黑龍江地區谷子高光效栽培模式研究

閆鋒 董揚 趙富陽 侯曉敏 李清泉 韓業輝

摘要：谷子是黑龍江省重要的雜糧作物，谷子生產中較低的光能利用率是限制谷子產量的重要因素，為提高谷子的光能利用率及產量，制定適用于黑龍江省谷子的高光效栽培模式，本研究以谷子品種“嫩選17”為試驗材料，通過設置不同壟向、壟距，研究對谷子莖稈特征、農藝性狀、光合指標及產量構成因素的影響。結果表明，除千粒質量、莖稈節數外，不同處理對谷子抗倒伏性、農藝性狀、光合性能及產量構成因素的各項指標均產生了顯著影響，其中“嫩選17”在南向偏西20°、寬窄壟栽培模式下具有較強的抗倒伏性，光合性能較好，產量最高，可作為黑龍江地區谷子的高光效栽培模式推廣應用。

關鍵詞：谷子；高光效；寬窄壟；壟向

收稿日期：2023-03-31

基金項目：國家現代農業產業技術體系資助項目（CARS-07-06B）；齊齊哈爾市科技計劃重點攻關項目（ZDGG-2022011）

主要作者簡介：閆鋒（1982—），男，助理研究員，主要從事雜糧作物遺傳育種及栽培研究工作。E-mail：yanfeng6338817@126.com

通訊作者簡介：李清泉（1968—），男，研究員，主要從事雜糧作物遺傳育種及栽培研究工作。E-mail：zls1968@163.com

谷子（Setaria italica Beauv.）起源于中國，古時又稱粟，據考古學者發現在我國已經有7 000多年的栽培歷史，是一種營養豐富且具有耐旱、耐瘠薄等優良特性的糧飼兼用作物[1]。我國谷子產量占世界谷子總產量的80%左右，主要種植于黃河以北的各省市、自治區，因谷子具有較強的抗逆性，是干旱、半干旱區的優勢作物[2]。中華人民共和國成立初期，我國谷子種植面積為1 000萬hm2左右，是北方三大主要糧食作物之一。由于政策、環境以及技術的影響，近幾年谷子種植面積銳減，大致穩定在80萬hm2左右[3]。

隨著人民健康飲食意識的逐步提高，作為營養豐富、保健作用強的谷子越來越受到人們的關注，種植面積有所擴大。由于谷子屬于小雜糧，多種植在邊角旮旯地塊，且栽培技術不科學，較為粗放，導致谷子難以獲得高產[4]。光合作用是決定作物產量的重要因素，作物積累的干物質有90%～95%來自于葉片的光合作用，光合性能的改善是提高作物產量的有效途徑之一[5]。黑龍江省谷子生產中多采用等壟距的種植方式，群體通風透光性較差，對于谷子這種喜光的C4作物而言，光能利用率低，產量難以有效提高。以寬窄壟和壟向為重要技術特征的高光效栽培技術是一項由中國科學院東北地理與農業生態研究所發明、促進糧食作物增產增效的創新技術，這項新技術可有效改善作物群體結構，增強光合效率，進而達到作物增產的目的。為探究黑龍江地區適宜的谷子高光效栽培模式，本研究以谷子品種“嫩選17”為試驗材料，通過對比不同壟距、不同壟向栽培對谷子莖稈倒伏性、光合指標及產量因素的影響，篩選出最佳的谷子種植方式，為黑龍江地區谷子高產栽培提供科學依據和技術支持。

1? 材料和方法

1.1? ?試驗材料及試驗設計

試驗于2022年在黑龍江省農業科學院齊齊哈爾分院試驗基地進行，試驗地地勢平坦，肥力中等，土壤類型為碳酸鹽黑鈣土，土壤理化性質見表1。以黑龍江省登記的谷子品種“嫩選17”為試驗材料，采用裂區設計，壟距為主處理，設2個水平：A1（寬壟145 cm，窄壟50 cm），A2（等壟距65 cm）；壟向為副處理，設4個水平：B1（南北向）、B2（南向偏西20°）、B3（南向偏西40°）、B4（南向偏東20°）。每個小區為8行區，行長10 m，3次重復。各處理定植密度均為40萬株·hm-2，田間管理同一般生產田。

