稻茬晚播小麦公顷产8 000 kg高产群体特征及产量构成分析

张明伟，王梦尧，马 泉，丁锦峰,3，朱 敏,3，李春燕,3，朱新开,3，封超年，郭文善,3

(1.扬州大学江苏省作物遗传生理重点实验室/扬州大学小麦研究中心，江苏扬州 225009; 2.扬州市农业农村局，江苏扬州 225000;3.江苏省粮食作物现代产业技术协同创新中心，江苏扬州 225009)

不同地域、地力和气候因素对小麦产量及其构成因素的影响不同，不同生态类型的品种要求的最佳播期、适宜播量也不同[1]，根据气候、茬口、种植习惯等因素确定不同区域小麦的适宜播种时期是冬小麦形成冬前壮苗、获取高产的关键。在小麦生产实践中，常因天气、土壤、机械以及茬口等原因导致小麦不能在最适宜的播期播种，播期推迟使得小麦生长发育过程中的光温条件发生变化，最终产量和品质的潜力不能充分发挥[2]。稻麦两熟是江苏主要小麦耕作制度，随着水稻机械化与轻简化栽培技术的普及，水稻栽培方式已由传统的中大苗移栽转变为中小苗移栽[3]，甚至采用直播方式进行种植，水稻成熟期明显推迟。目前，扬州市机插秧多在11月3-8日收获，直播稻多在11月7-15日收获[4]。同时，近年来生产上中、晚熟水稻品种种植面积逐年扩大，水稻收获期被进一步推迟，加之长江中下游地区年际间及季节间气候变化差异大，水稻收获以及小麦播种期间经常遭遇不利天气的影响[5]，也会导致小麦播种期超出最适播期下限。江苏稻茬小麦晚播已成常态，成为制约江苏小麦增产的关键因素之一。

小麦晚播后出苗时间延长，整齐度差，冬前积温和日照时数大幅度减少，前期营养生长期缩短，幼苗生长缓慢，根系发育不良，叶龄小[6]；干物质积累量下降，分蘖期推迟，冬前分蘖较少或无分蘖，难以形成壮苗越冬；春季随气温升高，分蘖增长很快，并迅速两极分化，分蘖成穗率低[7]；穗分化进程始期虽比适期播种晚，但穗分化进程快，幼穗分化的时间缩短，不孕小穗、小花数相应增加，导致穗粒数明显减少[8]。晚播后植株高度变矮，叶面积系数变小，冠层截获的光合有效辐射减少[6]，难以形成个体和高产群体基础；并会导致叶内碳、氮和叶绿素含量下降[9]，叶片早衰，灌浆期缩短，粒重稳定性变弱。小麦晚播后，开花期有不同程度推迟，灌浆期遭遇高温逼熟的风险将大大增加[10]，高温会影响胚乳淀粉合成途径中的酶活性，从而影响籽粒充实度，最终导致减产[11]。

晚播条件下，往往通过增加密度来弥补播期推迟导致穗数不足对产量造成的损失，但过度增加密度，肥水运筹不匹配，不但不能提高产量，反而会导致个体发育不健壮，恶化群体结构，造成田间郁蔽，根系在后期维持较强的活力和较长的功能期，遭遇不利气候容易早衰。同时密度过大导致茎秆基部节间充实度不足，秆壁变薄，维管束数目下降，机械强度下降，抗倒能力降低[12]。前人研究提出了小麦适播高产甚至超高产产量水平的群体特征[13-17]，但对稻茬晚播小麦高产群体指标的研究较少。为提升晚播小麦产量潜力，本研究通过不同播种密度、施氮量和氮肥运筹处理，构建晚播小麦(较适播期推迟10 d左右)不同的产量群体，探索晚播小麦8 000 kg·hm-2高产群体结构特征、籽粒品质以及相配套的栽培措施，为稻茬晚播小麦高产栽培提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地点与材料

试验于2015-2017年在扬州大学江苏省遗传生理重点实验室试验场(32°39′E，119°42′N)进行，试验地前茬为水稻，土质轻壤，0～20 cm土层有机质含量为15.23 g·kg-1，全氮含量0.624 g·kg-1，速效氮含量61.33 mg·kg-1，速效磷含量52.17 mg·kg-1，速效钾含量141.46 mg·kg-1。供试材料为春性中强筋小麦品种扬麦23。

