華北平原是我國糧食作物主產區,“冬小麥-夏玉米”一年兩熟輪作體系是該區域的主要農作制度。
隨著氣候變暖和水資源日趨緊缺,為了提高周年產量和水分利用效率,近年來各地推廣了夏玉米晚收、冬小麥晚播的“雙晚”技術,該技術模式的優勢在于:
夏玉米適當晚收,有利于高效利用有限的光熱資源,增加粒重,提高單產;此外,冬小麥適期晚播,有利于減少冬前耗水,并避免旺長,有利于安全越冬。在適期晚播的情況下,為了獲得較高的小麥產量,通常采用加大播種量、增加基本苗來獲得足夠的冬前群體,但如果冬前群體生長過旺會造成冬前水分的嚴重浪費,播量過高還會增加行內株間競爭,不利于群體生產力和資源利用效率的提高。為了創造較為合理的冬小麥群體結構,以提高冬小麥群體光熱和水資源的利用效率,已有學者研究了耕作措施、播期和密度、肥水調控、行距調整等措施對冬小麥群體結構和物質積累的影響,這些研究對冬小麥高產群體結構的創建具有一定的借鑒意義。另外,種植方式和行距調整也影響冬小麥的水分利用效率,有學者提出壟作種植方式可以比平作節水30%;董浩等研究認為,與等行距處理相比,“溝播結合灌拔節水+開花水”是華北地區較適宜的節水方式。然而,在當前土地連片、規?；N植的趨勢下,上述內容中提及的種植方式在生產中難以大面積應用,平作條播仍是冬小麥主要的種植方式。
有研究認為,平播時較寬行距\\(30cm\\)使土壤蒸發量增加了17%,而縮小行距可以提高水分利用效率。但是有關晚播、大群體栽培條件下,行距調整對冬小麥物質生產、水分利用和產量的影響效應未見報道。針對上述問題,本研究在華北地區過晚播\\(冬前葉齡小于3\\)、有限灌溉條件下,研究不同行距對冬小麥群體葉面積指數\\(Leaf area index,LAI\\)、物質積累與運轉、生育階段土壤水分消耗、水分利用參數、群體產量和水分利用效率的影響,以期為晚播節水栽培條件下的冬小麥群體調控技術提供理論依據。
1 材料與方法
1.1 試驗條件與試驗設計
試驗于2011—2013年度在中國農業大學吳橋實驗站\\(北緯37°41′02″,東經106°37′23″\\)進行,該區域全年光照2 724.8h,年平均氣溫12.9℃,無霜期201d,小麥生長季內的降雨量如圖1所示。試驗地為壤質底黏潮土,播種前耕層基礎地力情況列于表1。以華北地區主栽的冬小麥品種濟麥22為試驗材料,設置3個行距處理:12cm\\(R12\\)、20cm\\(R20\\)和30cm\\(R30\\)。試驗采用裂區設計,重復3次,小區面積24m2。施肥量參照冬小麥簡化栽培模式:尿素225kg/hm2、磷酸二銨300kg/hm2、硫酸鉀150kg/hm2、硫酸鋅15kg/hm2,均作底肥一次性施入。
2011—2012年度的播種期為11月2日,因降溫降雪早,小麥入冬前葉齡為第1葉露尖;2012—2013年度的播種期為10月25日,入冬葉齡為2葉1心。
2年的前茬均為玉米,小麥基本苗均設為705萬株/hm2,由于兩年春季拔節期皆有降雨,生育期內均只澆開花水\\(750m3/hm2\\),使用水表控制灌水量。
1.2 測定項目和方法
1.2.1 地上部生物量和LAI在越冬前、返青、拔節、孕穗、開花、灌漿和成熟等7個生育時期,每個處理取長度為50cm的樣段,重復3次,將不同器官分開,裝入紙袋在105℃殺青30min后,在70℃烘干至恒重,依據比葉重法計算葉面積指數\\(LAI\\)。
1.2.2 營養器官貯藏物轉移量及其對籽粒的貢獻率開花期前后貯藏物以及向籽粒轉運量和貢獻率的計算方法如下:營養器官花前貯藏物質轉運量=開花期營養器官干重-成熟期營養器官干重營養器官花前貯藏物對籽粒重的貢獻率/%=花前貯藏物質轉運量/成熟期籽粒干重×100產量物質來自花后同化量=成熟期籽粒干重-花前貯藏物質轉運量花后同化量對籽粒重的貢獻率/%=花后同化物量/成熟期籽粒干重×1001.2.3土壤含水量在各個生育時期,在每個重復小區的中部,用“土鉆法”分層\\(20cm/層\\)取0~200cm土體各層土樣,取出的土樣置于鋁盒中,置于110℃下烘干,計算土壤含水量,土壤含水量\\(%\\)的計算方法如下:
