膜側(cè)溝播對旱地春谷生理生態(tài)特性及產(chǎn)量的影響

張艾英++郭素芬+張莉++郭二虎+范惠萍++李瑜輝+王麗霞++王秀清++程麗萍

摘要：研究了膜側(cè)溝播對旱地春谷生理生態(tài)特性及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明，膜側(cè)溝播谷子比對照露地條播谷子抽穗期提前4 d，成熟期提前7 d，出苗數(shù)提高4.8%，增產(chǎn)14.18%，增產(chǎn)效果顯著，可作為黃土高原區(qū)旱地谷子生產(chǎn)的高產(chǎn)栽培新模式。

關(guān)鍵詞：谷子；旱地；膜側(cè)溝播；光合生理；產(chǎn)量

中圖分類號： S515.042文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0148-04

收稿日期：2015-04-10

基金項目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（編號：CARS-07-12.5-A10）；國家科技支撐計劃（編號：2014BAD07B01-03）。

作者簡介：張艾英（1977—），女，山西壽陽人，碩士，助理研究員，研究方向為作物栽培與生理生態(tài)。E-mail：zay1012@126.com。

通信作者：郭二虎，研究員，研究方向為作物育種與栽培生理。E-mail：guoerhu2003@163.com。谷子（Setaria italica）膜側(cè)溝播栽培是使用膜側(cè)播種機一次完成開溝、起壟、鋪膜、壓膜、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等工序的技術(shù)，該技術(shù)較成熟，效率高，勞動強度低，播種質(zhì)量好，集抗旱、集雨、增產(chǎn)為一體，為干旱半干旱地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展開辟了一條新途徑。膜側(cè)溝播谷子栽培技術(shù)在谷子春播早熟區(qū)應(yīng)用較多，該技術(shù)較好地改善了作物生長階段的水、肥、氣、熱生態(tài)條件，使谷子植株生長健壯，個體發(fā)育良好，穗分化進程提前，有效解決了因伏旱造成的抽穗難和早霜危害造成的結(jié)實、成熟問題，具有顯著的增產(chǎn)效果[1]。谷子膜側(cè)溝播栽培在甘肅省中西部地區(qū)有明顯的增溫、集雨、保墑作用，使谷子早出苗、出全苗，增產(chǎn)效果明顯，使一些地區(qū)不能種植的中晚熟品種在該地區(qū)能正常成熟[2-4]。目前對谷子膜側(cè)溝播的研究主要集中在一些技術(shù)配套和產(chǎn)量效益上[2-5]，而有關(guān)膜側(cè)溝播條件下谷子生理生態(tài)效應(yīng)的研究未見報道。本研究選用春谷品種長農(nóng)35號進行谷子膜側(cè)溝播栽培試驗，探討膜側(cè)溝播種植模式下不同生育時期谷子生長發(fā)育、光合特性、土壤狀況，以期為谷子高產(chǎn)高效栽培提供理論指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗概況與田間設(shè)計

試驗于2011年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所試驗田進行，土壤類型為壤土，試驗點屬中溫帶半濕潤大陸性季風氣候，年平均氣溫5～11 ℃，年平均降水量600 mL以上，無霜期155～184 d。2011年谷子生育期間降水量為 357.4 mm。試驗地前茬作物為玉米，一年一熟，多年秸稈還田。

試驗選用春谷中晚熟品種長農(nóng)35號，設(shè)膜側(cè)溝播處理（RF）和不覆膜露地條播處理（CK）。膜側(cè)溝播谷子采用膜側(cè)播種機一次完成開溝、起壟、鋪膜、壓膜、播種、覆土、鎮(zhèn)壓等工序，不覆膜露地條播采用普通條播機播種。每個處理重復(fù)3次。

1.2測定項目及方法

1.2.1地溫測定在谷子拔節(jié)后（6月29日）將曲管地溫計埋入土壤中，分別測定覆膜、不覆膜地溫，測定深度分別為5、10、15、20、25 cm。選擇各生育時期連續(xù)2 d晴朗天氣進行定點測量，分別于8：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00記錄溫度。各生育時期地溫的日平均值為連續(xù)2 d、6次/d測定值的平均值。

1.2.2SPAD（soil and plant analyzer development）值測定谷子抽穗后，采用日本產(chǎn)葉綠素測定儀SPAD-502（Konica Minolta ）測定頂三葉的SPAD值。

1.2.3光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率測定采用美國產(chǎn)CIRAS-2型光合速率儀測定谷子頂三葉的凈光合速率（net photosynthesis rate，Pn）、氣孔導(dǎo)度（stomatal conductance，Gs）、蒸騰速率（transpiration，Tr）、細胞間隙二氧化碳濃度（intercellular CO2 concentration，Ci）。于谷子開花后，每處理測定5株。