1.2 试验设计

分别于2015年11月11日和2016年11月15日播种(较当地适宜播期迟10 d左右，简称为晚播)，采用三因素裂区试验，以密度为主区，设210×104和270×104株·hm-2两个水平；以施氮量为副区，设180、225和270 kg·hm-2三个水平；氮肥运筹为小裂区，设基肥：分蘖肥：拔节肥：孕穗肥比例分别为4∶2∶1∶3(即40%∶20%∶10%∶30% ，下同)、5∶1∶2∶2和6∶0∶2∶2三个水平，基肥于播种前施用，分蘖肥于4～5叶期施用，拔节肥于叶龄余数2.5时施用，孕穗肥于叶龄余数1.2～0.8施用；磷、钾肥均为90.0 kg·hm-2，基施与拔节期追施各占50%。人工条播，行距30 cm，小区面积为9 m2。重复3次。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 茎蘖动态、叶面积指数(LAI)、干物质积累量测定

于小麦越冬期、拔节期、孕穗期、开花期、成熟期分别在每个小区取样20株，调查茎蘖数，测定叶面积，将样品在105 ℃杀青60 min，80 ℃烘干至恒重，测定干物质积累量。

1.3.2 产量及其构成因素测定

成熟期每小区收割1.2 m2测定产量；每个小区选取3个行长1 m测穗数；连续取50个穗，统计其结实粒数。人工计数测定千粒重，按13%水分含量计算。重复3次。

1.3.3 旗叶SPAD值测定

采用SPAD 502叶绿素仪，于开花期和乳熟期测定小麦旗叶SPAD值。重复5次。

1.3.4 籽粒品质指标测定

蛋白质含量：用半微量凯氏定氮法测定氮含量(FOSS KJeltec 8200)，氮含量×5.7即为蛋白质含量。

湿面筋含量：采用布拉班德磨粉仪磨粉，用GM2200型面筋仪测定。

沉降值：釆用SDS常量法测定面粉沉降值。

淀粉含量：直链淀粉和支链淀粉含量采用双波长法测定，总淀粉含量为直连淀粉含量与支链淀粉含量之和。

籽粒容重：采用HGT-1000型容重仪(上海)测定。

1.4 统计分析

采用Excel 建立数据库，用SPSS 19.0、SigmaPlot 10.0进行数据计算、统计分析。

2 结果与分析

2.1 密度与氮肥运筹对稻茬晚播小麦产量及其构成因素的影响

由表1、2可以看出，当施氮量与氮肥运筹比例相同增加密度和密度与氮肥运筹比例相同增加施氮量时，穗数呈增加趋势；密度与施氮量相同时，不同氮肥运筹比较，穗数表现为5∶1∶2∶2和6∶0∶2∶2处理高于4∶2∶1∶3处理。整体而言，穗粒数随密度的增加呈下降趋势，随施氮量的增加而增加；千粒重随密度与施氮量的增加均呈下降趋势。施氮量和氮肥运筹比例相同时，产量随密度增加而增加，高密度处理的平均产量较低密度处理提高2.35%。低密度条件下，产量随施氮量的增加而增加；低、中施氮量下5∶1∶2∶2与6∶0∶2∶2处理的产量高于4∶2∶1∶3处理，高施氮量下则4∶2∶1∶3和5∶1∶2∶2处理的产量较高。高密度时，产量随施氮量的增加先上升后下降；低施氮量时，5∶1∶2∶2与6∶0∶2∶2处理的产量高于4∶2∶1∶3处理，中、高施氮量下则产量表现为4∶2∶1∶3和5∶1∶2∶2处理高于6∶0∶2∶2处理。

在低密度下，施氮量从180 kg·hm-2增加至225 kg·hm-2时产量明显增加，继续增加施氮量至270 kg·hm-2时，产量变化不大；高密度条件下，在施氮量为225 kg·hm-2时产量最高，三种氮肥运筹比例的产量均超过8 000 kg·hm-2，平均产量达 8 200.02 kg·hm-2，继续增加施氮量产量明显下降。