土壤含水量/%=\\(濕土重-干土重\\)/干土重×1001.2.4農田耗水量和水分利用參數采用農田水量平衡方程計算冬小麥各個生育時期內0~200cm土體的耗水量ET=W+P+I-D+Wg-R式中:ET為冬小麥生育期內農田耗水量,mm;ΔW為生育期內土壤水分變化量\\(ΔW=播種時土體內水層厚度-收獲時土體水層厚度\\);P為降水量,mm;I為灌溉量,mm;D為灌溉后土壤水向下層流動量;Wg為深層地下水利用量;R為地表徑流。試驗地區地下水位超過7m,且無地表徑流,Wg、D和R可忽略,所以農田耗水量的計算采用:ET=ΔW+P+I,灌溉量\\(I\\)通過水表控制,降水量\\(mm\\)參照試驗田500m附近人工氣象站的降水量。水分利用效率\\(WUE,kg/\\(hm2·mm\\)\\)=籽粒產量\\(kg/hm2\\)/ET\\(mm\\)其他水分利用特征參數的計算方法如下:耗水強度\\(WCI,mm/d\\)=生育階段土壤水分蒸散總量\\(mm\\)/生育階段持續時間\\(d\\)耗水模系數\\(WCP,%\\)=生育階段土壤水分蒸散總量\\(mm\\)/生育期土壤水分蒸散總量\\(mm\\)×1001.2.5產量每個重復收獲2m2,脫粒稱重,并折算為14%含水量下的產量。
1.2.6 數據統計用Excel 2010整理數據,運用DPS 7.05數據處理系統和Duncan新復極差法進行方差分析和多重比較。
2 結果與分析
2.1 行距對晚播冬小麥群體物質積累和LAI的影響
LAI和群體物質積累是群體產量形成的重要指標。
2個生長季內LAI和群體物質積累除冬前存在差異外,春季返青后的趨勢基本一致,本研究以2012—2013年度的結果加以說明。
3個行距處理的LAI在生育期內的變化趨勢相同\\(圖2\\),在返青期,R12的LAI大于R20和R30,處理間差異不顯著\\(F=1.24,P=0.35\\);起身期以后,各個處理的LAI均逐漸上升,孕穗期達到最大值,R12、R20、R30的最大LAI分別為6.24、5.49和4.99,其中,R12顯著高于R20\\(F=5.30,P=0.05\\)?！胺登?灌漿”期間較窄行距處理\\(R12\\)的LAI始終大于其他2個處理。各處理不同生育時期群體物質積累變化如圖3所示。拔節期之前,3個處理的群體物質積累量差異不明顯;從孕穗期開始,R12群體物質積累速度明顯加快,成熟期R12、R20和R30物質積累量分別為:18 516、16 595和16 087kg/hm2,R12顯著高于R20、R30\\(F=30.2,P=0.04\\)。
各處理開花期前后的物質積累量、轉運量及其對籽粒貢獻率如表2所示,R20和R30營養器官的花前貯藏物質轉運量、花前貯藏物對籽粒貢獻率略高于R12,3個處理間無顯著差異;花后物質積累量及其對籽粒的貢獻率隨著行距的增大而減小,R12的花后同化量及其對籽粒貢獻率顯著高于R30,而R20與R30之間無顯著差異。
2.2 行距對冬小麥階段耗水和成熟期各層土壤含水量的影響
不同生育階段耗水參數列于表3,2個年度由于播期、降水分布和生育進度的差異,小麥階段耗水特征也有所不同。播種-返青、返青-拔節2個年度耗水強度都較小,但由于2012—2013年度播期較早因而耗水強度和耗水比例高于2011—2012年度。拔節-開花、開花-灌漿2個階段的耗水強度和耗水比例都相對較高,2個階段的耗水比例達到60%~70%左右,以開花-灌漿期的耗水比例最高,占全生育期耗水35%以上。
2011—2012年度開花-灌漿期間耗水強度和耗水比例隨行距縮小而顯著增加,但R12和R20之間無顯著差異;2012—2013年度則表現為拔節-開花期間耗水強度和耗水比例隨行距縮小而顯著增加。灌漿-成熟期間耗水強度和耗水比例在2011—2012年度表現為隨行距縮小而顯著減少,在2012—2013年度行距間無顯著差異。
成熟期0~40cm土層土壤含水量占0~200cm土體中總含水量的比值在年際間和處理間無明顯差異,而40~80、80~120、120~200cm土層土壤含水量占0~200cm土體中總含水量的比值在年際間和處理間都有一定差異\\(圖4\\)。2012—2013年度40~120cm土壤含水量所占比值高于2011—2012年度,120cm以下土壤含水量所占比值低于2011—2012年度,說明2012—2013年度冬小麥對120cm以下土層水分的消耗更多些。另外,2個年度都表現為,隨著行距縮小,40~120cm土壤含水量所占比值減小,說明縮小行距增加了冬小麥對40~120cm土層水分的消耗。
2.3 行距對晚播冬小麥群體產量和水分利用效率的影響
