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不同种植模式对高粱晋糯3号产量和养分吸收的影响

来源: 作物杂志
阅读 53 | 0 | 2019-10-26 |

种植模式通过改变作物根系环境和群体结构,调控子粒产量和养分利用效率[1-2]。高粱[Sorghum bicolor(L.)Moench]是一种耐瘠薄、耐盐碱和抗旱的作物[3-5],建立合理种植模式是优化群体结构和提高高粱产量的重要途径之一[6]。我国饲用、酿造等产业的急剧发展带动高粱需求日益增长,导致国产高粱供不应求,全国高粱进口量占到全球高粱贸易量2/3[7];而在生产中新育高粱品种由于缺乏相应的配套栽培技术,影响了高粱品种固有的生产潜力[8],因而十分有必要研究和建立与高粱品种相配套的最佳种植模式,实现高粱品种的产量潜力。研究表明栽培模式调控高粱株形性状,例如调控株高、单株叶面积和叶面积指数等表观性状[9]。适宜的群体构型通过协调产量构成要素提升作物产量[6],例如千粒重随密度增加降低,但在适宜密度条件下通过增加单位面积穗数可提高高粱产量[10]。氮磷钾是作物生长的物质基础,栽培模式通过影响株形调控养分吸收利用,同时不同时期的养分吸收也影响产量形成[11-12]。开花后植株氮的吸收对高粱产量和子粒养分累积的提高非常关键[13-14]。晋糯3号是山西省农业科学院高粱研究所选育的高粱新品种,其平均株高167.8cm、穗长33.4cm,纺锤形穗,穗型中紧,属中秆大穗型,平均生育期120d,具有较为广泛的生态适应性。为了建立晋糯3号的最佳栽培模式,研究不同种植模式对晋糯3号产量及养分吸收利用的影响,为晋糯3号高效栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料及设计

2018年在山西省晋中市榆次区东阳镇山西省农业科学院试验基地进行试验。前茬作物玉米。供试土壤为沙壤土,土壤pH 8.10,电导率129.22μs/cm,有机质11.06g/kg,全氮0.95g/kg,有效磷9.29mg/kg,有效钾121.10mg/kg。试验设3个行距:30、50和60cm;每个行距设4个密度处理:4.5万株/hm2(D1)、7.5万株/hm2(D2)、10.5万株/hm2(D3)和13.5万株/hm2(D4),共12个处理,每处理3个重复,随机排列,小区面积5m×6m=30m2。5月10日播种,5月20日出苗,6月2日间苗,9月21日收获。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 生育期调查

分别在拔节期(7月2日)、开花期(7月31日)和灌浆期(8月27日)进行单株叶面积调查;在拔节期每个小区从长势均匀的植株中随机选取30株测量株高,取其平均值,确定并标记10株用于生育期定位调查;根据叶片长和宽计算单片叶面积,单株叶面积为植株所有单片叶面积之和。

1.2.2 产量测定及产量相关性状测定

收获时去除边行消除边际效应后,对每个小区单打单收进行测产:将穗子全部称量,并数穗数,根据所有穗重的平均值,挑出10穗均匀穗子称重,带回实验室风干考种,进行千粒重、单穗粒重和单穗粒数测定。

1.2.3 植株养分测定

在开花期和成熟期采集地上部,洗净,105℃杀青0.5h,65℃烘干,测定生物量,粉碎过筛测定植株氮磷钾养分。用浓H2SO4消煮,凯氏定氮仪测定植株氮含量;用浓HClO4和浓HNO3(比例1∶3)消煮,钒钼黄显色法、紫外可见分光光度计测定植株磷含量,火焰分光光度计测定植株钾含量[15]

1.2.4 相关参数计算方式

叶面积(cm2)=叶长(cm)×叶宽(cm)×0.75;

叶面积指数=单株叶面积(cm2)/10000×株数/植株所占土地面积(m2);

氮(磷、钾)累积量(kg/hm2)=生物量(kg/hm2)×植株氮(磷、钾)含量(%);

氮(磷、钾)收获指数(%)=子粒氮(磷、钾)养分累积量(kg/hm2)/地上部氮(磷、钾)养分总量(kg/hm2)×100[6,11,16]

采用MINITAB 15进行Two-Way ANOVA方差分析,不同处理间的差异显著性(P<0.05)采用q检验;用Microsoft Excel 2003作图。

