作者简介:刘凯强(1992-),男,甘肃宁县人,在读硕士。E-mail: lkqgsqy@126.com
为探究青海省本地燕麦推广品种‘青燕1号’种子田的适宜播量、行距及播种方式,采用双因素试验设计,分别设4个播量水平和5个行距水平(含1个人工撒播),研究不同播量和行距对种子及秸秆产量的影响,完善该品种在实际生产中的栽培技术,提供科学的理论指导。结果显示,不同播量和行距处理下燕麦种子和秸秆产量差异显著( P<0.05),种子产量以播量S3 (225 kg·hm-2)行距R2 (20 cm)最高,秸秆产量以播量S4(270 kg·hm-2)行距R1(15 cm)最佳,分别达7937.30和11872.60 kg·hm-2。不同播种方式对种子产量影响差异显著( P<0.05),撒播下种子产量随播量呈先增加后降低趋势,以播量S3(225 kg·hm-2)水平最佳,较最低产量的处理高1.51倍;与撒播相比,条播种植增产效应明显,最高种子产量(S3R2)显著( P<0.05)高于撒播最高产量(S3R0)。从各产量性状与种子产量相关性分析来看,主穗小穗数、主穗小花数、花序长、叶面积、有效分蘖数、小穗粒数、单序籽粒数、单序籽粒重及千粒重与产量相关性显著( P<0.05),而通过建立多元回归及通径分析关系模型发现,主穗小穗数、千粒重、单序籽粒重对种子产量增益作用明显,三者对产量的直接作用和间接作用均处较高水平,因此在生产实践中可通过适当的调整栽培措施,增加主穗小穗数、千粒重和单序籽粒重从而提高燕麦种子产量。
In order to clarify the optimal seeding rate, and row spacing or sowing method for Avena sativa grown as a grain crop in Qinghai Province, a two-factor field experiment was set up, comprising four sowing rates (S1, 135; S2, 180; S3, 225; and S4, 270 kg·ha-1), and five row spacing or planting method treatments (R1, 15 cm drilled; R2, 20 cm drilled; R3, 25 cm drilled; R4, 30 cm drilled; R0, broadcast), of cultivar Qingyan No.1. The experiment therefore had 20 treatment combinations, and there were three replicates. The research focused on seed yield and its contributing traits, and stalk yield. The research aim was to identify scientific principles and cultivation techniques to achieve a high-yield of this variety. It was found that seed yield and stalk yield differed significantly ( P<0.05) between sowing rates and row spacing or planting patterns. The highest seed yield (7937 kg·ha-1) was achieved using the sowing rate S3 and row spacing R2, while the highest stalk yield (11873 kg·ha-1) was achieved using the sowing rate S4 and row spacing R1. With broadcast sowing rates higher or lower than S3, the seed yield was decreased, and the seed yield at S3 (averaged over row spacings) was 1.51 times higher than the lowest yield, which occurred at S1. The effect of drilling compared with broadcast sowing was obvious. The highest seed yield among the drilling treatments (S3R2) was significantly ( P<0.05) higher than that of the comparable broadcast sowing (S3R0). According to the correlation analysis between yield and yield traits, the number of spikelets, number of florets, inflorescence length, leaf area, number of effective tillers, seed number per spikelet, seed number per inflorescence, thousand seed weight and seed weight per inflorescence were significantly ( P<0.05) correlated with yield. Further, using multiple regression and a path analysis approach, it was found that number of spikelets, thousand seed weight and seed weight per inflorescence had a major influence on seed yield, with both direct and indirect effects. Therefore, seed number per inflorescence, thousand seed weight and seed weight per inflorescence are the traits most amenable to manipulation by appropriate cultivation measures to improve oat seed yield.
