高产小麦栽培管理模式对产量的影响

高产小麦栽培管理模式对产量的影响

收获的生物产量是经济产量的基础。干物质是作物光合作用产物的最高形式,一般情况下,总干物质重越高,籽粒产量越高。诸多研究表明,光照、温度、降水等自然环境以及土壤类型和养分状况对小麦干物质积累、转运及分配均有重要影响,且不同种植密度、播期、肥料和水分条件下小麦干物质积累和分配亦存在差异。有学者认为,群体不足或过大、水肥胁迫均会影响冬小麦不同生育阶段干物质积累,最终造成产量下降;另有研究者认为,适播中低密度处理和晚播中高密度处理可使小麦个体生长充分,提高花前营养器官干物质积累量,优化水肥管理可在稳定穗数的基础上,增加穗粒数,促进花后干物质积累,提高干物质转化效率,实现高产。但前人的研究多集中在单因子对小麦干物质积累与分配的影响上,关于多因素综合效应,尤其是不同栽培管理模式下的小麦干物质积累与分配特征的研究相对较少。为此,本试验在调查河南省豫北高产灌区当前农民习惯种植的基础上,以小麦产量效益为目标,设置了4种栽培管理模式,系统研究了栽培管理模式对冬小麦花后干物质积累与分配以及产量的影响,旨在提出适宜于河南高产灌区的小麦高产高效栽培技术模式,为小麦高产高效栽培提供理论依据。1材料和方法1.1不同栽培管理模式本试验于2009-2010年度在河南省焦作市温县祥云镇高产田进行,该试验点(34°92′N,112°99′)属暖温带半湿润季风气候,年均降水650mm,日照时数2500h,年均气温为13℃,无霜期210d左右,≥0℃积温在5000℃以上。供试土壤为潮土,0～20cm耕层土壤有机质含量15.5g·kg-1,全氮1.11g·kg-1,速效磷26.43mg·kg-1左右,速效钾129.9mg·kg-1,pH值7.8,土壤容重为1.35g·cm-3,前茬为玉米。试验共设4种栽培管理模式(表1),分别为农民习惯种植模式(T1)、相对于农民习惯模式的优化管理1模式(T2)、超高产管理模式(T3)和相对于超高产模式的优化管理2模式(T4),其中农民习惯采取旋耕条带作业,其他3处理均为机械深耕,耕深25cm;随机区组排列,重复4次,每小区面积200m2。农民习惯处理按当地农民常规种植进行。供试品种选用河南平安种业有限公司育成的具有超高产潜力的小麦新品种平安8号。1.2花前贮藏物质转运于小麦开花期每小区选择200个开花时间、生长均匀一致的单茎,统一挂牌标记,并于开花期、花后10d、15d、20d、25d、30d、35d和成熟期分别取样。每次取样20个单茎,按叶片、茎秆、叶鞘、穗轴+颖壳、籽粒分样,105℃下杀青20min,80℃烘干至恒重,分别称干重。计算营养器官花前贮藏物质转运量和转运率:营养器官花前贮藏物质转运量=开花期营养器官干重一成熟期营养器官干重;营养器官花前贮藏物质转运率=(开花期营养器官干重一成熟期营养器官干重)/开花期营养器官干重×100%;营养器官花前贮藏物质对籽粒的贡献率=花前贮藏干物质转运量/成熟期籽粒干重×100%;花后干物质积累量=成熟期籽粒干重一营养器官花前贮藏物质转运量。成熟期每小区收获1m双行进行室内考种,同时每小区收获10m2计产。1.3统计分析所有数据均采用SPSS16.0和Excel2003进行统计分析。2结果与分析2.1栽培管理模式对冬小麦不同器官、花果后干物质的积累具有动态影响2.1.1花后叶干物质积累由图1可以看出,4个栽培管理处理花后叶片干物质积累呈先增加后减少的趋势,峰值都出现在花后10d,表明在籽粒形成前期叶片制造的同化物不仅向籽粒供应,而且自身仍在贮藏较多的光合产物;花后10～15d期间,叶片干物质积累量缓慢下降;花后15～35d下降迅速,表明此期叶片中积累的干物质迅速向籽粒转移。花后35d至成熟,叶片干物质积累下降又渐趋平缓。干物质积累整个过程均以T3处理叶片干物质重最高,T1处理最低。4个处理成熟期叶片干物质积累量高低依次为T3>T4>T2>T1,与T1处理相比,T3、T4和T2处理分别提高10.73%、5.79%和2.84%。表明增加叶片干物质积累能力,是超高产种植和优化管理获得高产的基础。