,, 张钰石, 刘础荣, 任丹阳, 刘洪润, 刘雪晴, 张明才,*, 李召虎植物生长调节剂教育部工程研究中心 / 中国农业大学农学院, 北京 100193Variety matching and resource use efficiency of the winter wheat-summer maize “double late” cropping system
YAN Yan,, ZHANG Yu-Shi, LIU Chu-Rong, REN Dan-Yang, LIU Hong-Run, LIU Xue-Qing, ZHANG Ming-Cai,*, LI Zhao-HuEngineering Research Center of Plant Growth Regulator, Ministry of Education / College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Beijing 100193, China通讯作者: *张明才, E-mail:zmc1214@163.com, Tel: 010-62733049
收稿日期:2021-02-22接受日期:2021-04-26网络出版日期:2022-07-06
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Received:2021-02-22Accepted:2021-04-26Published online:2022-07-06
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E-mail:1319817475@qq.com,Tel:010-62733453
摘要
探索适宜于麦玉“双晚”种植模式下抗逆丰产稳产的冬小麦夏玉米品种组合特性及其与自然资源匹配特征, 对于保障冬小麦夏玉米抗逆丰产高效生产具有重要意义。本研究于2017—2019年通过田间试验, 选用华北平原主推的冬小麦与夏玉米品种各8个, 设置区域麦玉“双晚”接茬模式和水分控制处理, 通过水分利用效率、籽粒灌浆特征、生育进程、周年光温水资源利用效率等综合分析与评价, 探明宜于“双晚”模式下麦玉品种组配特征及其资源利用效率。结果表明, 在常规节水灌溉和生育期雨养模式下冀麦325、石麦15和济麦22的产量在两个生长季均高于供试品种平均产量, 其中冀麦325和石麦15的抗旱系数均高于济麦22; 同时, 济麦22、冀麦325和石麦15具有较高的灌浆速率、穗粒数和粒重, 其高稳系数在不同灌溉模式下均高于供试品种平均值。在供试玉米品种中, 登海605、伟科702、MC670、农华816的产量和高稳系数均高于供试品种的平均值, 其中MC670、登海605、先玉335的灌浆速率在2个生长季均高于供试品种的平均值, 而迪卡517和先玉335在供试品种中收获期籽粒含水量最低、平均脱水速率最高。基于品种丰产稳产性、抗旱性、灌浆特征和脱水特征的综合分析, 筛选出周年产量和资源利用效率最高的品种组合为冀麦325-MC670, 2年较对照济麦22-郑单958品种组合周年产量提高17.2%和17.9%、光、温和灌溉水利用效率分别提高18.6%和20.0%、18.1%和18.9%、17.4%和18.1%, 经济效益分别增加8800元 hm -2和9600元 hm -2; 为适应麦玉周年全程机械化管理模式, 玉米品种应组配脱水快、籽粒收获含水量低的迪卡517或先玉335, 与济麦22-郑单958组合相比, 周年产量两年分别提高4.7%和14.4%、光温和灌溉水利用效率分别提高5.6%和16.3%、4.7%和15.4%, 5.0%和14.6%, 经济效益增加2080元 hm -2和7080元 hm -2。综上所述, 在麦玉“双晚”模式下, 通过优化品种组合, 与当前主推品种组合相比, 能进一步实现周年产量和资源利用效率的协同提升。
关键词：
Abstract
It is of great significance that exploring the characteristics of wheat-maize varieties combination suitable for stress resistance, high yield, and stable yield under the “double delay” system and their matching properties with natural resources, for ensuring the high yield and high efficiency production of winter wheat and summer maize in this region. In this study, field experiments were conducted from 2017 to 2019. Eight winter wheat and eight summer maize varieties were the main varieties in the North China Plain under winter wheat-summer maize “double delay” system with different irrigation treatments. Based on the analysis and evaluation of water use efficiency, grain filling characteristics, growth process, annual light, temperature, and water use efficiency, etc., the characteristics of wheat-maize varieties combination and resource use efficiency under the “double delay” system of winter wheat and summer maize were explored. The results suggested that among the tested wheat varieties, the yields of Jimai 325, Shimai 15, Nongda 3486, and Jimai 22 under conventional water-saving irrigation and rain-fed mode were higher than the average yield of the tested varieties druing the two growing seasons. In addition, the drought resistance index of Jimai 325 and Shimai 15 were higher than that of Jimai 22. Meanwhile, the grain-filling rate, grain number per spike, grain weight, and high stability coefficients of Jimai 22, Jimai 325, and Shimai 15 were higher than the mean of the tested varieties under different irrigation modes. Among the tested maize variaties, the yield and high stability coefficients of Denghai 605, Weike 702, MC670, and Nonghua 816 were all higher than the means of the tested varieties. The grain-filling rate of MC670, Denghai 605, and Xianyu 335 were higher than the means of the tested varieties during the two growing seasons. While, Dika 517 and Xianyu 335 had the lowest grain water content at harvest stage but the highest average dehydration rate among the tested varieties. Based on the comprehensive analysis of the yield and yield stability, drought resistance, grain-filling properties, and dehydration characteristics, the variety combination of Jimai 325-MC670 was selected with the highest annual yield and resource use efficiency. Compared with the local control combination of Jimai 22-Zhengdan 958, the annual yield increased by 17.2% and 17.9%, the light, temperature and irrigation water use efficiency increased by 18.6% and 20.0%, 18.1% and 18.9%, 17.4% and 18.1%, and increased economic benefit 8800 Yuan hm -2 and 9600 Yuan hm -2, respectively; to fit the whole-process mechanized management mode of wheat-maize double cropping system, maize could use varieties with fast dehydration rate and low grain water content when harvest, such as Dika 517 or Xianyu 335. Compared with the current local combination of Jimai 22-Zhengdan 958, this combination could increase the annual yield by 4.7% and 14.4%, and increase the light, temperature, and irrigation water use efficiency by 5.6% and 16.3%, 4.7% and 15.4%, 5.0% and 14.6%, and increased economic benefit by 2080 Yuan hm -2 and 7080 Yuan hm -2, respectively. In summary, optimizing the wheat-maize variety combination under the “double delay” cropping system can further improve the annual yield and resource use efficiency synergistically compared with the local staple wheat-maize variety combination.
Keywords：
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闫岩, 张钰石, 刘础荣, 任丹阳, 刘洪润, 刘雪晴, 张明才, 李召虎. 冬小麦-夏玉米轮作“双晚”种植模式下的品种匹配与资源效率. 作物学报, 2021, 48(2): 423-436 DOI:10.3724/SP.J.1006.2022.11017
YAN Yan, ZHANG Yu-Shi, LIU Chu-Rong, REN Dan-Yang, LIU Hong-Run, LIU Xue-Qing, ZHANG Ming-Cai, LI Zhao-Hu.
