寧南山區旱地谷子適栽品種篩選

劉 鵬 ，楊 剛 ，趙世偉 ，2，程炳文

（1.西北農林科技大學資源環境學院，陜西楊凌712100；2.中國科學院水利部水土保持研究所，陜西楊凌712100；3.寧夏農林科學院固原分院，寧夏固原756000）

谷子（Setaria italica（L.）Beauv.）是起源于我國的古老農作物，至今已有7 300多年的栽培歷史，具有抗旱耐瘠、適應性強、生育期短、營養豐富、糧飼兼用等突出特征，是我國北方干旱半干旱地區重要的農作物[1-3]。近年來，隨著氣候干旱加劇以及人們對谷子再認識的逐步提高，我國谷子產業發展勢頭良好，寧南地區谷子種植面積也呈增加趨勢[4-6]。然而，在谷子實際生產過程中，存在著種植品種繁雜、優質品種少、品種優勢不明顯等問題，嚴重制約寧南山區谷子產業化發展[7]。農作物品種的更新換代是保障農業發展的物質基礎，其中，育種和引種是保障這一物質基礎的主要途徑。不同品種在同一生態區的適應性不同，各品種在農藝性狀、生理特性及水分利用效率上差異明顯，如何進行有效的評價和利用，首先要篩選出重要性狀并進行重點研究。前人對于谷子主要農藝性狀及產量構成要素進行了大量的研究，方法主要包括方差分析、聚類分析、主成分分析、灰色關聯分析[8-12]。但對谷子耗水特征和水分利用效率的研究較少。

本試驗綜合前人研究方法，對谷子農藝性狀、產量構成要素及水分利用效率進行相關分析，以期篩選出適宜寧南山區旱作栽培條件下的高產品種，并為寧南山區谷子優良品種的引入和選育提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗區位于寧夏南部山區的固原市原州區河川鄉上黃村（106°45′E，36°02′N），海拔高度 1 590 m，屬于黃土高原寬谷梁狀丘陵區。年平均氣溫6.2℃，年平均日照時數2 518 h，年總輻射量5 342.4 MJ/m2，干燥度指數1.55，年平均降雨量300～500 mm，無霜期130～150 d。土壤以黃土母質上發育的淡黑壚土和黃綿土為主，其中，全氮含量為0.62 g/kg，堿解氮含量為55 mg/kg，速效磷含量為8.8 mg/kg，速效鉀含量為143 mg/kg，有機質含量為9.6 g/kg。

1.2 試驗材料

參試的8個谷子品種選自5個育種單位提供的適合我國北方春播谷子區種植的谷子品種（表1）。

表1 谷子品種及來源

1.3 試驗方法

試驗選取8個谷子品種進行品種篩選田間試驗，其中以隴谷11號作為對照，采用隨機區組設計，共設8個處理，3次重復，試驗小區面積20 m2（5 m×4 m），共24個小區。谷子常規播種，行距25 cm，株距8 cm，種植密度為45萬株/hm2。常規施肥（N 150 kg/hm2，P2O5120 kg/hm2，K2O 30 kg/hm2）；整個生育期依靠自然降水，全生育期降水量為320 mm，可以滿足谷子正常生長。試驗從2017年5月開始，10月結束。

1.4 測定項目及方法

播前測定耕層土壤養分、土壤容重、土壤含水率（0～100 cm）；收獲后按小區測定土壤含水率（0～100 cm）、土壤容重。并記錄作物全生育期內的降水量。

試驗成熟收獲前取考種樣10株進行室內考種，分別調查植株的株高、穗長、穗柄長、單穗粒質量、單穗質量、千粒質量、地上生物量。試驗成熟后按小區全部收獲脫粒，稱其實際產量（kg），并折合成公頃產量（kg/hm2）。谷子性狀調查均參照谷子農藝性狀形態特征鑒定標準進行[13]。

式中，D為土壤容重（g/cm3）；H為土層厚度（cm）；w為土壤含水量（%）；Wb為作物播種前土壤蓄水量（mm）；Wa為作物收獲時土壤蓄水量（mm）；P為作物整個生育期降雨量（mm）；Ya為單位面積的經濟產量（kg/hm2）；ETa為作物整個生育期的耗水量（mm）。

1.5 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 20.0軟件進行數據處理；采用Origin 2016軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同谷子品種的產量比較

