不同覆膜穴播种植模式对谷子和糜子作物籽粒灌浆特征及水分利用效率的影响

李万斌 戴丽君 李永平

摘要：研究作物生長特性、灌浆特征及水分利用效率，以期为宁南旱区谷子和糜子微膜覆盖穴播高效种植提供理论依据。本研究建立了5种覆膜穴播模式，包括渗水微膜、普通微膜、降解微膜、垄上覆膜+沟内穴播、不覆膜穴播（CK）。采用田区定位试验与室内分析相结合的方法开展试验。不同覆膜穴播模式的增产效果排序为：渗水微膜覆盖>普通微膜覆盖>垄上覆膜+沟内穴播>降解微膜覆盖>不覆盖穴播（CK）。与CK相比，谷子和糜子覆膜穴播分别增产48.4%～66.5%和53.9%～70.3%，水分生产效率（WUE）分别提升58.1%～80.6%和31.9%～55.9%。主穗灌浆速率分别为0.89～1.01 g/d和0.34～0.39 g/d，较CK增加41.3%～60.3%和36.0%～56.0%。覆膜穴播和CK穴播下，抽穗后进入活跃灌浆期的时间分别为24天和30天左右，灌浆终止期较CK早6天左右。综上所述，渗水微膜穴播和垄上覆膜+沟内穴播种植模式更适合宁夏南部干旱地区谷子和糜子种植，在水分亏缺背景下，重视拔节期和灌浆期水肥管理，是实现高产的关键措施。

关键词：谷子和糜子；覆膜穴播；灌浆速率；水分亏缺；产量水平

中图分类号：S-3文献标志码：A论文编号：cjas2020-0111

基金项目：宁夏重点科技成果转化“六盘山特困区小杂粮精准扶贫技术集成示范”（2018BFF020）。

Plastic Film Mulching Hole-planting Patterns： Effect on Grain Filling Characteristics and Water Use Efficiency of Setaria italica and Panicum miliaceum L. Kernels

Li Wanbin1， Dai Lijun1， Li Yongping2

（1Pengyang Science and Technology Bureau， Pengyang 756500， Ningxia， China；

2Guyuan Branch of Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Guyuan 756000， Ningxia， China）

Abstract： This paper aims to provide a theoretical basis for planting Setaria italica and Panicum miliaceum L. under plastic film mulching hole-planting patterns in the arid region of southern Ningxia through studying the growth characteristics， filling character and water use efficiency （WUE） of crops. In the study， five mulching hole- planting patterns were set up： water- permeable plastic- film mulch， traditional plastic- film mulch， degradable plastic-film mulch， only mulching of ridge with plastic film + hole-planting in furrow， and no covered hole-planting （CK）. The method of field location test combined with laboratory analysis was adopted. The yield- increasing effects of different mulching hole- planting patterns on Setaria italica and Panicum miliaceum L. were ranked as follows： water-permeable plastic-film mulch> traditional plastic-film mulch > only mulching of ridge with plastic film + hole-planting in furrow > degradable plastic-film mulch > no covered hole-planting （CK）. Compared with CK， the yield of mulching hole-planting pattern of Setaria italica and Panicum miliaceum L. was increased by 48.4%-66.5% and 53.9%-70.3%， respectively， and the WUE was increased by 58.1%-80.6% and 31.9%-55.9%， respectively， the filling rate of main spike was 0.89-1.01 g/d and 0.34-0.39 g/d， respectively， 41.3%-60.3% and 36.0%-56.0% higher than that of CK. Under the mulching hole- planting and CK， the time entering the active filling stage was about 24 d and 30 d after heading， respectively， the filling termination period was 6 d earlier than that of CK. In summary， the patterns of waterpermeable plastic-film mulch and only mulching of ridge with plastic film+ hole-planting in furrow are more suitable for Setaria italica and Panicum miliaceum L. in the arid region of southern Ningxia. In the context of water deficit， paying attention to the management of water and fertilizer in jointing stage and filling stage is the key measure to achieve high yield.

