小麦生育期间年均降水量为125.2mm，2014—2015年降水量接近年均降水量，属于平水年。

表1　2014—2015年试验区冬小麦生长季气象数据Table 1 Weather data during the winter wheat growing season in 2014-2015 in the study area

1.2试验设计

试验设计播期和播量两个因素。播期为6个水平：T1，10月15日播种；T2，10月21日播种；T3，10月27日播种；T4，11月2日播种；T5，11月8日播种；T6，11月14日播种。设播量不变（B1）和逐期增加播量（B2）两个处理：B1为300kg·hm-2，T1到T6播量相同；B2为随播期推迟播量逐期增加，每推迟1 d增加7.5kg·hm-2，各播期的播量分别为300kg·hm-2（T1）、345kg·hm-2（T2）、390kg·hm-2（T3）、435kg·hm-2（T4）、480kg·hm-2（T5）和525kg·hm-2（T6）。小区面积3.3 m×3.5m=11.55m2，每处理4次重复，种植行距为15cm，底肥为202kg·hm-2（N）和172.5kg·hm-2（P2O5），春季追肥 135kg·hm-2（N），田间管理同当地大田。

1.3测定内容及方法

1.3.1土壤体积含水量

播种及收获时用烘干法测定每处理0～200cm土壤含水量，0～20cm处每10cm测一次，20～200cm处每20cm测一次。土壤重量含水量θ（％）=100×（湿土重-干土重）/干土重。水层厚度与含水量的换算公式为：Q=dhθ。式中，Q为某土层含水量（mm），d为土壤的干容重（g·cm-3），h为土层厚度（mm），θ为土壤重量含水量。

1.3.2生育期调查

记载小麦进入出苗期、返青期、拔节期、抽穗期、开花期、成熟期日期。

1.3.3小麦茎蘖数量的测定

从测定小麦的基本苗开始，在1 m双行的固定面积内，定期测定小麦茎蘖数量的变化。

1.3.4小麦光合参数测定

在冬小麦灌浆期（5月 15日）于晴朗无风的上午9：00—11：00，不同处理各选 3株小麦，选择完整无病的旗叶，采用美国基因公司生产的Li-Cor6400便携式光合仪进行光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）等光合参数测定。

1.3.5小麦产量和考种

小麦成熟时（6月6日）收获，每小区随机选择20穗小麦室内考种获得株高、穗长、穗粒数、千粒重等指标，每小区取1 m双行脱粒风干后测定总生物量和经济产量，计算收获指数。

1.3.6计算公式

采用土壤水量平衡方程计算蒸散量，计算公式为：

式中：ET为蒸散量，P为降雨量（可通过该站气象观测场直接获得），I为灌溉量（本试验为0），R为地表径流量，D为深层渗漏量，ΔW为一段时间内土壤蓄存水变化量。本试验地区地表径流和深层渗漏很小，可忽略不计。这样，在一定时间内，总耗水量可近似地认为由降水量和土壤含水量的变化量决定，故水量平衡方程可近似写为：

式中：BM为总的干物质积累量，ET为总的蒸散量。

产量水分利用效率（WUEy）计算公式为：

式中：Y为产量，ET为总的蒸散量。

叶片水分利用效率（WUEleaf）计算公式为：

式中：Pn为光合速率，Tr为蒸腾速率。

对于经济社会用水调查、河湖开发治理保护情况普查等需建立取用水台账的普查项目，清查工作要提前进行。2010年12月20日，在经济社会用水情况调查清查登记省级培训结束的第二天，闻喜县水利普查办率先组织开展经济社会用水调查和河湖开发治理保护情况清查登记工作，在清查登记的同时通知用水户做好台账建立工作，确保台账按时建立。居民典型用水调查对象数量大、范围广，部分用水户计量设施未安装，台账建立困难，为减少普查成果偏差，普查员对各典型用水户统一分发水桶，多次到用水户家中指导，保证普查成果的质量。

收获指数（HI）计算公式为：

式中，Y为产量，BM为总的干物质积累量。

1.4数据处理

以Microsoft Excel 2007绘制图表，采用MicrosoftExcel 2007、IBM SPSS Statistics 20数据分析软件对试验数据进行统计分析，各处理的比较采用最小显著差数（LSD）法（α=0.05）。

2　结果与分析

2.1不同播期播量小麦植株生育进程的变化

随着播期的推迟，播种至出苗天数逐渐增加，10月15日播种冬小麦‘小偃60’出苗所需时间为7d，而10月21日播种所需时间为10d，其后出苗天数达到20d以上，最长的达31d；小麦拔节、孕穗、开花等生育期随播期推迟而向后推迟，T6的拔节期推迟 12d，成熟期差距有所缩小，相差 1～4d（表2）。同一播期下，不同播量对冬小麦生育期无影响。