华北平原是我国重要的粮食产区, “冬小麦-夏玉米”一年两熟轮作是该地区主要种植模式, 其中小麦产量占全国小麦总产量的50%以上, 玉米产量占全国玉米总产的40%左右, 维持该地区小麦、玉米丰产高效生产对保障我国粮食安全具有重要意义[1,2]。但是华北平原大部分地区光热资源一季有余、两季不足, 传统上农户重视小麦季生产, 常常早播, 一般在10月1日前后播种, 而为给小麦整地备播留出充足的时间, 玉米一般在9月中下旬完成收获。在此种植方式下, 存在冬小麦冬前旺长冻害频发、夏玉米成熟度不够粒重低等问题, 导致两熟的周年产量潜力与光热资源利用效率均未能达到充分发挥[3]。因此, 探索冬小麦-夏玉米周年丰产和光热资源高效利用的技术途径对华北地区粮食供给保障是非常必要的。早在上世纪90年代, 王树安等通过对麦玉周年资源进行再分配, 提出了冬小麦播种期和夏玉米收获期推迟, 建立了冬小麦-夏玉米“双晚”技术模式, 实现了周年产量和光温资源生产力显著提高[4,5]。也有研究表明, 冬小麦晚播配以增加播量和提高耕种质量, 产量和资源效率与常规播种无显著差异, 而夏玉米晚收产量显著提高, 实现了麦玉周年产量和资源效率显著增加[3,6]。周宝元等[7,8]通过华北平原多点多年麦玉高产模式周年气候资源分配与利用特征研究, 明确了冬小麦季和夏玉米季积温合理分配比为0.7。同时, 在全球气候变暖趋势下, 华北地区麦玉种植区冬前有效积温增加, 而且麦玉生产全程机械化缩短了农事操作期, 为夏玉米晚收和冬小麦晚播提供了有利条件[9,10]。试验与生产实践表明, 冬小麦-夏玉米“双晚”技术模式优化了周年气候资源配置, 提高了周年产量与光温资源利用效率。
华北平原处于亚热带季风气候区, 气候变暖增加了该区域热量资源, 但降雨量呈下降趋势, 且降雨量70%集中在夏玉米季, 冬小麦季水分亏缺消耗大量地下水灌溉, 地下水过度开采问题加剧了生态环境安全问题[11,12]。同时, 该区域冬小麦季干旱发生常态化, 冻害与干热风等灾害区域高发; 夏玉米季间歇式干旱、高温或阴雨寡照等灾害发生进一步加剧[13,14]。因此, 基于水资源限制条件下提高作物抗逆栽培措施应用对实现区域粮食可持续生产具有重要意义。作物高产高效生产实现是品种特性与光热水肥等资源及田间管理等多因素互作的结果[15]。抗逆优质丰产作物品种应用提高了作物生产能力和生产效率, 如冬小麦品种更替增产贡献率在50%以上, 夏玉米品种更新增产贡献率为46.1%~79.0%[16]。此外, 气候变暖促使了冬小麦和夏玉米生育期缩短, 但是品种和管理措施的改变在一定程度上延长了冬小麦和夏玉米的生育期[17,18]。有研究表明, 冬小麦-夏玉米周年两熟生产条件下夏玉米生长季不能满足目前广泛推广的夏玉米品种所需生育持续期和积温, 且适时晚收仍难以完全生理成熟[9]。尽管冬小麦-夏玉米“双晚”技术模式提高了周年作物产量与光温资源利用效率, 然而基于该模式下作物品种与光温水资源的匹配度研究缺乏, 局限了“双晚”技术在作物产量和光温资源利用效率协同提升潜力发挥。因此, 本研究选用了华北平原区域适应的且主推的8个冬小麦品种和8个夏玉米品种, 设置区域冬小麦-夏玉米“双晚”接茬模式和水分控制试验, 通过水分利用效率、籽粒灌浆特征、生育进程等分析与评价, 探究麦玉品种的抗逆性、丰产性及其与光温水资源匹配特征, 确定冬小麦-夏玉米“双晚”技术下麦玉品种组配模式, 以期为促进华北平原麦玉周年丰产高效种植提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2017年10月至2019年10月在中国农业大学吴桥实验站进行。该站位于北纬37°37′, 东经116°22′, 海拔14~21 m, 属于华北平原, 暖温带半湿润季风气候。年平均气温12.9℃, 全年积温4862.9℃, 多年平均降雨量562 mm, 且多在6月至8月份, 雨热同期, 年日照时数2724.8 h。试验田土壤类型为沙壤土, 耕层(0~20 cm)有机质含量1.21 g kg-1, 全氮含量0.88 g kg-1, 有效磷22.2 mg kg-1, 有效钾123.4 mg kg-1。1.2 试验设计
冬小麦季设水分处理, 裂区试验设计, 主区为灌溉方式, 设2个水平: 常规节水灌溉模式(即浇足底墒, 拔节水和扬花水分别灌溉75 mm, W3)和生育期雨养灌溉模式(即浇足底墒, 生育期内无灌溉, W1), 每个处理设3次重复。副区为品种, 随机分布, 每个小区12.5 m2 (2.5 m×5.0 m), 选用小麦品种8个, 分别是农大3486、冀麦325、邯麦16、石麦15、济麦22、山农20、鑫麦296、农大399, 其中济麦22为对照品种。玉米季选用品种8个, 分别是郑单958、浚单20、登海605、伟科702、先玉335、迪卡517、MC670、农华816, 其中郑单958为对照品种。按随机区组实验设计, 每个小区25 m2 (5 m×5 m), 不设水分处理, 播种前浇足底墒水。
当地常年小麦播期为10月1日前后、次年5月1日前后扬花、6月上旬收获, 玉米随即在6月上旬完成播种, 8月上旬扬花, 9月中下旬收获。试验期间麦玉播收期按照“双晚”接茬模式设置, 即与当地农户常规麦玉播收期相比推迟15 d, 具体为冬小麦分别于2017年10月20日、2018年10月18日播种, 扬花期分别在2018年4月22日至28日、2019年5月2日至4日, 于2018年6月8日和2019年6月8日收获; 夏玉米分别于2018年6月20日、2019年6月18日播种, 2018年8月2日至7日、2019年8月4日至8日吐丝, 于2018年10月13日、2019年10月12日收获。冬小麦播量为150 kg hm-2; 夏玉米定苗密度为7.5万株 hm-2。小麦季和玉米季播前均分别施用尿素300 kg hm-2、磷酸二铵450 kg hm-2、硫酸钾150 kg hm-2, 整地前全部均匀撒施, 随旋耕机旋入土壤。其他栽培措施和田间操作按照当地常规栽培技术规程进行。
1.3 气象数据及测定项目
1.3.1 气象数据 气象数据来源于河北省吴桥县气象站。主要包括平均气温、日照时数、相对湿度、风速、降雨量等。图1为2017—2018、2018—2019麦玉周年和近20年(2000—2020)平均的日均温和累积降水量。2017—2018年全年降水总量为692.4 mm (图1), 其中小麦季降雨量为221.5 mm, 玉米季降雨量为470.9 mm。2018—2019年全年降水总量为445.6 mm, 其中小麦季降雨量为65.7 mm, 玉米季降雨量379.9 mm。1.3.2 田间测产与考种 冬小麦收获时, 每个小区取有代表性的3个点, 每个样点实收1 m2进行测产, 计数穗数, 并折合成公顷穗数, 脱粒烘干用于测定千粒重; 每个点取20株进行考种, 调查穗粒数。夏玉米收获时, 每小区取中间5 m双行收获果穗, 调查穗数, 并折合成公顷穗数, 根据穗重挑选标准穗20穗考种, 调查穗粒数, 风干后脱粒, 烘干用于测定千粒重。小麦和玉米千粒重均根据烘干重换算成14%含水量的重量, 进而计算理论产量[19]。
图1
新窗口打开|下载原图ZIP|生成PPT图12017-2018、2018-2019麦玉周年和近20年(2000-2020)平均的日均温和累积降水量
Fig. 1Daily mean temperature and accumulated rainfall during 2017-2018, 2018-2019, and last 20 years
