不同生育階段灌水處理對谷子生長發(fā)育的調控效應

董孔軍，何繼紅，任瑞玉，劉天鵬，馮克云，南宏宇，張　磊，楊天育

(甘肅省農業(yè)科學院作物研究所， 甘肅 蘭州 730070)

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不同生育階段灌水處理對谷子生長發(fā)育的調控效應

董孔軍，何繼紅，任瑞玉，劉天鵬，馮克云，南宏宇，張磊，楊天育

(甘肅省農業(yè)科學院作物研究所， 甘肅 蘭州 730070)

在敦煌年降雨量39 mm條件下，研究了拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期不同生育階段灌水處理對谷子農藝性狀及產量的影響。試驗結果表明：不同生育階段灌水對谷子主要農藝性狀及產量都有較大影響，與全生育期不灌水相比，拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期各灌1次水處理谷子生育期縮短5.4 d，株高增高51.1 cm，穗長增長1.2 cm，株穗重、株粒重和株草重分別增重14.2、12.3 g和3.1 g，產量增加225.85 kg·666.7m-2；全生育期不灌水處理谷子產量最低，僅105.78 kg·666.7m-2，抽穗期和灌漿期共灌2次水，拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期共灌3次水和抽穗期僅灌1次水各處理，產量分別達339.91、331.64 kg·666.7m-2和288.31 kg·666.7m-2，灌2次水產量最高。 表明抽穗期灌水對谷子產量形成影響最為顯著。灰色關聯度分析表明，單株粒重、單株穗重和主穗長與產量相關性最為密切。

谷子；灌水處理；農藝性狀；產量

谷子是起源于中國的古老農作物，也是我國北方旱薄地主要糧食作物，其栽培歷史悠久，遺傳資源豐富[1]。谷子根系發(fā)達[2]，受旱后補償效應明顯[3]，在禾本科作物中表現出較為突出的抗旱性[4]。在干旱半干旱地區(qū)，限制谷子產量提高的主要因子是農田水分虧缺[5]，不同谷子品種不同生育階段對水分虧缺的響應存在較大差異，李萌梅[5-6]、溫琪汾等[7]對我國部分農家品種和育成品種進行了苗期抗旱性鑒定并對抗旱能力進行分級，篩選出一批抗旱種質；張錦鵬[8]和朱學海等[9]對谷子品種萌芽期抗旱性進行鑒定并提出相對發(fā)芽率、相對根長可以作為谷子芽期抗旱的指標；張文英等[10-11]利用抗旱指數法對谷子品種全生育期抗旱性進行了研究，提出相對根干重、相對單穗重、相對株高和氣孔導度可以作為全生育期抗旱鑒定的參考指標。前人對旱作區(qū)谷田的水分利用效率也進行了大量研究，結果表明地膜覆蓋種植能明顯提高谷田的水分利用效率，進而獲得較高產量[12-18]，旱作谷田補充灌水可以改變谷子的形態(tài)特征，影響谷子生長發(fā)育進程和品質與產量提高[19-20]。上述研究對認識谷子品種不同階段對水分虧缺的響應、利用栽培措施改善谷田水分供給提高谷子產量和品質提供了科學依據，但很少涉及不同生育階段谷田補充灌水對谷子生長發(fā)育的影響研究，本文通過研究谷子不同生育階段灌水處理對谷子農藝性狀和產量的影響，旨在探討旱作谷田補充灌溉的適宜時期，為旱作谷田高產栽培提供科學依據。

1　試驗材料及方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗于2014年在甘肅省敦煌市甘肅省農業(yè)科學院敦煌試驗站進行(東經94°43′，北緯40°08′)，該區(qū)屬于典型的暖溫帶干旱型氣候，海拔1 187 m，年均降水量39 mm左右，年均蒸發(fā)量2 486 mm，干燥度19.6，年平均氣溫9.4℃，年均無霜期142 d，年日照時數3 246.7 h。試驗地土壤為灌淤土。

1.2試驗設計與試驗材料

試驗品種為隴谷13號。試驗采用隨機區(qū)組設計，3次重復，小區(qū)面積12 m2。谷子不同生育階段灌水處理設計8個水平，分別是： T0(全生育期不灌水)、 T1-1(拔節(jié)期灌水)、 T1-2(抽穗期灌水)、 T1-3(灌漿期灌水)、 T2-12(拔節(jié)期+抽穗期灌水)、 T2-13(拔節(jié)期+灌漿期灌水)、 T2-23(抽穗期+灌漿期灌水)、 T3(全生育期充足灌水)(表1)，不同處理間設1 m寬防滲帶，灌水方法采用管灌，水表計量。播前整地時施N 211 kg·666.7m-2、P2O513 kg·666.7m-2、K2O 7 kg·666.7m-2作為底肥，谷子全生育期不再追肥。4月12日播種，播種一周前為保證出苗統一灌60 m3·666.7m-2的底墑水，基本苗為3萬株·666.7m-2。