栽培措施是影响作物产量及产量构成的重要因素之一, 作物产量因播期[1]、播种方式[2]、种植密度[3]以及水肥条件[4]等措施的不同而异。前人研究提出播量和行距是影响麦类作物群体形成的重要因素[5], 二者与作物的群体结构、光能利用以及干物质积累关系密切, 前者决定作物群体的大小, 后者决定群体的均匀性[6]。适当的行距配置能够提高作物的抗杂草能力, 增加冠层光能截获量, 提高种子产量及品质[5, 7], 生产中根据收获目的不同, 对播量和行距要求各异, 种子田疏植可获得较高种子产量, 饲草田密植可获得较高饲草效益[8]。目前国内外已对传统作物做了大量研究, 提出了不同作物种植密度和行距配置比例, 如赵竹等[9]对小麦(Triticum aestivum) ‘ 皖麦52’ 研究得出, 在播量240× 104 株· hm-2和行距20 cm下可获得最高种子产量, 而殷复伟等[10]得出, 小麦‘ 泰山28’ 在播量225× 104或300× 104 株· hm-2和行距25 cm配置可获得较高籽粒产量; Beres等[11]研究表明, 加拿大玉米(Zea mays)低播量下窄行距青贮效益最好; Bellaloui等[12]研究认为, 播量和行距会影响大豆(Glycine max)的种子成分及品质, 但影响程度主要取决于品种和环境因素, 可见作物自身的品种差异、地域之间气候因子均会改变最佳种植密度和行距的配置。
燕麦(Avena sativa)是适宜青藏高原种植的高产优质、粮饲兼用作物之一[13]。其叶和茎秆柔嫩多汁, 营养价值丰富, 青贮鲜草和干草可作为牧区冬季优质的家畜补饲饲料, 种子籽粒富含β -葡聚糖及多种微量元素, 已经成为一种重要的保健产品, 因此近年来燕麦得到大面积推广种植[14, 15]。燕麦在改变播量和行距配置提升产量方面已有研究报道, 施建军等[16]研究表明, 青南地区燕麦品种‘ 青海444’ 以播量225 kg· hm-2和行距10~20 cm最适; 宋卫军等[17]研究得出, 科尔沁地区‘ 白燕7号’ 在播量150 kg· hm-2、行距15和25 cm时产量最高, 贾志锋[18]研究发现, 青藏高原地区裸燕麦播量120 kg· hm-2和行距20 cm下燕麦籽粒产量及品质最佳, 可见燕麦种植密度同样受地域和品种因素影响较大。‘ 青燕1号’ 燕麦(Avena sativa cv. Qingyan No.1)是青海省畜牧兽医科学院通过杂交育种技术, 育成的粮饲兼用优良新品种, 该品种根系发达, 适应能力强, 产草和产种量高, 已经成为青海省本地推广的主推品种, 但关于该品种种子田配套高产栽培还未见相关报道, 存在播量过大或过小和行距配置不合理等问题, 亟待明确不同播种方式下种子生产的最佳播量和行距, 为该品种在青海省种子产业化生产提供依据。
试验地位于青海省民和县核桃庄镇, 地理坐标(102° 53.679' E, 36° 21.485' N), 海拔1843 m, 年平均气温8.2 ℃, 年降水量395.4 mm, 年蒸发量1801.7 mm, 无霜期183 d, ≥ 0 ℃年积温3251.7 ℃, ≥ 5 ℃年积温2712.4 ℃, 属大陆性气候。土壤类型为灰钙土, 有机质含量为1.5%, 速效氮含量为86 mg· kg-1, 速效磷(P2O5)含量为31 mg· kg-1, 速效钾(K2O)含量为210 mg· kg-1, pH值为8.25, 前茬为油菜(Brassica campestris)。
试验材料选用燕麦品种‘ 青燕1号’ , 由青海省畜牧兽医科学院提供。采用播量和行距双因素随机区组设计, 设4个播量水平S1(135 kg· hm-2)、S2(180 kg· hm-2)、S3(225 kg· hm-2)和S4(270 kg· hm-2), 4个行距水平R1(15 cm)、R2(20 cm)、R3(25 cm)和R4(30 cm), 另设一个撒播处理(R0), 共20个处理组合, 3次重复, 随机区组排列, 小区面积4 m× 5 m, 于2013年4月26日播种, 播前施尿素75 kg· hm-2, 磷酸二铵150 kg· hm-2。撒播处理人工均匀撒播后, 覆土镇压; 条播采用人工开沟播种, 播深3~4 cm, 出苗后人工除杂1次。
