機播模式下芝麻不同行株距配置的高產效應研究

吳 寅，高桐梅，王東勇，李 豐，田 媛，曾艷娟，衛(wèi)雙玲

(河南省農業(yè)科學院 芝麻研究中心，河南 鄭州 450002)

我國是目前世界上最大的芝麻(SesamumindicumL.)生產國，但近年芝麻種植面積持續(xù)下降，主要原因之一是機械化程度不高。如何利用有限的耕地條件生產優(yōu)質芝麻，是當前亟須解決的問題。近年來，雖然隨著芝麻栽培、育種工作的不斷發(fā)展和農機研究的有序深入，芝麻機械化精量半精量播種技術日臻完善，但實際生產中機播芝麻地塊仍然相對較少，芝麻機械化播種程度也遠遠落后于其他作物，且適應高產的機械化播種科學依據尚顯匱乏。因此，探索適宜機械化播種條件的高產行株距，對于挖掘機械化生產條件下的芝麻產量潛力并加速推廣芝麻機械化播種技術具有重要意義。

目前，在關于行株距配置對芝麻生長發(fā)育及產量的影響方面，前人已經做了不少研究[1-2]。但多集中于密度因素，相關研究結果表明，種植密度對芝麻根系分布[3]、葉片數(shù)[4]、單株葉面積[4-5]、干物質積累[3,6-7]、籽粒品質[2,8-10]和產量及其構成因素均有影響[3,8,11-16]，但研究結果也因生態(tài)條件和芝麻品種的不同而存在差異[2,17-21]。關于不同行株距配置條件下的芝麻產量及產量形成機制研究雖有報道[22-24]，但多集中于芝麻不同種植密度等方面，相同種植密度條件下不同行株距配置的研究頗為少見，而關于機械化播種條件下的行株距配置研究未見報道[24-29]。本研究以當前生產中的主推品種為對象，在芝麻主產區(qū)河南省平輿縣開展不同行株距配置機播模式的高產效應研究，系統(tǒng)探究在不同行株距配置條件下芝麻光合特性和產量及其構成因子，以期為實現(xiàn)芝麻機械化精量播種提供理論依據。

1 材料和方法

試驗于2014年度在河南省農業(yè)科學院芝麻研究中心平輿試驗基地(32°97′74.38″N，114°70′99.58″E)進行。土壤類型為砂姜黑土。試驗基地所在地屬大陸性季風氣候區(qū)，處于亞熱帶向暖溫帶的過渡地帶，兼有2種氣候帶的氣候特征，四季分明，雨熱同季，氣候溫暖，雨水較為充沛。年平均氣溫15 ℃，1月平均氣溫3.6 ℃，最高氣溫14.9 ℃，最低氣溫-2.9 ℃，平均降水量43.8 mm。7月平均氣溫28.6 ℃，最高氣溫38.2 ℃，最低氣溫21.2 ℃，平均降水量140.6 mm。年平均降水量904.3 mm，年平均日照2 016.3 h，無霜期230 d。

1.1 供試材料

供試品種為目前推廣應用面積較大的芝麻品種鄭太芝1號和鄭芝98N09。

1.2 試驗設計

高產試驗面積0.4 hm2。試驗采用三因素隨機區(qū)組設計。行距配置設2個處理，分別為A1(行距均為40 cm，等行距)和A2(行距為50 cm∶30 cm，寬窄行)。株距配置設3個處理，分別為B1(株距16.7 cm)、B2(株距11.11 cm)、B3(株距8.33 cm)。芝麻品種設2個處理，分別為C1(鄭太芝1號)和C2(鄭芝98N09)。試驗共12個處理組合，重復3次(表1)。機械播種，播期5月19日，播量0.2 kg/hm2，播后用乙草胺封閉以防苗期雜草；出苗后定苗1次。芝麻生育前中期，每隔7 d交替噴施多菌靈、蕓薹素、高氯甲維鹽、氯氰菊酯等藥物，以防治芝麻病害、蟲害，其他管理同一般高產田。

1.3 測定項目及方法

1.3.1 葉片光合特性于盛花期測定 在晴朗、無風、光強穩(wěn)定的條件下，于09:30-11:30，每小區(qū)選擇5株長勢一致且受光方向相同的典型植株，每株選定5片功能葉，用LI-6400便攜式光合儀測定凈光合速率(Pn)；用便攜式SPAD-502葉綠素儀測定總葉綠素含量(SPAD值)。以上測定均重復3次，取其平均值進行統(tǒng)計分析。

1.3.2 籽粒產量及其構成因素 成熟時五點取樣，脫粒、計產。同時，臨收獲時選取1 m雙行的植株，進行考種，計算單位面積上的蒴數(shù)、蒴粒數(shù)和千粒質量。

