谷子精量播種機播種參數(shù)對晉谷21號生長特性與產(chǎn)量的影響

暢灼卓，王雅情，馮 雷,2，張麗光,3，郭平毅，原向陽※

（1. 山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，太谷 030801；2. 山西呂梁方山縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，呂梁 033199；3. 山西農(nóng)業(yè)科學院作物科學研究所，太原 030031）

0 引 言

谷子是中國重要的雜糧作物，由其籽粒脫殼而成的小米色澤金黃、營養(yǎng)豐富。晉谷21號米質優(yōu)良，歷史悠久，是山西小米的典型代表，在干旱半干旱地區(qū)廣泛種植[1-2]。谷子傳統(tǒng)播種大多采用窄行距人工條播，播籽量多，間苗量大；生產(chǎn)中也有一些精量播種機，但無法很好適應山地丘陵小田塊作業(yè)要求，存在播種質量不高的缺點，若減少播量，則易缺苗斷苗；若增大播量，則需要投入大量人工進行間苗，生產(chǎn)成本高。近年來，由山西農(nóng)業(yè)大學和韓國張自動化社合作研發(fā)出的自走式谷子精量播種機，可精確控制播量和播距，適于山地丘陵小面積地塊作業(yè)。因此，研究寬行距下精量播種機播種作業(yè)參數(shù)對晉谷21號出苗質量、光合特性及產(chǎn)量的影響具有重要作用。研究發(fā)現(xiàn)，7 500和11 250 g/hm2的播量可保證谷子群體優(yōu)勢[3]。隨著播量的增大，出苗密度逐漸增大，經(jīng)覆土鎮(zhèn)壓后種子與土壤接觸充分，同時鎮(zhèn)壓有利于保持墑情，提高地溫，利于種子出苗和生長[4-6]。適宜的種植密度可提高谷子產(chǎn)量[7-8]，但留苗密度超過一定限值，則株高增加，莖粗降低[9]，影響葉片對光能的利用，葉片的最小熒光產(chǎn)量（F0）、PSⅡ實際光化學效率（ΦPSII）和光化學淬滅系數(shù)（Photochemical Quenching Coefficient,qP）降低，而非光化學淬滅系數(shù)（Non-Photochemical Quenching Coefficient, NPQ）增加[10-12]，進而導致凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、蒸騰速率（Tr）下降[13-15]。光合性能的降低使穗質量、穗粒質量、千粒質量降低[16-19]，單株產(chǎn)量下降，通過合理密植增加的穗數(shù)不能彌補單株產(chǎn)量的下降，進而導致群體產(chǎn)量降低[15,20-22]；但種植密度過小，群體穗數(shù)較少，產(chǎn)量也會下降[23]。因此合理的種植密度有利于建立理想的群體株型結構，提高光合效率和光能利用率，使個體與群體發(fā)育協(xié)調，產(chǎn)量提高[24]。關于種植密度或株行配置對谷子生長發(fā)育及產(chǎn)量影響的研究大多以人工方式控制播量[10,16]，精量播種機的研究也大多集中在如何精準控制播籽量的問題上[25-26]，關于精量播種機播種作業(yè)參數(shù)對谷子出苗數(shù)、出苗均勻度、光合熒光特性及產(chǎn)量的影響暫無報道。本研究旨在探討精量播種機不同的播量和播距對優(yōu)質谷子品種晉谷21號出苗質量、光合特性及產(chǎn)量的影響，以期為丘陵山地谷子機械化精量播種提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗品種：晉谷21號（山西省農(nóng)業(yè)科學院經(jīng)濟作物研究所提供）。

播種機：自走式多功能小粒種子播種機 JAS-502 B（山西農(nóng)業(yè)大學和韓國張自動化社聯(lián)合研發(fā)）。該播種機播種行距33.3 cm，播深3 cm，自帶動力，適合山地丘陵作業(yè)，可在壟上播種，操作簡便、轉彎靈巧，開溝、播種、覆土、鎮(zhèn)壓一次完成，PSU炭黑防靜電材料制作的播種輪對種子磨損小、準確落種率高，兩側配置移動用膠輪，便于播種機不作業(yè)時入庫移動，自由組裝，可更換播種輪以達到精確控制下籽量、株行距的目標，基本實現(xiàn)谷子的精播免（少）間苗。