表2　不同播期和播量对冬小麦‘小偃60’生育进程的影响Table 2 Effects of different sowing dates and densities on the growing process of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

2.2播期播量对小麦群体数量的影响

由表3得出，随着播期推迟，冬小麦‘小偃 60’基本苗、出苗率、穗数、单株成穗数各项指标均不断降低。同一播期下，播量增加使基本苗、穗数大幅度提高，但出苗率、单株成穗数并未发生明显变化。B1处理下，与T1相比，其他处理的基本苗减少2.4％～23.2％、出苗率降低2.3％～18.9％、穗数减少14.6％～56.6％、单株成穗数减少0.17～0.60个。B2条件下，与T1相比，其他播期的出苗率和单株成穗数变化幅度与B1条件下基本相同。

表3　播期和播量对小麦‘小偃60’基本苗、出苗率及成穗数的影响Table 3 Effects of different sowing dates and densities on basic seedlings，emergence rate and spike number of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

本试验中 B2处理播量的增加是根据当地生产经验确定的（每推迟播种1d，增加播量7.50kg·hm-2）。从表3的数据可以发现，增加播量的 T4、T5、T6播期的穗数低于T1播期7.1％～16.2％，T6显著下降，显然，此小麦品种晚播条件下，欲获得与适时播种相同的群体（穗数），从经验得到的播量增加量是偏低的。

根据播量增加试验所得穗数及产量数据，得出穗数与产量关系符合二次多项式 y=-0.147x2+226.8x-80 471（R2=0.965）（图1），由此关系式得出高产的适宜穗数为770.66×104·hm-2。根据其他播期出苗率与单株成穗数的变化，计算出达到适宜穗数的各播期理论播量（图2），建立了理论播量与播期推迟天数的相关方程为y=0.368 2x2+1.193 9x+316.7（R2=0.983 9），即播期越晚，播量增加的幅度越大。

图1　‘小偃60’成熟期穗数与产量相关关系Fig.1 Relationship between yield and spikes number at maturity of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

2.3播期播量对小麦株高和生物量的影响

随着播期推迟，冬小麦株高显著降低（图3A）。在 B1处理下，与T1相比，其他播期植株高度下降3.4～9.9cm；在B2处理下，与T1相比，其他播期株高下降4.3～11.2cm。同一播期下，播量增加对株高未产生显著影响。

随播期推迟，冬小麦群体生物量表现下降趋势，在 B1处理下，从T3开始群体生物量显著下降；在B2处理下，在11月8日（T5）以前播种的处理之间植株生物量没有显著差异。与T1相比，T6播期在B1、B2处理下分别下降50.2％、29.0％。同一播期下，增加播量可以显著提高群体生物量，在T3、T4、T5、T6处理下播量增加分别使生物量提高17.6％、32.4％、40.6％、42.4％（图3B）。

图2　‘小偃60’不同播期推迟下的理论播量与播量增加后的实际播量关系Fig.2 Relationship between theoretical sowing density of delayed sowing date and actual sowing density of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

图3　不同播期和播量对冬小麦‘小偃60’大田株高（A）和生物量（B）的影响Fig.3 Effects of different sowing dates and densities on plant height（A） and biomass（B） of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

2.4播期播量对小麦产量及其构成的影响

由表4可以看出，随着播期的推迟，冬小麦‘小偃 60’单位面积穗数呈减少趋势，特别在播量不增加（B1）的前提下穗数减少明显。随播期推迟穗粒数有减少的趋势但变化不明显，与T1相比，仅 T6播期的穗粒数显著减少。各处理间千粒重未出现显著性差异。T1～T4 4个播期的收获指数（HI）差异不显著，最后两个播期逐渐降低至显著水平。

随播期推迟，小麦产量呈下降趋势，在B1条件下的产量显著降低，在B2条件下前4个播期的籽粒产量之间没有显著差异，后两个播期产量则显著降低；同一播期下播量增加，产量则显著提高。从产量变化和构成产量的三要素分析可以得出，籽粒产量与穗数呈极显著正相关，与穗粒数显著正相关（表5）。晚播下的籽粒产量降低主要由穗数和穗粒数减少引起。

