春谷早熟區谷子種植密度對植株性狀及產量的影響研究

郭瑞鋒 任月梅 楊忠 張綬 馮婧

摘要：為了確定谷子合理的種植密度，為農業生產提供理論依據，通過采用小區試驗、方差分析和非線性回歸的方法對密度與谷子植株性狀及產量關系進行了研究。結果顯示，種植密度對谷子的性狀及產量均有明顯影響，隨著種植密度的加大，谷子植株的株高降低、穗長變短、莖粗變小、全重、穗重、穗粒重都有減少的趨勢，產量呈現先增后降的趨勢，適宜種植密度為33萬株/hm²-42萬株/hm²。通過SPSS曲線回歸得出二次曲線模型y=b₀+b₁χ+b₂χ²為描述春谷早熟區谷子種植密度與產量的關系的最優模型，本試驗‘大同29號的方程式為y=1541.272+286.622χ-3.632χ²，計算得出理論最適密度為39.4579萬株/hm²，與實測值相吻合。本試驗得出了春谷區谷子密度預測模型，該模型適應于春谷早熟區常規種種植密度、產量的預測，但是否適宜全國不同生態條件的所有谷子品種的預測，需進一步深入研究。

關鍵詞：谷子；種植密度；性狀；產量；模型；研究

中圖分類號：S515

文獻標志碼：A

論文編號：cjas15030026

0引言

谷子起源于黃河流域，在中國有著8700年的栽培歷史，年種植面積高達987hm²，是中華民族的哺育作物。谷子以其營養保健、抗旱耐瘠薄和耐貯存特性，在中國的農業生產和人民生活中發揮著獨特的作用。要充分發揮谷子豐產品種的高產潛力，除了合理的施肥與灌水等栽培措施外，協調好個體與群體的關系，確定適宜的栽培密度也是高產的重要條件之一。

關于密度對谷子產量的影響研究，已見不少報道，均有密度對谷子產量有明顯影響的結論，但不同生態類型地區、不同品種的適宜栽培密度不盡相同，有的甚至差別較大。如欒素榮等對河北承德常規品種進行了研究，結果顯示，常規種谷子高產的群體特征為密度37.5萬株/hm²-45.0萬株/hm²，開花期葉面積指數4.30-4.63，經濟系數高，群體透光性較好，產量高。樊修武等對‘張雜谷6號進行了不同水分梯度和不同留苗密度試驗研究，結果表明，不同留苗密度處理間產量差異達到極顯著水平，適宜的留苗密度是提高產量和水分利用效率的有效途徑，‘張雜谷6號在自然降水和補灌水量30mm情況下，種植密度以18萬株/hm²和30萬株/hm²為宜。趙國順等研究了新品種‘保213適宜的留苗密度，結果表明，留苗密度對‘保213產量、株高、成穗率及其相關性狀有顯著影響，隨著留苗密度的增大，產量顯著增加，成穗率、穗長和穗粒重顯著降低，產量最高的留苗密度為67.5萬株/hm²。何繼紅等報道，在隴東旱塬區，冬油菜和冬小麥收獲后，復種谷子高產的適宜密度是60.0萬株/hm²-67.5萬株/hm²。夏雪巖等報道，在冀中南夏播最利于發揮‘張雜谷8號產量潛力的栽培密度為30.OO萬株/hm²-37.50力株/hm²。張林武等報道，‘冀谷18和‘晉谷21兩品種在密云地區最適宜的栽培密度分別為52.5萬株/hm²和37.5萬株/hm²。陳國秋等報道氮、磷、密度3個因素中對‘燕谷16號產量影響最大的是氮，其次是磷，影響最小的是密度；對‘燕谷16號的農藝性狀影響最大的因素是密度，且達到顯著水平。‘燕谷16號密度為45.O萬株/hm²較為適宜，既能充分發揮單株生產能力，又能保證谷子群體增產，從而提高產量和經濟效益。楊艷君等研究結果顯示，‘張雜谷5號在山西太谷地區產量最大的密度為行距23cm，株距13cm，即33.46萬株/hm²。劉正理等研究結果顯示，‘泥里拽、‘聊農4號的最適宜留苗密度均為45.0萬株/hm²，‘冀谷14號、‘豫谷5號的最適宜留苗密度分別為90.0萬株/hm²、75.0萬株/hm²，而‘冀谷26的最適宜留苗密度為60.0萬株/hm²。李書田等報道，在赤峰地區‘赤谷9號的最適密度是45萬株/hm²，‘赤谷10號的最適密度是37.5萬株/hm²，‘赤谷11號的最適密度是45萬株/hm²，‘谷12號的最適密度是37.5萬株/hm²。

