谷子精量播種機(jī)播種參數(shù)對晉谷21號生長特性與產(chǎn)量的影響

暢灼卓，王雅情，馮 雷,2，張麗光,3，郭平毅，原向陽※

（1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，太谷 030801；2. 山西呂梁方山縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，呂梁 033199；3. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，太原 030031）

0 引 言

谷子是中國重要的雜糧作物，由其籽粒脫殼而成的小米色澤金黃、營養(yǎng)豐富。晉谷21號米質(zhì)優(yōu)良，歷史悠久，是山西小米的典型代表，在干旱半干旱地區(qū)廣泛種植[1-2]。谷子傳統(tǒng)播種大多采用窄行距人工條播，播籽量多，間苗量大；生產(chǎn)中也有一些精量播種機(jī)，但無法很好適應(yīng)山地丘陵小田塊作業(yè)要求，存在播種質(zhì)量不高的缺點(diǎn)，若減少播量，則易缺苗斷苗；若增大播量，則需要投入大量人工進(jìn)行間苗，生產(chǎn)成本高。近年來，由山西農(nóng)業(yè)大學(xué)和韓國張自動化社合作研發(fā)出的自走式谷子精量播種機(jī)，可精確控制播量和播距，適于山地丘陵小面積地塊作業(yè)。因此，研究寬行距下精量播種機(jī)播種作業(yè)參數(shù)對晉谷21號出苗質(zhì)量、光合特性及產(chǎn)量的影響具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，7 500和11 250 g/hm2的播量可保證谷子群體優(yōu)勢[3]。隨著播量的增大，出苗密度逐漸增大，經(jīng)覆土鎮(zhèn)壓后種子與土壤接觸充分，同時(shí)鎮(zhèn)壓有利于保持墑情，提高地溫，利于種子出苗和生長[4-6]。適宜的種植密度可提高谷子產(chǎn)量[7-8]，但留苗密度超過一定限值，則株高增加，莖粗降低[9]，影響葉片對光能的利用，葉片的最小熒光產(chǎn)量（F0）、PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)效率（ΦPSII）和光化學(xué)淬滅系數(shù)（Photochemical Quenching Coefficient,qP）降低，而非光化學(xué)淬滅系數(shù)（Non-Photochemical Quenching Coefficient, NPQ）增加[10-12]，進(jìn)而導(dǎo)致凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）下降[13-15]。光合性能的降低使穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量降低[16-19]，單株產(chǎn)量下降，通過合理密植增加的穗數(shù)不能彌補(bǔ)單株產(chǎn)量的下降，進(jìn)而導(dǎo)致群體產(chǎn)量降低[15,20-22]；但種植密度過小，群體穗數(shù)較少，產(chǎn)量也會下降[23]。因此合理的種植密度有利于建立理想的群體株型結(jié)構(gòu)，提高光合效率和光能利用率，使個(gè)體與群體發(fā)育協(xié)調(diào)，產(chǎn)量提高[24]。關(guān)于種植密度或株行配置對谷子生長發(fā)育及產(chǎn)量影響的研究大多以人工方式控制播量[10,16]，精量播種機(jī)的研究也大多集中在如何精準(zhǔn)控制播籽量的問題上[25-26]，關(guān)于精量播種機(jī)播種作業(yè)參數(shù)對谷子出苗數(shù)、出苗均勻度、光合熒光特性及產(chǎn)量的影響暫無報(bào)道。本研究旨在探討精量播種機(jī)不同的播量和播距對優(yōu)質(zhì)谷子品種晉谷21號出苗質(zhì)量、光合特性及產(chǎn)量的影響，以期為丘陵山地谷子機(jī)械化精量播種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)品種：晉谷21號（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所提供）。

播種機(jī)：自走式多功能小粒種子播種機(jī) JAS-502 B（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)和韓國張自動化社聯(lián)合研發(fā)）。該播種機(jī)播種行距33.3 cm，播深3 cm，自帶動力，適合山地丘陵作業(yè)，可在壟上播種，操作簡便、轉(zhuǎn)彎靈巧，開溝、播種、覆土、鎮(zhèn)壓一次完成，PSU炭黑防靜電材料制作的播種輪對種子磨損小、準(zhǔn)確落種率高，兩側(cè)配置移動用膠輪，便于播種機(jī)不作業(yè)時(shí)入庫移動，自由組裝，可更換播種輪以達(dá)到精確控制下籽量、株行距的目標(biāo)，基本實(shí)現(xiàn)谷子的精播免（少）間苗。

