適宜休耕地早播的谷子品種篩選

校諾婭，魯一薇，郭帥，趙文慶，趙振偉，劉寒雙，李順國，劉猛，夏雪巖*，崔紀(jì)菡*，劉建軍

（1.河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所/ 國家谷子改良中心/ 河北省雜糧研究實(shí)驗(yàn)室，河北 石家莊 050035；2.河北北方學(xué)院，河北 張家口 075000；3.河北省雜糧產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院/河北東糧農(nóng)業(yè)科技股份有限公司，河北 邯鄲 056000）

耕地是糧食生產(chǎn)的基礎(chǔ)。近年來，我國糧食連年豐產(chǎn)，但耕地資源面臨著多重挑戰(zhàn)[1]，耕地數(shù)量和質(zhì)量制約了我國農(nóng)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展[2]。我國高度重視耕地保護(hù)，對耕地保護(hù)制度進(jìn)行改革，已出臺多個政策文件，提出實(shí)行耕地休耕制度試點(diǎn)[3]。休耕可使耕地得到短暫休養(yǎng)，蓄積養(yǎng)分，為以后的作物生長創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境條件[4]。休耕制度既可滿足耕作的需求，又可滿足對耕地保護(hù)和恢復(fù)的要求，是推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展的重大舉措[5]。河北省是全國最大的地下水漏斗區(qū)，水資源較為匱乏，目前在多個試點(diǎn)區(qū)進(jìn)行冬季休耕制度，只種植雨熱同季的作物或耐瘠薄的雜糧雜豆等，將需抽水灌溉的冬小麥進(jìn)行休耕，減少地下水用量和化肥投入等，以此來保護(hù)耕地[6]，同時緩解地下水過度開采的問題[7]。

谷子〔Setaria italica（L）P. Beauv〕具有生育期短、適應(yīng)性強(qiáng)、抗旱耐瘠薄、易貯存、營養(yǎng)豐富、糧飼兼用等優(yōu)點(diǎn)，是我國北方地區(qū)的主要作物之一[8～10]。北方夏季傳統(tǒng)的種植作物為玉米，但近幾年國內(nèi)玉米價格較低，導(dǎo)致玉米種植面積逐年減少[11]。而谷子脫殼后的小米市場需求量較大[12]。周光明[13]研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)種植制度相比，采用休耕模式可提高效益1.88倍。谷子在休耕地早播種植，提早收獲上市，避開大規(guī)模上市高峰，可以獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。種植高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適宜休耕地早播的谷子品種，滿足生產(chǎn)需求，可以彌補(bǔ)前茬休耕造成的經(jīng)濟(jì)損失，提高收益，對種植制度的改革具有重要意義。但截至目前，適宜休耕地早播谷子品種的研究尚未見報道。以華北地區(qū)播種面積較大的21 個谷子品種為試材，在休耕地上進(jìn)行早播，分析谷子的生育期、農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量、抗病性和抗倒性，以期篩選出適宜在華北夏谷區(qū)休耕地早播種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)谷子品種，為休耕區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供材料和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020 年5～9 月在河北省農(nóng)林科學(xué)院谷子研究所藁城試驗(yàn)站進(jìn)行，前茬休耕。土壤類型為中壤土，基礎(chǔ)土壤養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)19.53 mg/kg、銨態(tài)氮11.97 mg/kg、硝態(tài)氮10.34 mg/kg、有效磷26.36 mg/kg、速效鉀72.5 mg/kg，pH 值7.83。谷子生育期內(nèi)降水量為469.5 mm。

1.2 試驗(yàn)材料

參試谷子品種共計21 個，來自華北夏谷區(qū)各育種單位（表1）。

表1 參試谷子品種及其供種單位Table 1 Millet varieties tested

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計 試驗(yàn)設(shè)21 個谷子品種處理，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積3.0 m×2.4 m，3 次重復(fù)，重復(fù)間留寬0.8 m 的觀察道，每小區(qū)設(shè)置3 行保護(hù)行。谷子2020 年5 月15 日條播，行距0.4 m，播種量15 kg/hm2；出苗后人工間苗，留苗密度60 萬株/hm2；5～6 葉期追施三元復(fù)合肥（N、P2O5、K2O 含量均為15%）450 kg/hm2。其他田間管理措施同常規(guī)。

