小豆具有生育期短、耐贫瘠、适应性强等特点,是禾谷类作物间作套种的适宜作物和良好前茬^[1],在农业种植结构调整和优质高效农业生产中发挥着重要的作用^[2,3],又因其子粒营养丰富和重要的药用价值,国内外的需求量逐年增加^[4]。但目前在小豆生产上仍存在单产提高缓慢、总产不稳等区域性问题^[5],如何大力提高小豆单产成为主要目标之一。

在一定的生态环境中,播期与密度是影响作物生产最主要的2个栽培因素^[6],适宜的播期可以使植株充分利用光热资源,利于培育壮苗;而适宜的密度则可缓解个体与群体的矛盾,利于建立高质量的群体结构,且由于播期和密度均相对容易控制,近年来逐渐成为研究的热点^[7]。由于小豆常作为救灾作物或补茬作物进行种植,往往不能适期播种,因此加强对小豆播期和密度及其互作效应的研究很有必要。前人研究表明,在不同生态条件下,播期、密度对红小豆的产量和主要性状影响显著且二者有较大交互作用,如在辽阳地区,‘辽红小豆8号’6月20-30日播种时,适宜密度为19.5万~21.0万株/hm^2[8];而太原地区红小豆高产的最优播期为5月12日,此时种植密度则是19.5万株/hm^2[9],涉及鲁西北地区红小豆播期与密度的研究仍较少,为此,本试验结合当地的生态条件设置了5个播期和4个密度水平,拟通过研究播期、密度及其互作效应对小豆产量及相关性状的影响,明确当地小豆种植不同播期条件下的最佳种植密度,为鲁西北地区种植业结构调整和小豆优质高效生产提供参考。

供试红小豆新品系德红5261为山东省德州市农业科学研究院通过有性杂交选育而成的夏播红小豆品系,母本中红8号由中国农业科学院作物科学研究所引进,父本红资4306为当地农家种混合群体的变异单株。该品系夏播生育期85d,直立生长,有限结荚习性,株高57.2cm,主茎21.3节,分枝2.7个,单株结荚33.2个,每荚粒数7.5个,百粒重17.3g。种皮红色,子粒大而有光泽,粒型长圆柱形,商品性优良。

试验于2017年在德州市农业科学研究院现代农业科技园试验基地进行。土壤为褐土,0~20cm耕层土壤容重为1.38g/cm³,pH7.87,含盐量0.10%,有机质含量12.2g/kg,全氮含量1.308g/kg,速效磷含量57.11mg/kg,速效钾含量102.57mg/kg。试验地前茬作物为冬小麦,麦收后秸秆还田。依据当地生产管理水平进行生育期内的田间管理,各小区田间操作保持一致。

试验采用二因素裂区设计,主区为播期（T）,设T1（6月16日）、T2（6月23日）、T3（6月30日）、T4（7月7日）和T5（7月14日）5个水平;副区为密度（D）,设D1（8万株/hm²）、D2（10万株/hm²）、D3（12万株/hm²）和D4（14万株/hm²）4个水平。同一播期不同密度随机排列,3次重复,共20个处理,60个小区,每个小区面积为15m²（5m×3m）,区内种植6行,行距50cm,株距根据密度处理调整,重复间设1m走道,四周设保护行。

