冬播對旱作區(qū)不同熟期糜子生長特性、水分利用效率及品質(zhì)的影響

李凱 程炳文 羅世武 王湛 楊軍學 王勇 張尚沛 張曉娟

摘要：為了明確冬播對旱作區(qū)不同熟期糜子生長特性、水分利用效率及品質(zhì)的影響，以寧糜9號（中熟品種）和隴糜15號（晚熟品種）為研究對象，設(shè)置冬播覆膜種植（WH1）、冬播露地種植（WH2）、春播覆膜種植（CK）3種不同栽培方式。結(jié)果表明，冬播條件下，糜子抽穗后主莖總干物質(zhì)和籽粒干物質(zhì)積累量逐漸增加，WH1處理在成熟期表現(xiàn)最高，其他各器官干物質(zhì)積累量表現(xiàn)先增加后降低；冬播糜子增熵效應(yīng)苗期最明顯，WH1、WH2處理0～100cm土層平均含水量寧糜9號分別提高22.14%、1.2%，隴糜15號分別提高11.23%、9.62%；相比其他處理，寧糜9號和隴糜15號WH1處理產(chǎn)量顯著增加，分別較CK增產(chǎn)13.11%、12.32%，WH2處理與CK差異不顯著；相比CK，WH1處理水分利用效率寧糜9號顯著提高9.61%，隴糜15號提高2.02%，但WH2處理優(yōu)勢并不明顯；寧糜9號和隴糜15號各處理籽粒蛋白質(zhì)含量高于CK 0.35%～11.58%，其中寧糜9號WH1處理與CK處理間差異顯著，籽粒脂肪和淀粉含量WH1處理和CK處理顯著高于WH2，WH1與CK處理間差異不顯著。綜上結(jié)果，冬播栽培模式對不同熟期糜子干物質(zhì)量積累、產(chǎn)量、水分利用效率及品質(zhì)有一定提升作用，尤其是覆膜冬播模式下糜子中熟品種（寧糜9號）的抗旱增產(chǎn)效應(yīng)表現(xiàn)更加突出。

關(guān)鍵詞：糜子；冬播；產(chǎn)量；水分利用效率；品質(zhì)

中圖分類號：S516.04? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）13-0102-07

糜子（Panicum miliaceum L.）屬禾本科黍作物，是在我國擁有非常悠久栽培歷史的雜糧作物之一，因其具耐瘠薄、生育期短、抗旱性強、水分利用率高等優(yōu)勢特性，在我國黃土高原旱作區(qū)作為一種“抗旱救災(zāi)”作物得到了廣泛種植，并由雜糧作物逐漸發(fā)展成為西北地區(qū)具有穩(wěn)定生產(chǎn)力的健康綠色的主糧作物之一［1-5］。

目前，我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在提高糜子生產(chǎn)效率方面的耕作栽培措施比較多，其中主要研究的方向有深耕、間作、覆膜、肥料調(diào)控等，而有關(guān)冬播糜子特色栽培措施方面的研究報道鮮少［6-9］。在1848年，農(nóng)民通過“冬月種谷法”首次將冬播技術(shù)應(yīng)用于大田生產(chǎn)當中，這種栽培方法可以有效加強對冬季降水的利用，從而避免了過度干旱對春播造成的影響，也有利于農(nóng)忙時節(jié)勞動力的調(diào)整［10］。有關(guān)冬播栽培技術(shù)的使用雖然有歷史記載，但應(yīng)用研究的深度和范圍很有限。隨著我國農(nóng)業(yè)科研技術(shù)的發(fā)展，冬播栽培技術(shù)早期在谷子方面的初步研究發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)量比春播增產(chǎn)32%～38%，并且冬天播種谷子可以調(diào)節(jié)農(nóng)時，避免春季干旱，從而保證苗全苗壯［11］。近年來，姚建民等研究了生物降解滲水地膜覆蓋對冬播谷子生長發(fā)育的影響，指出冬播谷子可以安全越冬且出苗率好，平均出苗率為61.2%，發(fā)育比春播谷子提前14～16 d，冬播谷子具有明顯的早熟和抗旱增產(chǎn)作用［12］；李凱等研究了不同冬播栽培模式對糜子生長特性及產(chǎn)量的影響，指出冬播糜子出苗率達到90%以上，生育時期提前 8～59 d，生育期延長34～44 d，產(chǎn)量性狀不同程度提高，增加15.04%～23.34%［13］。

