不同覆膜穴播種植模式對谷子和糜子作物籽粒灌漿特征及水分利用效率的影響

李萬斌 戴麗君 李永平

摘要：研究作物生長特性、灌漿特征及水分利用效率，以期為寧南旱區谷子和糜子微膜覆蓋穴播高效種植提供理論依據。本研究建立了5種覆膜穴播模式，包括滲水微膜、普通微膜、降解微膜、壟上覆膜+溝內穴播、不覆膜穴播（CK）。采用田區定位試驗與室內分析相結合的方法開展試驗。不同覆膜穴播模式的增產效果排序為：滲水微膜覆蓋>普通微膜覆蓋>壟上覆膜+溝內穴播>降解微膜覆蓋>不覆蓋穴播（CK）。與CK相比，谷子和糜子覆膜穴播分別增產48.4%～66.5%和53.9%～70.3%，水分生產效率（WUE）分別提升58.1%～80.6%和31.9%～55.9%。主穗灌漿速率分別為0.89～1.01 g/d和0.34～0.39 g/d，較CK增加41.3%～60.3%和36.0%～56.0%。覆膜穴播和CK穴播下，抽穗后進入活躍灌漿期的時間分別為24天和30天左右，灌漿終止期較CK早6天左右。綜上所述，滲水微膜穴播和壟上覆膜+溝內穴播種植模式更適合寧夏南部干旱地區谷子和糜子種植，在水分虧缺背景下，重視拔節期和灌漿期水肥管理，是實現高產的關鍵措施。

關鍵詞：谷子和糜子；覆膜穴播；灌漿速率；水分虧缺；產量水平

中圖分類號：S-3文獻標志碼：A論文編號：cjas2020-0111

基金項目：寧夏重點科技成果轉化“六盤山特困區小雜糧精準扶貧技術集成示范”（2018BFF020）。

Plastic Film Mulching Hole-planting Patterns： Effect on Grain Filling Characteristics and Water Use Efficiency of Setaria italica and Panicum miliaceum L. Kernels

Li Wanbin1， Dai Lijun1， Li Yongping2

（1Pengyang Science and Technology Bureau， Pengyang 756500， Ningxia， China；

2Guyuan Branch of Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Guyuan 756000， Ningxia， China）

Abstract： This paper aims to provide a theoretical basis for planting Setaria italica and Panicum miliaceum L. under plastic film mulching hole-planting patterns in the arid region of southern Ningxia through studying the growth characteristics， filling character and water use efficiency （WUE） of crops. In the study， five mulching hole- planting patterns were set up： water- permeable plastic- film mulch， traditional plastic- film mulch， degradable plastic-film mulch， only mulching of ridge with plastic film + hole-planting in furrow， and no covered hole-planting （CK）. The method of field location test combined with laboratory analysis was adopted. The yield- increasing effects of different mulching hole- planting patterns on Setaria italica and Panicum miliaceum L. were ranked as follows： water-permeable plastic-film mulch> traditional plastic-film mulch > only mulching of ridge with plastic film + hole-planting in furrow > degradable plastic-film mulch > no covered hole-planting （CK）. Compared with CK， the yield of mulching hole-planting pattern of Setaria italica and Panicum miliaceum L. was increased by 48.4%-66.5% and 53.9%-70.3%， respectively， and the WUE was increased by 58.1%-80.6% and 31.9%-55.9%， respectively， the filling rate of main spike was 0.89-1.01 g/d and 0.34-0.39 g/d， respectively， 41.3%-60.3% and 36.0%-56.0% higher than that of CK. Under the mulching hole- planting and CK， the time entering the active filling stage was about 24 d and 30 d after heading， respectively， the filling termination period was 6 d earlier than that of CK. In summary， the patterns of waterpermeable plastic-film mulch and only mulching of ridge with plastic film+ hole-planting in furrow are more suitable for Setaria italica and Panicum miliaceum L. in the arid region of southern Ningxia. In the context of water deficit， paying attention to the management of water and fertilizer in jointing stage and filling stage is the key measure to achieve high yield.

