不同播期對農(nóng)牧交錯帶馬鈴薯生長和產(chǎn)量形成的影響

北方農(nóng)業(yè)交錯帶是連接?xùn)|部農(nóng)業(yè)地區(qū)和西部牧場地區(qū)的半干旱生態(tài)過渡帶。降水主要集中在6月至8月，占年降水量的60%80%。年平均降水量變化率高。雨季降水量可達(dá)500600mm，旱季降水量小于250mm，不足100mm。它是對氣候變化反應(yīng)最敏感的地區(qū)之一。近幾十年來,北方農(nóng)牧交錯帶降水減少,溫度升高,氣候日益干旱,顯著影響了該地區(qū)的作物生產(chǎn)力,農(nóng)牧交錯帶糧食安全以及農(nóng)業(yè)如何適應(yīng)氣候變化成了當(dāng)前研究的熱點。分期播種試驗可分析不同氣象條件對作物生長發(fā)育的影響,已被廣泛用于作物適宜播種期的選擇。當(dāng)前已有大量研究集中于播種期對小麥、玉米和大豆等作物的影響。如適期播種冬小麥穗數(shù)和穗粒數(shù)最高,晚播下最低,而千粒重隨播期推遲變化趨勢不一致;玉米各播期出苗速率差異顯著,產(chǎn)量隨播期的變化不明顯;大豆生育期隨播期推遲表現(xiàn)出不同程度的縮短,單株粒數(shù)、百粒重和產(chǎn)量差異顯著等。馬鈴薯是世界主要糧食作物之一,也是農(nóng)牧交錯帶主要的特色作物之一,目前國外關(guān)于播期對馬鈴薯影響的研究較多,而國內(nèi)關(guān)于播期對馬鈴薯的研究多集中于產(chǎn)量形成方面,尚沒有研究系統(tǒng)地分析播種期對馬鈴薯生長發(fā)育、產(chǎn)量形成和水分利用效率的影響。隨著農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整和市場需要,馬鈴薯在種植業(yè)中所占比重越來越大,武川縣主要農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)由1995年以前的“麥類作物為主”逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤榜R鈴薯、油料為主”,若按本區(qū)光熱潛勢估算,其鮮重每667m2可達(dá)6200kg,但是該區(qū)自然條件惡劣,耕作粗放,通過栽培管理使馬鈴薯生長更好地利用當(dāng)?shù)厮疅豳Y源,成為提高產(chǎn)量的重要途徑。本試驗以馬鈴薯為研究對象,通過分析五個播期下不同氣象條件組合對馬鈴薯生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響,探索播期對馬鈴薯生育期、形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量形成和水分利用效率的影響,為農(nóng)牧交錯帶馬鈴薯適期播種和高產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)。1材料和方法1.1研究區(qū)基本情況試驗于2010年在農(nóng)業(yè)部呼和浩特農(nóng)牧交錯帶生態(tài)環(huán)境重點野外科學(xué)觀測試驗站(41°06′N,111°28′E,1756m)進(jìn)行,試驗站地處內(nèi)蒙古武川縣,屬干旱半干旱大陸性氣候,年平均氣溫2.7℃,0℃以上年積溫平均為2578.5℃,多年平均降雨量為350mm,降水主要集中在7—8月份,占整個生長季的80%左右,年蒸發(fā)量約為降水量的5倍多,無霜期105d左右,年日照時數(shù)2955h,太陽輻射6100MJ/m2,年平均風(fēng)速3m/s,土壤以栗鈣土為主。1.2生育期及氣象數(shù)據(jù)試驗采用分期播種方法,共設(shè)置超早播(4月28日)、早播(5月8日)、中播(5月18日)、晚播(5月28日)和超晚播(6月8日)五個播期,分別用SE、E、M、L和SL表示,隨機(jī)區(qū)組設(shè)計,三個重復(fù)。小區(qū)面積24m2(4m×6m),南北行向,共15個小區(qū),總面積360m2。供試品種為當(dāng)?shù)伛R鈴薯主要品種費烏瑞它,播種量為60000穴/hm2,行距50cm,株距40cm,采用穴播方式。