2.5播期对水分利用的影响

表6表明，随播期推迟冬小麦‘小偃 60’各个播期的耗水量有减少趋势，但各处理间差异不显著（仅B1T6显著减少）。群体水分利用效率（WUEbm）和产量水分利用效率（WUEy）随着播期推迟呈下降趋势，在B1处理下前3个播期间的群体及产量水分利用效率没有显著差异，后3个播期则显著降低，在B2处理下T6群体水分利用效率显著下降，T5、T6处理产量水分利用效率显著下降。与T1相比，B1T4、B1T5、B1T6、B2T5、B2T6产量水分利用效率下降 9.5％～45.9％。叶片水分利用效率（WUEleaf）各处理间无显著变化。

表4　播期和播量对冬小麦‘小偃60’产量及其产量构成的影响Table 4 Yield and its components of winter wheat under different sowing dates and densities of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

表5　‘小偃60’产量与产量三要素的相关性分析Table 5 Correlation among spike number，grain number per spike，1000-grain weight and yield of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

表6　不同播期和播量处理对冬小麦‘小偃60’耗水量及水分利用效率的影响Table 6 Effects of different sowing dates and densities on water consumption and water use efficiency（WUE） of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

2.6水分利用效率与相关生理指标间的相关性分析

对冬小麦‘小偃 60’水分利用效率、收获指数和产量的相关性分析表明（表7），籽粒产量与WUEbm、WUEy、HI呈极显著正相关。WUEy与HI呈极显著正相关。说明收获指数越高，WUEy越高，在节水栽培中，可以通过提高收获指数来提高小麦 WUEy，达到节水高产的目的。

3　讨论与结论

本研究表明，播期播量对小麦的生育进程、群体性状和产量有重要影响。随着播期的推迟，出苗日期由7d推迟到31d，小麦生育期推迟，到成熟期差距有所缩小，全生育期缩短，这与其他人的研究结果一致［7-8，15-16］。播期对小麦田间出苗率和单株成穗数影响显著，而播量处理对其影响不大，晚播小麦出苗率和单株成穗数下降明显，而在相同播期下，播量增加，基本苗和单位面积穗数增加。因此在生产上，小麦错过适宜播期，播量需要增加。小麦植株高度是小麦形态构建的重要指标，本试验结果表明，随着播期推迟，植株高度降低，播量变化，株高变化不明显。而小麦群体生物量随播期推迟呈下降趋势，同一播期下，增加播量可以显著提高群体生物量。这说明小麦个体生长主要受播期影响，而群体生长受播期和基本苗共同影响，这与何井瑞等［17］研究结果一致。

表7　‘小偃60’产量与水分利用效率和收获指数的相关性分析Table 7 Correlation analysis of water use efficiency（WUE），harvest index（HI） and yield of winter wheat ‘Xiaoyan 60’

本研究表明随着播期的推迟，单位面积穗数呈减少趋势，特别在播量不增加的处理（B1）下，穗数减少明显，这与前人研究结果一致［15，18］。随播期推迟穗粒数有减少的趋势但变化不明显，各处理间千粒重未出现显著性差异，与陈素英等［19］研究结果一致。在10月15日至11月14日长达1个月的播期间，‘小偃60’的千粒重都在40～44 g范围内，说明‘小偃60’是千粒重较高且稳定的品种。同一播期下，播种密度增加，单位面积穗数增加，穗粒数及千粒重减小，该结果与相关研究一致［6，15］。随播期推迟，籽粒产量呈下降趋势，籽粒产量最高出现在播期10月21日、播量345kg·hm-2处理，其产量为6 970.75kg·hm-2。在本试验中，在相同播量处理（B1）下，产量下降显著，减产幅度最高达53.9％；在逐期增加播量处理（B2）下，前4个播期的籽粒产量差异不显著，T5、T6播期显著降低，沧州旱地农田土壤比较肥沃，旱作冬小麦产量可达4 500～5 250kg·hm-2，本试验在增加播量处理下，至11月8日播种，‘小偃60’产量可达5 982.50kg·hm-2，高于本地产量水平。这说明‘小偃60’适播期较长且耐旱性好，但应根据生产条件选择适宜的播量搭配才能获得较高产量，本研究计算出了达到试验区高产穗数的各播期理论播量，建立了理论播量与播期推迟天数的相关方程为y=0.368 2x2+1.193 9x+316.7（R2=0.983 9），通过此方程可得到一定播期范围内，不同播期下的最佳播量。籽粒产量与WUEbm、WUEy呈极显著正相关，与WUEleaf无显著相关性。说明在本试验中，WUEleaf并不能反映‘小偃60’实际生产水平，WUEbm和WUEy可以较好地体现最终平均产量。

