種植方式對不同地區(qū)張雜谷10號抗倒伏特性及產(chǎn)量的影響

郭永新 周 浩 孫 鵬 王雅情 馬 珂 李曉瑞 董淑琦 郭平毅 原向陽

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建有機(jī)旱作農(nóng)業(yè)國家重點實驗室（籌），030031，山西太原）

谷子是中國農(nóng)耕文明最早廣泛栽培的作物[1]，小米具有豐富的營養(yǎng)價值，備受消費者青睞[2]。山西省谷子種植面積基本保持在20.00萬～26.67萬hm2[3]，在全國有舉足輕重的地位。雜交谷子具有產(chǎn)量高和抗性強的特點，在山西谷子種植面積中占有較大的比重。品種、氣候、營養(yǎng)狀況和栽培措施等都會產(chǎn)生倒伏影響[4-6]。不同種植方式可直接影響作物生長的微環(huán)境及植株的株型結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對作物抗倒伏性和產(chǎn)量造成影響[7]。盧杰等[8]研究表明，隨著種植密度的增加，小麥莖稈機(jī)械強度呈下降趨勢，倒伏指數(shù)先升高后降低，穗粒數(shù)和千粒重均降低。與裸地平作種植方式相比，起壟覆膜側(cè)播種植方式可以顯著降低春玉米的倒伏率[9]。莖稈各節(jié)間干重、硬皮穿刺強度和彎曲能力均隨著群體密度的增加呈先增加后降低趨勢，并且顯著提高玉米產(chǎn)量[10]。與條播種植方式相比，穴播種植方式顯著降低了水稻的重心高度和基部節(jié)間長度，提高了莖稈的抗折力，降低了植株的倒伏指數(shù)[11]。王吉祥等[12]通過單穴留苗數(shù)對谷子莖稈機(jī)械強度和倒伏指數(shù)研究，結(jié)果表明在單穴留苗3株時，谷子的抗倒伏能力最強。

前人關(guān)于不同種植方式對小麥、玉米、水稻等作物抗倒伏性和產(chǎn)量的研究比較深入[8,10,13-14]，而對谷子的研究鮮有報道[12,15-17]。本研究以張雜谷10號為試驗材料，研究覆膜穴播、膜側(cè)條播、裸地穴播和裸地條播 4種種植方式對山西省忻州市定襄縣、晉中市太谷區(qū)和晉城市澤州縣3個地區(qū)谷子品種抗倒伏性和產(chǎn)量的影響，為不同地區(qū)張雜谷10號的高產(chǎn)抗倒伏種植方式提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2020年5-10月在山西省忻州市定襄縣（112°32′24″ E，38°24′ N）、晉中市太谷區(qū)（112°52′48″ E，37°42′ N）和晉城市澤州縣（112°35′24″ E，35°18′ N）進(jìn)行，3 個試驗地點谷子生育期的降雨量分別為 451.55、461.47和415.93mm。試驗地前茬作物均為玉米，試驗地土壤基礎(chǔ)肥力條件見表1。

表1 不同地點播種前0～20cm土層土壤基礎(chǔ)肥力Table 1 Soil basal fertility in 0-20cm soil layer before sowing in different sites

1.2 試驗材料

供試谷子品種張雜谷10號由河北省張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院提供。白色地膜由山西迎太塑料有限公司提供。復(fù)合肥料（腐殖酸螯合型，N-P2O5-K2O:18-19-18，總養(yǎng)分≥54%）由湖南開門子肥業(yè)有限公司提供。

1.3 試驗設(shè)計

采用隨機(jī)完全區(qū)組設(shè)計，設(shè)置覆膜穴播（MX）、膜側(cè)條播（MT）、裸地穴播（LX）和裸地條播（LT）4種種植方式處理，小區(qū)面積為60m2（5m×12m），每個處理重復(fù)5次。定襄、太谷和澤州試驗地分別于5月20日、25日和28日播種，于10月14日、10月12日和10月1日收獲。4個處理的種植行距均為50cm，留苗數(shù)3×105株/hm2。地膜采用平鋪半覆蓋方式，覆膜穴播處理在膜上穴播2行種植，圖1為4種種植方式示意圖。3～5葉期進(jìn)行間苗，其他田間管理同普通大田。

