播期对不同谷子品种干物质积累、转运和产量的影响

李君霞，樊永强，代书桃，朱灿灿，韩燕丽，秦 娜，王彦辉，宋迎辉

（1.河南省农业科学院 粮食作物研究所，河南 郑州 450002；2.郑州市农林科学研究所，河南 郑州 450005）

播期是影响作物产量的主要因素之一。在同一生态区，同种作物一般有相近的适宜播期范围，品种间会稍有差异[1]。充分利用局地生态条件，将作物置于有利的气候条件下，是实现作物稳产高产的重要保证，而播期选择是关键[2-4]。播期影响作物生育期资源分配，进而影响植株生长发育，适宜的播期能给作物生长发育提供良好的外部环境，提高作物自身的抗逆性[5]。在实际农业生产中，天气、土壤墒情、茬口等因素常使作物的正常播种受阻，而播期推迟后可能会使作物生长所需的积温和日照不足，导致植株生长缓慢、干物质积累减少、籽粒灌浆不充分等不利后果，最终使得产量降低、品质下降[6]。目前，关于播期对作物生长及产量的影响研究较多[7-29]，主要集中于水稻、小麦、玉米、谷子等粮食作物[7-10,13-29]。播期影响作物产量构成因素的形成，最终影响籽粒产量。但由于试验地点、品种以及田间管理方式等诸多因素的差异，相同的作物，结果不尽相同。例如：随播期推迟，不同水稻品种产量呈现的规律不一致，大多数地点和品种产量呈先增后减趋势，但因品种适应性的不同，各品种在不同地点最高产量相应的播期存在差异，且籽粒产量相应的增减幅度也存在差异[20]。一些研究从植株干物质积累和转运方面来解释播期对籽粒灌浆和产量的影响[21-24]。籽粒灌浆物质一部分来源于开花前营养器官中贮藏的光合作用同化物向籽粒的转移，另外一部分来源于花后同化物的积累，前者主要用于生产穗器官,后者是籽粒形成的主要来源[30-31]。一般认为，作物高产依赖于较高的总干质量，光照、温度、降水等生态条件对植株干物质的积累与转运有显著影响[32]。播期不同，作物生长的光热资源条件发生改变，影响作物生育期的总辐射量和平均温度，进而影响光热资源利用效率，导致干物质积累、转运以及最终的籽粒产量发生变化。

谷子[Setaria italic(L.)Beauv]属禾本科（Poaceae）狗尾草属（Setaria），是我国北方重要的粮食作物，在干旱、半干旱中低产区具有重要地位。目前，关于播期对谷子的影响研究较多，大多集中在产量方面[25-29]。但这些研究通常只用1个谷子品种为研究对象[25-28]，研究结果缺乏代表性，且主要关注产量和穗部性状，对谷子各器官干物质积累和分配的影响鲜有报道。河南省谷子种植以夏播为主，主要集中种植在水分条件相对缺乏的丘陵旱地，夏谷播期受前茬作物影响较大。播期如何影响夏谷的生长发育进程、干物质积累和转运、籽粒产量形成以及它们之间的关系都有待研究。为此，设置不同播期处理，研究播期对谷子物候期、不同器官干物质积累和转运、营养器官对籽粒的贡献率、穗部性状和产量的影响，探索河南省谷子品种的最晚适播期，以期为指导河南省夏谷生产提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况及试验材料

试验于2017年在河南省农业科学院现代农业科技试验示范基地（河南省原阳县）进行，前茬为小麦。供试土壤质地为壤土，0～20 cm耕层土壤养分含量：有机质8.49 g/kg、速效氮88.3 mg/kg、速效磷24.7 mg/kg、速效钾73.4 mg/kg。

供试材料为2010年以来河南省农业科学院选育的夏谷品种豫谷17、豫谷23、豫谷28、豫谷29。

1.2 试验设计

试验设5个播期，分别为6月11日（B1）、6月19日（B2）、6月26日（B3）、7月3日（B4）、7月10号（B5）。留苗密度均为60万株/hm2，试验采用随机区组设计，重复3次，共60个小区，每小区5行，行距0.4 m，小区面积10 m2。谷子播种前一次性施入复合肥（N-P2O5-K2O:15-15-15）750 kg/hm2，拔 节 期 追 施 尿 素（含N 46%）225 kg/hm2。其他田间管理按照常规栽培要求进行。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 物候期 出苗期：当第一真叶从胚芽鞘顶端裂口处伸出长达1.5 cm为出苗,全田有50%的植株达到标准的日期为出苗期。