Keywords： Setaria italica and Panicum miliaceum L. ； Mulching Hole-planting； Filling Rate； Water Deficit； Yield Level

0引言

中國西北干旱半干旱區谷子和糜子屬小雜糧作物，谷子（Setaria italica）屬禾本科狗尾草屬，古稱粟，糜子（Panicum miliaceum L.）稱為黍，與其他作物比較具有生育期短、耐旱、耐瘠薄的特點，是干旱區旱災頻發地區的抗旱救災作物。據統計[1]，中國谷子種植面積由2013年的72.1萬hm2，增加到2018年的86.1萬hm2，總產量由177.6萬t增加為254.8萬t，單產由2464.8 kg/ hm2增長到3009.3 kg/hm2。寧夏南部山區8縣（區）谷子和糜子作物種植面積2.5萬hm2左右，占當地雜糧作物種植面積的10%左右。各地區產量差異相差懸殊，說明不同品種和栽培條件對土壤水肥和氣候資源利用效率差異明顯[2]。不同耕作方式、農田集雨保水措施和種植模式可直接影響土壤水分生態循環狀況，進而直接決定土壤貯水量對生長量、灌漿進程、灌漿速率、籽粒成熟度及產量水平的影響[3]。作物籽粒產量的形成過程實質是植株干物質積累再分配的生理過程，一定時間內分配到生殖器官的干物質量越多產量就越高[4-5]，進而影響水分利用效率[6]。研究表明，干旱脅迫可使谷子總生物量、產量、株高、穗重、千粒重明顯減少[7-8]，尤其干旱脅迫對灌漿期的影響最為明顯，籽粒灌漿過程也是決定作物產量和品質的關鍵期。糜子作物在重度水分脅迫下籽粒灌漿的起始生長勢降低，最大灌漿速率出現的時間延遲，進而使中后期灌漿對產量的貢獻率明顯下降[9-10]。土壤水分條件適宜則有利于提高糜子籽粒灌漿起始期、中期和后期灌漿速率和成熟度。干旱脅迫下嚴重影響谷子作物籽粒灌漿期光合效率和光合色素變化[11-12]。當干旱脅迫達到嚴重程度時，土壤水分含量接近作物葉片凋萎濕度的臨界值，則嚴重阻滯作物正常生長發育[13-14]，重度干旱達到一定程度時，減產程度加劇，造成生產中重大旱災直至出現絕產情景。

前人研究干旱脅迫對谷子農藝性狀、作物品種間籽粒灌漿特性、干旱對谷子和糜子品種的灌漿期的光合效率、物質運轉和籽粒灌漿特性的文獻較多，但旱地谷子和糜子采用地膜覆蓋穴播種植模式對籽粒灌漿特征等影響方面內容報道甚少。因此，筆者在壟溝集雨種植與水肥調控生理抗旱特性研究的基礎上，在旱地采用不同微膜覆蓋穴播種植谷子和糜子，即以滲水微膜穴播、普通微膜、降解微膜穴播、壟上覆膜+溝內穴播及露地穴播種植模式為切入點，研究作物生長特性、籽粒灌漿速率、灌漿進程等參數及水分生產效率，以提高旱地谷子和糜子生產能力，改進傳統種植方式，并篩選出適宜在半干旱區旱地谷子和糜子抗旱節水高產高效種植模式1～2個，以期為寧南旱區谷子和糜子不同微膜覆蓋穴播種植模式提供理論依據與技術支持。

1材料與方法

1.1試驗地概況

2019年試驗在寧夏農林科學院固原分院長期組建的旱農試驗區彭陽縣城陽鄉塬澇池村旱地進行（35°51′42″N， 106°47′18″E），土壤類型屬壤黃土粘質，前茬作物為玉米，地力中等。海拔1670 m，≥10℃積溫2500～2800℃，無霜期130～160天，全年日照時數2520 h，多年平均降水量450 mm，屬典型半干旱地區。2019年全年降水量為577.0 mm，其中谷子和糜子作物生長期降水量分別為452.1 mm和394.0 mm，屬于豐水年份。

