膜侧沟播对旱地春谷生理生态特性及产量的影响

张艾英++郭素芬+张莉++郭二虎+范惠萍++李瑜辉+王丽霞++王秀清++程丽萍

摘要：研究了膜侧沟播对旱地春谷生理生态特性及产量的影响。结果表明，膜侧沟播谷子比对照露地条播谷子抽穗期提前4 d，成熟期提前7 d，出苗数提高4.8%，增产14.18%，增产效果显著，可作为黄土高原区旱地谷子生产的高产栽培新模式。

关键词：谷子；旱地；膜侧沟播；光合生理；产量

中图分类号： S515.042文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）06-0148-04

收稿日期：2015-04-10

基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项（编号：CARS-07-12.5-A10）；国家科技支撑计划（编号：2014BAD07B01-03）。

作者简介：张艾英（1977—），女，山西寿阳人，硕士，助理研究员，研究方向为作物栽培与生理生态。E-mail：zay1012@126.com。

通信作者：郭二虎，研究员，研究方向为作物育种与栽培生理。E-mail：guoerhu2003@163.com。谷子（Setaria italica）膜侧沟播栽培是使用膜侧播种机一次完成开沟、起垄、铺膜、压膜、播种、覆土、镇压等工序的技术，该技术较成熟，效率高，劳动强度低，播种质量好，集抗旱、集雨、增产为一体，为干旱半干旱地区旱作农业发展开辟了一条新途径。膜侧沟播谷子栽培技术在谷子春播早熟区应用较多，该技术较好地改善了作物生长阶段的水、肥、气、热生态条件，使谷子植株生长健壮，个体发育良好，穗分化进程提前，有效解决了因伏旱造成的抽穗难和早霜危害造成的结实、成熟问题，具有显著的增产效果[1]。谷子膜侧沟播栽培在甘肃省中西部地区有明显的增温、集雨、保墒作用，使谷子早出苗、出全苗，增产效果明显，使一些地区不能种植的中晚熟品种在该地区能正常成熟[2-4]。目前对谷子膜侧沟播的研究主要集中在一些技术配套和产量效益上[2-5]，而有关膜侧沟播条件下谷子生理生态效应的研究未见报道。本研究选用春谷品种长农35号进行谷子膜侧沟播栽培试验，探讨膜侧沟播种植模式下不同生育时期谷子生长发育、光合特性、土壤状况，以期为谷子高产高效栽培提供理论指导。

1材料与方法

1.1试验概况与田间设计

试验于2011年在山西省农业科学院谷子研究所试验田进行，土壤类型为壤土，试验点属中温带半湿润大陆性季风气候，年平均气温5～11 ℃，年平均降水量600 mL以上，无霜期155～184 d。2011年谷子生育期间降水量为 357.4 mm。试验地前茬作物为玉米，一年一熟，多年秸秆还田。

试验选用春谷中晚熟品种长农35号，设膜侧沟播处理（RF）和不覆膜露地条播处理（CK）。膜侧沟播谷子采用膜侧播种机一次完成开沟、起垄、铺膜、压膜、播种、覆土、镇压等工序，不覆膜露地条播采用普通条播机播种。每个处理重复3次。

1.2测定项目及方法

1.2.1地温测定在谷子拔节后（6月29日）将曲管地温计埋入土壤中，分别测定覆膜、不覆膜地温，测定深度分别为5、10、15、20、25 cm。选择各生育时期连续2 d晴朗天气进行定点测量，分别于8：00、10：00、12：00、14：00、16：00、18：00记录温度。各生育时期地温的日平均值为连续2 d、6次/d测定值的平均值。

1.2.2SPAD（soil and plant analyzer development）值测定谷子抽穗后，采用日本产叶绿素测定仪SPAD-502（Konica Minolta ）测定顶三叶的SPAD值。

1.2.3光合速率、气孔导度、蒸腾速率测定采用美国产CIRAS-2型光合速率仪测定谷子顶三叶的净光合速率（net photosynthesis rate，Pn）、气孔导度（stomatal conductance，Gs）、蒸腾速率（transpiration，Tr）、细胞间隙二氧化碳浓度（intercellular CO2 concentration，Ci）。于谷子开花后，每处理测定5株。

1.2.4农艺性状调查与小区测产于谷子拔节期、成熟期对其株高、茎粗、穗长、穗粗、穗质量、穗粒质量、千粒质量等农艺性状进行调查。在每个小区中间行内选取约1 m作为取样单元，取10株带回室内进行调查，取其均值作为小区农艺性状值。去掉小区边行，每个小区收获面积 6 m2（3 m×2 m），以此计产作为小区产量。

