作物杂志, 2022, 38(4): 172-178 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2022.04.024

生理生化·植物营养·栽培耕作

播距和播量对张杂谷10号生长特性及产量的影响

马珂,1, 冯雷2, 赵夏童1, 张丽光1, 原向阳,1, 董淑琦1, 郭平毅1, 宋喜娥1

1山西农业大学农学院,030801,山西晋中

2山西吕梁方山县农业农村局,033100,山西吕梁

Effects of Sowing Distance and Sowing Amount on the Growth Characteristics and Yield of Zhangzagu 10

Ma Ke,1, Feng Lei2, Zhao Xiatong1, Zhang Liguang1, Yuan Xiangyang,1, Dong Shuqi1, Guo Pingyi1, Song Xi’e1

1College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Jinzhong 030801, Shanxi, China

2Agriculture and Rural Bureau of Fangshan County, Lüliang 033100, Shanxi, China

通讯作者: 原向阳,研究方向为现代杂粮(谷子)生产,E-mail: yuanxiangyang200@163.com

收稿日期: 2021-05-30   修回日期: 2021-07-28   网络出版日期: 2022-04-21

基金资助: 国家现代农业产业技术体系(CARS-06-13.5-A28)
山西省重点研发项目(2015-TN-09)
山西农业大学青年拔尖创新人才支持计划(TYIT201406)

Received: 2021-05-30   Revised: 2021-07-28   Online: 2022-04-21

作者简介 About authors

马珂,研究方向为现代杂粮(谷子)生产,E-mail: 15535484140@163.com

摘要

为提高丘陵山地谷子机械化播种水平,明确机械精量播种模式下播距和播量对张杂谷10号生长特性及产量的影响,通过自走式多功能小粒种子播种机JAS-502B播种,研究不同播种参数对张杂谷10号生长发育和产量的影响。结果表明,随着播距减小和播量增大,谷子株高、叶绿素b含量、胞间CO2浓度、最大光化学量子产量和结穗数明显升高,茎粗、叶面积、干重、叶绿素a含量、类胡萝卜素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、表观光合电子传递速率、硝酸还原酶活性、可溶性蛋白含量和穗粒重明显降低,叶绿素(a+b)含量、非光化学猝灭系数和光化学猝灭系数无显著差异。在本试验条件下,使用F轮和X轮播种均可提高张杂谷10号产量,使用YJ轮播种谷子产量较低。不同播距条件下谷子产量差异不显著,张杂谷10号是通过分蘖数来调节穗数,实现低密度条件下的增产。

关键词: 谷子; 张杂谷10号; 机械精量播种; 气体交换参数; 叶绿素荧光参数; 产量

Abstract

In order to increase the degree of robotic precision seeding of foxtail millet in mountainous terrain, the effects of sowing distance and sowing amount on the growth characteristics and yield of Zhangzagu 10 was investigated. The growth characteristics and yield of Zhangzagu 10 under various sowing settings were studied using the seed planter JAS-502B. The results showed that with the decrease of the sowing distance and the increase of the sowing rate, the plant height, chlorophyll b content, Ci, Fv/Fm, and number of ears of foxtail millet increased obviously, the stem diameter, leaf area, dry weight, chlorophyll a content, carotenoids content, Pn, Tr, Gs, ETR, nitrate reductase activity, soluble protein content and grain weight were reduced, chlorophyll (a+b) content, NPQ and qP had no significant difference. Under the experimental conditions, sowing through the F and X wheels, the yield of Zhangzagu 10 was increased, while it was decreased by seeding through YJ wheels. There was no significant difference in the yield of Zhangzagu 10 under different sowing distance. The number of spikes was adjusted by the number of tillers, which increased the yield of Zhangzagu 10 under low density conditions.

Keywords: Foxtail millet; Zhangzagu 10; Mechanical precision seeding; Gas exchange parameters; Chlorophyll fluorescence parameters; Yield

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本文引用格式

马珂, 冯雷, 赵夏童, 张丽光, 原向阳, 董淑琦, 郭平毅, 宋喜娥. 播距和播量对张杂谷10号生长特性及产量的影响. 作物杂志, 2022, 38(4): 172-178 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2022.04.024

Ma Ke, Feng Lei, Zhao Xiatong, Zhang Liguang, Yuan Xiangyang, Dong Shuqi, Guo Pingyi, Song Xi’e. Effects of Sowing Distance and Sowing Amount on the Growth Characteristics and Yield of Zhangzagu 10. Crops, 2022, 38(4): 172-178 doi:10.16035/j.issn.1001-7283.2022.04.024