Keywords： Setaria italica and Panicum miliaceum L. ； Mulching Hole-planting； Filling Rate； Water Deficit； Yield Level

0引言

中国西北干旱半干旱区谷子和糜子属小杂粮作物，谷子（Setaria italica）属禾本科狗尾草属，古称粟，糜子（Panicum miliaceum L.）称为黍，与其他作物比较具有生育期短、耐旱、耐瘠薄的特点，是干旱区旱灾频发地区的抗旱救灾作物。据统计[1]，中国谷子种植面积由2013年的72.1万hm2，增加到2018年的86.1万hm2，总产量由177.6万t增加为254.8万t，单产由2464.8 kg/ hm2增长到3009.3 kg/hm2。宁夏南部山区8县（区）谷子和糜子作物种植面积2.5万hm2左右，占当地杂粮作物种植面积的10%左右。各地区产量差异相差悬殊，说明不同品种和栽培条件对土壤水肥和气候资源利用效率差异明显[2]。不同耕作方式、农田集雨保水措施和种植模式可直接影响土壤水分生态循环状况，進而直接决定土壤贮水量对生长量、灌浆进程、灌浆速率、籽粒成熟度及产量水平的影响[3]。作物籽粒产量的形成过程实质是植株干物质积累再分配的生理过程，一定时间内分配到生殖器官的干物质量越多产量就越高[4-5]，进而影响水分利用效率[6]。研究表明，干旱胁迫可使谷子总生物量、产量、株高、穗重、千粒重明显减少[7-8]，尤其干旱胁迫对灌浆期的影响最为明显，籽粒灌浆过程也是决定作物产量和品质的关键期。糜子作物在重度水分胁迫下籽粒灌浆的起始生长势降低，最大灌浆速率出现的时间延迟，进而使中后期灌浆对产量的贡献率明显下降[9-10]。土壤水分条件适宜则有利于提高糜子籽粒灌浆起始期、中期和后期灌浆速率和成熟度。干旱胁迫下严重影响谷子作物籽粒灌浆期光合效率和光合色素变化[11-12]。当干旱胁迫达到严重程度时，土壤水分含量接近作物叶片凋萎湿度的临界值，则严重阻滞作物正常生长发育[13-14]，重度干旱达到一定程度时，减产程度加剧，造成生产中重大旱灾直至出现绝产情景。

前人研究干旱胁迫对谷子农艺性状、作物品种间籽粒灌浆特性、干旱对谷子和糜子品种的灌浆期的光合效率、物质运转和籽粒灌浆特性的文献较多，但旱地谷子和糜子采用地膜覆盖穴播种植模式对籽粒灌浆特征等影响方面内容报道甚少。因此，笔者在垄沟集雨种植与水肥调控生理抗旱特性研究的基础上，在旱地采用不同微膜覆盖穴播种植谷子和糜子，即以渗水微膜穴播、普通微膜、降解微膜穴播、垄上覆膜+沟内穴播及露地穴播种植模式为切入点，研究作物生长特性、籽粒灌浆速率、灌浆进程等参数及水分生产效率，以提高旱地谷子和糜子生产能力，改进传统种植方式，并筛选出适宜在半干旱区旱地谷子和糜子抗旱节水高产高效种植模式1～2个，以期为宁南旱区谷子和糜子不同微膜覆盖穴播种植模式提供理论依据与技术支持。

1材料与方法

1.1试验地概况

2019年试验在宁夏农林科学院固原分院长期组建的旱农试验区彭阳县城阳乡塬涝池村旱地进行（35°51′42″N， 106°47′18″E），土壤类型属壤黄土粘质，前茬作物为玉米，地力中等。海拔1670 m，≥10℃积温2500～2800℃，无霜期130～160天，全年日照时数2520 h，多年平均降水量450 mm，属典型半干旱地区。2019年全年降水量为577.0 mm，其中谷子和糜子作物生长期降水量分别为452.1 mm和394.0 mm，属于丰水年份。

1.2试验材料

试验设2种作物，即谷子参试品种为‘张杂谷13’，糜子为‘固糜21号’。

1.3试验设计

试验设旱地谷子和糜子作物，其中谷子设5个处理：①垄膜+沟种穴播种植（LGXB）、②渗水微膜穴播（SMXB）、③普通微膜穴播（PMXB）、④降解微膜穴播（JMXB），⑤不覆盖穴播CK（LDXB）；糜子设4个处理：①LGXB、②SMXB、③PMXB、④LDXB。

