黑龍江地區(qū)谷子高光效栽培模式研究

閆鋒 董揚(yáng) 趙富陽(yáng) 侯曉敏 李清泉 韓業(yè)輝

摘要：谷子是黑龍江省重要的雜糧作物，谷子生產(chǎn)中較低的光能利用率是限制谷子產(chǎn)量的重要因素，為提高谷子的光能利用率及產(chǎn)量，制定適用于黑龍江省谷子的高光效栽培模式，本研究以谷子品種“嫩選17”為試驗(yàn)材料，通過(guò)設(shè)置不同壟向、壟距，研究對(duì)谷子莖稈特征、農(nóng)藝性狀、光合指標(biāo)及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。結(jié)果表明，除千粒質(zhì)量、莖稈節(jié)數(shù)外，不同處理對(duì)谷子抗倒伏性、農(nóng)藝性狀、光合性能及產(chǎn)量構(gòu)成因素的各項(xiàng)指標(biāo)均產(chǎn)生了顯著影響，其中“嫩選17”在南向偏西20°、寬窄壟栽培模式下具有較強(qiáng)的抗倒伏性，光合性能較好，產(chǎn)量最高，可作為黑龍江地區(qū)谷子的高光效栽培模式推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：谷子；高光效；寬窄壟；壟向

收稿日期：2023-03-31

基金項(xiàng)目：國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項(xiàng)目（CARS-07-06B）；齊齊哈爾市科技計(jì)劃重點(diǎn)攻關(guān)項(xiàng)目（ZDGG-2022011）

主要作者簡(jiǎn)介：閆鋒（1982—），男，助理研究員，主要從事雜糧作物遺傳育種及栽培研究工作。E-mail：yanfeng6338817@126.com

通訊作者簡(jiǎn)介：李清泉（1968—），男，研究員，主要從事雜糧作物遺傳育種及栽培研究工作。E-mail：zls1968@163.com

谷子（Setaria italica Beauv.）起源于中國(guó)，古時(shí)又稱粟，據(jù)考古學(xué)者發(fā)現(xiàn)在我國(guó)已經(jīng)有7 000多年的栽培歷史，是一種營(yíng)養(yǎng)豐富且具有耐旱、耐瘠薄等優(yōu)良特性的糧飼兼用作物[1]。我國(guó)谷子產(chǎn)量占世界谷子總產(chǎn)量的80%左右，主要種植于黃河以北的各省市、自治區(qū)，因谷子具有較強(qiáng)的抗逆性，是干旱、半干旱區(qū)的優(yōu)勢(shì)作物[2]。中華人民共和國(guó)成立初期，我國(guó)谷子種植面積為1 000萬(wàn)hm2左右，是北方三大主要糧食作物之一。由于政策、環(huán)境以及技術(shù)的影響，近幾年谷子種植面積銳減，大致穩(wěn)定在80萬(wàn)hm2左右[3]。

隨著人民健康飲食意識(shí)的逐步提高，作為營(yíng)養(yǎng)豐富、保健作用強(qiáng)的谷子越來(lái)越受到人們的關(guān)注，種植面積有所擴(kuò)大。由于谷子屬于小雜糧，多種植在邊角旮旯地塊，且栽培技術(shù)不科學(xué)，較為粗放，導(dǎo)致谷子難以獲得高產(chǎn)[4]。光合作用是決定作物產(chǎn)量的重要因素，作物積累的干物質(zhì)有90%～95%來(lái)自于葉片的光合作用，光合性能的改善是提高作物產(chǎn)量的有效途徑之一[5]。黑龍江省谷子生產(chǎn)中多采用等壟距的種植方式，群體通風(fēng)透光性較差，對(duì)于谷子這種喜光的C4作物而言，光能利用率低，產(chǎn)量難以有效提高。以寬窄壟和壟向?yàn)橹匾夹g(shù)特征的高光效栽培技術(shù)是一項(xiàng)由中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所發(fā)明、促進(jìn)糧食作物增產(chǎn)增效的創(chuàng)新技術(shù)，這項(xiàng)新技術(shù)可有效改善作物群體結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)光合效率，進(jìn)而達(dá)到作物增產(chǎn)的目的。為探究黑龍江地區(qū)適宜的谷子高光效栽培模式，本研究以谷子品種“嫩選17”為試驗(yàn)材料，通過(guò)對(duì)比不同壟距、不同壟向栽培對(duì)谷子莖稈倒伏性、光合指標(biāo)及產(chǎn)量因素的影響，篩選出最佳的谷子種植方式，為黑龍江地區(qū)谷子高產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1? 材料和方法