密度是调控产量的重要栽培因子,通过控制种植密度可以改善作物株型结构,构建合理群体,提高光能利用率及土壤养分运转速率,实现作物增产[1]。在稀植条件下,作物的株高降低,茎粗增加[2-3],根系发育增强,分蘖数增加[4],光合能力及叶绿素含量提升[5],单株对土壤水分和氮、磷、钾等养分的吸收能力增强[6],籽粒充实度提高[4],但是群体结穗数减少,产量降低[7]。随着留苗密度的增加,叶片对光能的利用能力下降[8-9],茎秆抗倒伏性能降低[10-11],穗重、穗粒重和千粒重减小[12-13]。合理密植一定程度上可以增加作物深层土壤根系量[14],增加结穗数,弥补单株产量的下降,进而实现增产[15]

谷子[Setaria italica (L.) P. Beauv.]是一种粮饲兼用作物,在干旱、半干旱的丘陵山区广泛种植,播种方式以传统的人畜力耧播为主,存在播种效率低、保苗难、间苗费时费工费力等问题[16]。畅灼卓等[17]研究表明,晋谷21号采用行距33.30cm、株距10.00cm、每穴播种2~3粒,出苗均匀,密度适中,产量高,可实现少间苗或免间苗。张杂谷10号产量高、品质好,可以通过分蘖来调节种群密度,减弱种植密度对谷子产量的影响。贾淑贤等[18]指出,张杂谷10号旱地留苗数以12万~18万株/hm2为宜,而水浇地以18万~22.5万株/hm2为宜;罗健等[19]在陕西延安旱地试验中发现,18万株/hm2种植密度下张杂谷10号产量最高;而吐尼沙古·热衣木[20]发现,新疆人工播种张杂谷10号的最佳种植密度为13.5万株/hm2。可见,不同气候、土壤条件以及播种方式对于张杂谷10号的种植密度有不同的要求。

前人[18-20]在研究密度对谷子生长特性的影响时,往往通过人工间苗来控制留苗密度。本试验通过调节自走式多功能小粒种子播种机JAS-502B的播距和播量来控制密度,以张杂谷10号为材料,研究不同播距和播量对谷子农艺性状、光合色素含量、气体交换参数、叶绿素荧光参数、氮代谢特性及产量的影响,为丘陵山地谷子机械化精量播种提供理论依据及技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2013年5-9月在山西省晋中市太谷县山西农业大学农作站(112°28′~113°01′ E,37°12′~37°03′ N)进行。谷子生育期内降雨量451.00mm,平均气温22.06℃。试验地土壤为褐土,肥力中等,播前施底肥纯N 207.00kg/hm2、P2O5 96.00kg/hm2、K2O 139.50kg/hm2

1.2 试验材料

供试谷子品种为张杂谷10号,由河北省张家口市农业科学院选育而成。

1.3 试验设计

采用山西农业大学和韩国(株)张自动化有限公司联合研发的自走式多功能小粒种子播种机JAS-502B播种,行距33.30cm,播深3.00cm。采用随机完全区组设计(表1),设播距7、10和13cm 3个水平,通过F、X和YJ 3个播种轮分别设置3个播量(3~4、2~3和1~2粒/穴)水平,其中F播种轮的凹槽外径5mm,深度2.50mm,圆形;X播种轮的凹槽外径4mm,深度2.0mm,圆形;YJ播种轮的凹槽外径5mm,深度1.8mm,“V”形。共9个处理,每个处理重复3次,每个小区面积30m2(10m×3m)。播前试验田统一灌水、旋耕、施肥并划分小区,待谷子出苗稳定后进行出苗数的调查,出苗以谷子露出第1叶且距地面1cm为标准。谷子生育期内统一进行田间管理,人工除草并对病、虫、草害实施综合防治,成熟期安装驱鸟设备。

表1   试验处理

Table 1  Experimental treatments

处理
Treatment
播量(粒/穴)
Seeding rate
(grain/hole)
播距
Seeding
distance (cm)
出苗数(万株/hm2
Emergency number
(×104/hm2)
F-73~4740.020
F-103~41025.020
F-133~41319.680
X-72~3717.010
X-102~31012.000
X-132~31311.010
YJ-71~279.345
YJ-101~2107.335
YJ-131~2136.675

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1.4 测定项目与方法

在拔节期,各小区随机选取3株谷子,测定其农艺性状、气体交换参数和叶绿素荧光参数,并取样测定光合色素含量、硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量。

1.4.1 农艺性状

选取生长一致的谷子,用卷尺测量植株的株高(抽穗前测定植株基部到旗叶的高度,抽穗后测定植株基部到穗顶端的高度)、倒2叶的叶长和叶宽(叶面积=叶长×叶宽×0.76),用游标卡尺测定其茎粗。将谷子放入烘箱中,先用105℃杀青30min,然后用80℃烘干6h,取出后用万分之一天平称取整株干重。