糜子的眾多優(yōu)勢特性中，抗旱性最為突出并優(yōu)于大多數(shù)糧食作物，但在西北大部分糜子主產(chǎn)區(qū)，干旱少雨等不良氣候依然是影響糜子正常生長的主要因素。目前，針對通過栽培措施對糜子生長特性、水分利用效率等方面的相關(guān)研究來挖掘糜子抗旱潛能途徑的報道比較普遍，但關(guān)于冬播對旱作區(qū)糜子生長特性、水分利用效率及品質(zhì)的研究未見到。因此，本研究通過探討冬播對旱作區(qū)不同熟期糜子生長特性、水分利用效率及品質(zhì)影響，旨在通過充分利用冬播優(yōu)勢揭示中熟和晚熟糜子生長特性、水分利用效率及品質(zhì)的變化規(guī)律，充分挖掘糜子抗旱潛能，對干旱半旱區(qū)糜子增產(chǎn)增效具有重要的實踐指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年11月至2022年10月在寧夏回族自治區(qū)固原市原州區(qū)頭營鎮(zhèn)徐河村進行，屬典型的溫帶大陸性氣候，土質(zhì)為黃綿土，≥10 ℃ 積溫為2 500～2 700 ℃，年均降水量 430 mm。前茬作物為玉米，土壤基本理化性質(zhì)為：全氮0.7 g/kg，全鉀17.8 g/kg，有機質(zhì)12 g/kg，堿解氮126 mg/kg，速效鉀199.87 mg/kg，有效磷 49.6 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗糜子品種為寧糜9號（中熟品種）、隴糜15號（晚熟品種），由寧夏農(nóng)林科學院固原分院提供；試驗肥料為谷子糜子專用緩釋肥（N、P2O5、K2O含量分別為29%、17%、6%），由寧夏榮和綠色科技有限公司提供；試驗地膜為聚乙烯普通地膜，地膜寬度1 650 mm，厚度0.01 mm，由寧夏潤宇塑業(yè)有限公司提供。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，2個糜子品種分別設(shè)置3個處理：冬播覆膜種植（WH1）、冬播露地種植（WH2）、春播覆膜種植（CK），冬播于2021年11月3日播種，春播于2022年5月16日播種；冬播、春播覆膜膜間距為20 cm，株行距為20 cm×30 cm，播種深度為3～5 cm；冬播露地播種株行距為20 cm×30 cm，播種深度為3～5 cm。各處理3次重復，每個小區(qū)面積15 m2，種植密度60萬株/hm2，播種前施入谷子糜子專用緩釋肥600 kg/hm2，其他栽培管理同一般大田。2022年4—9月氣溫、降水情況見圖1。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 生育時期記載 按照糜子生育進程分別記載糜子苗期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期、成熟期6個生長時期。

1.4.2 干物質(zhì)積累 于糜子抽穗后，分別相隔10天直至糜子成熟取樣測定干物質(zhì)，每個處理選取生長一致且具有代表性的15株樣品，將莖桿、葉片、葉鞘、籽粒各器官分開裝入信封置于烘箱中，在105 ℃下殺青0.5 h，80 ℃下烘干至恒質(zhì)量，使用天平稱其干物質(zhì)量。

1.4.3 土壤含水量 分別在糜子生長苗期、拔節(jié)期、抽穗期、開花期、灌漿期、成熟期用土鉆鉆取0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土樣，裝入鋁盒中稱鮮土質(zhì)量，然后放入烘箱（105 ℃） 烘干至質(zhì)量恒定后稱量，計算土壤含水量。

