黑龙江地区谷子高光效栽培模式研究

闫锋 董扬 赵富阳 侯晓敏 李清泉 韩业辉

摘要：谷子是黑龙江省重要的杂粮作物，谷子生产中较低的光能利用率是限制谷子产量的重要因素，为提高谷子的光能利用率及产量，制定适用于黑龙江省谷子的高光效栽培模式，本研究以谷子品种“嫩选17”为试验材料，通过设置不同垄向、垄距，研究对谷子茎秆特征、农艺性状、光合指标及产量构成因素的影响。结果表明，除千粒质量、茎秆节数外，不同处理对谷子抗倒伏性、农艺性状、光合性能及产量构成因素的各项指标均产生了显著影响，其中“嫩选17”在南向偏西20°、宽窄垄栽培模式下具有较强的抗倒伏性，光合性能较好，产量最高，可作为黑龙江地区谷子的高光效栽培模式推广应用。

关键词：谷子；高光效；宽窄垄；垄向

收稿日期：2023-03-31

基金项目：国家现代农业产业技术体系资助项目（CARS-07-06B）；齐齐哈尔市科技计划重点攻关项目（ZDGG-2022011）

主要作者简介：闫锋（1982—），男，助理研究员，主要从事杂粮作物遗传育种及栽培研究工作。E-mail：yanfeng6338817@126.com

通讯作者简介：李清泉（1968—），男，研究员，主要从事杂粮作物遗传育种及栽培研究工作。E-mail：zls1968@163.com

谷子（Setaria italica Beauv.）起源于中国，古时又称粟，据考古学者发现在我国已经有7 000多年的栽培历史，是一种营养丰富且具有耐旱、耐瘠薄等优良特性的粮饲兼用作物[1]。我国谷子产量占世界谷子总产量的80%左右，主要种植于黄河以北的各省市、自治区，因谷子具有较强的抗逆性，是干旱、半干旱区的优势作物[2]。中华人民共和国成立初期，我国谷子种植面积为1 000万hm2左右，是北方三大主要粮食作物之一。由于政策、环境以及技术的影响，近几年谷子种植面积锐减，大致稳定在80万hm2左右[3]。

随着人民健康饮食意识的逐步提高，作为营养丰富、保健作用强的谷子越来越受到人们的关注，种植面积有所扩大。由于谷子属于小杂粮，多种植在边角旮旯地块，且栽培技术不科学，较为粗放，导致谷子难以获得高产[4]。光合作用是决定作物产量的重要因素，作物积累的干物质有90%～95%来自于叶片的光合作用，光合性能的改善是提高作物产量的有效途径之一[5]。黑龙江省谷子生产中多采用等垄距的种植方式，群体通风透光性较差，对于谷子这种喜光的C4作物而言，光能利用率低，产量难以有效提高。以宽窄垄和垄向为重要技术特征的高光效栽培技术是一项由中国科学院东北地理与农业生态研究所发明、促进粮食作物增产增效的创新技术，这项新技术可有效改善作物群体结构，增强光合效率，进而达到作物增产的目的。为探究黑龙江地区适宜的谷子高光效栽培模式，本研究以谷子品种“嫩选17”为试验材料，通过对比不同垄距、不同垄向栽培对谷子茎秆倒伏性、光合指标及产量因素的影响，筛选出最佳的谷子种植方式，为黑龙江地区谷子高产栽培提供科学依据和技术支持。

1  材料和方法

1.1   试验材料及试验设计

试验于2022年在黑龙江省农业科学院齐齐哈尔分院试验基地进行，试验地地势平坦，肥力中等，土壤类型为碳酸盐黑钙土，土壤理化性质见表1。以黑龙江省登记的谷子品种“嫩选17”为试验材料，采用裂区设计，垄距为主处理，设2个水平：A1（宽垄145 cm，窄垄50 cm），A2（等垄距65 cm）；垄向为副处理，设4个水平：B1（南北向）、B2（南向偏西20°）、B3（南向偏西40°）、B4（南向偏東20°）。每个小区为8行区，行长10 m，3次重复。各处理定植密度均为40万株·hm-2，田间管理同一般生产田。