1.3.3 抗旱指数(drought index, DI) 参照国家标准《小麦抗旱性鉴定评价技术规范》[20] (GB/T21127- 2007), 计算抗旱指数DI:
DI = GYS.T2×GYS.W-1×GYCK.W×GYCK.T-2
其中, GYS.T是供试品种水分胁迫处理(W1)的产量, GYS.W是供试品种常规灌溉处理(W3)的产量。GYCK.W是对照品种济麦22在W3下的产量, GYCK.T是对照品种济麦22在W1下的产量。DI>1.00, 表明该品种抗旱性高于对照品种, DI<1.00, 表明该品种抗旱性低于对照品种。
1.3.4 高稳系数(high stability coefficient, HSC) 参照温振民[21]的方法计算高稳系数(HSCi):
HSCi = (Xi - Si)/1.1Xck × 100%
其中, Xi为第i个品种的平均产量, Si为第i个品种的产量标准差, 1.1Xck为比平均对照品种(济麦22和郑单958)产量(Xck)增产10%的产量。HSCi越大, 表明参试品种的稳产性越好。
1.3.5 灌浆特征及灌浆速率 冬小麦和夏玉米在开花期, 选取同一天开花且株高和长势一致、绿叶数相当无病虫害的植株进行挂牌, 分别于花后每隔5 d取20穗, 在105℃下杀青30 min, 85℃下烘干至恒质量。称其籽粒干重量, 重复3次。玉米吐丝前, 在每个小区分别选择生长健壮整齐一致的果穗进行挂牌标记。各品种均自授粉后7 d开始取样, 每7 d取样1次, 直至各品种达到生理成熟期(以乳线消失且黑层出现作为生理成熟的判定标准), 每次从各小区取5穗, 选取其中均匀的3穗, 取果穗中部籽粒100粒, 在105℃烘箱中杀青30 min后, 80℃烘干至恒量, 称取各品种百粒干重。
以授粉后天数(t)为自变量、粒重(W)为因变量, 参照朱庆森等[22]的方法, 利用Richards方程W = A(1+Be-Kt)-1/N模拟籽粒灌浆过程, A、B、K、N为回归方程所确定的参数, 利用CurveExpert (v1.3)软件求得, 按照以下公式计算灌浆特征参数:
籽粒灌浆速率G = AKBe-Kt/[N(1+Be-Kt)(N+1)/N]
最大灌浆速率Gmax = (KWmax/N)[1- (Wmax/A)N]
灌浆速率最大时间Tmax = (ln B-ln K)/K
有效灌浆持续期P = 2(N+2)/K
平均灌浆速率Gmean = AK/(2N+4)
1.3.6 籽粒含水率和脱水速率 玉米收获当天, 各小区另取10穗, 马上脱粒, 称鲜重后, 置于85℃恒温鼓风干燥箱烘至恒重, 称干重, 按照以下公式计算籽粒含水率。
籽粒含水率 = (鲜重-干重)/鲜重×100%
根据文献记载, 细胞原生质含水率在70%~ 90% [23], 籽粒形成初期细胞含水率约为90% [24], 玉米籽粒授粉后12 d之前籽粒含水率在80%~90% [25], 本研究把籽粒形成初期的含水率规定为90%。用初始籽粒含水率(90%)和收获期籽粒含水率的差值与二者之间天数的比值表示籽粒平均脱水速率。
籽粒平均脱水速率 = (90%-收获期籽粒含水率)/授粉后到收获的天数
1.3.7 资源利用效率 资源量和资源利用效率计算过程中, 所有作物从播种开始累加到收获结束, 周年为小麦季播种开始到玉米季收获结束两季相加。参考前人研究[8,26-28]按以下公式计算作物光、温、灌溉水利用效率。
光能生产效率(g MJ-1) = 周年籽粒产量(kg hm-2)/周年辐射总量(MJ hm-2)
积温生产效率(kg hm-2 ℃ d-1) = 周年籽粒产量(kg hm-2)/周年生育期有效积温(℃ d-1)
灌溉水利用效率(kg m-3) = 周年(单季)籽粒产量(kg hm-2)/作物周年(单季)灌水量(m3 hm-2)
1.3.8 经济效益计算 基于试验期间的实际投入记录和粮食收购价格, 按照以下公式计算作物经济效益:
经济效益(元 hm-2) = 籽粒产量(kg hm-2)×市场价格(元 kg-1)-总投入(元)
1.4 数据分析
利用Microsoft Excel 2016和SPSS21.0软件进行数据处理和统计分析, 采用Graphpad 8.3软件作图。2 结果与分析
2.1 基于“双晚”种植模式下冬小麦品种抗旱性与丰产性分析
2.1.1 不同小麦品种的丰产稳产性和抗旱性评价如表1所示, 水分处理影响小麦产量和产量构成因素, 且年际间存在差异。2017—2018和2018—2019小麦季供试品种的平均产量和产量构成因素在W3下差异不大。而W1处理下与W3相比两季供试品种的平均产量分别降低了18.6%和30.5%。在产量构成因素中, 水分处理对穗数影响小, 而与W3相比, W1下两季供试品种的平均穗粒数分别降低了16.2%和12.7%, 千粒重分别降低了1.6%和14.5%。年际间差异的主要原因是2018— 2019年小麦灌浆期降水量明显少于2017—2018年(图1)。
Table 1
表1
表12017-2019不同灌溉处理下不同的小麦品种的产量、产量构成因素、灌溉水利用效率、抗旱指数及高稳系数
Table 1
| 处理 Treatment | 品种 Variety | 2017-2018 | 2018-2019 | 高稳系数 HSC | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 穗数 Spikes number (×104 hm?2) | 穗粒数 Kernel number per spike | 千粒重 Thousand- kernel weight (g) | 产量 GY (t hm?2) | 灌溉水利用效率 IWUE (kg m?3) | 抗旱 指数 DI | 穗数 Spikes number (×104 hm?2) | 穗粒数 Kernel number per spike | 千粒重 Thousand-kernel weight (g) | 产量 GY (t hm?2) | 灌溉水利用效率 IWUE (kg m?3) | 抗旱指数 DI | ||||||
| W1 | 农大3486 Nongda 3486 | 605.7 a | 31.3 bc | 40.3 bc | 7.6 bc | 10.1 bc | 0.94 | 606.6 a | 31.7 bc | 33.3 b | 6.4 cd | 8.5 cd | 0.72 | 0.75 | |||
| 冀麦325 Jimai 325 | 614.4 a | 38.2 a | 41.0 b | 9.6 a | 12.8 a | 1.39 | 614.6 a | 38.3 a | 35.9 b | 8.2 ab | 10.9 ab | 1.08 | 0.97 | ||||
| 邯麦16 Hanmai 16 | 617.4 a | 35.9 ab | 37.4 e | 8.3 ab | 11.1 ab | 1.17 | 613.6 a | 25.0 e | 30.5 c | 4.7 e | 6.3 e | 0.54 | 0.48 | ||||
| 石麦15 Shimai 15 | 616.1 a | 32.9 b | 40.4 bc | 8.2 bc | 10.9 bc | 1.10 | 615.7 a | 37.0 a | 38.1 a | 8.7 a | 11.6 a | 1.35 | 0.92 | ||||
