播期播量对旱地小麦土壤水分、干物质积累及产量的影响

薛玲珠，孙敏，高志强，任爱霞，雷妙妙，杨珍平

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)



播期播量对旱地小麦土壤水分、干物质积累及产量的影响

薛玲珠，孙敏*，高志强，任爱霞，雷妙妙，杨珍平

(山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801)

[目的]研究播期播量对旱地小麦土壤水分存储、干物质积累及产量形成的影响，明确最适播期和播量。[方法]通过田间定期取样与室内实验测定分析，探索休闲期深松条件下，旱地小麦土壤蓄水量、干物质量、产量及其构成和水分利用效率对播期播量的响应。[结果]旱地小麦越冬—孕穗期0～300 cm土壤蓄水量以早播少量(D1R1)、适期适量(D2R2)、晚播多量(D3R3)较高；干物质积累量生育前期随播期推迟而降低，随播量增加而提高，生育中后期以D1R1、D2R2、D3R3较高；穗数、穗粒数和产量及水分利用效率均以D1R1、D2R2、D3R3较高，增产分别为6%～10%、11%～20%和5%～10%。相关分析表明，生育前期土壤蓄水量与拔节—孕穗阶段干物质积累量密切相关，与穗数、穗粒数密切相关；生育中期土壤蓄水量与拔节—孕穗阶段和开花—成熟阶段干物质积累量密切相关，与千粒重密切相关。[结论]晋南地区旱地小麦适宜早播少量、适期适量、晚播多量播种，10月1日配90 kg·hm-2可实现高产高效。

旱地小麦； 播期播量； 土壤水分； 干物质量； 产量

旱地小麦在我国北方小麦生产中占有突出地位，干旱缺水是旱地小麦产量提升的主要限制因素，播期播量可以调控群体大小，促进水分合理利用，削弱干旱引起的问题。适期播种可以充分利用光、热、水等资源，培育壮苗，保证小麦安全越冬；适量播种可以协调个体与群体生长，提高分蘖成穗率，提高产量[1～3]。已有研究表明，播期对小麦物质积累及产量构成有显著调控作用，早播和晚播都不利于产量形成[4]。张敏等[5]研究表明，播期推迟，不同基因型小麦各生育时期干物质积累量均降低，穗数和穗粒数变化因基因型不同而存在差异，千粒重和产量均降低。张明明等[6]研究表明，随播期推迟，旱地小麦干物质量降低，穗数、产量和水分利用效率降低；同一播期下增加播量，干物质量显著提高，穗粒数和千粒重降低，穗数、产量和水分利用效率均提高。王立明等[7]研究表明，播量对旱地小麦穗数和穗粒数的变化影响较大，对千粒重影响相对较小，适宜播量因品种不同而存在差异。前人对于播期播量如何影响小麦产量的研究已较多，但如何通过影响土壤水分存储与干物质积累进而影响产量形成的研究少见报道。本试验在当前气候条件下，研究播期播量对运城闻喜县旱地小麦水分存储利用、干物质积累和产量的影响，明确增产效果最佳的播期播量组合，为晋南地区旱地小麦高产高效栽培提供科学依据和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验基地概况

试验在山西省闻喜县桐城镇进行，于2013年7月至2014年7月实施。该地海拔450～700 m，东经110°15′～112°04′，北纬34°35′～35°49′，年平均降水量450～630 mm，年平均气温11～13 ℃，无霜期190～230 d，年日照数2 200～2 500 h，太阳总辐射量502～523 KJ·cm-2。2013～2014年总计降水量为489.7 mm。试验基地各生育阶段的降水量如图1所示。

旱地小麦各生育时期分别为：休闲期(FP，Fallow period)；播种期(SS，Sowing stage)；出苗期(ES，Emergence stage)；越冬期(WS，Wintering stage)；拔节期(JS，Jointing stage)；孕穗期(BS，Booting stage)；开花期(AS，Anthesis stage)；成熟期(MS，Maturity stage)。

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

1.2 试验设计

本试验选取闻喜农业局提供的晋麦92。设计方法为二因素裂区，以播种日期为主区，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；以播量为副区，设67.5 kg·hm-2(低播量：R1)、90 kg·hm-2(中播量：R2)、112.5 kg·hm-2(高播量：R3)3个水平，共3×3=9个处理，3次重复，小区面积30×3=90 m2。7月上中旬遇第一场大雨后，进行深松(深松深度30～40 cm)，同时深施有机肥1 500 kg·hm-2，于8月20日对土地进行浅旋、平整、耙耱收墒等工作，采用膜际条播播种，9月底施底肥，纯氮、P2O5、K2O 均为150 kg·hm-2，其他同常规管理。