鑒于不同生態區及不同谷子品種適宜的的栽培密度存在一定的差異性，筆者就春谷早熟區山西大同谷子豐栽品種密度對產量的影響進行研究，旨在確定當地谷子品種的適宜栽培密度，為建立當地生態區谷子高產高效栽培技術體系奠定基礎。

1材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地位于山西大同高寒所試驗基地東王莊。該基地位于山西省大同市水泊寺鄉，東經112°34′—114°34′，北緯39°03′—40°44′。屬大陸性季風氣候，海拔1067m，年均溫度4.6℃；降水量391.5mm；日照1781.4h，無霜期100-156天，相對濕度56%。該地為沙壤土，肥力均勻，前茬作物為胡麻，理化指標分別為土壤有機質12.95g/kg，pH8.35，全氮0.732g/kg，速效鉀52mg/kg，有效磷5.32mg/kg。

1.2試驗材料

本試驗的供試品種為山西農科院高寒區作物所選育的谷子品種‘大同29號。

1.3試驗方法

試驗于2014年進行。設8個密度處理，分別為24萬株/hm²、27萬株/hm²、30萬株/hm²、33萬株/hm²、36萬株/hm²、42萬株/hm²、48萬株/hm²、54萬株/hm²。3次重復，采取隨機區組排列，共24個小區。每小區長6.67m，寬2m，面積13.34m²，8行區，行距25cm。

氮、磷、鉀肥全部作種肥施入。人工開溝、撒播，4-5葉片時先疏苗一次，6-7葉片時按試驗要求定苗。

收獲后采用絕對數調查法，每小區隨機量取3個樣點，每個測量點連續取10株，各小區分別選取30株植株常規考種，各小區分別脫粒記產。

1.4數據處理

利用SPSS軟件對數據進行統計分析。以種植密度與谷子產量為技術指標，通過SPSS曲線估計，以決定系數R²（擬合優度）、F值最大為原則選擇最優預測模型，同時兼顧運算簡單、便于操作的實用性原則。

2結果與分析

2.1種植密度對谷子植株農藝性狀的影響

由表1可看出，隨著種植密度的加大，谷子植株的株高降低，當種植密度54萬株/hm²和48萬株/hm²時，植株株高最低，分別為137.02cm和137.07cm，顯著低于除種植密度為42萬株/hm²外的其他處理。隨著種植密度的加大，植株的穗長和莖粗也有減小的規律，當密度為24萬株/hm²時，植株的穗長和莖粗均最大，分別為24.13cm和1.2cm；當密度為54萬株/hm²時，植株的穗長和莖粗均最小，分別為19.53cm和0.5cm。

2.2種植密度對谷子植株經濟性狀的影響

由表2可看出，隨著種植密度的加大，谷子植株的全重、穗重和穗粒重均有隨種植密度的加大而降低的規律。當種植密度最低，為24萬株/hm²時，谷子植株的全重、穗重和穗粒重均最大，分別為57.67g、33.50g和29.00g，顯著高于其他密度處理。當種植密度最大，為54萬株/hm²時，谷子植株的全重、穗重和穗粒重均最小，分別為29.83g、17.17g和14.67g，與處理密度為48萬株/hm²時無顯著差異，此二處理植株的經濟性狀顯著低于其他密度處理。密度為33萬株/hm²、36萬株/hm²和42萬株/hm²時，植株的經濟性狀之間無顯著差異。

2.3種植密度對谷子產量的影響

對不同密度處理的產量比較分析（見表3），可看出，在低密度24萬株/hm²時，產量處于低水平。隨著種植密度的加大，產量逐漸增加，當密度為36萬株/hm²時，產量達到最大值，為7121.85kg/hm²。當種植密度大于48萬株/hm²時，產量明顯降低。

通過對不同密度處理之間產量差異顯著性比較，結果表明，在8個不同密度處理之中，以36萬株/hm²、42萬株/hm²和33萬株/hm²的3個處理產量最高，顯著高于密度為24萬株/hm²和54萬株/hm²的處理。密度為36萬株/hm²處理的產量略高于42萬株/hm²處理和33萬株/hm²處理，但此3個處理之間差異不顯著，即可認為適宜種植密度為33萬株/hm²-42萬株/hm²。