1.2.4農(nóng)藝性狀調(diào)查與小區(qū)測產(chǎn)于谷子拔節(jié)期、成熟期對其株高、莖粗、穗長、穗粗、穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量等農(nóng)藝性狀進行調(diào)查。在每個小區(qū)中間行內(nèi)選取約1 m作為取樣單元，取10株帶回室內(nèi)進行調(diào)查，取其均值作為小區(qū)農(nóng)藝性狀值。去掉小區(qū)邊行，每個小區(qū)收獲面積 6 m2（3 m×2 m），以此計產(chǎn)作為小區(qū)產(chǎn)量。

1.2.5水分利用效率（WUE）計算采用Fischer等的方法計算WUE[6-7]：

WUE=Pn/Tr。

1.2.6土壤含水量測定測定 0～100、100～200 cm土壤水分含量。

1.2.7數(shù)據(jù)分析采用DPS軟件進行數(shù)據(jù)分析[8]，采用新復(fù)極差法進行顯著性檢驗，采用Excel 2003 軟件繪制圖表。

2結(jié)果與分析

2.1膜側(cè)溝播對谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

由表1可見，與對照露地條播比較，谷子膜側(cè)溝播處理抽穗期提前4 d，成熟期提前7 d，出苗數(shù)提高4.8%。

由表2可見，與對照相比，谷子拔節(jié)后膜側(cè)溝播處理下的谷子農(nóng)藝性狀除可見葉數(shù)顯著增多外，株高、倒二葉面積、綠葉數(shù)、次生根數(shù)、節(jié)數(shù)、植株鮮（干）質(zhì)量、根鮮（干）質(zhì)量都極顯著增大或增多。

由表3可見，與對照相比，成熟期谷子膜側(cè)溝播處理下的谷子株高顯著增高，倒二葉面積卻顯著降低；可見葉數(shù)、節(jié)數(shù)、莖粗、次生根數(shù)、根干質(zhì)量有增加趨勢，但差異不顯著；在谷子植株總干質(zhì)量不變的情況下，莖干質(zhì)量有降低趨勢，根、葉鞘干質(zhì)量有增加的趨勢?？梢娔?cè)溝播處理下谷子根、葉鞘的干物質(zhì)累積量增加。

由表4可見，與對照相比，膜側(cè)溝播谷子增產(chǎn)率達 14.18%，增產(chǎn)效果顯著，與產(chǎn)量相關(guān)的穗數(shù)、穗質(zhì)量、粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量、穗長等性狀均表現(xiàn)為增加，但未達顯著水平，穗粗則表現(xiàn)為降低。說明谷子膜側(cè)播種處理下產(chǎn)量的提高體現(xiàn)在谷子個體多個性狀量的累積上。

2.2谷子膜側(cè)溝播的增溫效應(yīng)

由表5可以看出，對于5 cm深度地溫，膜側(cè)溝播處理下增溫不明顯，拔節(jié)期、成熟期甚至降低；膜側(cè)溝播處理的 10 cm 土深地溫比對照升高1.13～2.62 ℃；膜側(cè)溝播處理的15 cm土深地溫比對照升高1.37～1.92 ℃；膜側(cè)溝播處理的 20 cm 土深地溫比對照升高0.56～2.77 ℃；膜側(cè)溝播處理的 25 cm 土深地溫在抽穗期比對照升高約1 ℃，拔節(jié)期、成熟期增溫不明顯。總體上看，谷子膜側(cè)溝播處理的增溫效應(yīng)主要體現(xiàn)在10～20 cm土深地溫，在谷子抽穗期，也是氣溫較高時，其增溫效應(yīng)可以延伸到25 cm以下，但膜側(cè)溝播處理增溫最高的深度在20 cm左右。

由圖1可見，膜側(cè)溝播處理下不同深度地溫的早晚變化小，不同深度地溫變化較大的時間出現(xiàn)在12：30—14：30。露地條播、膜側(cè)溝播處理地溫日變化的不同主要體現(xiàn)在10、15 cm 深度上，露地條播處理10 cm地溫高峰出現(xiàn)在14：30，隨后下降；而膜側(cè)溝播處理的10 cm地溫高峰從12：30穩(wěn)定到14：30，隨后地溫下降速度低于露地條播處理。露地條播處理的15 cm地溫高峰也出現(xiàn)在14：30，隨后下降；而膜側(cè)溝播處理的15 cm地溫高峰平緩上升，直到16：30時達到高峰。這充分體現(xiàn)了膜側(cè)溝播谷子增溫快、保溫效果佳的特性。

2.3谷子膜側(cè)溝播土壤水分效應(yīng)

由圖2可以看出，土壤深度0～40 cm時谷子膜側(cè)溝播處理的土壤含水量比對照低；土壤深度40 cm以上時谷子膜側(cè)溝播處理的土壤含水量比對照高；土壤深度60 cm左右時土壤含水量最大。

2.4谷子膜側(cè)播種葉綠素SPAD值及光合特性

由圖3可見，2個處理下不同生育時期頂三葉SPAD值表現(xiàn)為旗葉<倒二葉<倒三葉，但在不同播種方式、不同生育時期下表現(xiàn)有所不同，膜側(cè)溝播處理下不同生育時期頂三葉SPAD值不存在顯著差異。