拔节期：全田有50%的植株地上第一茎节高出地面1 cm的日期。

孕穗期：全田有50%的植株旗叶伸长、展开的日期。

抽穗期：全田有50%的植株顶端第1个小穗露出旗叶叶鞘的日期。

成熟期：全田有80%以上的谷穗籽粒饱满且出现本品种固有颜色和色泽的日期。

1.3.2 地上部干物质积累和转运 于开花期和成熟期，不同播期处理不同谷子品种每个小区选择长势、株高基本一致的植株5株，按茎鞘、叶片、茎秆、穗分开，105℃杀青30 min，80℃烘干至恒质量，测定5株植株混合后各部位的干质量，并计算花前营养器官干物质转运量、转运率和对籽粒的贡献率，计算公式[33-34]如下：

花前营养器官干物质转运量=开花期营养器官干质量-成熟期营养器官干质量；

花前营养器官干物质转运率=花前营养器官干物质转运量/开花期营养器官干质量×100%；

花前营养器官对籽粒的贡献率=花前营养器官干物质转运量/籽粒干质量×100%。

1.3.3 产量及其构成因素 成熟期，每个小区收中间3行（6 m2）测产；每个小区随机选取长势均匀、株型一致的5株带回室内考种，风干后测量穗长、穗粗、穗粒质量、千粒质量等。

1.4 数据处理

采用Excel 2010处理数据并作图，用SPSS 17.0统计分析软件进行数据差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 播期对谷子物候期的影响

由表1可知，随着播期延迟，4个谷子品种的平均生育期存在变长的趋势，但总体变化不大，最长生育期（B5处理）与最短生育期（B1和B3处理）相差3 d。但不同物候期对播期延迟的表现不同，总体上看，出苗至抽穗的时间随着播期延迟而缩短，而抽穗至成熟的时间随着播期延迟而增加，尤其是后2个播期（B4—B5处理）表现更明显。前3个播期处理，各个物候期的变化差异不大，生育期相近，表明播期较早的一定时间范围内，谷子营养生长和生殖生长对应的气候尤其是温度变化相似，形成了相似的物候期。而B4和B5两个播期处理与前3个播期处理物候期明显不同，表明后2个播期处理谷子生长对应的气候与前3个播期处理存在较大差异，最终形成了明显不同的物候期。播种较晚的B4、B5处理，生育前期温度较高，谷子发育较快，营养生长阶段发育变差，而后期有效积温降低，不利于营养物质的转化，生育进程变长，从而导致全生育期延长，此现象与夏播谷子不同物候期发育所必需的有效积温有关。

表1 不同播期对谷子品种物候期的影响Tab.1 Effects of different sowing dates on phenological period of foxtail millet

2.2 播期对不同谷子品种地上部干物质积累和转运的影响

由表2可以看出，播期影响夏播谷子的茎鞘、叶片、茎秆干物质积累。4个品种开花期茎鞘、叶片、茎秆的干质量和总干质量随播期的推迟总体上表现先降低后增高的趋势。总体上看，所有谷子品种开花期茎鞘、叶片、茎秆的干质量和总干质量在B1和B2处理下较高，而在B4处理下均最低；不同品种开花期营养器官干质量在不同播期之间的变化程度不一样。豫谷17较其他3个品种对播期推迟反应敏感，如豫谷17在B3处理下开花期3个营养器官干质量和总干质量减少最明显，总干质量较B1处理减少29.29%；而豫谷23、豫谷28、豫谷29三个品种开花期营养器官总干质量在B3处理分别减少19.10%、21.59%、14.75%。与其他品种相比，豫谷29开花期营养器官干质量对播期推迟反应迟缓，在开花期营养器官总干质量最低的B4处理下，豫谷17、豫谷23、豫谷28开花期营养器官总干质量较B1处理分别减少39.98%、42.32%、32.39%，而豫谷29仅减少23.08%。从开花期营养器官干物质积累对播期的变化差异看，豫谷17在6月19日（B2）前种植，有利于开花前的营养生长；豫谷23和豫谷28在6月26日（B3）前种植，有利于开花前的营养生长；而豫谷29在7月3日（B2）前种植，有利于开花前的营养生长。不过，所有品种在最晚播期（B5）下营养器官总干质量均出现了明显上升，这可能是由于B5处理谷子生育前期气温较高、光照时间长，利于植株的营养生长所致。