從圖1可以看出，不同谷子品種的產量變幅為2 767～4 320 kg/hm2，且處理之間存在差異。8個谷子品種的產量從高到低排序為：大同39號＞汾選3號＞晉谷40號＞晉谷37號＞隴谷2129＞隴谷13號＞黃金谷＞隴谷11號（CK）。大同39號的產量最高，達到4 320 kg/hm2；隴谷11號（CK）產量最低，只有2 767 kg/hm2。對不同谷子品種與隴谷11號（CK）比較可以得出，各品種較對照產量都有所提高，其中，大同39號、汾選3號、晉谷40號較隴谷11號分別提高了56%，50%，40%，增產效果明顯。對產量進行方差分析得出，大同39號、汾選3號、晉谷40號產量與隴谷11號間差異顯著（P＜0.05），隴谷13號、黃金谷與隴谷11號（CK）間產量差異不顯著（P＞0.05）。

2.2 不同谷子品種水分利用效率比較

從表2可以看出，根據對生育期前后土壤含水量的測定以及降水量的監測，得出不同谷子品種全生育期耗水量在286～320 mm，其中，晉谷40號、汾選3號耗水量較高，全生育期耗水量分別達到320，315 mm；不同谷子品種水分利用效率在8.81～13.94kg/（mm·hm2），大同39號、汾選3號、晉谷37號水分利用效率較高，分別比隴谷11號（CK）高5.13，4.41，4.31 kg/（mm·hm2），而隴谷13號和黃金谷的水分利用效率相對較低，分別為10.13，10.16 kg/（mm·hm2）。方差分析結果表明，大同39號、晉谷37號、汾選3號與隴谷11號（CK）間差異達到顯著水平（P＜0.05）。

表2 不同谷子品種水分利用效率比較

2.3 不同谷子品種農藝性狀及產量構成要素比較

從表3以看出，不同品種谷子的株高變幅為105.8～151.7 cm；地上生物量變幅為19.07～43.67 g，其中，黃金谷、隴谷11號、隴谷2129的地上生物量較低，分別為 19.07，25.77，27.17 g，而晉谷 40 號、汾選3號、隴谷13號的地上生物量分別達到了43.67，35.67，33.20 g；不同谷子品種生育期變幅為140～150 d，其中，隴谷11號、隴谷13號、大同39號、黃金谷的生育期較短，都為140 d，而汾選3號、晉谷40號、隴谷2129號的生育期較長，都為150 d。晉谷40號、汾選3號、隴谷13號的地上生物量明顯高于其他品種，這說明它們具有良好的飼草價值。不同谷子品種的倒伏程度除黃金谷和晉谷37號較為嚴重外，其他品種倒伏程度較輕，甚至沒有倒伏情況。此外，不同谷子品種穗型為紡錘型和棍棒型，粒色表現出黃色和白色。

表3 不同品種谷子農藝性狀比較

表4 不同品種谷子產量構成要素比較

由表4可知，不同谷子品種穗長變幅為12.8～25.5 cm，黃金谷穗長最短，隴谷2129的穗長最長。不同品種谷子單穗質量差異明顯，其中，晉谷40號、汾選3號、大同39號的單穗質量優于其他谷子品種，分別達到了 18.00，15.60，14.93 g，黃金谷、隴谷 2129單穗質量低于對照，分別為9.17，11.40 g。不同谷子品種單穗粒質量變幅為7.03～15.03 g，晉谷40號最高，黃金谷最低；各品種谷子千粒質量在3.13～3.93 g，隴谷11號和晉谷37號的千粒質量較高，而黃金谷和隴谷2129的千粒質量較低。

2.4 不同谷子品種主要性狀的相關性分析

由表5可知，產量與單穗質量、單穗粒質量、生育期、地上生物量、千粒質量、穗長存在正相關，其中，單穗質量、單穗粒質量、地上生物量、生育期達到顯著正相關水平；產量與株高、穗柄長存在負相關，但不顯著。這說明隨著單穗質量、單穗粒質量、地上生物量及生育期的增加，產量有增加趨勢，而隨著株高及穗柄長的增加，產量有減小的趨勢。

