高產(chǎn)小麥栽培管理模式對產(chǎn)量的影響

高產(chǎn)小麥栽培管理模式對產(chǎn)量的影響

收獲的生物產(chǎn)量是經(jīng)濟產(chǎn)量的基礎(chǔ)。干物質(zhì)是作物光合作用產(chǎn)物的最高形式,一般情況下,總干物質(zhì)重越高,籽粒產(chǎn)量越高。諸多研究表明,光照、溫度、降水等自然環(huán)境以及土壤類型和養(yǎng)分狀況對小麥干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運及分配均有重要影響,且不同種植密度、播期、肥料和水分條件下小麥干物質(zhì)積累和分配亦存在差異。有學(xué)者認為,群體不足或過大、水肥脅迫均會影響冬小麥不同生育階段干物質(zhì)積累,最終造成產(chǎn)量下降;另有研究者認為,適播中低密度處理和晚播中高密度處理可使小麥個體生長充分,提高花前營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量,優(yōu)化水肥管理可在穩(wěn)定穗數(shù)的基礎(chǔ)上,增加穗粒數(shù),促進花后干物質(zhì)積累,提高干物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率,實現(xiàn)高產(chǎn)。但前人的研究多集中在單因子對小麥干物質(zhì)積累與分配的影響上,關(guān)于多因素綜合效應(yīng),尤其是不同栽培管理模式下的小麥干物質(zhì)積累與分配特征的研究相對較少。為此,本試驗在調(diào)查河南省豫北高產(chǎn)灌區(qū)當(dāng)前農(nóng)民習(xí)慣種植的基礎(chǔ)上,以小麥產(chǎn)量效益為目標(biāo),設(shè)置了4種栽培管理模式,系統(tǒng)研究了栽培管理模式對冬小麥花后干物質(zhì)積累與分配以及產(chǎn)量的影響,旨在提出適宜于河南高產(chǎn)灌區(qū)的小麥高產(chǎn)高效栽培技術(shù)模式,為小麥高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1不同栽培管理模式本試驗于2009-2010年度在河南省焦作市溫縣祥云鎮(zhèn)高產(chǎn)田進行,該試驗點(34°92′N,112°99′)屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候,年均降水650mm,日照時數(shù)2500h,年均氣溫為13℃,無霜期210d左右,≥0℃積溫在5000℃以上。供試土壤為潮土,0～20cm耕層土壤有機質(zhì)含量15.5g·kg-1,全氮1.11g·kg-1,速效磷26.43mg·kg-1左右,速效鉀129.9mg·kg-1,pH值7.8,土壤容重為1.35g·cm-3,前茬為玉米。試驗共設(shè)4種栽培管理模式(表1),分別為農(nóng)民習(xí)慣種植模式(T1)、相對于農(nóng)民習(xí)慣模式的優(yōu)化管理1模式(T2)、超高產(chǎn)管理模式(T3)和相對于超高產(chǎn)模式的優(yōu)化管理2模式(T4),其中農(nóng)民習(xí)慣采取旋耕條帶作業(yè),其他3處理均為機械深耕,耕深25cm;隨機區(qū)組排列,重復(fù)4次,每小區(qū)面積200m2。農(nóng)民習(xí)慣處理按當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)種植進行。供試品種選用河南平安種業(yè)有限公司育成的具有超高產(chǎn)潛力的小麥新品種平安8號。1.2花前貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運于小麥開花期每小區(qū)選擇200個開花時間、生長均勻一致的單莖,統(tǒng)一掛牌標(biāo)記,并于開花期、花后10d、15d、20d、25d、30d、35d和成熟期分別取樣。每次取樣20個單莖,按葉片、莖稈、葉鞘、穗軸+穎殼、籽粒分樣,105℃下殺青20min,80℃烘干至恒重,分別稱干重。