1.2試驗材料

試驗設2種作物，即谷子參試品種為‘張雜谷13’，糜子為‘固糜21號’。

1.3試驗設計

試驗設旱地谷子和糜子作物，其中谷子設5個處理：①壟膜+溝種穴播種植（LGXB）、②滲水微膜穴播（SMXB）、③普通微膜穴播（PMXB）、④降解微膜穴播（JMXB），⑤不覆蓋穴播CK（LDXB）；糜子設4個處理：①LGXB、②SMXB、③PMXB、④LDXB。

采用隨機區組排列，谷子作物每個處理大區面積480 m（2長30 m×寬16 m），糜子作物每個處理大區面積為490 m2（長35 m×寬14 m），每處理收獲期測產面積為3.75 m2（長3 m×寬1.25 m），3次重復。另外對每處理大區試驗進行5點取樣測產。

地膜規格及種植密度：LGXB處理用普通微膜規格為80 cm×0.008 mm（壟上覆膜50 cm+溝內60 cm）溝內穴播種植4行，SMXB、PMXB和LDXB（CK）處理微膜規格均為130 cm×0.008 mm，覆膜后寬幅均為110 cm，種植密度行距40 cm×株距10 cm，用穴播機種植3行，不覆蓋穴播（CK）種植3行，種植密度同上。均人工完成覆膜。

谷子和糜子試驗分別于4月27日和5月21日播種。播前整地時結合田間機耕或旋耕作業一次性基施商品肥磷酸二銨225 kg/hm2、尿素150 kg/hm2，抽穗期遇降水追施尿素150 kg/hm2。苗期及時放苗、補苗、除草等。9月27日收獲，風干后脫粒折算產量。

1.4測定項目與方法

1.4.1生長期主要生長量生育進程記載生育進程，苗期長勢、抗旱、抗病和抗倒伏等。每個處理區選取代表株掛牌標記，定期測定株高、地上部生長量、葉面積和籽粒灌漿特征等。成熟時每處理取2組中間行長2 m的樣株。其中一組進行主要農藝性狀指標考種等，另一組全部脫粒得到平均穗重和穗粒重。

1.5數據分析

統計分析采用SPSS 23系統[20]和Microsoft Excel 2010進行數據處理和統計分析。

2結果與分析

2.1谷子和糜子籽粒灌漿特征

2.1.1主穗粒重增量變化不同地膜覆蓋穴播種植模式對谷子和糜子灌漿期穗粒重的差異比較明顯。圖1可知，2種作物灌漿期的主穗粒重以不覆蓋穴播LDXB（CK）最低，谷子不同覆膜穴播種植模式在灌漿活躍期的主穗粒重較不覆蓋穴播種植LDXB（CK）增加91.6%～ 103.2%，當灌漿期進入峰值期至灌漿后期，穗粒重較LDXB（CK）增加38.2%～52.2%；糜子不同地膜覆蓋穴播種植模式在灌漿活躍期，其主穗粒重較不覆蓋穴播種植LDXB（CK）增加72.9%～140.2%，灌漿進入峰值期至灌漿后期，其穗粒重較LDXB（CK）增加40.0%～ 54.7%。

2.1.2籽粒灌漿速率谷子和糜子籽粒灌漿速率變化趨勢表1和圖2看出，各處理的籽粒灌漿過程呈S曲線增長趨勢。谷子不同地膜覆蓋穴播種植模式的主穗灌漿速率最大值為0.89～1.01 g/（d·穗），較不覆蓋穴播種植LDXB（CK）的0.63 g/（d·穗）增加41.3%～60.3%，平均灌漿速率較LDXB（CK）增加47.8%～60.9%；糜子不同地膜覆膜穴播種植模式最大灌漿速率為0.34～0.39 g/（d·穗），較LDXB（CK）增加30.6%～56.0%，平均灌漿速率較LDXB（CK）增加27.3%～36.4%。

