不同生育階段灌水處理對谷子生長發(fā)育的調(diào)控效應(yīng)

董孔軍，何繼紅，任瑞玉，劉天鵬，馮克云，南宏宇，張　磊，楊天育

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所， 甘肅 蘭州 730070)

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不同生育階段灌水處理對谷子生長發(fā)育的調(diào)控效應(yīng)

董孔軍，何繼紅，任瑞玉，劉天鵬，馮克云，南宏宇，張磊，楊天育

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所， 甘肅 蘭州 730070)

在敦煌年降雨量39 mm條件下，研究了拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期不同生育階段灌水處理對谷子農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響。試驗結(jié)果表明：不同生育階段灌水對谷子主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量都有較大影響，與全生育期不灌水相比，拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期各灌1次水處理谷子生育期縮短5.4 d，株高增高51.1 cm，穗長增長1.2 cm，株穗重、株粒重和株草重分別增重14.2、12.3 g和3.1 g，產(chǎn)量增加225.85 kg·666.7m-2；全生育期不灌水處理谷子產(chǎn)量最低，僅105.78 kg·666.7m-2，抽穗期和灌漿期共灌2次水，拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期共灌3次水和抽穗期僅灌1次水各處理，產(chǎn)量分別達(dá)339.91、331.64 kg·666.7m-2和288.31 kg·666.7m-2，灌2次水產(chǎn)量最高。 表明抽穗期灌水對谷子產(chǎn)量形成影響最為顯著?；疑P(guān)聯(lián)度分析表明，單株粒重、單株穗重和主穗長與產(chǎn)量相關(guān)性最為密切。

谷子；灌水處理；農(nóng)藝性狀；產(chǎn)量

谷子是起源于中國的古老農(nóng)作物，也是我國北方旱薄地主要糧食作物，其栽培歷史悠久，遺傳資源豐富[1]。谷子根系發(fā)達(dá)[2]，受旱后補(bǔ)償效應(yīng)明顯[3]，在禾本科作物中表現(xiàn)出較為突出的抗旱性[4]。在干旱半干旱地區(qū)，限制谷子產(chǎn)量提高的主要因子是農(nóng)田水分虧缺[5]，不同谷子品種不同生育階段對水分虧缺的響應(yīng)存在較大差異，李萌梅[5-6]、溫琪汾等[7]對我國部分農(nóng)家品種和育成品種進(jìn)行了苗期抗旱性鑒定并對抗旱能力進(jìn)行分級，篩選出一批抗旱種質(zhì)；張錦鵬[8]和朱學(xué)海等[9]對谷子品種萌芽期抗旱性進(jìn)行鑒定并提出相對發(fā)芽率、相對根長可以作為谷子芽期抗旱的指標(biāo)；張文英等[10-11]利用抗旱指數(shù)法對谷子品種全生育期抗旱性進(jìn)行了研究，提出相對根干重、相對單穗重、相對株高和氣孔導(dǎo)度可以作為全生育期抗旱鑒定的參考指標(biāo)。前人對旱作區(qū)谷田的水分利用效率也進(jìn)行了大量研究，結(jié)果表明地膜覆蓋種植能明顯提高谷田的水分利用效率，進(jìn)而獲得較高產(chǎn)量[12-18]，旱作谷田補(bǔ)充灌水可以改變谷子的形態(tài)特征，影響谷子生長發(fā)育進(jìn)程和品質(zhì)與產(chǎn)量提高[19-20]。上述研究對認(rèn)識谷子品種不同階段對水分虧缺的響應(yīng)、利用栽培措施改善谷田水分供給提高谷子產(chǎn)量和品質(zhì)提供了科學(xué)依據(jù)，但很少涉及不同生育階段谷田補(bǔ)充灌水對谷子生長發(fā)育的影響研究，本文通過研究谷子不同生育階段灌水處理對谷子農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的影響，旨在探討旱作谷田補(bǔ)充灌溉的適宜時期，為旱作谷田高產(chǎn)栽培提供科學(xué)依據(jù)。

1　試驗材料及方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2014年在甘肅省敦煌市甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院敦煌試驗站進(jìn)行(東經(jīng)94°43′，北緯40°08′)，該區(qū)屬于典型的暖溫帶干旱型氣候，海拔1 187 m，年均降水量39 mm左右，年均蒸發(fā)量2 486 mm，干燥度19.6，年平均氣溫9.4℃，年均無霜期142 d，年日照時數(shù)3 246.7 h。試驗地土壤為灌淤土。