| 济麦22 Jimai 22 | 616.1 a | 29.1 c | 42.3 a | 7.7 bc | 10.3 bc | 1.00 | 615.6 a | 31.7 bc | 37.0 a | 7.2 bc | 9.6 bc | 1.00 | 0.87 | ||||
| 山农20 Shannong 20 | 619.5 a | 23.2 d | 42.7 a | 6.2 cd | 8.3 cd | 0.70 | 618.0 a | 24.5 e | 37.6 a | 5.7 de | 7.6 de | 0.66 | 0.68 | ||||
| 鑫麦296 Xinmai 296 | 616.8 a | 29.3 c | 40.7 bc | 7.4 bc | 9.9 bc | 1.08 | 618.0 a | 29.1 d | 37.1 a | 6.6 cd | 8.8 cd | 0.89 | 0.79 | ||||
| 农大399 Nongda 399 | 618.6 a | 22.2 d | 38.5 d | 5.3 d | 7.1 d | 0.54 | 616.3 a | 30.1 cd | 37.2 a | 6.9 cd | 9.2 cd | 0.91 | 0.60 | ||||
| 平均值 Means | 615.6 | 30.3 | 40.4 | 7.5 | 10.1 | 614.8 | 30.9 | 35.8 | 6.8 | 9.1 | 0.76 | ||||||
| W3 | 农大3486 Nongda 3486 | 608.4 a | 38.5 bc | 40.8 bc | 9.6 abc | 4.3 abc | 618.4 a | 38.7 b | 40.4 c | 9.7 ab | 4.3 ab | 0.97 | |||||
| 冀麦325 Jimai 325 | 617.6 a | 40.2 ab | 41.2 bc | 10.2 a | 4.5 a | 624.1 a | 41.3 a | 40.5 c | 10.7 a | 4.8 a | 1.03 | ||||||
| 邯麦16 Hanmai 16 | 618.5 a | 37.5 bcd | 39.2 d | 9.1 bc | 4.0 bc | 618.2 a | 30.3 d | 36.7 d | 6.9 c | 3.1 c | 0.66 | ||||||
| 石麦15 Shimai 15 | 618.6 a | 36.2 cd | 41.3 b | 9.3 abc | 4.1 abc | 620.0 a | 38.6 b | 40.7 c | 9.5 ab | 4.2 ab | 0.94 | ||||||
| 济麦22 Jimai 22 | 616.7 a | 34.7 de | 42.5 a | 9.1 bc | 4.0 bc | 615.7 a | 33 cd | 42.7 b | 8.9 abc | 3.9 abc | 0.89 | ||||||
| 山农20 Shannong 20 | 622.0 a | 32.2 ef | 42.8 a | 8.6 cd | 3.8 cd | 620.5 a | 30.3 d | 43.9 a | 8.1 bc | 3.6 bc | 0.83 | ||||||
| 鑫麦296 Xinmai 296 | 617.3 a | 30.4 f | 40.8 bc | 7.7 d | 3.4 d | 620.4 a | 30.4 d | 43.8 a | 8.5 abc | 3.8 abc | 0.76 | ||||||
| 农大399 Nongda 399 | 626.5 a | 31.5 ef | 40.0 cd | 7.9 d | 3.5 d | 619.7 a | 36.3 bc | 39.5 c | 8.7 abc | 3.9 abc | 0.78 | ||||||
| 平均值 Means | 618.2 | 35.2 | 41.1 | 8.9 | 4.0 | 619.6 | 35.1 | 41.0 | 8.9 | 4.0 | 0.86 | ||||||
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在W3处理下, 两季产量均高于平均水平的品种有冀麦325、农大3486、石麦15。在产量构成因素上, 各供试品种间穗数差异不显著, 穗粒数在两季均高于平均水平的是冀麦325、农大3486、石麦15, 而山农20、鑫麦296的穗粒数在两季均低于平均水平; 千粒重在两季均高于平均水平的是济麦22和山农20, 而邯麦16千粒重在两季均低于平均水平。在W1处理下当地主推品种济麦22产量在两季均高于供试品种的平均值, 以济麦22为对照, 计算抗旱系数, 评价品种的抗旱性, 在供试品种中冀麦325和石麦15在两季抗旱系数均大于1, 抗旱性优于济麦22。此外, 抗旱性强的品种其灌溉水利用效率也较高, 如2017—2018小麦季, 冀麦325在W3和W1下灌溉水利用效率均最高, 与济麦22相比分别提高12.5%和24.3%。
Table 2
表2
表2常规灌溉条件下不同冬小麦品种籽粒灌浆特征参数
Table 2
| 品种 Variety | 2017-2018 | 2018-2019 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gmax (mg d-1 grain-1) | Gmean (mg d-1 grain-1) | Tmax (d) | P (d) | Gmax (mg d-1 grain-1) | Gmean (mg d-1 grain-1) | Tmax (d) | P (d) | |
| 农大3486 Nongda 3486 | 2.27 c | 1.53 ab | 23.6 b | 32.0 c | 2.46 b | 1.62 b | 19.6 ab | 31.7 c |
| 冀麦325 Jimai 325 | 2.45 b | 1.58 b | 24.6 a | 33.3 b | 2.51 b | 1.67 b | 19.9 a | 31.1 c |
| 邯麦16 Hanmai 16 | 1.86 e | 1.25 d | 23.0 b | 35.1 a | 1.84 d | 1.23 d | 20.0 a | 33.1 b |
| 石麦15 Shimai 15 | 2.38 b | 1.51 b | 23.4 b | 32.0 c | 2.48 c | 1.65 c | 18.9 b | 33.1 b |
| 济麦22 Jimai 22 | 2.40 a | 1.59 a | 23.0 b | 33.4 b | 2.49 b | 1.67 b | 19.1 b | 33.3 b |
| 山农20 Shannong 20 | 2.48 a | 1.65 a | 23.1 b | 33.7 b | 2.51 b | 1.65 b | 20.0 a | 33.7 b |
| 鑫麦296 Xinmai 296 | 2.41 a | 1.58 a | 22.6 b | 30.5 d | 2.63 a | 1.76 a | 18.4 c | 30.1 d |
