冬播對旱作區不同熟期糜子生長特性、水分利用效率及品質的影響

李凱 程炳文 羅世武 王湛 楊軍學 王勇 張尚沛 張曉娟

摘要：為了明確冬播對旱作區不同熟期糜子生長特性、水分利用效率及品質的影響，以寧糜9號（中熟品種）和隴糜15號（晚熟品種）為研究對象，設置冬播覆膜種植（WH1）、冬播露地種植（WH2）、春播覆膜種植（CK）3種不同栽培方式。結果表明，冬播條件下，糜子抽穗后主莖總干物質和籽粒干物質積累量逐漸增加，WH1處理在成熟期表現最高，其他各器官干物質積累量表現先增加后降低；冬播糜子增熵效應苗期最明顯，WH1、WH2處理0～100cm土層平均含水量寧糜9號分別提高22.14%、1.2%，隴糜15號分別提高11.23%、9.62%；相比其他處理，寧糜9號和隴糜15號WH1處理產量顯著增加，分別較CK增產13.11%、12.32%，WH2處理與CK差異不顯著；相比CK，WH1處理水分利用效率寧糜9號顯著提高9.61%，隴糜15號提高2.02%，但WH2處理優勢并不明顯；寧糜9號和隴糜15號各處理籽粒蛋白質含量高于CK 0.35%～11.58%，其中寧糜9號WH1處理與CK處理間差異顯著，籽粒脂肪和淀粉含量WH1處理和CK處理顯著高于WH2，WH1與CK處理間差異不顯著。綜上結果，冬播栽培模式對不同熟期糜子干物質量積累、產量、水分利用效率及品質有一定提升作用，尤其是覆膜冬播模式下糜子中熟品種（寧糜9號）的抗旱增產效應表現更加突出。

關鍵詞：糜子；冬播；產量；水分利用效率；品質

中圖分類號：S516.04? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）13-0102-07

糜子（Panicum miliaceum L.）屬禾本科黍作物，是在我國擁有非常悠久栽培歷史的雜糧作物之一，因其具耐瘠薄、生育期短、抗旱性強、水分利用率高等優勢特性，在我國黃土高原旱作區作為一種“抗旱救災”作物得到了廣泛種植，并由雜糧作物逐漸發展成為西北地區具有穩定生產力的健康綠色的主糧作物之一［1-5］。

目前，我國現代農業生產在提高糜子生產效率方面的耕作栽培措施比較多，其中主要研究的方向有深耕、間作、覆膜、肥料調控等，而有關冬播糜子特色栽培措施方面的研究報道鮮少［6-9］。在1848年，農民通過“冬月種谷法”首次將冬播技術應用于大田生產當中，這種栽培方法可以有效加強對冬季降水的利用，從而避免了過度干旱對春播造成的影響，也有利于農忙時節勞動力的調整［10］。有關冬播栽培技術的使用雖然有歷史記載，但應用研究的深度和范圍很有限。隨著我國農業科研技術的發展，冬播栽培技術早期在谷子方面的初步研究發現，產量比春播增產32%～38%，并且冬天播種谷子可以調節農時，避免春季干旱，從而保證苗全苗壯［11］。近年來，姚建民等研究了生物降解滲水地膜覆蓋對冬播谷子生長發育的影響，指出冬播谷子可以安全越冬且出苗率好，平均出苗率為61.2%，發育比春播谷子提前14～16 d，冬播谷子具有明顯的早熟和抗旱增產作用［12］；李凱等研究了不同冬播栽培模式對糜子生長特性及產量的影響，指出冬播糜子出苗率達到90%以上，生育時期提前 8～59 d，生育期延長34～44 d，產量性狀不同程度提高，增加15.04%～23.34%［13］。