播前一次施入氮35kg/hm2,磷6kg/hm2,鉀23kg/hm2,其余時間不再做追肥處理。試驗期間,為保證試驗區(qū)內(nèi)馬鈴薯能正常出苗及安全完成整個生育期進(jìn)程,分別于6月1日、6月8日和7月26日進(jìn)行人工補(bǔ)水處理。采用平行觀測的方法,馬鈴薯各關(guān)鍵生育期(出苗、現(xiàn)蕾、開花、成熟),每隔15d取一次樣,每小區(qū)取樣2株,測定株高、鮮重。葉面積用便攜式葉面積儀(LI-3000C)測定,換算成葉面積指數(shù)。分別將馬鈴薯植株莖、葉等各部分裝袋,于干燥箱105℃殺青30min后,80℃烘干至恒重,稱干物重。成熟期取3個重復(fù),每個重復(fù)收獲6m2,測定大薯個數(shù)、大薯產(chǎn)量、中小薯個數(shù)、中小薯產(chǎn)量、總個數(shù)和總產(chǎn)量,折算成公頃產(chǎn)量。氣象數(shù)據(jù)來源于武川氣象局,主要觀測項目包括降水(mm)、最高和最低氣溫(℃)等。試驗數(shù)據(jù)用EXCEL2003和DPS3.0進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析。2結(jié)果與分析2.1播種至出苗的馬鈴薯生育期農(nóng)牧交錯帶馬鈴薯生長期為100~120d左右,所需積溫為2000~2200℃,播期調(diào)整引起不同時間播種的馬鈴薯生長期內(nèi)各生育階段所處的氣象條件發(fā)生變化,從而影響生長發(fā)育進(jìn)程。表1列出了2010年五個不同播期內(nèi)馬鈴薯生育期內(nèi)降水情況(其中6月1日、6月8日和7月26日為人工補(bǔ)水)。由圖1可見,播種至出苗日數(shù)主要由溫度決定,分析得知,2010年五個處理中馬鈴薯出苗速率與播種至出苗期間日均溫相關(guān)性為0.96,達(dá)到顯著水平,與播種至出苗期間降水量(含人工補(bǔ)水量)相關(guān)性不顯著。由表2可見,隨著播期推遲,馬鈴薯播種至出苗和出苗至現(xiàn)蕾間隔日數(shù)減少,超早播(SE)和早播(E)生育期總天數(shù)相差不大,平均為122d,中播(M)、晚播(L)和超晚播(SL)生育期天數(shù)逐漸縮短,超晚播(SL)最短僅104d。播期每推遲10d,生育期平均縮短6d。隨播期推遲,馬鈴薯營養(yǎng)生長天數(shù)減少,生殖生長期占整個生育期的比例增加,超早播(SE)最低為45%,超晚播(SL)最高為59%。不同播期馬鈴薯生育期差異顯著,隨著播期推遲,馬鈴薯出苗速率加快,整個生育期縮短,營養(yǎng)生長進(jìn)程加快,生殖生長期占整個生育期的比例增加。2.2播種期對松茸形態(tài)指標(biāo)的影響2.2.1幼播期和幼期生長規(guī)律分析不同播期馬鈴薯株高變化曲線(圖2)發(fā)現(xiàn),馬鈴薯株高呈現(xiàn)“快速增加—緩慢增加—穩(wěn)定”的變化趨勢。中播(M)、晚播(L)和超晚播(SL)苗后15d株高分別達(dá)到16、15cm和18cm,超早播(SE)和早播(E)僅為7cm和6cm,原因在于超早播(SE)和早播(E)苗期水分不足,氣溫較低,幼苗長勢差。7月下旬降水總量達(dá)到76mm,前四播期均已經(jīng)進(jìn)入塊莖膨大期,超晚播(SL)處于塊莖形成期,由于雨水充分,株高增加明顯。塊莖形成中后期是營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)的階段,株高增加趨勢不明顯,平均增長速率為0.19cm/d。塊莖膨大后期,光合同化產(chǎn)物優(yōu)先供應(yīng)地下部塊莖,株高不再增加。生育期結(jié)束時,超早播(SE)、早播(E)和晚播(L)馬鈴薯株高差異不大,分別達(dá)到39、37cm和39cm,中播(M)和超晚播(SL)株高分別達(dá)到46cm和55cm。不同播期馬鈴薯株高差異顯著表明:氣溫低和土壤水分不足是影響5月8日之前播種的馬鈴薯幼苗長勢差的主要原因,只要水分條件滿足,馬鈴薯株高可持續(xù)增加直至植株進(jìn)入塊莖形成中后期,最晚播種的馬鈴薯生育期結(jié)束時株高最高。