| 农大399 Nongda 399 | 2.12 d | 1.40 c | 21.4 c | 31.2 d | 2.17 c | 1.43 c | 18.3 c | 32.8 a |
| 平均值 Mean | 2.30 | 1.51 | 23.1 | 32.7 | 2.39 | 1.59 | 19.3 | 32.4 |
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通过计算各供试小麦品种在2017—2019两季不同处理下的高稳系数(HSC), 反映不同品种的稳产性。结果显示, 各供试小麦品种在W1处理下HSC值范围在0.60~0.97之间, 而W3下整体较高, 其范围在0.66~1.03之间。其中济麦22在W3和W1下均高于供试品种的平均值, 前述抗旱性高的品种如冀麦325和石麦15其HSC值在W3和W1下均高于济麦22, 而抗旱性较差的品种如邯麦16、山农20等其HSC值也低于济麦22。
2.1.2 不同小麦品种的灌浆特性分析 W3下各供试品种的灌浆特性如表2所示, 不同供试品种间在灌浆速率上的差异在年际间表现基本一致, 而在最大灌浆速率出现时间和有效灌浆持续期上的差异在年际间变异较大。在供试品种中, 冀麦325、石麦15、济麦22、山农20和鑫麦296的Gmax和Gmean在2017—2019两个小麦季均高于供试品种的平均值, 而且其中冀麦325、山农20和鑫麦296的Gmax高于济麦22。
2.1.3 不同小麦品种产量与灌浆特性相关性分析
对不同品种产量、产量构成因素及灌浆特征进行相关性分析(表3)表明, 产量与穗粒数呈显著的正相关关系, 而与千粒重相关性不强, 主要原因可能是不同品种间千粒重差异不大, 而穗粒数差异较大。千粒重与最大灌浆速率、平均灌浆速率呈显著的正相关关系, 而与有效灌浆持续期相关性不强。
Table 3
表3
表3不同小麦品种产量、穗粒数、千粒重与灌浆特征的相关性分析
Table 3
| GY | KNP | TKW | Gmax | Gmean | P | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| GY | 1 | |||||
| KNP | 0.97 ** | 1 | ||||
| TKW | 0.13 | -0.10 | 1 | |||
| Gmax | -0.04 | -0.24 | 0.87 ** | 1 | ||
| Gmean | 0.03 | -0.18 | 0.89 ** | 0.99 ** | 1 | |
| P | 0.43 | 0.45 | -0.12 | -0.47 | -0.42 | 1 |
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2.2 基于“双晚”种植模式下夏玉米品种的丰产稳产性与脱水特征分析
2.2.1 不同玉米品种的丰产性和稳产性评价 2018年, 对照品种郑单958穗粒数低于供试品种的平均穗粒数, 除伟科702和先玉335外, 各品种穗粒数均显著高于郑单958; 在千粒重上, 郑单958低于供试品种的平均千粒重, 浚单20和迪卡517低于郑单958, 而其他品种均高于郑单958, 其中MC670粒重最大。2019年, 虽然登海605、伟科702、迪卡517、农华816等品种穗粒数高于对照, 但差异不显著; 而在千粒重上, 各供试品种均高于郑单958。与2018年相比, 供试品种的穗粒数在2019年整体上提高11.3%, 而千粒重降低3.6%。年际间差异的主要原因是受气象条件的影响, 2018年花期温度较2019年高, 且花期多雨, 影响正常授粉; 而2019年玉米季降水较2018年少近100 mm, 在仅灌底墒水的情况下, 后期土壤水分可能不足, 不利于灌浆。从最终产量看, 2018年浚单20、登海605、伟科702、MC670、农华816产量均较郑单958高, 其中MC670产量最高, 较郑单958提高21.8%。2019年除浚单20外, 各供试品种产量均普遍高于郑单958, 其中MC670和登海605最高, 提高16.1%。进一步通过HSC值评价品种的稳产性。各供试玉米品种HSC值变化范围在0.80~1.04之间, 其中MC670的HSC值最高, 浚单20、登海605、伟科702、农华816的HSC值也高于郑单958。
Table 4
表4
表42018-2019不同玉米品种的产量、产量构成因素及高稳系数
Table 4
| 品种 Variety | 2018 | 2019 | 高稳系数 HSC | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 穗数 Ears number (×104 hm-2) | 穗粒数 Grain number per ear | 千粒重 1000-kernel weight (g) | 产量 GY (t hm-2) | 穗数 Ears number (×104 hm-2) | 穗粒数 Grain number per ear | 千粒重 1000-kernel weight (g) | 产量 GY (t hm-2) | ||
| 郑单958 Zhengdan 958 | 7.5 a | 462.2 cd | 344.1 de | 10.1 c | 7.7 a | 547.3 ab | 313.9 d | 11.2 bc | 0.84 |
| 浚单20 Xundan 20 | 7.5 a | 505.4 a | 338.9 e | 10.9 b | 7.8 a | 493.3 c | 323.2 cd | 10.5 c | 0.89 |
| 登海605 Denghai 605 | 7.4 a | 507.5 a | 356.7 c | 11.2 b | 7.8 a | 570.9 a | 343.7 b | 13.0 a | 0.93 |
| 伟科702 Weike 702 | 7.4 a | 481.4 bc | 368.7 b | 11.0 b | 7.8 a | 555.0 ab | 340.8 bc | 12.5 ab | 0.91 |
| 先玉335 Xianyu 335 | 7.4 a | 447.9 d | 354.5 cd | 9.9 c | 7.7 a | 515.5 bc | 369.9 a | 12.1 ab | 0.81 |
| 迪卡517 Dika 517 | 7.5 a | 506.5 a | 305.4 f | 9.9 c | 7.7 a | 579.0 a | 323.7 cd | 12.3 ab | 0.80 |
| MC670 | 7.4 a | 499.5 a | 391.4 a | 12.3 a | 7.7 a | 522.0 bc | 379.5 a | 13.0 a | 1.04 |
| 农华816 Nonghua 816 | 7.4 a | 510.1 a | 355.5 cd | 11.3 b | 7.8 a | 581.9 a | 318.7 d | 12.2 ab | 0.95 |
| 平均值 Mean | 7.4 | 490.1 | 351.9 | 10.8 | 7.8 | 545.6 | 339.2 | 12.1 | 0.90 |