該播種機(jī)配套多類型播種輪，其中 F播種輪凹槽的外徑為5 mm，深度為2.5 mm，圓形，播種量為每穴3～4粒；X播種輪凹槽的外徑為4 mm，深度為2 mm，圓形，播種量為每穴2～3粒；YJ播種輪凹槽的外徑為5 mm，深度為1.8 mm，V形，播種量為每穴1～2粒。

1.2 試驗(yàn)地概況

1.2.1 太谷試驗(yàn)地

2013年5－9月在山西省晉中市太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)，褐土，肥力中等，播前施底肥純氮207 kg/hm2、純P2O596 kg/hm2、K2O 139.5 kg/hm2。地理坐標(biāo)為北緯37°12′～37°3′，東經(jīng) 112°28′～113°01′。5－9 月降雨量為451 mm，平均溫度為22.06 ℃。

1.2.2 澤州試驗(yàn)地

2014年5－9月在山西省晉城市澤州縣高都鎮(zhèn)善獲村試驗(yàn)，紅褐土，肥力中等，播前施底肥純氮69 kg/hm2，有機(jī)肥1 200 kg/hm2，純P2O596 kg/hm2。地理坐標(biāo)為北緯 35°12′～35°42′，東經(jīng) 112°31′～113°14′。5－9 月降雨量為455.6 mm，平均溫度為21.4 ℃。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

出苗試驗(yàn)采用裂裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)設(shè)置鎮(zhèn)壓和不鎮(zhèn)壓2個(gè)處理，裂區(qū)播距設(shè)置為7、10和13 cm，裂裂區(qū)通過F、X和YJ共3個(gè)播種輪分別設(shè)置（3～4、2～3和1～2粒/穴）3個(gè)播量。共18個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)54個(gè)小區(qū)；生長特性及產(chǎn)量試驗(yàn)采用隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計(jì)，不進(jìn)行鎮(zhèn)壓處理（見表1）。太谷試驗(yàn)田每個(gè)小區(qū)面積30 m2（10 m× 3 m），澤州試驗(yàn)田選用播量3～4粒，播距10 cm（F-10）；播量3～4粒，播距13 cm（F-13）；播量2～3粒，播距7 cm（X-7）；播量 2～3粒，播距10 cm（X-10）；播量1～2粒，播距7 cm（YJ-7）等處理進(jìn)行產(chǎn)量驗(yàn)證試驗(yàn)，每個(gè)小區(qū)面積60 m2（30 m×2 m）。

表1 試驗(yàn)處理Table 1 Experimental treatments

1.4 指標(biāo)測定方法

在灌漿期，各小區(qū)隨機(jī)選取3株谷子，選取倒2葉，做好標(biāo)記，分別測定凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、葉綠素?zé)晒鈪?shù)和光合色素含量。

1.4.1 出苗質(zhì)量統(tǒng)計(jì)

出苗以谷子露出第一葉且距地面1 cm為標(biāo)準(zhǔn)[27]。株距測量連續(xù)11株的距離為準(zhǔn)，取平均數(shù)，3次重復(fù)，計(jì)算平均株距和株距標(biāo)準(zhǔn)差。

1.4.2 光合色素含量的測定

光合色素含量參考張憲政[28]的方法。

1.4.3 光合參數(shù)的測定

于上午9：00－11：00，用美國思愛迪生產(chǎn)的CI-340光合測定儀測定葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）和胞間 CO2濃度（Ci），測定時(shí)光照強(qiáng)度為(900±50)μmol/(m2·s)，環(huán)境溫度為(28±2)℃，大氣 CO2濃度為(380±5)μmol/mol。

1.4.4 葉綠素?zé)晒鈪?shù)的測定

于20：30后，使用德國WALZ公司生產(chǎn)的便攜式葉綠素?zé)晒鈨x PAM-2500測定各葉綠素?zé)晒鈪?shù)：PSⅡ?qū)嶋H光化學(xué)量子產(chǎn)量（ΦPSⅡ）、表觀光合電子傳遞速率（Apparent Photosynthetic Electron Transport Rate, ETR），光化學(xué)淬滅系數(shù)（qP）、非光化學(xué)淬滅系數(shù)（NPQ）。

1.4.5 產(chǎn)量測定

太谷縣試驗(yàn)田在各小區(qū)取 3株測定單株穗質(zhì)量；各小區(qū)內(nèi)測定2 m2（長2 m，寬1 m）內(nèi)的穗數(shù)，3次重復(fù)，計(jì)算理論產(chǎn)量。澤州試驗(yàn)田穗數(shù)與穗質(zhì)量測定方法與太谷試驗(yàn)田一致；實(shí)收產(chǎn)量為同一處理的谷子穗全部收割脫粒，測定各處理全部收獲籽粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，使用DPS 6.50軟件處理試驗(yàn)結(jié)果。采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行不同處理間的多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 播距和播量對出苗質(zhì)量的影響