1.4.2 光合色素含量

参照文献[21],采用96%的乙醇浸提法测定光合色素含量。

1.4.3 气体交换参数

选择晴朗无云的天气,于上午9:00-11:00用CI-340光合测定仪测定气体交换参数。在各小区随机选取3株生长一致且受光方向一致、叶位相同且完全展开的倒2叶,测定其净光合速率(Pn)、胞间CO2浓度(Ci)、蒸腾速率(Tr)和气孔导度(Gs),测定时光强为900±50µmol/(m2·s),环境温度为28℃±2℃,CO2浓度为380±50μmol/mol。

1.4.4 叶绿素荧光参数

于20:30后,使用便携式叶绿素荧光仪PAM-2500(WALZ公司,德国)测定叶绿素荧光慢速动力学曲线。在各个小区随机选取3株谷子植株的倒2叶,测定其最大光化学量子产量(Fv/Fm)、表观光合电子传递速率(ETR)、光化学猝灭系数(qP)和非光化学猝灭系数(NPQ)。

1.4.5 硝酸还原酶活性

参照文献[22],采用磺胺比色法测定硝酸还原酶活性。

1.4.6 可溶性蛋白含量

参照文献[23],采用考马斯亮蓝G-250染色法测定可溶性蛋白含量。

1.4.7 产量及其构成因素

谷子成熟后,各小区内测定2m2(2m×1m)的穗数和穗粒重,计算理论产量。

1.5 数据处理

使用Excel 2010软件进行数据统计,使用DPS 6.50软件处理试验数据。采用Duncan新复极差法进行比较。

2 结果与分析

2.1 播距和播量对谷子农艺性状的影响

图1可知,张杂谷10号的株高随着播量的增加而升高,随着播距的增加而降低;而茎粗、叶面积和干重随着播量的增加而降低,随着播距的增加而升高。单一播距或播量对谷子茎粗和叶面积的影响不显著,但播距、播量组合对其有显著影响。F-7处理时谷子株高最高,较YJ-13处理显著增加了29.59%,而茎粗、叶面积和干重最低,分别较YJ-13处理显著降低了17.76%、18.87%和41.08%。

图1

图1   播距和播量对张杂谷10号农艺性状的影响

不同小写字母表示各处理在0.05水平差异显著,下同

Fig.1   Effects of seeding distance and seeding rate on the agronomic traits of Zhangzagu 10

The different lowercase letters indicate significant difference among the treatments at 0.05 level, the same below


2.2 播距和播量对谷子光合特性的影响

2.2.1 对光合色素含量的影响

表2可知,随着播距的增大和播量的减小,张杂谷10号的叶绿素a(Chla)和类胡萝卜素(Car)含量升高,而叶绿素b(Chlb)含量降低。在各播量水平下,播距对Chla含量的影响均不显著;YJ-13处理时Chla含量最高,分别较X-7、F-13、F-10和F-7处理显著升高12.57%、15.34%、16.05%和16.67%。播量一定,用F轮播种时,谷子叶片的Chlb含量在F-7处理时分别较F-10和F-13处理显著升高22.92%和25.53%,用X轮和YJ轮播种时各播距水平下Chlb含量差异不显著。播距为7cm时,F轮和X轮的播量水平下谷子叶片的Chlb含量有显著差异。YJ-13处理时张杂谷10号Car含量最高,分别较F-10和F-7显著升高11.76%和18.75%;同一播量水平下,F-13处理的Car含量较F-7处理显著升高了12.50%;同一播距水平(7和10cm)下,F轮处理的Car含量显著低于X轮和YJ轮。谷子叶片的Chl(a+b)含量在各处理间差异均不显著。

表2   播距和播量对张杂谷10号倒2叶光合色素含量的影响

Table 2  Effects of seeding distance and seeding rate on photosynthetic pigment content of the 2nd leaf from top of Zhangzagu 10 mg/g

处理
Treatment
ChlaChlb类胡萝卜素
Carotenoid
Chl(a+b)
F-71.61±0.10b0.59±0.05a0.32±0.01c2.20±0.15a
F-101.62±0.02b0.48±0.15b0.34±0.03bc2.10±0.17a
F-131.63±0.16b0.47±0.07bc0.36±0.02ab2.10±0.23a
X-71.67±0.18b0.45±0.09bcd0.36±0.02ab2.12±0.27a
X-101.74±0.03ab0.40±0.01bcd0.36±0.01ab2.14±0.04a
X-131.74±0.20ab0.39±0.06bcd0.37±0.02a2.13±0.26a
YJ-71.80±0.19ab0.38±0.07cd0.37±0.01a2.18±0.26a
YJ-101.87±0.26a0.37±0.06d0.37±0.01a2.24±0.30a
YJ-131.88±0.14a0.37±0.03d0.38±0.02a2.25±0.16a

不同小写字母表示各处理在0.05水平差异显著,下同

The different lowercase letters indicate significant difference among the treatments at 0.05 level, the same below