采用随机区组排列，谷子作物每个处理大区面积480 m（2长30 m×宽16 m），糜子作物每个处理大区面积为490 m2（长35 m×宽14 m），每处理收获期测产面积为3.75 m2（长3 m×宽1.25 m），3次重复。另外对每处理大区试验进行5点取样测产。

地膜规格及种植密度：LGXB处理用普通微膜规格为80 cm×0.008 mm（垄上覆膜50 cm+沟内60 cm）沟内穴播种植4行，SMXB、PMXB和LDXB（CK）处理微膜规格均为130 cm×0.008 mm，覆膜后宽幅均为110 cm，种植密度行距40 cm×株距10 cm，用穴播机种植3行，不覆盖穴播（CK）种植3行，种植密度同上。均人工完成覆膜。

谷子和糜子试验分别于4月27日和5月21日播种。播前整地时结合田间机耕或旋耕作业一次性基施商品肥磷酸二铵225 kg/hm2、尿素150 kg/hm2，抽穗期遇降水追施尿素150 kg/hm2。苗期及时放苗、补苗、除草等。9月27日收获，风干后脱粒折算产量。

1.4测定项目与方法

1.4.1生长期主要生长量生育进程记载生育进程，苗期长势、抗旱、抗病和抗倒伏等。每个处理区选取代表株挂牌标记，定期测定株高、地上部生长量、叶面积和籽粒灌浆特征等。成熟时每处理取2组中间行长2 m的样株。其中一组进行主要农艺性状指标考种等，另一组全部脱粒得到平均穗重和穗粒重。

1.5数据分析

统计分析采用SPSS 23系统[20]和Microsoft Excel 2010进行数据处理和统计分析。

2结果与分析

2.1谷子和糜子籽粒灌浆特征

2.1.1主穗粒重增量变化不同地膜覆盖穴播种植模式对谷子和糜子灌浆期穗粒重的差异比较明显。图1可知，2种作物灌浆期的主穗粒重以不覆盖穴播LDXB（CK）最低，谷子不同覆膜穴播种植模式在灌浆活跃期的主穗粒重较不覆盖穴播种植LDXB（CK）增加91.6%～ 103.2%，当灌浆期进入峰值期至灌浆后期，穗粒重较LDXB（CK）增加38.2%～52.2%；糜子不同地膜覆盖穴播种植模式在灌浆活跃期，其主穗粒重较不覆盖穴播种植LDXB（CK）增加72.9%～140.2%，灌浆进入峰值期至灌浆后期，其穗粒重较LDXB（CK）增加40.0%～ 54.7%。

2.1.2籽粒灌浆速率谷子和糜子籽粒灌浆速率变化趋势表1和图2看出，各处理的籽粒灌浆过程呈S曲线增长趋势。谷子不同地膜覆盖穴播种植模式的主穗灌浆速率最大值为0.89～1.01 g/（d·穗），较不覆盖穴播种植LDXB（CK）的0.63 g/（d·穗）增加41.3%～60.3%，平均灌漿速率较LDXB（CK）增加47.8%～60.9%；糜子不同地膜覆膜穴播种植模式最大灌浆速率为0.34～0.39 g/（d·穗），较LDXB（CK）增加30.6%～56.0%，平均灌浆速率较LDXB（CK）增加27.3%～36.4%。

2.1.3籽粒灌浆特征参数的确定通过籽粒灌浆特征测定（计算公式前述），得到不同地膜覆盖穴播种植模式下籽粒灌浆特征参数值。谷子和糜子作物在灌浆初期籽粒干重增长缓慢，灌浆中期是粒重增加的关键时期，粒重增长最快，呈急剧上升趋势，灌浆后期籽粒干重的增加趋于缓慢[21]。由表2可看出，谷子不同地膜覆盖穴播种植模式的起始灌浆速率（S0）为0.25 g/（d·穗）左右，较不覆盖穴播模式LDXB（CK）增加25.0%。进入最大灌浆速率时期（Dmax）天数为25天左右，LDXB（CK）为29天左右，此时最大灌浆速率为1.03～1.18 g/（d·穗），较不覆盖穴播模式（CK）增加56.0%～75.8%，灌浆速率最大时的穗粒生长量（Wmax）为8.38～9.19 g/穗，较不覆盖穴播模式LDXB（CK）增长25.9%～38.0%。平均灌浆速率（Va）为0.33～0.36 g/（d·穗），较不覆盖穴播模式LDXB（CK）增加43.5%～56.5%。进入灌浆活跃期（D）的天数为24天左右，从灌浆期开始，灌浆活跃期（D）或灌浆终止期（Ts）较不覆盖穴播模式LDXB（CK）提前5～6天。