1.3.3 品質分析 粗蛋白含量采用凱氏定氮法測定；粗脂肪含量采用索式提取法測定。

1.4 數(shù)據處理

運用Microsoft Excel 2003和SPSS 17對數(shù)據進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同行株距配置對芝麻光合性能的影響

2.1.1 不同行株距配置對芝麻功能葉葉綠素含量的影響 圖1表明，不同行株距配置對不同品種芝麻葉綠素含量的影響不同，其中，鄭太芝1號的葉綠素含量為42.3～52.3，鄭芝98N09為45.1～55.0。就不同品種的變化規(guī)律而言，等行距條件下，鄭太芝1號的葉綠素含量小于鄭芝98N09，寬窄行條件下有所不同。就不同行株距配置條件下的變化規(guī)律而言，鄭太芝1號呈現(xiàn)出隨株距減小葉綠素含量降低的趨勢，而鄭芝98N09則呈現(xiàn)出隨株距減小葉綠素含量先升高后降低的變化趨勢。而就不同行距對葉綠素含量的影響來看，不同品種表現(xiàn)不同，其中，鄭太芝1號在株距為16.7,8.33 cm條件下均表現(xiàn)出等行距配置小于寬窄行配置，而鄭芝98N09僅在株距為8.33 cm條件下等行距配置的葉綠素含量小于寬窄行配置，其余株距條件下與之相反。其中，株距為8.33 cm條件下，兩品種不同行距配置處理的葉綠素含量差異達顯著水平。這說明，行距配置對葉綠素含量的影響規(guī)律不盡一致。

圖1 不同行株距配置對芝麻功能葉葉綠素含量的影響Fig.1 Effects of different row and plant spacing configuration on SPAD values in sesame functional-leaves

2.1.2 不同行株距配置對芝麻盛花期凈光合速率的影響 圖2表明，不同行株距配置對不同品種芝麻凈光合速率的影響不同，其中，鄭太芝1號的變化為23.1～27.8 μmol/(m2·s)，鄭芝98N09的變化為22.9～26.9 μmol/(m2·s)。就不同品種的變化規(guī)律而言，不同行株距條件下，鄭太芝1號的凈光合速率大于鄭芝98N09。就不同株距條件下的變化規(guī)律而言所有品種均呈現(xiàn)出隨株距減小，凈光合速率降低的趨勢。而就不同行距對凈光合速率的影響來看，不同品種表現(xiàn)不同，其中，鄭太芝1號和鄭芝98N09在等行距配置條件下的凈光合速率均大于寬窄行配置。以上說明，不同行株距配置條件下，鄭太芝1號的凈光合速率大于鄭芝98N09，而不同品種在不同行距配置條件下光合速率的表現(xiàn)為等行距大于寬窄行，且株距減小，植株凈光合速率下降。

圖2 不同行株距配置對芝麻功能葉光合速率的影響Fig.2 Effects of different row and plant spacing configuration on net photosynthesis rate in sesame functional-leaves

2.2 不同行株距配置對芝麻農藝性狀產量及其構成因素的影響

2.2.1 不同行株距配置對芝麻農藝性狀的影響 表2表明，不同行株距配置對不同品種芝麻株高、始蒴位高、黃梢尖長和果軸長的影響不同。株高的變化為178.0～208.8 cm，其中，以株距對芝麻農藝性狀的影響最大，株高隨著株距減小表現(xiàn)出降低的趨勢，而行距對株高的影響并不明顯。就始蒴位高而言，也表現(xiàn)出隨株距減小始蒴位高降低的變化趨勢。黃梢尖的表現(xiàn)與株高相反，株距越小，黃梢尖越長，最長為7.8 cm。不同行株距配置對不同品種芝麻果軸長的影響與株高和始蒴位高類似，隨著株距減小，果軸長變短，但鄭太芝1號在寬窄行條件下并未表現(xiàn)出該規(guī)律。不同品種不同行距條件下均表現(xiàn)出該特點。從行距角度看，各處理株高、始蒴位高、黃梢尖長和果軸長的變化規(guī)律并不一致。以上說明，不同行株距配置對不同品種芝麻株高、始蒴位高、黃梢尖長和果軸長的影響不同，其中，以株距對株高、始蒴位高、黃梢尖長和果軸長的影響較大，而行距配置的影響較小。