圖1 不同種植方式示意圖Fig.1 Diagrammatic sketch of different planting patterns

1.4 測定項目和方法

1.4.1 株高和重心高度 于谷子灌漿期每小區(qū)取株高及穗型相近的 3株代表植株，將測量樣本去除根系后，使用米尺測量株高。將莖稈（帶葉、葉鞘及穗）放于支點上，通過調(diào)節(jié)莖稈位置至莖稈平衡點上，莖稈基部至平衡點的距離記為重心高度。

1.4.2 莖稈機(jī)械強度及倒伏指數(shù) 于灌漿期在每小區(qū)選3株長勢均勻一致的植株，去掉基部第1和第2節(jié)間葉鞘，剪下節(jié)間，稱量節(jié)間鮮重，并測量長度。用游標(biāo)卡尺測量莖粗（節(jié)間中部長軸和短軸直徑）。然后使用 SANS-CMT6104生物材料力學(xué)試驗機(jī)測定基部節(jié)間機(jī)械強度，試驗加載速率為10mm/min。最后放入牛皮紙袋中，105℃殺青30min，80℃烘干至恒重，用天平稱量其干重。

基部節(jié)間干密度=節(jié)間干重/節(jié)間體積，基部第1和第2節(jié)間中髓腔可忽略不計，因此，節(jié)間體積=節(jié)間長度×π×節(jié)間中部長軸直徑×節(jié)間中部短軸直徑×節(jié)間長?；抗?jié)間充實度=節(jié)間干重/節(jié)間長度。倒伏指數(shù)=單株鮮重×重心高度/機(jī)械強度[4,18]。

1.4.3 纖維素和木質(zhì)素含量 將1.4.2測定后的材料利用萬能粉碎機(jī)粉碎，過 60目篩后測定莖稈節(jié)間化學(xué)成分。分別使用BC4205和BC4285試劑盒測定木質(zhì)素和纖維素含量，試劑盒購置于北京索萊寶科技有限公司。

1.4.4 產(chǎn)量 于成熟期，每個小區(qū)人工收割 20m2谷穗，風(fēng)干后用脫粒機(jī)脫粒，計算產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

用 Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理并繪圖，用SPSS 24軟件對同一地點不同種植方式進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差分析，以Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行顯著性分析（P＜0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植方式對張雜谷10號株高和重心高度的影響

由圖2可知，不同地點的張雜谷10號株高整體趨勢表現(xiàn)為MX＞MT＞LX＞LT，各地點覆膜處理的重心高度均高于裸地處理。在定襄試驗地，MX處理的株高比 LX和 LT處理顯著高 3.88%和4.86%；在太谷試驗地，不同處理對張雜谷10號的株高無顯著影響，覆膜處理與裸地處理的重心高度存在顯著差異；在澤州試驗地，覆膜處理與裸地處理的重心高度和株高均存在顯著差異，且MX處理的株高最大，MT處理的重心高度最大。

圖2 不同種植方式對張雜谷10號株高和重心高度的影響Fig.2 Effects of different planting patterns on plant height and gravity center height of Zhangza 10

2.2 不同種植方式對張雜谷10號莖稈第1節(jié)間相關(guān)指標(biāo)的影響

方差分析結(jié)果（表2）顯示，地點和種植方式2個因素以及二者的互作效應(yīng)對張雜谷 10號莖稈第1節(jié)間相關(guān)指標(biāo)的影響均達(dá)到極顯著水平。

表2 不同種植方式對張雜谷10號莖稈第1節(jié)間相關(guān)指標(biāo)的影響Table 2 Effects of different planting patterns on related indexes of the first internode of Zhangza 10 stem

在定襄試驗地，MX處理的倒伏指數(shù)和節(jié)間長度均高于其他處理，且倒伏指數(shù)與其他處理間存在顯著差異。各處理的機(jī)械強度表現(xiàn)為 MT＞LT＞MX＞LX。覆膜處理的節(jié)間長度和莖粗均高于裸地處理。此外，MT處理的節(jié)間干密度和節(jié)間充實度均顯著高于其他處理。