2.2.2葉面積增長速率分析圖3發(fā)現(xiàn),不同播期馬鈴薯生育期內(nèi)葉面積指數(shù)經(jīng)歷“上升—穩(wěn)定—降低”的過程,超早播(SE)和早播(E)生育期內(nèi)葉面積指數(shù)顯著低于其它播期,最大葉面積指數(shù)分別為1.62和1.83。五個播期中,晚播(L)葉面積指數(shù)達(dá)到2.55,中播(M)和超晚播(SL)分別為2.35和2.25。幼苗期,超早播(SE)和早播(E)葉面積增長速率平均為40.5cm2/(株·d),低于中播(M)、晚播(L)和超晚播(SL),依次為51.3、50.4cm2/(株·d)和68.9cm2/(株·d),關(guān)鍵原因在于超早播(SE)和早播(E)苗期氣溫較低,降水不足(8.3mm和8.9mm)。超晚播(SL)在塊莖形成初期降水充分,日均溫達(dá)25.3℃,葉面積增長速率最快,達(dá)到105.9cm2/(株·d),晚播(L)在塊莖形成中后期降水充足(123.5mm)緩解了前期干旱,葉面積增幅最大[177.4cm2/(株·d)]。塊莖膨大期,馬鈴薯以地下部生長為主,葉面積增長速率下降至葉片枯黃凋落。不同播期馬鈴薯葉面積指數(shù)差異顯著表明:播期調(diào)整對馬鈴薯葉面積指數(shù)在整個生育期內(nèi)變化趨勢影響不顯著,外界溫水條件不足直接影響早播處理幼苗葉片擴(kuò)展,塊莖形成中后期水分充足可使植株葉面積指數(shù)進(jìn)一步增加。2.2.3干旱脅迫和干物質(zhì)積累圖4給出了不同播期單株馬鈴薯地上部干物質(zhì)積累曲線,塊莖形成初期,除水分不足導(dǎo)致晚播(L)地上部干物質(zhì)積累較少(12.83g/株)外,其余播期處理地上部干物重差異不顯著(平均為19.19g/株)。塊莖形成中后期,超早播(SE)和早播(E)處于干旱脅迫下,莖葉生長緩慢,植株矮小,干物質(zhì)積累較少,其后生育期地上部干物質(zhì)積累一直顯著低于其余播期。超早播(SE)和超晚播(SL)出苗后60~65d左右進(jìn)入塊莖膨大后期,光合積累產(chǎn)物主要用于地下塊莖生長,地上部生長結(jié)束,隨著葉片枯黃凋落,植株干物重分別在8月上旬和8月下旬開始下降,此時早播(E)、中播(M)和晚播(L)仍處于塊莖膨大期,馬鈴薯地上部干物重略有增加,但增加趨勢不明顯,平均為0.23g/(株·d)。不同播期馬鈴薯地上部分干物質(zhì)積累差異顯著表明:農(nóng)牧交錯帶地區(qū)水分不足是影響馬鈴薯地上部干物質(zhì)積累的主要限制因子,早期植株長勢弱直接影響后期生長發(fā)育。過早(4月份之前)和過晚(6月份之后)播種,馬鈴薯提前進(jìn)入塊莖膨大后期,地上部生長結(jié)束,而其余播期中植株仍可利用有效的溫水資源使地上干物重略有增加。2.3馬鈴薯莖重和莖小及需水量的關(guān)系如圖5所示,不同播期馬鈴薯薯塊鮮重表現(xiàn)出“慢—快—慢”的增長速率,生長曲線可用Logistic方程擬合,擬合方程及相關(guān)系數(shù)見表3。塊莖形成初期,中播(M)和晚播(L)馬鈴薯處于干旱環(huán)境中,莖葉生長緩慢,同化物積累受阻,地下塊莖生長差,塊莖形成中后期,超早播(SE)和早播(E)也因缺水導(dǎo)致薯塊營養(yǎng)供應(yīng)不足,增長速率減緩。分析發(fā)現(xiàn),馬鈴薯薯塊鮮重與塊莖膨大后期降水量和塊莖膨大期氣溫日較差相關(guān)性分別達(dá)到0.78和0.80,均達(dá)顯著水平,即馬鈴薯塊莖膨大初期不需要過多的水分,否則易造成徒長,影響體內(nèi)養(yǎng)分分配;塊莖膨大后期需水量則迅速增大。不同播期馬鈴薯塊莖形成差異顯著表明,播期可以通過改變馬鈴薯不同生育階段內(nèi)溫水條件影響地上部同化物積累,從而間接影響地下塊莖生長,當(dāng)馬鈴薯塊莖膨大期氣溫日較差≥12℃,日均溫17℃~18℃,膨大后期降水量50~70mm時,薯塊增長速率較快。2.4不同播期馬鈴薯產(chǎn)量和各指標(biāo)分布由表4可見,隨著播期推遲,不同播期間馬鈴薯總產(chǎn)量、大薯產(chǎn)量、中小薯產(chǎn)量、單位面積內(nèi)總個數(shù)、大薯個數(shù)、中小薯個數(shù)和大薯率出現(xiàn)顯著差異。1)產(chǎn)量:馬鈴薯總產(chǎn)量隨播期推遲增加,早播(E)比超早播(SE)增產(chǎn)22%,中播(M)之后處理間產(chǎn)量增加不顯著,超晚播(SL)產(chǎn)量最高,為22833kg/hm2,與超早播(SE)處理間差異達(dá)到極顯著水平。