不同生育时期膜下滴灌谷子叶面积折算系数和叶面积指数的变化规律

卓宝著 尹娟 徐利岗 王文

摘要針对吴忠市红寺堡区产业单一效益不高、水资源严重匮乏且水资源利用率不高的问题，以膜下滴灌谷子为研究对象，利用2022年试验数据研究了不同生育时期膜下滴灌谷子叶面积折算系数与叶面积指数的变化规律。结果显示：4个生育时期谷子的叶面积折算系数分别为1.42、1.50、1.53和1.50；经过验证，R2分别为0.997、0.991、0.986和0.990；纳什效率系数Ef分别为0.992、0.989、0.979和0.984，叶面积折算系数模拟结果良好。不同时期全试验区叶面积指数逐渐增长且增长率逐渐减小；灌浆成熟期叶面积指数为6.96。不同试验处理下叶面积指数整体呈现增长的趋势；J90、Q110、B110、J110、B130、J130与B150处理生育后期均出现负增长；B110、B130、B150处理灌浆成熟期的叶面积指数是合理的。高产灌溉制度下平均谷子产量随着叶面积指数的增加呈先减少后增加的趋势。该研究结果为谷子叶面积测量与叶面积指数及产量相关研究提供了一定参考依据。

关键词谷子；膜下滴灌；叶面积折算系数；叶面积指数；灌溉制度；产量

中图分类号S 27；TV 93文献标识码A文章编号0517-6611（2023）24-0209-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.046

Change Laws of Leaf Area Conversion Factor and Leaf Area Index of Drip Irrigation under Plastic Film in Different Growth Periods of Millet

ZHUO Baozhu1， YIN Juan1，2，3， XU Ligang1 et al

（1.School of Civil Engineering and Water Conservancy， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021;2.Engineering Research Center of Water Resource Efficient Utilization of Modern Agriculture in Arid Regions ， Ministry of Education， Yinchuan， Ningxia 750021;3.Ningxia Watersaving Irrigation and Water Resources Regulation Engineering Technology Research Center， Yinchuan， Ningxia 750021）

AbstractAiming at the problems of low single industrial benefit， serious shortage of water resources and low utilization rate of water resources in Hongsipu District of Wuzhong City，taking drip irrigation of millet under plastic film as the research object， the change laws of leaf area conversion factor and leaf area index （LAI） of millet under drip irrigation under plastic milk in different growth periods were studied by using the data in 2022. The results showed that the leaf area conversion factor of millet in four growth stages were 1.42， 1.50， 1.53 and 1.50 respectively. After verification， R2 were 0.997， 0.991， 0.986 and 0.990 respectively， and Nash efficient coefficient were  0.992， 0.989， 0.979 and 0.984 respectively. The simulation results of leaf area conversion factor were good. The leaf area index in the whole test area in different periods showed the variation laws of gradual growth and the growth rate gradually decreased. The leaf area index in the grainfilling maturity stage was 6.96. The leaf area index under different test treatments showed the variation of increase.The leaf area index under J90， Q110， B110， J110， B130， J130 and B150 treatments showed a negative increasing trend in the late growth period. The leaf area index in filling and mature stage under B110，B130， B150 treatments was reasonable.Under the highyield irrigation system， the average grain yield first decreased and then increased as the leaf area index increased. The above results provided some reference basis for the leaf area measurement and the related study with the leaf area index and yield.

Key wordsMillet;Drip irrigation under plastic film;Leaf area conversion factor;Leaf area index;Irrigation system;Yield

我国是世界第一人口大国，也是世界上最大的谷物生产与谷物消费国［1］。谷子又称粟，在植物学上属禾本科黍族狗尾草属［2］；谷子脱壳称小米（粟米），米粒颜色有淡黄色、淡绿色、黑色、白色等［3］。谷子具有较强的耐旱性，主要种植在干旱地区［4］；它还具有生育期短、适应性广、耐贫瘠、籽粒耐贮藏等优点，广泛适应于干旱、半干旱地区［5］。植物叶片是制造有机养料的重要器官［6］，叶面积的大小直接影响谷子光合作用的强弱以及相关干物质的累积。叶面积指数作为一个动态指标，直接影响作物对光能的截获［7］，能较好地反映出作物群体的大小，同时也是反映作物群体生长状况的一个重要指标［8-11］。叶面积指数大小与最终谷子的产量高低有着密切相关［12］。在实际测量过程中，叶面积测量过于烦琐，而叶面积指数又与叶面积的大小相关。适当增大群体的叶面积指数是提高单位面积产量的主要途径之一［13］。为了方便测量叶面积，笔者通过大田试验的实测数据计算不同生育时期膜下滴灌谷子的叶面积折算系数，了解叶面积指数的变化过程，旨在为宁夏中部干旱地区谷子种植提供参考依据。