在太谷試驗地，MX處理的張雜谷 10號倒伏指數(shù)最大。MT處理節(jié)間機(jī)械強度與MX、LX和LT處理相比分別顯著提高12.41%、26.69%和16.97%。覆膜處理與裸地處理的節(jié)間長度存在顯著差異，MX處理節(jié)間長度最大。MT處理的莖粗最大，且與裸地處理差異顯著。MT處理節(jié)間干密度和節(jié)間充實度最高，其中MT處理的節(jié)間充實度與MX、LX和LT處理相比分別顯著增高9.81%、21.84%和15.42%。

在澤州試驗地，覆膜處理與裸地處理之間的倒伏指數(shù)存在顯著差異，且MX處理倒伏指數(shù)最大。LT處理的機(jī)械強度、節(jié)間干密度和節(jié)間充實度都表現(xiàn)為最高，其節(jié)間干密度與MX、MT和LX處理相比分別顯著增高17.16%、7.79%和6.33%。各處理之間的莖粗無顯著差異。裸地處理的節(jié)間充實度顯著高于覆膜處理，MX處理節(jié)間充實度最低，為123.45mg/cm。

2.3 不同種植方式對張雜谷10號莖稈第2節(jié)間相關(guān)指標(biāo)的影響

方差分析結(jié)果（表3）顯示，地點和種植方式2個因素以及二者的互作效應(yīng)對第2節(jié)間各指標(biāo)的影響均達(dá)到極顯著水平。在太谷和澤州試驗地，各處理間的倒伏指數(shù)表現(xiàn)為相同的趨勢，即MX＞MT＞LX＞LT。在定襄和太谷試驗地，MT處理的第2節(jié)間機(jī)械強度顯著高于其他處理，澤州試驗地 LT處理的機(jī)械強度表現(xiàn)為最大。

表3 不同種植方式對張雜谷10號莖稈第2節(jié)間相關(guān)指標(biāo)的影響Table 3 Effects of different planting patterns on related indexes of the second internode of Zhangza 10 stem

在定襄試驗地，MX處理的節(jié)間長度與MT處理相比顯著提高4.35%，MX處理的莖粗顯著高于其他處理。不同處理下節(jié)間干密度和節(jié)間充實度表現(xiàn)為相同的趨勢，即MT＞MX＞LT＞LX，且MT處理與其他處理之間存在顯著差異。

在太谷試驗地，覆膜處理的節(jié)間長度顯著高于裸地處理，MT處理的節(jié)間干密度和節(jié)間充實度顯著高于其他處理。在相同覆蓋情況下，條播處理的節(jié)間干密度和節(jié)間充實度高于穴播處理。

在澤州試驗地，LX處理的第2節(jié)間長度最大，與覆膜處理存在顯著差異，MX與MT處理的莖粗之間無顯著差異。各處理節(jié)間干密度和節(jié)間充實度表現(xiàn)為相同的趨勢，即LT＞LX＞MT＞MX，且LT處理與其他處理之間存在顯著差異。

2.4 不同種植方式對張雜谷10號莖稈第1節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量的影響

如圖3所示，在定襄試驗地，MT處理的張雜谷10號莖稈第1節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量最大。在太谷試驗地，不同處理對木質(zhì)素和纖維素含量的影響表現(xiàn)為相同的趨勢，即MT＞MX＞LT＞LX。在澤州試驗地，裸地處理的木質(zhì)素和纖維素含量顯著高于覆膜處理，且LT處理的木質(zhì)素含量與MX、MT和LX處理相比分別顯著增高46.08%、26.39%和6.86%。

圖3 不同種植方式對張雜谷10號莖稈第1節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量的影響Fig.3 Effects of different planting patterns on the contents of lignin and cellulose in the first internode of stems in Zhangza 10

2.5 不同種植方式對張雜谷10號莖稈第2節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量的影響

在同一種植模式處理下，定襄試驗地張雜谷10號第2節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量均高于太谷和澤州試驗地（圖4）。在定襄試驗地，各處理下第2節(jié)間的木質(zhì)素和纖維素含量表現(xiàn)為相同的趨勢，即MT＞LT＞MX＞LX。在太谷試驗地，LX處理的第 2節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量顯著低于其他處理。在澤州試驗地，各處理對木質(zhì)素和纖維素含量的影響與第1節(jié)間趨勢相同，表現(xiàn)為LT＞LX＞MT＞MX，且LT處理顯著高于其他處理。