由图2可以看出,花后叶鞘干物质积累动态与叶片不同。4个处理花后叶鞘干物质积累量均随灌浆进程逐渐降低,且以花后0～15d下降较为缓慢,表明此阶段叶鞘自身营养物质解体并转运到籽粒中的干物质较少;花后15d以后叶鞘干物质积累量开始迅速降低,表明在冬小麦灌浆中后期叶鞘中贮藏的干物质向籽粒迅速转移。花后各时期叶鞘干物质积累量均以T3处理最高,与叶片干物质重积累趋势一致,4个处理叶鞘干物质积累量高低依次为T3>T4>T2>T1。与T1处理相比较,成熟期T3、T4和T2处理叶鞘干物质积累量分别提高了11.20%、3.93%和1.09%。2.1.2干物质转化为活性物质由图3可以看出,花后茎秆干物重的变化与叶片、叶鞘不同。4个处理花后茎秆干物质积累变化均呈现花后0～10d略有降低,10～15d缓慢升高,15～20d迅速下降,20d后又缓慢下降的变化趋势。说明在籽粒形成期(花后0～15d),茎秆仍在不断地积累光合产物;当籽粒进入灌浆盛期(花后15d以后),茎秆中贮存的营养物质迅速向籽粒中运转,开花20d以后,由于籽粒干物质积累缓慢,茎秆向籽粒转运营养物质也进入缓慢阶段。与叶片相比,茎秆干物质积累量峰值向后延迟5d左右,这可能是叶片和叶鞘中干物质部分转移到茎中所致,其转运机制有待进一步证实和研究。4个处理相比,成熟期以T3处理茎秆干物质输出量最多,达1758.71kg·hm-2,较T1处理增加了11.52%,显著高于T1处理,而与优化管理的T2、T4两处理差异不显著。由此可见,2种优化管理和超高产3个处理均能增强茎秆干物质向籽粒的转运能力。2.1.3籽粒形成期的特征由图4可以看出,4个处理的穗轴+颖壳干物质积累过程呈“单峰”变化趋势,即先上升后下降。花后0～10d缓慢上升,峰值均出现在开花后15d,之后逐渐下降,其峰值高低依次为T3>T4>T2>T1。说明在籽粒形成期,穗轴、颖壳等非叶光合器官不仅接受叶片光合器官合成及茎秆输送的同化产物,而且自身也在不断地合成、积累营养物质,当进入籽粒灌浆盛期即向籽粒迅速转运。4个处理相比,成熟期最终干物质积累量以T3处理最大,极显著高于T2和T1,显著高于T4,且T3向籽粒转运量也最大(559.51kg·hm-2),而其转运率较低(24.13%),但4个处理之间转运量和转运率差异不显著。2.1.4对千粒日增重的影响由图5可以看出,4个处理的籽粒干物质积累均呈“慢-快-慢”的“S”形变化趋势。籽粒形成期(花后0～15d),籽粒干物质积累缓慢,可能是由于此阶段各营养器官向籽粒输入光合同化物较少所致;花后15d,各营养器官干物质积累量迅速下降,籽粒进入灌浆盛期;花后30d之后籽粒干物质积累趋于缓慢增长。从千粒日增重变化来看,T1、T3处理在花后25d千粒日增重达到峰值,分别为2.21和2.38g·d-1。两优化管理T2、T4千粒日增重提前在花后20d达到峰值,且T2比T1、T4比T3的灌浆强度分别增强,分别为2.26和2.45g·d-1。从图5还可以看出,T2、T3、T4处理在灌浆后期的花后35d左右千粒日增重明显增大,即出现灌浆“小高峰”现象,其灌浆强度大小依次为T4>T3>T2,而农民习惯种植T1在花后25d达峰值后,千粒日增重逐渐降低。这可能是T2、T3、T4最终粒重较T1升高的又一个重要原因。2.2栽培管理模式对冬小麦后果物质的积累和分配的影响2.2.1营养器官干物质积累从表2可以看出,成熟期干物质在不同器官中的积累量和分配比例依次为:籽粒>茎秆>叶鞘>叶片>穗轴+颖壳,其中在籽粒中的分配比例占47.01%～49.67%。4个处理相比,T3处理各器官中的干物质积累量最大,但与T1相比,其叶片、茎秆、叶鞘、穗轴+颖壳各营养器官中的分配比例均降低,差异达显著水平;T3、T4和T2处理较T1处理成熟期各营养器官干物质积累量有所提高,依次为T3>T4>T2>T1。T2、T42种优化管理与T1相比,各营养器官中的干物质分配比例亦均有显著或极显著降低,但T2、T3、T4较T1均提高了干物质在籽粒中的积累量与分配比例,尤其是T2、T4与T1相比,籽粒中干物质积累量和分配比例极显著增加,而T3与T4处理之间差异不显著。