表2分析说明，糜子不同地膜覆盖穴播种植模式的起始灌浆势（S0）为0.20 g/（d·穗），较CK增加8.0%，达到最大灌浆速率时期（Dmax）的天数为17天，较CK提前4天，最大灌浆速率为0.42 g/（d·穗）左右，较不覆盖穴播模式LDXB（CK）增加55.6%。达到最大灌浆速率时期的穗粒生长量（Wmax）为4.07 g/（d·穗），较不覆盖穴播模式LDXB（CK）增长39.8%。平均灌浆速率（Va）为0.18 g/（d·穗）左右，较不覆盖穴播模式LDXB（CK）增加63.5%。进入灌浆活跃期的时期（D）为30天左右。灌浆终止期（Ts）较不覆盖穴播模式LDXB（CK）早6天左右。

2.2产量构成及水分利用效率

地膜覆盖穴播种植模式可显著改善土壤水分状况，减少无效蒸发，降低水分无效蒸发强度，大幅度提升产量和水分生产效率。不同地膜覆盖穴播种植模式对谷子糜子产量构成因素和水分利用效率（表3）。从表3中可看出，决定作物产量的主要因素为有效穗数、穗重和穗粒重的构成。经对谷子穗数（X1）、穗重（X2）和穗粒重（X3）、经济系数（X4）与产量（y）进行相关分析达到相关显著，R2=0.838～0.983。谷子作物不同地膜覆盖穴播种植模式LGXB、SMXB、PMXB和JMXB处理区籽粒产量为5751.0～6453.0 kg/hm2，较LDXB（CK）增产48.4%～66.5%。

糜子作物LGXB、SMXB和PMXB处理区籽粒产量为5022.0～5040.0 kg/hm2，较CK区2941.5 kg/hm2增产53.9%～70.3%；谷子作物LGXB、SMXB、PMXB和JMXB处理水分生产效率（WUE）为17.41～19.89 kg/（mm·hm2），较LDXB（CK）区11.01 kg/（mm·hm2）提高58.1%～80.6%；糜子LGXB、SMXB、PMXB处理区水分利用效率（WUE）为14.29～16.88 kg/（mm·hm2），较LDXB（CK）区10.83 kg/（mm·hm2）提高31.9%～55.9%。

3讨论

3.1耕作方式和覆盖保墒能显著提高作物干物质运输分配量

谷子灌浆期干旱胁迫可使产量大幅度降低。朱灿灿等[22]研究表明，小麦快增期的灌浆速率和灌浆持续时间与千粒重呈正相关，并将较快的平均灌浆速率和快速增期的灌浆速率作为高产育种重要选择指标。王桂跃等[23]认为，穗粒重与最大灌浆速率、平均速率和灌浆活跃期与产量显著相关，与本研究结果一致。不同栽培方式和施氮量能显著提高糜子开花期干物质在各器官中的运输分配量，覆盖显著提高糜子产量、千粒重、穗粒数和穗长[24]。适宜的宽窄行能够有效提高谷子产量，对穗长、穗粗、叶绿素、穗粒重、千粒重的相关性显著，但产量与单位面积穗数相关性不显著。谷子作物行距和穗数不是影响产量的主要因素[25]，本研究也得到一致结果。

3.2抗旱节水种植模式能改善水分条件大幅度提升产量和水分生产效率

屈洋等[26]研究认为不同节水种植模式可以有效地提高农田集水与保墒效果，明显提高土壤水分含量，有效地降低糜子生育期耗水量与耗水强度。本研究认为，地膜覆盖穴播种植模式能将无效降水通过渗水地膜微孔或种植穴孔入渗到土壤，明显改善土壤水分状况，地膜覆盖可减少无效蒸发，降低水分无效蒸发强度，大幅度提升产量和水分生产效率。