1.3.2 測定項(xiàng)目與方法

1.3.2.1 生育期。谷子播種后，記錄主要生育期的時間。根據(jù)谷子的播種和成熟日期，計算整個生育周期的所需時間。

1.3.2.2 葉面積指數(shù)（LAI）。谷子開花期，用LI-COR LAI-2200C 型冠層分析儀（北京力高泰科技有限公司）測定谷子冠層的LAI。每小區(qū)重復(fù)測定3 次。

1.3.2.3 葉綠素含量。谷子開花期，每小區(qū)隨機(jī)選擇非邊緣植株3 株，用便攜式葉綠素測定儀測定旗葉的SPAD 值。每株測定6 次。

1.3.2.4 農(nóng)藝性狀。谷子成熟期，參考《谷子種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[14]進(jìn)行農(nóng)藝性狀調(diào)查。從每小區(qū)第2 行隨機(jī)選取4 株，用尺子測量株高（谷穗完全伸展的最高處與地面的距離）、穗長（谷穗基部至穗頂部的長度）和穗粗（谷穗中部的粗度）；然后，將莖、葉、穗分開，分別在105 ℃殺青30 min 后70 ℃烘干至恒重，稱重并記算地上部干物重。每小區(qū)收獲中間2 行谷穗，脫穗稱重，計算產(chǎn)量。從每小區(qū)第5 行隨機(jī)選取10 穗進(jìn)行室內(nèi)考種，測定單穗重、單穗粒重和千粒重，計算出谷率（穗粒重/穗重×100%）。

1.3.2.5 抗病性和抗倒性。根據(jù)谷子抗性鑒定、分級與評價方法[15]，在谷子成熟期，每小區(qū)均五點(diǎn)取樣，每點(diǎn)均選擇10 株，田間調(diào)查谷子褐條病、線蟲病、紅葉病、白發(fā)病、谷銹病和谷瘟病的發(fā)病情況，計算病情級別；并觀察和記錄植株的倒伏性級別。

植株的倒伏性級別分為5 級，每個品種均以倒伏最嚴(yán)重的重復(fù)為準(zhǔn)。0 級：無倒伏癥狀或稍微傾斜，但能很快恢復(fù)直立，對產(chǎn)量無影響；1 級：傾斜角度≤30°、倒伏面積15%，對產(chǎn)量有輕微影響；2 級：傾斜角度為30°～45°（含）、倒伏面積30%以上，對產(chǎn)量有影響；3 級：傾斜角度為45°～60°（含）、倒伏面積50%以上，對產(chǎn)量有較大影響；4 級：傾斜角度＞60°、倒伏面積50%以上，并減產(chǎn)嚴(yán)重。

1.3.2.6 性狀綜合評價[16，17]。分別計算谷子生育期、株高、地上部干物重、穗長、穗粗、單穗重、單穗粒重、千粒重、出谷率和產(chǎn)量的變異系數(shù)（CV）、權(quán)重系數(shù)（W）i、隸屬函數(shù)值（R）以及加權(quán)隸屬函數(shù)值（綜合分值，D），計算公式為：

式中，S 為平均值，σ為標(biāo)準(zhǔn)差；Xi為指標(biāo)測定值，Xmin為所有品種某指標(biāo)的最小值，Xmax為所有品種某指標(biāo)的最大值。由于在一定范圍內(nèi)，谷子生育期越長，對生產(chǎn)的不利影響越大，因此，生育期隸屬函數(shù)值采用第2 種公式計算。

依據(jù)各品種的綜合分值進(jìn)行排名。排名靠前的品種，綜合表現(xiàn)優(yōu)越。

1.3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析 采用Microsoft Office Excel 2010 軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和繪圖，采用DPS v.7.05 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試谷子品種的生育期

谷子在5 月15 日播種后，均于5 月19 日出苗；自抽穗期開始，不同品種的生育進(jìn)程出現(xiàn)差異（表2）。參試谷子品種的抽穗期為7 月16～24 日，最大差異達(dá)到了8 d，其中宮米1 號、匯華金米、冀谷168、冀谷45、豫谷18、豫谷28、豫谷31、豫谷33、豫谷35 和中谷 9 的抽穗期 （7 月 16～17 日） 較早，1696 抽穗期最晚；抽穗至開花所需時間為2～7 d，品種間差異較大，其中1696、HF9、宮米1 號、濟(jì)谷21、濟(jì)谷22 和冀谷168 僅需2～3 d，冀谷42 需時最長；開花至成熟所需時間為28～32 d，其中HF35、衡谷23、匯華金米、豫谷18 和豫谷27 需時最短，1696、宮米1號、濟(jì)谷22、豫谷31、豫谷33 和豫谷35 需時最長。

