不同灌水处理对盆栽饲用谷子生长、耗水及产量的影响

2019-04-25王子豪崔希东郄志红吴鑫淼任晓磊

中国农村水利水电 2019年4期

王子豪，崔希东，郄志红，吴鑫淼，李曦，任晓磊

(1.河北农业大学城乡建设学院，河北保定 071001；2.河北省衡水水文水资源勘测局，河北衡水 053000)

谷子(Setaria italica)属禾本科(Gramineae)的一种植物，是起源于我国的传统特色作物，河北武安磁山出土文物考证谷子距今已有8 700 多年的栽培历史[1]。谷子在我国农业生产史上曾发挥过举足轻重的作用，数千年来一直作为主栽作物培育了我国北方文明，被誉为中华民族的哺育作物。谷子具有节水抗旱、耐贫瘠、耐储藏、水分利用效率高、适应性广、粮饲兼用等突出特点[2-4]，被认为是应对未来水资源短缺的战略贮备作物，建设可持续农业的生态作物以及人们膳食结构调整、平衡营养的特色作物[5,6]。

随着全球气候的变化，干旱成为农业生产中经常遇到的问题，是影响农业可持续发展的重要因素[7,8]。目前，干旱胁迫处理对作物生长、生理进程及产量影响已有较多研究，但研究多集中于小麦、玉米和水稻等作物[9-11]。关于谷子的研究主要集中在某一生育时期水分胁迫对谷子生理特性的影响等方面[12-14]。李会芬，裴帅帅等研究了萌发期干旱胁迫对谷子的影响，结果表明随着干旱处理的增大，发芽率、平均发芽速度、活力指数、鲜重、根长、苗高呈现不同程度的降低[15,16]。张文英等的研究表明苗期水分胁迫对谷子的株高、穗长、穗重和千粒重等农艺性状均产生不同程度的影响。张文英，王永丽等研究了谷子孕穗期一些生理性状与品种抗旱性的关系，得到了相似的结论[17,18]。但有关对不同灌水处理对饲用谷子的生长、产量的研究鲜有报道。因此，探讨不同灌水处理对谷子生长、耗水及产量的影响，对华北低平原区谷子代替部分高耗水作物进行种植，调整农业结构，筛选出适宜华北低平原区的饲用谷子品种具有重要意义。

1 试验材料与方法

1.1 试验区概况

试验布置在河北省保定市河北农业大学实验场，地理位置坐标为38°85′N，115°48′E，海拔高度14.3 m。试验区属温带大陆性季风气候。根据1981-2010年20年的气象资料统计，试验场地多年平均降水量550 mm，多年平均气温12 ℃，极端最高气温43.3 ℃，极端最低气温零下23.7 ℃，多年平均日照时数2 673 h，多年平均无霜期185 d，多年平均蒸发量1 750 mm。供试土壤取自试验田内0～20 cm土层，为粉砂土，土壤理化性质见表1。

表1 田间持水率和初始养分含量Tab.1 Field water holding rate and initial nutrient content

1.2 试验设计与布置

试验通过灌溉控制盆内土壤含水率的上、下限范围，将分为4个处理，即田间持水量的75%～90%(T1)、60%～75%(T2)、45%～60%(T3)、30%～45%(T4)[19]，每个处理3次重复；试验所用饲用谷子品种分别为印度0906、饲草4号、c264、k3201。灌水根据土壤水分上下限控制，当称重重量达到目标下限时灌水至目标上限。灌水定额由下式计算。

I=1 000 (ρ0-ρ)Ah

(1)

式中：I为灌水定额，L；ρ0为以体积含水率表示的土壤含水率上限，%；ρ为以体积含水率表示的土壤含水率下限，%；A为土体的上表面积，m2；h为土层深度，m。

盆栽试验采用内径0.28 m，高度0.35 m的塑料花盆。试验用土取自试验田，经自然风干过筛后均匀装填，装填深度25 cm。饲用谷子于2017年7月4日播种，每盆均匀播撒谷种，7月12日进行间苗，每盆留长势均匀的饲用谷子幼苗7株，并开始进行控水处理。在拔节～抽穗期，每盆中施加5 g复合肥。采用量筒灌水并记录每次的灌水量。在花盆下放置盛水器收集渗漏水，将渗漏水倒入量筒中测量并记录。将盆栽全部置于遮雨棚中进行遮雨。