表1 密、肥对晚播小麦产量及其构成的影响(2015-2016)

2.2 小麦不同产量群体产量及其构成的差异

在晚播条件下，两年度不同处理间产量存在较大差异，2015-2016年度不同处理产量范围在7 247.00～8 309.71 kg·hm-2；2016-2017年度产量为7 370.35～8 450.89 kg·hm-2。为比较不同产量水平群体间小麦产量构成、群体质量特征和品质的差异，依试验结果对产量数据进行聚类分析，按照产量高低，将不同处理划分为高产群体(≥8 000 kg·hm-2)和中高产群体(7 500 kg·hm-2～8 000 kg·hm-2)和中产群体 (<7 500 kg·hm-2)，研究晚播高产群体产量结构与群体质量特征。

由表3可以看出，高产群体的产量较中高产群体和中产群体分别提高4.03%、10.25%(2015-2016)和5.41%、10.36%(2016-2017)；穗数较中高群体分别高10.32%(2015-2016)和 9.56%(2016-2017)，差异显著；穗粒数略高于中高产群体和中产群体，粒重均略低于中高产群体和中产群体，差异均未达显著水平。两年数据相关分析结果表明，穗数与产量呈极显著正相关 (P<0.01)，穗粒数和千粒重与产量的相关性不显著。通径分析表明，晚播条件下，穗数对产量的影响最大，穗数与千粒重的影响较小(数据未显示)。说明晚播条件下，首先应当提高穗数，同时协调穗粒数与千粒重才能获得较高的产量。本试验晚播条件下，扬麦23产量获得 8 000 kg·hm-2的高产群体的穗数、穗粒数和千粒重分别为560× 104·hm-2、39.0～40.0粒和38.0 g左右。

表2 密、肥对晚播小麦产量及其构成的影响(2016-2017)

表3 小麦不同产量水平群体产量及其构成因素的差异

2.3 小麦不同产量群体结构特征的差异

2.3.1 茎蘖动态

由表4可以看出，随生育进程的推移，小麦茎蘖数呈先增加后下降的趋势，拔节期达到高峰。2015-2016年度，高产群体和中高产群体在越冬期、拔节期、开花期和成熟期的茎蘖数均显著高于中产群体，二者的茎蘖成穗率和分蘖成穗率均显著低于中产群体，其中高产群体前3个时期的茎蘖数较中产群体依次增加19.71%、17.52%、 9.49%；高产群体与中高产群体间各生育时期的茎蘖数、茎蘖成穗率和分蘖成穗率的差异均不 显著。

2016-2017年度，高产群体在越冬期的茎蘖数高于中高产群体及中产群体，差异不显著；拔节期与开花期的茎蘖数均显著高于中产群体，分别较中产群体增加8.39%和8.08%；各产量群体的茎蘖成穗率差异不显著。

分析越冬期、拔节期、开花期茎蘖数以及茎蘖成穗率与产量的关系可以看出(图1)，越冬期茎蘖数与产量呈抛物线关系(2015-2016，图1A)；两个年度拔节期与开花期茎蘖数均与产量呈抛物线关系，相关系数分别为0.82、0.61(2015-2016)以及0.69、0.54(2016-2017，图1B和C)，茎蘖成穗率与产量呈抛物线关系(2015-2016，图1D)。上述结果说明，晚播稻茬小麦高产群体应当适度增加拔节与开花期的茎蘖数，调控群体最高茎蘖数，合理利用分蘖成穗。稻茬晚播小麦 8 000 kg·hm-2高产群体越冬期、拔节期与开花期茎蘖数分别为穗数的1.1～1.3倍、2.3～2.5倍、1.1～1.2倍，茎蘖成穗率在 40.0%左右。

