谷子免間苗技術(shù)的土壤水分閾值研究

黃學(xué)芳++黃明鏡++劉化濤++張偉++張冬梅

摘 要：目的：研究土壤水分、水勢(shì)與谷子出苗率的關(guān)系，為生產(chǎn)應(yīng)用谷子免間苗技術(shù)提供理論依據(jù)。方法：選用2種谷子品種（晉谷29號(hào)、張雜谷5號(hào)），在不同土壤水分條件下研究谷子的出苗規(guī)律及基本全苗的水分臨界閾值，同時(shí)利用土壤水分特征曲線分析土壤水勢(shì)對(duì)谷子出苗的影響。結(jié)果：出苗率達(dá)到80%以上的土壤水分可作為應(yīng)用谷子免間苗技術(shù)的適宜播種指標(biāo)，褐土性壤質(zhì)土表層含水量需達(dá)到11.8%，田間持水量達(dá)到55%以上，土壤水勢(shì)大于-2.15巴。結(jié)論：該研究可以為谷子免間苗技術(shù)的實(shí)施提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：谷子；免間苗；出苗率；土壤含水量；土壤水勢(shì)

中圖分類號(hào) S515 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2016）24-0035-04

Study on Soil Moisture Threshold of Realization of Millet Free Thinning

Huang Xuefang et al.

（Dryland Agriculture Research Center，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030006，China）

Abstract：Purpose：In order to study relationships of soil moisture content and soil water potential and emergence rate of millet，and provide scientific basis for millet free thinning technology on production. Method：It studied the regulations of millet emergence and soil moisture threshold of millet which had the full emergence of two different kind of millet varieties which were Jingu29 and Zhangzagu5 under different soil moisture content，meanwhile，it used the soil water characteristic curve to analyse the effect of soil water potential on millet emergence. Results：The results showed，when the surface moisture content of cinnamon soil of loamy soil reached 11.8%，and the field capacity reached above 55%，and soil water potential was more than -2.15bar，the millet emergence rate could reach more than 80%，and these index could be used as the optimal sowing indicators for the technology of millet free thinning.Conclusions：So it would support scientific basis for carrying out millet free thinning technology.

Key words：Millet；Free thinning；Emergence rate；Soil moisture content；Soil water potential