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2.2.2 对气体交换参数的影响

图2中,播量一定时,谷子叶片的PnTrGs随着播距的增加而升高,而Ci随着播距的增加而降低;播距一定,随着播量的增加,谷子叶片的PnTrGs降低,而Ci升高。在各播量水平下,播距对张杂谷10号PnTr的影响不显著,YJ-7处理的Gs分别较YJ-10和YJ-13处理显著降低6.93%和7.90%,而F-7处理的Ci分别较F10和F13显著提高12.03%和16.10%,YJ-7处理的Ci分别较YJ-10和YJ-13显著提高6.24%和7.58%。在各播距水平下,播量对张杂谷10号的PnCiGs存在显著影响,F轮处理的PnGs均显著低于YJ轮,而Ci显著高于YJ轮;YJ-13处理时谷子叶片的Tr达到最高,较F-7处理显著升高28.62%。

图2

图2   播距和播量对张杂谷10号倒2叶气体交换参数的影响

Fig.2   Effects of seeding distance and seeding rate on photosynthetic characteristics at the 2nd leaf from top of Zhangzagu 10


2.2.3 对叶绿素荧光参数的影响

表3可知,张杂谷10号的Fv/Fm随着播距的增大而减小,随着播量的增大而增大;而ETR随着播距的增大而增大,随着播量的增大而减小;播距和播量组合处理对于谷子叶片的NPQ和qP影响均不显著。F-7处理时,谷子的Fv/Fm达到最高,分别较X-7、YJ-10和YJ-13处理显著升高1.47%、2.57%和3.13%。单一的播距或播量处理对张杂谷10号的ETR影响均不显著,而播距、播量组合处理显著影响了谷子的ETR,YJ-13处理时谷子ETR最高,分别较F-7和F-10处理显著升高了45.45%和35.85%。

表3   播距和播量对张杂谷10号倒2叶叶绿素荧光参数的影响

Table 3  Effects of seeding distance and seeding rate on chlorophyll fluorescence parameters of the 2nd leaf from top of Zhangzagu 10

处理TreatmentFv/FmETR [μmol/(m2·s)]NPQqP
F-70.757±0.005a33.000±7.550c0.517±0.026a0.873±0.152a
F-100.748±0.013ab35.333±3.786bc0.517±0.295a0.893±0.054a
F-130.747±0.015ab39.000±13.229abc0.442±0.129a0.902±0.069a
X-70.746±0.007b41.333±6.429abc0.450±0.131a0.910±0.034a
X-100.745±0.018ab42.333±0.577abc0.451±0.066a0.893±0.080a
X-130.743±0.006ab43.000±6.000abc0.446±0.333a0.900±0.024a
YJ-70.738±0.005ab43.333±5.508abc0.386±0.205a0.880±0.035a
YJ-100.738±0.007b45.333±1.528ab0.391±0.235a0.840±0.057a
YJ-130.734±0.011b48.000±4.359a0.416±0.110a0.781±0.194a

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2.3 播距和播量对谷子硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量的影响

图3可知,张杂谷10号的硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量随着播距的增大而增大,随着播量的增大而减小。同一播量水平下,F-7处理的硝酸还原酶活性分别较F-10和F-13处理显著降低13.19%和13.94%,而YJ-13处理的硝酸还原酶活性分别较YJ-7和YJ-10处理显著升高16.41%和18.13%;同一播距水平下,YJ轮处理的硝酸还原酶活性均显著高于F轮和X轮处理。单一播距处理对张杂谷10号的可溶性蛋白含量影响不显著,同一播距水平下,YJ-13处理较F-13处理显著升高73.68%。

图3

图3   播距和播量对张杂谷10号氮代谢特性的影响

Fig.3   Effects of seeding distance and seeding rate on nitrogen metabolism characteristics of Zhangzagu 10


2.4 播距和播量对谷子产量的影响

表4可知,张杂谷10号的结穗数随着播距的增大而降低,随着播量的增大而升高;穗粒重随着播距的增大而升高,随着播量的增大而降低;产量表现为F-7>F-13>F-10>X-10>X-7>X-13>YJ-7>YJ-10>YJ-13。同一播距水平下,不同播量处理间谷子结穗数差异显著;在同一播量水平下,X-7处理较X-13处理显著升高14.04%。不同的播距和播量组合处理对张杂谷10号的穗粒重均有显著差异,YJ-13处理的穗粒重最高,而F-7处理的穗粒重最低。谷子的产量受播距影响不显著,但受播量影响显著,YJ轮处理的谷子产量显著低于F轮和X轮。

表4   播距和播量对张杂谷10号产量的影响

Table 4  Effects of seeding distance and seeding rate on the yield of Zhangzagu 10