表4 不同产量群体茎蘖动态的的差异

图1 小麦不同产量群体各时期茎蘖数与产量的关系

2.3.2 干物质积累量

由表5可以看出，不同产量群体整个生育期的干物质积累速度呈现先快速升高后逐渐降低的曲线变化，高产群体的干物质积累量在不同生育时期均显著高于中产群体，与中高产群体差异不显著，高产群体开花期以及成熟期的干物质积累量分别较中产群体提高12.97%、12.62%(2015-2016)和18.80%、14.09%(2016-2017)。分析开花期以及成熟期干物质积累量与产量的关系可以看出(图2)，开花期以及成熟期干物质积累量与产量相关性达显著水平，且均呈抛物线关系。花后干物质积累量与产量呈显著的正相关关系，相关系数分别为0.70*(2015-2016)和 0.74**(2016-2017)。说明稻茬晚播小麦应当注重提高群体后期干物质积累量，特别要增加花后干物质积累量，增加籽粒灌浆物质来源才能有效的提高产量。稻茬晚播 8 000 kg·hm-2高产群体，开花期的干物质积累量为15 000 kg·hm-2，成熟期为21 000 kg·hm-2左右，花后干物质积累量大于6 200 kg·hm-2有利于获得高产。

2.3.3 叶面积指数(LAI)

不同产量水平群体整个生育期的LAI变化动态呈单峰曲线，于孕穗期达最大值，随后下降(表6)。2015—2016年度高产群体各时期LAI与中高产群体无显著差异，但均显著高于中产群体；高产群体孕穗期、开花期以及乳熟期LAI分别较中产群体高9.67%、11.13%和15.81%，中产群体花后功能叶衰降速度明显快于高产群体。2016—2017年度，高产群体各时期LAI均显著高于中产群体，拔节期、开花期与乳熟期也显著高于中高产群体。

相关分析表明，孕穗期LAI与籽粒产量相关性达显著水平(0.84**，2015-2016；0.82**，2016-2017)，且呈抛物线关系；而乳熟期的LAI与籽粒产量均呈极显著正相关关系(图3)。说明晚播小麦孕穗期LAI值不宜过大，关键是控制孕穗期最大叶面积构成中的无效和低效叶面积，以改善群体对通风透光的影响，特别是减缓花后群体光合叶面积的下降速率，增加光合物质生产供给籽粒灌浆。稻茬晚播小麦8 000 kg·hm-2高产群体的孕穗期、开花期和乳熟期群体叶面积指数分别在7.0、5.6、3.2左右有利于获得高产。

2.3.4 总结实粒数和粒叶比

由表7可以看出，两年度高产群体的总结实粒数均高于中高产群体与中产群体，较中产群体分别提高11.10%(2015-2016)、10.65%(2016-2017)，差异显著。其中2016-2017年度，高产群体的总结实粒数显著高于中高产群体。相关分析表明，总结实粒数与产量呈极显著的正相关关系(y2015-2016=0.204 4x+3 390.5，R2=0.65；y2016-2017=0.333 1x+883.7，R2=0.92)。小麦粒叶比(粒数叶比和粒重叶比)是反映群体源、库、流是否协调发展的指标。总结实粒数与粒叶比均随产量水平的提高而提高，说明高产群体既实现了扩源(LAI增大)，也实现了扩库，表现为总结实粒数提高、粒重提高。

图2 小麦开花期、成熟期以及花后干物质积累量与产量的关系

表5 小麦不同产量水平群体干物质积累动态

表6 小麦不同产量水平群体叶面积指数的差异

图3 小麦孕穗期、乳熟期群体叶面积指数与产量的关系

在晚播条件下，扬麦23实现8 000 kg·hm-2以上产量时，总结实粒数应达到每公顷 22 000×104粒，粒数叶比和粒重叶比分别在 0.31～0.33 粒·cm2和11.5～11.8 mg·cm2左右。

2.4 小麦不同产量群体旗叶SPAD值的差异

由表8可以看出，花后小麦旗叶SPAD值随生育期推移呈先增加后降低趋势，于花后7 d达最大值(2015-2016年度的MY除外)，开花至花后14 d均保持在较高水平，而后不断下降。不同产量群体之间旗叶SPAD均表现为高产群体>中高产群体>中产群体，高产群体较中产群体花后0、7、14、21、28 d分别高1.9%、5.4%、7.0%、6.6%及16%(2015-2016)和3.9%、4.0%、 4.9%、3.5%及12.8%(2016-2017)。除2015-2016年度开花期高产群体与中产群体旗叶SPAD值差异未达显著水平外，其余各时期高产群体旗叶SPAD值均显著高于中产群体；花后 28 d，中高产群体与高产群体差异达显著。花后21 d剑叶SPAD值控制在43.0～47.0有利于获得高产。

