王子豪，崔希東，郄志紅，吳鑫淼，李 曦，任曉磊

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)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(tǒng)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(nóng)業(yè)生產(chǎn)史上曾發(fā)揮過舉足輕重的作用，數(shù)千年來一直作為主栽作物培育了我國北方文明，被譽(yù)為中華民族的哺育作物。谷子具有節(jié)水抗旱、耐貧瘠、耐儲(chǔ)藏、水分利用效率高、適應(yīng)性廣、糧飼兼用等突出特點(diǎn)[2-4]，被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)未來水資源短缺的戰(zhàn)略貯備作物，建設(shè)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的生態(tài)作物以及人們膳食結(jié)構(gòu)調(diào)整、平衡營養(yǎng)的特色作物[5,6]。

隨著全球氣候的變化，干旱成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中經(jīng)常遇到的問題，是影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[7,8]。目前，干旱脅迫處理對(duì)作物生長、生理進(jìn)程及產(chǎn)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(guān)于谷子的研究主要集中在某一生育時(shí)期水分脅迫對(duì)谷子生理特性的影響等方面[12-14]。李會(huì)芬，裴帥帥等研究了萌發(fā)期干旱脅迫對(duì)谷子的影響，結(jié)果表明隨著干旱處理的增大，發(fā)芽率、平均發(fā)芽速度、活力指數(shù)、鮮重、根長、苗高呈現(xiàn)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(duì)谷子的株高、穗長、穗重和千粒重等農(nóng)藝性狀均產(chǎn)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(guān)系，得到了相似的結(jié)論[17,18]。但有關(guān)對(duì)不同灌水處理對(duì)飼用谷子的生長、產(chǎn)量的研究鮮有報(bào)道。因此，探討不同灌水處理對(duì)谷子生長、耗水及產(chǎn)量的影響，對(duì)華北低平原區(qū)谷子代替部分高耗水作物進(jìn)行種植，調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，篩選出適宜華北低平原區(qū)的飼用谷子品種具有重要意義。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)布置在河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)實(shí)驗(yàn)場，地理位置坐標(biāo)為38°85′N，115°48′E，海拔高度14.3 m。試驗(yàn)區(qū)屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。根據(jù)1981-2010年20年的氣象資料統(tǒng)計(jì)，試驗(yàn)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(shí)數(shù)2 673 h，多年平均無霜期185 d，多年平均蒸發(fā)量1 750 mm。供試土壤取自試驗(yàn)田內(nèi)0～20 cm土層，為粉砂土，土壤理化性質(zhì)見表1。

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

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與布置

試驗(yàn)通過灌溉控制盆內(nèi)土壤含水率的上、下限范圍，將分為4個(gè)處理，即田間持水量的75%～90%(T1)、60%～75%(T2)、45%～60%(T3)、30%～45%(T4)[19]，每個(gè)處理3次重復(fù)；試驗(yàn)所用飼用谷子品種分別為印度0906、飼草4號(hào)、c264、k3201。灌水根據(jù)土壤水分上下限控制，當(dāng)稱重重量達(dá)到目標(biāo)下限時(shí)灌水至目標(biāo)上限。灌水定額由下式計(jì)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(yàn)采用內(nèi)徑0.28 m，高度0.35 m的塑料花盆。試驗(yàn)用土取自試驗(yàn)田，經(jīng)自然風(fēng)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(jìn)行間苗，每盆留長勢均勻的飼用谷子幼苗7株，并開始進(jìn)行控水處理。在拔節(jié)～抽穗期，每盆中施加5 g復(fù)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(jìn)行遮雨。

1.3 測定內(nèi)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(jìn)行水分控制。

1.3.2 耗水量

采用水量平衡法計(jì)算不同灌水處理的飼用谷子的實(shí)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(yàn)采用盆栽控雨試驗(yàn)，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(biāo)