处理Treatment结穗数(穗/hm2)Amount of spikes (spike/hm2)穗粒重Grain weight per spike (g)产量Yield (kg/hm2)
F-7395 019.75±8 660.70a20.26±1.57h7994.55±496.95a
F-10375 018.75±15 000.75a20.57±1.59h7729.20±904.20a
F-13365 018.25±8 660.70a21.68±1.64g7906.20±472.50a
X-7325 016.25±37 751.10b23.06±1.72f7512.15±1 182.75a
X-10315 015.75±30 001.50bc24.04±1.77e7548.00±542.10a
X-13285 014.25±15 000.75c25.06±1.82d7160.55±895.80a
YJ-7230 011.50±22 914.00d26.57±1.90c6141.00±1 061.55b
YJ-10210 010.50±30 001.50d28.89±2.03b6106.50±1 295.70b
YJ-13195 009.75±15 000.75d30.73±2.13a5998.95±678.15b

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3 讨论

拔节期是作物个体株型结构形成的关键时期,该生育期株型的好坏不仅影响作物对光能的利用,而且影响抽穗后群体质量和个体株型的优劣。谷子在拔节期生长最旺盛、干物质积累最快,营养生长和生殖生长并进[24],因此可以通过拔节期谷子生长特性来判断谷子单株的生长发育情况。在本研究中,随着播距的增大和播量的减小,谷子出苗数减少、密度降低,植株茎粗、叶面积和干重升高而株高降低,可能是因为低密度下谷子中下部光照强度增加,细胞伸长量减小,而较高的种植密度下,谷子通过茎秆纵向伸长来获得更多的光照。

光合作用是植物生长发育的基础,也是作物制造养料的主要生理生化过程。光合色素具有吸收和传递光能以及防护叶绿体免受多余光照伤害的作用[25],聚光色素分子(大部分Chla、全部的Chlb和Car)捕获光能后传递给邻近的色素分子,最终传递给反应中心色素(少数Chla分子)进行光化学反应,Car则保护叶绿素分子免遭光氧化损伤[26]。前人研究表明,玉米[27]、高粱[28]和马铃薯[29]功能叶的Chl含量随着种植密度的增大而降低。Ren等[30]研究发现,随着种植密度的增加,玉米的Chla和Chlb含量先降低后升高,Car含量显著升高。本研究结果显示,不同的播距和播量对谷子叶绿素含量均有较为显著的影响,随着种植密度的增大,谷子的Chla和Car含量降低,Chlb含量升高,而Chl(a+b)含量无显著变化。可见,在高密度的种植条件下,谷子需要通过合成更多的Chlb来弥补植株间相互遮挡造成光能利用效率的降低;但由于聚光色素捕获光能的减少,谷子反应中心色素的合成也相应减少;同时,Car含量的降低使谷子叶片吸收更多的散射光,保证弱光下相对较高的光合能力[24]

气体交换参数可以反映光合作用的“表观性”,而叶绿素荧光参数则反映光系统Ⅱ(PSⅡ)功能对环境条件的响应[31]。在本研究中,较高的种植密度使谷子的光合作用受到抑制,PnTrGs和ETR显著降低,而Fv/FmCi显著升高,说明由于光能的不足,谷子叶肉细胞对CO2的同化能力降低,光合电子传递速率降低,但PSⅡ复合体并未受到损伤,若给植株补充足够的光能仍能恢复较高的光合速率,保证植株正常生长。前人研究表明,随着种植密度的增加,高粱[28]和玉米[30]Pn显著降低,与本研究结果一致;荞麦[12]PnGsTr和气孔限制值(Ls)减小,小麦[32]和黑麦[33]Fv/Fm降低,与本研究结果不同,可能与密度梯度的设置以及作物种类的不同有关。畅灼卓等[17]研究表明,晋谷21号的qP均随着种植密度的增大而减小,NPQ则呈现相反趋势。在本研究中,张杂谷10号的qP和NPQ在各处理间差异均不显著,进一步说明了谷子光化学活性没有受到种植密度的影响。

硝酸还原酶是NO3-同化过程中的第1个关键酶,可以参与植物的光合作用[34];大多数可溶性蛋白参与光合酶的代谢,与光合作用相关;因此可以用硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量反映植物叶片的光合能力[35]。孙常青等[36]研究发现,随着种植密度的增大,谷子叶片的硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量呈先升高后降低的趋势;卢霖等[37]研究表明,玉米穗位叶的硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量随着种植密度的增加而显著下降。在本研究中,张杂谷10号的硝酸还原酶活性和可溶性蛋白含量在高种植密度下显著降低,可能是因为随着种植密度的增大,谷子叶片相互遮挡,导致群体内光强减弱,光合效率下降,同时群体生长量增大,可供单株吸收的硝态氮量减少,单株干物质积累量减少。