各個處理的產量構成因素如表4所示,收獲穗數在處理間沒有顯著差異,穗粒數和千粒重隨著行距的增加而減小,千粒重在3個處理間沒有顯著差異,穗粒數是處理間產量差異的主要因素,R12的穗粒數顯著高于R30。從2年的實際產量來看,R12顯著高于R30,而R20與R30無顯著差異,由此可見,適當縮小行距\\(12cm\\)可以提高晚播冬小麥群體的產量。
各個處理的水分利用參數列于表5中,生育期內總耗水量和土壤貯水消耗量\\(ΔW\\)隨著行距縮小而增加,總耗水量R12和R30之間的差異達到顯著水平\\(P<0.05\\)。土壤貯水消耗量占總耗水的比例隨著行距的縮小而增大,2個年度內3個處理間的差異達到顯著水平。調整行距對晚播冬小麥群體的水分利用影響較大,行距過大的R30水分利用效率最低,適當縮小行距\\(12cm\\)有利于產量和水分利用效率的協同提高。
3 討論與結論
3.1 討論
生育期內較高的LAI和群體生物量是冬小麥產量形成的基礎,行距調整對晚播群體的LAI和生物量影響較大。圖2、圖3和表2的結果說明,R12在開花前后始終保持較高的LAI,且群體干物質積累較高,花后同化物積累量及其對籽粒的貢獻率都顯著高于R30。說明適當縮小行距至12cm,可以增加晚播冬小麥群體的LAI,提高生物量,顯著增加群體的花后同化物累積量及其對籽粒產量的貢獻率。
本研究中,3個行距處理花前貯藏物對產量的貢獻率較低,而花后同化物對籽粒的貢獻率高達86.7%~91.4%,高于前人的相關報道,這可能與播期較晚、小麥開花以前物質積累較少有關;另外,營養器官花前貯藏物向籽粒的轉運量及其貢獻率處理間沒有顯著差異,R30的上述2個指標略高于其他2個處理,可能是寬行距內植株個體競爭加劇了群體衰老、花前貯藏物轉移進程提前的結果。
本研究中,0~20cm土體在返青-拔節期間R30的土壤含水量\\(16.5%~12.1%\\)均低于R12和R20,這是寬行距處理田間植株覆蓋度低、行間土地裸露面積加大、棵間蒸發增加的原因所致。從耗水強度和耗水比例來看,2012—2013年度由于冬前出苗較早,返青-拔節期間出現短時期的土壤水分虧缺,導致播種-返青、返青-拔節的耗水強度和比例大于2011—2012年度\\(表3\\)。拔節-開花、開花-灌漿2個階段的耗水比例之和達到60%~70%,仍是主要的耗水階段,其中,開花-灌漿階段的耗水比例最大\\(35%以上\\),這一階段的耗水比例大于早播群體的相關報道,可能與晚播群體開花時期相對延后、后期氣溫較高、生育時期相對延長等因素有關。
拔節-灌漿期間,耗水強度和耗水比例隨行距縮小而顯著增加。另外,晚播群體在拔節-灌漿期間對水分的集中大量消耗\\(表3和表5\\),充分說明晚播群體后期水分管理的重要性。
前人的相關研究指出,灌溉模式會影響不同土層水分的消耗。本研究中,收獲期40~120cm土層含水量與0~200cm總含水量的比值隨著行距縮小而降低\\(圖4\\),由于3個行距的土壤水分消耗量差異顯著\\(表5\\),說明R12更能增加40~120cm層次土壤水分的吸收利用,尤其在2011—2012年度表現明顯,這說明前期土壤的水分虧缺會促使小麥根系下扎,更能充分利用生育后期深層次的土壤貯水。本研究中,行距對晚播冬小麥群體的產量和水分利用效率的影響較大,R12的產量和水分利用效率顯著高于R30,此結果與Chen等的報道略有不同。
由于夏玉米收獲后進行秸稈還田,生產中常用的行距在20cm左右,本研究中采用12cm行距作為最小行距,主要是考慮在播前澆水、土壤濕度較大的情況下,過窄的行距可能會使潮濕的土壤和秸稈堵塞播種機開溝器,進而影響播種質量,因此,在今后的研究中,需考慮能否在提高整地質量的基礎上適當縮小行距、增加行內植株分布的均勻度、減少晚播高密度群體內的個體競爭,從而提高晚播冬小麥群體的物質生產能力;同時,有關晚播行距處理在不同年份和降雨條件下的階段耗水特征、棵間蒸發及生育期內耗水動態變化尚需深入研究。
3.2 結論
在晚播\\(10月25日以后\\)大群體的條件下,適當縮小行距\\(12cm\\),可以提高群體的LAI和干物質積累量,增加花后同化物積累量及其對籽粒的貢獻率,增加晚播群體對40~120cm土層的水分利用比率,顯著提高土壤貯水消耗量、產量和水分利用效率。在當前華北地區的小麥生產中,適當縮小行距至12cm,有利于晚播冬小麥產量和水分效率的協同提高,可以作為晚播群體調控措施的參考?！緢D表略】
