谷子不同生育時(shí)期水分脅迫抗旱生理特性研究

張艾英，郭二虎，范惠萍，李瑜輝，王麗霞，王秀清，程麗萍

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所，山西長治046011）

水分是作物生長發(fā)育的必要條件之一，也是限制作物生產(chǎn)力的一個(gè)關(guān)鍵生態(tài)因素[1]。谷子具有較強(qiáng)的耐旱性，主要種植在干旱地區(qū)[2]，但谷子對(duì)水分的需求與其所在環(huán)境的水分條件經(jīng)常處于矛盾之中，多數(shù)谷田的水分供應(yīng)不足及供需時(shí)間不一致的矛盾尤為突出。目前，僅對(duì)谷子的某一生育時(shí)期水分脅迫的某些性狀進(jìn)行了研究，但對(duì)谷子全生育期水分脅迫的研究較少[3-6]。王永麗等[7]研究了不同時(shí)期干旱脅迫對(duì)谷子農(nóng)藝性狀的影響，但由于品種單一，說服力不強(qiáng)，且采用盆栽，與生產(chǎn)結(jié)合不緊密。

本試驗(yàn)采取大田遮雨的方法對(duì)谷子不同生育階段的需水規(guī)律進(jìn)行了系統(tǒng)完善的研究，旨在為有效提高谷子的水分利用效率、制定干旱丘陵地區(qū)谷子配套栽培技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2011—2012年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院谷子研究所農(nóng)場內(nèi)進(jìn)行。土壤類型為壤土，試驗(yàn)點(diǎn)屬中溫帶半濕潤大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為5～11℃，年平均降雨量在600 mm以上，無霜期155～184 d，2011，2012年度谷子生育期降水量分別為357.4，288.4 mm。試驗(yàn)地前茬作物均為玉米，一年一熟，多年秸稈還田。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選春谷區(qū)主推品種長農(nóng)35號(hào)、晉谷21號(hào)、晉谷20號(hào)為供試材料，采取搭建遮雨棚的方法分別在苗期、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期4個(gè)時(shí)期進(jìn)行控水與不控水處理。處理方法：若降雨采取遮雨為干旱處理，不遮雨為對(duì)照處理；若不降雨采取灌水（普通噴灌2 h）為對(duì)照處理，不灌水為干旱處理。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，處理時(shí)期為主區(qū)，品種為亞區(qū)，區(qū)組內(nèi)隨機(jī)排列，小區(qū)重復(fù)3次，小區(qū)面積15 m2（3 m×5 m），行距33 cm。每公頃施純氮120 kg，P2O575 kg，K2O 60 kg，氮、磷、鉀肥全部底施，公頃留苗30萬株。生育期取樣調(diào)查生長生理指標(biāo)，收獲時(shí)計(jì)產(chǎn)。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

1.3.1 SPAD值測定 谷子抽穗后，用葉綠素測定儀SPAD-502直接測定各處理的頂三葉SPAD值。1.3.2 小區(qū)測產(chǎn)及常規(guī)考種 成熟后每小區(qū)隨機(jī)取樣10株，調(diào)查株高、莖粗、穗長、穗粗、穗質(zhì)量、粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量等。為消除處理間基礎(chǔ)性狀的差異，采用性狀相對(duì)值進(jìn)行抗旱性的綜合評(píng)價(jià)。抗旱系數(shù)＝干旱產(chǎn)量/對(duì)照產(chǎn)量[8]；各指標(biāo)性狀相對(duì)值＝水分脅迫下性狀測定值/正常供水下性狀測定值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育時(shí)期水分脅迫下谷子頂三葉SPAD值的變化