通过分析讨论，得出以下结论：随播期推迟，‘小偃 60’出苗率和单株成穗率显著下降，播量对其无显著影响；播量与播期推迟天数的理论关系为y=0.368 2x2+1.193 9x+316.7（R2=0.983 9），即播期越晚，播量增加的幅度越大；B2密度处理下，10月15日至11月2日播种‘小偃60’产量无显著差异且高于本地产量水平，说明‘小偃 60’是一个播期宽泛的品种，晚播条件下通过合理地增加播量，可以实现高产和高WUEy的双重目标。

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Effects of sowing date and seeding density on growth，yield and water use efficiency of ‘Xiaoyan 60’ wheat under rainfed condition*

ZHANG Mingming1，2，DONG Baodi1，QIAO Yunzhou1，ZHAO Huan1，2，LIU Mengyu1**，CHEN Qinqin1，YANG Hong1，2，ZHENG Xin1，2
（1.Center for Agricultural Resources Research，Institute of Genetics and Developmental Biology，Chinese Academy of Sciences / Hebei Key Laboratory of Water-saving Agriculture / Key Laboratory of Agricultural Water Resources，Chinese Academy of Sciences，Shijiazhuang 050022，China；2.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049，China）

Using drought resistant and high-yielding crop varieties is critical for high and stable crop productivity under rainfed farming condition.In this study，an experiment was conducted at Nanpi Eco-Agricultural Experimental Station ofChinese Academy of Sciences（116°40′E，38°00′N） in 2014-2015 to investigate the performance of ‘Xiaoyan 60’ wheat cultivar under the rainfed condition.The objective of the study was to test the adaptability of ‘Xiaoyan 60’ wheat cultivar to late sowing and yield loss compensation by increased seeding rate.Treatments included two factors，sowing date and seeding density.Six sowing dates were set，which were from the 15thof October to the 14thof November with six days interval，and denoted as T1，T2，T3，T4，T5 and T6，respectively.Then there were two treatments of seeding densities — constant seeding rate（B1） and increased seeding rates with delayed sowing date（B2）.In B1，sowing density was 300kg·hm-2for all sowing dates，whereas in B2，it started at 300kg·hm-2and progressively increased at 7.5kg·hm-2·day-1with delayed sowing date.Thus the sowing densities at sowing dates in B2 treatments were 300kg·hm-2for T1，345kg·hm-2for T2，390kg·hm-2for T3，435kg·hm-2for T4，480kg·hm-2for T5 and 525kg·hm-2for T6.The population properties，growth，yield and water use characteristics were investigated under different treatments.The results showed that the plant population traits，yield and water use efficiency varied with sowing date and seeding density.The growth period shortened with delayed sowing date，the duration for all the growth stages was also shortened.In contrast，seeding rate had no effect on growth period，but positively influenced the number of seedlings，number of spikes and dry biomass amount.Also plant height was not affected by seeding density.Delayed sowing gradually decreased the rate of seedling emergence，number of spikes per plant，plant height and dry biomass.Similarly，grain yield decreased with delayed sowing.However，the grain yield reached 6 600kg·hm-2level through increase seeding density to compensate for delayed sowing.There was no significant difference among the first four sowing dates（from T1 to T4） for grain-yield-based water use efficiency，which was above 29kg·hm-2·mm-1.Because ‘Xiaoyan 60’wheat cultivar was strongly adaptable to late sowing，it was recommended for cultivation under the rainfed farming conditions.Yield loss due to delayed sowing was compensated for by increasing seeding rate，which ensured optimum plant population.The correlation between seeding density（y） and delayed days（x） of sowing could be decribed by the regression equation y = 0.368 2x2+1.193 9x+316.7（R2= 0.98）.

Mar.22，2016；accepted Apr.25，2016

Winter wheat；‘Xiaoyan 60’；Sowing date；Sowing density；Wheat yield；Water use efficiency

S512.1

A

1671-3990（2016）08-1095-08

10.13930/j.cnki.cjea.160256

*国家科技支撑计划项目（2013BAD05B02，2012BAD08B02）和河北省科技计划项目（14226403D，15226407D）资助

**通讯作者：刘孟雨，主要从事作物高效用水生理生态基础和农业节水调控与技术等方面研究。E-mail：mengyuliu@sjziam.ac.cn

张明明，研究方向为作物高效用水生理。E-mail：zhangmingming13@mails.ucas.ac.cn

2016-03-22接受日期：2016-04-25

*This research was supported by the National Key Technologies R&T Program of China（2013BAD05B02，2012BAD08B02） and Key Technology Support Program of Hebei Province（14226403D，15226407D）.

**Corresponding author，E-mail：mengyuliu@sjziam.ac.cn