1材料与方法

1.1试验区概况

试验区位于宁夏中部干旱带典型区域吴忠市红寺堡区红寺堡镇弘德村富阳公司试验点，地处106.09°E、37.49°N，平均海拔1 240～1 450 m，属于典型的温带大陆性气候；多年平均降水量251 mm，年均蒸发量2 387 mm；该地区降雨多集中在7—9月，且年度分布不均匀。

1.2测定项目与方法

供试谷子品种为“张杂谷13号”，试验共设灌溉定额（1 050～2 250 m3/hm2）与灌水次数（7～9次）2个因素，共15个试验处理，同时设置1组对照（当地轮灌制度）。一膜四行两带，行距40 cm、膜距175 cm、株距20 cm，试验区西侧与东侧各设置一膜谷子作为保护带。具体试验处理见表1。

1.2.1叶面积折算系数。

在谷子每个生育时期进行1次叶面积测量。每个处理以及对照选取一株长势均匀、良好的谷子，测量其所有分蘖上的叶片面积。每一片叶测量叶片的长度以及5个断面的宽度，其中包括最宽断面。应用AutoCAD 2016绘制出叶片形状，并得到实测面积S实；利用叶片长度与叶片最宽断面的宽度得到近似面积S近。利用实测面积与近似面积得到叶面积折算系数（K）。应用Q70、B70、J70、Q90、B90、J90、Q110、B110、J110共计9个处理的全部叶片进行叶面积折算系数的计算，应用Q130、B130、J130、Q150、B150、J150以及对照CK进行叶面积折算系数（K）的验证。

S近=L×H/2（1）

K=S实/S近（2）

式中：L为叶片长度；H为最宽断面的宽度；K为叶面积折算系数；S近为近似面积；S实为实测面积。

1.2.2叶面积指数。

叶面积指数是指单位土地面积上植株叶片总面积与土地面积的比值。2022年谷子大田试验理论种植密度为11.34株/m2，考虑到种植的实际出苗率以及其他影响种植密度的因素，应当乘以折算系数0.75，得到实际种植密度。分析试验区整体谷子叶面积指数的变化规律以及不同处理下谷子叶面积指数的变化。

式中：ρ为实际种植密度，单位为株/m2；m为测量株数；LAI为叶面积指数；S实为每株实测面积。

采用Excel 2019以及AutoCAD 2016软件对试验数据进行处理；应用Origin 2021软件进行图形绘制。

2结果与分析

2.1不同生育时期谷子叶面积折算系数的计算与验证

2.1.1叶面积折算系数的计算。

通过对大田实测数据的整理、计算与分析，得到了不同时期膜下滴灌谷子的叶面积折算系数。其中，拔节分蘖期（2022年6月12日）谷子叶面积折算系数最小（1.42），而抽穗期（2022年7月28日）的叶面积折算系数最大（1.53）。

2.1.2叶面积折算系数的验证。

为了验证模拟计算出的叶面积折算系数是否可靠，分别利用线性回归法与纳什效率系数进行验证。

图1展示不同生育时期实测面积（S实）与利用计算的叶面积折算系数模拟出的面积（S拟）的线性回归曲线。从图1可以看出，实测面积S实与模拟面积S拟线性回归良好，拔节分蘖期、拔节孕穗期、抽穗期、灌浆成熟期回归曲线的斜率分别为0.952、1.024、1.067和1.065，决定系数R2分别为0.997、0.991、0.986和0.990。