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2.2.2 不同玉米品种的灌浆特性和脱水速率 从表5可见, 不同供试品种间灌浆特征的差异年际间表现基本一致。对照品种郑单958的Gmax与Gmean在两季中均低于供试品种的平均水平, 而登海605、先玉335和MC670均高于供试品种的平均水平。在两季中, 郑单958的Tmax和P均为供试品种中的最大值, 与其他品种差异显著; 而先玉335和迪卡517的P值均显著低于各供试品种的平均值。
Table 5
表5
表5不同玉米品种的籽粒灌浆特征
Table 5
| 品种 Variety | 2018 | 2019 | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Gmax (mg d-1 grain-1) | Gmean (mg d-1 grain-1) | Tmax (d) | P (d) | Gmax (mg d-1 grain-1) | Gmean (mg d-1 grain-1) | Tmax (d) | P (d) | ||
| 郑单958 Zhengdan 958 | 11.53 c | 7.83 c | 22.9 a | 50.5 a | 11.75 c | 7.93 bc | 26.8 a | 49.5 a | |
| 浚单20 Xundan 20 | 11.27 d | 7.65 c | 21.0 c | 48.7 b | 11.46 c | 7.78 c | 24.2 d | 47.8 b | |
| 登海605 Denghai 605 | 11.61 c | 7.89 bc | 21.4 bc | 49.8 a | 12.18 b | 8.24 b | 25.1 c | 48.0 b | |
| 伟科702 Weike 702 | 12.15 b | 8.17 bc | 22.1 b | 49.6 a | 11.99 bc | 8.15 b | 25.9 b | 48.1 b | |
| 先玉335 Xianyu 335 | 12.28 b | 8.34 b | 21.8 b | 46.7 c | 12.98 a | 8.76 a | 25.3 bc | 46.6 c | |
| 迪卡517 Dika 517 | 10.78 e | 7.31 c | 20.2 d | 45.9 c | 11.57 c | 7.73 c | 24.6 cd | 46.0 c | |
| MC670 | 13.07 a | 8.87 a | 20.9 c | 48.5 b | 13.39 a | 9.09 a | 24.8 c | 48.0 b | |
| 农华816 Nonghua 816 | 11.59 c | 7.86 bc | 20.7 cd | 49.7 a | 12.21 b | 8.26 b | 24.8 c | 46.4 c | |
| 平均值 Mean | 11.79 | 7.99 | 21.4 | 48.7 | 12.19 | 8.24 | 25.2 | 47.6 | |
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如表6所示, 不同品种的收获期籽粒含水量和平均脱水速率存在差异。在晚收情况下, 各供试品种收获期籽粒含水量在2018年和2019年分别在26.0%~29.1%和25.7%~30.1%。其中郑单958在两年中均为最高, 其平均脱水速率也最慢。2018年迪卡517的收获期籽粒含水量最低, 其次是先玉335, 其他品种间差异不显著; 在平均脱水速率上, 迪卡517、先玉335和农华816较快。2019年, 迪卡517的收获期含水量和平均脱水速率方面均显著低于各供试品种, 而平均脱水速率高于供试品种的平均值。与郑单958相比, 高产品种登海605、伟科702的收获期含水量在两年中均显著低于郑单958, 平均脱水速率较郑单958高。
Table 6
表6
表6不同玉米品种收获期籽粒含水量和平均脱水速率
Table 6
| 品种 Variety | 2018 | 2019 | ||
|---|---|---|---|---|
| 收获期籽粒含水量 Grain moisture content when harvest (%) | 平均脱水速率 Average dehydration rate (% d-1) | 收获期籽粒含水量 Grain moisture content when harvest (%) | 平均脱水速率 Average dehydration rate (% d-1) | |
| 郑单958 Zhengdan 958 | 29.1 a | 0.99 b | 30.1 a | 1.02 c |
| 浚单20 Xundan 20 | 28.6 ab | 1.00 b | 29.5 a | 1.02 c |
| 登海605 Denghai 605 | 28.4 bc | 1.00 b | 29.0 b | 1.04 bc |
| 伟科702 Weike 702 | 28.4 bc | 0.99 b | 28.2 c | 1.04 bc |
| 先玉335 Xianyu 335 | 26.8 e | 1.02 ab | 27.1 b | 1.05 b |
| 迪卡517 Dika 517 | 26.0 f | 1.03 a | 25.7 d | 1.08 a |
| MC670 | 28.5 b | 1.00 b | 29.9 a | 1.02 c |
| 农华816 Nonghua 816 | 27.1 de | 1.02 ab | 28.5 bc | 1.04 bc |
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2.2.3 不同玉米品种产量、产量构成因素、灌浆特征和脱水特征相关性分析 对不同品种玉米的产量、穗粒数、千粒重、灌浆特征和脱水特征进行相关性分析(表7), 发现产量与穗粒数、Gmax和Gmean呈显著的正相关关系, 千粒重与Gmax和Gmean呈显著的正相关关系, 而与平均脱水速率呈显著的负相关关系。灌浆速率与收获期籽粒含水量呈现中等强度的显著正相关关系。
Table 7
表7
表7不同玉米品种产量、穗粒数、千粒重、灌浆特征和脱水特征的相关性分析
Table 7
| 性状Trait | GY | KNP | TKW | Gmax | Gmean | P | GMCH | ADR |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| GY | 1 | |||||||
| KNP | 0.73** | 1 | ||||||
| TKW | 0.33 | -0.38 | 1 | |||||
| Gmax | 0.63** | 0.04 | 0.76** | 1 | ||||
| Gmean | 0.61* | 0.01 | 0.77** | 0.99** | 1 | |||
| P | -0.14 | -0.45 | 0.45 | 0.02 | 0.033 | 1 | ||
| GMCH | 0.34 | 0.04 | 0.32 | 0.51* | 0.53* | 0.46 | 1 | |
| ADR | 0.35 | 0.68** | -0.53* | -0.14 | -0.18 | -0.68** | -0.41 | 1 |
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2.3 麦玉品种组配周年产量、资源利用效率和经济效益评价
