不同播期豫南稻茬麦产量及其与气象因子的通径分析

周国勤，谢旭东，姜明波，陈真真，李 刚，李宇峰，谢迎新

(1.信阳市农业科学院，河南 信阳 464000； 2.罗山县农业科学研究所，河南 罗山 464000；3.河南农业大学 农学院/国家小麦工程技术研究中心，河南 郑州 450046)

高温是影响冬小麦产量的重要因子之一[1-5]，冬小麦灌浆期遭遇高温胁迫会降低穗粒数和千粒质量[6-7]。豫南地区是我国稻茬麦的重要产区[8-10]。研究表明，冬小麦春性品种生长期与稻茬麦区降水的时空分布耦合度较好[11-12]，生产潜力较大，然而，在大田生产中，受灌浆期高温胁迫的制约，该区冬小麦现实产量与理论产量差异极大[13]，常年仅维持在4 500 kg/hm2左右[14]。因此，寻求新的栽培措施成为提高该区域稻茬麦产量的农业技术途径之一。目前，关于豫南地区稻茬麦耕作方式、品种选择、氮肥施用量、氮肥运筹比例等的研究虽有报道[9-10,15]，但对适宜播期的详细研究不足[16-17 ]；虽然有关于气象因子和冬小麦产量之间关系的研究[18-20]，但关于灌浆期气象因子与千粒质量、穗粒数的相关分析研究鲜有报道，尤其是针对豫南地区，不同播期条件下气象因子对产量及其构成因素的影响研究尚未见报道。因此，采用田间试验，研究气象因子对不同播期稻茬麦产量及其构成因素的影响，为豫南地区稻茬麦高产播期的选择奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验区气象条件

试验于2015—2017年连续2 a在河南省信阳市农业科学院罗山试验基地(114°53′E、31°88′N)进行。该地处于豫南地区，试验田前茬为水稻，土壤为水稻土，0～20 cm土壤含有机质16.19 g/kg、全氮0.82 g/kg、有效磷5.70 mg/kg、速效钾155.31 mg/kg，pH值6.05。供试冬小麦品种为扬麦15，试验地前茬水稻收获后秸秆全部还田，播前一次性施入60%的N，全部的P2O5(150 kg/hm2)、K2O (90 kg/hm2)在冬小麦播种时作基肥施用，剩余40%的N在3月10日追施，N总施用量为240 kg/hm2，其余田间管理措施同常规大田栽培。

1990—2017年试验区气象数据由信阳市气象局提供(表1)。由表1可知，该地区具有明显的温带季风气候特征，降雨多集中在9—10月和4—5月，且年际间变化波动大。试验所在年份与该地区历史气象资料相比较，除10月份降水量比往年明显偏多外，其他各气象因子的差异均不显著，表明试验年份无极端天气条件。

表1 1990—2017年试验区气象因子情况 Tab.1 Meteorological factors from 1990 to 2017 in the test site

注：ADT、ADTR、EP、ADRH、ADSH分别代表日均温、气温日较差、降雨量、日均相对湿度、日照时数,下同。*代表1990—2014年与2015—2017年差异达到显著水平(P<0.05)。

Note：ADT,ADTR,EP,ADRH and ADSH indicate mean daily temperature,diurnal temperature range,rainfall,mean daily relative humidity and sunshine hour respectively，the same below .*means significant difference between 1990—2014 and 2015—2017(P<0.05).

由1990—2017年逐日气象数据分析，该地区近30 a 4月和5月最高日均温分别为(22.2±3.1)℃和(26.7±2.8)℃，最高日均相对湿度分别为(66.2±8.3)%和(69.5±10.4)%，最高日照时数分别为(5.7±1.5)h和(5.8±1.6)h。相关分析表明，日均相对湿度与日照时数、气温日较差相关系数分别为-0.543 9、-0.205 4,均达到极显著水平(P<0.01)。由此可知，该地区4—5月有高温高湿的天气特点。

1.2 试验设计

2015—2016年试验设计5个冬小麦播期：10月13日、10月20日、10月27日、11月3日、11月10日；2016—2017年试验设计4个播期：10月18日、10月28日、11月7日、11月17日。采用机械条播，按150 kg/hm2进行等行距播种(行距20 cm)，3次重复，小区面积为12 m2(3 m×4 m)，其他田间管理措施同常规大田栽培。