2.2.2 不同行株距配置對芝麻產量及其構成因素的影響 表3表明，不同行株距配置對芝麻產量及其構成因素的影響不同。單株蒴數(shù)方面，鄭太芝1號的變化為92.4～123.2個，鄭芝98N09的變化為86.3～122.4個。就不同品種的變化規(guī)律而言，不同行株距條件下，鄭太芝1號的單株蒴數(shù)大于鄭芝98N09，就不同株距條件下的變化規(guī)律而言，不同品種均呈現(xiàn)出隨株距減小，單株蒴數(shù)降低的變化趨勢。而就不同行距對單株蒴數(shù)的影響來看，不同品種表現(xiàn)不同，其中，鄭太芝1號在相同株距條件下均表現(xiàn)出等行距配置大于寬窄行配置，鄭芝98N09在株距為16.7 cm條件下等行距的單株蒴數(shù)大于寬窄行配置，其他行距與之相反。蒴粒數(shù)方面，鄭太芝1號的變化為36.5～59.3粒，鄭芝98N09的變化為35.0～56.4粒。就不同品種的變化規(guī)律而言，除等行距且株距為8.33 cm條件外，其他行株距條件下，鄭太芝1號的蒴粒數(shù)均大于鄭芝98N09。就不同株距條件下的變化規(guī)律而言，不同品種均呈現(xiàn)出隨株距減小，蒴粒數(shù)降低的變化趨勢。而就不同行距對蒴粒數(shù)的影響來看，不同品種不同株距條件下等行距配置條件下的蒴粒數(shù)均大于寬窄行配置。千粒質量方面，鄭太芝1號的變化為2.31～2.73 g，鄭芝98N09的變化為2.21～2.87 g。就不同品種的變化規(guī)律而言，不同行距條件下，株距為16.7 cm和11.11 cm時鄭太芝1號的千粒質量均小于鄭芝98N09，就不同株距條件下的變化規(guī)律而言，不同品種均呈現(xiàn)出隨株距減小，千粒質量降低的變化趨勢。而就不同行距對千粒質量的影響來看，不同品種不同株距條件下等行距配置的千粒質量均大于寬窄行配置。

表2 不同行株距配置對芝麻農藝性狀的影響Tab.2 Effects of different row and plant spacing configuration on agronomic traits in sesame cm

注:不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05)。表3同。

Note:Different small letters show significantly different at the 0.05 probability levels. The same as Tab.3.

表3 不同行株距配置對芝麻產量及其構成因素的影響Tab.3 Effects of different row and plant spacing configuration on grain yield and its components in sesame

不同行株距配置對芝麻產量的影響不同。其中，鄭太芝1號的產量為1 632.3～2 430.1 kg/hm2，鄭芝98N09為1 450.4～2 082.9 kg/hm2。鄭太芝1號的最高產量出現(xiàn)在C1A1B2條件下，為2 430.1 kg/hm2，鄭芝98N09的最高產量出現(xiàn)在C2A1B1條件下，為2 082.9 kg/hm2，以上表明，2個芝麻品種均以株距不小于11.11 cm(亦即密度低于22.5萬苗/hm2)條件下的芝麻籽粒產量最高。就不同品種的變化規(guī)律而言，不同行株距條件下，鄭太芝1號的產量均大于鄭芝98N09，就不同株距條件下的變化規(guī)律而言，鄭芝98N09呈現(xiàn)出隨株距減小，產量逐漸降低的趨勢，而鄭太芝1號呈現(xiàn)出隨株距減小，產量先升高后降低的變化趨勢。而就不同行距對產量的影響來看，不同品種不同株距條件下等行距配置條件下的產量均大于寬窄行配置。表3還表明，不同株距對不同品種不同行距配置條件下的芝麻產量影響程度不同，當行距由16.7 cm減小至11.11 cm時，C1A1B2和C1A2B2的產量分別較C1A1B1和C1A2B1增加16.05%和7.85%，而C2A1B2和C2A2B2處理的產量分別較C2A1B1和C2A2B1下降2.48%和7.82%，而行距繼續(xù)減小，所有處理的產量均開始下降，C1A1B3、C1A2B3、C2A1B3、C2A2B3處理的產量分別較C1A1B2、C1A2B2、C2A1B2、C2A2B2處理的產量下降13.72%，21.30%，14.04%和13.94%。這說明，行距從16.7 cm減小至11.11 cm時，鄭太芝1號產量上升，鄭芝98N09產量下降，行距減小至8.33 cm時，兩品種產量均下降，但鄭太芝1號產量仍然較之鄭芝98N09高，說明鄭太芝1號關于產量的耐密性相對較優(yōu)。

2.3 不同行株距配置對芝麻籽粒品質的影響

2.3.1 不同行株距配置對芝麻籽粒粗脂肪含量的影響 由圖3可以看出，不同行株距配置對不同品種芝麻籽粒粗脂肪含量的影響不同。其中，鄭太芝1號的變化為517.43～528.57 mg/g，鄭芝98N09的變化為529.63～536.30 mg/g。就不同品種而言，不同行株距配置條件下，鄭太芝1號的籽粒粗脂肪含量均小于鄭芝98N09。同一品種不同株距條件下，鄭芝98N09隨株距減小，籽粒粗脂肪含量降低，鄭太芝1號的變化趨勢并不明顯。就不同行距對籽粒粗脂肪含量的影響來看，不同品種不同株距條件下，等行距配置時鄭芝98N09的籽粒粗脂肪含量均小于寬窄行配置，而鄭太芝1號的表現(xiàn)并不一致?？傮w上看，品種間的處理效果大于行株距配置處理間的處理效果。