表7 小麦不同产量水平群体结实粒数与粒叶比的差异

表8 小麦不同产量群体旗叶SPAD值的差异

2.5 小麦不同产量群体籽粒品质的差异

从表9可以看出，不同产量群体籽粒淀粉含量和容重均表现为中产群体>中高产群体>高产群体，2015—2016年度，中产群体的淀粉含量最高，与高产群体差异达显著水平，而不同产量群体之间的籽粒容重无显著差异。两年度高产群体的籽粒蛋白质含量、湿面筋含量及沉降值较中产群体分别提高了16.74%、18.99%、25.49%(2015-2016)以及15.31%、12.54%、22.26%(2016-2017)，差异均达显著水平。对于中强筋小麦品种扬麦23，高产群体的籽粒产量不但高于其他群体，蛋白质含量及湿面筋含量也较高，说明扬麦23稻茬晚播条件下，通过合理的密肥调控，能够实现优质、高产同步。

表9 小麦不同产量群体籽粒品质的差异

3 讨 论

3.1 晚播小麦高产群体产量结构及群体质量 特征

晚播对小麦产量的影响因品种、区域、年度气候及播种期不同而不尽相同。与正常播期相比，晚播显著减少了小麦生物产量和籽粒产量，主要是由于产量构成三因素未能协调发展[18]。晚播后小麦分蘖能力减弱，分蘖成穗率降低，穗数减少[19-20]；播种期越晚，退化小穗数越多，穗粒数越少[8]。千粒重受播期的影响一直没有一致的结论。有研究表明，千粒重在不同播期条件下较为稳定[21]。也有研究认为，晚播使小麦千粒重显著下降[22]。前人对适播高产群体结构做了大量研究，訾 妍等[16]对江苏淮南麦区适播稻茬小麦研究认为，8 000 kg·hm-2高产群体产量结构为穗数520×104～550×104·hm-2、粒数43～46粒、千粒重36～39 g；丁锦峰等[17]研究认为，稻茬适播小麦9 000 kg·hm-2超高产群体产量构成要求穗数515×104·hm-2左右，穗粒数48.5粒左右，千粒重37 g左右。本试验结果表明，晚播条件下小麦扬麦23的8 000 kg·hm-2高产群体产量结构要求穗数、穗粒数、千粒重分别为560×104·hm-2、39.0～40.0粒、38.0 g左右，总结实粒数在22 000×104粒左右，与适播期研究结果相比，需要注重以密补晚。

建立合理的群体结构，充分利用光能和地力，协调发展穗数、粒数、粒重是达到高产的根本途径，群体动态是构成高产群体重要的特征指标[23]。丁锦峰等[17]试验表明，适期播种超高产群体要求越冬始期茎蘖数是最终穗数值的0.9～ 1.3倍，高峰茎蘖数1 250×104～1 500×104·hm-2、茎蘖成穗率约40%。于振文等[24]提出黄淮麦区每公顷9 000 kg产量是在成熟期生物产量20 000 kg·hm-2和经济系数0.45的基础上取得的。本研究结果表明，晚播条件下8 000 kg·hm-2高产群体基本苗为250×104株·hm-2左右，最终穗数在560×104·hm-2左右，越冬期、拔节期以及开花期茎蘖数分别为最终穗数的1.1～1.3、2.3～2.5、1.1～1.2倍，茎蘖成穗率40.0%左右，与前人结果相比，拔节期茎蘖数略高，茎蘖成穗率偏低。说明稻茬小麦在晚播条件下仍应当适度促进低节位分蘖发生，提高茎蘖成穗率以弥补穗数不足。开花期的干物质积累量为15 000 kg·hm-2，成熟期为21 000 kg·hm-2左右，花后干物质积累量大于6 200 kg·hm-2有利于获得高产。孕穗期、开花期和乳熟期群体叶面积指数分别为7.0、5.6和3.2左右，粒数叶比和粒重叶比在 0.31～0.33粒·cm-2和11.5～11.8 mg·cm-2左右。与适播条件下高产群体相比，开花期前LAI较大，但花后LAI下降速度较快，粒叶比均低于适播高产群体。