为了更加客观地评价叶面积折算系数的可靠性，采用纳什效率系数进行评价。纳什效率系数（Ef）是由Nash等于1970年提出的，用于评价计算值与实测值的接近程度，具体计算公式如下。

式中：S实i为实测数据；S拟i为模拟数据。Ef的取值范围为（-∞，1），Ef越接近1说明模型可靠性越好［14］;反之，当Ef小于0时，说明模型不可靠；当Ef趋近于0时，说明模型相对可靠但相关性不是特别强。经过计算得到不同生育期叶面积折算效率系数对应的纳什效率系数，见表2。

从表2可以看出，4个生育时期的纳什效率系数均接近1，说明4个时期的叶面积折算系数是可靠的。

2.2不同生育期谷子叶面积指数变化

图2为不同时期谷子叶面积指数的整体变化规律。從图2可以看出，谷子叶面积指数随着时间的推进而不断增加且增加速率不断减缓。拔节分蘖期到拔节孕穗期增长最为明显，这是由于谷子在此期间茎叶发育十分明显，进而导致叶面积增长迅速，因此叶面积指数也增长迅速；抽穗期到灌浆成熟期由于谷子生长发育的重心从茎、叶、根系转移到谷穗部分，从而使叶片生长发育缓慢甚至停止发育生长，致使叶面积指数增长十分缓慢。另外，谷子生育后期由于植株下方部分叶片干枯变黄以及作物体内水分减少，使末梢叶片水分更少，叶片张力相应减少［15］，导致叶面积指数下降［16］。叶面积指数并不是越大越好，若叶面积指数过小会导致光合作用等植物生理活动能力变弱、干物质累积能力变弱、产量变低；反之，若叶面积指数过大，也会导致光合作用等生理活动能力变弱，产量变低。根据潘永霞［16］的研究结果，得出谷子叶面积指数以6左右为宜，灌浆成熟期的叶面积指数为6.96。

图3为不用灌溉定额与灌水次数处理下谷子叶面积指数的变化规律。不同处理叶面积指数整体呈现增加的趋势，J90、Q110、B110、J110、B130、J130与B150处理抽穗期到灌浆成熟期叶面积指数出现负增长。这验证了谷子生育后期由于植株下方部分叶片干枯变黄，作物体内水分减少，末梢叶片水分更少，叶片张力相应减小，导致叶面积指数下降的结论。根据谷子最佳叶面积指数应在6左右，B110、B130、B150处理灌浆成熟期的叶面积指数是合理的。

2.3不同灌溉制度下谷草、谷子产量与叶面积指数的变化

每个试验处理选取3个1.0 m×2.5 m样方，样方内全部收割，测量谷子与谷草产量，并计算平均值，具体见表3。

由表3可知，J110、Q130、B130、J130、Q150、B150、J150处理平均谷草产量超过6 000 kg/hm2、平均谷子产量超过6 750 kg/hm2，属于高产灌溉制度。在高产灌溉制度下，平均谷子产量随着叶面积指数的增加而先减少后增加。

3结论

通过对大田试验测得的叶面积原始数据进行整理、分析与总结，得出以下结论：

（1）通过模拟计算出谷子不同生育时期叶面积折算系数，拔节分蘖期、拔节孕穗期、抽穗期和灌浆成熟期的叶面积折算系数分别为1.42、1.50、1.53和1.50。经过验证，4个时期的叶面积指数是合适的，决定系数R2分别为0.997、0.991、0.986和0.990，纳什效率系数Ef分别为0.992、0.989、0.979和0.984。

（2）不同生育时期全试验区谷子的叶面积指数随着时间的推移呈现逐渐增加的趋势，且增长率逐渐减小。谷子的最佳叶面积指数应在6左右，灌浆成熟期的叶面积指数为6.96。

（3）不同灌溉制度下谷子叶面积指数整体呈现增加的趋势。J90、Q110、B110、J110、B130、J130和B150处理叶面积指数在生育后期出现负增长。通过比较可知，B110、B130、B150处理灌浆成熟期叶面积指数是合理的。

（4）J110、Q130、B130、J130、Q150、B150、J150属于高产灌溉制度，平均谷子产量随着叶面积指数的增加呈先减少后增加的趋势。

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