2.1.1 播距和播量對谷子出苗數(shù)的影響

如圖 1所示，出苗數(shù)隨播量的增加而增加，隨播距的增加而減小。其中，F(xiàn)-7鎮(zhèn)壓處理出苗數(shù)最大，YJ-13處理出苗數(shù)最小。同一播種輪處理下，由于增加了土壤與種子的接觸面積，鎮(zhèn)壓處理的出苗數(shù)高于無鎮(zhèn)壓處理，X-13處理相較X-7和X-10處理，分別降低了54.55%和23.53%。

圖1 播距和播量對出苗數(shù)的影響Fig.1 Effects of seeding rate and seeding distance on the emergency number

2.1.2 播距和播量對出苗均勻度的影響

由表 2可知，株距和株距標(biāo)準(zhǔn)差隨播量的增加而減小，隨播距的增加而增大，使用鎮(zhèn)壓處理的株距和株距標(biāo)準(zhǔn)差均小于無鎮(zhèn)壓處理，YJ-13無鎮(zhèn)壓處理的平均株距和株距標(biāo)準(zhǔn)差均最大，F(xiàn)-7鎮(zhèn)壓處理最小。無鎮(zhèn)壓處理下的YJ-7與YJ-10和YJ-13相比，YJ-7的株距分別顯著降低了 37.44%和 41.73%，株距標(biāo)準(zhǔn)差分別顯著降低了38.74%和51.16%；有無鎮(zhèn)壓處理的X播種輪各處理內(nèi)和 F播種輪各處理內(nèi)的平均株距和株距標(biāo)準(zhǔn)差均無顯著差異。

2.2 播距和播量對光合色素含量的影響

如表 3所示，隨著播量的增加，雖葉綠素 a（Chlorophyll a, Chl-a）和類胡蘿卜素（Carotenoids, Car）含量呈下降趨勢，葉綠素b（Chlorophyll b, Chl-b）含量呈升高趨勢，葉綠素(a+b)（Chlorophyll (a+b), Chl-(a+b)）含量呈先升高后降低的趨勢，但各處理間差異均不顯著。

表2 播距和播量對出苗均勻度的影響Table 2 Effects of seeding distance and seeding rate on emergence uniformity

表3 播距和播量對晉谷21倒2葉光合色素含量的影響Table 3 Effects of seeding distance and seeding rate on photosynthetic pigment content at the 2nd leaf from top of Jingu 21

2.3 播距和播量對光合特性的影響

由表 4可知，播量一定，隨著播距的增大，谷子葉片接受的光合有效輻射增大，Pn和Gs呈上升趨勢，Ci呈下降趨勢；播距一定，隨著播量的增大，谷子葉片自遮陰，Pn和Gs總體呈下降趨勢，Ci總體呈上升趨勢。F-10和F-13處理的Pn差異不顯著，均顯著高于F-7處理，Pn的提高有利于單株產(chǎn)量的提高；X播種輪各處理的Pn差異未達(dá)顯著水平；YJ-13處理顯著高于YJ-7和YJ-10處理。YJ-10和YJ-13處理的Gs差異不顯著且均高于其他處理；X-10和X-13處理無的Gs顯著性差異，且高于X-7處理；F-13處理的Gs顯著高于F-10處理和F-7處理。F-7處理的Ci顯著高于F-10處理，F(xiàn)-10處理與F-13處理差異不顯著；X-7處理的Ci顯著高于X-10和X-13處理，X-10和X-13處理間的差異未達(dá)顯著水平；YJ-7處理顯著高于YJ-10和YJ-13處理，YJ-10處理顯著高于YJ-13處理。

表4 播距和播量對晉谷21倒2葉光合特性的影響Table 4 Effects of seeding distance and seeding rate on photosynthetic characteristics at the 2nd leaf from top of Jingu 21

2.4 播距和播量對葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響

如表5所示，ΦPSII、ETR隨播量的增加而減小，隨播距的增加而增大；NPQ隨播量的增加而增大，隨播距的增加而減小；qP在各處理間無顯著性差異。F-7處理的 ΦPSII和ETR與YJ-13處理相比分別降低了35.71%和33.60%，與X-10處理相比分別降低了18.18%和18.00%，X-10處理相較YJ-13處理分別降低了21.43%和19.03%；F-7處理的NPQ相較YJ-13處理增高了51.19%，較X-10處理增高了3.40%，X-10與YJ-13處理相比，增高了49.47%。