1.2? ?測定內容及測定方法

1.2.1 農藝性狀測定 于谷子乳熟期在每處理中間的4行中選取長勢均勻的10株谷子植株，測定各株高、莖粗（基部第2節間的粗度）、重心高度、莖鮮質量，在完熟期測定谷子千粒質量、穗粒質量，對小區進行測產。

1.2.2 莖稈機械強度（莖稈彎折力）測定 采用浙江托普公司生產的YYD-1莖稈強度測定儀測定谷子基部第2節間的彎折力（N）。莖稈倒伏指數=（重心高度×莖鮮質量）/莖稈彎折力[6]。

1.2.3 光合指標測定 于谷子抽穗期選擇晴朗無風天氣在每處理中隨機選取10株谷子植株，使用美國CID公司生產的CI-340型光合作用測定儀測定谷子植株倒二葉的凈光合速率、蒸騰速率、胞間CO2濃度，測定位置為葉片中部。

1.3? ?數據統計

采用Excel 2010、DPS 7.05等軟件對數據進行分析處理。

2? 結果與分析

2.1? ?不同處理對谷子抗倒伏性的影響

不同栽培方式對“嫩選17”谷子植株的莖稈特征產生了顯著影響，不同莖稈特征指標的變異系數為3.0%～10.2%（表2）。其中，谷子莖稈的重心高度變化幅度為78.5～84.6 cm，變異系數為3.2%，以A2B1處理的谷子莖稈重心高度最高，為84.6 cm；谷子莖鮮質量的變化幅度為57.6～62.7 g，變異系數為3.0%，以A1B3處理的谷子莖鮮質量最高，為62.7 g；谷子莖稈彎折力的變化幅度為114.4～138.5 N，變異系數為6.9%，以A1B2處理的谷子莖稈彎折力最高，為138.5 N；谷子莖稈倒伏指數的變化幅度為33.0～43.0，變異系數為10.2%，以A2B1處理的谷子莖稈倒伏指數最高，為43.0。

2.2? ?不同處理對谷子農藝性狀的影響

除谷子莖稈節數外，不同栽培方式對“嫩選17”谷子植株的農藝性狀產生了顯著影響，不同農藝性狀的變異系數在1.3%～6.0%之間（表3）。其中，谷子株高的變化幅度為130.6～139.6 cm，變異系數為2.2%，以A2B1處理的谷子株高最高，為139.6 cm；谷子穗長的變化幅度為22.9～24.6 cm，變異系數為2.6%，以A1B2處理的谷子穗長最長，為24.6 cm；谷子莖粗的變化幅度為7.3～8.6 mm，變異系數為6.0%，以A2B2處理的谷子莖粗最粗，為8.6 mm；谷子莖稈節數的變化幅度為12.0～12.4個，變異系數為1.3%，以A2B2處理的谷子莖稈節數最多，為12.4個。

2.3? ?不同處理對谷子光合指標的影響

不同栽培方式對“嫩選17”谷子植株的光合指標產生了顯著影響，不同光合指標的變異系數在7.6%～9.6%之間（表4）。其中，谷子凈光合速率的變化幅度為16.4～19.8 μmol·（m2·s）-1，變異系數為7.6%，以A1B3處理的谷子凈光合速率最高，為19.8 μmol·（m2·s）-1；谷子蒸騰速率的變化幅度為3.3～4.2 mmol·（m2·s）-1，變異系數為9.6%，以A1B2處理的谷子蒸騰速率最高，為4.2 mmol·（m2·s）-1；谷子胞間CO2濃度的變化幅度為109.6～136.9 μmol·（m2·s）-1，變異系數為8.8%，以A2B1處理的谷子胞間CO2濃度最高，為136.9 μmol·（m2·s）-1。