相對(duì)葉綠素含量和相對(duì)光合速率與谷子的抗旱性密切相關(guān)，可作為抗旱性的光合指標(biāo)[5]。通過對(duì)4個(gè)生育時(shí)期處理（苗期、撥節(jié)期、抽穗期和灌漿期）水分脅迫處理后谷子旗葉、倒二葉、倒三葉SPAD值測定，結(jié)果（表1）表明，不同時(shí)期的干旱脅迫下，苗期處理SPAD值和對(duì)照持平，有的顯著增加，說明苗期的適度控水有利于SPAD值的增加；拔節(jié)期水分脅迫谷子不同葉位的SPAD值顯著下降，且一直停留在一個(gè)較低的水平，說明后期的降雨并不能減輕拔節(jié)期水分脅迫對(duì)谷子生長發(fā)育產(chǎn)生的傷害，拔節(jié)期是谷子的需水敏感期；抽穗期和灌漿期的水分脅迫對(duì)谷子不同葉位SPAD值的影響，不同品種不同時(shí)期表現(xiàn)不同，大多表現(xiàn)為和對(duì)照持平，少數(shù)表現(xiàn)為增加或降低，變化不規(guī)律，說明抽穗期和灌漿期的水分脅迫對(duì)谷子葉位SPAD值影響較小。

表1 不同生育時(shí)期水分脅迫下不同谷子品種頂三葉SPAD值的變化

2.2 小區(qū)產(chǎn)量及其相關(guān)性狀分析

表2 不同處理和自然對(duì)照的比值

表2為不同控水處理谷子各個(gè)性狀和對(duì)照的 比值，該值大于1說明該性狀比對(duì)照高，小于1說明該性狀比對(duì)照低。從2 a的試驗(yàn)結(jié)果來看，苗期控水對(duì)谷子多個(gè)農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量影響不大。拔節(jié)期控水，植株的株高明顯降低，但節(jié)數(shù)不變，主要表現(xiàn)在穗下部5節(jié)，節(jié)間明顯縮短；莖粗、次生根數(shù)、倒二葉面積、穗質(zhì)量、穗長、穗粗、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量及產(chǎn)量等都明顯降低。抽穗期控水，谷子的穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量等降低，秕粒數(shù)多。灌漿期控水，穗質(zhì)量、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量降低，相應(yīng)的產(chǎn)量也降低。從總體來看，可初步認(rèn)為拔節(jié)期為谷子抗旱的敏感期。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

本研究苗期水分脅迫處理的結(jié)果與張文英等[3]的研究結(jié)果存在一定差異，分析其原因，一方面是由于自然降雨與人工澆水在效果上存在較大差異，另一方面是由于采用的品種不同，春夏谷品種間在苗期生育特性上存在一定的差異。苗期的適度干旱能在不影響籽粒產(chǎn)量的同時(shí)節(jié)約大量的水資源，從而大幅度提高水分利用效率。因此，在限量灌溉農(nóng)業(yè)中，合理利用干旱鍛煉的積極作用，將能充分發(fā)掘作物的節(jié)水潛力，以提高用水效率。

水分脅迫是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，但是大部分學(xué)者都是采用盆栽試驗(yàn)[9-14]。本試驗(yàn)主要是采用大田條件下搭建遮雨棚的方法，通過不同生育時(shí)期控制降雨進(jìn)行谷子各個(gè)生育時(shí)期的干旱模擬，這樣更接近于大田生產(chǎn)實(shí)際，并緊密結(jié)合了當(dāng)?shù)貧夂蛞蛩兀溲芯拷Y(jié)果更能有效地指導(dǎo)生產(chǎn)。由于不同指標(biāo)對(duì)水分脅迫的敏感度不同，如何選擇適宜的水分脅迫指標(biāo)、如何排除遮雨棚的增溫效應(yīng)等問題均有待于進(jìn)一步改善，從而為節(jié)水灌溉提供進(jìn)一步的理論基礎(chǔ)。

3.2 結(jié)論

本研究表明，苗期適度干旱，有利于谷子蹲苗，形成健壯的植株[15]，谷子不同葉位SPAD值增加，相應(yīng)產(chǎn)量增加。從測定指標(biāo)可以看出，拔節(jié)期為谷子抗旱的敏感期，也是谷子需水高峰期，是谷子抗旱獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵供水時(shí)期；抽穗期灌水，有利于增產(chǎn)；灌漿期保水，有助于飽粒的形成，提高千粒質(zhì)量。

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