計算營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率:營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運量=開花期營養(yǎng)器官干重一成熟期營養(yǎng)器官干重;營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運率=(開花期營養(yǎng)器官干重一成熟期營養(yǎng)器官干重)/開花期營養(yǎng)器官干重×100%;營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)對籽粒的貢獻率=花前貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量/成熟期籽粒干重×100%;花后干物質(zhì)積累量=成熟期籽粒干重一營養(yǎng)器官花前貯藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運量。成熟期每小區(qū)收獲1m雙行進行室內(nèi)考種,同時每小區(qū)收獲10m2計產(chǎn)。1.3統(tǒng)計分析所有數(shù)據(jù)均采用SPSS16.0和Excel2003進行統(tǒng)計分析。2結(jié)果與分析2.1栽培管理模式對冬小麥不同器官、花果后干物質(zhì)的積累具有動態(tài)影響2.1.1花后葉干物質(zhì)積累由圖1可以看出,4個栽培管理處理花后葉片干物質(zhì)積累呈先增加后減少的趨勢,峰值都出現(xiàn)在花后10d,表明在籽粒形成前期葉片制造的同化物不僅向籽粒供應(yīng),而且自身仍在貯藏較多的光合產(chǎn)物;花后10～15d期間,葉片干物質(zhì)積累量緩慢下降;花后15～35d下降迅速,表明此期葉片中積累的干物質(zhì)迅速向籽粒轉(zhuǎn)移?；ê?5d至成熟,葉片干物質(zhì)積累下降又漸趨平緩。干物質(zhì)積累整個過程均以T3處理葉片干物質(zhì)重最高,T1處理最低。4個處理成熟期葉片干物質(zhì)積累量高低依次為T3>T4>T2>T1,與T1處理相比,T3、T4和T2處理分別提高10.73%、5.79%和2.84%。表明增加葉片干物質(zhì)積累能力,是超高產(chǎn)種植和優(yōu)化管理獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)。由圖2可以看出,花后葉鞘干物質(zhì)積累動態(tài)與葉片不同。4個處理花后葉鞘干物質(zhì)積累量均隨灌漿進程逐漸降低,且以花后0～15d下降較為緩慢,表明此階段葉鞘自身營養(yǎng)物質(zhì)解體并轉(zhuǎn)運到籽粒中的干物質(zhì)較少;花后15d以后葉鞘干物質(zhì)積累量開始迅速降低,表明在冬小麥灌漿中后期葉鞘中貯藏的干物質(zhì)向籽粒迅速轉(zhuǎn)移?；ê蟾鲿r期葉鞘干物質(zhì)積累量均以T3處理最高,與葉片干物質(zhì)重積累趨勢一致,4個處理葉鞘干物質(zhì)積累量高低依次為T3>T4>T2>T1。與T1處理相比較,成熟期T3、T4和T2處理葉鞘干物質(zhì)積累量分別提高了11.20%、3.93%和1.09%。2.1.2干物質(zhì)轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)由圖3可以看出,花后莖稈干物重的變化與葉片、葉鞘不同。4個處理花后莖稈干物質(zhì)積累變化均呈現(xiàn)花后0～10d略有降低,10～15d緩慢升高,15～20d迅速下降,20d后又緩慢下降的變化趨勢。說明在籽粒形成期(花后0～15d),莖稈仍在不斷地積累光合產(chǎn)物;當(dāng)籽粒進入灌漿盛期(花后15d以后),莖稈中貯存的營養(yǎng)物質(zhì)迅速向籽粒中運轉(zhuǎn),開花20d以后,由于籽粒干物質(zhì)積累緩慢,莖稈向籽粒轉(zhuǎn)運營養(yǎng)物質(zhì)也進入緩慢階段。與葉片相比,莖稈干物質(zhì)積累量峰值向后延遲5d左右,這可能是葉片和葉鞘中干物質(zhì)部分轉(zhuǎn)移到莖中所致,其轉(zhuǎn)運機制有待進一步證實和研究。4個處理相比,成熟期以T3處理莖稈干物質(zhì)輸出量最多,達1758.71kg·hm-2,較T1處理增加了11.52%,顯著高于T1處理,而與優(yōu)化管理的T2、T4兩處理差異不顯著。由此可見,2種優(yōu)化管理和超高產(chǎn)3個處理均能增強莖稈干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運能力。2.1.3籽粒形成期的特征由圖4可以看出,4個處理的穗軸+穎殼干物質(zhì)積累過程呈“單峰”變化趨勢,即先上升后下降?；ê?～10d緩慢上升,峰值均出現(xiàn)在開花后15d,之后逐漸下降,其峰值高低依次為T3>T4>T2>T1。