ω=m1-m2m2×100%。（1）

式中：ω為土壤含水量，%；m1為原土質(zhì)量，g；m2為烘干土壤質(zhì)量，g。

1.4.4 產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀 糜子成熟時，按照小區(qū)全部收獲并脫粒、曬干、稱質(zhì)量，每個小區(qū)隨機取20株進行室內(nèi)考種，按照常規(guī)方法測定千粒質(zhì)量、主穗粒質(zhì)量、主穗質(zhì)量。

1.4.5 糜子品質(zhì)測定 蛋白質(zhì)含量采用凱氏定氮法測定［14］；脂肪含量采用索氏抽提法測定［15］；纖維含量采用酸堿洗滌法測定［16］；粗淀粉含量采用紫外可見分光光度計法測定［17］。

1.5 相關(guān)指標計算

利用農(nóng)田土壤水分平衡計算生育期土壤貯水量［18］、生育期耗水量及水分利用效率［19］：

W=∑ii=1wi×Di×Hi×10/100。（2）

式中：W為土壤貯水量，mm；wi為第i 層土壤質(zhì)量含水量，%；Di為第i層土壤容重，g/cm3；Hi為第i層土層厚度，cm。

ET=（SW1+SR）-SW2。（3）

式中：ET為生育期耗水量，mm；SW1和SW2分別為前次生育階段和后次生育階段0～100 cm土層貯水量，mm；SR為某生育階段降雨量，mm；將每個生育階段的耗水量值相加，即為生育期總耗水量。

WUE=Y/ET。（4）

式中：WUE為作物水分利用效率，kg/（mm·hm2）；Y為籽粒產(chǎn)量，kg/hm2。

1.6 統(tǒng)計分析

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)匯總，利用DPS 7.05軟件進行統(tǒng)計分析，并利用Origin Pro 2021軟件進行作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 冬播對不同熟期糜子生育期的影響

由表1可以看出，相較于春播，冬播寧糜9號和隴糜15號各生育時期均提前，全生育期均延長，其中寧糜9號處理WH1、WH2全生育期延長8 d，苗期分別提前33、21 d，成熟期分別提前19、7 d；隴糜15號處理WH1、WH2全生育期分別延長14、5 d，苗期分別提前22、9 d，成熟期分別提前12、8 d。

2.2 冬播對不同熟期糜子干物質(zhì)積累的影響

由圖2可以看出，寧糜9號、隴糜15號各處理在抽穗后的主莖總干物質(zhì)積累量隨著生育進程的推進而逐漸增加的趨勢，成熟期達到最高，但生長后期積累速率平緩。不同熟期糜子各處理總干物質(zhì)積累量的大小表現(xiàn)為WH1處理高于其他處理，成熟后寧糜9號和隴糜15號主莖總干物質(zhì)積累量WH1處理分別較CK增加40.36%、44.84%。

寧糜9號和隴糜15號各處理主莖上莖稈、葉片和葉鞘干物質(zhì)的積累量在抽穗后至成熟期的表現(xiàn)各不同，但變化趨勢具有一致性，即主莖莖稈、葉片和葉鞘干物質(zhì)的積累量均在抽穗后隨著生育期的推進表現(xiàn)為逐漸增加的變化趨勢，在進入灌漿期后，各營養(yǎng)器官干物質(zhì)逐漸向籽粒運移，隨著籽粒灌漿速率的加強，莖稈、葉片和葉鞘干物質(zhì)積累量開始呈現(xiàn)下降趨勢。

糜子在抽穗后籽粒干物質(zhì)積累量在不同時期表現(xiàn)不同，但均隨著生育期的推進逐漸增加，并呈現(xiàn)“S”形的變化趨勢，且在成熟期達到最高，冬播下不同熟期糜子品種寧糜9號和隴糜15號各處理成熟期籽粒干物質(zhì)積累量大小均表現(xiàn)為WH1處理高于其他處理，WH2處理與CK差異不明顯。