表2 參試谷子品種的生育期Table 2 Growth period of millet varieties tested

在同期播種的條件下，由于各品種進(jìn)入抽穗期、開花期和成熟期的時間不同，致使整個生育周期的所需時間差異較大。參試谷子品種的生育期為91～101 d，最大差異達(dá)到了10 d，其中匯華金米、冀谷168 和豫谷18 成熟最早，1696 成熟最晚；其他品種中，除冀谷45 生育期為92 d，HF9 和冀谷42 生育期為98 d外，剩余品種的生育期均為94 d。

在華北夏谷區(qū)，21 個參試谷子品種雖然生育進(jìn)程有所差異，全生育期相差較大，但均能夠正常成熟，因此均可作為早播品種在休耕地種植。

2.2 參試谷子品種的LAI 和葉片SPAD 值

葉片是植物進(jìn)行光合作用的重要器官，合理的葉面積及較高的葉綠素含量有利于光合產(chǎn)物的積累，為高產(chǎn)奠定物質(zhì)基礎(chǔ)。參試谷子品種的LAI 為3.87～5.08，其中冀谷39 的LAI 最高，其次是匯華金米、HF35 和豫谷 18；葉片 SPAD 值為 45.38～59.70，其中豫谷27 的SPAD 值最高，其次是冀谷168、豫谷18 和濟(jì)谷21。表明這7 個品種具有高產(chǎn)潛力。

圖1 參試谷子品種的LAIFig.1 LAI values of millet varieties tested

圖2 參試谷子品種的葉片SPAD 值Fig.2 SPAD values of millet varieties tested

2.3 參試谷子品種的農(nóng)藝性狀

參試谷子品種的植株性狀、穗部性狀和產(chǎn)量性狀差異均達(dá)到了顯著水平，CV 為4.77%～16.34%，其中株高、千粒重和穗粗的CV 較小，穗粒重、地上部干物重和產(chǎn)量的CV 均超過了10% （表3 和4）。表明21個參試谷子品種的農(nóng)藝性狀差異顯著，其中穗粒重、地上部干物重和產(chǎn)量差異較大。

表3 參試谷子品種的植株性狀和穗部性狀Table 3 Plant and panicle characters of millet varieties tested

2.3.1 植株性狀 參試谷子品種的株高為133.3～158.7cm，平均145.9 cm，CV 最小，其中HF9、豫谷27 和冀谷39 的株高居前3 位；地上部干物重為21.2～33.9 g/株，平均26.5 g/株，CV 為13.99%，其中HF36 的地上部干物重最高，其次是HF9、冀谷39、HF35、1696、豫谷31、豫谷27、冀谷42、宮米1 號和中谷2，這10個品種的地上部干物重均超過了平均值。HF36 地上部干物重最高（33.9 g/株）、株高適中（152.5 cm），具有潛在的高產(chǎn)優(yōu)勢。

2.3.2 穗部性狀 參試谷子品種的穗長為17.1～25.1 cm，平均22.1 cm，CV 為8.62%，其中1696 的穗長最大，濟(jì)谷22 的穗長最短且顯著＜除豫谷18 和豫谷33 外的其他品種；穗粗為2.0～2.6 cm，平均2.3 cm，其中濟(jì)谷22 的穗粗最小，豫谷27 的穗粗最大。