由表2可知，随着播期的推迟，成熟期各营养器官的干质量总体上呈现先降低后升高的趋势，与开花期营养器官干质量变化趋势相似。总体上看，谷子成熟期营养器官总干质量在B1处理最高，B2、B5处理次之，B4处理最低（豫谷29除外）。所有谷子品种成熟期茎鞘、叶片、茎秆的干质量均以B1处理最高，B4处理较低，不过一些品种部分器官在B3处理下最低，如豫谷28茎秆、豫谷29的3个营养器官均在B3处理下最低。不同谷子品种成熟期营养器官总干质量在不同播期之间的变化程度不同。例如：与B1处理相比，B2处理豫谷17和豫谷28成熟期营养器官总干质量降低较多，分别为20.16%和25.77%；而豫谷23和豫谷29降低较少，分别为13.03%和14.63%。

由表2可知，从干物质转运量来看，开花期营养器官积累的干物质一定程度上决定了花前干物质最终的转运量，最明显的就是，B4处理花前营养器官干物质转运量均最低，与开花期营养器官干质量最低相对应。不过，播期对花前营养器官干物质转运量存在一定影响，且品种间存在差异。如豫谷17，在B1、B2处理下开花期营养器官总干质量差异显著，但转运量相近，分别为15.35、15.67 g；豫谷23，在B3处理的花前营养器官干物质转运量最大，显著高于其他4个播期；豫谷28，除了B4处理，其他4个播期花前营养器官干物质转运量相近；豫谷29，B4处理花前营养器官干物质转运量为3.97 g，显著低于其他播期。

由表2可知，不同品种、不同播期花前营养器官总干物质转运率介于17.26%～45.83%，随着播期的延迟，总体呈先升高后降低的趋势，4个品种均以B3处理最高，分别为42.21%、45.83%、30.79%、40.96%。花前营养器官对籽粒的贡献率介于8.83%～25.17%，均以B4处理最低，分别为16.09%、12.22%、10.53%、8.83%。豫谷17、豫谷23花前营养器官对籽粒的贡献率均在B3处理下最高，分别为23.27%、21.32%；豫谷28在B5处理下最高，为18.18%；豫谷29在B2处理下最高，为25.17%。花前茎鞘、叶片、茎秆干物质转运率总体表现为茎鞘＞叶片＞茎秆，对籽粒的贡献率总体表现为茎鞘＜叶片＜茎秆。

2.3 播期对不同谷子品种产量及其构成因素的影响

由表3可以看出，随着播期的推迟，穗粒质量和千粒质量总体上呈明显下降趋势，穗长和穗粗无明显规律。这主要是因为播期推迟，有效积温不足，干物质积累减少，营养器官向籽粒中转移的干物质减少，导致籽粒的饱满度降低。其中,与B1处理相比，B5处理豫谷17、豫谷23、豫谷28、豫谷29的穗粒质量分别降低了24.14%、22.24%、11.01%、16.31%，降幅表现为豫谷17＞豫谷23＞豫谷29＞豫谷28；4个谷子品种的千粒质量分别降低15.81%、12.59%、17.25%、11.63%，降幅表现为豫谷28＞豫谷17＞豫谷23＞豫谷29。总体来看，豫谷17的穗粒质量和千粒质量受播期推迟影响最严重，而豫谷29受播期推迟影响最小。

由表3还可以看出，4个谷子品种的产量总体上均随着播期的推迟而降低。与B1处理相比，B2处理豫谷17、豫谷23、豫谷28、豫谷29分别减产20.19%、14.36%、7.89%、8.96%，其中，豫谷17、豫谷23达显著水平，而豫谷28和豫谷29不显著；B3处理豫谷17、豫谷23、豫谷28、豫谷29分别减产35.43%、15.87%、16.79%、10.12%，豫谷17、豫谷23、豫谷28达到显著水平，只有豫谷29在B1、B2、B3处理间产量差异不显著；B4处理豫谷17、豫谷23、豫谷28、豫谷29分别减产33.36%、33.75%、29.52%、27.17%，均达到显著水平。这些表明，豫谷17和豫谷23适播期较短，在6月19日（B2）前播种较合适，若此后播种，产量会显著降低；豫谷28适播期次之，6月26日（B3）之前播种较为合适：豫谷29的适播期最长，播期可推迟到7月3日（B4）之前。

表3 不同播期对不同谷子品种产量及其构成因素的影响Tab.3 Effects of different sowing dates on yield and its components of different foxtail millet cultivars