糜子的眾多優勢特性中，抗旱性最為突出并優于大多數糧食作物，但在西北大部分糜子主產區，干旱少雨等不良氣候依然是影響糜子正常生長的主要因素。目前，針對通過栽培措施對糜子生長特性、水分利用效率等方面的相關研究來挖掘糜子抗旱潛能途徑的報道比較普遍，但關于冬播對旱作區糜子生長特性、水分利用效率及品質的研究未見到。因此，本研究通過探討冬播對旱作區不同熟期糜子生長特性、水分利用效率及品質影響，旨在通過充分利用冬播優勢揭示中熟和晚熟糜子生長特性、水分利用效率及品質的變化規律，充分挖掘糜子抗旱潛能，對干旱半旱區糜子增產增效具有重要的實踐指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2021年11月至2022年10月在寧夏回族自治區固原市原州區頭營鎮徐河村進行，屬典型的溫帶大陸性氣候，土質為黃綿土，≥10 ℃ 積溫為2 500～2 700 ℃，年均降水量 430 mm。前茬作物為玉米，土壤基本理化性質為：全氮0.7 g/kg，全鉀17.8 g/kg，有機質12 g/kg，堿解氮126 mg/kg，速效鉀199.87 mg/kg，有效磷 49.6 mg/kg。

1.2 試驗材料

試驗糜子品種為寧糜9號（中熟品種）、隴糜15號（晚熟品種），由寧夏農林科學院固原分院提供；試驗肥料為谷子糜子專用緩釋肥（N、P2O5、K2O含量分別為29%、17%、6%），由寧夏榮和綠色科技有限公司提供；試驗地膜為聚乙烯普通地膜，地膜寬度1 650 mm，厚度0.01 mm，由寧夏潤宇塑業有限公司提供。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，2個糜子品種分別設置3個處理：冬播覆膜種植（WH1）、冬播露地種植（WH2）、春播覆膜種植（CK），冬播于2021年11月3日播種，春播于2022年5月16日播種；冬播、春播覆膜膜間距為20 cm，株行距為20 cm×30 cm，播種深度為3～5 cm；冬播露地播種株行距為20 cm×30 cm，播種深度為3～5 cm。各處理3次重復，每個小區面積15 m2，種植密度60萬株/hm2，播種前施入谷子糜子專用緩釋肥600 kg/hm2，其他栽培管理同一般大田。2022年4—9月氣溫、降水情況見圖1。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 生育時期記載 按照糜子生育進程分別記載糜子苗期、拔節期、抽穗期、開花期、灌漿期、成熟期6個生長時期。

1.4.2 干物質積累 于糜子抽穗后，分別相隔10天直至糜子成熟取樣測定干物質，每個處理選取生長一致且具有代表性的15株樣品，將莖桿、葉片、葉鞘、籽粒各器官分開裝入信封置于烘箱中，在105 ℃下殺青0.5 h，80 ℃下烘干至恒質量，使用天平稱其干物質量。

1.4.3 土壤含水量 分別在糜子生長苗期、拔節期、抽穗期、開花期、灌漿期、成熟期用土鉆鉆取0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100 cm土層土樣，裝入鋁盒中稱鮮土質量，然后放入烘箱（105 ℃） 烘干至質量恒定后稱量，計算土壤含水量。

ω=m1-m2m2×100%。（1）

式中：ω為土壤含水量，%；m1為原土質量，g；m2為烘干土壤質量，g。

1.4.4 產量及產量性狀 糜子成熟時，按照小區全部收獲并脫粒、曬干、稱質量，每個小區隨機取20株進行室內考種，按照常規方法測定千粒質量、主穗粒質量、主穗質量。

1.4.5 糜子品質測定 蛋白質含量采用凱氏定氮法測定［14］；脂肪含量采用索氏抽提法測定［15］；纖維含量采用酸堿洗滌法測定［16］；粗淀粉含量采用紫外可見分光光度計法測定［17］。

1.5 相關指標計算

利用農田土壤水分平衡計算生育期土壤貯水量［18］、生育期耗水量及水分利用效率［19］：

W=∑ii=1wi×Di×Hi×10/100。（2）

式中：W為土壤貯水量，mm；wi為第i 層土壤質量含水量，%；Di為第i層土壤容重，g/cm3；Hi為第i層土層厚度，cm。

ET=（SW1+SR）-SW2。（3）

式中：ET為生育期耗水量，mm；SW1和SW2分別為前次生育階段和后次生育階段0～100 cm土層貯水量，mm；SR為某生育階段降雨量，mm；將每個生育階段的耗水量值相加，即為生育期總耗水量。

