单穴留苗数对晋谷21号茎秆机械强度和倒伏指数的影响

王吉祥，张伟莉，周 浩，原向阳，张海颖，郭锦龙

（1.山西农业大学农学院，山西太谷030801；2.方山县科技教育局，山西方山033100）

谷子是山西省的优势杂粮作物[1-2]，其中以晋谷21号为代表的谷子品种品质优良、综合性状较好[3-4]，具有分蘖少[5]、适宜密植等特性，但过度密植，会加剧植株个体间的竞争[6]，从而影响植株的生长发育[7]，使植株徒长，导致植株株高升高、茎秆变细、节间伸长[8]，容易发生倒伏。加之北方谷子主产区在谷子生育后期风雨天气较多，导致谷子在成熟期更加容易发生倒伏，严重影响谷子后期机械化收割，增加了农民的收获成本[9]。

评判一个植株发生倒伏的风险高低，可以通过倒伏指数进行定量化的评价，倒伏指数越小，植株发生倒伏的可能性越小；反之，倒伏指数越大，植株发生倒伏的可能性越大[9-10]。而倒伏指数则可以通过测量植株茎秆的物理性状计算得出，由于谷子茎秆结构与小麦等禾谷类作物相似，所以可以借鉴小麦等作物的抗倒性评价指标来评价谷子的抗倒性。

关于作物抗倒性的研究在小麦[10-11]、玉米[12-13]等作物上颇多，前人研究提出，单株茎秆基部第2节的茎粗、节间长、节间茎秆机械强度等与植株的抗倒伏能力密切相关[14-15]；植株的株高、茎粗、节间长、节间抗折力、倒伏指数等指标与谷子的抗倒伏能力密切相关[7]；在小麦上的研究表明，随着播种密度的增加，小麦茎秆的抗倒伏能力随之下降，抗倒伏能力强的小麦具有株高较矮、重心较低、茎秆基部节间短而粗、茎秆机械强度高等形态特征[14]。

目前，谷子生产上采用的机械化覆膜穴播技术可以大大提高谷子的播种效率[16]，而且覆膜穴播与常规条播相比，可以提高谷子的水分利用效率，进而提高谷子的产量[17]。因此，研究基于覆膜穴播下单穴留苗数对晋谷21号茎秆强度及倒伏指数的影响具有重要意义，可为晋谷21号的高效栽培技术提供理论依据。但现阶段对谷子茎秆特性的研究多集中于不同品种间的比较[18-19]，生育期的动态变化[20]，而对密度对谷子茎秆特性的影响研究报道较少。

本试验结合谷子的机械化生产模式，研究机械化覆膜穴播条件下单穴留苗 1，2，3，4，5株对晋谷21号茎秆特性的影响，以确定抗倒伏能力最强的单穴留苗模式，为机收谷子栽培模式提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试品种晋谷21号由山西省农业科学院经济作物研究所提供。

1.2 试验方法

试验在山西农业大学试验田进行。试验田地势平坦、肥力均匀一致，前茬作物为大豆，播种前施氮、磷、钾复合肥450 kg/hm2。试验采用随机区组设计，设单穴留苗 1，2，3，4，5 株 5 种不同单穴留苗数，3次重复，每小区4膜8行，行距50 cm，行长10 m；采用谷子精量覆膜穴播机最大播量（13～15粒/穴）播种，出苗后于3叶期间苗定苗到所需留苗数，后期田间管理措施一致。

1.3 测定项目及方法

在谷子成熟后期，每小区随机选取10穴，每穴随机选取1株进行指标测定，测定植株基部到穗顶的株高，基部第2节的长度及节间中部的茎粗，并取完整的单株测量地上部分鲜质量。

1.3.1 植株重心高度 取新鲜完整的植株地上部分（含茎、叶和穗），水平置于刀口上，左右移动，直至平衡于刀口上，此时触点即为重心，茎秆基部至重心的距离即为重心高度。

1.3.2 抗折力 使用FGJ-20型数显测力计测量基部第2节的茎秆抗折力，测定时将节间两端固定，用仪器均匀、缓慢对节间中部用力，记录茎秆折断瞬间拉力机显示的读数（N）。