于燕麦开花期(flowering stage, FS), 各小区选取长势均匀的10个单株, 分别测定主穗小穗数(number of spikelet, Ns)、主穗小花数(number of floret, Nf)、空铃数(empty floret number, Ef)、花序长(length of inflorescence, Li)、叶面积(方格法[18]测定旗叶叶面积, leaf area, La)、有效分蘖数(effective tillers, Et)等, 每个小区5次重复。
于成熟期(milk stage, MS)分别测定每个小区主穗小穗粒数(每个小穗上的籽粒数, seed number of spikelet, SNs)、单序籽粒数(主茎花序全部籽粒数, seed number per inflorescence, SNi)、单序籽粒重(每株主茎花序籽粒重量, seed weight per inflorescence, SWi), 千粒重(thousand kernel weight, TKW)。每个小区5次重复。
种子产量:成熟期每个小区选取1 m× 1 m的样段, 测定种子产量, 每个小区3次重复。
秸秆产量:种子收获后后全小区测定秸秆产量。
采用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理, SPSS 16.0软件进行方差分析、Duncan 多重比较、多元回归分析及通径分析, 采用Origin 2018作图。
从表1方差分析结果来看, 播量和行距处理对‘ 青燕1号’ 种子产量和秸秆产量的影响均达到极显著水平(P< 0.01), 而其播量和行距的互作效应对秸秆产量影响差异显著(P< 0.05), 但种子产量之间无明显差异。
| 表1 不同播量和行距下对燕麦种子产量及秸秆产量影响的方差分析 Table 1 The variance analysis of effects on seed yield and stalk yield of oats under different sowing and row spacing |
从不同播量和行距对‘ 青燕1号’ 种子产量和秸秆产量的差异分析结果来看(图1和图2), 在同一播量下, 随着行距增加, 种子产量呈先增加后降低的趋势, 且各播量下均以行距R2水平产量最优, 行距R1水平最低; 在相同行距配置下, 随着播量增加, 种子产量均在播量S3水平下获得最高产量, 之后随着播量增加呈下降趋势, 说明适当增加播量和行距可以提高燕麦种子产量, 但播量过大、行距过宽会对产量产生抑制效应; 综上可得, ‘ 青燕1号’ 种子生产以播量S3行距R2配置可收获最高种子产量, 较产量最低组合(S1R1)高84.78%。
| 图1 不同播量和行距下燕麦的种子产量变化Fig.1 The change of seed yield of oat under different sowing rate and row spacing |
与种子产量变化不同, 秸秆产量在相同播量下, 随着行距配置增加呈递减趋势, 行距R1水平下获得最优产量, 而在同一行距下秸秆产量随播量的增加而增加, 以播量S4产量最高, S1产量最低; 说明高播量、窄行距有利于获得较高的秸秆产量, 因此‘ 青燕1号’ 燕麦秸秆产量以播量S4、行距R1配置最佳, 是产量最低组合(S1R4)的2.87倍。
