高羊茅種子性狀對供水次數(shù)與施肥期的響應(yīng)

梁丹妮，龔振德，蘭劍*，陳祖春，吳月琴，謝應(yīng)忠，何亞麗

(1.寧夏大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，寧夏 銀川 750021； 2.上海市花卉良種試驗場，上海 201615； 3.上海交通大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240)

高羊茅(Festucaarundinacea)是禾本科羊茅屬多年生草本植物，是國內(nèi)乃至全世界人工草地和草坪種植面積最大的冷季型草坪草之一[1-3]，具有抗逆性強，適應(yīng)性廣及耐粗放管理等特點[4]。改革開放以來，隨著我國經(jīng)濟高速發(fā)展，運動場草坪，城市綠化和生態(tài)建設(shè)也逐漸加快，對高羊茅種子的需求量大大增加。我國尚未建立草種子生產(chǎn)基地，草種子幾乎全部依賴進口[3-5]。關(guān)于高羊茅的種子生產(chǎn)技術(shù)的研究主要集中在不同品種[6-11]、施肥[4-5，10-17]和生長調(diào)節(jié)劑[12-14]對種子產(chǎn)量的影響，以及種子產(chǎn)量與其構(gòu)成因子間的關(guān)系[18-20]，水分供應(yīng)量對高羊茅種子生產(chǎn)的影響則鮮見報道[21-22]，而肥、水兩因素交互作用對種子生產(chǎn)的影響研究則更少。此外，我國最適宜高羊茅種子生產(chǎn)的地區(qū)仍處于探索階段。為此，本試驗在寧夏北部地區(qū)平羅縣采用田間裂區(qū)試驗，研究灌水次數(shù)與施肥期2個試驗因素對高羊茅植株形態(tài)、種子產(chǎn)量及其構(gòu)成因子等的影響，旨在為高羊茅在寧夏地區(qū)的種子生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

試驗地位于寧夏回族自治區(qū)石嘴山市平羅縣陶樂鎮(zhèn)，地理位置為38°81′N，106°68′E，海拔1 110.8 m，地處銀川平原北部，屬大陸性氣候。春旱多風(fēng)，年平均氣溫2.8～16.0 ℃，日溫差13.2 ℃，平均年降水量173.2 mm，年蒸發(fā)量為1 755 mm，年日照時數(shù)3 008.6 h，年無霜期171 d左右。降水量年內(nèi)分配很不均勻，主要集中在7、8、9月，占全年降水量的65%。寧夏北部土壤粘重，土地鹽堿和鹽漬化較嚴重，且臨近黃河灌區(qū)，地下水位較高[23]。試驗地為鹽堿土(土表泛鹽)，pH值約8.8(上海7.9～8.2)，土壤去離子水浸出液電導(dǎo)率為0.4 mS·cm-1，有機質(zhì)7.94 g·kg-1，堿解氮、速效磷、速效鉀含量分別為16.38、3.47、122.81 mg·kg-1。

1 材料與方法

1.1 材料

高羊茅品種滬坪1號(國審編號387)，肥料為鄭州帝益肥業(yè)生態(tài)保護工程股份有限公司生產(chǎn)的帝益牌45%復(fù)合肥(N、P2O5、K2O均15%)和硅肥(≥500 mg·kg-1)。

1.2 方法

試驗設(shè)計。采用兩因素裂區(qū)試驗設(shè)計，主處理為灌水次數(shù)3水平，分別為2、3和4次。水分供應(yīng)主要是黃河水(pH值7.4)和自然降水。副處理為施肥期3水平，分別為春季施肥(簡稱春肥或春)、秋季施肥(簡稱秋肥或秋)、春季與秋季各施50%的2次施肥處理(簡稱“春肥+秋肥”或“春+秋”)。副區(qū)面積為13.8(2.3 m×6 m)m2，計產(chǎn)面積2.3 m2。主處理采用區(qū)組試驗排列，重復(fù)3次。副區(qū)間筑有0.30 m寬小田埂，主區(qū)間筑有0.5 m寬的大田埂，用作處理效應(yīng)的隔離和走道。

高羊茅種子于2014年4月18日播種，條播，行距30 cm，共20行，播種量15 000粒·m-2。每小區(qū)18行，每行12～16叢，以密度較正常的3行計產(chǎn)。

施肥期實施。秋季施肥期為完成小區(qū)第1次移苗補缺后的2015年9月8日，并于當(dāng)天澆灌自來水(pH值7.2)。春季施肥期為2016年5月3日，3 d后引灌黃河水(第2次供水，簡稱二水)。春肥和秋肥一次性施肥量為45%復(fù)合肥465 kg·hm-2，SiO2含量46%的硅肥247.8 kg·hm-2。“秋+春”分秋季和春季2次施入，每次施入50%的上述施肥量。