該播種機配套多類型播種輪，其中 F播種輪凹槽的外徑為5 mm，深度為2.5 mm，圓形，播種量為每穴3～4粒；X播種輪凹槽的外徑為4 mm，深度為2 mm，圓形，播種量為每穴2～3粒；YJ播種輪凹槽的外徑為5 mm，深度為1.8 mm，V形，播種量為每穴1～2粒。

1.2 試驗地概況

1.2.1 太谷試驗地

2013年5－9月在山西省晉中市太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學進行試驗，褐土，肥力中等，播前施底肥純氮207 kg/hm2、純P2O596 kg/hm2、K2O 139.5 kg/hm2。地理坐標為北緯37°12′～37°3′，東經(jīng) 112°28′～113°01′。5－9 月降雨量為451 mm，平均溫度為22.06 ℃。

1.2.2 澤州試驗地

2014年5－9月在山西省晉城市澤州縣高都鎮(zhèn)善獲村試驗，紅褐土，肥力中等，播前施底肥純氮69 kg/hm2，有機肥1 200 kg/hm2，純P2O596 kg/hm2。地理坐標為北緯 35°12′～35°42′，東經(jīng) 112°31′～113°14′。5－9 月降雨量為455.6 mm，平均溫度為21.4 ℃。

1.3 試驗設計

出苗試驗采用裂裂區(qū)設計，主區(qū)設置鎮(zhèn)壓和不鎮(zhèn)壓2個處理，裂區(qū)播距設置為7、10和13 cm，裂裂區(qū)通過F、X和YJ共3個播種輪分別設置（3～4、2～3和1～2粒/穴）3個播量。共18個處理，每個處理3次重復，共計54個小區(qū)；生長特性及產(chǎn)量試驗采用隨機完全區(qū)組設計，不進行鎮(zhèn)壓處理（見表1）。太谷試驗田每個小區(qū)面積30 m2（10 m× 3 m），澤州試驗田選用播量3～4粒，播距10 cm（F-10）；播量3～4粒，播距13 cm（F-13）；播量2～3粒，播距7 cm（X-7）；播量 2～3粒，播距10 cm（X-10）；播量1～2粒，播距7 cm（YJ-7）等處理進行產(chǎn)量驗證試驗，每個小區(qū)面積60 m2（30 m×2 m）。

表1 試驗處理Table 1 Experimental treatments

1.4 指標測定方法

在灌漿期，各小區(qū)隨機選取3株谷子，選取倒2葉，做好標記，分別測定凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）、胞間CO2濃度（Ci）、葉綠素熒光參數(shù)和光合色素含量。

1.4.1 出苗質量統(tǒng)計

出苗以谷子露出第一葉且距地面1 cm為標準[27]。株距測量連續(xù)11株的距離為準，取平均數(shù)，3次重復，計算平均株距和株距標準差。

1.4.2 光合色素含量的測定

光合色素含量參考張憲政[28]的方法。

1.4.3 光合參數(shù)的測定

于上午9：00－11：00，用美國思愛迪生產(chǎn)的CI-340光合測定儀測定葉片凈光合速率（Pn）、氣孔導度（Gs）和胞間 CO2濃度（Ci），測定時光照強度為(900±50)μmol/(m2·s)，環(huán)境溫度為(28±2)℃，大氣 CO2濃度為(380±5)μmol/mol。

1.4.4 葉綠素熒光參數(shù)的測定

于20：30后，使用德國WALZ公司生產(chǎn)的便攜式葉綠素熒光儀 PAM-2500測定各葉綠素熒光參數(shù)：PSⅡ實際光化學量子產(chǎn)量（ΦPSⅡ）、表觀光合電子傳遞速率（Apparent Photosynthetic Electron Transport Rate, ETR），光化學淬滅系數(shù)（qP）、非光化學淬滅系數(shù)（NPQ）。

1.4.5 產(chǎn)量測定

太谷縣試驗田在各小區(qū)取 3株測定單株穗質量；各小區(qū)內測定2 m2（長2 m，寬1 m）內的穗數(shù)，3次重復，計算理論產(chǎn)量。澤州試驗田穗數(shù)與穗質量測定方法與太谷試驗田一致；實收產(chǎn)量為同一處理的谷子穗全部收割脫粒，測定各處理全部收獲籽粒質量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，使用DPS 6.50軟件處理試驗結果。采用Duncan新復極差法進行不同處理間的多重比較。