从不同播量和行距对‘ 青燕1号’ 各产量性状的方差分析来看(表2), 播量和行距对主穗小穗数、主穗小花数、花序长、叶面积、有效分蘖数、小穗粒数、单序籽粒数、单序籽粒重及千粒重的影响均达到极显著水平(P< 0.01), 且二者的互作效应对主穗小穗数的影响达到极显著水平(P< 0.01)。
| 表2 不同播量和行距对燕麦产量性状影响的方差分析 Table 2 The variance analysis of effects on yield traits of oats under different sowing rate and row spacing |
主穗小穗数、主穗小花数、小穗粒数、单序籽粒数、单序籽粒重和千粒重直接影响作物的穗粒数及穗粒重, 二者是种子产量构成的重要因素[19]。从不同播量和行距对‘ 青燕1号’ 各产量性状影响的结果分析来看(表3), 在相同播量下, 主穗小穗数、主穗小花数均随着行距的增加呈先增加后降低的趋势, 在行距R2下获得最大值, 可见适当增加行距可提高主穗小穗数、主穗小花数, 但行距过宽则导致其下降; 在同一行距下, 随着播量增加主穗小穗数呈先增加后降低的趋势, 而主穗小花数在播量S1和S2下差异不显著(P> 0.05), 且随着播量增加, 其对主穗小花数的抑制作用不明显, 说明增加播量均可增加主穗小穗数、主穗小花数, 但二者影响机理存在差异。同主穗小穗数和主穗小花数变化规律相似, 在同一播量下, 单序籽粒数、单序籽粒重和千粒重均以行距R2处理效果最优, 说明高行距和低行距配置均不利于单序籽粒数、单序籽粒重和千粒重数量的增加, 而在同一行距下, 三者随播量变化规律略有不同, 但均在播量S3下获得最大值; 而小穗粒数随着播量和行距的变化而变化, 未有明显规律, 各处理下以播量S3和行距R2最好。
| 表3 不同播量和行距对燕麦各产量性状的影响 Table 3 Effect of different sowing rate and row spacing on yield traits of oat |
空铃数和花序长可以反映作物种子结实质量和生殖生长阶段作物的花序发育状况[20]。从不同播量和行距对空铃数的影响结果来看(表3), ‘ 青燕1号’ 各处理间均无显著差异(P> 0.05), 说明燕麦的空铃数不受播量和行距效应的影响, 这可能是由于‘ 青燕1号’ 自身的遗传机制导致的。在相同播量下, 花序长均在行距R1处理下长度最低, 可见行距过窄易造成花序长度变短, 这可能是由于窄行距限制了光照和通风状况, 影响了花序发育; 而在同一行距下, 播量对燕麦的花序长影响变化规律不明显, 说明行距对花序生长起主导作用。
不同播量和行距下叶面积、有效分蘖数各处理间均差异显著(P< 0.05)(表3), 在同一播量下, 叶面积随着行距的增加呈现先升高后降低的趋势, 在行距R2处理下达到最大值; 在相同行距下, 随播量增加呈先增高后降低的趋势, 在播量S3下得到最大叶面积, 说明适当的行距和播量下有利于叶片发育, 过大则会产生抑制效应。在行距R1和R4下, 随着播量增加, 有效分蘖数先升高后降低, 但在行距R2和R3下, 随播量增加呈递增趋势, 说明行距过窄或过宽均不利于有效分蘖数的增加。
不同播量下撒播对‘ 青燕1号’ 种子产量和秸秆产量的影响结果如图3所示, 不同播量下‘ 青燕1号’ 种子产量和秸秆产量均达到显著差异水平(P< 0.05), 随着播量增加种子产量呈先增加后降低的趋势, 而秸秆产量则呈递增趋势, 二者分别在播量S3和S4下达到最大值, 分别达4715.69和6216.44 kg· hm-2, 较产量最低的S1分别高1.51和1.97倍。
| 图3 不同播量下撒播对燕麦种子及秸秆产量的影响Fig.3 Effect of broadcast sowing on seed yield and stalk yield under different sowing rate |