1.2試驗設(shè)計與試驗材料

試驗品種為隴谷13號。試驗采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積12 m2。谷子不同生育階段灌水處理設(shè)計8個水平，分別是： T0(全生育期不灌水)、 T1-1(拔節(jié)期灌水)、 T1-2(抽穗期灌水)、 T1-3(灌漿期灌水)、 T2-12(拔節(jié)期+抽穗期灌水)、 T2-13(拔節(jié)期+灌漿期灌水)、 T2-23(抽穗期+灌漿期灌水)、 T3(全生育期充足灌水)(表1)，不同處理間設(shè)1 m寬防滲帶，灌水方法采用管灌，水表計量。播前整地時施N 211 kg·666.7m-2、P2O513 kg·666.7m-2、K2O 7 kg·666.7m-2作為底肥，谷子全生育期不再追肥。4月12日播種，播種一周前為保證出苗統(tǒng)一灌60 m3·666.7m-2的底墑水，基本苗為3萬株·666.7m-2。

1.3測定項目及方法

觀察記載生育期，成熟后各處理每小區(qū)中間連續(xù)取樣10株，參照《谷子種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[21]，分別對株高、主穗長、單株穗重、單株粒重、千粒重及單株草重6個性狀進(jìn)行室內(nèi)考種，并收獲各小區(qū)測定產(chǎn)量，以3次重復(fù)平均作為各處理性狀指標(biāo)的代表值。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel整理數(shù)據(jù)，采用DPS[22]進(jìn)行方差分析及關(guān)聯(lián)度分析。

表1　試驗設(shè)計

2　結(jié)果與分析

2.1不同生育階段灌水處理對谷子產(chǎn)量的影響

從表2可見，谷子不同生育階段灌水抽穗+灌漿期灌水處理和全生育期充足灌水處理產(chǎn)量最高，分別為339.91 kg·666.7m-2和331.64 kg·666.7m-2，方差分析表明，兩水平間產(chǎn)量差異不顯著，但與其它處理間產(chǎn)量差異極顯著；拔節(jié)期灌水處理和全生育期不灌水處理產(chǎn)量最低，產(chǎn)量分別為113.36 kg·666.7m-2和105.78 kg·666.7m-2，兩處理間產(chǎn)量差異不顯著。不同階段灌水處理產(chǎn)量大小順序為抽穗期灌水處理>灌漿期灌水處理>拔節(jié)期灌水處理，說明抽穗期、灌漿期和拔節(jié)期水分供給雖然都對谷子產(chǎn)量有影響，但抽穗期水分供給的影響更大。

表2　不同處理產(chǎn)量結(jié)果

注：**表示1%水平上差異顯著。

Note: ** indicates a significant difference at the 0.01 level.

2.2不同生育階段灌水處理對谷子主要農(nóng)藝性狀的影響

從表3看出，灌水處理后株高、穗長、株穗重、株粒重等主要農(nóng)藝性狀都有較大提高，不同階段灌水處理對谷子不同農(nóng)藝性狀的影響不同。多重比較分析結(jié)果顯示，拔節(jié)期灌水處理下植株明顯增高，株草重明顯增加，表明拔節(jié)期是谷子植株生長的關(guān)鍵期，該時期灌水處理有利于促進(jìn)植株生長，增加單株產(chǎn)草量；拔節(jié)期不灌水處理谷子穗長最短，接近全生育期不灌水處理，而抽穗期灌水處理穗長最長，表明拔節(jié)期和抽穗期對谷子穗分化和發(fā)育有重要影響，拔節(jié)期和抽穗期是谷子營養(yǎng)與生殖生長并進(jìn)期；抽穗期和灌漿期灌水處理谷子的株穗重、株粒重明顯增加，說明這一階段對谷子籽粒形成影響較大，是谷子粒重增加的關(guān)鍵時期。不同階段灌水處理對谷子千粒重的影響較小，說明千粒重是一個相對穩(wěn)定的性狀。