2 結果與分析

2.1 播距和播量對出苗質量的影響

2.1.1 播距和播量對谷子出苗數(shù)的影響

如圖 1所示，出苗數(shù)隨播量的增加而增加，隨播距的增加而減小。其中，F(xiàn)-7鎮(zhèn)壓處理出苗數(shù)最大，YJ-13處理出苗數(shù)最小。同一播種輪處理下，由于增加了土壤與種子的接觸面積，鎮(zhèn)壓處理的出苗數(shù)高于無鎮(zhèn)壓處理，X-13處理相較X-7和X-10處理，分別降低了54.55%和23.53%。

圖1 播距和播量對出苗數(shù)的影響Fig.1 Effects of seeding rate and seeding distance on the emergency number

2.1.2 播距和播量對出苗均勻度的影響

由表 2可知，株距和株距標準差隨播量的增加而減小，隨播距的增加而增大，使用鎮(zhèn)壓處理的株距和株距標準差均小于無鎮(zhèn)壓處理，YJ-13無鎮(zhèn)壓處理的平均株距和株距標準差均最大，F(xiàn)-7鎮(zhèn)壓處理最小。無鎮(zhèn)壓處理下的YJ-7與YJ-10和YJ-13相比，YJ-7的株距分別顯著降低了 37.44%和 41.73%，株距標準差分別顯著降低了38.74%和51.16%；有無鎮(zhèn)壓處理的X播種輪各處理內和 F播種輪各處理內的平均株距和株距標準差均無顯著差異。

2.2 播距和播量對光合色素含量的影響

如表 3所示，隨著播量的增加，雖葉綠素 a（Chlorophyll a, Chl-a）和類胡蘿卜素（Carotenoids, Car）含量呈下降趨勢，葉綠素b（Chlorophyll b, Chl-b）含量呈升高趨勢，葉綠素(a+b)（Chlorophyll (a+b), Chl-(a+b)）含量呈先升高后降低的趨勢，但各處理間差異均不顯著。

表2 播距和播量對出苗均勻度的影響Table 2 Effects of seeding distance and seeding rate on emergence uniformity

表3 播距和播量對晉谷21倒2葉光合色素含量的影響Table 3 Effects of seeding distance and seeding rate on photosynthetic pigment content at the 2nd leaf from top of Jingu 21

2.3 播距和播量對光合特性的影響

由表 4可知，播量一定，隨著播距的增大，谷子葉片接受的光合有效輻射增大，Pn和Gs呈上升趨勢，Ci呈下降趨勢；播距一定，隨著播量的增大，谷子葉片自遮陰，Pn和Gs總體呈下降趨勢，Ci總體呈上升趨勢。F-10和F-13處理的Pn差異不顯著，均顯著高于F-7處理，Pn的提高有利于單株產(chǎn)量的提高；X播種輪各處理的Pn差異未達顯著水平；YJ-13處理顯著高于YJ-7和YJ-10處理。YJ-10和YJ-13處理的Gs差異不顯著且均高于其他處理；X-10和X-13處理無的Gs顯著性差異，且高于X-7處理；F-13處理的Gs顯著高于F-10處理和F-7處理。F-7處理的Ci顯著高于F-10處理，F(xiàn)-10處理與F-13處理差異不顯著；X-7處理的Ci顯著高于X-10和X-13處理，X-10和X-13處理間的差異未達顯著水平；YJ-7處理顯著高于YJ-10和YJ-13處理，YJ-10處理顯著高于YJ-13處理。

表4 播距和播量對晉谷21倒2葉光合特性的影響Table 4 Effects of seeding distance and seeding rate on photosynthetic characteristics at the 2nd leaf from top of Jingu 21