1.1? ?試驗(yàn)材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2022年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院齊齊哈爾分院試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，肥力中等，土壤類型為碳酸鹽黑鈣土，土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。以黑龍江省登記的谷子品種“嫩選17”為試驗(yàn)材料，采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，壟距為主處理，設(shè)2個(gè)水平：A1（寬壟145 cm，窄壟50 cm），A2（等壟距65 cm）；壟向?yàn)楦碧幚恚O(shè)4個(gè)水平：B1（南北向）、B2（南向偏西20°）、B3（南向偏西40°）、B4（南向偏東20°）。每個(gè)小區(qū)為8行區(qū)，行長(zhǎng)10 m，3次重復(fù)。各處理定植密度均為40萬(wàn)株·hm-2，田間管理同一般生產(chǎn)田。

1.2? ?測(cè)定內(nèi)容及測(cè)定方法

1.2.1 農(nóng)藝性狀測(cè)定 于谷子乳熟期在每處理中間的4行中選取長(zhǎng)勢(shì)均勻的10株谷子植株，測(cè)定各株高、莖粗（基部第2節(jié)間的粗度）、重心高度、莖鮮質(zhì)量，在完熟期測(cè)定谷子千粒質(zhì)量、穗粒質(zhì)量，對(duì)小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

1.2.2 莖稈機(jī)械強(qiáng)度（莖稈彎折力）測(cè)定 采用浙江托普公司生產(chǎn)的YYD-1莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀測(cè)定谷子基部第2節(jié)間的彎折力（N）。莖稈倒伏指數(shù)=（重心高度×莖鮮質(zhì)量）/莖稈彎折力[6]。

1.2.3 光合指標(biāo)測(cè)定 于谷子抽穗期選擇晴朗無(wú)風(fēng)天氣在每處理中隨機(jī)選取10株谷子植株，使用美國(guó)CID公司生產(chǎn)的CI-340型光合作用測(cè)定儀測(cè)定谷子植株倒二葉的凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度，測(cè)定位置為葉片中部。

1.3? ?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用Excel 2010、DPS 7.05等軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。

2? 結(jié)果與分析

2.1? ?不同處理對(duì)谷子抗倒伏性的影響

不同栽培方式對(duì)“嫩選17”谷子植株的莖稈特征產(chǎn)生了顯著影響，不同莖稈特征指標(biāo)的變異系數(shù)為3.0%～10.2%（表2）。其中，谷子莖稈的重心高度變化幅度為78.5～84.6 cm，變異系數(shù)為3.2%，以A2B1處理的谷子莖稈重心高度最高，為84.6 cm；谷子莖鮮質(zhì)量的變化幅度為57.6～62.7 g，變異系數(shù)為3.0%，以A1B3處理的谷子莖鮮質(zhì)量最高，為62.7 g；谷子莖稈彎折力的變化幅度為114.4～138.5 N，變異系數(shù)為6.9%，以A1B2處理的谷子莖稈彎折力最高，為138.5 N；谷子莖稈倒伏指數(shù)的變化幅度為33.0～43.0，變異系數(shù)為10.2%，以A2B1處理的谷子莖稈倒伏指數(shù)最高，為43.0。

2.2? ?不同處理對(duì)谷子農(nóng)藝性狀的影響

除谷子莖稈節(jié)數(shù)外，不同栽培方式對(duì)“嫩選17”谷子植株的農(nóng)藝性狀產(chǎn)生了顯著影響，不同農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在1.3%～6.0%之間（表3）。其中，谷子株高的變化幅度為130.6～139.6 cm，變異系數(shù)為2.2%，以A2B1處理的谷子株高最高，為139.6 cm；谷子穗長(zhǎng)的變化幅度為22.9～24.6 cm，變異系數(shù)為2.6%，以A1B2處理的谷子穗長(zhǎng)最長(zhǎng)，為24.6 cm；谷子莖粗的變化幅度為7.3～8.6 mm，變異系數(shù)為6.0%，以A2B2處理的谷子莖粗最粗，為8.6 mm；谷子莖稈節(jié)數(shù)的變化幅度為12.0～12.4個(gè)，變異系數(shù)為1.3%，以A2B2處理的谷子莖稈節(jié)數(shù)最多，為12.4個(gè)。