1.3 测定项目与方法

土壤蓄水量：分别于越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期，用土钻每隔20 cm取一次土样，共取15层，采用环刀法测定土壤容重，并用烘干法测定土壤含水量。

SWSi=Wi×Di×Hi×10/100

式中，SWSi为第i土层土壤蓄水量/mm；Wi为第i土层土壤质量含水量/%；Di为第i土层土壤容重/g·cm-3；Hi为第i土层厚度/cm。

干物质量：分别于越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期进行取样，其中越冬期取整株样品，拔节和孕穗期植株样品分为叶片、茎秆+叶鞘2部分，开花期分为叶片、茎秆+叶鞘、颖壳+穗轴3部分，成熟期植株样品分为叶片、茎秆+叶鞘、颖壳+穗轴、籽粒4部分。于105 ℃杀青30 min后，80 ℃烘至恒重，称量并记录干物质量。

产量及其构成：成熟期取每个试验小区内的0.667 m2调查产量构成因素(穗数、每穗粒数及千粒重)。

水分利用效率：

WUE=Y/Ey

式中，WUE为水分利用效率，Y为籽粒产量，Ey为作物生育期耗水量。

Ey=R+ΔW

式中：R为生育期降雨量，ΔW为收获期与播种期0～300 cm土壤蓄水量之差/mm。

1.4 统计处理

采用Microsoft Excel 2003软件处理数据，采用Sigmaplot 12.2软件作图，采用SAS 9.0软件进行统计分析，差异显著性检验用LSD法进行，显著性水平为α=0.05。

2 结果与分析

2.1 播期播量对土壤蓄水量的影响

同一播量下随播期推迟，0～300 cm土壤蓄水量越冬—孕穗期在R1下降低，R2下先升后降，R3下先降后升(拔节期除外)，开花期在R1、R3下先升后降，R2下先降后升，成熟期则在R1下升高，R2下先降后升，R3下先升后降(图2)。同一播期下随播量增加，0～300 cm土壤蓄水量越冬—孕穗期在D1下降低，D2下先升后降，D3下升高，而开花期和成熟期表现正好相反。可见，D1R1、D2R2和D3R3有利于越冬—孕穗期0～300 cm土壤水分存储，且D2R2土壤效果较好。

图2 播期播量对旱地小麦各生育时期0～300 cm土壤水分的影响Fig.2 Effects of sowing date and rate on soil water storage at the depth of 0～300 cm of dryland wheat at different growth stages

2.2 播期播量对干物质积累的影响

2.2.1 各生育时期干物质积累量

同一播量下随播期推迟，越冬—开花期干物质积累量降低，而成熟期在R1下降低，R2、R3下先升后降(表1)。同一播期下随播量增加，越冬—开花期干物质积累量提高，且拔节—开花期在D1和D2下三处理间差异显著，D3下以R3显著最高；成熟期在D1下降低，D2下先升后降，D3下提高，且D2R2>D1R1>D3R3。可见，旱地小麦越冬—开花期的干物质积累量随播期推迟而降低，随播量增加而提高，适期适量(D2R2)播种可获得较高的成熟期干物质积累量。

2.2.2 各生育阶段干物质积累量

同一播量下随播期推迟，出苗—拔节阶段干物质积累量降低，而拔节—成熟阶段干物质积累量在R1下降低，R2下先升后降，R3下提高(孕穗—开花阶段除外)(表2)。同一播期下随播量增加，出苗—拔节阶段干物质积累量显著提高，而拔节—成熟阶段干物质积累量在D1下降低(孕穗—开花阶段除外)，D2下先升后降，D3下提高，且D2R2>D1R1>D3R3。可见，旱地小麦生育前期干物质积累量随播期推迟而降低，随播量增加而提高，生育中后期早播少量(D1R1)、适期适量(D2R2)和晚播多量(D3R3)播种可获得较高的干物质积累量。

表1 播期播量对旱地小麦各生育时期干物质积累量的影响/kg·hm-2

表2 播期播量对旱地小麦各生育阶段干物质积累量的影响/kg·hm-2

2.2.3 土壤蓄水量与干物质积累量的关系

各生育时期0～300 cm土壤蓄水量对干物质积累的影响如表3所示。越冬—孕穗期与拔节—孕穗阶段和成熟期干物质积累量相关系数均为正值，且均为显著或极显著水平，孕穗期与拔节—孕穗阶段和开花—成熟阶段及成熟期干物质积累量呈显著正相关(相关系数分别为0.812 5、0.799 4、0.783 7)，而成熟期与拔节—孕穗阶段和开花—成熟阶段干物质积累量均呈显著负相关(表3)。可见，生育前期底墒充足可促进拔节—孕穗阶段干物质积累，生育中期水分充足促进生育中后期干物质积累。