2.3 冬播對不同熟期糜子產(chǎn)量性狀及產(chǎn)量的影響

由表2可以看出，冬播對不同熟期糜子的產(chǎn)量具有明顯的影響，其中WH1處理下寧糜9號和隴糜15號產(chǎn)量顯著高于其他處理，分別較CK增產(chǎn)13.11%、12.32%，而WH2較CK差異性表現(xiàn)不顯著。從糜子產(chǎn)量相關(guān)性狀看，寧糜9號和隴糜15號千粒質(zhì)量各處理間差異性不顯著，主穗質(zhì)量和主穗粒質(zhì)量WH1處理與各處理存在顯著差異，這與籽粒產(chǎn)量變化趨勢表現(xiàn)一致，冬播栽培也顯著影響糜子產(chǎn)量的構(gòu)成因子。

2.4 冬播對不同熟期糜子土壤水分的影響

2.4.1 冬播對不同熟期糜子土壤含水量的影響 圖3、圖4為不同熟期糜子在不同生育期的土壤剖面含水量隨土層深度的變化情況。由圖3可以看出，寧糜9號在苗期，WH1、WH2處理0～100 cm土層含水量分別提高22.14%、1.20%，其中各處理 0～20 cm土壤含水量呈現(xiàn) WH1＞W(wǎng)H2＞CK，20～100 cm土壤含水率WH1處理表現(xiàn)最高；拔節(jié)期，各處理0～20 cm、60～100 cm土壤含水量表現(xiàn)為WH1＞W(wǎng)H2＞CK，其中0～20 cm 土壤平均含水量WH1、WH2與對照差異顯著；抽穗期和開花期，相較于對照，WH1、WH2處理0～100 cm土壤平均含水量分別降低14.7%、4.8%和50.1%、11.22%，其中WH1處理與其他處理差異顯著；灌漿期，各處理 0～100 cm土壤含水量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，各土層土壤含水量均表現(xiàn)為 WH1＞CK＞W(wǎng)H2；成熟期，處理WH1在0～100 cm土壤含水量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，而WH2和CK表現(xiàn)為先降低后增加的趨勢，0～20 cm土壤平均含水量WH1處理分別較WH2、CK降低47.08%、45.12%，20～100 cm各土層土壤含水量WH1均高于其他處理。

由圖4可以看出，隴糜15號在苗期，WH1、WH2處理0～100 cm土壤平均含水量分別較對照提高11.23%、9.62%，其中WH1處理0～80 cm各土層均高于其他處理；拔節(jié)期，各處理不同土層土壤含水量表現(xiàn)為WH1＞CK＞W(wǎng)H2，其中0～60 cm土壤含水量處理WH1和CK顯著高于WH2；抽穗期，0～20 cm各處理土壤含水量較低，各處理間差異不顯著，但處理WH2在不同土層土壤含水量均高于WH1和CK，其平均含水量分別較WH1和CK顯著提高25.31%和33.6%，處理WH1在20～100 cm 各土層土壤含水量均高于CK，含水量提高5%～38%；開花期，處理WH1各土層土壤含水量均高于WH2和CK，平均土壤含水量分別提高81.27%和29.8%，其中0～20 cm、60～100 cm差異顯著；灌漿期，處理WH1和WH2在0～80 cm土壤含水量均低于對照，整個土層平均土壤含水量分別低于對照17.09%和28.21%，其中0～20 cm各處理與對照差異顯著；成熟期，處理WH1和WH2在10～100 cm土壤含水量均顯著低于對照，平均含水量分別降低52.77%和49.05%。

2.4.2 冬播對不同熟期糜子土壤水分利用效率的影響 由表3可以看出，WH1、WH2、CK處理下寧糜9號和隴糜15號生育期內(nèi)耗水量主要來自土壤貯水量和降水水量，各處理耗水量依次為WH1＞W(wǎng)H2＞CK。2021年試驗區(qū)嚴重干旱，冬播各處理在糜子抽穗期到灌漿期降水量嚴重短缺，耗水總量高于CK，說明冬播糜子能夠通過加強對土壤貯水量的利用來保障生長的需求，具有更好的水分調(diào)控作用。