1.3 测定内容与方法

1.3.1 土壤含水率

采用称重法测量土壤含水率，每2～3 d测定一次，并进行水分控制。

1.3.2 耗水量

采用水量平衡法计算不同灌水处理的饲用谷子的实际耗水量，具体公式为：

ETc=P+I+ΔW-R-D

(2)

式中：ETc为作物耗水量，L/盆；I为灌水定额，L/盆；ΔW为土壤水分变化量，L/盆；R为地表径流，L/盆；D为花盆渗漏量，L/盆。

由于本试验采用盆栽控雨试验，因此降水量和地表径流可以忽略，R=0,P=0。方程式可以简化如下：

ETc=I+ΔW-D

(3)

1.3.3 作物生长指标

作物生长指标包括株高、叶面积、植株鲜重和干物质等。每盆中选取1株长势平均的谷子，使用卷尺测量每株谷子的株高，每隔14 d测定一次，用直尺对叶片逐片进行测量，叶长为叶片基部到叶尖的长度，叶宽为叶片最宽处的距离，累计算出每株谷子的叶面积。谷子单叶面积(cm2)=叶长(cm)×叶宽(cm)×0.76。收获时，在距离地面2 cm处截取谷子的地上部鲜物质，用电子天平称重测定每株谷子的地上部鲜物质重，在105 ℃条件下杀青1 h，85 ℃下烘干至恒重，用电子天平称重测定每株谷子的地上部干物质重。将谷穗取下,使用卷尺测量穗长，使用游标卡尺测量穗径，使用电子天平测量单穗重。

1.3.4 产量

待谷子成熟后，每盆中取3株，将谷穗取下进行晾晒，然后剥粒，称取每株谷子单穗粒重，取3个重复的平均值作为每个处理的单株产量，并从每穗中随机数出500粒谷子，分别称重并求平均值，得到各处理的千粒重。

1.4 试验数据分析方法

数据统计分析采用数据分析软件SPSS Statistics 18.0V进行，用Microsoft Excel 2010进行数据处理及作图。

2 结果与分析

2.1 不同灌水处理对盆栽饲用谷子株高的影响

表2是4个试验品种饲用谷子在不同水分处理间株高的均值及其差异性。由表2可知，各处理饲用谷子株高变化趋势一致，在拔节期增长最为迅速，抽穗期增长较为缓慢，至灌浆期和成熟期株高基本不变。

以印度0906为例，分蘖期各灌水梯度间株高无明显差异。全生育时期，T1处理谷子株高最高，拔节期、抽穗期、灌浆期株高均值为134.33、148.00、149.67 cm，相比同时期的T2和T3处理高15.47%、32.93%、18.16%和49.25%、47.51%、19.73%。T1与T3处理间差异达到极显著水平。说明不同灌水处理在苗期及分蘖期对株高影响较小，在拔节期、抽穗期、灌浆期对株高影响较大，在拔节期尤其显著。各个品种饲用谷子在拔节期至成熟期T1、T2、T3与T4间均有极显著差异，且T4在成熟期株高只有35～49 cm。说明30%～45%的田间持水量严重抑制了饲用谷子的正常生长。

