不同灌水處理對盆栽飼用谷子生長、耗水及產量的影響

王子豪，崔希東，郄志紅，吳鑫淼，李 曦，任曉磊

(1.河北農業大學城鄉建設學院，河北 保定 071001；2.河北省衡水水文水資源勘測局，河北 衡水 053000)

谷子(Setaria italica)屬禾本科(Gramineae)的一種植物，是起源于我國的傳統特色作物，河北武安磁山出土文物考證谷子距今已有8 700 多年的栽培歷史[1]。谷子在我國農業生產史上曾發揮過舉足輕重的作用，數千年來一直作為主栽作物培育了我國北方文明，被譽為中華民族的哺育作物。谷子具有節水抗旱、耐貧瘠、耐儲藏、水分利用效率高、適應性廣、糧飼兼用等突出特點[2-4]，被認為是應對未來水資源短缺的戰略貯備作物，建設可持續農業的生態作物以及人們膳食結構調整、平衡營養的特色作物[5,6]。

隨著全球氣候的變化，干旱成為農業生產中經常遇到的問題，是影響農業可持續發展的重要因素[7,8]。目前，干旱脅迫處理對作物生長、生理進程及產量影響已有較多研究，但研究多集中于小麥、玉米和水稻等作物[9-11]。關于谷子的研究主要集中在某一生育時期水分脅迫對谷子生理特性的影響等方面[12-14]。李會芬，裴帥帥等研究了萌發期干旱脅迫對谷子的影響，結果表明隨著干旱處理的增大，發芽率、平均發芽速度、活力指數、鮮重、根長、苗高呈現不同程度的降低[15,16]。張文英等的研究表明苗期水分脅迫對谷子的株高、穗長、穗重和千粒重等農藝性狀均產生不同程度的影響。張文英，王永麗等研究了谷子孕穗期一些生理性狀與品種抗旱性的關系，得到了相似的結論[17,18]。但有關對不同灌水處理對飼用谷子的生長、產量的研究鮮有報道。因此，探討不同灌水處理對谷子生長、耗水及產量的影響，對華北低平原區谷子代替部分高耗水作物進行種植，調整農業結構，篩選出適宜華北低平原區的飼用谷子品種具有重要意義。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗布置在河北省保定市河北農業大學實驗場，地理位置坐標為38°85′N，115°48′E，海拔高度14.3 m。試驗區屬溫帶大陸性季風氣候。根據1981-2010年20年的氣象資料統計，試驗場地多年平均降水量550 mm，多年平均氣溫12 ℃，極端最高氣溫43.3 ℃，極端最低氣溫零下23.7 ℃，多年平均日照時數2 673 h，多年平均無霜期185 d，多年平均蒸發量1 750 mm。供試土壤取自試驗田內0～20 cm土層，為粉砂土，土壤理化性質見表1。

表1 田間持水率和初始養分含量Tab.1 Field water holding rate and initial nutrient content

1.2 試驗設計與布置

試驗通過灌溉控制盆內土壤含水率的上、下限范圍，將分為4個處理，即田間持水量的75%～90%(T1)、60%～75%(T2)、45%～60%(T3)、30%～45%(T4)[19]，每個處理3次重復；試驗所用飼用谷子品種分別為印度0906、飼草4號、c264、k3201。灌水根據土壤水分上下限控制，當稱重重量達到目標下限時灌水至目標上限。灌水定額由下式計算。

I=1 000 (ρ0-ρ)Ah

(1)

式中：I為灌水定額，L；ρ0為以體積含水率表示的土壤含水率上限，%；ρ為以體積含水率表示的土壤含水率下限，%；A為土體的上表面積，m2；h為土層深度，m。

盆栽試驗采用內徑0.28 m，高度0.35 m的塑料花盆。試驗用土取自試驗田，經自然風干過篩后均勻裝填，裝填深度25 cm。飼用谷子于2017年7月4日播種，每盆均勻播撒谷種，7月12日進行間苗，每盆留長勢均勻的飼用谷子幼苗7株，并開始進行控水處理。在拔節～抽穗期，每盆中施加5 g復合肥。采用量筒灌水并記錄每次的灌水量。在花盆下放置盛水器收集滲漏水，將滲漏水倒入量筒中測量并記錄。將盆栽全部置于遮雨棚中進行遮雨。