2.1.3籽粒灌漿特征參數的確定通過籽粒灌漿特征測定（計算公式前述），得到不同地膜覆蓋穴播種植模式下籽粒灌漿特征參數值。谷子和糜子作物在灌漿初期籽粒干重增長緩慢，灌漿中期是粒重增加的關鍵時期，粒重增長最快，呈急劇上升趨勢，灌漿后期籽粒干重的增加趨于緩慢[21]。由表2可看出，谷子不同地膜覆蓋穴播種植模式的起始灌漿速率（S0）為0.25 g/（d·穗）左右，較不覆蓋穴播模式LDXB（CK）增加25.0%。進入最大灌漿速率時期（Dmax）天數為25天左右，LDXB（CK）為29天左右，此時最大灌漿速率為1.03～1.18 g/（d·穗），較不覆蓋穴播模式（CK）增加56.0%～75.8%，灌漿速率最大時的穗粒生長量（Wmax）為8.38～9.19 g/穗，較不覆蓋穴播模式LDXB（CK）增長25.9%～38.0%。平均灌漿速率（Va）為0.33～0.36 g/（d·穗），較不覆蓋穴播模式LDXB（CK）增加43.5%～56.5%。進入灌漿活躍期（D）的天數為24天左右，從灌漿期開始，灌漿活躍期（D）或灌漿終止期（Ts）較不覆蓋穴播模式LDXB（CK）提前5～6天。

表2分析說明，糜子不同地膜覆蓋穴播種植模式的起始灌漿勢（S0）為0.20 g/（d·穗），較CK增加8.0%，達到最大灌漿速率時期（Dmax）的天數為17天，較CK提前4天，最大灌漿速率為0.42 g/（d·穗）左右，較不覆蓋穴播模式LDXB（CK）增加55.6%。達到最大灌漿速率時期的穗粒生長量（Wmax）為4.07 g/（d·穗），較不覆蓋穴播模式LDXB（CK）增長39.8%。平均灌漿速率（Va）為0.18 g/（d·穗）左右，較不覆蓋穴播模式LDXB（CK）增加63.5%。進入灌漿活躍期的時期（D）為30天左右。灌漿終止期（Ts）較不覆蓋穴播模式LDXB（CK）早6天左右。

2.2產量構成及水分利用效率

地膜覆蓋穴播種植模式可顯著改善土壤水分狀況，減少無效蒸發，降低水分無效蒸發強度，大幅度提升產量和水分生產效率。不同地膜覆蓋穴播種植模式對谷子糜子產量構成因素和水分利用效率（表3）。從表3中可看出，決定作物產量的主要因素為有效穗數、穗重和穗粒重的構成。經對谷子穗數（X1）、穗重（X2）和穗粒重（X3）、經濟系數（X4）與產量（y）進行相關分析達到相關顯著，R2=0.838～0.983。谷子作物不同地膜覆蓋穴播種植模式LGXB、SMXB、PMXB和JMXB處理區籽粒產量為5751.0～6453.0 kg/hm2，較LDXB（CK）增產48.4%～66.5%。

糜子作物LGXB、SMXB和PMXB處理區籽粒產量為5022.0～5040.0 kg/hm2，較CK區2941.5 kg/hm2增產53.9%～70.3%；谷子作物LGXB、SMXB、PMXB和JMXB處理水分生產效率（WUE）為17.41～19.89 kg/（mm·hm2），較LDXB（CK）區11.01 kg/（mm·hm2）提高58.1%～80.6%；糜子LGXB、SMXB、PMXB處理區水分利用效率（WUE）為14.29～16.88 kg/（mm·hm2），較LDXB（CK）區10.83 kg/（mm·hm2）提高31.9%～55.9%。