3.3覆盖穴播种植模式可明显提升作物灌浆期的灌浆特征值

宋艳丽等[27]研究发现糜子采用宽窄行穴播种植抽穗后进入灌浆期14天穗粒重增长速率达到最大值。本研究表明，糜子覆盖穴播种植模式下进入灌浆期17天左右灌浆速率达到最大值，较不覆盖穴播种植（CK）提前4天左右，进入灌浆活跃期的时间为抽穗后24天左右。不同栽培模式下小麦籽粒灌浆特性、旗叶叶绿素含量与产量的关系，千粒重与灌浆持续天数、平均灌浆速度、灌浆天数和最大灌浆速度均呈显著相关[28]。小麦粒重主要由灌浆速率和灌浆持续期来决定[29]。本研究表明，谷子和糜子平均灌浆速率和灌浆活跃期对粒重的影响更明显。在重度水分胁迫下，糜子灌浆期籽粒的起始生长势明显降低，最大灌浆速率出现的时间延迟，灌浆中后期时间缩短，进而影响结实率、穗粒数和穗粒重对产量的贡献率[30-31]，本研究也得到一致结果。因此，加强拔节期和灌浆期水肥管理是提升作物产量的关键期。

3.4不同栽培方式可提升糜子作物的光合效率

不同栽培方式和施氮量对糜子光合效率和产量性状影响较大，覆盖和施氮均显著提高糜子开花至成熟阶段旗叶的叶绿素含量、气孔导度和蒸腾速率[32-33]。本文尚未对渗水地膜等覆膜穴播种植模式的谷子和糜子作物进行光合效率与主要经济性状关系研究，亟待进一步完善。

4结论

谷子和糜子采用不同地膜覆盖穴播种植模式能显著改善土壤水分状况，减少无效蒸发，增加作物群体间有效蒸腾强度，大幅度提升产量和水分生产效率。其地上部干物质、主要经济性状、灌浆速度和穗粒重均显著高于不覆盖穴播种植（CK），其增产效果以渗水微膜>普通微膜>垄上覆膜+沟内穴播种植>降解微膜>不覆盖穴播种植（CK）。覆膜穴播下，主穗灌浆速率较不覆盖穴播（CK）大幅度提高，抽穗后进入活跃灌浆期的時间分别为24天和30天左右，覆膜穴播下主穗灌浆终止期较CK早6天左右。因此，渗水微膜穴播和垄上覆膜+沟内穴播种植模式更适合在宁夏南部干旱半干旱区旱地谷子和糜子种植，在水分亏缺背景下，重视拔节期和灌浆期水肥管理，提高作物灌浆速率，是实现高产高效种植的关键措施。

参考文献

[1]国家统计局农村社会经济调查司.中国农村统计年鉴[M].北京：中国统计出版社，2018.

[2]宋慧，刘金荣，王素英，等.中国谷子优势布局和发展研究[J].安徽农业科学，2015，43（20）：330-332.

[3]孟战赢，李小东，郭党，等.耕作模式对夏玉米产量及灌浆特性的影响[J].作物研究，2019，33（1）：9-14.

[4]贾根良，张社奇，代惠萍，等.拔节后糜子干物质积累及分配规律研究[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2009，37（4）86-90.

[5]王立明，陈光荣，张国宏，等.提高旱作大豆水分利用效率的覆膜方式研究[J].大豆科学，2010，29（5）：767-771.

[6]王永丽，王珏，杜金哲，等.不同时期干旱胁迫对谷子农艺性状的影响[J].华北农学报，2012，27（6）：125-129.

[7]袁蕊，郝兴宇，胡晓雪，等.干旱对谷子灌浆期光合生理及生长发育的影响[J].山西农业大学学报，2017，37（6）：396-401.

[8]陈雪娇，张旭东，韩治中，等.半干旱区沟垄集雨种植谷子的肥料效应及其增产贡献[J].作物学报，2018，44（7）：1055-1066.

[9]柴岩，冯佰利.中国杂粮与杂粮产业[M].杨凌：西北农林科技大学出版社，2013：75-80.