3 结论与讨论

在谷子生产中，播种时期的选择，应视种植地区的气候条件、土壤肥力、管理水平、品种类型等而异，每个品种都有其可供选择的适宜播期范围。丛新军等[27]研究发现，随着播期的推迟，济谷16的生育期由109 d缩短为86 d，生育期缩短主要是由出苗到抽穗的时间缩短引起的。而本研究发现，播期推迟，谷子生育期存在变长的趋势。造成这一差异的最主要原因是两试验设置播期的时间范围不同：前者播期为4月29日至7月8日[27]，早播较晚播苗期温度低，谷子前期生长缓慢；而本研究为麦后夏播，播期为6月11日至7月10日，无论早播还是晚播，苗期温度均较高，谷子前期生长较快。虽然两试验得出的结论存在差异，但出苗到抽穗的时间随着播期推迟而缩短的趋势是一致的。本试验中，夏播播期推迟到6月26日后，谷子从出苗到抽穗的时间缩短，而籽粒灌浆时间延长，这表明谷子夏播太晚，植株前期的营养生长阶段温度较高，而后期籽粒灌浆期间的温度偏低，有效积温降低，花前营养器官积累的营养物质向籽粒转运的速率下降，且花后新合成营养物质速率下降，导致全生育期延长。因此，夏播谷子生产应结合品种生长特性和当地温度变化规律确定播期，以减少气候对谷子生长的不利影响。

本研究通过分析4个夏谷品种不同播期下茎鞘、叶片、茎秆以及总干物质转运率，发现谷子成熟时营养器官积累的大量干物质没有转运到籽粒中，总干物质转运率介于17.26%～45.83%。研究表明，水稻[21-22]、小麦[23-24]、玉米[15]等作物成熟时均存在营养器官积累的大量干物质没有转移到籽粒中的现象，如水稻成熟时花前茎鞘干物质转运率通常在10%以下，叶片的转运率为6.13%～25.34%[22]。可以推测，青枝绿叶、谷穗成熟的谷子品种，在花前营养器官干物质转运和籽粒转化率上不及落黄早的谷子品种，而谷子生产中，一定程度上提高营养器官干物质的转运率，是实现谷子产量大幅度提高的有效途径，这为生产上选育落黄早的高产谷子新品种提供了新思路。

播期对谷子各器官干物质积累和分配的影响鲜有报道。王枫叶等[26]研究播期对春谷品种长农35干物质积累和分配的影响，发现播期对谷子整株干物质积累有较大影响；长农35在长治市春播的最佳播期为5月16日左右，播期过早，前期低温导致幼苗生长受阻，而播期过晚，后期低温导致谷穗灌浆受阻。本研究为麦后夏播，幼苗生长阶段通常不会像春播一样出现低温现象，但若播期过晚，同样会像春播一样产生谷子后期低温导致灌浆受阻现象。本研究结果表明，夏播谷子播种越早，开花期营养器官干物质积累量越大；播期推迟，开花期营养器官干物质积累量降低。而成熟期各营养器官的干物质积累量随播期的变化与开花期营养器官干物质积累量变化趋势一致，说明谷子花前营养器官的生长是基础，决定了成熟时植株营养器官的总体状态。从干质量、转运量和转运率看，花前营养器官干物质转运量受到花前营养器官总干质量和转运率的影响。不同品种各器官对籽粒的贡献率随播期推迟的变化有差异。这是因为除了植株各器官间的差异、植株生长状态、所处生长环境等因素外，干物质积累和转运本身是一个动态过程，对籽粒的形成有直接或间接贡献，需要更精准的试验来揭示其变化趋势。总体来看，前3个播期花前营养器官干物质转运量较高，夏谷早播有利于籽粒产量的形成，而延迟播种，不仅影响花后干物质的合成和积累，也会减少花前营养器官形成干物质的再利用。这也符合4个谷子品种最终的籽粒产量均随播期推迟而降低的结果。不同谷子品种由于对播期的生态适宜性不同，整个生育期干物质生产和转运能力存在差异，从而表现出不同播期之间干物质积累和对籽粒的贡献率变化程度不同，最终形成产量差异。

夏播谷子在营养生长期积累多少干物质与积温有关，对热量资源有效利用是夏谷夺取高产的关键。适期早播利于壮苗和花前营养器官干物质生产，是花后籽粒灌浆过程中干物质积累和较高产量形成的基础；而播期推迟，不仅会导致花前营养器官干物质积累量和转运量减少，也可能引起整个生长期间的有效积温不足，导致花后各器官营养物质的合成、积累和转运受阻，从而导致籽粒产量下降。本研究发现，随着播期推迟，穗粒质量和千粒质量总体上逐渐降低，这说明晚播会导致谷子籽粒灌浆受阻，籽粒变小或不饱满，从而导致产量下降。综上，河南省夏播谷子品种的适宜播种时期在6月19日之前，不同品种存在差异，需结合品种特性适当提前或推迟，这为河南省旱区谷子待雨播种提供了时间范围。