产量测定：成熟期对试验小区分别实收测产,取中间4行（10m²）计产,脱粒后子粒清选、风干,称量小区子粒产量,按照13%含水量折合成单位面积产量（kg/hm²）。

考种：成熟期收获前取各小区中间4行任一行的连续10株,进行室内考种,调查株高、主茎节数、分枝数、单株荚数、荚粒数、单株粒重和百粒重等。

用Excel 2007进行数据处理和作图,采用DPS 7.05数据处理系统进行统计分析,新复极差法标定5%差异水平。

2.1.1 对红小豆群体产量的影响 对不同播期和密度条件下红小豆的群体产量进行方差分析表明,各作用因子对群体产量的影响大小顺序为播期（F=421.98）>播期×密度（F=37.55）>密度（F=2.10）。如表1所示,红小豆群体产量随播期的推迟而下降,早播T1处理的群体产量显著高于其他播期条件下的产量,平均比T2、T3、T4、T5高出3.3%、12.3%、23.4%和27.1%。可见,红小豆早播有利于群体产量的提高。从总体来看,红小豆群体产量随密度的增大呈先升后降的趋势。但不同播期条件下各密度间的变化规律不一致,早播（T1）和适播（T2）时,密度过高和过低均不利于红小豆群体产量的提高,以D2处理产量最高,显著高于D3与D4处理,与D1差异不显著;适期迟播（T3）,以D3处理产量最高,但各密度处理间的差异不显著;迟播（T4）和过迟播（T5）时,随着密度的增加产量逐渐增加,以D4处理产量最高,显著高于D1、D2与D3处理,可见,红小豆晚播时增加密度有利于群体产量的提高。播期与密度互作处理间差异显著,以T1D2处理产量最高,达2 494.4kg/hm²,比最低的T5D1处理高38.06%,其次为T2D2处理。

2.1.2 对红小豆单株产量的影响 不同播期与密度对红小豆单株产量有显著影响（表2）。随播期的推迟和密度的增加,红小豆单株产量呈降低趋势,各播期间以早播（T1）处理单株产量最高,比最低的过迟播（T5）处理高77.0%;不同播期条件下,各密度间红小豆单株产量变化规律一致,从总体来看,以低密度D1处理单株产量最高,比D2、D3、D4处理分别高12.41%、35.29%和64.29%。播期与密度互作处理间差异显著,以T1D1处理红小豆单株产量最高,达44.6g/株,比最低的T3D4处理高2.60倍,其次为T1D2处理。播期、密度及互作效应对红小豆单株产量影响的大小顺序为密度（F=425.74）>播期（F=369.20）>播期×密度（F=44.23）。

从表3可以看出,红小豆单株荚数随播期推迟和密度增加呈降低趋势,各处理间差异达显著水平。播期间以早播（T1）处理红小豆单株荚数最高,比过迟播种的T5处理高43.82%,各密度间以低密度D1处理红小豆单株荚数最高,显著高于D2、D3与D4处理,分别提高了12.14%、33.46%和64.02%;不同播期条件下,各密度间红小豆单株荚数的变化规律与单株产量一致。

播期与密度对红小豆荚粒数有一定影响,播期间以T4处理最高,与荚粒数较高的T2、T1处理差异不显著,显著高于荚粒数较低的T3、T5处理,随密度增加红小豆荚粒数减少,但降低幅度不大,D2、D3、D4处理分别比低密度D1处理降低了2.53%、5.06%、7.59%。各播期条件下,各密度间的红小豆荚粒数变化规律一致,均随密度增加红小豆荚粒数减少,其中T2播期条件下,D1、D2处理红小豆荚粒数差异不显著,但D1均显著高于D3、D4处理;在T1、T3、T4、T5播期条件下,各密度间红小豆荚粒数差异不显著。播期与密度对红小豆百粒重也有一定影响,早播不利于红小豆百粒重的提高,播期间以T2处理最高,与百粒重较高的T3、T5处理差异不显著,早播的T1处理最低,比最高的T2处理降低了4.49%;红小豆百粒重随密度增加呈降低趋势,各处理间差异显著,以低密度D1处理百粒重最高,比D2、D3、D4处理分别高5.16%、10.14%和14.79%。不同播期条件下,各密度间的红小豆百粒重变化规律一致,均随密度增加百粒重降低,可见,低密度处理有利于红小豆百粒重的提高。