1.3.3 茎秆机械强度 茎秆机械强度=抗折力×基部节间长度/2[18]。

1.3.4 倒伏指数 倒伏指数＝植株重心高度×地上部鲜质量/茎秆机械强度[11]。

1.4 数据处理

数据采用Excle软件进行数据整理与绘图，采用SPSS22.0统计软件进行显著性分析。

2 结果与分析

2.1 单穴留苗数对晋谷21号农艺性状的影响

从表1可以看出，随着单穴留苗数的增加，晋谷21号的单株株高、基部第2节节长逐渐增高，单穴留苗1株下最小，单穴留苗5株下最高，其中，单穴留苗3，4株下差异不显著；单株基部第2节茎粗、地上部鲜质量随单穴留苗数的增加逐渐下降，单穴留苗1株下最高，单穴留苗5株下最低，在单穴留苗2，3株下差异不显著。

表1 单穴留苗数对晋谷21号农艺性状的影响

2.2 单穴留苗数对晋谷21号重心高度的影响

从图1可以看出，随着单穴留苗数的增加，植株的重心高度增加，其中，单穴留苗1株下最低，为85.5 cm；单穴留苗5株下最高，达100.1 cm，此时单株重心较单穴留苗1株时升高14.6 cm，单穴留苗3株下植株重心高度分别与单穴留苗2，4株下差异不显著。

2.3 单穴留苗数对晋谷21号基部第2节植株茎秆抗折力的影响

从图2可以看出，随着单穴留苗数的增加，晋谷21号单株的基部第2节的茎秆抗折力呈阶梯式下降趋势，单穴留苗1株时最高，单株茎秆抗折力达151.3 N，单穴留苗2，3，4株下单株茎秆抗折力较单穴留苗1株时分别下降15.0%，25.8%，40.8%；单穴留苗5株下植株抗折力最低，单株茎秆抗折力达67.3 N，较单穴留苗1株时单株抗折力下降55.5%，此时茎秆强度较单穴留苗1株时下降57.7%。说明单穴留苗数的增加会大大降低植株单株的茎秆抗折力。

2.4 单穴留苗数对晋谷21号植株机械茎秆强度的影响

从图3可以看出，随着单穴留苗数的增加，晋谷21号基部第2节的茎秆机械强度呈现先增加后降低的趋势，单穴留苗3株下机械茎秆强度最高，但单穴留苗1，2，3株下晋谷21号单株茎秆机械强度间差异不显著，表明单穴留苗1，2，3株对植株的茎秆机械强度影响不明显。

2.5 单穴留苗数对晋谷21号倒伏指数的影响

倒伏指数的高低表明了植株发生倒伏的风险高低。从图4可以看出，随着单穴留苗数的增加，晋谷21号植株的单株倒伏指数呈先降低后升高的趋势，单穴留苗1株下倒伏指数最高，单穴留苗3株下植株倒伏指数最低；且单穴留苗2，3，4株下倒伏指数间差异不显著，表明单穴留苗2，3，4株对植株发生倒伏的可能性影响不明显。

3 结论与讨论

前人研究表明，抗倒伏能力强的禾谷类作物具备以下特征：植株较矮，重心较低，茎秆基部节间粗壮[9，14]。本试验结果表明，随着单穴留苗数的增加，晋谷21号单株的株高、重心高度、基部第2节节长逐渐升高，基部第2节茎粗、地上部鲜质量逐渐下降，茎秆抗折力逐渐下降，说明随着单穴留苗数的增加，植株互相之间的竞争加剧，导致植株生长发育失衡，研究结果与李金才等[14]在播种密度对冬小麦形态特征和抗倒指数上的影响一致。

已有研究表明，植株的倒伏与植株茎秆的机械强度和倒伏指数密切相关[9]。机械强度越高，倒伏指数越低，植株发生倒伏的风险越低。本试验结果表明，单穴留苗3株下植株茎秆机械强度最高，倒伏指数最小，说明在单穴留苗3株下，植株间的相互竞争适宜，在生育后期对不利天气的适应能力强。这说明晋谷21号的栽培需要适宜的密度，密度过低或过高都会增加谷子的倒伏风险，不利于后期的机械化收割。