2 结果与分析

2.1 种植模式对植株叶面积和叶面积指数的影响

拔节期和开花期,相同密度条件下行距影响单株叶面积(P<0.05),行距50cm单株叶面积最高(图1);行距50cm密度D1单株叶面积最大,达6 214.53cm2。同一行距时随着密度的增加单株叶面积变小,有着极显著差异(P<0.01)(表1);从开花期到灌浆期单株叶面积呈下降趋势,30cm行距单株叶面积下降最为明显,D1、D2、D3和D4的单株叶面积分别下降了13.6%、20.7%、24.3%和16.1%,50和60cm行距D1、D2、D3、D4的单株叶面积分别下降了11.38%、7.44%、18.09%、6.03%和2.89%、2.69%、12.56%、5.15%,为此行距30cm不利于维持开花后的单株叶面积。拔节期、开花期和灌浆期3个生育期行距和密度对单株叶面积的影响交互效应不显著(表1)。

图1 种植模式对晋糯3号单株叶面积的影响

Fig.1 Effects of planting patterns on leaf area per plant of Jinnuo 3

图1 种植模式对晋糯3号单株叶面积的影响

不同小写字母表示处理间差异显著(P<0.05),下同

Different lowercase letters indicate significant difference between treatments(P<0.05),the same below

行距和密度对叶面积指数具有显著或极显著影响,二者交互对叶面积指数影响不显著(P>0.05)(表1)。同一密度行距50cm叶面积指数最高,其次是行距60cm,行距30cm的叶面积指数最低(图2);叶面积指数随着种植密度增加而增加,与单株叶面积不同,整个生育期行距50cm结合密度D4叶面积指数最高,其次为行距60cm结合D4。

2.2 种植模式对晋糯3号产量及其构成因素的影响

表2表明,行距和密度对产量、单穗粒数、千粒重及收获指数均有显著或极显著影响,但二者对产量、单穗粒数、千粒重及收获指数影响的交互效应不显著(P>0.05)。产量、单穗粒数和千粒重均表现行距50cm处理高于行距30和60cm处理;所有行距均表现随着密度增加,单穗粒数、千粒重、收获指数降低,而产量整体增加,但D3和D4之间产量没有显著差异(P>0.05),同时行距30cm各密度对产量没有显著影响(表2)。晋糯3号的收获指数为0.51~0.59,行距60cm时收获指数最高,其次行距50cm;随密度增加收获指数下降,这说明低密度有利于干物质在子粒中的分配。

表1 种植模式对不同生育期单株叶面积和叶面积指数影响的方差分析F值

Table 1 F value of ANOVA analysis of planting pattern on leaf area per plant and leaf area index in different growth stages

表1 种植模式对不同生育期单株叶面积和叶面积指数影响的方差分析F值

注:**表示极显著P<0.01;*表示显著P<0.05。下同

Note:**indicates significant difference at P=0.01;*indicates significant at P=0.05.The same below

图2 种植模式对晋糯3号叶面积指数的影响

Fig.2 Effects of planting patterns on leaf area index of Jinnuo 3

图2 种植模式对晋糯3号叶面积指数的影响

表2 不同种植模式对晋糯3号产量构成要素的影响

Table 2 Effects of planting patterns on yield and yield components of Jinnuo 3

表2 不同种植模式对晋糯3号产量构成要素的影响

注:同列数据(平均值)后不同小写字母表示差异显著(LSD,P<0.05),下同

Note:Different lower case letters after the data(average)in same column indicate significant difference(LSD,P<0.05),the same below

2.3 种植模式对晋糯3号养分吸收的影响

行距和密度对晋糯3号开花期和成熟期氮素累积量有显著或极显著影响。50cm行距提高了开花期、成熟期植株氮素总累积量和成熟期子粒氮累积量(表3)。在开花期,行距30cm时随密度增加氮素累积量明显增加;行距50cm时D2、D3和D4氮素累积量差异不显著,但D2、D3和D4显著高于D1(P<0.05);行距60cm时密度对氮的累积没有显著影响(P>0.05)。成熟时,行距50cm的植株氮素总累积量和子粒中氮素累积量最高,其次为行距60cm处理,行距30cm处理最低;行距50和60cm时D3、D4处理子粒均有较高的氮素累积量,最高产量时晋糯3号的氮素累积量为170.87~182.59kg/hm2(表3)。

表3 种植模式对晋糯3号氮素吸收利用的影响

Table 3 Effects of planting patterns on nitrogen uptake and utilization of Jinnuo 3

