冬播对旱作区不同熟期糜子生...、水分利用效率及品质的影响_李凯.pdf

李 凯，程炳文，罗世武，等 冬播对旱作区不同熟期糜子生长特性、水分利用效率及品质的影响 江苏农业科学，（）：冬冬播播对对旱旱作作区区不不同同熟熟期期糜糜子子生生长长特特性性、水水分分利利用用效效率率及及品品质质的的影影响响李 凯，程炳文，罗世武，王 湛，杨军学，王 勇，张尚沛，张晓娟（宁夏农林科学院固原分院 宁夏旱作农业工程技术中心，宁夏固原）摘要：为了明确冬播对旱作区不同熟期糜子生长特性、水分利用效率及品质的影响，以宁糜 号（中熟品种）和陇糜 号（晚熟品种）为研究对象，设置冬播覆膜种植（）、冬播露地种植（）、春播覆膜种植（）种不同栽培方式。结果表明，冬播条件下，糜子抽穗后主茎总干物质和籽粒干物质积累量逐渐增加，处理在成熟期表现最高，其他各器官干物质积累量表现先增加后降低；冬播糜子增熵效应苗期最明显，、处理 土层平均含水量宁糜 号分别提高、，陇糜 号分别提高、；相比其他处理，宁糜 号和陇糜 号 处理产量显著增加，分别较 增产 、，处理与 差异不显著；相比，处理水分利用效率宁糜 号显著提高，陇糜 号提高，但 处理优势并不明显；宁糜 号和陇糜 号各处理籽粒蛋白质含量高于 ，其中宁糜 号 处理与 处理间差异显著，籽粒脂肪和淀粉含量 处理和 处理显著高于，与 处理间差异不显著。综上结果，冬播栽培模式对不同熟期糜子干物质量积累、产量、水分利用效率及品质有一定提升作用，尤其是覆膜冬播模式下糜子中熟品种（宁糜 号）的抗旱增产效应表现更加突出。关键词：糜子；冬播；产量；水分利用效率；品质 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：基金项目：宁夏回族自治区自然科学基金（编号：）；宁夏回族自治区重点研发计划（编号：、）；宁夏回族自治区农业科技自主创新资金（编号：）；宁夏小杂粮创新团队项目（编号：）。作者简介：李 凯（），男，宁夏固原人，硕士，助理研究员，主要从事作物栽培与耕作研究。：。糜子（）属禾本科黍作物，是在我国拥有非常悠久栽培历史的杂粮作物之一，因其具耐瘠薄、生育期短、抗旱性强、水分利用率高等优势特性，在我国黄土高原旱作区作为一种“抗旱救灾”作物得到了广泛种植，并由杂粮作物逐渐发展成为西北地区具有稳定生产力的健康绿色的主粮作物之一。目前，我国现代农业生产在提高糜子生产效率方面的耕作栽培措施比较多，其中主要研究的方向有深耕、间作、覆膜、肥料调控等，而有关冬播糜子特色栽培措施方面的研究报道鲜少。在 年，农民通过“冬月种谷法”首次将冬播技术应用于大田生产当中，这种栽培方法可以有效加强对冬季降水的利用，从而避免了过度干旱对春播造成的影响，也有利于农忙时节劳动力的调整。有关冬播栽培技术的使用虽然有历史记载，但应用研究的深度和范围很有限。随着我国农业科研技术的发展，冬播栽培技术早期在谷子方面的初步研究发现，产量比春播增产 ，并且冬天播种谷子可以调节农时，避免春季干旱，从而保证苗全苗壮。近年来，姚建民等研究了生物降解渗水地膜覆盖对冬播谷子生长发育的影响，指出冬播谷子可以安全越冬且出苗率好，平均出苗率为 ，发育比春播谷子提前 ，冬播谷子具有明显的早熟和抗旱增产作用；李凯等研究了不同冬播栽培模式对糜子生长特性及产量的影响，指出冬播糜子出苗率达到 以上，生育时期提前 ，生育期延长 ，产量性状不同程度提高，增加。