1.2   测定内容及测定方法

1.2.1 农艺性状测定 于谷子乳熟期在每处理中间的4行中选取长势均匀的10株谷子植株，测定各株高、茎粗（基部第2节间的粗度）、重心高度、茎鲜质量，在完熟期测定谷子千粒质量、穗粒质量，对小区进行测产。

1.2.2 茎秆机械强度（茎秆弯折力）测定 采用浙江托普公司生产的YYD-1茎秆强度测定仪测定谷子基部第2节间的弯折力（N）。茎秆倒伏指数=（重心高度×茎鲜质量）/茎秆弯折力[6]。

1.2.3 光合指标测定 于谷子抽穗期选择晴朗无风天气在每处理中随机选取10株谷子植株，使用美国CID公司生产的CI-340型光合作用测定仪测定谷子植株倒二叶的净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度，测定位置为叶片中部。

1.3   数据统计

采用Excel 2010、DPS 7.05等软件对数据进行分析处理。

2  结果与分析

2.1   不同处理对谷子抗倒伏性的影响

不同栽培方式对“嫩选17”谷子植株的茎秆特征产生了显著影响，不同茎秆特征指标的变异系数为3.0%～10.2%（表2）。其中，谷子茎秆的重心高度变化幅度为78.5～84.6 cm，变异系数为3.2%，以A2B1处理的谷子茎秆重心高度最高，为84.6 cm；谷子茎鲜质量的变化幅度为57.6～62.7 g，变异系数为3.0%，以A1B3处理的谷子茎鲜质量最高，为62.7 g；谷子茎秆弯折力的变化幅度为114.4～138.5 N，变异系数为6.9%，以A1B2处理的谷子茎秆弯折力最高，为138.5 N；谷子茎秆倒伏指数的变化幅度为33.0～43.0，变异系数为10.2%，以A2B1处理的谷子茎秆倒伏指数最高，为43.0。

2.2   不同处理对谷子农艺性状的影响

除谷子茎秆节数外，不同栽培方式对“嫩选17”谷子植株的农艺性状产生了显著影响，不同农艺性状的变异系数在1.3%～6.0%之间（表3）。其中，谷子株高的变化幅度为130.6～139.6 cm，变异系数为2.2%，以A2B1处理的谷子株高最高，为139.6 cm；谷子穗长的变化幅度为22.9～24.6 cm，变异系数为2.6%，以A1B2处理的谷子穗长最长，为24.6 cm；谷子茎粗的变化幅度为7.3～8.6 mm，变异系数为6.0%，以A2B2处理的谷子茎粗最粗，为8.6 mm；谷子茎秆节数的变化幅度为12.0～12.4个，变异系数为1.3%，以A2B2处理的谷子茎秆节数最多，为12.4个。

2.3   不同处理对谷子光合指标的影响

不同栽培方式对“嫩选17”谷子植株的光合指标产生了显著影响，不同光合指标的变异系数在7.6%～9.6%之间（表4）。其中，谷子净光合速率的变化幅度为16.4～19.8 μmol·（m2·s）-1，变异系数为7.6%，以A1B3处理的谷子净光合速率最高，为19.8 μmol·（m2·s）-1；谷子蒸腾速率的变化幅度为3.3～4.2 mmol·（m2·s）-1，变异系数为9.6%，以A1B2处理的谷子蒸腾速率最高，为4.2 mmol·（m2·s）-1；谷子胞间CO2浓度的变化幅度为109.6～136.9 μmol·（m2·s）-1，变异系数为8.8%，以A2B1处理的谷子胞间CO2浓度最高，为136.9 μmol·（m2·s）-1。