2.3.3 產(chǎn)量性狀 參試谷子品種的單穗重為13.5～17.9g，平均15.7g，CV 為8.56%，其中豫谷33 的單穗重最高，其次是匯華金米、冀谷42 和豫谷18（均為17.2 g），衡谷23 和中谷2 的單穗重最低；穗粒重為7.0～13.8 g，平均11.1 g，CV 最大，其中冀谷39 的穗粒重最高，其次是豫谷33（13.6 g），1696、衡谷23、HF9、濟(jì)谷21和中谷2 的單穗粒重均低于10 g；千粒重為2.5～3.1 g，平均2.9 g，CV 為5.49%，其中衡谷23、冀谷39、豫谷35 和中谷9 的千粒重最高，中谷2 的千粒重最低；出谷率為51.3%～78.3%，普遍較低，平均69.9%，CV 為9.19%，其中冀谷39 的出谷率最高，其次是豫谷33、HF35、匯華金米、宮米1 號和冀谷42，1696 的出谷率最低。最終，參試谷子品種的產(chǎn)量為2 843.8～4 556.5 kg/hm2，品種間差異較大，平均3 776.1 kg/hm2，CV 為11.01%，有11 個品種（HF35、HF36、宮米1號、匯華金米、冀谷168、冀谷39、冀谷42、豫谷18、豫谷28、豫谷35 和中谷9）產(chǎn)量高于平均值，其中冀谷39、冀谷42 和HF36 的產(chǎn)量居前3 位，分別達(dá)到了 4 556.5、4 326.0 和 4 244.2 kg/hm2。

表4 參試谷子品種的產(chǎn)量性狀Table 4 Yield characters of millet varieties tested

2.4 參試谷子品種的抗病性和抗倒性

參試谷子品種的谷銹病發(fā)生最為嚴(yán)重，所有品種生長中后期均有谷銹病的發(fā)生，發(fā)病級別為1～9級，其中HF35、宮米1 號、衡谷23、濟(jì)谷21、冀谷168、冀谷39、冀谷45、豫谷18、豫谷27 和豫谷31 的發(fā)病級別最輕，1696 發(fā)病最重；紅葉病發(fā)病級別為0～3級，且僅在1696 上未觀察到紅葉病的發(fā)生，20 個發(fā)病品種中HF9、冀谷39 和豫谷31 發(fā)病最重，剩余的17個品種發(fā)病級別均為1 級；谷瘟病發(fā)病級別為0～9 級，品種間差異明顯，其中豫谷27 發(fā)病最重，其次是HF35 和中谷9，而在HF9、匯華金米、濟(jì)谷22、冀谷168、豫谷28、豫谷33、豫谷35 和中谷2 上均未觀察到谷瘟病的發(fā)生，其他品種發(fā)病級別均為1 級；其他病害均發(fā)生較輕（表5）?？傮w來看，宮米1 號、衡谷23、濟(jì)谷21、冀谷168、冀谷45 和豫谷18 的抗病性均較強(qiáng)。

表5 參試谷子品種的病害發(fā)生情況和抗倒性 （級）Table 5 Diseases and lodging resistance of millet varieties tested

谷子在生育期間，除豫谷27 發(fā)生了1 級倒伏外，其他品種均未發(fā)現(xiàn)倒伏。表明21 個參試谷子品種的抗倒性均較強(qiáng)。

2.5 參試谷子品種的綜合評價

根據(jù)谷子性狀的CV 計算得到該指標(biāo)的Wi（表6），采用隸屬函數(shù)法對各谷子品種的綜合表現(xiàn)進(jìn)行評價。結(jié)果（表7）顯示，參試谷子品種的綜合得分為0.26～0.86 分，品種間差異較大，其中冀谷39、HF35、HF36、宮米1 號、冀谷42、匯華金米和豫谷27 得分居前7 位，綜合表現(xiàn)較優(yōu)。

表6 不同谷子品種各性狀指標(biāo)的變異系數(shù)和權(quán)重Table 6 Variation coefficient and weight of character indexes of different millet varieties

表7 不同谷子品種的綜合評價結(jié)果Table 7 Comprehensive evaluation results of millet varieties tested