糜子的众多优势特性中，抗旱性最为突出并优于大多数粮食作物，但在西北大部分糜子主产区，干旱少雨等不良气候依然是影响糜子正常生长的主要因素。目前，针对通过栽培措施对糜子生长特性、水分利用效率等方面的相关研究来挖掘糜子抗旱潜能途径的报道比较普遍，但关于冬播对旱作区江苏农业科学 年第 卷第 期糜子生长特性、水分利用效率及品质的研究未见到。因此，本研究通过探讨冬播对旱作区不同熟期糜子生长特性、水分利用效率及品质影响，旨在通过充分利用冬播优势揭示中熟和晚熟糜子生长特性、水分利用效率及品质的变化规律，充分挖掘糜子抗旱潜能，对干旱半旱区糜子增产增效具有重要的实践指导意义。材料与方法 试验地概况试验于 年 月至 年 月在宁夏回族自治区固原市原州区头营镇徐河村进行，属典型的温带大陆性气候，土质为黄绵土，积温为 ，年均降水量 。前茬作物为玉米，土壤基本理化性质为：全氮 ，全钾 ，有机质 ，碱解氮 ，速效钾 ，有效磷 。试验材料试验糜子品种为宁糜 号（中熟品种）、陇糜 号（晚熟品种），由宁夏农林科学院固原分院提供；试验肥料为谷子糜子专用缓释肥（、含量分别为、），由宁夏荣和绿色科技有限公司提供；试验地膜为聚乙烯普通地膜，地膜宽度 ，厚度 ，由宁夏润宇塑业有限公司提供。试验设计试验采用随机区组设计，个糜子品种分别设置 个处理：冬播覆膜种植（）、冬播露地种植（）、春播覆膜种植（），冬播于 年 月 日播种，春播于 年 月 日播种；冬播、春播覆膜膜间距为 ，株行距为 ，播种深度为 ；冬播露地播种株行距为 ，播种深度为 。各处理 次重复，每个小区面积 ，种植密度 万株，播种前施入谷子糜子专用缓释肥 ，其他栽培管理同一般大田。年 月气温、降水情况见图。测定项目与方法 生育时期记载按照糜子生育进程分别记载糜子苗期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期、成熟期 个生长时期。干物质积累于糜子抽穗后，分别相隔 天直至糜子成熟取样测定干物质，每个处理选取生长一致且具有代表性的 株样品，将茎杆、叶片、叶鞘、籽粒各器官分开装入信封置于烘箱中，在 下杀青 ，下烘干至恒质量，使用天平称其干物质量。土壤含水量分别在糜子生长苗期、拔节期、抽穗期、开花期、灌浆期、成熟期用土钻钻取 、土层土样，装入铝盒中称鲜土质量，然后放入烘箱（）烘干至质量恒定后称量，计算土壤含水量。（）式中：为土壤含水量，；为原土质量，；为烘干土壤质量，。产量及产量性状 糜子成熟时，按照小区全部收获并脱粒、晒干、称质量，每个小区随机取 株进行室内考种，按照常规方法测定千粒质量、主穗粒质量、主穗质量。糜子品质测定蛋白质含量采用凯氏定氮法测定；脂肪含量采用索氏抽提法测定；纤维含量采用酸碱洗涤法测定；粗淀粉含量采用紫外江苏农业科学 年第 卷第 期可见分光光度计法测定。相关指标计算利用农田土壤水分平衡计算生育期土壤贮水量、生育期耗水量及水分利用效率：。（）式中：为土壤贮水量，；为第 层土壤质量含水量，；为第 层土壤容重，；为第 层土层厚度，。（）。（）式中：为生育期耗水量，；和 分别为前次生育阶段和后次生育阶段 土层贮水量，；为某生育阶段降雨量，；将每个生育阶段的耗水量值相加，即为生育期总耗水量。（）式中：为作物水分利用效率，（）；为籽粒产量，。统计分析采用 进行数据汇总，利用 软件进行统计分析，并利用 软件进行作图。