3.2 晚播小麦高产密度与施氮量及氮肥运筹技术组合

我国栽培学家对高产与超高产小麦的生育特性和高产途径已进行了广泛深入研究，并在耕作与播种、高产高效施肥、化学调控等方面总结出较为成熟的适应当地的超高产小麦栽培技术体系[25-27]。晚播小麦生育特点与适播小麦有所差异，现有的高产栽培技术体系不完全与之匹配。晚播小麦由于冬前生育期缩短，单株分蘖减少，群体分蘖不足，因此在晚播条件下，需要提高晚播小麦种植密度[28]，有利于增强群体质量性状[29-30]。但小麦在晚播条件下仍然具有一定的分蘖能力，所以过多的增加播种密度不但不利于高产群体的构建，反而导致群体过大，使晚播小麦植株中下部器官较早衰老，使得产量下降，晚播小麦更需要培养壮苗，构建合理群体。

合理的肥密互作调控有利于晚播小麦塑造理想株型[2,20,31]。增加施氮量有利于加快晚播小麦叶龄进程，增加越冬前总茎蘖数、干物质积累量与叶面积指数，推迟施肥时期以及增加追施氮肥比例显著提高后期叶面积指数，延缓叶片衰老，增加成熟期总茎蘖数、穗长以及每穗小穗数[32]。晚播麦由于基本苗较多，前期用肥要适当降低，控制无效分蘖发生，以防群体过大，而在拔节期群体数量下降稳定后，则要适当加大施氮比例，促进大分蘖成穗，攻大穗，增粒增重[5]。朱新开等[27]认为，适当增加施氮量或提高中后期施氮比例，可增加籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值。杨扎根等[33]研究表明，随着追肥时期的推迟，蛋白质含量、湿面筋含量和沉降值呈增加趋势，拔节至孕穗期追肥有利于改善小麦籽粒品质。因此合理的基肥施用量及后期追肥比例是实现晚播小麦优质高产的有效途径。本试验初步形成稻茬晚播小麦高产栽培技术组合：基本苗宜在270×104株·hm-2左右，施氮量225 kg·hm-2，磷钾肥用量在90 kg·hm-2，基肥：分蘖肥：拔节肥：孕穗肥比例为5∶1∶2∶2或4∶2∶1∶3可获得8 000 kg·hm-2以上产量，同时有利于提高小麦籽粒品质。说明稻茬小麦播期推迟后，通过增加密度可获得较高的产量；在相同的施氮量条件下，氮肥运筹存在差异。晚播条件下，基本苗增加，但冬前积温仍然可以满足小麦发生一定的分蘖，因此应当控制基肥的施用比例，氮肥后移，适度减少拔节肥，增加孕穗肥比例，可在增强抗倒能力的同时提高花后光合能力，有利于晚播小麦获得高产。

4 结 论

稻茬晚播10 d左右条件下，中强筋小麦扬麦23实现产量8 000 kg·hm-2以上高产群体的产量结构要求穗数、穗粒数和千粒重分别为560×104·hm-2、39.0～40.0粒和38.0 g左右，总结实粒数在22 000×104粒左右。群体特征主要表现为，分蘖期、拔节期茎蘖数分别为穗数的1.1～1.3倍、2.3～2.5倍，茎蘖成穗率40.0%左右；开花期的干物质积累量为15 000 kg·hm-2，成熟期干物质积累量为21 000 kg·hm-2左右，花后干物质积累量大于6 200 kg·hm-2；孕穗期、开花期和乳熟期群体LAI分别在7.0、5.6和3.2左右，粒数叶比、粒重叶比分别为0.31～0.33 粒·cm2和11.5～11.8 mg·cm2。花后具有较高的旗叶SPAD，花后21 d旗叶SPAD值控制在43.0～47.0。晚播10 d左右时采用密度270×104·hm-2、施氮量225 kg·hm-2、氮肥运筹 5∶1∶2∶2或 4∶2∶1∶3的组合，不但能够获得较高产量，还能保持较好的品质。