谷子屬禾本科（Gramineae）狗尾草屬，起源于中國，具有抗旱耐瘠薄、適應(yīng)性廣的特點(diǎn)，是北方旱地主要的適生優(yōu)勢(shì)作物，被譽(yù)為抗災(zāi)救荒作物[1]。土壤水分對(duì)谷子出苗影響很大，“苗全、苗齊、苗壯”是實(shí)現(xiàn)谷子免間苗技術(shù)的基本要求。生產(chǎn)中“保苗”與“間苗”是一對(duì)互相矛盾的事情，為保證谷子全苗，農(nóng)民常采用大播量方式（15～30kg/hm2）[2]，但間苗又成為了一大問題，因?yàn)槌雒鐢?shù)是留苗數(shù)的幾倍甚至十幾倍。為降低谷子“間苗”勞動(dòng)強(qiáng)度，一些研究人員提出了少量、精量播種技術(shù)[2-6]，總體上是通過減少播種量的方式實(shí)現(xiàn)谷子少間苗或免間苗。但若播種量減少，會(huì)提高缺苗斷壟的風(fēng)險(xiǎn)，苗數(shù)不足將影響到谷子免間苗技術(shù)的應(yīng)用效果。作物種子從萌發(fā)到出苗的生育進(jìn)程中，受土壤水分、溫度、通氣等多種因素的影響，而土壤水分是作物出苗的關(guān)鍵因子。Owen研究認(rèn)為，種子萌發(fā)時(shí)，環(huán)境水勢(shì)有一閾值，低于該數(shù)值便不能萌發(fā)[7]。李友[8]開展了谷子出苗試驗(yàn)研究，認(rèn)為谷子出苗對(duì)土壤水分有明顯的閾值反應(yīng)。Hndas等研究表明，作物種子萌發(fā)都存在水勢(shì)閾值，且在種子萌發(fā)和成苗的不同階段對(duì)水分需求也存在差異。山侖等研究也明確指出，種子在萌發(fā)和幼芽生長(zhǎng)階段對(duì)水分的敏感性有極明顯差異[9]。趙術(shù)偉[10]在不同品種谷子出苗率的試驗(yàn)中，得出當(dāng)土壤含水量為16.0%時(shí)，參試品種的出苗率在85%以上。本項(xiàng)研究以褐土性壤質(zhì)土為供試土壤，揭示土壤水分與谷子出苗的關(guān)系機(jī)制，探索谷子基本全苗所需的最低土壤水分指標(biāo)，以期為實(shí)施谷子免間苗技術(shù)安全成苗提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料 供試谷子品種為張雜谷5號(hào)和晉谷29號(hào)；供試土壤褐土性壤質(zhì)土，試驗(yàn)時(shí)土壤過孔徑1cm的土篩；長(zhǎng)38cm×寬22cm×高20cm的塑料箱10個(gè)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)計(jì)5個(gè)土壤水分（重量含水量%）：8%、10%、12%、14%、16%，重復(fù)6次，試驗(yàn)在室內(nèi)進(jìn)行，室內(nèi)溫度控制在25℃。按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，首先將過篩后的土混勻，用鋁盒隨機(jī)取6個(gè)土樣測(cè)定土壤水分，準(zhǔn)確稱取足夠裝塑料箱量的土，在設(shè)定水分基礎(chǔ)上增加0.5%，根據(jù)土重計(jì)算需要加水量并準(zhǔn)確稱量，然后用噴壺將水均勻的噴灑在稱量的土中，噴灑過程中，用鐵鍬不停翻動(dòng)，使土和水混勻，隨后置于塑料布上放好，上面用塑料布蓋好，放置1d，再次用鐵鍬將土翻動(dòng)混勻，再次測(cè)定土壤水分，實(shí)際土壤水分為8.2%、9.6%、11.8%、13.5%、15.2%，與設(shè)定的土壤水分有一定的誤差。根據(jù)塑料箱的體積大小，按照容重1.15計(jì)算每個(gè)塑料箱所需的土量，準(zhǔn)確稱量裝入塑料箱。每個(gè)塑料箱播6行谷子，其中3行為晉谷29號(hào)，3行為張雜谷5號(hào)。每行播種50粒，播種深度4cm。土壤水分特征曲線測(cè)定采用壓力膜法，測(cè)試儀器為美國SEC公司的1500F1型壓力膜儀，水勢(shì)測(cè)定范圍0～15bar。

1.3 測(cè)定指標(biāo) 從谷子播種后，每天記錄各處理出苗情況，以谷子第一葉露出土面1cm為出苗標(biāo)準(zhǔn)[11]。出苗率（%）=[出苗數(shù)/（播種數(shù)×種子發(fā)芽率）]×100。

1.4 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計(jì) 用Excel軟件完成數(shù)據(jù)的整理、繪圖和計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤水分下谷子的出苗率 從土壤水分和谷子出苗率關(guān)系看（圖1），土壤水分對(duì)谷子出苗率的影響顯著。在褐土性壤質(zhì)土上，當(dāng)土壤水分低于8.0%時(shí)，2種谷子基本不出苗，高于11.8%時(shí)可達(dá)到最高出苗率80%以上；土壤水分8.0%～11.8%，谷子出苗率隨土壤水分增加幾乎成直線式上升，說明此區(qū)間是是谷子出苗的水分敏感區(qū)域。此區(qū)域土壤水分變化范圍并不大，但在此水分區(qū)間內(nèi)土壤水分稍有改善，谷子出苗率就有質(zhì)的變化。可見，在水分敏感區(qū)域，只要采取改善種子周圍土壤水分狀況的技術(shù)措施，將會(huì)顯著提高谷子的出苗率，從而達(dá)到保苗所需的苗數(shù)。