圖3 不同行株距配置對籽粒粗脂肪含量的影響Fig.3 Effects of different row and plant spacing configuration on crude fat content in sesame grains

2.3.2 不同行株距配置對芝麻籽粒粗蛋白含量的影響 由圖4可以看出，不同行株距配置對不同品種芝麻蛋白質含量的影響不同。其中，鄭太芝1號的變化為221.20～230.30 mg/g，鄭芝98N09的變化為217.57～220.83 mg/g。就不同品種而言，相同行株距配置條件下，鄭太芝1號的籽粒蛋白質含量均大于鄭芝98N09。就不同株距條件下的變化規(guī)律而言，鄭芝98N09呈現(xiàn)出隨株距減小，籽粒蛋白質含量降低的變化趨勢，而鄭太芝1號的整體表現(xiàn)變化不大。就不同行距對籽粒蛋白質含量的影響來看，不同品種不同株距條件下，等行距配置條件下鄭太芝1號的籽粒蛋白質含量均大于寬窄行配置，而鄭芝98N09的表現(xiàn)則不盡一致。這說明，芝麻籽粒蛋白質含量受行株距配置的影響較小，受品種的影響較大。

圖4 不同行株距配置對籽粒蛋白質含量的影響Fig.4 Effects of different row and plant spacing configuration on protein content in sesame grains

3 結論與討論

光合作用將光能轉化為化學能，是植物的物質和能量來源，也是作物產量形成的基礎。良好的光合特性是作物實現(xiàn)高產的關鍵，本試驗研究條件下，不同行株距配置對芝麻葉綠素含量和凈光合速率的影響不同。其中，雖然功能葉葉綠素含量的表現(xiàn)規(guī)律不盡相同，但隨株距減小，密度增加，凈光合速率降低。產量結果表明，最終籽粒產量也與凈光合速率有同樣的變化趨勢，這說明，不同行株距配置導致最終產量不同的原因可能是由于葉片光合特性不同。

隨著當前芝麻品種的更新?lián)Q代和栽培措施的深入革新，高產條件下芝麻品種的自調性進一步優(yōu)化，芝麻高密度種植已被廣泛接受，高產廣適的品種在高密度條件下實現(xiàn)高穩(wěn)產已成為常態(tài)，而合理的密度是實現(xiàn)機械化直播的關鍵，也是高產高效的基礎。河南省平輿縣作為黃淮芝麻主產區(qū)的代表點，農民具有種植芝麻的優(yōu)良傳統(tǒng)，但密度控制不當又往往成為非機播情況下較易出現(xiàn)的生產問題，因而，合理科學的機播密度可能成為解決該問題的重要突破口。本研究結果表明，在夏播機播條件下，2個芝麻品種均以株距不小于11.11 cm(亦即密度低于22.5萬苗/hm2)條件下的芝麻籽粒產量最高。

合理的行株距配置是對相同密度條件下芝麻自身生長生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化，可以配置出合理的群體結構，促進芝麻的生長發(fā)育、甚至可以彌補密度增加所帶來的株弱、易倒等單株劣勢[9,14]。機械化播種在克服人工播種多方面問題的同時，不僅有利于提高芝麻出苗整齊度，也利于提升后期封閉等栽培措施的效果，對于實現(xiàn)農機農藝融合，良種良法結合頗具意義[30-33]。本研究結果表明，兩品種均以40 cm等行距且株距不小于11.11 cm時產量最優(yōu)，優(yōu)化株距配置的種植條件下，不僅使株蒴數(shù)提高，還有利于籽粒灌漿，從而使產量提高。

粗脂肪含量和蛋白質含量是芝麻重要的品質指標，其中粗脂肪含量是芝麻榨油加工的基礎，蛋白質含量則是衡量芝麻其本身營養(yǎng)價值的一項重要指標。研究結果表明，本試驗處理條件下的行株距配置對品質的影響不大，籽粒品質的品種效應大于行株距配置效應，這表明參試品種鄭太芝1號和鄭芝98N09的品質性狀穩(wěn)定性較好，為芝麻產量品質的協(xié)同提高提供了理論依據。也可為優(yōu)質高產育種提供主攻方向。

芝麻的行株距配置研究中，機播條件下相同密度不同行株距配置研究并不常見。因此，開展機播條件下的芝麻產量形成機制、品質形成機制和生理發(fā)育機制等進行深入研究，探討機播芝麻生長發(fā)育模擬模型，可為芝麻機械化生產提供理論依據。