2.3 播期播量对产量形成的影响

2.3.1 产量及其构成

同一播量下随播期推迟，穗数、千粒重、产量在R1下降低，R2下先升后降，R3下先降后升；穗粒数在R1、R2下降低，R3下先降后升，但变化不明显(表4)。同一播期下随播量增加，穗数、穗粒数和产量分别以D1R1、D2R2、D3R3最高，增产分别为6%～10%、11%～20%和5%～10%。同一播量下随播期推迟，水分利用效率在R1下降低，R2下先升后降，R3下先降后升；在3个播期条件下分别以D1R1、D2R2、D3R3最高，且D2R2>D1R1>D3R3。可见，早播少量(D1R1)、适期适量(D2R2)和晚播多量(D3R3)可通过增加穗数、穗粒数来提高产量，尤其以适期适量(D2R2)效果较好，可获得较高的水分利用效率。

表3 旱地小麦各生育时期0～300 cm土壤蓄水量与干物质积累量的相关性

Table 3 The correlation between soil water storage at the depth of 0～300 cm at different growth stages and dry weight of dryland wheat

干物质积累量Dryweight土壤蓄水量Soilwaterstorage越冬期WS拔节期JS孕穗期BS开花期AS成熟期MS开花期-0.0593-0.1903-0.07610.62390.1848成熟期0.8655*0.7555*0.7837*-0.1300-0.7103出苗-拔节-0.2642-0.2985-0.51650.42130.4781拔节-孕穗0.9074**0.7552*0.8125*-0.4421-0.8976*孕穗-开花0.42940.24580.56940.3442-0.3520开花-成熟0.71390.73530.7994*-0.5426-0.7781*

注：*差异显著(p<0.05)；**差异极显著(p<0.01)。表5同。

Note；* The difference was significant(p<0.05)；**The difference was very significant(p<0.01).The same as in table 5.

表4 播期播量对旱地小麦产量及其构成的影响

2.3.2 土壤蓄水量与产量及其构成的关系

各生育时期0～300 cm土壤蓄水量与产量及其构成的相关关系见表5。越冬期和拔节期与穗数相关系数分别为0.921 0、0.890 4，呈极显著正相关；越冬期和孕穗期与穗粒数相关系数分别为0.782 8、0.754 2，呈显著正相关；孕穗期与千粒重相关系数为0.801 3，呈显著正相关；越冬期、拔节期、孕穗期与产量相关系数分别为0.976 5、0.874 4、0.855 2，呈极显著正相关；开花期、成熟期与产量、穗数、穗粒数及千粒重均呈负相关，且成熟期相关性较大(表5)。可见，生育前期底墒充足主要提高穗数、穗粒数，中期水分主要提高千粒重，从而实现增产。

表5 旱地小麦各生育时期0～300 cm土壤蓄水量与产量及其构成的相关性

Table 5 The correlation between soil water storage at the depth of 0～300 cm at different growth stages and yield and its components of dryland wheat

产量及其构成Yeildanditscomponents土壤蓄水量Soilwaterstorage越冬期WS拔节期JS孕穗期BS开花期AS成熟期MS穗数0.9210**0.8904**0.5938-0.6159-0.7766*穗粒数0.7828*0.38500.7542*-0.0995-0.7347千粒重0.73700.47700.8013*-0.4198-0.9198**产量0.9765**0.8744*0.8552*-0.4071-0.9207**

3 讨论

研究表明，随播量增加，旱地小麦0～300 cm土壤蓄水量生育前中期早播下降低，适播下先升后降，晚播下提高，且适期适量最高，生育后期规律正好相反。而刘俊梅等[8]研究结果表明，播量仅对越冬期土壤水分影响较为显著，低、中播量较高播量0～100 cm土壤水分高16 mm，对其他生育时期及100～300 cm土层无显著影响。说明播量对水分的调控受播期影响。早播，气温较高，群体大，增加播量更易形成旺苗，耗水量较高，导致土壤水分降低；晚播时群体小，植株对水分的吸收利用能力降低，因此土壤存储的水分提高。本研究结果还表明，播量较低时随播期推迟，旱地小麦生育前中期0～300 cm土壤蓄水量降低，这可能与播种单株分蘖少，再加上晚播群体较小，导致地面裸露面积增加，失墒较为严重有关。这与党建友等[9]研究结果一致。