2.2 不同土壤水分下谷子的出苗速率 土壤水分是限制谷子出苗速率的重要因素（圖2、圖3）。2種谷子播種4d后都開始出苗，土壤水分≥15.2%時(shí)，出苗最快，第6天時(shí)，2種谷子的出苗率已經(jīng)達(dá)到了80%以上，之后在第9天出苗率達(dá)到最高。在土壤水分11.8%時(shí)，2種谷子都在第5天開始出苗，出苗率達(dá)到最高時(shí)的時(shí)間為第10天，且出苗率都達(dá)到了80%。當(dāng)土壤水分為9.6%時(shí)，2種谷子出苗時(shí)間嚴(yán)重滯后，在第10天才開始出苗，而且出苗率也大大降低，張雜谷5號(hào)、晉谷29號(hào)的最終出苗率分別只有15%、36%。從2種谷子的出苗速率曲線可以看出，不同水分條件下，出苗速率曲線呈現(xiàn)倒L形躍升式、S形躍升式和漸升式增長(zhǎng)3種形式。土壤水分≥13.5%時(shí)，水分充足，完全滿足作物出苗需求時(shí)，谷子出苗率均呈現(xiàn)集中快速倒L形躍升曲線增長(zhǎng)；土壤水分為11.8%時(shí)，水分并不十分充足，谷子出苗率表現(xiàn)出前期緩慢、中期快速的S形躍升式曲線增長(zhǎng)；土壤水分為9.6%時(shí)，出苗率隨時(shí)間呈漸升式曲線形增長(zhǎng)而不出現(xiàn)躍遷增長(zhǎng)，說明此水分條件，已經(jīng)對(duì)谷子發(fā)芽出苗形成嚴(yán)重水分脅迫，加之隨出苗時(shí)間的延長(zhǎng)，土壤水分不斷蒸發(fā)，谷子出苗變得更加困難。從谷子出苗速率與土壤水分的關(guān)系可以看出，谷子快速出苗可以實(shí)現(xiàn)較高的出苗率，也容易在田間形成齊苗、壯苗，為穩(wěn)產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。谷子適宜種植密度的范圍一般情況下不會(huì)太大，較高的出苗率才能滿足谷子免間苗技術(shù)的要求，為確?；救?，可以將出苗率達(dá)到80%的土壤水分確定為適宜水分播種指標(biāo)。從谷子出苗速率曲線看，谷子最終相對(duì)出苗率達(dá)到80%以上的土壤水分需達(dá)到11.8%，才能滿足谷子免間苗技術(shù)的實(shí)施要求。

2.3 土壤水勢(shì)對(duì)谷子出苗的影響 用土壤含水量進(jìn)行環(huán)境和作物生長(zhǎng)關(guān)系的研究，結(jié)果一般無法推廣，這是因?yàn)橄嗤暮肯峦临|(zhì)不同，作物表現(xiàn)有很大不同。相反水勢(shì)一般與土壤性質(zhì)無關(guān)，為此進(jìn)行了水勢(shì)與出苗關(guān)系的分析。試驗(yàn)土壤為褐土性壤質(zhì)土，其土壤水分特征曲線如圖4，經(jīng)擬合，兩者關(guān)系基本呈冪函數(shù)關(guān)系。擬合關(guān)系公式如下：[y=-0.0022x-3.2206]，式中[y]為水勢(shì)，單位巴；[x]為土壤水分（%）。

從土壤水分特征曲線測(cè)定結(jié)果看，隨土壤水分的下降，土壤水勢(shì)先緩慢下降，后加速下降，其變化區(qū)間在21.1%～12%，土壤水勢(shì)下降速度較緩慢，水分變化值9.1%，而土壤水勢(shì)從-0.33巴下降到-2.03巴，水勢(shì)變化值

-1.7巴，變動(dòng)比率為-0.187巴/水分；當(dāng)土壤水分在12%～10%，土壤水勢(shì)下降速度開始加速，土壤水分變化值2.0%，土壤水勢(shì)變化值-1.63巴，變化比率為-0.815巴/水分；當(dāng)土壤水分低于10%，下降到7.3%，土壤水勢(shì)迅速下降，土壤水分變化值僅為2.7%，而土壤水勢(shì)從-3.66巴急劇下降為-15巴，變化值為-11.34巴，變動(dòng)比率為-4.2巴/水分。種子發(fā)芽出苗其環(huán)境水勢(shì)都有一定的閾值，因此當(dāng)土壤水勢(shì)低于一定值時(shí)，谷子的發(fā)芽出苗受到嚴(yán)重脅迫而導(dǎo)致出苗率大幅下降。對(duì)照不同土壤水分對(duì)谷子出苗率的影響（圖1）和土壤水分特征曲線（圖4），可以看出，土壤水分11.8%～8%是谷子出苗的敏感區(qū)域，谷子出苗率隨土壤水分下降幾乎呈直線式下降，而相對(duì)應(yīng)的土壤水勢(shì)也呈現(xiàn)出快速下降趨勢(shì)，說明谷子出苗率下降正是由于土壤水勢(shì)的急劇下降導(dǎo)致的結(jié)果。試驗(yàn)結(jié)果表明，褐土性壤質(zhì)土水分在11.8%時(shí)，谷子的出苗率可以達(dá)到80%以上，而對(duì)應(yīng)的土壤水勢(shì)大約為-2.15巴，說明土壤水勢(shì)低于此值，谷子的出苗率將迅速下降。