1.2.5水分利用效率（WUE）计算采用Fischer等的方法计算WUE[6-7]：

WUE=Pn/Tr。

1.2.6土壤含水量测定测定 0～100、100～200 cm土壤水分含量。

1.2.7数据分析采用DPS软件进行数据分析[8]，采用新复极差法进行显著性检验，采用Excel 2003 软件绘制图表。

2结果与分析

2.1膜侧沟播对谷子农艺性状及产量的影响

由表1可见，与对照露地条播比较，谷子膜侧沟播处理抽穗期提前4 d，成熟期提前7 d，出苗数提高4.8%。

由表2可见，与对照相比，谷子拔节后膜侧沟播处理下的谷子农艺性状除可见叶数显著增多外，株高、倒二叶面积、绿叶数、次生根数、节数、植株鲜（干）质量、根鲜（干）质量都极显著增大或增多。

由表3可见，与对照相比，成熟期谷子膜侧沟播处理下的谷子株高显著增高，倒二叶面积却显著降低；可见叶数、节数、茎粗、次生根数、根干质量有增加趋势，但差异不显著；在谷子植株总干质量不变的情况下，茎干质量有降低趋势，根、叶鞘干质量有增加的趋势。可见膜侧沟播处理下谷子根、叶鞘的干物质累积量增加。

由表4可见，与对照相比，膜侧沟播谷子增产率达 14.18%，增产效果显著，与产量相关的穗数、穗质量、粒质量、千粒质量、穗长等性状均表现为增加，但未达显著水平，穗粗则表现为降低。说明谷子膜侧播种处理下产量的提高体现在谷子个体多个性状量的累积上。

2.2谷子膜侧沟播的增温效应

由表5可以看出，对于5 cm深度地温，膜侧沟播处理下增温不明显，拔节期、成熟期甚至降低；膜侧沟播处理的 10 cm 土深地温比对照升高1.13～2.62 ℃；膜侧沟播处理的15 cm土深地温比对照升高1.37～1.92 ℃；膜侧沟播处理的 20 cm 土深地温比对照升高0.56～2.77 ℃；膜侧沟播处理的 25 cm 土深地温在抽穗期比对照升高约1 ℃，拔节期、成熟期增温不明显。总体上看，谷子膜侧沟播处理的增温效应主要体现在10～20 cm土深地温，在谷子抽穗期，也是气温较高时，其增温效应可以延伸到25 cm以下，但膜侧沟播处理增温最高的深度在20 cm左右。

由图1可见，膜侧沟播处理下不同深度地温的早晚变化小，不同深度地温变化较大的时间出现在12：30—14：30。露地条播、膜侧沟播处理地温日变化的不同主要体现在10、15 cm 深度上，露地条播处理10 cm地温高峰出现在14：30，随后下降；而膜侧沟播处理的10 cm地温高峰从12：30稳定到14：30，随后地温下降速度低于露地条播处理。露地条播处理的15 cm地温高峰也出现在14：30，随后下降；而膜侧沟播处理的15 cm地温高峰平缓上升，直到16：30时达到高峰。这充分体现了膜侧沟播谷子增温快、保温效果佳的特性。

2.3谷子膜侧沟播土壤水分效应

由图2可以看出，土壤深度0～40 cm时谷子膜侧沟播处理的土壤含水量比对照低；土壤深度40 cm以上时谷子膜侧沟播处理的土壤含水量比对照高；土壤深度60 cm左右时土壤含水量最大。

2.4谷子膜侧播种叶绿素SPAD值及光合特性

由图3可见，2个处理下不同生育时期顶三叶SPAD值表现为旗叶<倒二叶<倒三叶，但在不同播种方式、不同生育时期下表现有所不同，膜侧沟播处理下不同生育时期顶三叶SPAD值不存在显著差异。

光合作用对作物产量影响很大，是作物生长发育、干物质积累、产量形成的基础，谷子产量90%以上来自抽穗期以后的光合作用[9-10]。由图4可以看出，与对照相比，膜侧沟播后旗叶的细胞间隙CO2浓度和气孔导度增加，光合速率、蒸腾速率、水分利用率都降低；倒二叶的水分利用效率、光合速率升高，其他指标都降低；倒三叶的蒸腾速率、光合速率升高，其他指标都降低。

3结论与讨论

膜侧沟播谷子显著加快谷子的营养生长和生育进程，比对照露地谷子抽穗期提前4 d，成熟期提前7 d，这对于高寒冷凉地区谷子免受早霜冻害具有重要意义，且比对照露地条播增产14.18%，为谷子高产栽培奠定基础，可作为黄土高原旱地谷子高产栽培新模式。

相对露地种植技术，地膜覆盖种植方式对耕层地温提升、保墒集雨作用明显[11-12]。本试验条件下，谷子膜侧沟播后前期、中期增温效果明显，后期增温效果小，原因可能是后期谷子植株长高遮阴所致，但在黄土高原地区前期地温低、常发生春旱的情况下，膜侧播种起到了很好的保墒保温效果，其出苗率比常规田提高4.8%，对谷子出苗和保全苗具有重要意义[13-18]。

从叶绿素SPAD值和光合特性来看，膜侧沟播后对谷子顶三叶功能进行了重新调配，表现为顶三叶SPAD值和光合特性的变化，这种调配可能更有利于产量形成。本研究只进行了一个时期的试验，下一步须要进行动态调查来确定这些生理指标变化对谷子产量的影响。

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