WUE=Y/ET。（4）

式中：WUE為作物水分利用效率，kg/（mm·hm2）；Y為籽粒產量，kg/hm2。

1.6 統計分析

采用Excel 2007進行數據匯總，利用DPS 7.05軟件進行統計分析，并利用Origin Pro 2021軟件進行作圖。

2 結果與分析

2.1 冬播對不同熟期糜子生育期的影響

由表1可以看出，相較于春播，冬播寧糜9號和隴糜15號各生育時期均提前，全生育期均延長，其中寧糜9號處理WH1、WH2全生育期延長8 d，苗期分別提前33、21 d，成熟期分別提前19、7 d；隴糜15號處理WH1、WH2全生育期分別延長14、5 d，苗期分別提前22、9 d，成熟期分別提前12、8 d。

2.2 冬播對不同熟期糜子干物質積累的影響

由圖2可以看出，寧糜9號、隴糜15號各處理在抽穗后的主莖總干物質積累量隨著生育進程的推進而逐漸增加的趨勢，成熟期達到最高，但生長后期積累速率平緩。不同熟期糜子各處理總干物質積累量的大小表現為WH1處理高于其他處理，成熟后寧糜9號和隴糜15號主莖總干物質積累量WH1處理分別較CK增加40.36%、44.84%。

寧糜9號和隴糜15號各處理主莖上莖稈、葉片和葉鞘干物質的積累量在抽穗后至成熟期的表現各不同，但變化趨勢具有一致性，即主莖莖稈、葉片和葉鞘干物質的積累量均在抽穗后隨著生育期的推進表現為逐漸增加的變化趨勢，在進入灌漿期后，各營養器官干物質逐漸向籽粒運移，隨著籽粒灌漿速率的加強，莖稈、葉片和葉鞘干物質積累量開始呈現下降趨勢。

糜子在抽穗后籽粒干物質積累量在不同時期表現不同，但均隨著生育期的推進逐漸增加，并呈現“S”形的變化趨勢，且在成熟期達到最高，冬播下不同熟期糜子品種寧糜9號和隴糜15號各處理成熟期籽粒干物質積累量大小均表現為WH1處理高于其他處理，WH2處理與CK差異不明顯。

2.3 冬播對不同熟期糜子產量性狀及產量的影響

由表2可以看出，冬播對不同熟期糜子的產量具有明顯的影響，其中WH1處理下寧糜9號和隴糜15號產量顯著高于其他處理，分別較CK增產13.11%、12.32%，而WH2較CK差異性表現不顯著。從糜子產量相關性狀看，寧糜9號和隴糜15號千粒質量各處理間差異性不顯著，主穗質量和主穗粒質量WH1處理與各處理存在顯著差異，這與籽粒產量變化趨勢表現一致，冬播栽培也顯著影響糜子產量的構成因子。

2.4 冬播對不同熟期糜子土壤水分的影響

2.4.1 冬播對不同熟期糜子土壤含水量的影響 圖3、圖4為不同熟期糜子在不同生育期的土壤剖面含水量隨土層深度的變化情況。由圖3可以看出，寧糜9號在苗期，WH1、WH2處理0～100 cm土層含水量分別提高22.14%、1.20%，其中各處理 0～20 cm土壤含水量呈現 WH1＞WH2＞CK，20～100 cm土壤含水率WH1處理表現最高；拔節期，各處理0～20 cm、60～100 cm土壤含水量表現為WH1＞WH2＞CK，其中0～20 cm 土壤平均含水量WH1、WH2與對照差異顯著；抽穗期和開花期，相較于對照，WH1、WH2處理0～100 cm土壤平均含水量分別降低14.7%、4.8%和50.1%、11.22%，其中WH1處理與其他處理差異顯著；灌漿期，各處理 0～100 cm土壤含水量呈現逐漸增加的趨勢，各土層土壤含水量均表現為 WH1＞CK＞WH2；成熟期，處理WH1在0～100 cm土壤含水量呈現逐漸增加的趨勢，而WH2和CK表現為先降低后增加的趨勢，0～20 cm土壤平均含水量WH1處理分別較WH2、CK降低47.08%、45.12%，20～100 cm各土層土壤含水量WH1均高于其他處理。