如表4所示,随播期的推迟,红小豆株高逐渐降低,T2、T3、T4、T5处理差异不显著,但都显著低于T1,分别比T1处理降低了5.3、6.2、6.5和6.7cm,可见红小豆推迟播种有利于株高的降低;随密度增加,红小豆株高降低,株高最低的D4处理比最高的D1处理降低了10.4cm,不同密度对红小豆株高的影响差异显著,各播期条件下密度间的变化规律比较一致。

随播期的推迟和密度的增大,红小豆主茎节数逐渐减少,以早播低密度T1D1处理主茎节数最高,比最低的T5D4处理高出6.5节,各播期条件下密度间的变化规律基本一致。

随播期的推迟和密度的增加,红小豆主茎分枝数呈减小趋势,即适当早播和稀植有利于红小豆主茎分枝数增加。以T1D1主茎分枝数最多,比最低的T5D4处理多2.9个,各播期条件下密度间的变化趋势比较一致。

从图1可以看出,红小豆早播（T1）和适播（T2）时,均以D2处理产量最高,与D1处理差异不显著,显著高于D3、D4处理,D2处理应该是T1、T2播期条件下红小豆的最佳种植密度;适期迟播（T3）,以D3处理产量最高,但与D1、D2、D4处理之间差异不显著,该播期条件下红小豆种植密度的适宜范围较大;迟播（T4）和过迟播（T5）时,均以D4处理产量最高,显著高于D1、D2与D3处理,D4处理应该是T4、T5播期条件下红小豆的最佳种植密度。可见,红小豆不同时期播种选择相对最佳种植密度有利于获得较高的产量。

以播期（日）为X₁、种植密度（万株/hm²）为X₂,产量（kg/hm²）为Y进行回归分析,所得回归方程为：Y=2659.46-60.63X₁+14.60X₂+0.05117X₁²-2.94X₂²+3.54X₁X₂（R²=8833）。根据回归方程进行播期和种植密度模拟,在6月16日-7月14日播期8万~14万株/hm²种植密度范围内,设定步长为1,根据各播期的种植密度,利用回归方程对产量进行模拟计算,以求出各播期的最佳种植密度。结果表明：6月16-22日播种时,产量高于49个模拟组合平均产量的组合有24个,在8万株/hm²密度条件下的7个模拟组合的平均产量最高,可见,红小豆在6月16-22日播种时,最佳种植密度为8万株/hm²;6月23-29日播种时,产量高于49个模拟组合平均产量的组合有21个,在9万株/hm²密度条件下组合平均产量最高,说明该播期内,最佳种植密度应为9万株/hm²;而在6月30日-7月6日的播期内,产量高于49个模拟组合平均产量的组合有27个,组合平均产量最高的密度处理为13万株/hm²,说明红小豆在6月30日-7月6日播种时,最佳种植密度应为13万株/hm²;在7月7-14日的播期内,模拟组合56个,高于平均产量的组合有32个,平均产量最高的密度处理为14万株/hm²,可见,红小豆在7月7-14日播种时,最佳种植密度应该是14万株/hm²。

适期播种、合理密植是红小豆优质高产的重要栽培措施^[10,11,12]。赵翠媛^[13]研究表明,播期的推迟不仅使有效积温显著减少,而且花后日均温也会降低,不利于小豆开花结荚,从而影响产量;王明海等^[14]亦研究认为,早播有利于红小豆产量的提高。本试验表明,红小豆群体及单株产量均随播期的推迟而降低,与赵翠媛^[13]、王明海等^[14]的研究结果一致。也有研究认为,播期过早,营养生长过旺,田间郁蔽,大量花荚脱落,结荚少,不利于子粒充实饱满;过晚播种,生育期缩短,营养生长不充分,上部荚不能充分成熟,花荚减少,导致减产^[15],本试验结果与此不同,可能与试验研究的起始播期、试验品种特性及试验地点有关。