圖4 不同種植方式對張雜谷10號莖稈第2節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量的影響Fig.4 Effects of different planting patterns on the contents of lignin and cellulose in the second internode of stems in Zhangza 10

2.6 抗倒伏指標(biāo)間相關(guān)性分析

通過對莖稈各指標(biāo)間的相關(guān)性分析（表4）可以看出，株高與重心高度表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，與第 1和第 2節(jié)間倒伏指數(shù)表現(xiàn)為正相關(guān)，但不顯著。倒伏指數(shù)與機(jī)械強度、節(jié)間充實度、木質(zhì)素和纖維素含量表現(xiàn)為顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，與莖粗表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，與節(jié)間長度表現(xiàn)為正相關(guān)，但均不顯著。另外，第2節(jié)間倒伏指數(shù)與第2節(jié)間干密度極顯著負(fù)相關(guān)。各節(jié)間機(jī)械強度與節(jié)間充實度、木質(zhì)素和纖維素含量表現(xiàn)為顯著或極顯著正相關(guān)，第2節(jié)間機(jī)械強度與其節(jié)間充實度表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。各節(jié)間干密度、節(jié)間充實度與莖粗、節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量表現(xiàn)為顯著或極顯著正相關(guān)，節(jié)間干密度和節(jié)間充實度之間表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)。

表4 不同抗倒伏指標(biāo)間的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of different lodging resistance indexes

2.7 不同種植方式對張雜谷10號產(chǎn)量的影響

由圖5可知，在定襄和太谷試驗地，不同處理的產(chǎn)量表現(xiàn)出相同的趨勢，即MX＞MT＞LX＞LT，且覆膜處理的產(chǎn)量顯著高于裸地處理。澤州試驗地與太谷、定襄試驗地表現(xiàn)為相反的趨勢，裸地處理的產(chǎn)量高于覆膜處理，且LX處理的產(chǎn)量與MT處理相比顯著提高4.97%。

圖5 不同種植方式對張雜谷10號產(chǎn)量的影響Fig.5 Effects of different planting patterns on yield of Zhangza 10

3 討論

株高是影響作物倒伏的主要因素，一般認(rèn)為株高較高的品種抗倒伏能力較弱[19]。也有研究[20-21]表明，株高不是決定作物抗倒伏能力的唯一因素，作物的抗倒性還與其莖稈特性有關(guān)。在本研究中，張雜谷10號的株高與倒伏指數(shù)不顯著相關(guān)，這與Kaack等[22]研究一致。重心高度是反映作物倒伏能力的重要指標(biāo)，一般認(rèn)為重心高度越高，倒伏指數(shù)越大[23]，本研究也得出相似結(jié)論。通過相關(guān)性分析得出，株高與重心高度表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)，而太谷試驗地各處理之間的株高無顯著差異，覆膜處理的重心高度高于裸地處理，這是由于張雜谷 10號生育后期覆膜處理的穗部質(zhì)量高于裸地處理。

倒伏指數(shù)的高低可以直接反映植株的抗倒伏能力。本研究發(fā)現(xiàn)，在定襄和太谷試驗地，MT處理的倒伏指數(shù)低于MX處理。通過相關(guān)性分析可知，是由節(jié)間的機(jī)械強度、節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量差異造成的。植株的莖稈形態(tài)是影響作物抗倒伏能力的重要指標(biāo)[24-25]。李金才等[26]研究表明，莖稈第2節(jié)間相較于第1節(jié)間更易發(fā)生倒伏，本研究得出相似結(jié)論。本試驗還發(fā)現(xiàn)太谷與定襄試驗地MT處理下第1和第2節(jié)間機(jī)械強度最大，而在澤州試驗地則表現(xiàn)為LT處理最大，這說明不同種植方式對不同地點張雜谷10號基部節(jié)間的機(jī)械強度影響不同。在相同覆蓋情況下，穴播處理的節(jié)間長度高于條播處理。這可能是由于穴播影響了作物的株型和冠層結(jié)構(gòu)，造成了張雜谷10號個體之間對光的競爭，促進(jìn)了張雜谷10號株高的增長，使得節(jié)間長而細(xì)，提高重心高度進(jìn)而可能增加倒伏的幾率。