2.4 播距和播量對葉綠素熒光參數(shù)的影響

如表5所示，ΦPSII、ETR隨播量的增加而減小，隨播距的增加而增大；NPQ隨播量的增加而增大，隨播距的增加而減小；qP在各處理間無顯著性差異。F-7處理的 ΦPSII和ETR與YJ-13處理相比分別降低了35.71%和33.60%，與X-10處理相比分別降低了18.18%和18.00%，X-10處理相較YJ-13處理分別降低了21.43%和19.03%；F-7處理的NPQ相較YJ-13處理增高了51.19%，較X-10處理增高了3.40%，X-10與YJ-13處理相比，增高了49.47%。

表5 播量和播距對晉谷倒2葉葉綠素熒光參數(shù)的影響Table 5 Effects of seeding distance and seeding rate on chlorophyll fluorescence parameters at the 2nd leaf from top of Jingu 21

2.5 播距和播量對產(chǎn)量的影響

由表6可知，對于太谷縣試驗田，隨著播量的減小，谷子每667 m2穗數(shù)呈下降趨勢，而由于谷子的光合能力隨播量的減小逐漸增大，故穗粒質量呈升高趨勢；隨著播距的增大，每667 m2穗數(shù)呈下降趨勢，而穗粒質量呈相反趨勢。F播種輪處理內穗粒質量差異均顯著，結穗數(shù)F-7處理顯著高于F-10和F-13處理；X播種輪處理內結穗數(shù)差異均顯著，X-7處理顯著高于X-10和X-13處理；YJ播種輪處理內穗粒質量未達到顯著水平，YJ-7處理結穗數(shù)顯著高于YJ-10和YJ-13處理。產(chǎn)量從高到低為X-10處理、X-13處理、YJ-7處理、YJ-10處理、X-7處理、F-13處理、YJ-13處理、F-10處理、F-7處理。F播種輪處理內的理論產(chǎn)量無顯著差異，X-10處理的理論產(chǎn)量顯著高于X-13處理，X-13處理的理論產(chǎn)量顯著高于YJ-7處理，YJ-7處理的理論產(chǎn)量顯著高于F-13處理。澤州縣試驗田產(chǎn)量從高到低為為X-10、YJ-7、X-7、F-13、F-10，與太谷試驗區(qū)理論產(chǎn)量的趨勢基本一致。雖F-10的結穗數(shù)最高，顯著高于X-10和X-7處理，但穗粒質量 F-10顯著低于其余各處理；YJ-7的穗粒質量最高，均顯著高于其余各處理，但其結穗數(shù)卻顯著低于其余各處理。

表6 播距和播量對晉谷21產(chǎn)量的影響Table 6 Effects of seeding distance and seeding rate on the yield of Jingu 21

3 討 論

谷子顆粒小，若未與土壤充分接觸，會導致種子缺水而不能正常發(fā)芽，經(jīng)覆土器和鎮(zhèn)壓輪覆土鎮(zhèn)壓之后與土壤充分接觸，保墑效果好且有利于種子出苗[4]。太谷試驗田綜合結果顯示，鎮(zhèn)壓處理的谷子出苗數(shù)也顯著高于未鎮(zhèn)壓處理，同一處理，結穗數(shù)高于出苗數(shù)，可能與后期又有種子陸續(xù)出苗有關。高志軍等[6]的研究表明，隨著播量的增加，谷子出苗密度增高。梁雞保等[24]發(fā)現(xiàn)，隨著谷子播量的增加，出苗時間短且整齊度高。本研究得出，隨著播量的增加，株距和株距標準差減小，谷子出苗更加均勻，可能是由于谷子存在群體頂土優(yōu)勢，與高志軍等研究結果基本一致。由于出苗數(shù)不同，谷子的形態(tài)發(fā)生改變，導致谷子群體結構發(fā)生變化，群體結構對于谷物的光合性能影響極大[29]。光合作用是作物生長發(fā)育的基礎，是決定作物生產(chǎn)力組成的主要因素[30]。較低的種植密度會造成光能的浪費，過高的種植密度會使作物的葉面積指數(shù)過高，導致葉片自遮陰，透光率低，光合效率低，植株間土壤水分、肥料競爭激烈，從而導致產(chǎn)量下降[16,20,31-32]。谷子葉片的葉綠素含量、光合速率均隨種植密度的增加而降低[14]。光合速率的變化可能是由于光合作用原初反應過程中葉片的葉綠素熒光特性發(fā)生變化[33]。研究發(fā)現(xiàn)，PSⅡ光能轉換效率和Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP均隨著種植密度的增高而減小，NPQ隨種植密度的增高而增大[34-36,10]。本試驗結果表明，ΦPSⅡ、ETR和qP均隨谷子種植密度的升高而降低，而NPQ隨密度的升高而升高。這可能是因為高的種植密度抑制了谷子光系統(tǒng) II的光能轉化，導致光化學效率和電子傳遞速率降低，而非光化學淬滅系數(shù)的升高，說明植物吸收的過剩光能以熱能的形式散失，啟動了光保護機制。