3討論

3.1耕作方式和覆蓋保墑能顯著提高作物干物質運輸分配量

谷子灌漿期干旱脅迫可使產量大幅度降低。朱燦燦等[22]研究表明，小麥快增期的灌漿速率和灌漿持續時間與千粒重呈正相關，并將較快的平均灌漿速率和快速增期的灌漿速率作為高產育種重要選擇指標。王桂躍等[23]認為，穗粒重與最大灌漿速率、平均速率和灌漿活躍期與產量顯著相關，與本研究結果一致。不同栽培方式和施氮量能顯著提高糜子開花期干物質在各器官中的運輸分配量，覆蓋顯著提高糜子產量、千粒重、穗粒數和穗長[24]。適宜的寬窄行能夠有效提高谷子產量，對穗長、穗粗、葉綠素、穗粒重、千粒重的相關性顯著，但產量與單位面積穗數相關性不顯著。谷子作物行距和穗數不是影響產量的主要因素[25]，本研究也得到一致結果。

3.2抗旱節水種植模式能改善水分條件大幅度提升產量和水分生產效率

屈洋等[26]研究認為不同節水種植模式可以有效地提高農田集水與保墑效果，明顯提高土壤水分含量，有效地降低糜子生育期耗水量與耗水強度。本研究認為，地膜覆蓋穴播種植模式能將無效降水通過滲水地膜微孔或種植穴孔入滲到土壤，明顯改善土壤水分狀況，地膜覆蓋可減少無效蒸發，降低水分無效蒸發強度，大幅度提升產量和水分生產效率。

3.3覆蓋穴播種植模式可明顯提升作物灌漿期的灌漿特征值

宋艷麗等[27]研究發現糜子采用寬窄行穴播種植抽穗后進入灌漿期14天穗粒重增長速率達到最大值。本研究表明，糜子覆蓋穴播種植模式下進入灌漿期17天左右灌漿速率達到最大值，較不覆蓋穴播種植（CK）提前4天左右，進入灌漿活躍期的時間為抽穗后24天左右。不同栽培模式下小麥籽粒灌漿特性、旗葉葉綠素含量與產量的關系，千粒重與灌漿持續天數、平均灌漿速度、灌漿天數和最大灌漿速度均呈顯著相關[28]。小麥粒重主要由灌漿速率和灌漿持續期來決定[29]。本研究表明，谷子和糜子平均灌漿速率和灌漿活躍期對粒重的影響更明顯。在重度水分脅迫下，糜子灌漿期籽粒的起始生長勢明顯降低，最大灌漿速率出現的時間延遲，灌漿中后期時間縮短，進而影響結實率、穗粒數和穗粒重對產量的貢獻率[30-31]，本研究也得到一致結果。因此，加強拔節期和灌漿期水肥管理是提升作物產量的關鍵期。

3.4不同栽培方式可提升糜子作物的光合效率

不同栽培方式和施氮量對糜子光合效率和產量性狀影響較大，覆蓋和施氮均顯著提高糜子開花至成熟階段旗葉的葉綠素含量、氣孔導度和蒸騰速率[32-33]。本文尚未對滲水地膜等覆膜穴播種植模式的谷子和糜子作物進行光合效率與主要經濟性狀關系研究，亟待進一步完善。

4結論

谷子和糜子采用不同地膜覆蓋穴播種植模式能顯著改善土壤水分狀況，減少無效蒸發，增加作物群體間有效蒸騰強度，大幅度提升產量和水分生產效率。其地上部干物質、主要經濟性狀、灌漿速度和穗粒重均顯著高于不覆蓋穴播種植（CK），其增產效果以滲水微膜>普通微膜>壟上覆膜+溝內穴播種植>降解微膜>不覆蓋穴播種植（CK）。覆膜穴播下，主穗灌漿速率較不覆蓋穴播（CK）大幅度提高，抽穗后進入活躍灌漿期的時間分別為24天和30天左右，覆膜穴播下主穗灌漿終止期較CK早6天左右。因此，滲水微膜穴播和壟上覆膜+溝內穴播種植模式更適合在寧夏南部干旱半干旱區旱地谷子和糜子種植，在水分虧缺背景下，重視拔節期和灌漿期水肥管理，提高作物灌漿速率，是實現高產高效種植的關鍵措施。

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