不同生育時期膜下滴灌谷子葉面積折算系數(shù)和葉面積指數(shù)的變化規(guī)律

卓寶著 尹娟 徐利崗 王文

摘要針對吳忠市紅寺堡區(qū)產(chǎn)業(yè)單一效益不高、水資源嚴(yán)重匱乏且水資源利用率不高的問題，以膜下滴灌谷子為研究對象，利用2022年試驗數(shù)據(jù)研究了不同生育時期膜下滴灌谷子葉面積折算系數(shù)與葉面積指數(shù)的變化規(guī)律。結(jié)果顯示：4個生育時期谷子的葉面積折算系數(shù)分別為1.42、1.50、1.53和1.50；經(jīng)過驗證，R2分別為0.997、0.991、0.986和0.990；納什效率系數(shù)Ef分別為0.992、0.989、0.979和0.984，葉面積折算系數(shù)模擬結(jié)果良好。不同時期全試驗區(qū)葉面積指數(shù)逐漸增長且增長率逐漸減小；灌漿成熟期葉面積指數(shù)為6.96。不同試驗處理下葉面積指數(shù)整體呈現(xiàn)增長的趨勢；J90、Q110、B110、J110、B130、J130與B150處理生育后期均出現(xiàn)負(fù)增長；B110、B130、B150處理灌漿成熟期的葉面積指數(shù)是合理的。高產(chǎn)灌溉制度下平均谷子產(chǎn)量隨著葉面積指數(shù)的增加呈先減少后增加的趨勢。該研究結(jié)果為谷子葉面積測量與葉面積指數(shù)及產(chǎn)量相關(guān)研究提供了一定參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞谷子；膜下滴灌；葉面積折算系數(shù)；葉面積指數(shù)；灌溉制度；產(chǎn)量

中圖分類號S 27；TV 93文獻標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2023）24-0209-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.24.046

Change Laws of Leaf Area Conversion Factor and Leaf Area Index of Drip Irrigation under Plastic Film in Different Growth Periods of Millet

ZHUO Baozhu1， YIN Juan1，2，3， XU Ligang1 et al

（1.School of Civil Engineering and Water Conservancy， Ningxia University， Yinchuan， Ningxia 750021;2.Engineering Research Center of Water Resource Efficient Utilization of Modern Agriculture in Arid Regions ， Ministry of Education， Yinchuan， Ningxia 750021;3.Ningxia Watersaving Irrigation and Water Resources Regulation Engineering Technology Research Center， Yinchuan， Ningxia 750021）

AbstractAiming at the problems of low single industrial benefit， serious shortage of water resources and low utilization rate of water resources in Hongsipu District of Wuzhong City，taking drip irrigation of millet under plastic film as the research object， the change laws of leaf area conversion factor and leaf area index （LAI） of millet under drip irrigation under plastic milk in different growth periods were studied by using the data in 2022. The results showed that the leaf area conversion factor of millet in four growth stages were 1.42， 1.50， 1.53 and 1.50 respectively. After verification， R2 were 0.997， 0.991， 0.986 and 0.990 respectively， and Nash efficient coefficient were? 0.992， 0.989， 0.979 and 0.984 respectively. The simulation results of leaf area conversion factor were good. The leaf area index in the whole test area in different periods showed the variation laws of gradual growth and the growth rate gradually decreased. The leaf area index in the grainfilling maturity stage was 6.96. The leaf area index under different test treatments showed the variation of increase.The leaf area index under J90， Q110， B110， J110， B130， J130 and B150 treatments showed a negative increasing trend in the late growth period. The leaf area index in filling and mature stage under B110，B130， B150 treatments was reasonable.Under the highyield irrigation system， the average grain yield first decreased and then increased as the leaf area index increased. The above results provided some reference basis for the leaf area measurement and the related study with the leaf area index and yield.

Key wordsMillet;Drip irrigation under plastic film;Leaf area conversion factor;Leaf area index;Irrigation system;Yield

我國是世界第一人口大國，也是世界上最大的谷物生產(chǎn)與谷物消費國［1］。谷子又稱粟，在植物學(xué)上屬禾本科黍族狗尾草屬［2］；谷子脫殼稱小米（粟米），米粒顏色有淡黃色、淡綠色、黑色、白色等［3］。谷子具有較強的耐旱性，主要種植在干旱地區(qū)［4］；它還具有生育期短、適應(yīng)性廣、耐貧瘠、籽粒耐貯藏等優(yōu)點，廣泛適應(yīng)于干旱、半干旱地區(qū)［5］。植物葉片是制造有機養(yǎng)料的重要器官［6］，葉面積的大小直接影響谷子光合作用的強弱以及相關(guān)干物質(zhì)的累積。葉面積指數(shù)作為一個動態(tài)指標(biāo)，直接影響作物對光能的截獲［7］，能較好地反映出作物群體的大小，同時也是反映作物群體生長狀況的一個重要指標(biāo)［8-11］。葉面積指數(shù)大小與最終谷子的產(chǎn)量高低有著密切相關(guān)［12］。在實際測量過程中，葉面積測量過于煩瑣，而葉面積指數(shù)又與葉面積的大小相關(guān)。適當(dāng)增大群體的葉面積指數(shù)是提高單位面積產(chǎn)量的主要途徑之一［13］。為了方便測量葉面積，筆者通過大田試驗的實測數(shù)據(jù)計算不同生育時期膜下滴灌谷子的葉面積折算系數(shù)，了解葉面積指數(shù)的變化過程，旨在為寧夏中部干旱地區(qū)谷子種植提供參考依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗區(qū)概況