2.3不同生育階段灌水處理對谷子生育期的影響

從表4可以看出，灌漿期灌水處理谷子平均生育期最長達(dá)134.4 d，抽穗期不灌水處理谷子生育期最短只有122.3 d，其他處理生育期在129.4～126.7 d之間。谷子灌漿期灌水生育期最長可能因為灌水造成谷子發(fā)育延緩使成熟時間加長，而抽穗期不灌水生育期最短則可能因為不灌水促使谷子早衰使成熟時間縮短。把谷子整個生育期劃分成出苗-抽穗、抽穗-成熟兩個階段，全生育期不灌水處理出苗-抽穗時間最長(95.3 d)，而抽穗-成熟時間最短(34.1 d)，這可能是由于不灌水使谷子“卡脖旱”抽穗推遲，出苗-抽穗的時間拉長，而后期谷子早衰抽穗-成熟時間縮短。

表3　不同處理對谷子農(nóng)藝性狀的影響

注：** 表示1%水平上差異顯著，*表示5%水平上差異顯著。

Note: ** indicates a significant difference at the 0.01 level and * indicates a significant difference at the 0.05 level.

2.4主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度分析

以產(chǎn)量為母序列，株高、穗長、株穗重、株粒重、株草重、千粒重、生育期為子序列，對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，當(dāng)分辨系數(shù)0.1，分析參數(shù)△min=0時計算不同處理下各性狀與產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度。從表5可以看出，全生育期不灌水處理與產(chǎn)量密切相關(guān)的性狀是單株粒重和單株穗重，拔節(jié)期灌水處理與產(chǎn)量密切相關(guān)的性狀是主穗長、千粒重和株高，抽穗期灌水處理與產(chǎn)量密切相關(guān)的性狀是單株穗重和單株粒重，灌漿期灌水處理與產(chǎn)量密切相關(guān)的性狀是單株粒重、主穗長和單株穗重；不同性狀對產(chǎn)量貢獻(xiàn)關(guān)聯(lián)度大小排序依次為單株粒重>單株穗重>主穗長>株高>千粒重>株草重>生育期，說明單株粒重、單株穗重和主穗長與產(chǎn)量密切相關(guān)，是灌水處理影響谷子產(chǎn)量的主要性狀，而對單株粒重和單株穗重影響最大的灌水時期是抽穗期和灌漿期，這也說明谷子抽穗期和灌漿期是谷子產(chǎn)量形成關(guān)鍵時期。

表4　不同處理對谷子生育期的影響

3　結(jié)論與討論

3.1不同生育階段灌水處理對谷子主要農(nóng)藝性狀的影響

作物不同生育階段對缺水的反應(yīng)很大[23]，水分虧缺對與作物產(chǎn)量密切相關(guān)的生理過程影響的先后順序為：生長—蒸騰—光合—運(yùn)輸[24]。水分虧缺條件下水稻株高和分蘗數(shù)都受到了不同程度的抑制，穗長縮短，空秕粒增加，結(jié)實率下降，千粒重低，產(chǎn)量下降[24]。玉米生育前期干旱脅迫使生育進(jìn)程明顯延緩，嚴(yán)重干旱脅迫可使抽雄、吐絲期較水分充足滯后4 d左右，并引起成熟期推遲[25]。干旱脅迫下不同色彩棉花的單株成鈴數(shù)、單鈴重、株高、花鈴期葉片數(shù)、有效果枝數(shù)、收獲指數(shù)、果節(jié)數(shù)、籽指、莖粗和果莖節(jié)間長度減少，衣分增加[26]。

表5　各農(nóng)藝性狀對產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度

谷子拔節(jié)期以營養(yǎng)生長為主，灌漿期則是以籽粒干物質(zhì)積累為主的生殖生長，抽穗期是營養(yǎng)與生殖生長并存的階段，三個不同階段灌水處理對谷子生長發(fā)育有顯著影響。株高、株草重等性狀建成的關(guān)鍵期在拔節(jié)期，拔節(jié)期灌水明顯增加了谷子的株高、株草重，拔節(jié)期干旱脅迫則明顯減小株高、株草重，這與張文英等的研究結(jié)果基本一致[27]。穗的形成與分化在營養(yǎng)生長與生殖生長并進(jìn)階段，即谷子抽穗前后，拔節(jié)期和抽穗期灌水處理都對其有顯著影響，這兩個時期灌水處理影響穗長。灌漿期籽粒形成是生殖生長的主要特征，與籽粒形成相關(guān)的性狀有單株粒重、單株穗重，灌漿期水分處理對其影響顯著高于對其它性狀的影響。千粒重是與品種密切相關(guān)的性狀，代表了品種獨有特性，與水分處理的關(guān)系不密切。