由表3可見，各處理寧糜9號和隴糜15號的水分利用效率依次為WH1＞CK＞W(wǎng)H2，其中寧糜9號處理WH1顯著高于其他處理，比CK提高9.61%，WH2與CK差異不顯著；隴糜15號WH1和CK處理分別顯著高于WH2處理10.71%、8.52%，WH1和CK差異不顯著，僅提高2.02%。可見，采用覆膜冬播中熟和晚熟糜子，其水分利用效率均具有優(yōu)勢，但中熟糜子的優(yōu)勢表現(xiàn)更為明顯。

2.5 冬播對不同熟期糜子籽粒品質(zhì)的影響

由表4可以看出，寧糜9號WH1處理蛋白質(zhì)和纖維含量分別顯著高于其他處理7.44%～11.58%、9.27%～12.00%，WH2處理與CK間差異不顯著，脂肪和淀粉含量WH1和CK處理顯著高于WH2，WH1與CK處理間差異不顯著；隴糜15號蛋白質(zhì)含量各模式表現(xiàn)為WH1＞W(wǎng)H2＞CK，但差異不顯著，脂肪和淀粉含量WH1和CK顯著高于WH2，WH1與CK間差異不顯著，纖維含量WH2處理分別較WH1、CK顯著增加7.32%、2.33%。

3 討論

3.1 冬播對不同熟期糜子生長指標的影響

宋艷麗等的研究表明，糜子抽穗后，不同種植方式的地上部分干物質(zhì)積累量隨生長進程而發(fā)展變化，均呈現(xiàn)先上升后隨植株衰老下降的趨勢［20］。干物質(zhì)生產(chǎn)是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，也是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵，其在植株內(nèi)的積累規(guī)律及對器官組織中的分配直接影響最終產(chǎn)量的高低［21-23］。張東旗等的研究表明，在灌漿初期，整個糜子植株積累的大量養(yǎng)分主要用于其營養(yǎng)生長，在葉片、葉鞘、莖桿中的干物質(zhì)含量所占比例較高，但隨著糜子生殖生長的開始，植株中的養(yǎng)分逐漸向籽粒中轉(zhuǎn)移，籽粒質(zhì)量慢慢增加，并在成熟期其籽粒的干物質(zhì)含量比例達到最大［24］。本研究表明，冬播和春播栽培下，寧糜9號、隴糜15號在抽穗后的主莖總干物質(zhì)積累量隨著生育進程的推進而逐漸增加的趨勢，進入灌漿期，各營養(yǎng)器官干物質(zhì)量向籽粒轉(zhuǎn)移，在成熟期達到最高，且各器官干物質(zhì)積累量穗粒＞莖＞葉片＞葉鞘。這與前幾位研究者的結(jié)論相一致，其中覆膜冬播對糜子地上部分植株總干物質(zhì)和各器官干物質(zhì)積累具有明顯的優(yōu)勢，這對于提高糜子產(chǎn)量具有重要的意義。