结果与分析 冬播对不同熟期糜子生育期的影响由表 可以看出，相较于春播，冬播宁糜 号和陇糜 号各生育时期均提前，全生育期均延长，其中宁糜 号处理、全生育期延长 ，苗期分别提前、，成熟期分别提前、；陇糜 号处理、全生育期分别延长、，苗期分别提前、，成熟期分别提前、。表 冬播对不同熟期糜子生育期的影响品种处理生育期（月 日）苗期拔节期抽穗期开花期灌浆期成熟期全生育期（）宁糜 号 陇糜 号 冬播对不同熟期糜子干物质积累的影响由图 可以看出，宁糜 号、陇糜 号各处理在抽穗后的主茎总干物质积累量随着生育进程的推进而逐渐增加的趋势，成熟期达到最高，但生长后期积累速率平缓。不同熟期糜子各处理总干物质积累量的大小表现为 处理高于其他处理，成熟后宁糜 号和陇糜 号主茎总干物质积累量 处理分别较 增加 、。宁糜 号和陇糜 号各处理主茎上茎秆、叶片和叶鞘干物质的积累量在抽穗后至成熟期的表现各不同，但变化趋势具有一致性，即主茎茎秆、叶片和叶鞘干物质的积累量均在抽穗后随着生育期的江苏农业科学 年第 卷第 期推进表现为逐渐增加的变化趋势，在进入灌浆期后，各营养器官干物质逐渐向籽粒运移，随着籽粒灌浆速率的加强，茎秆、叶片和叶鞘干物质积累量开始呈现下降趋势。糜子在抽穗后籽粒干物质积累量在不同时期表现不同，但均随着生育期的推进逐渐增加，并呈现“”形的变化趋势，且在成熟期达到最高，冬播下不同熟期糜子品种宁糜 号和陇糜 号各处理成熟期籽粒干物质积累量大小均表现为 处理高于其他处理，处理与 差异不明显。冬播对不同熟期糜子产量性状及产量的影响由表 可以看出，冬播对不同熟期糜子的产量具有明显的影响，其中 处理下宁糜 号和陇糜 号产量显著高于其他处理，分别较 增产.、，而 较 差异性表现不显著。从糜子产量相关性状看，宁糜 号和陇糜 号千粒质量各处理间差异性不显著，主穗质量和主穗粒质量 处理与各处理存在显著差异，这与籽粒产量变化趋势表现一致，冬播栽培也显著影响糜子产量的构成因子。冬播对不同熟期糜子土壤水分的影响 冬播对不同熟期糜子土壤含水量的影响图、图 为不同熟期糜子在不同生育期的土壤剖面含水量随土层深度的变化情况。由图可以看表 冬播对不同熟期糜子产量性状及产量的影响品种处理主穗质量（）主穗粒质量（）千粒质量（）产量（）宁糜 号 陇糜 号 注：同一品种同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（）。下表同。出，宁糜 号在苗期，、处理 土层含水量分别提高 、，其中各处理 土壤含水量呈现 ，土壤含水率 处理表现最高；拔节期，各处理 、土壤含水量表现为 ，其中 土壤平均含水量、与对照差异显著；抽穗期和开花期，相较于对照，、处理 土壤平均含水量分别降低 、和 、，其中 处理与其他处理差异显著；灌浆期，各处理 土壤含水量呈现逐渐增加的趋势，各土层土壤含水量均表现为 ；成熟期，处理 在 土壤含水量呈现逐渐增加江苏农业科学 年第 卷第 期的趋势，而 和 表现为先降低后增加的趋势，土壤平均含水量 处理分别较、降低 、.，各土层土壤含水量 均高于其他处理。由图 可以看出，陇糜 号在苗期，、处理 土壤平均含水量分别较对照提高 、，其中 处理 各土层均高于其他处理；拔节期，各处理不同土层土壤含水量表现为 ，其中 土壤含水量处理 和 显著高于；抽穗期，各处理土壤含水量较低，各处理间差异不显著，但处理 在不同土层土壤含水量均高于 和，其平均含水量分别较 和 显著提高 和 ，处理 在 各土层土壤含水量均高于，含水量提高；开花期，处理 各土层土壤含水量均高于 和，平均土壤含水量分别提高.