由圖4可以看出，隴糜15號在苗期，WH1、WH2處理0～100 cm土壤平均含水量分別較對照提高11.23%、9.62%，其中WH1處理0～80 cm各土層均高于其他處理；拔節期，各處理不同土層土壤含水量表現為WH1＞CK＞WH2，其中0～60 cm土壤含水量處理WH1和CK顯著高于WH2；抽穗期，0～20 cm各處理土壤含水量較低，各處理間差異不顯著，但處理WH2在不同土層土壤含水量均高于WH1和CK，其平均含水量分別較WH1和CK顯著提高25.31%和33.6%，處理WH1在20～100 cm 各土層土壤含水量均高于CK，含水量提高5%～38%；開花期，處理WH1各土層土壤含水量均高于WH2和CK，平均土壤含水量分別提高81.27%和29.8%，其中0～20 cm、60～100 cm差異顯著；灌漿期，處理WH1和WH2在0～80 cm土壤含水量均低于對照，整個土層平均土壤含水量分別低于對照17.09%和28.21%，其中0～20 cm各處理與對照差異顯著；成熟期，處理WH1和WH2在10～100 cm土壤含水量均顯著低于對照，平均含水量分別降低52.77%和49.05%。

2.4.2 冬播對不同熟期糜子土壤水分利用效率的影響 由表3可以看出，WH1、WH2、CK處理下寧糜9號和隴糜15號生育期內耗水量主要來自土壤貯水量和降水水量，各處理耗水量依次為WH1＞WH2＞CK。2021年試驗區嚴重干旱，冬播各處理在糜子抽穗期到灌漿期降水量嚴重短缺，耗水總量高于CK，說明冬播糜子能夠通過加強對土壤貯水量的利用來保障生長的需求，具有更好的水分調控作用。

由表3可見，各處理寧糜9號和隴糜15號的水分利用效率依次為WH1＞CK＞WH2，其中寧糜9號處理WH1顯著高于其他處理，比CK提高9.61%，WH2與CK差異不顯著；隴糜15號WH1和CK處理分別顯著高于WH2處理10.71%、8.52%，WH1和CK差異不顯著，僅提高2.02%。可見，采用覆膜冬播中熟和晚熟糜子，其水分利用效率均具有優勢，但中熟糜子的優勢表現更為明顯。

2.5 冬播對不同熟期糜子籽粒品質的影響

由表4可以看出，寧糜9號WH1處理蛋白質和纖維含量分別顯著高于其他處理7.44%～11.58%、9.27%～12.00%，WH2處理與CK間差異不顯著，脂肪和淀粉含量WH1和CK處理顯著高于WH2，WH1與CK處理間差異不顯著；隴糜15號蛋白質含量各模式表現為WH1＞WH2＞CK，但差異不顯著，脂肪和淀粉含量WH1和CK顯著高于WH2，WH1與CK間差異不顯著，纖維含量WH2處理分別較WH1、CK顯著增加7.32%、2.33%。

3 討論

3.1 冬播對不同熟期糜子生長指標的影響

宋艷麗等的研究表明，糜子抽穗后，不同種植方式的地上部分干物質積累量隨生長進程而發展變化，均呈現先上升后隨植株衰老下降的趨勢［20］。干物質生產是作物產量形成的基礎，也是提高作物產量的關鍵，其在植株內的積累規律及對器官組織中的分配直接影響最終產量的高低［21-23］。張東旗等的研究表明，在灌漿初期，整個糜子植株積累的大量養分主要用于其營養生長，在葉片、葉鞘、莖桿中的干物質含量所占比例較高，但隨著糜子生殖生長的開始，植株中的養分逐漸向籽粒中轉移，籽粒質量慢慢增加，并在成熟期其籽粒的干物質含量比例達到最大［24］。本研究表明，冬播和春播栽培下，寧糜9號、隴糜15號在抽穗后的主莖總干物質積累量隨著生育進程的推進而逐漸增加的趨勢，進入灌漿期，各營養器官干物質量向籽粒轉移，在成熟期達到最高，且各器官干物質積累量穗粒＞莖＞葉片＞葉鞘。這與前幾位研究者的結論相一致，其中覆膜冬播對糜子地上部分植株總干物質和各器官干物質積累具有明顯的優勢，這對于提高糜子產量具有重要的意義。