1.3 測定內容與方法

1.3.1 土壤含水率

采用稱重法測量土壤含水率，每2～3 d測定一次，并進行水分控制。

1.3.2 耗水量

采用水量平衡法計算不同灌水處理的飼用谷子的實際耗水量，具體公式為：

ETc=P+I+ΔW-R-D

(2)

式中：ETc為作物耗水量，L/盆；I為灌水定額，L/盆；ΔW為土壤水分變化量，L/盆；R為地表徑流，L/盆；D為花盆滲漏量，L/盆。

由于本試驗采用盆栽控雨試驗，因此降水量和地表徑流可以忽略，R=0,P=0。方程式可以簡化如下：

ETc=I+ΔW-D

(3)

1.3.3 作物生長指標

作物生長指標包括株高、葉面積、植株鮮重和干物質等。每盆中選取1株長勢平均的谷子，使用卷尺測量每株谷子的株高，每隔14 d測定一次，用直尺對葉片逐片進行測量，葉長為葉片基部到葉尖的長度，葉寬為葉片最寬處的距離，累計算出每株谷子的葉面積。谷子單葉面積(cm2)=葉長(cm)×葉寬(cm)×0.76。收獲時，在距離地面2 cm處截取谷子的地上部鮮物質，用電子天平稱重測定每株谷子的地上部鮮物質重，在105 ℃條件下殺青1 h，85 ℃下烘干至恒重，用電子天平稱重測定每株谷子的地上部干物質重。將谷穗取下,使用卷尺測量穗長，使用游標卡尺測量穗徑，使用電子天平測量單穗重。

1.3.4 產 量

待谷子成熟后，每盆中取3株，將谷穗取下進行晾曬，然后剝粒，稱取每株谷子單穗粒重，取3個重復的平均值作為每個處理的單株產量，并從每穗中隨機數出500粒谷子，分別稱重并求平均值，得到各處理的千粒重。

1.4 試驗數據分析方法

數據統計分析采用數據分析軟件SPSS Statistics 18.0V進行，用Microsoft Excel 2010進行數據處理及作圖。

2 結果與分析

2.1 不同灌水處理對盆栽飼用谷子株高的影響

表2是4個試驗品種飼用谷子在不同水分處理間株高的均值及其差異性。由表2可知，各處理飼用谷子株高變化趨勢一致，在拔節期增長最為迅速，抽穗期增長較為緩慢，至灌漿期和成熟期株高基本不變。

以印度0906為例，分蘗期各灌水梯度間株高無明顯差異。全生育時期，T1處理谷子株高最高，拔節期、抽穗期、灌漿期株高均值為134.33、148.00、149.67 cm，相比同時期的T2和T3處理高15.47%、32.93%、18.16%和49.25%、47.51%、19.73%。T1與T3處理間差異達到極顯著水平。說明不同灌水處理在苗期及分蘗期對株高影響較小，在拔節期、抽穗期、灌漿期對株高影響較大，在拔節期尤其顯著。各個品種飼用谷子在拔節期至成熟期T1、T2、T3與T4間均有極顯著差異，且T4在成熟期株高只有35～49 cm。說明30%～45%的田間持水量嚴重抑制了飼用谷子的正常生長。

表2 不同處理對盆栽飼用谷子株高的影響 cm

2.2 不同灌水處理對盆栽飼用谷子葉面積的影響

葉片是植物進行光合作用，制造養料，進行氣體交換和水分蒸騰的重要器官。適當增加作物葉面積，對改善作物生長發育狀況，提高作物產量具有重要作用[20]。表3給出了不同品種飼用谷子在不同水分處理下的葉面積變化過程。由表3可知，各處理葉面積變化趨勢一致，飼用谷子的葉面積在分蘗期增長迅速，至拔節期增長緩慢，到抽穗期前后葉面積達到最大值，之后基本保持不變，進入成熟期后隨著下部葉片的衰老變黃，葉面積逐漸變小[21]。從全生育期來看，灌水處理對拔節期、抽穗期、灌漿期及成熟期的飼用谷子的葉面積的影響顯著。以印度0906為例，T1處理的全生育期葉面積最大，與T2處理沒有顯著差異，而T1與T3處理差異顯著。說明60%和75%田間持水量的灌水下限滿足谷子葉片的正常生長，45%田間持水量的灌水下限一定程度上抑制了谷子葉片的生長。T4處理的葉面積最小，且與T1、T2、T3處理有顯著差異。說明30%田間持水量的灌水下限嚴重影響了飼用谷子葉子的生長。不同品種之間差異顯著，其中k3201葉面積最大，達到1 097.95 cm2，飼草4號葉面積最小，僅有671.49 cm2，相差達38.8%。