大薯產(chǎn)量和中小薯產(chǎn)量也隨播期推遲增加,分別在5月8日(E)和5月18日(M)之后的播種處理間未出現(xiàn)顯著差異。2)薯數(shù):單位面積內(nèi)薯塊總數(shù)隨播期推遲增加,僅超早播(SE)和超晚播(SL)間差異達(dá)顯著水平。五個播期間大薯個數(shù)均無顯著差異,中小薯個數(shù)隨播期推遲增加,超晚播(SL)處理單位面積內(nèi)中小薯個數(shù)達(dá)到88333個/hm2,與超早播(SE)和早播(E)處理間差異達(dá)顯著水平。3)大薯率:隨播期推遲,馬鈴薯大薯率下降,超早播(SE)大薯率最高,達(dá)到61%,超晚播(SL)大薯率最低,僅為49%。通過對比分析不同播期間馬鈴薯形態(tài)和產(chǎn)量差異,發(fā)現(xiàn)單位面積內(nèi)馬鈴薯產(chǎn)量與生育期內(nèi)最大株高和最大葉面積指數(shù)相關(guān)性分別為0.71和0.90,達(dá)到顯著和極顯著水平。研究結(jié)果表明:過早播種,氣溫較低,水分不足,馬鈴薯地上部生長受阻,地下匍匐莖頂端膨大形成的薯數(shù)不多,單產(chǎn)不高;推遲播種,馬鈴薯地上部積累的光合同化產(chǎn)物可以滿足地下塊莖生長需求,薯數(shù)增加,雖然大薯率有下降趨勢,但中小薯產(chǎn)量增加明顯,總產(chǎn)量較高。2.5馬鈴薯生育期耗水量2010年試驗中,4月28日至5月8日間降雨不足,加上土壤蒸發(fā)引起土壤失墑嚴(yán)重,早播(E)前土壤水分含量僅為119.9mm。隨著氣溫和土壤溫度逐漸升高,深層土壤開始消融,土壤中液態(tài)水增加,同時5月8日至5月18日累計降水15.1mm,使中播(M)前土壤含水量相對較高,為187.8mm。據(jù)前人研究,武川縣馬鈴薯生長期需水量為420mm。由表5可知,早播(E)播前底墑不好,生育期降水量僅296.7mm,整個生育期耗水量最少為257.0mm,其次為超晚播(SL),中播(M)和晚播(L)生育期耗水量差異不大,平均為272.4mm。馬鈴薯的水分利用效率隨著播期推遲增加,中播(M)和晚播(L)處理間無顯著差異,超早播(SE)馬鈴薯水分利用效率最低,僅45.2kg/(hm2·mm),遠(yuǎn)低于趙沛義的5月1日播期研究結(jié)果[77.6kg/(hm2·mm)],原因在于2002年下半年及2003年5月份降水較往年多。超晚播(SL)馬鈴薯水分利用效率最高,為86.3kg/(hm2·mm),與趙沛義5月21日播期研究結(jié)果[84.9kg/(hm2·mm)]接近。根據(jù)本試驗中五個播期研究結(jié)果,建議在年型和品種一致的情況下,當(dāng)?shù)伛R鈴薯適宜播期由5月上中旬推遲到5月中下旬,可避免生育前期水肥消耗過多的弊端,提高自然降水生產(chǎn)效率,實現(xiàn)高產(chǎn)高效。3發(fā)酵時期對馬鈴薯產(chǎn)量的影響1)本研究表明,播期處理對馬鈴薯總生育期及不同生育階段持續(xù)日數(shù)影響顯著。隨播期推遲,馬鈴薯生育期縮短,與蒲金涌研究結(jié)果不一致,可能與品種選取及播期設(shè)置有關(guān)。播種至出苗階段持續(xù)日數(shù)隨播期推遲縮短,溫度升高和降水增加是主要原因。超早播和早播生育期葉面積指數(shù)顯著低于隨后播期。播種過早,馬鈴薯生長前期氣溫偏低,苗期水分不足,不利于薯塊萌芽,地上莖葉生長的關(guān)鍵時期處于干旱少雨的7月上中旬,影響莖桿伸長和葉面積擴(kuò)展。若推遲播期,氣溫升高,雨水充分,馬鈴薯出苗速率加快,生育中后期雨水充足,植株長勢好,干物質(zhì)積累快。2)不同播期馬鈴薯薯塊鮮重增長符合Logistic生長曲線,塊莖形成初期所需營養(yǎng)物質(zhì)主要來源于母薯,但外部環(huán)境對其影響也較大。塊莖形成中后期,地上部葉片光合同化產(chǎn)物是塊莖積累所需營養(yǎng)物質(zhì)的主要來源,此時雨水虧缺直接影響地下塊莖的擴(kuò)大和充實。塊莖膨大期,馬鈴薯需要涼爽氣候,否則地上莖間距伸長,葉片變小,影響對光能的吸收利用,塊莖產(chǎn)量