1.3測定項目及方法

觀察記載生育期，成熟后各處理每小區(qū)中間連續(xù)取樣10株，參照《谷子種質資源描述規(guī)范和數據標準》[21]，分別對株高、主穗長、單株穗重、單株粒重、千粒重及單株草重6個性狀進行室內考種，并收獲各小區(qū)測定產量，以3次重復平均作為各處理性狀指標的代表值。

1.4數據處理與分析

采用Excel整理數據，采用DPS[22]進行方差分析及關聯度分析。

表1　試驗設計

2　結果與分析

2.1不同生育階段灌水處理對谷子產量的影響

從表2可見，谷子不同生育階段灌水抽穗+灌漿期灌水處理和全生育期充足灌水處理產量最高，分別為339.91 kg·666.7m-2和331.64 kg·666.7m-2，方差分析表明，兩水平間產量差異不顯著，但與其它處理間產量差異極顯著；拔節(jié)期灌水處理和全生育期不灌水處理產量最低，產量分別為113.36 kg·666.7m-2和105.78 kg·666.7m-2，兩處理間產量差異不顯著。不同階段灌水處理產量大小順序為抽穗期灌水處理>灌漿期灌水處理>拔節(jié)期灌水處理，說明抽穗期、灌漿期和拔節(jié)期水分供給雖然都對谷子產量有影響，但抽穗期水分供給的影響更大。

表2　不同處理產量結果

注：**表示1%水平上差異顯著。

Note: ** indicates a significant difference at the 0.01 level.

2.2不同生育階段灌水處理對谷子主要農藝性狀的影響

從表3看出，灌水處理后株高、穗長、株穗重、株粒重等主要農藝性狀都有較大提高，不同階段灌水處理對谷子不同農藝性狀的影響不同。多重比較分析結果顯示，拔節(jié)期灌水處理下植株明顯增高，株草重明顯增加，表明拔節(jié)期是谷子植株生長的關鍵期，該時期灌水處理有利于促進植株生長，增加單株產草量；拔節(jié)期不灌水處理谷子穗長最短，接近全生育期不灌水處理，而抽穗期灌水處理穗長最長，表明拔節(jié)期和抽穗期對谷子穗分化和發(fā)育有重要影響，拔節(jié)期和抽穗期是谷子營養(yǎng)與生殖生長并進期；抽穗期和灌漿期灌水處理谷子的株穗重、株粒重明顯增加，說明這一階段對谷子籽粒形成影響較大，是谷子粒重增加的關鍵時期。不同階段灌水處理對谷子千粒重的影響較小，說明千粒重是一個相對穩(wěn)定的性狀。

2.3不同生育階段灌水處理對谷子生育期的影響

從表4可以看出，灌漿期灌水處理谷子平均生育期最長達134.4 d，抽穗期不灌水處理谷子生育期最短只有122.3 d，其他處理生育期在129.4～126.7 d之間。谷子灌漿期灌水生育期最長可能因為灌水造成谷子發(fā)育延緩使成熟時間加長，而抽穗期不灌水生育期最短則可能因為不灌水促使谷子早衰使成熟時間縮短。把谷子整個生育期劃分成出苗-抽穗、抽穗-成熟兩個階段，全生育期不灌水處理出苗-抽穗時間最長(95.3 d)，而抽穗-成熟時間最短(34.1 d)，這可能是由于不灌水使谷子“卡脖旱”抽穗推遲，出苗-抽穗的時間拉長，而后期谷子早衰抽穗-成熟時間縮短。

表3　不同處理對谷子農藝性狀的影響

注：** 表示1%水平上差異顯著，*表示5%水平上差異顯著。

Note: ** indicates a significant difference at the 0.01 level and * indicates a significant difference at the 0.05 level.

2.4主要農藝性狀與產量的關聯度分析

以產量為母序列，株高、穗長、株穗重、株粒重、株草重、千粒重、生育期為子序列，對數據進行標準化，當分辨系數0.1，分析參數△min=0時計算不同處理下各性狀與產量的關聯系數和關聯度。從表5可以看出，全生育期不灌水處理與產量密切相關的性狀是單株粒重和單株穗重，拔節(jié)期灌水處理與產量密切相關的性狀是主穗長、千粒重和株高，抽穗期灌水處理與產量密切相關的性狀是單株穗重和單株粒重，灌漿期灌水處理與產量密切相關的性狀是單株粒重、主穗長和單株穗重；不同性狀對產量貢獻關聯度大小排序依次為單株粒重>單株穗重>主穗長>株高>千粒重>株草重>生育期，說明單株粒重、單株穗重和主穗長與產量密切相關，是灌水處理影響谷子產量的主要性狀，而對單株粒重和單株穗重影響最大的灌水時期是抽穗期和灌漿期，這也說明谷子抽穗期和灌漿期是谷子產量形成關鍵時期。