2.4   不同处理对谷子产量构成因素的影响

不同栽培方式对“嫩选17”谷子植株的穗粒质量和产量产生了显著影响，但对谷子千粒质量影响不显著，不同产量构成因素的变异系数在1.0%～6.3%之间（表5）。其中，谷子穗粒质量的变化幅度为8.8～10.5 g，变异系数为6.3%，以A1B2处理的谷子穗粒质量最高，为10.5 g；谷子千粒质量的变化幅度为2.9～3.0 g，变异系数为1.0%；谷子产量的变化幅度为4 410.6～5 257.4 kg·hm-2，变异系数为6.3%，以A1B2处理的谷子产量最高，为5 257.4 kg·hm-2。

3  结论与讨论

作物倒伏的原因较为复杂，不仅受气候环境影响，也受作物自身及栽培措施的影响，大量研究认为作物倒伏与植株株高、茎粗、茎秆强度密切相关[7]。谷子在生长过程中时常发生倒伏，而倒伏是影响谷子产量和品质的主要限制因素之一。本研究中，以A1B2处理的谷子茎秆倒伏指数最低，防倒效果最好。

作物的干物质积累绝大部分来自于植物叶片的光合作用，而光合指标代表了植株光合作用的强弱，间接反映了作物产量的高低[8]。本研究中，在宽窄垄、南向偏西20°的栽培模式下，谷子品种“嫩选17”的各项光合指标综合表现最好，这可能是由于该栽培模式使谷子群体结构更加合理，通风透光性好，促进了谷子的光合作用，使得“嫩选17”的产量及其构成因素优于其他处理，其中穗粒质量和产量与其他处理差异显著，但千粒质量差异不显著，这说明该栽培模式的谷子产量差异主要是由穗粒数差异而引起。

东北地区夏季光照充足，日照时数最高可达17 h，尤其是西南向光照资源丰富，并且夏季西南風盛行，光照和风向资源均有利于谷子生长[9]。本研究中，南向偏西20°的2个处理谷子产量均超过5 000 kg·hm-2，表现较好。与等垄距栽培模式相比，宽窄垄距栽培模式具有更明显的优势，可通过对不同层次光资源的合理运用，达到有效提高作物群体结构以及光能利用潜能的目的，使谷子获得更高产量[10]。本研究中，种植垄向为南向偏西20°及宽窄垄栽培模式下的谷子抗倒伏性最强、产量最高。由于不同地区的自然条件各异，本研究结论可能并不完全适用于所有谷子产区，还需针对当地生产条件进行进一步探讨。

参考文献

[1] 刁现民．中国谷子产业与产业技术体系[M]．北京：中国农业科学与技术出版社，2011.

[2] 李顺国，刘斐，刘猛，等．新时期中国谷子产业发展技术需求与展望[J]．农学学报，2018，8（6）：96-100.

[3] 李顺国，刘斐，刘猛，等．中国谷子产业和种业发展现状与未来展望[J]．中国农业科学，2021，54（3）：459-470.

[4] 任晓利，崔纪菡，刘猛，等．夏播饲用谷子农艺性状与品质评价[J]．草业学报，2019，28（1）：15-26.

[5] 李淑芬．北方玉米高光效栽培技术研究[J]．农业与技术，2017，37（24）：141.

[6] 苏文潘，罗燕春，金刚，等．保水剂与多效唑联合施用对木薯光合特性的影响[J]．南方农业学报，2012，43（9）：1277-1280.

[7] 丰光，黄长玲，邢锦丰．玉米抗倒伏的研究进展[J]．作物杂志，2008（4）：12-14.

[8] 袁宏安，杨清华，闫伟，等．施氮量与留苗密度对春谷农艺性状及产量的影响[J]．作物杂志，2015（4）：138-141.

[9] 韵晓冬，王晋，孙常青，等．谷子高光效栽培模式[J]．吉林农业，2019（6）：36.

[10] 袁峰，王军，杨慧卿，等．谷子高光效栽培模式研究[J]．农业与技术，2017，37（6）：163-164.