合理密植是增加作物产量的重要措施之一,但种植密度过大会导致植株间强烈的竞争,通风透光条件下降,光合作用和群体内气体交换减弱,干物质积累量和籽粒产量降低[13,17,33]。畅灼卓等[17]研究表明,随着种植密度的增加,晋谷21号的产量呈先升高后降低的趋势;黄学芳等[38]研究表明,张杂谷5号密度在4.75万~11.97万株/hm2范围内产量呈线性方式增加,而在13.56万~47.25万株/hm2范围内时,产量在一个窄幅平台内波动。本研究中,播距的减小和播量的增大均使谷子的出苗数增加、结穗数增多、穗粒重下降,但是F-7处理的结穗数少于出苗数,可见种植密度过大时部分植株未成穗。随着种植密度的增大,张杂谷10号的穗粒重显著降低,可能是因为植株光合能力下降,干物质积累量减少,籽粒灌浆能力减弱。F轮和X轮在各播距处理下产量差异均不显著,但较YJ轮显著升高,表明当用YJ轮播种时,张杂谷10号的产量才会显著降低。综上所述,张杂谷10号在较低的种植密度下生长发育好、单株产量高,但成穗数少、群体产量低;而当种植密度过大时,植株分蘖能力下降、单株产量降低,虽未造成显著的减产但播种成本大大提高;适宜的种植密度下,张杂谷10号可以通过分蘖来调节穗数,实现增产。

4 结论

使用F轮和X轮在7~13cm播距范围内播种,张杂谷10号可以获得较高产量,使用YJ轮播种产量较低。

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播期播量对旱地小麦土壤水分消耗和植株氮素运转的影响

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为解决旱地小麦等雨播种的生产现状,明确播量对土壤水分利用和产量形成的调控机制,于2015—2017年在山西闻喜试验基地开展大田试验,以早播(9月20日,EB)、晚播(10月10日,LB)两个播期为主区,以低密度(67.5 kg·hm<sup>-2</sup>,LD)、中密度 (90 kg·hm<sup>-2</sup>,MD)、高密度(112.5 kg·hm<sup>-2</sup>,HD)3个播量为副区,研究播期播量对旱地小麦土壤水分消耗和植株氮素运转的影响.结果表明: 早播较晚播生育期土壤总耗水量增加11~22 mm;随播种密度的增加,生育期土壤总耗水量增加2~20 mm,且早播条件下,花前土壤耗水量增加,晚播条件下,花后土壤耗水量显著增加.早播较晚播在低、中密度条件下花前氮素运转量、花后氮素积累量增加,高密度条件下降低.早播条件下,花前氮素运转量,茎秆+叶鞘、穗轴+颖壳花前氮素运转量对籽粒的贡献率以及花后氮素积累量均以低密度条件下最高;晚播条件下,花前氮素运转量和花后氮素积累量随播种密度增加而增加.早播较晚播产量显著提高163~996 kg·hm<sup>-2</sup>,提高幅度达5%~26%,水分利用效率提高幅度达2%~21%,氮素吸收效率提高幅度达3%~36%,氮素收获指数提高幅度最高达11%.早播条件下产量、水分利用效率、氮素吸收效率、氮素收获指数以低密度条件下最高;晚播条件下以高密度条件下最高.此外,花前氮素运转量与花前100~200 cm土壤耗水量显著相关,尤其是茎秆+叶鞘、穗轴+颖壳;花后植株氮素积累量与花后100~300 cm土壤耗水量呈显著相关.总之,旱地小麦9月20日配套播量67.5 kg·hm<sup>-2</sup>、10月10日配套播量112.5 kg·hm<sup>-2</sup>有利于增产增效.

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种植密度对不同株高夏玉米品种茎秆性状与抗倒伏能力的影响

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倒伏是影响夏玉米在密植条件下获得高产的重要限制因素之一,本研究旨在探讨种植密度对不同株高夏玉米品种茎秆性状与抗倒伏能力的影响。以矮秆品种登海661 (DH661)和高秆品种鲁单981 (LD981)为试验材料,通过设置4.50&times;10<sup>4</sup>株 hm<sup>-2</sup>、6.75&times;10<sup>4</sup>株 hm<sup>-2</sup>和9.00&times;10<sup>4</sup>株 hm<sup>-2</sup> 3个种植密度,研究茎秆节间长度、茎秆穿刺强度、茎秆显微结构以及倒伏率等方面的变化。结果表明,随种植密度增加,夏玉米的基部第3茎节间和穗位节间变细,茎秆穿刺强度显著下降,较密度4.50万株 hm<sup>-2</sup>,DH661和LD981 6.75万株 hm<sup>-2</sup>、9.00万株 hm<sup>-2</sup>地上第3节间茎秆穿刺强度分别降低了8.5%、22.6%和13.3%、29.6%;茎秆皮层和维管束内部厚壁细胞厚度及维管束数目均随种植密度的增加显著下降,倒伏风险增加,但矮秆品种的下降幅度小于高秆品种,而产量的增加幅度大于高秆品种,说明矮秆品种在高密度下能够保持较好的抗倒伏性能,有助于其在高密度种植条件下获得高产、稳产。