表5 播量和播距對晉谷倒2葉葉綠素?zé)晒鈪?shù)的影響Table 5 Effects of seeding distance and seeding rate on chlorophyll fluorescence parameters at the 2nd leaf from top of Jingu 21

2.5 播距和播量對產(chǎn)量的影響

由表6可知，對于太谷縣試驗(yàn)田，隨著播量的減小，谷子每667 m2穗數(shù)呈下降趨勢，而由于谷子的光合能力隨播量的減小逐漸增大，故穗粒質(zhì)量呈升高趨勢；隨著播距的增大，每667 m2穗數(shù)呈下降趨勢，而穗粒質(zhì)量呈相反趨勢。F播種輪處理內(nèi)穗粒質(zhì)量差異均顯著，結(jié)穗數(shù)F-7處理顯著高于F-10和F-13處理；X播種輪處理內(nèi)結(jié)穗數(shù)差異均顯著，X-7處理顯著高于X-10和X-13處理；YJ播種輪處理內(nèi)穗粒質(zhì)量未達(dá)到顯著水平，YJ-7處理結(jié)穗數(shù)顯著高于YJ-10和YJ-13處理。產(chǎn)量從高到低為X-10處理、X-13處理、YJ-7處理、YJ-10處理、X-7處理、F-13處理、YJ-13處理、F-10處理、F-7處理。F播種輪處理內(nèi)的理論產(chǎn)量無顯著差異，X-10處理的理論產(chǎn)量顯著高于X-13處理，X-13處理的理論產(chǎn)量顯著高于YJ-7處理，YJ-7處理的理論產(chǎn)量顯著高于F-13處理。澤州縣試驗(yàn)田產(chǎn)量從高到低為為X-10、YJ-7、X-7、F-13、F-10，與太谷試驗(yàn)區(qū)理論產(chǎn)量的趨勢基本一致。雖F-10的結(jié)穗數(shù)最高，顯著高于X-10和X-7處理，但穗粒質(zhì)量 F-10顯著低于其余各處理；YJ-7的穗粒質(zhì)量最高，均顯著高于其余各處理，但其結(jié)穗數(shù)卻顯著低于其余各處理。

表6 播距和播量對晉谷21產(chǎn)量的影響Table 6 Effects of seeding distance and seeding rate on the yield of Jingu 21

3 討 論

谷子顆粒小，若未與土壤充分接觸，會導(dǎo)致種子缺水而不能正常發(fā)芽，經(jīng)覆土器和鎮(zhèn)壓輪覆土鎮(zhèn)壓之后與土壤充分接觸，保墑效果好且有利于種子出苗[4]。太谷試驗(yàn)田綜合結(jié)果顯示，鎮(zhèn)壓處理的谷子出苗數(shù)也顯著高于未鎮(zhèn)壓處理，同一處理，結(jié)穗數(shù)高于出苗數(shù)，可能與后期又有種子陸續(xù)出苗有關(guān)。高志軍等[6]的研究表明，隨著播量的增加，谷子出苗密度增高。梁雞保等[24]發(fā)現(xiàn)，隨著谷子播量的增加，出苗時(shí)間短且整齊度高。本研究得出，隨著播量的增加，株距和株距標(biāo)準(zhǔn)差減小，谷子出苗更加均勻，可能是由于谷子存在群體頂土優(yōu)勢，與高志軍等研究結(jié)果基本一致。由于出苗數(shù)不同，谷子的形態(tài)發(fā)生改變，導(dǎo)致谷子群體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，群體結(jié)構(gòu)對于谷物的光合性能影響極大[29]。光合作用是作物生長發(fā)育的基礎(chǔ)，是決定作物生產(chǎn)力組成的主要因素[30]。較低的種植密度會造成光能的浪費(fèi)，過高的種植密度會使作物的葉面積指數(shù)過高，導(dǎo)致葉片自遮陰，透光率低，光合效率低，植株間土壤水分、肥料競爭激烈，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降[16,20,31-32]。谷子葉片的葉綠素含量、光合速率均隨種植密度的增加而降低[14]。光合速率的變化可能是由于光合作用原初反應(yīng)過程中葉片的葉綠素?zé)晒馓匦园l(fā)生變化[33]。研究發(fā)現(xiàn)，PSⅡ光能轉(zhuǎn)換效率和Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP均隨著種植密度的增高而減小，NPQ隨種植密度的增高而增大[34-36,10]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，ΦPSⅡ、ETR和qP均隨谷子種植密度的升高而降低，而NPQ隨密度的升高而升高。這可能是因?yàn)楦叩姆N植密度抑制了谷子光系統(tǒng) II的光能轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致光化學(xué)效率和電子傳遞速率降低，而非光化學(xué)淬滅系數(shù)的升高，說明植物吸收的過剩光能以熱能的形式散失，啟動了光保護(hù)機(jī)制。