節(jié)間干密度和充實度可以間接反映植株的抗倒性。徐磊等[27]對20個抗倒性不同的小麥品系研究，結(jié)果表明，節(jié)間干密度和節(jié)間充實度與倒伏指數(shù)存在負(fù)相關(guān)。姚金保等[28]對小麥抗倒指數(shù)與莖稈特性的相關(guān)性分析得出，抗倒指數(shù)與基部第1和第2節(jié)間充實度呈顯著或極顯著正相關(guān)，本研究結(jié)論與其相似。本研究還表明，MT處理下定襄和太谷試驗地張雜谷10號節(jié)間干密度和充實度最高，LT處理表現(xiàn)為最低，在澤州試驗地得出相反的結(jié)論，表現(xiàn)為LT處理最高，MX處理最低，這可能是由于澤州試驗地張雜谷10號生育時期的氣溫較高，覆膜處理增加了土壤溫度，高于谷子的最適生長溫度，進(jìn)而引發(fā)谷子病害，導(dǎo)致莖稈支撐性減弱。

木質(zhì)素和纖維素是具有加固細(xì)胞壁機(jī)械強度和增強植物抗倒伏性的生物學(xué)功能，可作為評價作物抗倒性的重要指標(biāo)[29-31]。朱麗斌等[32]研究發(fā)現(xiàn)，耐密玉米品種不僅莖稈強度高于不耐密品種，且木質(zhì)素含量以及木質(zhì)素積累速率也高于不耐密品種。王凱等[33]研究表明，抗倒伏品種通過增加莖稈內(nèi)木質(zhì)素含量，增大了莖稈抗折力，從而增強抗倒能力。董荷荷等[34]研究表明，在小麥起身期與孕穗期2次追氮模式可以顯著提高莖稈的木質(zhì)素積累量，進(jìn)而提高小麥抗倒能力。本研究表明，莖稈機(jī)械強度與莖稈木質(zhì)素和纖維素含量表現(xiàn)為顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，這表明提高莖稈木質(zhì)素和纖維素含量有利于提高張雜谷10號莖稈的機(jī)械強度和植株的抗倒伏能力。同時，本試驗還發(fā)現(xiàn)，在相同覆蓋條件下，穴播種植方式的木質(zhì)素和纖維素含量低于條播種植方式，這可能是穴播處理下，張雜谷10號在生育后期群體郁蔽程度高，減少了葉片對光的截獲效率，使得植株莖稈發(fā)育變?nèi)?，進(jìn)而影響木質(zhì)素和纖維素的合成。

作物的群體結(jié)構(gòu)和功能是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，合理的種植方式可以優(yōu)化作物的群體結(jié)構(gòu)，增強對環(huán)境的適應(yīng)能力，進(jìn)而提高作物的產(chǎn)量[35]。李萬斌等[36]研究表明，谷子覆膜穴播處理產(chǎn)量高于裸地處理。曹昌林等[37]研究表明，高粱平作覆膜膜下種植與平作覆膜膜側(cè)種植產(chǎn)量顯著高于裸地種植，且膜側(cè)種植相較于膜下種植可提高高粱產(chǎn)量。本研究得出，在定襄和太谷試驗地，采用覆膜處理可增加張雜谷10號的產(chǎn)量，且MT處理下產(chǎn)量略低于MX處理。而在澤州試驗地，裸地處理的產(chǎn)量高于覆膜處理，且LX與LT處理間產(chǎn)量差異不顯著。

4 結(jié)論

不同種植方式對不同地區(qū)張雜谷10號倒伏及產(chǎn)量的影響存在差異。在定襄和太谷試驗地，膜側(cè)條播種植方式下莖稈基部節(jié)間機(jī)械強度高，節(jié)間干密度和節(jié)間充實度大，節(jié)間木質(zhì)素和纖維素含量高，且產(chǎn)量較高；在澤州試驗地，裸地條播種植方式下，張雜谷10號表現(xiàn)出抗倒伏能力強且產(chǎn)量高。綜合不同種植方式對張雜谷10號抗倒伏性和產(chǎn)量的影響，在定襄和太谷適合采用膜側(cè)條播種植方式，在澤州適合裸地條播種植方式。