3.2 冬播對不同熟期糜子產(chǎn)量及水分利用效率的影響

糜子是一種高效的C4作物，可以充分利用其他作物不能夠利用的水熱資源，具有穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)的特性，但在西北旱作區(qū)，糜子春季播種干旱少雨依然成為制約產(chǎn)量的主要限制因子［25］。耕作栽培制度與技術(shù)創(chuàng)新是有效緩解作物水分供需矛盾、提高土壤水分利用率的重要途徑，通過調(diào)節(jié)土壤的物理環(huán)境，使土壤中的水、氣、熱得到合理的調(diào)整，進而影響作物生長，而在作物的整個生長過程中，耗水量和水分利用效率是影響其水分利用的關(guān)鍵因素［26-27］。董孔軍等研究黃土高原旱作區(qū)不同覆膜方式對土壤水熱環(huán)境及糜子耗水特性的影響，指出通過不同覆膜方式種植糜子，可以對糜子整個生育期內(nèi)的土壤水熱環(huán)境進行進一步改善，其在不同生育時期的耗水強度不僅發(fā)生了變化，并且水分利用效率、籽粒產(chǎn)量及其相關(guān)性狀均得到了顯著提高［28］。周花等研究發(fā)現(xiàn)，在寧夏南部山區(qū)旱作農(nóng)田上，采用不同的微膜覆蓋穴播方式種植谷子和糜子均可以有效改善土壤水分環(huán)境，抑制了土壤水分的過度蒸發(fā)，水分利用效率得到了進一步提高，達到了抗旱節(jié)水和增產(chǎn)的效果［29］。蘇旺等研究表明，與傳統(tǒng)平作無覆蓋相比，溝壟集雨覆蓋種植糜子3年平均產(chǎn)量和水分利用效率分別提高55.9%和64.9%，增產(chǎn)效果最顯著［30］。本研究中，冬播糜子是一種耕作栽培制度與技術(shù)的創(chuàng)新，通過采用冬播栽培技術(shù)表明，晚熟的糜子品種也能夠較春播提前成熟，苗期增熵效應(yīng)最明顯，寧糜9號和隴糜15號冬播處理0～100 cm土層平均含水量較春播分別提高11.67%、10.43%，而覆膜冬播增效增產(chǎn)效果更為顯著，其產(chǎn)量分別提高13.11%、12.32%，土壤水分利用效率分別提高9.61%、2.02%。主要原因是冬播起到了蓄水保墑的作用，能夠充分利用秋冬季降雨，提供了糜子出苗期所需水分和溫度，并且在糜子生長干旱期可以有效調(diào)節(jié)土壤耗水量強度，使得在一定干旱脅迫的作用下，糜子產(chǎn)量得到了穩(wěn)定和提高，而冬播糜子中熟品種的增效增產(chǎn)優(yōu)勢比晚熟品種表現(xiàn)更加突出。由于該試驗?zāi)隇楦珊的辏ピ谄剿?、豐水年對糜子產(chǎn)量、土壤水分的影響和干旱年是否相似仍需進一步探討。

3.3 冬播對不同熟期糜子籽粒品質(zhì)的影響

王德慧等的研究表明，與傳統(tǒng)不覆膜相比，全覆膜促進了低密度時糜子籽粒蛋白質(zhì)、淀粉和粗脂肪含量的提高，高密度時含量下降［31］。張艷萍等研究發(fā)現(xiàn)，覆蓋栽培有效提高了糜子籽粒淀粉相關(guān)合成酶活性，且最終淀粉積累量和千粒質(zhì)量大于或顯著大于露地栽培［32］。但另有些研究表明，不同覆蓋措施對糜子籽粒蛋白質(zhì)含量沒有顯著影響［33］。本研究表明，冬播對不同熟期糜子籽粒品質(zhì)有一定的影響，冬播中熟和晚熟糜子籽粒蛋白質(zhì)含量均有所提高，其中覆膜冬播中熟糜子顯著增加11.58%；覆膜冬播和春播糜子籽粒脂肪和淀粉含量均顯著高于冬播露地?？梢?，冬播條件下，糜子籽粒品質(zhì)得到了提升，而采用覆膜冬播的方式效果最為顯著。

4 結(jié)論

隨著冬播栽培技術(shù)在旱作區(qū)的應(yīng)用，糜子抗旱增產(chǎn)能力進一步增強，不僅有利于提高糜子干物質(zhì)積累量、水分利用效率，還可增加產(chǎn)量，糜子籽粒品質(zhì)也得到了提升，尤其是采用覆膜冬播糜子栽培模式使得中熟糜子的抗旱特性得到更充分的挖掘，為旱作區(qū)抗旱措施提供了一種可行的新途徑。

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