供水次數(shù)實施。水分供應(yīng)主要是黃河水(pH值7.4)，第1次返青期供水(頭水)在2016年4月1日，同年5月6日(抽穗期)第2次供水，引黃灌溉水深達10 cm后，封閉2次供水主區(qū)處理的進水口。5月24日(拔節(jié)期)進行第3次供水，封閉供水3次的主區(qū)處理進水口。第4次供水為6月19日，此期為高羊茅的盛花期。

田間管理。試驗實施期間人工除雜草3次，闊葉雜草控制較好，但仍受冰草(Agropyroncristatum)和馬齒莧(Portulacaoleracea)的危害，雜草蓋度在區(qū)組間變異較大(5%～15%)。

1.3 測定指標

株高和穗長。于收獲籽粒提前1 d在每副區(qū)隨機抽取5株進行基部營養(yǎng)枝(無效分蘗)高度、青穗(未成熟)生殖枝株高和穗長的測定，以5株的平均數(shù)為副區(qū)代表值進行方差分析。

生殖枝數(shù)。試驗小區(qū)2/3種子進入完熟期時，在各小區(qū)隨機取0.165 m2計算其生殖枝數(shù)，重復(fù)3次，以其平均數(shù)折算出單位面積的生殖枝數(shù)。

小花數(shù)/小穗。于盛花期取樣，每副區(qū)取3穗，密閉保存保持水分，于室內(nèi)計數(shù)考察。

穗粒數(shù)和穗粒重。于種子蠟熟后收獲前1 d取樣，每副區(qū)隨機取3個穗子，分別裝于3個信封內(nèi)，帶回實驗室置于通風(fēng)處晾干，進行人工脫粒、手工清選，分別計數(shù)和稱重，以穗粒數(shù)和穗粒重折算千粒重。

癟籽率。對單穗籽粒進行手工清選，對清選前后的每穗籽粒稱重，得到每穗全籽籽粒和飽滿籽粒重量，單穗水平上的癟籽率占全部籽粒重量的比值即為癟籽率。

種子產(chǎn)量。按副區(qū)收獲穗子，在曬場自然干燥后單打單收。用簸箕人工顛簸清選籽粒，稱取飽滿籽粒的重量，折算單產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2015數(shù)據(jù)整理和制圖，用DPS 14.5軟件進行方差分析和LSD法對各處理平均數(shù)進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對植株形態(tài)的影響

2.1.1 植株色澤

2015年9月8日(秋)實施各施肥量處理后，于當(dāng)年的10月中旬就表現(xiàn)出肥效，植株色澤以秋季一次性施肥處理為深綠，秋季使用一半肥料量的處理(秋+春)為中綠，秋季不施肥的處理(春)為黃綠。至來年春季(2016年4月6日)觀測時，秋肥引起的色澤差異已不明顯，不同春肥施肥量間的效應(yīng)沒有秋肥的效應(yīng)明顯。供水次數(shù)對植株色澤的影響不明顯。

2.1.2 株高和穗長

不同施肥期對營養(yǎng)枝株高、青穗生殖枝株高存在顯著性差異。營養(yǎng)枝高度以春季一次性施肥(25.7 cm)顯著高于秋季一次性施肥和春、秋兩季分施的處理(秋+春)平均數(shù)(20.3 cm)的27%(圖1)。青穗生殖枝高度以春季一次性施肥顯著高于秋季一次性施肥(秋)和春、秋兩季分施的處理(秋+春)(圖2)。青穗穗長也以春季一次性施肥的(21.2 cm)高出另2個施肥期的平均數(shù)(18.1 cm)的17%(圖3)，但施肥期處理間差異不顯著。

無相同小寫字母表示柱間差異顯著(P<0.05)。圖2～5同。圖1 不同施肥期對營養(yǎng)枝高度的影響

圖2 不同施肥期青穗生殖枝高度的比較

圖3 施肥期處理對青穗長度的影響

營養(yǎng)枝高度、青穗(未成熟)生殖枝高度、黃穗(成熟)生殖枝高度、青穗穗長和黃穗穗長的全試驗的平均值分別為22、101、109、19和20 cm。

2.2 對籽粒產(chǎn)量的影響

圖4顯示，不同施肥期對飽滿籽粒的影響不顯著。飽滿籽粒產(chǎn)量在不同施肥期間以春肥處理產(chǎn)量最高，比秋肥和“秋+春”兩季分開施肥處理的平均值高出25%。