3 討論

通過本研究中土壤水分和出苗率之間的關(guān)系分析可知，出苗率80%時(shí)的土壤水分作為谷子免間苗技術(shù)應(yīng)用的適宜播種指標(biāo)較為合適。這是因?yàn)楫?dāng)土壤水分高于此值時(shí)，谷子出苗率較穩(wěn)定；土壤水分低于此值，正是谷子出苗的水分敏感區(qū)域，雖水分變化不大，但出苗率有質(zhì)的差別，穩(wěn)定性差，谷子播種后出苗數(shù)變化太大，不利于免間苗技術(shù)的應(yīng)用。李友提出谷子的出苗率達(dá)到60%即可滿足播種要求[8]，這是基于谷子間苗要求提出的。大量的研究表明，谷子穩(wěn)產(chǎn)或高產(chǎn)的適宜種植密度區(qū)間也不大，適宜最低種植密度是最高種植密度的80%左右。如梁素榮等[12]研究認(rèn)為常規(guī)種谷子高產(chǎn)適宜種植密度為37.5萬～45.0萬株/hm2；劉恩魁等[13]研究指出春播冀谷19的適宜種植密度為52.5萬～67.5萬株/hm2，冀谷31的適宜種植密度為60.0萬～67.5萬株/hm2；郭瑞鋒等[14]研究認(rèn)為大同29號(hào)適宜種植密度為33.0萬～42.0萬株/hm2。當(dāng)谷子出苗率低于80%時(shí)，使用谷子免間苗技術(shù)將會(huì)出現(xiàn)苗數(shù)沒有達(dá)到適宜種植密度要求，最終影響谷子產(chǎn)量。

以往研究作物出苗和水分的關(guān)系，多以土壤重量含水量作為出苗的水分臨界閾值[8，15-16]，所得出的結(jié)論只適合所試驗(yàn)的土壤類型，結(jié)論之間不能互相比較和參考。土壤水勢(shì)一般與土壤性質(zhì)無關(guān)，水勢(shì)值所表達(dá)的含義在不同土壤上基本相同，如-10巴的土壤都很干旱，-0.6巴的土壤都很濕潤(rùn)，因此用土壤水勢(shì)研究得出的適宜播種的水分指標(biāo)，可以應(yīng)用在其它土壤上。另外用田間持水量來建立適宜播種的水分指標(biāo)也有重要參考意義。一般認(rèn)為，-0.33巴的土壤水分即為田間最大持水量，根據(jù)所試驗(yàn)的土壤水分特征曲線，可以換算出其田間最大持水量的土壤水分為21.1%。本試驗(yàn)認(rèn)為11.8%是谷子免間苗實(shí)施的水分閾值，此時(shí)田間持水量約為55%（表1）。這與以往認(rèn)為發(fā)芽出苗適宜的土壤田間持水量為50%有所不同，這可能和以往谷子播種采用大播量有關(guān)。谷子大播量下，即使土壤水分較低，其谷子出苗數(shù)可能也超出了留苗數(shù)。但要實(shí)現(xiàn)谷子免間苗，在播量少的情況下，如土壤水分較低，特別在影響出苗率較大的水分范圍內(nèi)，谷子出苗率波動(dòng)很大，很容易造成谷子留苗數(shù)不足，缺苗斷壟嚴(yán)重，勢(shì)必影響谷子產(chǎn)量，這可能是以往研究中忽略的地方。

4 結(jié)論

通過研究土壤水分和谷子出苗關(guān)系以及水分和水勢(shì)之間的關(guān)系，認(rèn)為實(shí)施谷子免間苗技術(shù)，應(yīng)以谷子出苗率達(dá)到80%以上的土壤水分作為適宜播種指標(biāo)。褐土性壤質(zhì)土上達(dá)到谷子基本全苗的的表層土壤水分需達(dá)到11.8%，此時(shí)田間持水量為55%，土壤水勢(shì)為-2.15巴。

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（責(zé)編：張宏民）