合理的種植密度也是增產(chǎn)的重要措施之一[36]。谷子產(chǎn)量的高低決定于單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒質(zhì)量的乘積, 協(xié)調(diào)好這三者之間關(guān)系，有利于獲得較佳產(chǎn)量[37]。劉紅霞等[38]和劉正理等[23]發(fā)現(xiàn)隨種植密度增加，谷子的有效穗數(shù)顯著增加，使群體產(chǎn)量升高；但穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量顯著降低，使單株產(chǎn)量降低；在一定密度范圍內(nèi)，隨著種植密度的增加，谷子的群體產(chǎn)量和單株產(chǎn)量配比達(dá)到理想狀態(tài)，產(chǎn)量極顯著增加，與本研究結(jié)果基本相符。而孫鵬等[39]認(rèn)為，隨種植密度的增加，冬小麥穗數(shù)呈先降后增的趨勢，穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量呈先增后降的趨勢。這可能與作物種類和試驗(yàn)中種植密度不同有關(guān)。同時(shí)黃學(xué)芳等[37]指出，隨群體密度的增加，張雜谷 5號成穗數(shù)、成穗率相應(yīng)減少。這主要是因?yàn)闀x谷21無分蘗，而張雜谷 5號有分蘗，其群體結(jié)構(gòu)有較大差異，因此對成穗數(shù)的影響不同。本研究發(fā)現(xiàn)，出苗數(shù)越多，單位面積結(jié)穗數(shù)越多，但由于光合性能的降低導(dǎo)致穗粒質(zhì)量降低；出苗數(shù)越少，單位面積結(jié)穗數(shù)越少，但光合性能的升高導(dǎo)致穗粒質(zhì)量的升高。所以較低的種植密度有利于提高單株產(chǎn)量，較高的種植密度對群體產(chǎn)量的提高有較好的效果。

太谷縣試驗(yàn)中X-10的理論產(chǎn)量高，雖然其出苗質(zhì)量、穗數(shù)不如F-7處理，但因F-7處理種植密度過高，群體結(jié)構(gòu)的因素導(dǎo)致Pn降低，使穗粒質(zhì)量降低嚴(yán)重，導(dǎo)致單株產(chǎn)量顯著降低；雖穗粒質(zhì)量不及 YJ-13處理，但 YJ-13處理由于種植密度過小，穗數(shù)嚴(yán)重降低，即使光合速率及效率高，但也無法彌補(bǔ)其穗數(shù)的降低，導(dǎo)致群體產(chǎn)量降低顯著；澤州試驗(yàn)田同樣顯示X-10的實(shí)收產(chǎn)量高。根據(jù)課題組多年的試驗(yàn)，在行距33.3 cm的條件下，若土壤墑情、整地和種子質(zhì)量不高時(shí)，建議播種時(shí)每次下籽2～3粒，播距10 cm左右，出苗均勻，可以大大減少間苗用工量或達(dá)到不間苗的效果；若播種條件適宜，建議適當(dāng)加大播距或減少下籽量。

4 結(jié) 論

在本試驗(yàn)條件下，使用自走式多功能小粒種子播種機(jī)JAS-502 B播種晉谷21號，采用行距33.3 cm，株距10 cm，每次播種量2～3粒（采用X播種輪，其凹槽的外徑為4 mm，深度為2 mm，圓形），谷子的產(chǎn)量、品質(zhì)較好。雖單株光合速率和單株產(chǎn)量不是最高，但群體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使合理密植增加的穗數(shù)彌補(bǔ)了由于光合速率降低導(dǎo)致的單株產(chǎn)量的降低，故群體產(chǎn)量較高。試驗(yàn)結(jié)果顯示，在此機(jī)械化播種條件下，出苗均勻，密度適中，產(chǎn)量高，可以實(shí)現(xiàn)少間苗或免間苗。太谷試驗(yàn)區(qū)的理論產(chǎn)量達(dá)到290.04 kg/667 m2，澤州試驗(yàn)區(qū)的實(shí)收產(chǎn)量達(dá)到242 kg/667 m2。因此，采用此播種作業(yè)參數(shù)可為丘陵山地谷子機(jī)械化精量播種提供依據(jù)。