2.3? ?不同處理對(duì)谷子光合指標(biāo)的影響

不同栽培方式對(duì)“嫩選17”谷子植株的光合指標(biāo)產(chǎn)生了顯著影響，不同光合指標(biāo)的變異系數(shù)在7.6%～9.6%之間（表4）。其中，谷子凈光合速率的變化幅度為16.4～19.8 μmol·（m2·s）-1，變異系數(shù)為7.6%，以A1B3處理的谷子凈光合速率最高，為19.8 μmol·（m2·s）-1；谷子蒸騰速率的變化幅度為3.3～4.2 mmol·（m2·s）-1，變異系數(shù)為9.6%，以A1B2處理的谷子蒸騰速率最高，為4.2 mmol·（m2·s）-1；谷子胞間CO2濃度的變化幅度為109.6～136.9 μmol·（m2·s）-1，變異系數(shù)為8.8%，以A2B1處理的谷子胞間CO2濃度最高，為136.9 μmol·（m2·s）-1。

2.4? ?不同處理對(duì)谷子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同栽培方式對(duì)“嫩選17”谷子植株的穗粒質(zhì)量和產(chǎn)量產(chǎn)生了顯著影響，但對(duì)谷子千粒質(zhì)量影響不顯著，不同產(chǎn)量構(gòu)成因素的變異系數(shù)在1.0%～6.3%之間（表5）。其中，谷子穗粒質(zhì)量的變化幅度為8.8～10.5 g，變異系數(shù)為6.3%，以A1B2處理的谷子穗粒質(zhì)量最高，為10.5 g；谷子千粒質(zhì)量的變化幅度為2.9～3.0 g，變異系數(shù)為1.0%；谷子產(chǎn)量的變化幅度為4 410.6～5 257.4 kg·hm-2，變異系數(shù)為6.3%，以A1B2處理的谷子產(chǎn)量最高，為5 257.4 kg·hm-2。

3? 結(jié)論與討論

作物倒伏的原因較為復(fù)雜，不僅受氣候環(huán)境影響，也受作物自身及栽培措施的影響，大量研究認(rèn)為作物倒伏與植株株高、莖粗、莖稈強(qiáng)度密切相關(guān)[7]。谷子在生長(zhǎng)過(guò)程中時(shí)常發(fā)生倒伏，而倒伏是影響谷子產(chǎn)量和品質(zhì)的主要限制因素之一。本研究中，以A1B2處理的谷子莖稈倒伏指數(shù)最低，防倒效果最好。

作物的干物質(zhì)積累絕大部分來(lái)自于植物葉片的光合作用，而光合指標(biāo)代表了植株光合作用的強(qiáng)弱，間接反映了作物產(chǎn)量的高低[8]。本研究中，在寬窄壟、南向偏西20°的栽培模式下，谷子品種“嫩選17”的各項(xiàng)光合指標(biāo)綜合表現(xiàn)最好，這可能是由于該栽培模式使谷子群體結(jié)構(gòu)更加合理，通風(fēng)透光性好，促進(jìn)了谷子的光合作用，使得“嫩選17”的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素優(yōu)于其他處理，其中穗粒質(zhì)量和產(chǎn)量與其他處理差異顯著，但千粒質(zhì)量差異不顯著，這說(shuō)明該栽培模式的谷子產(chǎn)量差異主要是由穗粒數(shù)差異而引起。

東北地區(qū)夏季光照充足，日照時(shí)數(shù)最高可達(dá)17 h，尤其是西南向光照資源豐富，并且夏季西南風(fēng)盛行，光照和風(fēng)向資源均有利于谷子生長(zhǎng)[9]。本研究中，南向偏西20°的2個(gè)處理谷子產(chǎn)量均超過(guò)5 000 kg·hm-2，表現(xiàn)較好。與等壟距栽培模式相比，寬窄壟距栽培模式具有更明顯的優(yōu)勢(shì)，可通過(guò)對(duì)不同層次光資源的合理運(yùn)用，達(dá)到有效提高作物群體結(jié)構(gòu)以及光能利用潛能的目的，使谷子獲得更高產(chǎn)量[10]。本研究中，種植壟向?yàn)槟舷蚱?0°及寬窄壟栽培模式下的谷子抗倒伏性最強(qiáng)、產(chǎn)量最高。由于不同地區(qū)的自然條件各異，本研究結(jié)論可能并不完全適用于所有谷子產(chǎn)區(qū)，還需針對(duì)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件進(jìn)行進(jìn)一步探討。

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