和，其中 、差异显著；灌浆期，处理 和 在 土壤含水量均低于对照，整个土层平均土壤含水量分别低于对照 和 ，其中 各处理与对照差异显著；成熟期，处理 和 在 土壤含水量均显著低于对照，平均含水量分别降低 和 。冬播对不同熟期糜子土壤水分利用效率的影响 由表 可以看出，、处理下宁糜 号和陇糜 号生育期内耗水量主要来自土壤贮水量和降水水量，各处理耗水量依次为 。年试验区严重干旱，冬播各处理在糜子抽穗期到灌浆期降水量严重短缺，耗水总量高于，说明冬播糜子能够通过加强对土壤贮水量的利用来保障生长的需求，具有更好的水分调控作用。由表 可见，各处理宁糜 号和陇糜 号的水分利用效率依次为 ，其中宁糜 号处 理 显 著 高 于 其 他 处 理，比 提 高.，与 差异不显著；陇糜 号 和 处理分别显著高于 处理 、，和 差异不显著，仅提高 。可见，采用覆膜冬播中熟和晚熟糜子，其水分利用效率均具有优势，但中熟糜子的优势表现更为明显。冬播对不同熟期糜子籽粒品质的影响由表 可以看出，宁糜 号 处理蛋白质和纤维 含 量 分 别 显 著 高 于 其 他 处 理 .、，处理与 间差异不显著，脂肪和淀粉含量 和 处理显著高于江苏农业科学 年第 卷第 期表 冬播对不同熟期糜子土壤水分利用效率的影响品种处理播前土壤贮水量（）收获后土壤贮水量（）生育期耗水量（）水分利用效率（）宁糜 号 陇糜 号 ，与 处理间差异不显著；陇糜 号蛋白质含量各模式表现为 ，但差异不显著，脂肪和淀粉含量 和 显著高于，与 间差异不显著，纤维含量 处理分别较、显著增加 、。表 冬播对不同熟期糜子籽粒品质的影响品种处理蛋白质含量（）脂肪含量（）淀粉含量（）纤维含量（）宁糜 号 陇糜 号 讨论 冬播对不同熟期糜子生长指标的影响宋艳丽等的研究表明，糜子抽穗后，不同种植方式的地上部分干物质积累量随生长进程而发展变化，均呈现先上升后随植株衰老下降的趋势。干物质生产是作物产量形成的基础，也是提高作物产量的关键，其在植株内的积累规律及对器官组织中的分配直接影响最终产量的高低。张东旗等的研究表明，在灌浆初期，整个糜子植株积累的大量养分主要用于其营养生长，在叶片、叶鞘、茎杆中的干物质含量所占比例较高，但随着糜子生殖生长的开始，植株中的养分逐渐向籽粒中转移，籽粒质量慢慢增加，并在成熟期其籽粒的干物质含量比例达到最大。本研究表明，冬播和春播栽培下，宁糜 号、陇糜 号在抽穗后的主茎总干物质积累量随着生育进程的推进而逐渐增加的趋势，进入灌浆期，各营养器官干物质量向籽粒转移，在成熟期达到最高，且各器官干物质积累量穗粒 茎 叶片 叶鞘。这与前几位研究者的结论相一致，其中覆膜冬播对糜子地上部分植株总干物质和各器官干物质积累具有明显的优势，这对于提高糜子产量具有重要的意义。冬播对不同熟期糜子产量及水分利用效率的影响糜子是一种高效的 作物，可以充分利用其他作物不能够利用的水热资源，具有稳产、高产的特性，但在西北旱作区，糜子春季播种干旱少雨依然成为制约产量的主要限制因子。耕作栽培制度与技术创新是有效缓解作物水分供需矛盾、提高土壤水分利用率的重要途径，通过调节土壤的物理环境，使土壤中的水、气、热得到合理的调整，进而影响作物生长，而在作物的整个生长过程中，耗水量和水分利用效率是影响其水分利用的关键因素。