不同播量下条播与撒播对种子和秸秆产量分析结果如图4所示, 条播下种子最高产量(S3R2)、最低产量(S1R1)与撒播最高产量(S3R0)差异显著(P< 0.05), 即S3R2> S3R0> S1R1, 撒播下最高种子产量较条播最低产量高9.78%, 但显著低于条播最高产量, 因此在适宜条播的地区应以播量S3和行距R2为最佳栽培措施, 而对于条播无法进行的地区, 则应以撒播为主, 播量S3效果最佳。条播下秸秆最高产量(S4R1)、最低产量(S1R4)与撒播最高产量(S4R0)同样差异显著(P< 0.05), 即S4R1> S4R0> S1R4, 说明不同播种方式对种子和秸秆产量影响不同, 条播和撒播下种子产量均以播量S3产量最高, 而秸秆产量则随播量增加呈递增趋势, 撒播和条播均以播量S4最佳。
由表4可知, 在不同播量下, 条播和撒播下主穗小穗数和主穗小花数与产量均达到极显著相关水平(P< 0.01), 其中行距R2、R3和R0相关系数达到0.80以上; 而空铃数与产量相关性不高, 条播与撒播下均未达到显著水平。条播与撒播下花序长、叶面积、有效分蘖数、小穗粒数、单序籽粒重和千粒重与产量均达到显著正相关(P< 0.05), 其中部分指标达到极显著相关水平(P< 0.01); 而单序籽粒数在条播和撒播下相关关系存在差异, 仅在条播达到极显著相关水平(P< 0.01); 不同播种方式下, 各产量性状对产量的贡献具有一定的相似性, 但同样也存在差异, 不同播种方式对各产量性状与产量之间的相关性大小以及显著性影响不同。
| 表4 不同播量下播种方式对燕麦产量与产量性状影响的相关性分析 Table 4 Correlation analysis of effects of sowing methods on oat yield and yield traits under different sowing rates |
通过对‘ 青燕1号’ 各产量性状与种子产量的逐步多元回归分析得到种子产量最优方程为:Y=-5406.069+80.393Ns+202.861SWi+157.561TKW (R=0.984), 结果显示, 主穗小穗数、单序籽粒重、千粒重与种子产量密切相关, 当试验中其他条件不变时, 主穗小穗数、单序籽粒重、千粒重每增加一个单位, 燕麦种子产量分别增加80.393, 202.861和157.561 g。
以逐步回归分析筛选的3个产量性状与种子产量进行通径分析, 探究产量性状对种子产量积累的直接效应和间接效应。结果显示(表5), 3个产量性状对种子产量的直接影响, 以主穗小穗数的直接作用最大(0.448), 千粒重次之(0.335), 单序籽粒重直接作用最小(0.222)。通过分析各性状对种子产量的间接作用发现, 单序籽粒重通过对主穗小穗数和千粒重对种子产量间接作用较大, 达到0.728, 而三者与产量的相关系数均达到0.950以上, 说明主穗小穗数、千粒重、单序籽粒重对燕麦种子增产具有重要作用。
| 表5 不同播量和行距下燕麦产量性状与种子产量间通径分析 Table 5 Path analysis between yield traits and seed yield of oat under different sowing rate and row spacing |
合理的种植密度和行距配置是提升作物产量的重要栽培措施。种植密度过大易造成无效分蘖数增加, 导致群体植株质量下降, 影响最终干物质积累和产量形成, 种植密度过小则易造成群体植株数量下降和土壤资源浪费, 虽然会保证单株植物发育良好但单位面积植株减小, 导致整体种子产量下滑[21]。本研究得出, ‘ 青燕1号’ 中播量S3和行距R2配置可提升种子产量, 而高播量S4和窄行距R1下可收获较高秸秆产量, 因此种子田应适当疏植, 饲草田应适当密植。