因此,2种优化管理和超高产模式提高了干物质向籽粒中的积累量与分配比例,是其增产的重要基础。2.2.2优化管理模式t4、t3、t1对花前干物质转运的影响由表3可以看出,不同栽培管理模式对花前营养器官贮藏干物质的转运量、转运率和对籽粒的贡献,以及花后干物质积累量和对籽粒的贡献的影响明显不同。花前营养器官贮藏干物质的转运量、转运率均以T3最大,显著高于其他3处理,花前营养器官干物质转运量大小依次为T3>T4>T2>T1,但T4与T3、T2与T1相比,二者(T4和T2)营养器官花前干物质向籽粒中的转运率均有所降低,依次为T3>T4>T1>T2。花前营养器官贮藏干物质转运对籽粒的贡献以T1最大,T3次之,T4最小。说明优化管理模式提高了花前贮存在营养器官中的干物质在开花后向籽粒的转运量和转运率。花后干物质同化量及对籽粒的贡献率以T4最大,T1最小。与T1相比,T4、T3、T2的花后干物质同化量分别提高了36.68%、27.73%、20.47%。T4与T3、T2与T1相比,优化管理均提高了花后干物质同化量及对籽粒的贡献率,T4花后干物质同化量及对籽粒的贡献率显著大于T1,但T4、T3、T2处理间差异不显著。说明2种优化管理模式主要增加了来自花后积累干物质的比例,提高了其对籽粒的贡献;超高产管理模式不仅提高了籽粒来自开花前积累干物质的比例,且较农民习惯种植其花后干物质同化能力也有所增强。2.3t1、t3、t4对单位面积成穗数、双轴重率和产量的影响由表4可以看出,与T1相比,T2、T3和T4处理的单位面积成穗数显著降低,但3处理的穗粒数和千粒重显著增加,导致最终产量和收获指数均有不同程度提高。T2、T3和T4处理较T1处理单位面积成穗数分别减少22.2×104·hm-2、45.3×104·hm-2和44.2×104·hm-2;每穗粒数分别增加2.23、6.73和5.98粒;千粒重分别提高1.76、2.86和2.10g;收获指数分别提高2.17、3.54和4.28个百分点;产量分别增加11.72%、25.84%和24.47%。说明超高产和优化管理2能有效增加穗粒数和千粒重,提高收获指数,从而增加产量。3对超高产和优化管理模式下冬小麦干物质积累和分配的影响冬小麦叶片、茎秆等营养器官进行光合作用,合成和积累营养物质并向籽粒运转是籽粒产量的主要形成机制,且花前和花后干物质积累、转运与分配状况对籽粒产量有显著的影响。前人对此研究结论颇不一致。有研究者认为,小麦籽粒产量主要来自于开花后光合作用积累的同化物,部分为花前营养器官贮藏干物质的转运,提高花后干物质同化量是提高产量的重要途径;然而也有研究认为小麦籽粒产量的提高是花前和花后干物质共同作用的结果。本研究发现,提高花前各营养器官干物质积累量,促进花前营养器官贮存干物质向籽粒的转运,同时增强花后干物质同化能力,提高干物质在籽粒中的积累量与分配比例,是超高产和优化管理种植模式获得高产的重要基础。在本试验条件下,与农民习惯种植相比,超高产和优化管理模式均提高了花后干物质同化量及对籽粒的贡献,花前和花后干物质协同提高是超高产种植获得最高产量的主要原因。本试验中,超高产和2种优化管理模式较农民习惯种植,其灌浆强度增大、灌浆持续时间延长,且在小麦灌浆后期35d出现了灌浆强度“小高峰”,进而增加了最终粒重。至于灌浆强度“小高峰”出现期间小麦植株生理代谢变化、“小高峰”的物质来源和物质转运机制等有待进一步研究。丛新军认为,当基本苗大于180万株·hm-2时,由于拔节期的无效分蘖较多,个体发育相对不健壮,影响干物质积累,收获指数下降,造成产量下降。屈会娟等研究表明,适当降低种植密度有利于地上部干物质的积累,尤其是对穗部干物质积累量的增加更为明显,有利于促进花前营养器官贮藏干物质向籽粒的转运和对籽粒的贡献率。这与本试验结果基本一致,即在优化播量种植的超高产和2种优化管理模式下,干物质在籽粒中的积累量、分配比例以及花后干物质同化量和对籽粒的贡献率均增加。许多研究认为,施氮量和氮肥运筹方式对冬小麦干物质积累、转运与分配及产量的影响不同。合理施氮量可显著提高冬小麦的干物质积累量