圖4 施肥期處理對飽滿籽粒產(chǎn)量的影響

2.3 對籽粒產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

不同供水次數(shù)對穗小花數(shù)的影響顯著。圖5表明，供水3和4次的小花數(shù)間無顯著差異，但顯著高于供水2次。

圖5 灌水次數(shù)對每小穗小花數(shù)的影響

供水次數(shù)與施肥期兩因子的互作效應(yīng)對癟籽率的影響顯著。9個處理組合平均數(shù)的多重比較結(jié)果(圖6)表明，供水4次下秋季施肥的癟籽率最高(25%)，顯著高于春肥和“春+秋”處理的癟籽率。供水2和3次內(nèi)不同施肥期的癟籽率間無顯著差異。全試驗的平均癟籽率為15%。

同供水次數(shù)無相同小寫字母表示柱間差異顯著(P<0.05)。圖6 供水次數(shù)和施肥期組合對癟籽率的影響

2.4 最佳處理組合的確定

實現(xiàn)籽粒高產(chǎn)是本研究的主要目標。由于供水次數(shù)和施肥期兩因子互作對籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響均不顯著(表1)，最佳處理組合即為兩因子籽粒產(chǎn)量最高水平的組合，即供水3次和春季一次性施肥。該處理組合的籽粒產(chǎn)量為1 957 kg·hm-2，其生殖枝數(shù)5.19×106·hm-2，每穗小穗數(shù)66.7個，每小穗小花數(shù)6.9個，穗粒數(shù)156.4粒，千粒重2.32 g。

3 小結(jié)與討論

3.1 供水期和供水量

我國西北地區(qū)對高羊茅種子生產(chǎn)田供水技術(shù)的研究已有少量報道。徐榮等[21]在寧夏銀川地區(qū)對高羊茅種子生產(chǎn)田的灌水次數(shù)試驗結(jié)果顯示，于高羊茅返青期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期灌水4次，每次灌水量9 cm(900 m3·hm-2)可取得最高籽粒產(chǎn)量(3 460 kg·hm-2)。蔣金平等[22]灌溉試驗結(jié)果表明，灌水3次能取得高羊茅最高種子產(chǎn)量(997 kg·hm-2)。本研究供水次數(shù)增至3和4次對每小穗小花數(shù)的提高并未帶來收獲時期的穗粒數(shù)的顯著提高。理論上，每穗小穗數(shù)×每小穗小花數(shù)即為每穗粒數(shù)。供水2、3、4次處理下實際每穗粒數(shù)比理論每穗粒數(shù)分別下降58%、59%和62%，這應(yīng)該是成熟期種子的自然脫落率。籽粒易脫落習(xí)性掩蓋了供水次數(shù)對穗粒數(shù)的影響。本研究中供水次數(shù)對籽粒產(chǎn)量及其產(chǎn)量因素的影響顯著，究其原因可能是試驗地距引黃灌渠較近，地下水位高，此外試驗期間的自然降水(雪)對試驗的控制供水造成影響。如果本試驗實施在特別干旱的年份或常年非常干旱的地區(qū)，灌水次數(shù)將是影響收成有無的關(guān)鍵因素。

表1 供水次數(shù)和施肥期的處理組合籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因子平均數(shù)的比較

3.2 施肥期和施肥量

關(guān)于施肥對高羊茅種子產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響，國內(nèi)外已有較多報道。研究表明，高羊茅施肥水平為N 37～150 kg·hm-2、P2O529～225 kg·hm-2、K2O 100 kg·hm-2，籽粒產(chǎn)量為1 438～3 522 kg·hm-2[2，12]。李彩霞等[11]研究表明，不同基因型高羊茅的種子產(chǎn)量在上海地區(qū)秋季施用有效氮磷鉀各131 kg·hm-2，8個基因型的平均籽粒產(chǎn)量為1 361 kg·hm-2。本研究春施有效氮磷鉀各70 kg·hm-2，獲得滬坪1號高羊茅最高籽粒產(chǎn)量平均數(shù)為1 773 kg·hm-2，其施肥量和籽粒產(chǎn)量都屬于記錄中的中下水平。這一小區(qū)試驗單產(chǎn)水平已達到美國大面積籽粒生產(chǎn)的高產(chǎn)水平[1-3]，也比試驗地區(qū)大區(qū)種子生產(chǎn)水平(600～900 kg·hm-2)高出1倍以上。究其原因，一是小區(qū)試驗比大面積生產(chǎn)的田間管理水平較高，雜草密度較低；二則是試驗以小區(qū)為單位分打分收，籽粒收獲過程中散落損失較小。