3 結(jié)論與討論

在休耕區(qū)推廣種植性狀優(yōu)良、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的谷子品種，既有利于生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整政策的實(shí)施，又有利于恢復(fù)地力和增加農(nóng)民收入。本研究中，對華北地區(qū)播種面積較大的21 個谷子品種在休耕地進(jìn)行早播，調(diào)查不同品種的生育期、農(nóng)藝性狀、抗病性等性狀，結(jié)果表明：參試谷子品種同時播種，但進(jìn)入抽穗期、開花期和成熟期的時間不同，這可能是由于品種特性差異所造成。生育進(jìn)程的不同導(dǎo)致谷子生長期所需時間差異較大，其中，匯華金米、冀谷168 和豫谷18 生育期最短，為91 d，成熟最早；1696 生育期最長，達(dá)101 d，成熟最晚。但試驗(yàn)條件下所有參試品種均能夠正常成熟，因此，均可作為華北夏谷區(qū)休耕地早播谷子品種種植。葉片是作物進(jìn)行同化作用的主要器官，合理的葉面積以及葉綠素含量可以更加有效地利用光能合成有機(jī)物，從而獲得高產(chǎn)[18]。本研究結(jié)果表明，參試谷子品種的LAI、葉綠素含量分別為3.87～5.08 和45.38～59.70，其中冀谷39、匯華金米、HF35 和豫谷18 的LAI 較大，冀谷168、濟(jì)谷21、豫谷18 和豫谷27 的葉綠素含量較高，表明這7 個品種具有高產(chǎn)潛力。株高、地上部干物重分別是判斷植株是否易倒伏和產(chǎn)量形成的潛在指標(biāo)。劉鵬等[19]研究表明，谷子株高過大可能會導(dǎo)致植株倒伏，進(jìn)而影響植株生長以及產(chǎn)量的形成。也有研究表明，谷子株高與單株產(chǎn)量呈正相關(guān)[20]。因此在品種篩選時，優(yōu)選適宜的株高有利于谷子產(chǎn)量的提高。本研究結(jié)果表明，參試谷子品種的株高和地上部干物重均差異較大，其中HF9、豫谷27 和冀谷39 的株高居前3 位，HF36、HF9、冀谷39、HF35、1696、豫谷31、豫谷27、冀谷42、宮米1 號和中谷2的地上部干物重高于指標(biāo)平均值（26.5 g）。

收獲期，不同谷子品種的產(chǎn)量差異較大。參試谷子品種的產(chǎn)量為2 843.8～4 556.5 kg/hm2，有11 個品種的產(chǎn)量高于平均值（3 776.1 kg/hm2），其中冀谷39 產(chǎn)量最高，其次是冀谷 42（4 326.0 kg/hm2） 和HF36（4 244.2 kg/hm2）。參試谷子品種的產(chǎn)量、產(chǎn)量構(gòu)成因素和出谷率均偏低，可能與試驗(yàn)?zāi)甓裙茸由趦?nèi)的降雨量和病害發(fā)生情況有關(guān)。尤其是1696，出谷率僅51.3%，可能與該品種生育進(jìn)程較晚，抽穗至開花期恰逢陰雨天氣，光照不足和降雨影響開花受精，高溫多雨導(dǎo)致谷銹病發(fā)生嚴(yán)重有關(guān)，進(jìn)而影響出谷率和產(chǎn)量。病害和植株倒伏會直接影響品種的評價結(jié)果以及產(chǎn)量潛力的發(fā)揮[21]。本研究條件下，21 個參試谷子品種中，宮米1 號、衡谷23、濟(jì)谷21、冀谷168、冀谷45 和豫谷18 的抗病性和抗倒伏性均較強(qiáng)。

準(zhǔn)確、客觀地綜合性評價谷子品種的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量等指標(biāo)，對品種篩選及種植推廣工作至關(guān)重要[22]。在以往研究中僅對單一或少數(shù)指標(biāo)進(jìn)行評價，評價結(jié)果具有片面性和局限性。隸屬函數(shù)分析是一種對多個指標(biāo)進(jìn)行綜合評價的方法，目前該方法已廣泛運(yùn)用在小麥[23]、燕麥[24]、玉米[25]等作物的品種篩選研究中。采用隸屬函數(shù)法在對谷子品種評價時，考慮了生育期、株高、地上部干物重等多個農(nóng)藝性狀以及產(chǎn)量因素等各指標(biāo)的權(quán)重，綜合得分是對各指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)后累計得到的，因此評價結(jié)果更加客觀、合理。本研究結(jié)果表明，冀谷39、HF35、HF36、宮米1 號、冀谷42、匯華金米和豫谷27 的綜合得分較高，綜合表現(xiàn)優(yōu)異，這7 個品種可以作為華北夏谷區(qū)休耕地早播品種進(jìn)行種植與推廣。

本研究僅對休耕地早播條件下谷子的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀和抗性等進(jìn)行了分析，谷子生育期內(nèi)的光合特性、小米品質(zhì)等有待進(jìn)一步測定與研究，以便更加全面深入地了解休耕地早播條件下谷子品種的差異。