研究发现，随播期推迟，生育前期干物质量降低，但生育后期会因播期不同而存在差异。这与屈会娟等[10]研究结果一致。多数研究结果表明，播期推迟往往不利于植株干物质量积累，但个别时期会由于试验品种、生长环境及播量不同而呈现不同的变化规律。播量对植株干物质量积累的影响多数研究结果较为一致。在适宜播量范围内，植株干物质量随播量增加而提高[6,11]。本研究结果表明，生育前期干物质积累量随播量增加而提高，生育中后期播量对干物质积累的影响因播期不同而存在差异，早播减量、晚播增量、适期适量有利于促进干物质积累。 说明播量对群体干物质生产过程的影响受播期影响，减少播量可以弥补早播引起的群体过大的问题，而增量可以增大群体，合理调控群体结构，弥补晚播造成的群体较小的问题，最终促进地上部干物质积累。吴晓丽等[12]研究则表明，增加播种密度反而削弱地上部分生长，并不利于地上部干物质积累，这可能与试验播量设定值有关，播量过大，对群体生长不利，从而抑制物质形成，也可能与小麦基因型有关。

研究表明，推迟播期穗粒数变化不明显，这与郝有明等[13]研究结果一致；穗数和产量变化因播量不同而存在差异，少量下减少，适量下先升后降，多量下先降后升。这与何盛莲等[14]、孟丽梅等[15]研究结果一致，说明推迟播期对穗数影响较大，对每穗粒数影响较小。这可能与播期推迟主要影响单株分蘖、进而影响单株分蘖成穗率有关。此外，千粒重基本维持在42～45 g范围内，说明晋麦92是千粒重较高且较为稳定的一个品种。本文发现增加播量对穗数和产量及水分利用效率的影响表现出较为一致的趋势，均以早播少量、适期适量、晚播多量最高，增产分别为6%～10%、11%～20%和5%～10%。说明针对不同的播期选择适宜的播量可实现高产和高效的双重目标。

旱地小麦土壤水分与干物质形成的相关分析表明：生育前期底墒充足有利于拔节—孕穗阶段积累干物质，从而为穗数、穗粒数提供有利条件，生育中期水分充足有利于生育中、后期干物质积累，为提高千粒重奠定基础，从而提高产量。

4 结论

休闲期深松条件下，早播少量(9月20日配套67.5 kg·hm-2)、适期适量(10月1日配套90 kg·hm-2)、晚播多量(10月10日配套112.5 kg·hm-2)有利于生育前中期贮存土壤水分，可促进生育后期小麦对水分的吸收利用；有利于生育中后期干物质量积累，提高成熟期干物质积累量。播期10月1日配套播量90 kg·hm-2可实现高产高效。

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(编辑：马荣博)

Effects of sowing date and rate on soil water storage and dry weight accumulation and grain yield in dryland wheat

Xue Lingzhu, Sun Min*, Gao Zhiqiang, Ren Aixia, Lei Miaomiao, Yang Zhenping

(CollegeofAgriculture,ShanxiAgriculturalUniversity,Taigu030801,China)

[Objective]In order to study the effects of sowing date and rate on soil water storage, dry weight accumulation, and yield formation in dryland wheat and find out the optimum sowing date and rate.[Methods]Through regularly collecting in the field, testing and analyzing in lab, the field test was carried out to find out the effects of sowing date and rate on soil water storage, dry weight, yield and its components and water use efficiency of dryland wheat under sub-soiling condition in fallow period.[Results]The result showed that soil water storage at the depth of 0～300 cm of dryland wheat from wintering stage to booting stage were higher in D1R1, D2R2 and D3R3; The dry weight accumulation in pre-growth period decreased with the delay of sowing date and increased with the increase of sowing rate, and the highest dry weight was obtained under D2R2 in middle and late growth period; The spike number, grain number per number, yield and water use efficiency were higher in D1R1, D2R2 and D3R3 and yield were improved 6%～10%, 11%～20% and 5%～10% respectively. The analysis of correlation showed that soil water storage in pre-growth period was closely correlated with the dry weight from jointing stage to booting stage and the spike number and grain number per number; soil water storage in middle-growth period was closely correlated with the dry weight from jointing stage to booting stage and from anthesis to maturity, and was closely correlated with 1000-grain weight.[Conclusion]Early sowing date with the rate of 67.5 kg·hm-2, proper sowing date with the rate of 90 kg·hm-2and late sowing date with the rate of 112.5 kg·hm-2could be suitable for the dryland wheat at the south of Shanxi Province, especially Oct.1 matching 90 kg·hm-2could improve yield and water use efficiency.

Dryland wheat, Sowing date and rate, Soil water storage, Dry weight, Yield

2017-03-22

2017-06-01

薛玲珠(1993-)，女(汉)，山西汾阳人，硕士研究生，研究方向：旱作栽培及生理

*通信作者：孙敏，教授，博士生导师，Tel: 0354-6286956；E-mail：sm_sunmin@126.com

国家现代农业产业技术体系建设专项经费(CARS-03-01-24)、国家公益性行业(农业)科研专项(201303104)、山西省科技攻关项目(20140311008-3)、山西省科技创新团队项目(201605D131041)、山西省回国留学人员重点科研资助项目(2015-重点4)

S512.1

A

1671-8151(2017)08-0547-06