試驗區(qū)位于寧夏中部干旱帶典型區(qū)域吳忠市紅寺堡區(qū)紅寺堡鎮(zhèn)弘德村富陽公司試驗點，地處106.09°E、37.49°N，平均海拔1 240～1 450 m，屬于典型的溫帶大陸性氣候；多年平均降水量251 mm，年均蒸發(fā)量2 387 mm；該地區(qū)降雨多集中在7—9月，且年度分布不均勻。

1.2測定項目與方法

供試谷子品種為“張雜谷13號”，試驗共設(shè)灌溉定額（1 050～2 250 m3/hm2）與灌水次數(shù)（7～9次）2個因素，共15個試驗處理，同時設(shè)置1組對照（當(dāng)?shù)剌喒嘀贫龋Ｒ荒に男袃蓭В芯?0 cm、膜距175 cm、株距20 cm，試驗區(qū)西側(cè)與東側(cè)各設(shè)置一膜谷子作為保護帶。具體試驗處理見表1。

1.2.1葉面積折算系數(shù)。

在谷子每個生育時期進行1次葉面積測量。每個處理以及對照選取一株長勢均勻、良好的谷子，測量其所有分蘗上的葉片面積。每一片葉測量葉片的長度以及5個斷面的寬度，其中包括最寬斷面。應(yīng)用AutoCAD 2016繪制出葉片形狀，并得到實測面積S實；利用葉片長度與葉片最寬斷面的寬度得到近似面積S近。利用實測面積與近似面積得到葉面積折算系數(shù)（K）。應(yīng)用Q70、B70、J70、Q90、B90、J90、Q110、B110、J110共計9個處理的全部葉片進行葉面積折算系數(shù)的計算，應(yīng)用Q130、B130、J130、Q150、B150、J150以及對照CK進行葉面積折算系數(shù)（K）的驗證。

S近=L×H/2（1）

K=S實/S近（2）

式中：L為葉片長度；H為最寬斷面的寬度；K為葉面積折算系數(shù)；S近為近似面積；S實為實測面積。

1.2.2葉面積指數(shù)。

葉面積指數(shù)是指單位土地面積上植株葉片總面積與土地面積的比值。2022年谷子大田試驗理論種植密度為11.34株/m2，考慮到種植的實際出苗率以及其他影響種植密度的因素，應(yīng)當(dāng)乘以折算系數(shù)0.75，得到實際種植密度。分析試驗區(qū)整體谷子葉面積指數(shù)的變化規(guī)律以及不同處理下谷子葉面積指數(shù)的變化。

式中：ρ為實際種植密度，單位為株/m2；m為測量株數(shù)；LAI為葉面積指數(shù)；S實為每株實測面積。

采用Excel 2019以及AutoCAD 2016軟件對試驗數(shù)據(jù)進行處理；應(yīng)用Origin 2021軟件進行圖形繪制。

2結(jié)果與分析

2.1不同生育時期谷子葉面積折算系數(shù)的計算與驗證

2.1.1葉面積折算系數(shù)的計算。

通過對大田實測數(shù)據(jù)的整理、計算與分析，得到了不同時期膜下滴灌谷子的葉面積折算系數(shù)。其中，拔節(jié)分蘗期（2022年6月12日）谷子葉面積折算系數(shù)最小（1.42），而抽穗期（2022年7月28日）的葉面積折算系數(shù)最大（1.53）。

2.1.2葉面積折算系數(shù)的驗證。

為了驗證模擬計算出的葉面積折算系數(shù)是否可靠，分別利用線性回歸法與納什效率系數(shù)進行驗證。

圖1展示不同生育時期實測面積（S實）與利用計算的葉面積折算系數(shù)模擬出的面積（S擬）的線性回歸曲線。從圖1可以看出，實測面積S實與模擬面積S擬線性回歸良好，拔節(jié)分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗期、灌漿成熟期回歸曲線的斜率分別為0.952、1.024、1.067和1.065，決定系數(shù)R2分別為0.997、0.991、0.986和0.990。

為了更加客觀地評價葉面積折算系數(shù)的可靠性，采用納什效率系數(shù)進行評價。納什效率系數(shù)（Ef）是由Nash等于1970年提出的，用于評價計算值與實測值的接近程度，具體計算公式如下。