施肥對植株形態(tài)的影響及其應(yīng)用價值研究報道較少。李彩霞等[10-11]在上海地區(qū)的研究結(jié)果表明，若秋肥充足且不過量，首先表現(xiàn)在年前植株的色澤上，以年前植株色澤中綠為籽粒高產(chǎn)植株的營養(yǎng)體特征，可用于指導(dǎo)施肥。成熟株的生殖枝株高顯著高于未成熟株株高，且未成熟生殖枝的籽粒產(chǎn)量較低，收獲時可忽略下層的未成熟生殖枝，以保證種子質(zhì)量。本研究結(jié)果表明，色澤差異以秋肥施用的不同施肥量間差異明顯。秋肥的色澤效果與李春霞等[10-11]的結(jié)果相同，但這一結(jié)果在寧夏地區(qū)卻沒有應(yīng)用價值。寧夏地區(qū)冬季植株地上部枯亡，進入休眠，來年春季的色澤差異卻又不明顯，不能用于指導(dǎo)施肥。

馬春暉等[4]在新疆塔里木地區(qū)結(jié)果表明，以秋季施用120 kg·hm-2氮肥和春季追施60 kg·hm-2氮肥的施肥方案明顯提高生殖枝數(shù)密度，從而提高種子產(chǎn)量。徐榮等[21]在寧夏銀川地區(qū)試驗結(jié)果表明，施氮肥90 kg·hm-2(秋+春各45 kg·hm-2)種子產(chǎn)量達到最高，且與對照相比生殖枝數(shù)等指標顯著增加。周震恒等[20]研究結(jié)果表明，秋季施肥顯著提高有效分蘗(生殖枝密度)。本試驗研究結(jié)果表明，施肥期間生殖枝數(shù)差異不顯著，說明在寧夏北部地區(qū)待高羊茅植株返青后對其進行施肥可促進單位面積上的生殖枝數(shù)的增加，進而增加種子產(chǎn)量。秋季施肥雖明顯促進冬前植株生長，但經(jīng)過冬季休眠，植株地上部消亡，秋肥效應(yīng)未能持續(xù)到來年再生，有效分蘗數(shù)明顯低于返青后施肥(春肥)。本研究顯示，營養(yǎng)枝株高與青穗株高和穗長性狀以春季一次性施肥顯著較高，反映了春季施肥有利營養(yǎng)生長，但未造成對生殖生長的不利影響，籽粒產(chǎn)量也表現(xiàn)為最高。

3.3 肥水互作效應(yīng)

施肥期和供水次數(shù)兩因素均衡搭配和全面實施的試驗結(jié)果較少。王佺珍等[23]在甘肅酒泉進行的施氮量、施磷量、灌溉水量(5次)和植株密度4因子的綜合試驗結(jié)果表明，籽粒高產(chǎn)的處理組合為保持種子直播建成的基礎(chǔ)莖蘗密度(不稀疏莖蘗)、于植株孕穗期施氮153 kg·hm-2和P2O563 kg·hm-2、在全生育期內(nèi)灌水5次，每次灌水量12 cm。本研究表明，施肥期和供水次數(shù)兩因子互作效應(yīng)僅對單穗上癟籽粒率有顯著影響，以春季施肥和供水4次處理組合的癟籽率最高，說明晚施肥和供水次數(shù)多影響籽粒灌漿。本試驗于2015年在寧夏平羅地區(qū)的高羊茅種子生產(chǎn)試驗經(jīng)驗表明，灌水次數(shù)超過3次，于籽粒灌漿后期繼續(xù)灌水，每次灌水量10 cm左右，會促使植株貪青，使未成熟的生殖枝高度超過成熟的生殖枝高度，影響成熟整齊度。這與游明鴻等[24]報道相似，灌漿后期灌水不利于籽粒成熟。本研究供水次數(shù)與施肥期的互作效應(yīng)對籽粒產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素均無顯著影響，因此，最佳處理組合則為兩試驗因素最佳水平的組合，即以平均產(chǎn)量最高的灌水3次處理和春季一次性施肥為最佳處理組合。

3.4 小結(jié)

在寧夏平羅地區(qū)適合于高羊茅籽粒高產(chǎn)的施肥和供水技術(shù)為分別于高羊茅的返青期、孕穗期和齊穗期供水(總計供水3次)，每次供水量5～10 cm和春季一次性施用N 70 kg·hm-2、P2O270 kg·hm-2、K2O 70 kg·hm-2和46%的硅肥247.8 kg·hm-2。該處理組合穗數(shù)(生殖枝數(shù))為5.19×106hm-2，每穗小穗數(shù)66.7個，每小穗小花數(shù)6.9個，穗粒數(shù)為156.4粒，飽滿籽粒千粒重2.32 g，飽滿籽粒產(chǎn)量1 957 kg·hm-2。