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以辽宁稻区3种穗型粳稻及杂交稻为试材,研究了不同株行距配置对齐穗期粳稻光截获能力、群体内部光分布特征和光转化效率以及产量构成的调控作用.结果表明:与光能截获密切相关的叶面积指数随着密度减小而先降低后升高.一天之内消光系数(K)的变化同样表现为先降低后升高,而不同株行距配置间K值随着种植密度的增加而增大.产量与各冠层消光系数、上部3叶叶倾角呈正相关.在光能利用率方面,产量与剑叶气孔导度、胞间CO<sub>2</sub>浓度、蒸腾速率均呈正相关.在高密度(15 cm&times;25 cm)和低密度(20 cm&times;30 cm和20 cm&times;35 cm)株行距配置下,水稻分别可以提高光截获能力和光转化效率,却分别受到倒伏和单位面积穗数的限制而无法获得高产稳产.株行距为15 cm&times;30 cm和 20 cm&times;25 cm配置下,可以确保足够穗数,优化冠层结构并降低倒伏风险,为高产优质提供保障.

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为探究条带深松耕作(SS)对密植玉米群体根系空间分布与容纳量的调节效应,本试验设置3个种植密度(低密:4.50万株 hm<sup>-2</sup>、中密:6.75万株 hm<sup>-2</sup>、高密:9.00万株 hm<sup>-2</sup>),以土壤免耕(NT)为对照,利用小立方原位根土取样器,通过&ldquo;3D monolith&rdquo;根系空间取样方法,比较研究玉米个体与群体根系的空间分布对种植密度与土壤耕作方式的响应。结果表明,单株根长受种植密度影响显著,在0~50 cm土层中(每10 cm为一土层),高密种植的单株根长较低密种植减少110.31、43.18、15.73、10.49和17.45 m;在高密种植条件下,与土壤免耕比,条带深松耕作增加20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm土层中的单株根长13.32%、19.80%、47.20%;单株根干重与单株根长的变化一致。种植密度对群体总根长的影响不显著,却显著影响群体根系的空间分布。与低密种植比,高密种植的植株中心根长密度在0~10 cm、10~20 cm土层中分别降低3.82 cm cm<sup>-3</sup>、0.62 cm cm<sup>-3</sup>,但植株之间的根长密度在0~10 cm、10~20 cm、20~30 cm、30~40 cm土层中分别增加1.13 cm cm<sup>-3</sup>、0.18 cm cm<sup>-3</sup>、0.06 cm cm<sup>-3</sup>、0.05 cm cm<sup>-3</sup>;在高密种植条件下对土壤进行条带深松耕作,与土壤免耕比,植株中心的根长密度在0~10 cm土层中降低16.10%,在10~20 cm、20~30 cm土层中却分别增加47.45%和13.37%,植株之间的根长密度在20~30 cm、30~40 cm、40~50 cm土层中分别增加50.26%、30.72%和106.15%;条带深松耕作显著提高密植玉米群体下层根系的容纳量。高密条件下条带深松耕作增加了群体根干重、深层根系量、植株间根系分布及根表面积,进而增加了地上部群体叶面积指数及地上部干重,最终促进产量显著提高。说明密植群体通过条带深松耕作改善了群体的根系空间分布,减弱了上层根系的拥挤,通过增加深层土壤根系量及植株之间根系量增加了群体根系容纳量,发挥了密植群体根系功能,实现了密植群体的高产。

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为阐述拔节期弱光胁迫降低谷子产量的光合生理机制,以张杂谷5号和晋谷21号为研究对象,在拔节期分别进行30%、60%和85%的遮阴处理15 d,以不遮阴作为对照,探究谷子叶片的光合色素含量、光合特性、叶绿素荧光参数及产量对其的响应规律。结果表明,遮阴处理降低了2个品种谷子叶片的光合色素含量、净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)、表观光合电子传递速率(ETR)、PS&#x02161;实际光化学量子产量(&#x003a6;PS&#x02161;)、光化学猝灭系数(qP)、非调节性能量耗散量子产量[Y(NO)]、穗长、穗重、穗粒重和产量,却显著提高了胞间CO<sub>2</sub>浓度(Ci)和调节性能量耗散量子产量[Y(NPQ)]。张杂谷5号的表观光合电子传递速率(ETR)、PS&#x02161;实际光化学量子产量(&#x003a6;PS&#x02161;)和产量在遮阴30%时显著下降,而晋谷21号在遮阴程度超过60%时才显著变化。总之,拔节期弱光胁迫下,谷子叶片的光合色素含量降低,捕捉利用光能的能力减弱,PS&#x02161;光化学活性降低,光合作用变弱,最终影响产量;张杂谷5号比晋谷21号对弱光胁迫更为敏感。本研究结果为拔节期通过改善谷子叶片的光合功能来增强抗弱光胁迫以达到稳产指明了方向,并为选育耐弱光胁迫谷子提供了依据。