表5 不同品種谷子主要性狀相關系數

2.5 不同谷子品種數量性狀主成分分析

表6 不同谷子品種數量性狀主成分分析

由表6可知，4個主成分的累計貢獻率為90.89%，而理論上累計貢獻率超過85%即可認為其具有可靠的數據代表性，這說明前4個主成分可以代表所有指標的信息含量。第1主成分對谷子總遺傳信息的貢獻率最大，為39.73%，其中，單穗質量和單穗粒質量的特征向量較大，特征向量值分別為0.263，0.262，即第1主成分主要由單穗質量和穗粒質量組成，可稱為產量構成要素因子。第2主成分為長勢因子，貢獻率為27.34%，其中，株高、穗長、穗柄長具有較高正向特征向量值；第3主成分為生育期因子，貢獻率為14.36%，生育期的特征向量明顯大于其他性狀，特征向量值達到0.552；第4主成分的貢獻率為9.45%，決定第4主成分大小的主要是水分利用效率因子。

3 討論

旱作農田作物生長經常遭受嚴酷的干旱脅迫，產量低而不穩現象異常突出，提高作物對有限降水的利用效率，對該地區糧食增產有重要意義。水分利用效率（WUE）指植物消耗單位水量所產出的同化量，反映植物生產過程中的能量轉化效率，也是評價水分虧缺下植物生長適宜度的綜合指標之一[14]。邵立威等[15]對華北夏玉米產量及水分利用效率的研究表明，選擇高產品種是提高水分利用效率的一個重要途徑，產量高的品種其水分利用效率也較高，二者存在正相關關系。孫宏勇等[16]研究表明，不同品種玉米的WUE存在顯著差異，WUE的差異主要與品種生長特性及遺傳特性相關，產量高的品種WUE高。李超等[17]研究表明，在適宜的土壤水分條件下，作物耗水量與產量呈線性關系，即隨耗水量增加，作物產量逐漸提高，但當作物產量提高到一定程度后，隨耗水量的進一步增加，產量開始逐漸降低。本研究中，耗水量較大的谷子品種晉谷40號和汾選3號的產量和水分利用效率也較高，這與邵立威等[15]的研究結果相似。

張麗英等[18]的研究結果表明，小麥單株粒質量與穗粒數、千粒質量、收獲指數和單株生物學產量均呈極顯著正相關，與生殖生長期占全生育期比例呈顯著正相關，與生育期和單株穗數均呈極顯著負相關。楊清華等[19]在對糜子的研究中得出，糜子產量與生育期、千粒質量、主穗長、穗粒質量之間具有顯著相關性，與株高、節數之間相關性不顯著。王歡歡等[20]研究表明，谷子單株籽粒產量與穗質量、株高、莖粗呈正相關，但只與穗質量達到顯著；與穗長呈負相關，但相關性不顯著。本研究結果表明，谷子產量與單穗質量、單穗粒質量、單株生物量、生育期存在顯著正相關，這與張麗英等[18]研究結果相近；但谷子產量與株高、穗柄長存在負相關，這與王歡歡等[20]研究結果不一致，可能是由于試驗條件和供試材料不同導致的；根據本試驗結果可以推測出，過高的株高可能會導致植株倒伏以及營養生長大于生殖生長而造成減產。

主成分分析可以更好的將多個性狀歸納為幾個代表性因子，以反映參試品種的綜合表現。呂建珍等[10]比較18份春播谷子品種（系）的農藝性狀，將表現性狀歸納為4個主成分因子，累計貢獻率為92.10%；劉斌等[21]將赤谷系列谷子品種的9個主要農藝性狀歸納為4個主成分因子，累計貢獻率為88.05%；張霞等[22]將榆林市常規栽培的10個谷子品種的表型性狀歸納為3個主成分因子，累計貢獻率為78.08%。而本研究中，參試品種農藝性狀可歸納為產量構成要素因子、長勢因子、生育期因子、水分利用效率因子，這4個主成分因子的累計貢獻率達到90.89%。

4 結論

本研究結果表明，在谷子引種和選育中首要考慮的因素為單穗質量和穗粒質量，其次為株高、穗長、水分利用效率、生育期。應選擇單穗質量和穗粒質量較大、株高和穗長適中、水分利用效率較高、生育期長的品種，并注意各性狀之間關聯性，強調主要因素的同時也要兼顧次要因素；供試不同谷子品種在寧南干旱山區均能成熟，但不同谷子品種在生物學特性、農藝性狀、產量、水分利用效率上均表現出較大差異性，綜合比較各品種谷子的各項指標得出，大同39號、汾選3號、晉谷40號不僅產量高，而且抗倒伏性強、穗型好、生育期適宜、水分利用效率高，適宜在寧南干旱山區栽培。