合理的種植密度也是增產(chǎn)的重要措施之一[36]。谷子產(chǎn)量的高低決定于單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)和粒質量的乘積, 協(xié)調好這三者之間關系，有利于獲得較佳產(chǎn)量[37]。劉紅霞等[38]和劉正理等[23]發(fā)現(xiàn)隨種植密度增加，谷子的有效穗數(shù)顯著增加，使群體產(chǎn)量升高；但穗粒數(shù)和千粒質量顯著降低，使單株產(chǎn)量降低；在一定密度范圍內，隨著種植密度的增加，谷子的群體產(chǎn)量和單株產(chǎn)量配比達到理想狀態(tài)，產(chǎn)量極顯著增加，與本研究結果基本相符。而孫鵬等[39]認為，隨種植密度的增加，冬小麥穗數(shù)呈先降后增的趨勢，穗粒數(shù)、千粒質量、產(chǎn)量呈先增后降的趨勢。這可能與作物種類和試驗中種植密度不同有關。同時黃學芳等[37]指出，隨群體密度的增加，張雜谷 5號成穗數(shù)、成穗率相應減少。這主要是因為晉谷21無分蘗，而張雜谷 5號有分蘗，其群體結構有較大差異，因此對成穗數(shù)的影響不同。本研究發(fā)現(xiàn)，出苗數(shù)越多，單位面積結穗數(shù)越多，但由于光合性能的降低導致穗粒質量降低；出苗數(shù)越少，單位面積結穗數(shù)越少，但光合性能的升高導致穗粒質量的升高。所以較低的種植密度有利于提高單株產(chǎn)量，較高的種植密度對群體產(chǎn)量的提高有較好的效果。

太谷縣試驗中X-10的理論產(chǎn)量高，雖然其出苗質量、穗數(shù)不如F-7處理，但因F-7處理種植密度過高，群體結構的因素導致Pn降低，使穗粒質量降低嚴重，導致單株產(chǎn)量顯著降低；雖穗粒質量不及 YJ-13處理，但 YJ-13處理由于種植密度過小，穗數(shù)嚴重降低，即使光合速率及效率高，但也無法彌補其穗數(shù)的降低，導致群體產(chǎn)量降低顯著；澤州試驗田同樣顯示X-10的實收產(chǎn)量高。根據(jù)課題組多年的試驗，在行距33.3 cm的條件下，若土壤墑情、整地和種子質量不高時，建議播種時每次下籽2～3粒，播距10 cm左右，出苗均勻，可以大大減少間苗用工量或達到不間苗的效果；若播種條件適宜，建議適當加大播距或減少下籽量。

4 結 論

在本試驗條件下，使用自走式多功能小粒種子播種機JAS-502 B播種晉谷21號，采用行距33.3 cm，株距10 cm，每次播種量2～3粒（采用X播種輪，其凹槽的外徑為4 mm，深度為2 mm，圓形），谷子的產(chǎn)量、品質較好。雖單株光合速率和單株產(chǎn)量不是最高，但群體結構的優(yōu)化，使合理密植增加的穗數(shù)彌補了由于光合速率降低導致的單株產(chǎn)量的降低，故群體產(chǎn)量較高。試驗結果顯示，在此機械化播種條件下，出苗均勻，密度適中，產(chǎn)量高，可以實現(xiàn)少間苗或免間苗。太谷試驗區(qū)的理論產(chǎn)量達到290.04 kg/667 m2，澤州試驗區(qū)的實收產(chǎn)量達到242 kg/667 m2。因此，采用此播種作業(yè)參數(shù)可為丘陵山地谷子機械化精量播種提供依據(jù)。