种植密度对红小豆群体产量和单株产量影响有不同的效应。徐宁等^[16]研究表明,红小豆的群体产量在一定密度范围内没有明显变化,单株产量随着密度的增大而逐渐减少;陈志斌等^[17]亦研究发现,不同种植密度对红小豆东北大红袍的子粒产量影响不显著,在一定密度范围内,通过调整种植密度不能达到提高子粒产量的目的,本试验结果与之基本一致。

在低密度条件下,单株产量的提高并不能完全补偿密度降低所带来的群体产量损失,而在高密度条件下,单株产量的逐渐降低成为影响群体产量的限制性因子。这需要通过适期播种和合理密植的调控措施,发挥播期与密度的互作效应,协调营养生长和生殖生长关系,使群体与个体协调发展,从而获得较高子粒产量。赵秋等^[8]研究表明,播期与密度的互作效应显著影响了红小豆的群体产量。本试验表明,播期与密度互作效应对红小豆群体产量与单株产量的影响显著,与上述研究结果基本一致。

红小豆产量相关性状的变化与播期关系密切,早播使小豆营养体生长大于迟播,小豆单株和群体的干物质积累量均随播期的推迟而减少,表现在株高、茎粗、主茎节数和分枝数等形态指标值均随着播期推迟而下降,产量构成因子单株荚数、单株粒数和单株粒重随着播期的推迟均降低^[13]。在本试验中,随播期的推迟,红小豆株高、主茎节数和分枝数等形态指标值逐渐降低,产量构成因子的单株荚数亦随播期的推迟而减少,与以往的研究结论一致。早播子粒灌浆过程昼夜温差小,不利于干物质的运输和积累,库源竞争激烈;而过迟播种子粒灌浆期温度低,也不利于干物质的运输和积累,因此,早播或过迟播均不利于红小豆荚粒数和百粒重的提高,此结果与金文林等^[18]研究结果基本一致。

不同种植密度条件下,红小豆的形态性状发生变化,随着密度的增大,个体间对于水分、养分和空间等的竞争加剧,从而限制了个体的生长,密度大,株高降低,分枝数减少,主茎节数下降,小豆的单株结荚数、单株粒数和百粒重显著降低^[19]。在本试验中,随密度增加红小豆株高降低,主茎节数和分枝数逐渐减少,处理间差异显著;产量构成因子单株荚数、荚粒数和百粒重亦随密度增加而降低,处理间差异显著,与以往的研究结果一致。

早播有利于产量的提高,但红小豆通常作为救灾作物或补茬作物进行种植,播期不易固定,或受气候条件的影响而错过最佳播种期,因此可根据不同的播种时期,选择适宜种植密度来获得较高的产量^[14],不同播期条件下的红小豆种植密度,可以从各播期中不同密度的平均产量分析得出^[20]。在本试验中,红小豆早播（6月16日）和适播（6月23日）时,均以D2（10万株/hm²）处理产量最高,该播期条件下红小豆的最佳种植密度是10万株/hm²;适期迟播（6月30日）,以D3（12万株/hm²）处理产量最高,则该播期的最佳种植密度为12万株/hm²;迟播（7月7日）和过迟播（7月14日）时,均以D4（14万株/hm²）处理产量最高,该播期条件下红小豆的最佳种植密度应为14万株/hm²。与以往的研究结果有相似之处。

进一步对红小豆播期和种植密度与产量进行回归分析,从回归方程模拟结果来看,6月16-22日播种时,最佳种植密度为8万株/hm²;6月23-29日播种时,最佳种植密度应为9万株/hm²;在6月30日-7月6日播种时,最佳种植密度应为13万株/hm²;在7月7-14日播种时,最佳种植密度应为14万株/hm²。

综上所述,在适宜播种期内播种,选择合理的种植密度,以播期定密度,通过协调营养生长和生殖生长的关系,使群体与个体协调发展,形成较高的单株荚数和适当的荚粒数及百粒重,是实现小豆高产的有效途径。