表4　不同處理對谷子生育期的影響

3　結論與討論

3.1不同生育階段灌水處理對谷子主要農藝性狀的影響

作物不同生育階段對缺水的反應很大[23]，水分虧缺對與作物產量密切相關的生理過程影響的先后順序為：生長—蒸騰—光合—運輸[24]。水分虧缺條件下水稻株高和分蘗數都受到了不同程度的抑制，穗長縮短，空秕粒增加，結實率下降，千粒重低，產量下降[24]。玉米生育前期干旱脅迫使生育進程明顯延緩，嚴重干旱脅迫可使抽雄、吐絲期較水分充足滯后4 d左右，并引起成熟期推遲[25]。干旱脅迫下不同色彩棉花的單株成鈴數、單鈴重、株高、花鈴期葉片數、有效果枝數、收獲指數、果節(jié)數、籽指、莖粗和果莖節(jié)間長度減少，衣分增加[26]。

表5　各農藝性狀對產量的關聯系數及關聯度

谷子拔節(jié)期以營養(yǎng)生長為主，灌漿期則是以籽粒干物質積累為主的生殖生長，抽穗期是營養(yǎng)與生殖生長并存的階段，三個不同階段灌水處理對谷子生長發(fā)育有顯著影響。株高、株草重等性狀建成的關鍵期在拔節(jié)期，拔節(jié)期灌水明顯增加了谷子的株高、株草重，拔節(jié)期干旱脅迫則明顯減小株高、株草重，這與張文英等的研究結果基本一致[27]。穗的形成與分化在營養(yǎng)生長與生殖生長并進階段，即谷子抽穗前后，拔節(jié)期和抽穗期灌水處理都對其有顯著影響，這兩個時期灌水處理影響穗長。灌漿期籽粒形成是生殖生長的主要特征，與籽粒形成相關的性狀有單株粒重、單株穗重，灌漿期水分處理對其影響顯著高于對其它性狀的影響。千粒重是與品種密切相關的性狀，代表了品種獨有特性，與水分處理的關系不密切。

3.2谷子產量形成的水分敏感期

作物的生長最終要反映到產量上，這既是物種繁衍生息的自身要求，也是作物生長的外在表現與人們對經濟產量的追求。不同作物對水分需求的關鍵時期存在差異，即水分敏感期不同。水稻對水分最為敏感的時期是抽穗開花期[28]，孕穗期也應保持土壤濕潤狀態(tài)[29]，否則造成一定程度減產；冬小麥的需水關鍵期為拔節(jié)期[30-31]；制種玉米的水分敏感時期為母本吐絲期>大喇叭口期>灌漿中期[32]。谷子產量密切相關的性狀是株粒重、株穗重，而對株粒重效應最大的水分處理時期是灌漿期和抽穗期，對株穗重效應最大的水分處理時期是抽穗期和灌漿期，因此谷子抽穗期和灌漿期是水分需求的關鍵時期，該時期水分虧缺影響谷子的籽粒的建成和干物質運轉，是谷子產量形成的水分敏感期。

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Effects of irrigation on growth and development of foxtail millet at different growth stages

DONG Kong-jun, HE Ji-hong, REN Rui-yu, LIU Tian-peng, FENG Ke-yun,NAN Hong-yu, ZHANG Lei, YANG Tian-yu

(Crop Research Institute, Gansu Province Academy of Agricultural Sciences, Lanzhou, Gansu 730070, China)

In Dunhuang city where annual rainfall is about 39mm, effects of irrigation at different growth stages on main morphological characteristics and yield of foxtail millet were studied. Additionally, gray correlative degree analyses were employed to study the correlations between main morphological characteristics and yield. The result showed that treatment with irrigation three times at jointing, heading and filling stages shortened the growth period by 5.4 days, increased plant height, length of panicle, panicle weight per plant, seed weight per plant, straw weight per plant, and yield per 667m2by 51.1 cm, 1.2 cm, 14.2, 12.3, 3.1 g, 225.85 kg than no irrigation, respectively. Yield by no irrigation treatment during the growth period was only 105.78 kg·666.7m-2. However, treatments with irrigation three times at jointing, heading and filling stages, irrigation two times at heading and filling stages and only irrigation once at heading stage caused high yields of 339.91, 331.6 kg·666.7m-2and 288.31 kg·666.7m-2, respectively. The results demonstrated that irrigation at the heading stage of foxtail millet is most effective. There were close correlations between seed weight per plant, panicle weight per plant, length of panicle and yield by gray correlative degree analysis.

foxtail millet; irrigation treatment; agronomic traits; yield; growth stages

1000-7601(2016)05-0035-05

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.05

2015-07-20

國家科技支撐計劃項目(2014BAD07B01，2013BAD01B05-9)

董孔軍(1979—)，男，甘肅甘谷人，副研究員，主要從事谷子、糜子新品種選育及栽培技術的研究。 E-mail:broommillet@163.com。

楊天育(1968—)，研究員，碩導，主要從事小雜糧品種選育研究。 E-mail:13519638111@163.com。

S311

A