表3 种植模式对晋糯3号氮素吸收利用的影响

行距对晋糯3号磷素累积量有着极显著影响(P<0.01),行距50cm开花期、成熟期植株磷累积总量和成熟期子粒磷素累积量和磷收获指数均高于30和60cm行距处理,并且随密度增加磷累积量整体增加;密度对成熟期磷素累积总量和子粒磷素累积量没有显著影响(P>0.05),行距50cm比行距30和60cm处理植株磷素累积量和子粒磷素累积量分别提高9.45~10.36和8.90~9.87kg/hm2,相应地行距50cm具有较高的磷收获指数。最高产量时晋糯3号的磷素累积量为33.00~34.04kg/hm2(表4)。

表4 种植模式对晋糯3号磷素吸收利用的影响

Table 4 Effects of planting patterns on phosphorus uptake and utilization of Jinnuo 3

表4 种植模式对晋糯3号磷素吸收利用的影响
表4 种植模式对晋糯3号磷素吸收利用的影响

行距和密度对晋糯3号开花期和成熟期植株钾素累积总量有显著或极显著影响,行距50cm与行距30和60cm比较显著提高开花期、成熟期植株钾素累积总量和成熟期子粒钾素累积量;开花期行距50cm的D2、D3和D4的钾素累积量是D1的1.34~1.44倍,但50cm行距时种植密度对成熟期植株钾吸收累积量没有显著性差异(P>0.05),而D4处理子粒中钾的累积量显著高于D1和D2处理;行距60cm的D4处理子粒中钾的累积量显著高于D1和D2处理。表明行距50cm有利于晋糯3号整个生育期的钾素吸收,较宽行距结合高密度提升了钾在子粒中的累积,最高产量时晋糯3号的钾累积量为179.65~182.71kg/hm2。行距和密度交互作用对钾的收获指数没有显著影响(表5)。

表5 不同种植模式对晋糯3号钾素吸收利用的影响

Table 5 Effects of planting patterns on potassium uptake and utilization of Jinnuo 3

表5 不同种植模式对晋糯3号钾素吸收利用的影响

3 讨论与结论

通过种植模式构建作物良好的群体结构,使群体结构和个体功能协调增益,从而提高高粱产量[17]。高粱适宜的种植模式因株型而异:如机械化矮秆高粱晋杂34行距60cm、密度15.0万株/hm2产量较高[14],矮秆辽杂37在密度12.0万~15.0万株/hm2时有利于产量形成[6],中秆高粱晋杂23适宜密度为10.5万~13.5万株/hm2[9,18]。本试验中行距30、50和60cm时,10.5万和13.5万株/hm2密度条件下产量差异不显著,这说明晋糯3号适宜的密度为10.5万~13.5万株/hm2;行距通过影响植株生长空间、光照、水分及养分资源的利用影响植株生长发育[19],故随着植株的发育,行距30cm处理单株叶面积和叶面积指数下降,这可能是导致行距30cm处理产量低的原因;行距50和60cm、密度10.5万和13.5万株/hm2时产量较高,产量达9 911.44~10 436.68kg/hm2,且产量之间没有显著差异,故从产量而言晋糯3号适宜栽培模式为行距50和60cm结合留苗密度10.5万和13.5万株/hm2。由于高粱通常种植在低洼、沟壑、丘陵、盐碱地等土壤上,普遍存在出苗较差的问题,因此本试验最低密度4.5万株/hm2的试验设计对高粱生产具有一定的指导意义;行距30、50和60cm留苗密度4.5万株/hm2的单穗粒数是留苗密度为10.5万和13.5万株/hm2的单穗粒数1.8~2.0倍,且其千粒重较高,子粒产量分别是相应行距最高产量的88%、79%和72%,同时收获指数较高;这表明晋糯3号低密度促进了碳水化合物在子粒中的分配,也说明晋糯3号对种植密度具有较强的适应性。

