種植密度對中麥30產量和蛋白質質量分數的影響

史金平,張 敏,楊 敏,劉 巖,蔡瑞國

(河北科技師范學院農學與生物科技學院/河北省作物逆境生物學重點實驗室,河北 秦皇島,066004)

種植密度對小麥農藝性狀、產量性狀影響較大[1～3]。適宜的種植密度有利于構建合理的群體結構,增大綠葉面積,提高群體對光能的利用率,增加群體干物質積累,提高成穗數[4],最終影響小麥的產量與品質[5]。在生產中可以通過調整種植密度等農藝措施調節干物質積累及在各器官中的分配,建立合理的源庫平衡,提高其轉化效率[6]。穗數、穗粒數和千粒質量構成小麥產量的三要素,建立合理的群體結構,協調好三者的關系才是小麥獲得高產的根本途徑[7]。適宜的種植密度,可以協調小麥群體與個體以及生長發育與環境的關系,有利于產量三因素的協調發展,最終獲得高產、穩產。于文明[8]研究認為,高密度不利于小麥植株的氮素積累,過高密度下小麥開花后植株氮素積累量降低。隨種植密度的增加,花前小麥營養器官積累氮的轉運量、轉運率以及對籽粒的貢獻率均有增加[9]。

中麥30由中國農業科學院作物科學研究所小麥品質研究與新品種選育創新團隊育成,品種來源為08CA137/山農17,已經通過國家黃淮南片(國審麥20200096)和國家黃淮北片(國審麥20210152)審定,該品種抗寒性好,抗倒性強,高產穩產,適應性好。筆者用小麥新品種中麥30,在大田條件下設置3個種植密度,研究該品種在不同種植密度條件下小麥群體大小、植株干物質積累轉運和籽粒產量以及籽粒蛋白質量分數的變化,以期為該品種在冀東地區的推廣種植提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2020年10月～2021年6月在河北科技師范學院農學與生物科技學院實驗站(39.44°N,119.13°E)進行。土壤類型為潮褐土,其中有機質質量分數為24.63 g/kg,全氮質量分數為1.19 g/kg,速效氮質量分數為93.38 mg/kg,全磷質量分數為 2.19 g/kg,速效磷質量分數為32.66 mg/kg,全鉀質量分數為3.91 g/kg,速效鉀質量分數為153.09 mg/kg。前茬作物為大豆。

供試小麥品種為中麥30,由中國農業科學院作物科學研究所提供。試驗設置3個種植密度,基本苗分別為450萬株·hm-2(M1),600萬株·hm-2(M2)和750萬株·hm-2(M3),小區面積為12.5 m2(2.5 m×5.0 m),3次重復,完全隨機排列。田間小麥的播種時間為2020年10月11日,15 cm等行距機播,3葉期定苗。氮素用量為240 kg·hm-2,底肥和拔節期追肥各50%;P2O5和K2O用量均為120 hm-2。選用復合肥[w(N)∶w(P)∶w(K)=15∶15∶15]做底肥,尿素(N質量分數為46%)做春季追肥。全生育期越澆冬水、拔節水和孕穗水,每次灌水量為600 m3·hm-2。小麥生長期間及時防治病蟲草害,其它管理同當地生產大田,收獲時間為2021年6月25日。

1.2 測定項目與方法

1.2.1總莖數動態和分蘗成穗率 于田間小麥出苗期、返青期、拔節期、成熟期定點調查行長1 m,2行內的總莖數,并計算分蘗成穗率。

分蘗成穗率=(成熟期有效穗數/拔節期總莖數)×100%

1.2.2干物質積累動態 于田間小麥拔節期,開花期,花后第7天,第14天,第21天,第28天和第35天取樣,每個處理取10株,3次重復,105 ℃殺青30 min,60 ℃烘至恒質量,稱干質量,計算群體干物質積累量。

1.2.3花前干物質積累量及其對籽粒的貢獻率 于田間小麥開花期和成熟期每處理取10個小麥單莖樣品,分為莖稈+葉鞘、葉片、穗軸+穎殼和籽粒等4部分,3次重復,105 ℃殺青30 min,60 ℃烘至恒質量,稱干質量。

花前干物質轉移量對籽粒的貢獻率=(開花期植株干質量成熟期營養器官干質量)/籽粒干質量

1.2.4產量及其構成因素 小麥成熟后每處理調查取行長1 m,2行內的有效穗數;隨機連續抓取20個麥穗,數取穗粒數;收獲行長1 m,5行內樣段全部脫粒、晾曬并稱質量,測定實際產量;采用千粒法測定每處理的千粒質量;以上指標均3次重復,實際產量和千粒質量均折算為籽粒中水的質量分數為13%下的數值。

1.2.5植物氮素質量分數和籽粒蛋白質質量分數 采用半微量凱氏定氮法測定籽粒氮素質量分數,氮素質量分數×5.7為蛋白質質量分數[10]。氮素轉運量公式如下:

花前氮素轉運量=開花期地上部氮素積累量-成熟期非收獲器官氮素積累量

氮素轉運量、氮素積累量單位均為kg·hm-2。以下同。

花前氮素轉運效率=花前氮素轉運量/開花期植株氮素積累量×100%

花前氮素對籽粒氮素的貢獻率=花前氮素轉運量/成熟期籽粒氮素積累量×100%

1.2.6數據統計分析和作圖 采用Excel 2003和DPS v 7.05軟件對數據進行分析和作圖,采用LSD法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 種植密度對中麥30各生育時期莖蘗動態和成穗率的影響

中麥30越冬初期和返青期總莖數隨種植密度增加而增加(表1);但拔節期M2處理的總莖數低于另外2個處理且差異達顯著水平;開花期M2處理的總莖數高于另外2個處理且差異達顯著水平。M2處理的開花期總莖數數和成穗率均較高,說明M2處理種植密度有利于分蘗發生并提高莖蘗成穗率。