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The functioning of the photosynthetic apparatus of cotton (Gossypium hirsutum) grown during the onset of water limitation was studied by gas-exchange and chlorophyll fluorescence to better understand the adaptation mechanisms of the photosynthetic apparatus to drought conditions. For this, cotton was grown in the field in Central Asia under well-irrigated and moderately drought-stressed conditions. The light and CO(2) responses of photosynthesis (A(G)), stomatal conductance (g(s)) and various chlorophyll fluorescence parameters were determined simultaneously. Furthermore, chlorophyll fluorescence images were taken from leaves to study the spatial pattern of photosystem II (PSII) efficiency and non-photochemical quenching parameters. Under low and moderate light intensity, the onset of drought stress caused an increase in the operating quantum efficiency of PSII photochemistry (varphi(PSII)) which indicated increased photorespiration since photosynthesis was hardly affected by water limitation. The increase in varphi(PSII) was caused by an increase of the efficiency of open PSII reaction centers (F(v)'/F(m)') and by a decrease of the basal non-photochemical quenching (varphi(NO)). Using a chlorophyll fluorescence imaging system a low spatial heterogeneity of varphi(PSII) was revealed under both irrigation treatments. The increased rate of photorespiration in plants during the onset of drought stress can be seen as an acclimation process to avoid an over-excitation of PSII under more severe drought conditions.

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In addition to light and water, CO(2) and mineral elements are required for plant growth and development. Among these factors, nitrogen is critical, since it is needed to synthesize amino acids, which are the building elements of protein, nucleotides, chlorophyll, and numerous other metabolites and cellular components. Therefore, nitrogen is required by plants in higher quantities and this investment in nitrogen supports the use of CO(2), water, and inorganic nitrogen to produce sugars, organic acids, and amino acids, the basic building blocks of biomass accumulation. This system is maintained by complex metabolic machinery, which is regulated at different levels according to environmental factors such as light, CO(2), and nutrient availability. Plants integrate these signals via a signaling network, which involves metabolites as well as nutrient-sensing proteins. Due to its importance, much research effort has been expended to understand how carbon and nitrogen metabolism are integrated and regulated according to the rates of photosynthesis, photorespiration, and respiration. Thus, in this article, we both discuss recent advances in carbon/nitrogen metabolisms as well as sensing and signaling systems in illuminated leaves of C3-plants and provide a perspective of the type of experiments that are now required in order to take our understanding to a higher level.

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为探讨乙矮合剂调控夏玉米氮素同化和防止后期早衰的生理机制,为建立华北夏玉米区密植高产稳产化学调控技术提供理论依据,2013&mdash;2014年在中国农业科学院新乡试验站,以中单909和浚单20为材料,设置乙矮合剂(ECK)和密度梯度处理,研究密度梯度对花后玉米穗位叶氮同化特征和早衰的影响,以及ECK的化学调控效应。结果表明,灌浆期(花后0~40 d),穗位叶硝酸还原酶(NR)活性和谷氨酰胺合成酶(GS)活性随密度增加而显著下降;灌浆后期(花后30~40 d),谷草转氨酶(GOT)和谷丙转氨酶(GPT)活性随种植密度增加而显著降低。穗位叶叶绿素相对含量、可溶性蛋白含量和游离氨基酸含量在灌浆中后期(花后20~40 d)随种植密度增加而显著降低;两品种产量在7.5万株 hm<sup>-2</sup>密度达最大值,7.5~10.5万株 hm<sup>-2</sup>密度群体产量下降,高密群体易发生早衰。ECK处理显著提高了各密度群体灌浆中后期(花后20~40 d)穗位叶NR活性、GS活性、游离氨基酸含量、可溶性蛋白含量和叶绿素含量;显著提高了高密群体(7.5~10.5万株 hm<sup>-2</sup>) GOT活性和GPT活性;较高密群体下(7.5~10.5万株 hm<sup>-2</sup>),中单909和浚单20较各自对照的增产幅度分别为5.59%~6.63%和6.73%~8.10%。ECK处理提高了高密群体夏玉米穗位叶片氮代谢关键酶活性及其产物含量,保证密植群体氮代谢正常进行,有效防止早衰及提高产量。综上所述,采用合理的种植密度并结合喷施乙矮合剂可作为华北夏玉米区高产栽培的重要技术措施。

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