以“双晚”技术模式下周年高产高效协同提升为目标, 基于品种丰产性、稳产性、抗旱性、灌浆和脱水特征等综合分析, 筛选出以济麦22、冀麦325、石麦15为代表的抗旱、高产、稳产、灌浆强度大的小麦品种、以登海605、MC670为代表的高产稳产性好、灌浆强度大的玉米品种和以先玉335、迪卡517为代表的丰产、脱水快的玉米品种, 进行组配, 分析周年产量和资源利用效率。结果如表8所示, 与对照组合济麦22-郑单958相比, 优化品种组合的周年产量及光温水利用效率均显著提高, 其中冀麦325-MC670组合最高, 周年产量在2017—2018和2018—2019年分别提高17.2%和17.9%, 光、温、灌溉水利用效率分别提高0.08 g MJ-1、0.70 kg hm-2 ℃ d-1、1.11 kg m-3和0.09 g MJ-1、0.76 kg hm-2 ℃ d-1、1.21 kg m-3。表明通过优化品种组配, 均可以进一步实现“双晚”接茬模式下的周年产量和资源利用效率的协同提升。玉米选用脱水快的品种, 以迪卡517为例, 两年中周年产量分别提高4.7%和14.4%, 光、温、灌溉水利用效率分别提高0.02 g MJ-1、0.18 kg hm-2 ℃ d-1、0.32 kg m-3和0.08 g MJ-1、0.62 kg hm-2 ℃ d-1、0.98 kg m-3; 说明该组合虽然在产量和资源利用效率上并非最优, 但仍高于当前济麦22-郑单958品种组合, 在适应未来机械化籽粒直收模式的同时仍具有高产高效的潜力。此外, 通过优化品种组配, 并不增加经济投入, 与对照品种组合相比显著提高周年经济效益。其中冀麦325-MC670组合与对照相比分别增加8800元 hm-2和9600元 hm-2, 冀麦325-迪卡517组合与对照相比增加2080元 hm-2和7080元 hm-2。Table 8
表8
表8不同麦玉品种组合的周年产量与光温水资源利用效率
Table 8
| 品种 Variety | 玉米品种 Maize variety | 2017—2018 | 2018—2019 | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 周年产量 AY (t hm?2) | 灌溉水 利用效率 IWUE (kg m?3) | 积温 利用效率 TUE (kg hm?2 ℃ d?1) | 光能 利用效率 RUE (g MJ?1) | 经济效益 EB (Yuan hm?2) | 周年产量 AY (t hm?2) | 灌溉水 利用效率 IWUE (kg m?3) | 积温 利用效率 TUE (kg hm?2 ℃ d?1) | 光能 利用效率 RUE (g MJ?1) | 经济效益 EB (Yuan hm?2) | |||||
| 济麦22 Jimai 22 | 郑单958 Zhengdan 958 | 19.2 b | 6.38 b | 3.87 b | 0.40 b | 15,120 | 20.1 c | 6.69 c | 4.02 c | 0.42 c | 17,480 | |||
| 冀麦325 Jimai 325 | 登海605 Denghai 605 | 21.5 ab | 7.16 ab | 4.37 ab | 0.46 ab | 20,840 | 23.7 a | 7.89 a | 4.78 a | 0.51 a | 27,080 | |||
| 冀麦325 Jimai 325 | MC670 | 22.5 a | 7.49 a | 4.57 a | 0.48 a | 23,920 | 23.7 a | 7.90 a | 4.78 a | 0.51 a | 27,080 | |||
| 石麦15 Shimai 15 | 登海605 Denghai 605 | 20.5 b | 6.85 b | 4.18 b | 0.44 b | 18,680 | 22.5 b | 7.50 b | 4.54 b | 0.49 b | 24,200 | |||
| 石麦15 Shimai 15 | MC670 | 21.5 ab | 7.18 ab | 4.38 ab | 0.46 ab | 21,760 | 22.5 b | 7.51 b | 4.54 b | 0.49 b | 24,200 | |||
| 冀麦325 Jimai 325 | 先玉335 Xianyu 335 | 20.1 b | 6.70 b | 4.05 b | 0.42 b | 17,200 | 22.8 ab | 7.60 ab | 4.60 ab | 0.49 ab | 24,560 | |||
| 冀麦325 Jimai 325 | 迪卡517 Dika 517 | 20.1 b | 6.70 b | 4.05 b | 0.42 b | 17,200 | 23.0 ab | 7.67 ab | 4.64 ab | 0.50 ab | 25,120 | |||
| 石麦15 Shimai 15 | 先玉335 Xianyu 335 | 19.2 b | 6.40 b | 3.88 b | 0.40 b | 16,040 | 21.6 b | 7.20 b | 4.36 b | 0.47 b | 21,680 | |||
| 石麦15 Shimai 15 | 迪卡517 Dika 517 | 19.2 b | 6.40 b | 3.88 b | 0.40 b | 16,040 | 21.8 b | 7.27 b | 4.40 b | 0.47 b | 22,240 | |||
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3 讨论
作物品种、栽培措施和环境资源的合理匹配是实现作物产量和光温资源利用效率协同提升的关键[30,31]。在华北平原冬小麦-夏玉米两熟制下, 周年光温资源相对不足, 通过周年收播期调整优化麦玉两季间光温资源配置, 是提高麦玉周年产量和资源利用效率的重要途径。自20世纪90年代起逐步建立了麦玉“双晚”接茬模式, 压缩小麦的生长时间, 增加光温资源在玉米季的分配比例, 充分发挥玉米C4作物的产量潜力, 显著提高了周年产量和资源利用效率[1,4-5]。然而前人研究多集中在如何优化收播期时间及其提高周年光温水肥利用效率的机制等方面, 对于作物品种与该模式下光温水资源的匹配度研究缺乏, 局限了“双晚”技术在作物产量和资源利用效率协同提升的潜力发挥。本研究在冬小麦-夏玉米“双晚”接茬模式下, 选用华北平原主推的麦玉品种, 通过抗旱性、丰产性、稳产性、籽粒灌浆和脱水特征分析与评价, 从周年角度筛选了最佳的品种组合, 并探究在冬小麦-夏玉米“双晚”技术模式下品种组配模式及其与主推栽培技术的适应性。近年来华北地区冬季气温升高, 传统播期下小麦冬前旺长, 冻害频发, 导致减产[3,32]。过晚播种, 冬前小麦发育受抑制, 根系发育不良, 抗寒性差。一般小麦冬前要求达到壮苗标准, 保证产量。Sun等[3]研究表明, 冬小麦形成冬前壮苗至少需要0℃积温300~350℃ d。付雪丽等[6]研究表明黄淮平原小麦播期与常规播期相比推迟10~15 d, 至10月20日左右, 冬前积温达到500℃ d, 保证壮苗, 产量和资源利用效率显著提高。而随着小麦播期的进一步推迟, 冬前积温减少, 冬前生长不足, 产量呈下降趋势[3]。但通过增大播量、改善播种质量, 能够弥补小麦晚播对产量的负面影响, 资源利用效率变化不明显[6,32-33]。本研究以获得冬前壮苗为基础设置播期, 并相应地增大了播量, 较高群体下不同品种间穗数差异不大。在供试品种中, 产量与穗粒数呈显著的正相关关系。在穗粒数相近的情况下, 保证千粒重是高产的关键, 而籽粒灌浆是决定粒重的关键过程。本研究结果表明不同品种千粒重与灌浆速率具有显著的正相关关系, 与有效灌浆持续期相关性不强, 前人的研究也报道了相似的规律[34,35]。高产稳产品种冀麦325、石麦15以及济麦22通过维持较高的灌浆速率, 保证了粒重, 从而获得高产。Xin和Tao[36]通过作物模型模拟分析也推断具有高灌浆速率的冬小麦品种更适应未来气候变暖。此外, 本研究团队前期研究发现, 适当晚播对返青后的生育进程影响不大, 与常规播期开花期相近, 选择中早熟品种可以有效降低灌浆后期遭遇干热风的风险。综上, 在适度晚播确保冬前壮苗的基础上, 选择穗粒数高、灌浆速率大的中早熟小麦品种有利于实现丰产增效。