表3 不同灌水處理對盆栽谷子葉面積的影響 cm2

2.3 不同灌水處理對盆栽飼用谷子耗水量的影響

表4為根據水量平衡公式(3)計算的不同灌水處理的盆栽飼用谷子耗水量。由表4可知，各個品種不同灌水處理之間差異顯著，其中飼草4號全生育期耗水量最大，達到4.127～22.316 L/盆，其中T1處理耗水量最大，與T3、T4處理有顯著差異。與T1相比，T2、T3、T4處理全生育期耗水量分別減少了6.65%、39.22%、85.51%。k3201全生育期耗水量最小，達到3.104～18.672 L/盆，其中T1處理耗水量最大，與T3、T4處理有顯著差異。與T1相比，T2、T3、T4處理全生育期耗水量分別減少了21.33%、50.10%、83.37%。4個品種間耗水量相差最大達到31.3%。

表4 不同灌水處理對盆栽谷子耗水量的影響 L/盆

2.4 不同灌水處理對盆栽飼用谷子產量和水分利用效率的影響

不同灌水處理對盆栽飼用谷子的鮮重、干重、單穗重、單穗粒重、千粒重和水分利用效率的影響見表5。由表5可知，以印度0906為例，其T1處理飼用谷子的鮮重和干重最大，達到39.67 g和15.78 g，比T2、T3處理高3.93%和5.52%。T4處理鮮重干重明顯低于其他3個處理，僅達到5.67 g和1.37 g。說明T1、T2、T3灌水處理皆有利于飼用谷子干物質的積累，而T4處理不能滿足作物的需水要求，對谷子的生長產生極大的抑制作用。k3201中T1處理的鮮重與干重為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%，顯著高于其他處理。說明不同灌水處理對飼用谷子的鮮重和干重有顯著影響。

表5 不同灌水處理對盆栽飼用谷子產量及水分利用效率的影響Tab.5 Effects of different irrigation limits on yield and water use efficiency of potted forage millet

由表5可知，各個品種間不同灌水處理的千粒重變化趨勢相同，以印度0906為例，T1處理表現最好，與T1相比，T2、T3、T4的千粒重分別減少了13.9%、7.5%、78.5%。方差分析結果顯示，T1、T2、T3間差異不顯著，且與T4間差異顯著。各個品種間不同灌水處理的單穗粒重變化趨勢相同，以印度0906為例，T1處理表現最好，與T1相比，T2、T3、T4的單穗粒重分別減少了26.6%、38.5%、94.2%。方差分析結果顯示T1、T2、T3間差異不顯著，且與T4差異顯著。由表5可知，印度0906和k3201各處理水分利用效率從大到小排列為T1>T3>T2>T4；飼草4號和c264各處理的水分利用效率從大到小排列為T3>T1>T2>T4。

由表5可知，不同品種飼用谷子間的產量和水分利用效率存在一定差異。其中，k3201的鮮重、干重和單穗粒重都高于其他3個品種，各水分處理的水分利用效率也優于其他品種。

3 結 語

本試驗結果表明：

(1)不同灌水處理間盆栽飼用谷子的株高、鮮重干重以及葉面積之間存在一定差異。其中T4處理與其他處理之間差異顯著，說明T4處理對谷子生長產生了較為嚴重的水分脅迫，抑制了飼用谷子的生長。

(2)各個品種不同灌水處理之間差異顯著，且耗水量隨灌水下限的降低而降低。其中飼草4號全生育期耗水量最大，達到4.127～22.316 L/盆，k3201全生育期耗水量最小，達到3.104～18.672 L/盆，其中T1處理耗水量最大，與T3、T4處理有顯著差異。

(3)不同灌水處理對盆栽飼用谷子的千粒重和單穗粒重影響顯著。4個品種均以T1的千粒重和單穗粒重最大，且與T2、T3處理有一定差異，與T4處理間差異十分顯著。印度0906和k3201的T1處理水利用效率最大，飼草4號和c264的T3處理水分利用效率最大。

(4)綜合而言，不同品種飼用谷子的生長、耗水和產量之間存在一定差異。其中，k3201的鮮重、干重、單穗粒重都優于其他3個品種，相同水分處理k3201的耗水量較小且水分利用效率較高，抗旱性也較其他3個品種更好，更適用于試驗區區種植。