3.2谷子產(chǎn)量形成的水分敏感期

作物的生長最終要反映到產(chǎn)量上，這既是物種繁衍生息的自身要求，也是作物生長的外在表現(xiàn)與人們對經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的追求。不同作物對水分需求的關(guān)鍵時期存在差異，即水分敏感期不同。水稻對水分最為敏感的時期是抽穗開花期[28]，孕穗期也應(yīng)保持土壤濕潤狀態(tài)[29]，否則造成一定程度減產(chǎn)；冬小麥的需水關(guān)鍵期為拔節(jié)期[30-31]；制種玉米的水分敏感時期為母本吐絲期>大喇叭口期>灌漿中期[32]。谷子產(chǎn)量密切相關(guān)的性狀是株粒重、株穗重，而對株粒重效應(yīng)最大的水分處理時期是灌漿期和抽穗期，對株穗重效應(yīng)最大的水分處理時期是抽穗期和灌漿期，因此谷子抽穗期和灌漿期是水分需求的關(guān)鍵時期，該時期水分虧缺影響谷子的籽粒的建成和干物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)，是谷子產(chǎn)量形成的水分敏感期。

[1]游修齡.黍粟的起源及傳播問題[J].中國農(nóng)史，1993，12(3):1-13．

[2]劉為紅，孫黛珍，盧布，等．谷子根系生長發(fā)育規(guī)律及及環(huán)境條件對其影響的研究[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1996，14(2):20-25．

[3]郭賢仕．谷子旱后的補(bǔ)償效應(yīng)研究[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1999，10(5):563-566．

[4]張錫梅，徐勇．谷子、糜子、高粱、玉米抗旱品種氣孔擴(kuò)散阻力、蒸騰速率、葉水勢關(guān)系的研究[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1987，(3):80-85．

[5]李蔭梅．谷子(粟)品種資源抗旱性鑒定研究[J]．華北農(nóng)學(xué)報，1991，6(3):20-25．

[6]李蔭梅．苗期反復(fù)干旱法鑒定谷子抗旱性的可靠性與實用性[J]．河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，1992，(4):9-11．

[7]溫琪汾，王綸，王星玉．山西省谷子種質(zhì)資源及抗旱種質(zhì)的篩選利用[J]．山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，33(4):32-33．

[8]張錦鵬，王茅雁，白云鳳，等．谷子品種抗旱性的苗期快速鑒定[J]．植物遺傳資源學(xué)報，2005，6(1):59-62．

[9]朱學(xué)海，宋燕春，趙治海，等．用滲透劑脅迫鑒定谷子芽期耐旱性的方法研究[J]．植物遺傳資源學(xué)報，2008，9(1):62-67．

[10]張文英，智慧，柳斌輝，等．谷子全生育期抗旱性鑒定及抗旱指標(biāo)篩選．植物遺傳資源學(xué)報，2010，11(5):560-565．

[11]張文英，智慧，柳斌輝，等．谷子孕穗期抗旱指標(biāo)篩選[J]．植物遺傳資源學(xué)報，2012，13(5):765-772．

[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]蔣駿，王俊鵬，賈志寬．寧南旱地谷子地膜穴播栽培試驗初報[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1999，17(2):31-36．

[14]張德奇，廖允成，賈志寬，等．寧南旱區(qū)谷子集水保水技術(shù)效應(yīng)研究[J]．中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2006，14(4):51-53．

[15]張德奇，廖允成，賈志寬，等．旱地谷子集水保水技術(shù)的生理生態(tài)效應(yīng)[J]．作物學(xué)報，2006，32(5):738-742．

[16]楊開寶，李景林，吳存良，等．陜北地區(qū)谷子雙料溝壟組合覆蓋增產(chǎn)機(jī)理[J]．西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，2001，10(4):63-66，79．

[17]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．

[18]董孔軍，楊天育，何繼紅，等．西北旱作區(qū)不同地膜覆蓋種植方式對谷子生長發(fā)育的影響[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2013，31(1):36-40．

[19]周廣業(yè)，孫志強(qiáng)，曹亞芬．黃土旱塬施肥和集雨補(bǔ)灌的效應(yīng)研究[J]．水土保持研究，2003，10(1):106-109.