1.3 测定项目及方法

于冬小麦成熟期，调查穗数、穗粒数、千粒质量。小区全部收获，晒干后称质量，计产。

1.4 数据处理与统计分析

试验数据采用Excel 2010 进行处理，采用SPSS 19.0统计分析软件进行差异显著性检验和通径分析。

2 结果与分析

2.1 不同播期冬小麦的生长发育进程及灌浆期气象因子分析

随着播期的推迟，不同播期冬小麦生育进程推迟，生育期缩短(表2)。不同播期冬小麦灌浆期的气象因子存在差异，但2015—2016年和2016—2017年灌浆期气象因子在不同播期处理间的表现相似(表3)，具体表现为，10月中旬播种处理的冬小麦灌浆期光水资源充足且日均温和日均相对湿度较低，10月下旬播种处理的冬小麦灌浆期光照比较充足，11月上旬以及中旬播种处理的冬小麦灌浆期日均温相对较高、日照时数较低。对各个播期处理的冬小麦灌浆期气象因子进行比较发现，2015—2016年，与10月下旬、11月上旬播种处理相比，10月中旬播种处理冬小麦灌浆期日均温分别降低0.15、0.30 ℃，气温日较差分别提高0.45、0.45 ℃，降雨量分别提高31.65、 4.40 mm，日照时数分别提高50.85、48.60 h，日均相对湿度分别降低0.05、0.45个百分点；2016—2017年，与10月下旬、11月上旬、11月中旬播种处理相比，10月中旬播种处理冬小麦灌浆期日均温分别降低1.0、1.8、2.8 ℃，气温日较差分别提高0.1、0.2、0.2 ℃，降雨量分别提高41.4、49.5、52.6 mm，日照时数分别提高57.3、81.6、83.3 h，日均相对湿度分别降低3.7、3.5、1.0个百分点。

表2 不同播期冬小麦的生长发育进程 月-日

表3 不同播期冬小麦灌浆期的气象因子情况Tab.3 Meteorological factors at grain filling stage of winter wheat under different sowing dates

2.2 不同播期冬小麦的产量及其构成因素分析

如表4所示，2 a冬小麦产量及其构成因素均随着播期的推迟而呈下降趋势。2015—2016年，10月13日播种处理冬小麦产量分别比10月20日、10月27日、11月3日、11月10日播种处理提高1.64%、12.44%、76.95%、97.66%，穗数分别增加3.06%、11.91%、43.61%、73.25%，千粒质量分别增加4.32%、10.28%、19.25%、24.98%，穗粒数分别增加5.62%、14.42%、27.50%、32.71%；2016—2017年，10月18日播种处理冬小麦产量分别比10月28日、11月7日、11月17日提高16.32%、52.88%、129.61%，穗数分别增加5.03%、9.87%、22.36%，千粒质量分别增加1.44%、7.47%、11.41%，穗粒数分别增加9.87%、18.26%、22.60%。

表4 不同播期冬小麦的产量及其构成因素Tab.4 Grain yield and its components of winter wheat under different sowing dates

注：同列数据后不同小写字母表示不同处理间的差异达到显著(P<0.05)水平。

Note: The different lowercase letters after data within a column mean significant differences among different treatments(P<0.05).

将2 a的产量和产量构成因素做线性拟合，回归方程为y=559.6x1+5.92x2+52.3x3-15 941.3，F=14.04**(P<0.01)，达到极显著水平。其中，x1为千粒质量，x2为穗数，x3为穗粒数，x1、x2达到极显著水平(P<0.01),x3未达到显著水平。通径分析结果(表5)显示，直接效应表现为千粒质量(1.103)>穗粒数(0.188)>穗数(-0.272)，间接效应对产量的贡献表现为穗数(1.085)>穗粒数(0.299)>千粒质量(-0.176)。综上，提高穗数、千粒质量均可以显著提高冬小麦产量，而穗数的增加会降低千粒质量和穗粒数，故在本试验条件下，对冬小麦产量的贡献表现为千粒质量>穗粒数>穗数。

2.3 冬小麦千粒质量、穗粒数与灌浆期气象因子的通径分析

由表6可知，2015—2016年对冬小麦千粒质量和穗粒数起负效应的主要气象因子为日均温、日均相对湿度，其次为降雨量。日均温、日均相对湿度对千粒质量和穗粒数的总效应分别为-0.905、-0.698和-0.877、-0.724；降雨量对千粒质量和穗粒数的总效应分别为0.187和-0.920；气温日较差、日照时数对千粒质量和穗粒数的总效应分别为0.868、0.842和0.887、0.859。日照时数对千粒质量和穗粒数起直接负效应(-0.739和-1.345)，气温日较差对千粒质量和穗粒数起一定程度的直接正效应(1.620和1.452)，且两者间相关性(0.996)达到了极显著水平(表7)，日照时数通过气温日较差对千粒质量和穗粒数的间接效应分别为1.613和1.445，而日均温、日均相对湿度通过气温日较差均对千粒质量和穗粒数起负效应(-1.210、-1.130和-1.084、-1.012)。

表5 冬小麦产量构成因素与产量的通径分析 Tab.5 Path analysis between grain yield and its components of winter wheat

表6 冬小麦灌浆期气象因子与千粒质量、穗粒数的通径分析Tab.6 Path analysis between meteorological factors during grain filling stage and 1 000-grain weight,grain number per spike of winter wheat

表7 2015—2017年冬小麦灌浆期气象因子间的相关系数 Tab.7 The correlation coefficients between meteorological factors during grain filling stage of winter wheat

注：*表示相关性达到显著水平(P<0.05)，**代表相关性达到极显著水平(P<0.01)。

Note:* and ** mean significant correlations at 0.05 and 0.01 levels,respectively.