作物生長指標(biāo)包括株高、葉面積、植株鮮重和干物質(zhì)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(duì)葉片逐片進(jìn)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(jì)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(shí)，在距離地面2 cm處截取谷子的地上部鮮物質(zhì)，用電子天平稱重測定每株谷子的地上部鮮物質(zhì)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(zhì)重。將谷穗取下,使用卷尺測量穗長，使用游標(biāo)卡尺測量穗徑，使用電子天平測量單穗重。

1.3.4 產(chǎn) 量

待谷子成熟后，每盆中取3株，將谷穗取下進(jìn)行晾曬，然后剝粒，稱取每株谷子單穗粒重，取3個(gè)重復(fù)的平均值作為每個(gè)處理的單株產(chǎn)量，并從每穗中隨機(jī)數(shù)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(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS Statistics 18.0V進(jìn)行，用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理對(duì)盆栽飼用谷子株高的影響

表2是4個(gè)試驗(yàn)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(jié)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(shí)期，T1處理谷子株高最高，拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期株高均值為134.33、148.00、149.67 cm，相比同時(shí)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(dá)到極顯著水平。說明不同灌水處理在苗期及分蘗期對(duì)株高影響較小，在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期對(duì)株高影響較大，在拔節(jié)期尤其顯著。各個(gè)品種飼用谷子在拔節(jié)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(yán)重抑制了飼用谷子的正常生長。

表2 不同處理對(duì)盆栽飼用谷子株高的影響 cm

2.2 不同灌水處理對(duì)盆栽飼用谷子葉面積的影響

葉片是植物進(jìn)行光合作用，制造養(yǎng)料，進(jìn)行氣體交換和水分蒸騰的重要器官。適當(dāng)增加作物葉面積，對(duì)改善作物生長發(fā)育狀況，提高作物產(chǎn)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(jié)期增長緩慢，到抽穗期前后葉面積達(dá)到最大值，之后基本保持不變，進(jìn)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(duì)拔節(jié)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(yán)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(dá)到1 097.95 cm2，飼草4號(hào)葉面積最小，僅有671.49 cm2，相差達(dá)38.8%。

表3 不同灌水處理對(duì)盆栽谷子葉面積的影響 cm2

2.3 不同灌水處理對(duì)盆栽飼用谷子耗水量的影響

表4為根據(jù)水量平衡公式(3)計(jì)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(gè)品種不同灌水處理之間差異顯著，其中飼草4號(hào)全生育期耗水量最大，達(dá)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(dá)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(gè)品種間耗水量相差最大達(dá)到31.3%。

表4 不同灌水處理對(duì)盆栽谷子耗水量的影響 L/盆

2.4 不同灌水處理對(duì)盆栽飼用谷子產(chǎn)量和水分利用效率的影響

不同灌水處理對(duì)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(dá)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(gè)處理，僅達(dá)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(zhì)的積累，而T4處理不能滿足作物的需水要求，對(duì)谷子的生長產(chǎn)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(duì)飼用谷子的鮮重和干重有顯著影響。

表5 不同灌水處理對(duì)盆栽飼用谷子產(chǎn)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(gè)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(xiàn)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(jié)果顯示，T1、T2、T3間差異不顯著，且與T4間差異顯著。各個(gè)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(xiàn)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(jié)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(hào)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(chǎn)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(gè)品種，各水分處理的水分利用效率也優(yōu)于其他品種。

3 結(jié) 語

本試驗(yàn)結(jié)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(duì)谷子生長產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的水分脅迫，抑制了飼用谷子的生長。

(2)各個(gè)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(hào)全生育期耗水量最大，達(dá)到4.127～22.316 L/盆，k3201全生育期耗水量最小，達(dá)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(duì)盆栽飼用谷子的千粒重和單穗粒重影響顯著。4個(gè)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(hào)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(chǎn)量之間存在一定差異。其中，k3201的鮮重、干重、單穗粒重都優(yōu)于其他3個(gè)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(gè)品種更好，更適用于試驗(yàn)區(qū)區(qū)種植。