[10]李翠，赵伟洁，刘瑞，等.水分胁迫对糜子物质运转和籽粒灌浆特性的影响[J].干旱地区农业研究，2015，33（1）20-26.

[11]张文英，智慧，柳斌辉，等.干旱胁迫对谷子孕穗期光合特性的影响[J].河北农业科学，2011，15（6）：7-11.

[12]刘为红，孙黛珍，卢布，等.谷子根系生长发育规律及环境条件对其影响的研究[J].干旱地区农业研究，1996，14（2）：20-25.

[13]卢海博，李鸿强，龚学臣，等.张杂谷灌浆期杂种优势的研究[J].湖北农业科学，2016，55（2）：293-295，309.

[14]冯鹏，申晓慧，郑海燕，等.种植密度对玉米籽粒灌浆及脱水特性的影响[J].中国农学通报，2014，30（6）：92-100.

[15]谷世禄，马建萍，刘子坚，等.谷子（粟）的水分利用及节水技术研究[J].干旱地区农业研究，2011，19（1）：40-47.

[16]樊廷录，李永平，李尚中，等.旱作地膜玉米密植增产用水效应及土壤水分时空变化[J].中国农业科学，2016，49（19）：3721-3732.

[17]秦营营，董树亭，魏珊珊，等.去苞叶对夏玉米籽粒灌浆特性和产量的影响[J].中国农业科学，2015，48（11）：2118-2126.

[18]岳海旺，陈淑萍，彭海成，等.玉米籽粒灌浆特性品种间比较[J].江苏农业学报，2016，32（5）：104-108.

[19]卢海博，李鸿强，龚学臣，等.张杂谷灌浆期杂种优势的研究[J].湖北农业科学，2016，55（2）：293-295.

[20]邓维斌，周玉敏，刘进，等.SPSS 23统计分析实用教程（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2012.

[21]柯福来，马兴林，黄瑞冬，等.种植密度对先玉335群体子粒灌浆特征的影响[J].玉米科学，2011，19（2）：58-62.

[22]朱灿灿，张宝娜，王翔，等.河南省不同年代小麦品种籽粒灌浆特性分析[J].河南农业科学，2014，43（4）：32-39.

[23]王桂跃，赵福成，包斐，等.不同播期下的糯玉米籽粒灌浆特性分析[J].分子植物育种，2017，15（9）：3811-3818.

[24]周瑜，苏旺，王舰，等.不同覆盖方式和施氮量对糜子光合特性及产量性状的影响[J].作物学报，2016，42（6）：873-885.

[25]岳茂林，薛蔚荣，张瑞栋，等.不同行距配置对谷子农艺性状及产量的影响[J].作物杂志，2018（2）：93-96.

[26]屈洋，冯佰利.不同节水种植模式对糜子籽粒产量和水分利用效率的影响[J].干旱地区农业研究，2011，29（6）：68-72.

[27]宋艳丽，张东旗，赵涛，等.不同种植方式对糜子干物质积累及产量的影响[J].中国农业大学学报，2017，22（12）：26-34.

[28]陈炜，邓西平，聂朝娟，等.不同栽培模式下两个旱地小麦品种籽粒灌浆特性与产量构成分析[J].水土保持研究，2010，17（3）：2141-244.

[29]翟云龙，魏燕华，张海林，等.耕种方式对冬小麦籽粒灌浆特性及产量的影响[J].干旱地区农业研究，2017，35（4）：211-216.

[30]代惠萍，贾根良，冯佰利，等.覆草覆膜栽培谷子灌浆期籽粒蔗糖及淀粉积累[J].中國农业大学学报，2009，14（6）：37-40.

[31]姚爱华，冯佰利，柴岩，等.不同耕作方式对小杂粮产量及水分利用效率的影响[J].干旱地区农业研究，2008，26（1）：97-100.

[32]苏旺，张艳平，屈洋，等.不同覆盖方式对黄土高原旱地土壤水分及糜子生长、光合特性和产量的影响[J].应用生态学报，2014，25（11）： 3215-3222.

[33]李翠，赵伟洁，张大爱，等.水分胁迫对糜子物质生产及光合特性的影响[J].西北农林科技大学学报：自然科学版，2014，42（1）：89-95.