华北平原属季风性气候, 降水主要集中在夏玉米季, 而冬小麦季降水不足, 季节性干旱高发频发, 为满足灌溉用水需求长期超量开采地下水, 导致地下水匮竭, 严重影响该区域农业可持续生产与生态安全。因此, 应用抗旱丰产优良品种适应节水栽培需求从而提高冬小麦季水分利用效率, 是该区域作物产量和资源利用效率协同提升的重要措施[37]。在本研究中, 与常规节水灌溉模式相比, 生育期雨养少浇两水, 供试小麦品种产量平均降低20.2%, 其中该区域主栽品种济麦22产量仅降低15.4%~18.2%, 表现出较好抗旱性, 与前人报道结果一致[38,39]。本研究以济麦22为对照, 计算抗旱指数, 能够有效评价品种的抗旱性, 并结合高稳系数评价不同品种年际间产量稳定性。在供试品种中, 冀麦325、石麦15在抗旱性、丰产性、稳产性等方面均优于济麦22, 显著提高了周年灌溉水利用效率。因此, 选择以冀麦325、石麦15为代表的抗旱性、丰产性、稳产性高的品种, 在“双晚”模式下有利于实现周年丰产高效协同提升。
对玉米季而言, 当地农户为给小麦备播留出足够的时间, 习惯上9月中下旬就完成玉米收获, 此时, 高产的中熟或中晚熟玉米品种未能达到生理成熟, 仍在灌浆, 不能有效发挥高产高效的品种优势。在“双晚”接茬模式下, 小麦适度晚播, 为玉米达到生理成熟后收获提供空间, 与农户常规收期相比可以提高粒重25%, 减少相对产量损失10%, 提高光温资源利用效率[3,6]。本研究中除了郑单958外, 各玉米品种均属于中熟型品种, 生育期短于郑单958, 在本研究中的收获期下, 基本可以达到生理成熟、粒重进入平台期。与对照品种郑单958相比, 高产品种如登海605、伟科702、MC670等具有更高的穗粒数和千粒重。此外, 2018年和2019年2个玉米季降水量相差100 mm, 2年中上述高产品种高稳系数均高于郑单958, 表明其稳产性较好。与小麦的规律相似, 从灌浆特征看, 玉米粒重与灌浆速率具有显著的正相关关系, 而与有效灌浆持续期相关性不强。虽然高产品种有效灌浆持续期较郑单958短, 但其灌浆速率更高(表5), 表明高灌浆强度的玉米品种有利于在“双晚”模式下充分利用灌浆期增加的光热资源, 争取粒重, 获得高产。
随着经济社会发展, 机械籽粒直收成为未来玉米高效生产的趋势, 但高产品种籽粒含水量在收获时普遍高于30%, 严重影响籽粒机收质量, 降低玉米的生产效率[40,41]。适宜籽粒机收的籽粒含水量应低于25% [42]。在华北地区进一步延迟玉米收获时间, 能够显著降低玉米籽粒含水量, 实现籽粒机械直收[1]。在本研究中, 玉米晚收模式下, 各品种均已达到生理成熟, 但是收获时籽粒含水量仍高于25%, 尚不满足粒收标准。本研究中发现迪卡517、先玉335等品种脱水速率较快, 已接近籽粒机收标准[23,42], 但该品种丰产稳产优势不明显, 而通过与高产小麦品种组配, 与当前济麦22-郑单958组合相比, 也能实现周年产量和资源利用效率的协同提升(表8)。不同品种间灌浆速率与收获期籽粒含水量呈现中等强度的正相关关系, 而灌浆速率与脱水速率之间的相关性不显著(表7), 说明当前高产品种中高的灌浆强度和快的籽粒脱水速率并不能完全协同。王荣焕等[43]的研究也表明了相似的规律。因此, 基于丰产稳产的基础上在品种选择时针对不同的目标, 需要综合考虑、平衡二者的关系。在本研究设置的“双晚”模式下, 以周年高产高效为目标, 玉米品种应组配如登海605、MC670等高产稳产、灌浆强度大的品种; 而若以适应籽粒直收生产模式为目标, 则应当在保证一定丰产性的前提下选择收获期含水量较低、脱水速率较快的品种。
本研究结果表明, 仅通过调整品种组合与“双晚”种植模式和当地气象资源分布规律相匹配, 能够在“双晚”接茬模式增长增效的基础上最大提高周年产量17.9%、光温和灌溉水资源利用效率18.1%~ 20.0%。而在当前“双晚”模式下, 麦玉周年生产仍存在诸多问题, 如小麦晚播推迟花期和收获期[7], 增加灌浆期遭遇干热风灾害风险, 生育期内季节性干旱高发频发; 高产玉米品种籽粒含水量仍不能完全符合籽收标准; 玉米花期易受高温热害等。基础的栽培措施如灌溉、肥料运筹、合理密度等在调控作物抗逆和产量形成中具有重要的作用。如前所述, 作物产量和光温资源利用效率协同提升的实现需要作物品种、栽培措施和环境资源的合理匹配。李源方等研究表明通过调整灌溉量与品种匹配, 可以进一步提高麦玉周年产量和水分利用效率[2]。韩小伟等[44]研究表明, 在当地主推品种组合下, 优化周年氮肥分配比例和肥料种类, 周年产量提高1.3%~ 3.8%, 肥料利用效率显著提高。可见品种优化与田间基础栽培措施相配套对于进一步实现作物增产增效具有重要作用。因此, 基于“双晚”模式下, 如何将水肥运筹、耕层培育、适宜密度、化学调控等措施与优化的品种组合进行配套, 进一步发挥“双晚”种植模式的增产增效作用还有待深入研究。
4 结论
本研究表明, 在适应与常规麦玉播收期相比推迟15 d左右的冬小麦-夏玉米“双晚”种植模式下, 基于当地常规节水灌溉和肥料运筹模式, 针对周年高产高效栽培目标的麦玉品种组配应选择以冀麦325、石麦15等为代表的具有抗旱性强、丰产稳产性好、灌浆速率大等特点的中早熟冬小麦品种, 组配以登海605、MC670为代表的具有丰产稳产性好、灌浆速率大等特点的中熟夏玉米品种; 针对玉米籽粒机收目标则应在保证丰产性的基础上选择以先玉335、迪卡517为代表的脱水速率快、宜机收玉米品种。与对照品种组合济麦22-郑单958相比, 冀麦325-MC670品种组合周年产量提高17.2%~17.9%、光、温和灌溉水利用效率分别提高18.6%~20.0%、18.1%~18.9%和17.4%~18.1%, 增加经济效益8800~ 9600元 hm-2; 冀麦325-迪卡517品种组合周年产量提高4.7%~14.4%、光温和灌溉水利用效率分别提高5.6%~16.3%、4.7%~15.4%和5.0%~14.6%, 增加经济效益2080~7080元 hm-2。综上所述, 在麦玉“双晚”模式下, 通过优化周年麦玉品种组配可以进一步提高周年产量、光温水资源利用效率和经济效益, 为进一步挖掘华北平原周年产量和资源高效利用潜力, 适应麦玉全程机械化高效生产模式提供参考。参考文献 原文顺序
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