2.4? ?不同處理對谷子產量構成因素的影響

不同栽培方式對“嫩選17”谷子植株的穗粒質量和產量產生了顯著影響，但對谷子千粒質量影響不顯著，不同產量構成因素的變異系數在1.0%～6.3%之間（表5）。其中，谷子穗粒質量的變化幅度為8.8～10.5 g，變異系數為6.3%，以A1B2處理的谷子穗粒質量最高，為10.5 g；谷子千粒質量的變化幅度為2.9～3.0 g，變異系數為1.0%；谷子產量的變化幅度為4 410.6～5 257.4 kg·hm-2，變異系數為6.3%，以A1B2處理的谷子產量最高，為5 257.4 kg·hm-2。

3? 結論與討論

作物倒伏的原因較為復雜，不僅受氣候環境影響，也受作物自身及栽培措施的影響，大量研究認為作物倒伏與植株株高、莖粗、莖稈強度密切相關[7]。谷子在生長過程中時常發生倒伏，而倒伏是影響谷子產量和品質的主要限制因素之一。本研究中，以A1B2處理的谷子莖稈倒伏指數最低，防倒效果最好。

作物的干物質積累絕大部分來自于植物葉片的光合作用，而光合指標代表了植株光合作用的強弱，間接反映了作物產量的高低[8]。本研究中，在寬窄壟、南向偏西20°的栽培模式下，谷子品種“嫩選17”的各項光合指標綜合表現最好，這可能是由于該栽培模式使谷子群體結構更加合理，通風透光性好，促進了谷子的光合作用，使得“嫩選17”的產量及其構成因素優于其他處理，其中穗粒質量和產量與其他處理差異顯著，但千粒質量差異不顯著，這說明該栽培模式的谷子產量差異主要是由穗粒數差異而引起。

東北地區夏季光照充足，日照時數最高可達17 h，尤其是西南向光照資源豐富，并且夏季西南風盛行，光照和風向資源均有利于谷子生長[9]。本研究中，南向偏西20°的2個處理谷子產量均超過5 000 kg·hm-2，表現較好。與等壟距栽培模式相比，寬窄壟距栽培模式具有更明顯的優勢，可通過對不同層次光資源的合理運用，達到有效提高作物群體結構以及光能利用潛能的目的，使谷子獲得更高產量[10]。本研究中，種植壟向為南向偏西20°及寬窄壟栽培模式下的谷子抗倒伏性最強、產量最高。由于不同地區的自然條件各異，本研究結論可能并不完全適用于所有谷子產區，還需針對當地生產條件進行進一步探討。

參考文獻

[1] 刁現民．中國谷子產業與產業技術體系[M]．北京：中國農業科學與技術出版社，2011.

[2] 李順國，劉斐，劉猛，等．新時期中國谷子產業發展技術需求與展望[J]．農學學報，2018，8（6）：96-100.

[3] 李順國，劉斐，劉猛，等．中國谷子產業和種業發展現狀與未來展望[J]．中國農業科學，2021，54（3）：459-470.

[4] 任曉利，崔紀菡，劉猛，等．夏播飼用谷子農藝性狀與品質評價[J]．草業學報，2019，28（1）：15-26.

[5] 李淑芬．北方玉米高光效栽培技術研究[J]．農業與技術，2017，37（24）：141.

[6] 蘇文潘，羅燕春，金剛，等．保水劑與多效唑聯合施用對木薯光合特性的影響[J]．南方農業學報，2012，43（9）：1277-1280.

[7] 豐光，黃長玲，邢錦豐．玉米抗倒伏的研究進展[J]．作物雜志，2008（4）：12-14.

[8] 袁宏安，楊清華，閆偉，等．施氮量與留苗密度對春谷農藝性狀及產量的影響[J]．作物雜志，2015（4）：138-141.

[9] 韻曉冬，王晉，孫常青，等．谷子高光效栽培模式[J]．吉林農業，2019（6）：36.

[10] 袁峰，王軍，楊慧卿，等．谷子高光效栽培模式研究[J]．農業與技術，2017，37（6）：163-164.