表2 不同处理对盆栽饲用谷子株高的影响 cm

2.2 不同灌水处理对盆栽饲用谷子叶面积的影响

叶片是植物进行光合作用，制造养料，进行气体交换和水分蒸腾的重要器官。适当增加作物叶面积，对改善作物生长发育状况，提高作物产量具有重要作用[20]。表3给出了不同品种饲用谷子在不同水分处理下的叶面积变化过程。由表3可知，各处理叶面积变化趋势一致，饲用谷子的叶面积在分蘖期增长迅速，至拔节期增长缓慢，到抽穗期前后叶面积达到最大值，之后基本保持不变，进入成熟期后随着下部叶片的衰老变黄，叶面积逐渐变小[21]。从全生育期来看，灌水处理对拔节期、抽穗期、灌浆期及成熟期的饲用谷子的叶面积的影响显著。以印度0906为例，T1处理的全生育期叶面积最大，与T2处理没有显著差异，而T1与T3处理差异显著。说明60%和75%田间持水量的灌水下限满足谷子叶片的正常生长，45%田间持水量的灌水下限一定程度上抑制了谷子叶片的生长。T4处理的叶面积最小，且与T1、T2、T3处理有显著差异。说明30%田间持水量的灌水下限严重影响了饲用谷子叶子的生长。不同品种之间差异显著，其中k3201叶面积最大，达到1 097.95 cm2，饲草4号叶面积最小，仅有671.49 cm2，相差达38.8%。

表3 不同灌水处理对盆栽谷子叶面积的影响 cm2

2.3 不同灌水处理对盆栽饲用谷子耗水量的影响

表4为根据水量平衡公式(3)计算的不同灌水处理的盆栽饲用谷子耗水量。由表4可知，各个品种不同灌水处理之间差异显著，其中饲草4号全生育期耗水量最大，达到4.127～22.316 L/盆，其中T1处理耗水量最大，与T3、T4处理有显著差异。与T1相比，T2、T3、T4处理全生育期耗水量分别减少了6.65%、39.22%、85.51%。k3201全生育期耗水量最小，达到3.104～18.672 L/盆，其中T1处理耗水量最大，与T3、T4处理有显著差异。与T1相比，T2、T3、T4处理全生育期耗水量分别减少了21.33%、50.10%、83.37%。4个品种间耗水量相差最大达到31.3%。

表4 不同灌水处理对盆栽谷子耗水量的影响 L/盆

2.4 不同灌水处理对盆栽饲用谷子产量和水分利用效率的影响

不同灌水处理对盆栽饲用谷子的鲜重、干重、单穗重、单穗粒重、千粒重和水分利用效率的影响见表5。由表5可知，以印度0906为例，其T1处理饲用谷子的鲜重和干重最大，达到39.67 g和15.78 g，比T2、T3处理高3.93%和5.52%。T4处理鲜重干重明显低于其他3个处理，仅达到5.67 g和1.37 g。说明T1、T2、T3灌水处理皆有利于饲用谷子干物质的积累，而T4处理不能满足作物的需水要求，对谷子的生长产生极大的抑制作用。k3201中T1处理的鲜重与干重为63.17 g和21.77 g，比T2、T3、T4高32.98%和33.38%、55.28%和54.51%、92.34%和94.02%，显著高于其他处理。说明不同灌水处理对饲用谷子的鲜重和干重有显著影响。

表5 不同灌水处理对盆栽饲用谷子产量及水分利用效率的影响Tab.5 Effects of different irrigation limits on yield and water use efficiency of potted forage millet

由表5可知，各个品种间不同灌水处理的千粒重变化趋势相同，以印度0906为例，T1处理表现最好，与T1相比，T2、T3、T4的千粒重分别减少了13.9%、7.5%、78.5%。方差分析结果显示，T1、T2、T3间差异不显著，且与T4间差异显著。各个品种间不同灌水处理的单穗粒重变化趋势相同，以印度0906为例，T1处理表现最好，与T1相比，T2、T3、T4的单穗粒重分别减少了26.6%、38.5%、94.2%。方差分析结果显示T1、T2、T3间差异不显著，且与T4差异显著。由表5可知，印度0906和k3201各处理水分利用效率从大到小排列为T1>T3>T2>T4；饲草4号和c264各处理的水分利用效率从大到小排列为T3>T1>T2>T4。

由表5可知，不同品种饲用谷子间的产量和水分利用效率存在一定差异。其中，k3201的鲜重、干重和单穗粒重都高于其他3个品种，各水分处理的水分利用效率也优于其他品种。