穗粒数增加可极大提高作物种子产量[22]。赵竹等[9]研究表明, 宽行距、中播量有利于小麦有效穗数、穗粒数的增加, 适宜的种植密度与行距配置有助于高产, 这与本研究得出中播量下增加行距可改变籽粒产量构成要素, 促进高产结论一致。郭天财等[23]研究发现, 种植密度过大会引起作物分蘖能力减弱, 单株发育不良, 出现穗子空铃现象, 而本研究得出, 播量和行距变化对空铃数无显著影响(P> 0.05), 可能与其自身品种特性有关。蔡仕珍等[24]研究表明, 播种密度与花序发育呈显著负相关(P< 0.05), 密度过大光照通风不良, 会导致花序发育迟缓影响籽粒产量, 本研究同样得出此结论, 低行距R1下花序长度显著(P< 0.05)低于其他行距处理, 且行距对花序发育起主导作用。种植密度和行距配置改变均会引起作物叶面积和分蘖数的改变, 适当播量提升群体叶面积和分蘖数, 播量过大叶面积及分蘖数反而受到抑制, 个体干物质积累降低, 主要表现为穗粒数和千粒重下降[18, 24]。本研究得出, 改变播量和行距均会影响叶面积和有效分蘖数, 且二者与种子产量极显著相关(P< 0.01), 因此合理配置播量和行距提高叶面积和有效分蘖数对种子生产具有重要意义。千粒重的高低可反映作物群体生长条件以及植株生长发育状况, 邵生荣等[25]研究得出, 行距对苏丹草(Sorghum sudanense)种子千粒重影响较大, 行距变窄总穗数增大千粒重下降, 说明行距减小会引起苏丹草个体质量的下降, 从而导致千粒重下降。本研究与前人得出结论一致, 播量增大、行距减小单序籽粒重和千粒重下降, 进而引起种子产量亏损。
我国地缘辽阔, 土地类型多样, 播种方式也应因地制宜, 合理的栽培措施不但可提升作物的产量, 而且能节省人力、物力达到最大经济效益的目的[26]。播种方式对于作物的影响已有大量报道, 程建平等[27]研究表明, 机械精量穴播有利于加快水稻(Oryza sativa)的生育期, 增强分蘖能力, 其产量比人工撒播高出15.25%; 乔蕊清等[28]研究发现, 小麦撒播下有助于幼苗根系发育、提高植株分蘖能力和光合作用效率, 同时易于多地形进行播种, 大面积种植省时省力; 徐一成等[29]对水稻不同种植方式研究表明, 条播可提高秧苗整体质量, 降低秧苗的损伤; 但李朝苏等[30]的研究表明, 小麦条播下个体与群体质量中前期显著优于撒播, 但生育后期反而弱于撒播处理, 从而导致产量低于撒播。因此合理的播种方式有助于提高农业经济效益, 同时方便管理。本研究得出, 撒播下‘ 青燕1号’ 最高种子产量(S3R0)显著(P< 0.05)低于条播下最高种子产量(S3R2), 但略高于条播最低种子产量(S1R1), 因此适当增加播量可提升撒播的产量优势, 在种植条件达不到条播水平的地区, 以撒播播量S3水平经济效益最好。
多元回归和通径分析可以建立各产量性状与种子产量的关系模型, 分析影响产量的主要性状以及各性状对产量的直接和间接作用。本研究通过对产量及产量性状的多元回归和通径分析发现, 主穗小穗数、千粒重、单序籽粒重与种子产量关系密切, 三者对产量的直接和间接作用均处较高水平, 因此在生产实践中可通过适当的调整栽培措施, 增加主穗小穗数、千粒重和单序籽粒重以提高燕麦种子产量。
‘ 青燕1号’ 条播方式下以播量S3(225 kg· hm-2)和行距R2(20 cm)下种子产量最高, 播量S4(270 kg· hm-2)和行距R1(15 cm)下秸秆产量最高; 撒播方式下种子产量以播量S3(225 kg· hm-2)最佳, 秸秆产量以播量S4(270 kg· hm-2)最高; ‘ 青燕1号’ 主穗小穗数、主穗小花数、花序长、叶面积、有效分蘖数、小穗粒数、单序籽粒数、单序籽粒重及千粒重与种子产量关系密切; 多元回归及通径分析发现, 主穗小穗数、千粒重、单序籽粒重对种子产量直接作用及间接作用较大, 其与产量相关系数分别达0.971, 0.961和0.950。
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