养分供给状况影响作物植株形态和养分吸收利用[20],种植模式也会调控作物对养分的吸收[1,11,14],行距过低会抑制作物群体的光合生理过程并影响作物生长和产量[21],行距30cm抑制了晋糯3号的生长和养分吸收,行距50cm促进了晋糯3号对氮、磷和钾养分吸收,也促进了子粒中氮磷钾养分的累积,尤其是开花后至成熟期磷素的累积量达17.07~20.24kg/hm2,磷收获指数达80.56%~83.56%,表明行距50cm有利于晋糯3号发挥生产潜力。种植模式对养分吸收的调控因作物表型特征不同而不同[1,14],高粱晋杂34低密度促进了花期植株氮素累积[14],而晋糯3号氮和钾累积量整体随密度增加而增加,但收获时2个品种氮和钾累积受密度影响较小,这可能与晋糯3号花期单株生物量受密度影响较小有关;但在开花后晋糯3号有充分生长潜势,行距30和50cm时低密度有较大的生长空间,明显促进了开花后氮和钾的吸收,尤其是行距50cm密度4.5万株/hm2时,开花后氮和钾的吸收累积量分别达69.63和76.88kg/hm2,而其他密度处理开花后氮吸收量约为12~30kg/hm2,钾的吸收量约为50kg/hm2左右;结合子粒中氮素累积进行分析,试验结果表明高密度促进了植株氮素的转运,这与吕丽华等[11]的结果一致,晋糯3号对低密度的适应和调控能力促进了低密度开花后氮和钾的吸收,这可能是低密度条件下具有较高单穗粒数和相对较高产量的原因。

养分生理效率是子粒产量与地上部养分累积量比值[22],通常养分胁迫导致作物有较高养分生理效率[23];行距为50cm时晋糯3号的磷生理效率(子粒产量/地上部磷吸收量)最低,60cm行距处理磷生理效率最高;鉴于土壤中磷的移动性较差,根系截获磷后才被吸收利用,故认为50cm行距的根系分布更利于对磷的截获和植物对磷的吸收,因此尽管行距50和60cm结合留苗密度10.5万和13.5万株/hm2的种植模式产量都较高,但是晋糯3号的种植模式以50cm行距结合密度10.5万~13.5万株/hm2最优。在下一步的研究中应加强种植模式对晋糯3号根系分布及根系吸收养分功能影响的研究。

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Effects of Different Planting Patterns on Yield and Nutrient Absorption of Sorghum Jinnuo 3

为了明确高粱新品种晋糯3号的最佳种植模式,研究了不同行距及密度对晋糯3号产量和养分吸收的影响。试验共设3个行距:30、50和60cm,每个行距处理设4个密度:4.5万、7.5万、10.5万和13.5万株/hm2。结果表明,行距50cm时,晋糯3号单株叶面积、叶面积指数(LAI)、单穗粒数及产量最高,其次为行距60cm,行距30cm处理最低;相同行距时,密度为13.5万株/hm2时产量较高,但与密度10.5万株/hm2的产量没有显著差异。密度为4.5万株/hm2时晋糯3号单穗粒数是密度为10.5万和13.5万株/hm2时的1.8~2.0倍,产量为同一行距最高产量的72%~88%,这表明晋糯3号具有较强的群体调节能力。行距50cm结合密度4.5万株/hm2促进了开花后植物对氮的吸收,开花后植株较强的氮素吸收能力是低密度产量提高的主要因素之一。行距50和60cm密度为10.5万和13.5万株/hm2时产量较高且没有显著差异,但行距50cm有利于氮磷钾养分的吸收,为此晋糯3号的最佳种植模式为行距50cm结合密度10.5万~13.5万株/hm2。A field experiment was carried out to study the effects of planting patterns on yield and nutrient accumulation of sorghum Jinnuo 3 at three row spacing: 30 cm, 50 cm and 60 cm. There were four densities:45 000, 75 000, 105 000 and 135 000 plants/hm2 under each row spacing. The results showed that row spacing of 50 cm resulted in the highest leaf area per plant, leaf area index, grains per panicle and grain yield among all row spacing treatments. For the same rowing space, although the density of 135 000 plants/hm2 had higher yield but it was not significantly different from the density of 105 000 plants/hm2. The density of 45 000 plants/hm2 significantly increased grains per panicle, which was 1.8-2.0 times those of 105 000 and 135 000 plants/hm2, its yield was 72%-88% of the highest yield for the same rowing space. This implies that Jinnuo 3 has a strong ability to regulate the population by rowing space of 50 cm, N absorption after anthesis stage was significantly higher with the density of 45 000 plants/hm2. Perhaps this explains the reason for the relatively high yield when such low density was employed. Both row spacing of 50 cm and 60 cm with densities of 105 000 and 135 000 plants/hm2 had a similar high yield. Rowing space of 50 cm with the density of 105 000-135 000 plants/hm2 was recommended since it had a higher NPK absorption compared with that of 60 cm rowing space.

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