光合作用對作物產(chǎn)量影響很大，是作物生長發(fā)育、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，谷子產(chǎn)量90%以上來自抽穗期以后的光合作用[9-10]。由圖4可以看出，與對照相比，膜側(cè)溝播后旗葉的細胞間隙CO2濃度和氣孔導(dǎo)度增加，光合速率、蒸騰速率、水分利用率都降低；倒二葉的水分利用效率、光合速率升高，其他指標都降低；倒三葉的蒸騰速率、光合速率升高，其他指標都降低。

3結(jié)論與討論

膜側(cè)溝播谷子顯著加快谷子的營養(yǎng)生長和生育進程，比對照露地谷子抽穗期提前4 d，成熟期提前7 d，這對于高寒冷涼地區(qū)谷子免受早霜凍害具有重要意義，且比對照露地條播增產(chǎn)14.18%，為谷子高產(chǎn)栽培奠定基礎(chǔ)，可作為黃土高原旱地谷子高產(chǎn)栽培新模式。

相對露地種植技術(shù)，地膜覆蓋種植方式對耕層地溫提升、保墑集雨作用明顯[11-12]。本試驗條件下，谷子膜側(cè)溝播后前期、中期增溫效果明顯，后期增溫效果小，原因可能是后期谷子植株長高遮陰所致，但在黃土高原地區(qū)前期地溫低、常發(fā)生春旱的情況下，膜側(cè)播種起到了很好的保墑保溫效果，其出苗率比常規(guī)田提高4.8%，對谷子出苗和保全苗具有重要意義[13-18]。

從葉綠素SPAD值和光合特性來看，膜側(cè)溝播后對谷子頂三葉功能進行了重新調(diào)配，表現(xiàn)為頂三葉SPAD值和光合特性的變化，這種調(diào)配可能更有利于產(chǎn)量形成。本研究只進行了一個時期的試驗，下一步須要進行動態(tài)調(diào)查來確定這些生理指標變化對谷子產(chǎn)量的影響。

參考文獻：

[1]張韶軍. 試論干旱半干旱地區(qū)膜側(cè)谷子栽培的前景與對策[J]. 中國農(nóng)機化，2008（5）：51-53.

[2]邢國，王天華，水建兵. 旱地谷子膜側(cè)栽培試驗初報[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，1999（6）：26-27.

[3]姚蕎花. 定西旱作區(qū)谷子膜側(cè)溝播栽培技術(shù)[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2003（4）：29-30.

[4]王向麗. 莊浪縣旱地谷子膜側(cè)條播栽培技術(shù)[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技，2013（8）：58-59.

[5]穆長青. 旱地谷子不同覆膜方式栽培的產(chǎn)量及經(jīng)濟效益分析[J]. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2014（2）：46，52.

[6]Fischer R A，Turner N C. Plant production in the arid and semiarid zones[J]. Annu Rev Plant Phys，1978，29：277-317.

[7]Powle S B. Photo inhibition of photosynthesis induced by visible light[J]. Rev Plant Physiol，1984，35：15-44.

[8]唐啟義，馮明光. 實用統(tǒng)計分析及其DPS處理系統(tǒng)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2002：280-311.

[9]趙榮華，黃明鏡，李萍. 旱地谷子休閑期地膜覆蓋壟作效應(yīng)研究[J]. 生態(tài)農(nóng)業(yè)研究，1998，6（3）：30-32.

[10]劉子會，張紅梅，張艷敏，等. 灌漿期雜交谷子旗葉的光合特性[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2012，21（11）：60-64.

[11]楊紅梅，石龍，王建共. 春谷子地膜覆蓋栽培試驗研究[J]. 山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36（1）：70-72.

[12]郭志利，古世祿. 覆膜栽培方式對谷子（粟）產(chǎn)量及效益的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2000，18（2）：33-39.

[13]穆迎麗，安占銀，馬玉鵬. 糜子膜側(cè)栽培品種比較試驗[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015（1）：79-80.

[14]姜凈衛(wèi)，董寶娣，司福艷，等. 地膜覆蓋對雜交谷子光合特性、產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014（6）：154-158，194.

[15]Li R，Hou X Q，Jia Z K，et al. Effects on soil temperature，moisture，and maize yield of cultivation with ridge and furrow mulching in the rainfed area of the Loess Plateau，China[J]. Agricultural Water Management，2013，116：101-109.

[16]董立國，袁漢民，火勇，等. 膜側(cè)冬麥土壤水分溫度時空變化規(guī)律研究[J]. 節(jié)水灌溉，2007（8）：1-3.

[17]郭景山，李文剛，曹春梅，等. 旱地馬鈴薯覆膜和膜側(cè)種植處理比較試驗[J]. 中國馬鈴薯，2011，25（2）：82-84.

[18]張德奇，廖允成，賈志寬，等. 寧南旱區(qū)谷子地膜覆蓋的土壤水溫效應(yīng)[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（10）：2069-2075.