2016—2017年对冬小麦千粒质量、穗粒数起负效应的主要气象因子为日均温和日均相对湿度。日均温、日均相对湿度对千粒质量和穗粒数的总效应分别为-0.971、-0.062和-0.975、-0.397；降雨量、日照时数对千粒质量和穗粒数的总效应分别为0.783、0.838和0.953、0.976；气温日较差对千粒质量和穗粒数的总效应分别为0.561和-0.045。日均温对千粒质量和穗粒数起直接负效应(-1.563和-0.549)，而日照时数与日均温呈显著负相关(-0.911)，且通过日均温对千粒质量和穗粒数起直接正效应(1.424和0.500)。

综上，对冬小麦千粒质量和穗粒数起负效应的主要气象因子是日均温和日均相对湿度，对冬小麦千粒质量和穗粒数起正效应的主要气象因子为日照时数。较大的气温日较差在2015—2016年有利于提高冬小麦千粒质量和穗粒数，但在2016—2017年表现不明显。降雨量在2015—2016年对穗粒数起负效应，但在2016—2017年起正效应，可能与2016—2017年降雨量较少有关。

结合不同播期冬小麦灌浆期气象因子情况(表3)，2 a试验结果相似，10月中旬播种处理冬小麦日均温和日均相对湿度最低，降雨量和日照时数最高，并且该播期的冬小麦产量、穗数、千粒质量和穗粒数最高。通径分析表明，高温高湿是限制千粒质量和穗粒数增加的因子；但较大的气温日较差和日照时数表现直接正效应，保证了较高的千粒质量和穗粒数。与11月上旬、11月中旬播种处理相比， 10月下旬播种处理冬小麦灌浆期日均温较低、日照时数较高；11月上旬和11月中旬播种的冬小麦日均温及日均相对湿度较高、日照时数及气温日较差较低，可知，11月中上旬播种的冬小麦千粒质量和穗粒数受高温高湿胁迫的同时，寡照对其影响也较大，而气温日较差较低导致其千粒质量和穗粒数比其他播期低。

3 结论与讨论

范磊等[21]研究表明，灌浆期高温、阴雨寡照对河南中东部冬小麦产量影响比较大。祝新建等[22]研究表明，小麦灌浆期温度低于18 ℃、阴雨寡照易导致干物质倒流现象产生，严重影响冬小麦的灌浆速率，进而影响产量及其构成因素。李月英等[23]报道，在黑龙港流域，灌浆期降雨量对冬小麦产量起正作用(0.675)，蒸发量对冬小麦产量起负作用(-0.404)。ZHANG等[24]研究表明，光照时间的持续减少已成为制约当前小麦高产、稳产的关键因素。李炳军等[25]研究表明，温度是影响小麦灌浆期的重要气象因子，灌浆期温度过高或者过低都会影响小麦产量。

本研究表明，灌浆期高温高湿是限制冬小麦千粒质量和穗粒数增加的主要因素，灌浆期降雨量对冬小麦的影响与李月英等[20]的研究报道不同，这与豫南地区的气候条件有关，降雨量过多，易导致冬小麦病害发生，影响冬小麦产量的形成。10月中旬播种的冬小麦产量及其三要素最高，原因是灌浆期虽然存在降雨量偏多现象，但较高的日照时数和气温日较差的正作用，利于形成较高的千粒质量和穗粒数。10月下旬播种的冬小麦较11月上旬和11月中旬播种处理产量高，原因是灌浆期温度较适宜、降雨量和日照时数充足，千粒质量相对较大、穗粒数相对较多;但和10月中旬播种处理相比，日均相对湿度较高，日照时数和气温日较差较低，导致产量较低。11月上旬、11月中旬播种的冬小麦灌浆期受高温高湿胁迫和寡照的影响较大，降水少、阴天多、光照少、日均温高、日均相对湿度大，导致这2个播期处理产量相对较低。

豫南稻茬麦区冬小麦灌浆期高温高湿是制约该地区产量提高的主要因素。选择适宜的播期可以适当降低高温高湿的影响，提高豫南稻茬麦区冬小麦的产量。本研究结果表明，豫南稻茬麦区冬小麦适宜的播期是10月中旬，其灌浆期温度适宜，气温日差较大，冬小麦产量较高；较适宜的播期为10月下旬，冬小麦灌浆期受高温和阴雨寡照影响较轻，产量比10月中旬播种处理略低(原因是日照时数较低)。冬小麦不适宜的播期为11月上旬和中旬，其灌浆期高温高湿和阴雨寡照对千粒质量和穗粒数的负影响较大，严重限制产量。

本试验只反映了豫南稻茬麦区冬小麦产量构成和气象因子的关系，如何通过播期的调整来利用豫南稻茬麦区气候资源优势，提高冬小麦躲避或抵抗不利气象因子影响的能力，从而提高豫南稻茬麦区冬小麦的产量，有待进一步研究。