[20]何繼紅，董孔軍，楊天育．控水補(bǔ)灌對旱地谷子品質(zhì)的影響[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2008，26(3)：55-59．

[21]陸平．谷子種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[M]．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2006:38-47．

[22]唐啟義，馮明光．實用統(tǒng)計分析及其計算機(jī)處理平臺[M]．北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，1997:46-70．

[23]山侖，徐萌．節(jié)水農(nóng)業(yè)及其生理生態(tài)基礎(chǔ)[J]．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1992，2(1):70-76．

[24]張衛(wèi)星，朱德峰．水分虧缺對水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量和稻米品質(zhì)影響的相關(guān)研究[J]．中國稻米，2007，(5):1-4．

[25]白莉萍，隋方功，孫朝暉，等．土壤水分脅迫對玉米形態(tài)發(fā)育及產(chǎn)量的影響[J]．生態(tài)學(xué)報，2004，24(7):1556-1560．

[26]陳玉梁，石有太，羅俊杰，等．干旱脅迫對彩色棉花農(nóng)藝、品質(zhì)性狀和水分利用效率的影響[J]．作物學(xué)報，2013，39(11):2074-2082．

[27]張文英，楊立軍，田再明，等．苗期水分脅迫對谷子主要農(nóng)藝性狀的影響[J]．河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，16(9):1-3．

[28]司昌亮，盧文喜，侯澤宇，等．水稻各生育階段分別受旱條件下產(chǎn)量及敏感系數(shù)差異研究[J]．節(jié)水灌溉，2013，(7):10-15．

[29]蔡亮，姜洋．水稻不同需水關(guān)鍵期適宜灌水下限指標(biāo)研究[J]．灌溉排水學(xué)報，2010，29(6):94-96，104．

[30]夏國軍，閻耀禮，程水明，等．旱地冬小麥水分虧缺補(bǔ)償效應(yīng)研究[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2001，19(1):79-82．

[31]房全孝，陳雨海．節(jié)水灌溉條件下冬小麥耗水規(guī)律及其生態(tài)基礎(chǔ)研究[J]．華北農(nóng)學(xué)報，2003，18(3):18-22．

[32]樊廷錄，楊珍，王建華，等．灌水時期和灌水量對甘肅河西玉米制種產(chǎn)量和水分利用的影響[J]．干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2014，32(5):1-6．

Effects of irrigation on growth and development of foxtail millet at different growth stages

DONG Kong-jun, HE Ji-hong, REN Rui-yu, LIU Tian-peng, FENG Ke-yun,NAN Hong-yu, ZHANG Lei, YANG Tian-yu

(Crop Research Institute, Gansu Province Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou, Gansu 730070, China)

In Dunhuang city where annual rainfall is about 39mm, effects of irrigation at different growth stages on main morphological characteristics and yield of foxtail millet were studied. Additionally, gray correlative degree analyses were employed to study the correlations between main morphological characteristics and yield. The result showed that treatment with irrigation three times at jointing, heading and filling stages shortened the growth period by 5.4 days, increased plant height, length of panicle, panicle weight per plant, seed weight per plant, straw weight per plant, and yield per 667m2by 51.1 cm, 1.2 cm, 14.2, 12.3, 3.1 g, 225.85 kg than no irrigation, respectively. Yield by no irrigation treatment during the growth period was only 105.78 kg·666.7m-2. However, treatments with irrigation three times at jointing, heading and filling stages, irrigation two times at heading and filling stages and only irrigation once at heading stage caused high yields of 339.91, 331.6 kg·666.7m-2and 288.31 kg·666.7m-2, respectively. The results demonstrated that irrigation at the heading stage of foxtail millet is most effective. There were close correlations between seed weight per plant, panicle weight per plant, length of panicle and yield by gray correlative degree analysis.

foxtail millet; irrigation treatment; agronomic traits; yield; growth stages

1000-7601(2016)05-0035-05

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.05

2015-07-20

國家科技支撐計劃項目(2014BAD07B01，2013BAD01B05-9)

董孔軍(1979—)，男，甘肅甘谷人，副研究員，主要從事谷子、糜子新品種選育及栽培技術(shù)的研究。 E-mail:broommillet@163.com。

楊天育(1968—)，研究員，碩導(dǎo)，主要從事小雜糧品種選育研究。 E-mail:13519638111@163.com。

S311

A