董孔军等研究黄土高原旱作区不同覆膜方式对土壤水热环境及糜子耗水特性的影响，指出通过不同覆膜方式种植糜子，可以对糜子整个生育期内的土壤水热环境进行进一步改善，其在不同生育时期的耗水强度不仅发生了变化，并且水分利用效率、籽粒产量及其相关性状均得到了显著提高。周花等研究发现，在宁夏南部山区旱作农田上，采用不同的微膜覆盖穴播方式种植谷子和糜子均可以有效改善土壤水分环境，抑制了土壤水分的过度蒸发，水分利用效率得到了进一步提高，达到了抗旱节水和增产的效果。苏旺等研究表明，与传统平作无覆盖相比，沟垄集雨覆盖种植糜子 年平均产量和水分利用效率分别提高 和.，增产效果最显著。本研究中，冬播糜子是一种耕作栽培制度与技术的创新，通过采用冬播栽培技术表明，晚熟的糜子品种也能够较春播提前成熟，苗期增熵效应最明显，宁糜 号和陇糜 号冬播处理 土层平均含水量较春播分别提高 、，而覆膜冬播增效增产效果更为显著，其产量分别提高 、，土壤水分利用效率分别提高 、。主要原因是冬播起到了蓄水保墒的作用，能够充分利用秋冬季降雨，提供了糜子出苗期所需水分和温度，并且在糜子生长干旱期可以有效调节土壤耗水量强度，使得在一定干旱胁迫的作用下，糜子产量得到了稳定和提高，而冬播糜子中熟品种的增效增产优势比晚熟品种表现更加突出。由于该试验年为干旱年，冬播在平水年、丰水年对糜子产量、土壤水分的影响江苏农业科学 年第 卷第 期和干旱年是否相似仍需进一步探讨。冬播对不同熟期糜子籽粒品质的影响王德慧等的研究表明，与传统不覆膜相比，全覆膜促进了低密度时糜子籽粒蛋白质、淀粉和粗脂肪含量的提高，高密度时含量下降。张艳萍等研究发现，覆盖栽培有效提高了糜子籽粒淀粉相关合成酶活性，且最终淀粉积累量和千粒质量大于或显著大于露地栽培。但另有些研究表明，不同覆盖措施对糜子籽粒蛋白质含量没有显著影响。本研究表明，冬播对不同熟期糜子籽粒品质有一定的影响，冬播中熟和晚熟糜子籽粒蛋白质含量均有所提高，其中覆膜冬播中熟糜子显著增加 ；覆膜冬播和春播糜子籽粒脂肪和淀粉含量均显著高于冬播露地。可见，冬播条件下，糜子籽粒品质得到了提升，而采用覆膜冬播的方式效果最为显著。结论随着冬播栽培技术在旱作区的应用，糜子抗旱增产能力进一步增强，不仅有利于提高糜子干物质积累量、水分利用效率，还可增加产量，糜子籽粒品质也得到了提升，尤其是采用覆膜冬播糜子栽培模式使得中熟糜子的抗旱特性得到更充分的挖掘，为旱作区抗旱措施提供了一种可行的新途径。参考文献：柴 岩，冯佰利 中国小杂粮产业发展现状及对策 干旱地区农业研究，（）：，（），：乔治军 糜子产业发展现状与思路 作物杂志，（）：张晓娟，张尚沛，程炳文，等 旱地糜子生长、产量及土壤环境对不同覆膜种植方式的响应 作物杂志，（）：罗世武，程炳文，杨军学，等 宁夏中部干旱区渗水地膜条件下不同糜子品种的生态适应性试验 湖北农业科学，（）：，赵建栋，乔治军，陈 凌，等 不同耕作方式对糜子产量及水分利用效率的影响 安徽农业科学，（）：，党 科，宫香伟，吕思明，等 糜子绿豆间作模式下施氮量对绿豆叶片光合特性及产量的影响 作物学报，（）：李万斌，戴丽君，李永平 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 农学学报，（）：张 磊，何继红，董孔军，等 氮肥对粳性和糯性糜子干物质积累和产量性状及氮肥利用效率的影响 核农学报，（）：杜竹铭“冬月种谷法”试验报告 整理祖国农业科学遗产试验研究之一 第二报全面总结 