2.4種植密度與谷子產量的曲線估計及模型選擇

利用SPSS統計軟件進行回歸曲線估計，見圖1與表4，擬合的二次曲線更符合谷子產量隨種植密度變化規律。此二次曲線模型y=b_o+b₁χ+b₂χ²的Sig.<0.001，表明該數學模型顯著有效，而其余模型Sig.>0.05，說明這些模型均無效，不適合用來對谷子產量和密度關系的模擬。二次曲線模型的決定系數R²值為0.972，F值為86.498，均為10種曲線模型中最大值，且擬合優度遠遠高于別的模型，因此，選擇二次曲線模型y=b_o+b₁χ+b₂χ²為描述春谷早熟區谷子種植密度與產量的關系的最優模型。

2.5春谷早熟區種植密度與谷子產量的預測模型及預測結果

由以上分析已知，本試驗得出的春谷早熟區種植密度與谷子產量關系最優預測模型為y=b_o+b₁χ+b₂χ²，帶入參數，本試驗‘大同29號的方程式即為y=1541.272+286.622χ-3.632χ²。此方程為一典型的開口朝下的拋物線方程，其理論最適密度為-b₁/2b₂，理論最高產量為（4b₂b_o-b₁²）/4b₂。經計算得出，理論上最高產量為y=（4b₂b_o-b₁²）/4b₂=[4×（-3.632）×1541.272-286.622²]/4×（-3.632）=7196.019（kg/hm²）；理論上最適密度為χ=-b₁/2b₂=-286.622/2x（-3.632）=39.4579（萬株/hm²），處于實測適宜種植密度33萬株/hm²—42萬株/hm²之間，模型預測值與實測值吻合，但精確度更高。這說明本試驗得出的谷子產量和密度關系模型較為合理，能較準確描述谷子產量和種植密度的關系。

3結論與討論

本試驗是采用小區試驗、方差分析和非線性回歸的方法進行研究，首先對不同種植密度下谷子農藝性狀、經濟性狀及產量差異進行了考察，結果表明：種植密度對谷子的株高、穗長、莖粗、全重、穗重、穗粒重都有明顯影響，即隨著種植密度的加大，谷子植株的株高降低、穗長變短、莖粗變小、全重、穗重、穗粒重都減少，這是由于隨著密度的增加，個體植株之間出現對光、溫、水、氣、肥等的競爭，個體植株的發育受到了影響。但隨著密度的增加，產量會呈現先增后降的趨勢，即在低密度24萬株/hm²時，產量處于低水平，隨著種植密度的加大，產量逐漸增加，當密度為33萬株/hm²—42萬株/hm²時，產量表現最好，當種植密度大于48萬株/hm²時，產量明顯降低。這豐要是因為栽培密度過于小時，雖然植株個體能得到充分的發育，但單位面積個體數量少，光能、營養、水分不能充分利用，因而群體產量低。隨著種植密度的增加，單株個體所獲得的資源相對減少，但單位面積有效穗數增加，即增加了群體生產能力，因而產量增加。但當栽培密度增加到一定程度后，雖然單位面積穗數多，但單株之間出現明顯的對水、肥、氣、熱、光等資源的競爭，個體發育不良，因此難以高產。只有在合適的密度下，個體與群體發育相協調，產量才能達到最高。本試驗密度在33萬株/hm²、36萬株/hm²和42萬株/hm²時的產量均較高，分別為7084.35kg/hm²、7121.85kg/hm²和7114.35kg/hm²，三者之間沒有顯著差異，因此可認為33萬株/hm²-42萬株/hm²是春谷早熟區谷子適宜的種植密度。

通過SPSS進行曲線回歸，確定了二次曲線模型y=b_o+b₁χ+b₂χ²是春谷早熟區種植密度與谷子產量關系最優預測模型，本試驗‘大同29號的方程式為y=1541.272+286.622χ-3.632χ²2，計算得出理論最適密度為39.4579萬株/hm²，與實測值相吻合。該模型擬合優度（R²值）為0.972，而且運算簡便，能很好地描述春谷早熟區谷子種植密度與產量的關系，預測的最適密度較方差分析確定的最適密度更準確。

本研究確定的二次曲線函數模型，具有較強的實用性和廣適性，適應于西北春谷區常規種種植密度、產量的預測，但該模型的參數值能否適用全國不同生態條件的所有谷子品種的預測，需進一步深入研究。