3.2 冬播對不同熟期糜子產量及水分利用效率的影響

糜子是一種高效的C4作物，可以充分利用其他作物不能夠利用的水熱資源，具有穩產、高產的特性，但在西北旱作區，糜子春季播種干旱少雨依然成為制約產量的主要限制因子［25］。耕作栽培制度與技術創新是有效緩解作物水分供需矛盾、提高土壤水分利用率的重要途徑，通過調節土壤的物理環境，使土壤中的水、氣、熱得到合理的調整，進而影響作物生長，而在作物的整個生長過程中，耗水量和水分利用效率是影響其水分利用的關鍵因素［26-27］。董孔軍等研究黃土高原旱作區不同覆膜方式對土壤水熱環境及糜子耗水特性的影響，指出通過不同覆膜方式種植糜子，可以對糜子整個生育期內的土壤水熱環境進行進一步改善，其在不同生育時期的耗水強度不僅發生了變化，并且水分利用效率、籽粒產量及其相關性狀均得到了顯著提高［28］。周花等研究發現，在寧夏南部山區旱作農田上，采用不同的微膜覆蓋穴播方式種植谷子和糜子均可以有效改善土壤水分環境，抑制了土壤水分的過度蒸發，水分利用效率得到了進一步提高，達到了抗旱節水和增產的效果［29］。蘇旺等研究表明，與傳統平作無覆蓋相比，溝壟集雨覆蓋種植糜子3年平均產量和水分利用效率分別提高55.9%和64.9%，增產效果最顯著［30］。本研究中，冬播糜子是一種耕作栽培制度與技術的創新，通過采用冬播栽培技術表明，晚熟的糜子品種也能夠較春播提前成熟，苗期增熵效應最明顯，寧糜9號和隴糜15號冬播處理0～100 cm土層平均含水量較春播分別提高11.67%、10.43%，而覆膜冬播增效增產效果更為顯著，其產量分別提高13.11%、12.32%，土壤水分利用效率分別提高9.61%、2.02%。主要原因是冬播起到了蓄水保墑的作用，能夠充分利用秋冬季降雨，提供了糜子出苗期所需水分和溫度，并且在糜子生長干旱期可以有效調節土壤耗水量強度，使得在一定干旱脅迫的作用下，糜子產量得到了穩定和提高，而冬播糜子中熟品種的增效增產優勢比晚熟品種表現更加突出。由于該試驗年為干旱年，冬播在平水年、豐水年對糜子產量、土壤水分的影響和干旱年是否相似仍需進一步探討。

3.3 冬播對不同熟期糜子籽粒品質的影響

王德慧等的研究表明，與傳統不覆膜相比，全覆膜促進了低密度時糜子籽粒蛋白質、淀粉和粗脂肪含量的提高，高密度時含量下降［31］。張艷萍等研究發現，覆蓋栽培有效提高了糜子籽粒淀粉相關合成酶活性，且最終淀粉積累量和千粒質量大于或顯著大于露地栽培［32］。但另有些研究表明，不同覆蓋措施對糜子籽粒蛋白質含量沒有顯著影響［33］。本研究表明，冬播對不同熟期糜子籽粒品質有一定的影響，冬播中熟和晚熟糜子籽粒蛋白質含量均有所提高，其中覆膜冬播中熟糜子顯著增加11.58%；覆膜冬播和春播糜子籽粒脂肪和淀粉含量均顯著高于冬播露地。可見，冬播條件下，糜子籽粒品質得到了提升，而采用覆膜冬播的方式效果最為顯著。

4 結論

隨著冬播栽培技術在旱作區的應用，糜子抗旱增產能力進一步增強，不僅有利于提高糜子干物質積累量、水分利用效率，還可增加產量，糜子籽粒品質也得到了提升，尤其是采用覆膜冬播糜子栽培模式使得中熟糜子的抗旱特性得到更充分的挖掘，為旱作區抗旱措施提供了一種可行的新途徑。

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