山西大学学报（自然科学版），（）：张龙石 春谷冬播后增产效果的初步研究 东北农业科学，（）：姚建民，毕昕媛，李瑞珍，等 生物降解渗水地膜覆盖对冬播谷子生长发育的影响 山西农业科学，（）：李 凯，程炳文，罗世武，等 不同冬播栽培模式对糜子生长特性及产量的影响 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杨凌：西北农林科技大学，吴春杏，胡志辉，鲁寒英，等 对盐胁迫下玉米幼苗光合及抗氧化系统的影响 江苏农业科学，（）：对对盐盐胁胁迫迫下下玉玉米米幼幼苗苗光光合合及及抗抗氧氧化化系系统统的的影影响响吴春杏，胡志辉，鲁寒英，柯宇卓，汪艳杰，龚祖运 江汉大学生命科学学院 湖北省豆类（蔬菜）植物工程技术研究中心，湖北武汉；武汉新达美佳生物科技有限公司，湖北武汉；武汉双兴农业科技有限公司，湖北武汉 摘要：为了探讨外源 对盐胁迫下玉米幼苗光合及抗氧化系统的影响效果。以金来 玉米为材料，叶 心时叶面喷施 表油菜素内酯（），研究玉米幼苗受盐胁迫（）后对其光合参数、叶绿素含量及抗氧化酶活性、丙二醛（）含量的影响。结果表明，处理后、，玉米幼苗的净光合速率（）比 处理分别显著提高 、；处理后、，玉米幼苗气孔导度（）、蒸腾速率（）比 处理显著升高（）；处理后、，胞间 浓度（）显著降低（）。用 处理后，玉米幼苗中叶绿素、叶绿素、类胡萝卜素含量、叶绿素 均显著低于对照，超氧化物歧化酶（）、过氧化物酶（）、过氧化氢酶（）和抗坏血酸过氧化物酶（）活性及 含量均显著高于对照。用 处理后，玉米幼苗的叶绿素含量、叶绿素 、活性、活性、活性、活性均较 处理显著提高（），含量显著降低（）。相关性分析结果表明，、与 之间互呈极显著正相关，与叶绿素含量、叶绿素 呈显著正相关。研究结果说明，外源 可以有效缓解盐胁迫，改善光合能力，增强玉米的抗盐能力。关键词：玉米；盐胁迫；光合参数；抗氧化系统 中图分类号：文献标志码：文章编号：（）收稿日期：基金项目：湖北省乡村振兴科技支撑项目（编号：）；湖北省教育厅百校联百县 高校服务乡村振兴科技支撑行动计划（编号：）；武 汉 市 教 育 局 高 校 产 学 研 项 目（编 号：）；江汉大学校级科研项目（编号：）。作者简介：吴春杏（），女，广东湛江人，硕士研究生，主要从事植物栽培生理与遗传育种研究。：。通信作者：胡志辉，研究员，主要从事植物栽培生理与遗传育种研究。：。目前，中国土壤盐渍化问题日益严重，土壤盐渍化是灌溉用水和气候变化给农业生产力带来的日益严峻的挑战，会抑制植物在各个生命阶段的生长和生产，造成经济损失。在盐胁迫下，植物适应性的提高是土壤盐渍化研究的热点。玉米（）是我国主要的谷类粮食作物，是畜牧产业持续健康发展的重要优质物质基础。玉米在田间的生长受到各种非生物胁迫，如土壤盐分、干旱、光照和温度等，可能导致其产量严重下降，对盐胁迫特别是苗期盐胁迫敏感。胁迫会使玉米幼苗叶片气孔加速变小、细胞光合色素受到破坏、光合反应关键酶的活性降低、光合能力下降，进而导致净光合速率下降，最终造成粮食减产。此外，在胁迫环境中，植株对土壤中营养物质的吸收与同化能力下降，会出现营养失衡，使其生长受到抑制；植物细胞中自由基及活性氧大量积累，细胞膜完整性被破坏。植物通过生理及分子机制以适应盐胁迫环境，包括对离子稳态的调节、有机渗透物质积累和活性氧清除等。超过自身调控能力的盐胁迫伤江苏农业科学 年第 卷第 期