式中：S實i為實測數(shù)據(jù)；S擬i為模擬數(shù)據(jù)。Ef的取值范圍為（-∞，1），Ef越接近1說明模型可靠性越好［14］;反之，當(dāng)Ef小于0時，說明模型不可靠；當(dāng)Ef趨近于0時，說明模型相對可靠但相關(guān)性不是特別強。經(jīng)過計算得到不同生育期葉面積折算效率系數(shù)對應(yīng)的納什效率系數(shù)，見表2。

從表2可以看出，4個生育時期的納什效率系數(shù)均接近1，說明4個時期的葉面積折算系數(shù)是可靠的。

2.2不同生育期谷子葉面積指數(shù)變化

圖2為不同時期谷子葉面積指數(shù)的整體變化規(guī)律。從圖2可以看出，谷子葉面積指數(shù)隨著時間的推進而不斷增加且增加速率不斷減緩。拔節(jié)分蘗期到拔節(jié)孕穗期增長最為明顯，這是由于谷子在此期間莖葉發(fā)育十分明顯，進而導(dǎo)致葉面積增長迅速，因此葉面積指數(shù)也增長迅速；抽穗期到灌漿成熟期由于谷子生長發(fā)育的重心從莖、葉、根系轉(zhuǎn)移到谷穗部分，從而使葉片生長發(fā)育緩慢甚至停止發(fā)育生長，致使葉面積指數(shù)增長十分緩慢。另外，谷子生育后期由于植株下方部分葉片干枯變黃以及作物體內(nèi)水分減少，使末梢葉片水分更少，葉片張力相應(yīng)減少［15］，導(dǎo)致葉面積指數(shù)下降［16］。葉面積指數(shù)并不是越大越好，若葉面積指數(shù)過小會導(dǎo)致光合作用等植物生理活動能力變?nèi)酢⒏晌镔|(zhì)累積能力變?nèi)酢a(chǎn)量變低；反之，若葉面積指數(shù)過大，也會導(dǎo)致光合作用等生理活動能力變?nèi)酰a(chǎn)量變低。根據(jù)潘永霞［16］的研究結(jié)果，得出谷子葉面積指數(shù)以6左右為宜，灌漿成熟期的葉面積指數(shù)為6.96。

圖3為不用灌溉定額與灌水次數(shù)處理下谷子葉面積指數(shù)的變化規(guī)律。不同處理葉面積指數(shù)整體呈現(xiàn)增加的趨勢，J90、Q110、B110、J110、B130、J130與B150處理抽穗期到灌漿成熟期葉面積指數(shù)出現(xiàn)負(fù)增長。這驗證了谷子生育后期由于植株下方部分葉片干枯變黃，作物體內(nèi)水分減少，末梢葉片水分更少，葉片張力相應(yīng)減小，導(dǎo)致葉面積指數(shù)下降的結(jié)論。根據(jù)谷子最佳葉面積指數(shù)應(yīng)在6左右，B110、B130、B150處理灌漿成熟期的葉面積指數(shù)是合理的。

2.3不同灌溉制度下谷草、谷子產(chǎn)量與葉面積指數(shù)的變化

每個試驗處理選取3個1.0 m×2.5 m樣方，樣方內(nèi)全部收割，測量谷子與谷草產(chǎn)量，并計算平均值，具體見表3。

由表3可知，J110、Q130、B130、J130、Q150、B150、J150處理平均谷草產(chǎn)量超過6 000 kg/hm2、平均谷子產(chǎn)量超過6 750 kg/hm2，屬于高產(chǎn)灌溉制度。在高產(chǎn)灌溉制度下，平均谷子產(chǎn)量隨著葉面積指數(shù)的增加而先減少后增加。

3結(jié)論

通過對大田試驗測得的葉面積原始數(shù)據(jù)進行整理、分析與總結(jié)，得出以下結(jié)論：

（1）通過模擬計算出谷子不同生育時期葉面積折算系數(shù)，拔節(jié)分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗期和灌漿成熟期的葉面積折算系數(shù)分別為1.42、1.50、1.53和1.50。經(jīng)過驗證，4個時期的葉面積指數(shù)是合適的，決定系數(shù)R2分別為0.997、0.991、0.986和0.990，納什效率系數(shù)Ef分別為0.992、0.989、0.979和0.984。

（2）不同生育時期全試驗區(qū)谷子的葉面積指數(shù)隨著時間的推移呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，且增長率逐漸減小。谷子的最佳葉面積指數(shù)應(yīng)在6左右，灌漿成熟期的葉面積指數(shù)為6.96。

（3）不同灌溉制度下谷子葉面積指數(shù)整體呈現(xiàn)增加的趨勢。J90、Q110、B110、J110、B130、J130和B150處理葉面積指數(shù)在生育后期出現(xiàn)負(fù)增長。通過比較可知，B110、B130、B150處理灌漿成熟期葉面積指數(shù)是合理的。

（4）J110、Q130、B130、J130、Q150、B150、J150屬于高產(chǎn)灌溉制度，平均谷子產(chǎn)量隨著葉面積指數(shù)的增加呈先減少后增加的趨勢。

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