說明在籽粒形成期,穗軸、穎殼等非葉光合器官不僅接受葉片光合器官合成及莖稈輸送的同化產(chǎn)物,而且自身也在不斷地合成、積累營養(yǎng)物質(zhì),當(dāng)進入籽粒灌漿盛期即向籽粒迅速轉(zhuǎn)運。4個處理相比,成熟期最終干物質(zhì)積累量以T3處理最大,極顯著高于T2和T1,顯著高于T4,且T3向籽粒轉(zhuǎn)運量也最大(559.51kg·hm-2),而其轉(zhuǎn)運率較低(24.13%),但4個處理之間轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率差異不顯著。2.1.4對千粒日增重的影響由圖5可以看出,4個處理的籽粒干物質(zhì)積累均呈“慢-快-慢”的“S”形變化趨勢。籽粒形成期(花后0～15d),籽粒干物質(zhì)積累緩慢,可能是由于此階段各營養(yǎng)器官向籽粒輸入光合同化物較少所致;花后15d,各營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量迅速下降,籽粒進入灌漿盛期;花后30d之后籽粒干物質(zhì)積累趨于緩慢增長。從千粒日增重變化來看,T1、T3處理在花后25d千粒日增重達到峰值,分別為2.21和2.38g·d-1。兩優(yōu)化管理T2、T4千粒日增重提前在花后20d達到峰值,且T2比T1、T4比T3的灌漿強度分別增強,分別為2.26和2.45g·d-1。從圖5還可以看出,T2、T3、T4處理在灌漿后期的花后35d左右千粒日增重明顯增大,即出現(xiàn)灌漿“小高峰”現(xiàn)象,其灌漿強度大小依次為T4>T3>T2,而農(nóng)民習(xí)慣種植T1在花后25d達峰值后,千粒日增重逐漸降低。這可能是T2、T3、T4最終粒重較T1升高的又一個重要原因。2.2栽培管理模式對冬小麥后果物質(zhì)的積累和分配的影響2.2.1營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累從表2可以看出,成熟期干物質(zhì)在不同器官中的積累量和分配比例依次為:籽粒>莖稈>葉鞘>葉片>穗軸+穎殼,其中在籽粒中的分配比例占47.01%～49.67%。4個處理相比,T3處理各器官中的干物質(zhì)積累量最大,但與T1相比,其葉片、莖稈、葉鞘、穗軸+穎殼各營養(yǎng)器官中的分配比例均降低,差異達顯著水平;T3、T4和T2處理較T1處理成熟期各營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量有所提高,依次為T3>T4>T2>T1。T2、T42種優(yōu)化管理與T1相比,各營養(yǎng)器官中的干物質(zhì)分配比例亦均有顯著或極顯著降低,但T2、T3、T4較T1均提高了干物質(zhì)在籽粒中的積累量與分配比例,尤其是T2、T4與T1相比,籽粒中干物質(zhì)積累量和分配比例極顯著增加,而T3與T4處理之間差異不顯著。因此,2種優(yōu)化管理和超高產(chǎn)模式提高了干物質(zhì)向籽粒中的積累量與分配比例,是其增產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。2.2.2優(yōu)化管理模式t4、t3、t1對花前干物質(zhì)轉(zhuǎn)運的影響由表3可以看出,不同栽培管理模式對花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率和對籽粒的貢獻,以及花后干物質(zhì)積累量和對籽粒的貢獻的影響明顯不同?；ㄇ盃I養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運量、轉(zhuǎn)運率均以T3最大,顯著高于其他3處理,花前營養(yǎng)器官干物質(zhì)轉(zhuǎn)運量大小依次為T3>T4>T2>T1,但T4與T3、T2與T1相比,二者(T4和T2)營養(yǎng)器官花前干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運率均有所降低,依次為T3>T4>T1>T2?；ㄇ盃I養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)轉(zhuǎn)運對籽粒的貢獻以T1最大,T3次之,T4最小。說明優(yōu)化管理模式提高了花前貯存在營養(yǎng)器官中的干物質(zhì)在開花后向籽粒的轉(zhuǎn)運量和轉(zhuǎn)運率?；ê蟾晌镔|(zhì)同化量及對籽粒的貢獻率以T4最大,T1最小。與T1相比,T4、T3、T2的花后干物質(zhì)同化量分別提高了36.68%、27.73%、20.47%。