表1 種植密度對莖蘗動態和成穗率的影響

2.2 種植密度對小麥干物質積累的影響

隨著生育進程的推進,各處理的小麥植株干物質積累量均逐漸增加(表2)。隨著種植密度的增加,植株干物積累量顯著增多。種植密度越高小麥地上部干物質積累量越大。

表2 種植密度對小麥干物質積累動態的影響 103 kg·hm-2

2.3 種植密度對小麥干物質積累轉運及其對籽粒產量貢獻率的影響

小麥花前營養器官干物質轉運量及對籽粒產量貢獻率由高到低的排列順序為莖鞘,葉片,穎殼(表3)。種植密度從M1增至M3,莖鞘干物質轉運量逐漸增加;但葉片和穎殼干物質轉運量以M2處理的較高,而莖鞘干物質轉運量以M3處理的較高?；ㄇ案髌鞴俑晌镔|轉運量對籽粒產量貢獻率,莖鞘在M3處理下的高于其他處理,葉片和穎殼在M2處理下的較高。3個種植密度下的花前干物質轉運總量和對籽粒的貢獻率,均以M2處理下的較高。

表3 種植密度對小麥花前干物質轉運及其對籽粒貢獻率的影響

2.4 種植密度對氮素積累動態及氮素轉運量和轉運率的影響

氮素積累量隨種植密度的增加而增加,除開花期和花后35天的M2和M3處理未達顯著水平外,其他時期都在M3處理時顯著高于M1和M2處理(表4)。

表4 種植密度對氮素積累動態的影響 103·hm-2

3個種植密度下的花前氮素轉運量以M2處理的最大,顯著高于M1處理的,但與M3處理的差異不顯著(表5)。3個種植密度下的花前氮素轉運效率以M2處理的較高,但與M1處理的差異不顯著,而與M3處理的差異顯著?；ㄇ暗剞D運對籽粒氮素積累的貢獻率也以M2處理的較高,M2和M3處理的顯著高于M1處理的,M2和M3處理間差異不顯著。

表5 種植密度對氮素轉運量和轉運效率的影響

2.5 種植密度對小麥產量及其構成因素的影響

3個種植密度下的穗數差異顯著,M2處理的穗數顯著高于其它2個處理(表6)。穗粒數和千粒質量各處理間差異均不顯著,說明播量對穗粒數和千粒質量影響不大。M2處理的籽粒產量為10 666.83 kg·hm-2,顯著高于其它2個處理。

表6 種植密度對產量及其構成因素的影響

2.6 種植密度對籽粒蛋白質質量分數的影響

3個種植密度下的籽粒蛋白質質量分數以M2處理的最高,顯著高于其它2個處理(圖1)。

圖1 種植密度對籽粒蛋白質質量分數的影響

3 討論與結論

影響小麥生長發育的因素很多,而播種量是其中最關鍵的因素之一。小麥具有較強的分蘗調節能力,分蘗成穗數多少和分蘗成穗率高低,可作為小麥生長條件和栽培技術水平高低的重要標志之一[11]。冬小麥關鍵階段群體的有效分蘗能夠保障合理群體的構建,解決個體發育與群體發展的矛盾,充分利用光、熱、水、肥等資源,是籽粒獲得高產的根本途徑[12～15]。較高的莖蘗成穗率是提高產量的基礎,在適宜的穗數范圍內,莖蘗成穗率越高則總結實粒數越多,同時花后干物質積累量也越多,最終也就達到了高產的目的[16]。干物質積累量是小麥產量形成的基礎,與產量關系密切[17]。增大播量能夠提高冬小麥各生育時期地上部群體干物質量[18],但播量過大會抑制冬小麥個體生長,不利于地上部群體干物質的積累[19,20]。本次研究結果表明,種植密度為750萬株·hm-2時,小麥各時期群體干物質積累量較高。有研究表明,小麥成穗數隨著種植密度的增加而增加,而穗粒數和千粒質量卻降低[21]。本次研究與上述結果略有不同,小麥成穗數隨著種植密度的增加而增加,但穗粒數和千粒質量無顯著變化,這可能是中麥30的品種特性決定的。

前人關于種植密度對小麥籽粒蛋白質質量分數的影響展開了一定研究,但結果存在差異。馬冬云等[22]發現,籽粒蛋白質含量隨種植密度的增加而增高;而姚金寶等[23]研究表明,種植密度與籽粒蛋白質質量分數關系不密切。本研究結果表明,隨著種植密度的增加,中麥30植株氮素積累量增加,具體表現為種植密度450萬株·hm-2的氮素積累量顯著低于600萬株·hm-2的和750萬株·hm-2的,600萬株·hm-2和750萬株·hm-2之間差異不顯著。王樹麗[24]研究顯示,花前營養器官中儲存氮素的轉運量、轉運效率和對籽粒的貢獻率均隨種植密度的增加而提高。本次試驗結果顯示,3個種植密度下的氮素的轉運量、轉運效率和對籽粒的貢獻率均以種植密度居中的600萬株·hm-2的較高,與前人研究有所不同。進一步分析發現,種植密度600萬株·hm-2的蛋白質質量分數顯著高于其它兩個種植密度的。說明,增加種植密度促進了中麥30植株氮素的積累,而籽粒蛋白質質量分數在600萬株·hm-2時達到最大。

綜上,中麥30在600萬株·hm-2時籽粒產量與蛋白質質量分數較高,且該種植密度下同時具有較高的氮素轉運量、轉運效率和對籽粒的貢獻率。所以,本次試驗條件下,冀東平原推廣種植中麥30的較適宜密度為600萬株·hm-2。