T4與T3、T2與T1相比,優(yōu)化管理均提高了花后干物質(zhì)同化量及對籽粒的貢獻率,T4花后干物質(zhì)同化量及對籽粒的貢獻率顯著大于T1,但T4、T3、T2處理間差異不顯著。說明2種優(yōu)化管理模式主要增加了來自花后積累干物質(zhì)的比例,提高了其對籽粒的貢獻;超高產(chǎn)管理模式不僅提高了籽粒來自開花前積累干物質(zhì)的比例,且較農(nóng)民習(xí)慣種植其花后干物質(zhì)同化能力也有所增強。2.3t1、t3、t4對單位面積成穗數(shù)、雙軸重率和產(chǎn)量的影響由表4可以看出,與T1相比,T2、T3和T4處理的單位面積成穗數(shù)顯著降低,但3處理的穗粒數(shù)和千粒重顯著增加,導(dǎo)致最終產(chǎn)量和收獲指數(shù)均有不同程度提高。T2、T3和T4處理較T1處理單位面積成穗數(shù)分別減少22.2×104·hm-2、45.3×104·hm-2和44.2×104·hm-2;每穗粒數(shù)分別增加2.23、6.73和5.98粒;千粒重分別提高1.76、2.86和2.10g;收獲指數(shù)分別提高2.17、3.54和4.28個百分點;產(chǎn)量分別增加11.72%、25.84%和24.47%。說明超高產(chǎn)和優(yōu)化管理2能有效增加穗粒數(shù)和千粒重,提高收獲指數(shù),從而增加產(chǎn)量。3對超高產(chǎn)和優(yōu)化管理模式下冬小麥干物質(zhì)積累和分配的影響冬小麥葉片、莖稈等營養(yǎng)器官進行光合作用,合成和積累營養(yǎng)物質(zhì)并向籽粒運轉(zhuǎn)是籽粒產(chǎn)量的主要形成機制,且花前和花后干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運與分配狀況對籽粒產(chǎn)量有顯著的影響。前人對此研究結(jié)論頗不一致。有研究者認為,小麥籽粒產(chǎn)量主要來自于開花后光合作用積累的同化物,部分為花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運,提高花后干物質(zhì)同化量是提高產(chǎn)量的重要途徑;然而也有研究認為小麥籽粒產(chǎn)量的提高是花前和花后干物質(zhì)共同作用的結(jié)果。本研究發(fā)現(xiàn),提高花前各營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量,促進花前營養(yǎng)器官貯存干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運,同時增強花后干物質(zhì)同化能力,提高干物質(zhì)在籽粒中的積累量與分配比例,是超高產(chǎn)和優(yōu)化管理種植模式獲得高產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。在本試驗條件下,與農(nóng)民習(xí)慣種植相比,超高產(chǎn)和優(yōu)化管理模式均提高了花后干物質(zhì)同化量及對籽粒的貢獻,花前和花后干物質(zhì)協(xié)同提高是超高產(chǎn)種植獲得最高產(chǎn)量的主要原因。本試驗中,超高產(chǎn)和2種優(yōu)化管理模式較農(nóng)民習(xí)慣種植,其灌漿強度增大、灌漿持續(xù)時間延長,且在小麥灌漿后期35d出現(xiàn)了灌漿強度“小高峰”,進而增加了最終粒重。至于灌漿強度“小高峰”出現(xiàn)期間小麥植株生理代謝變化、“小高峰”的物質(zhì)來源和物質(zhì)轉(zhuǎn)運機制等有待進一步研究。叢新軍認為,當(dāng)基本苗大于180萬株·hm-2時,由于拔節(jié)期的無效分蘗較多,個體發(fā)育相對不健壯,影響干物質(zhì)積累,收獲指數(shù)下降,造成產(chǎn)量下降。屈會娟等研究表明,適當(dāng)降低種植密度有利于地上部干物質(zhì)的積累,尤其是對穗部干物質(zhì)積累量的增加更為明顯,有利于促進花前營養(yǎng)器官貯藏干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運和對籽粒的貢獻率。這與本試驗結(jié)果基本一致,即在優(yōu)化播量種植的超高產(chǎn)和2種優(yōu)化管理模式下,干物質(zhì)在籽粒中的積累量、分配比例以及花后干物質(zhì)同化量和對籽粒的貢獻率均增加。許多研究認為,施氮量和氮肥運籌方式對冬小麥干物質(zhì)積累、轉(zhuǎn)運與分配及產(chǎn)量的影響不同。合理施氮量可顯著提高冬小麥的干物質(zhì)積累量