武翠卿，孫靜鑫，郭平毅，王宏富，武新慧

農(nóng)藝措施對谷子產(chǎn)量及抗倒伏力學(xué)性能的影響

1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，山西太谷 030801；2運(yùn)城學(xué)院機(jī)電工程系，山西運(yùn)城 044000；3山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801

【】明晰栽培條件互作對谷子葉片光合特性、莖稈生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)的耦合影響，為運(yùn)用谷子莖稈生物力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行抗倒伏特性評價(jià)，為優(yōu)化谷子種植栽培條件及抗倒伏優(yōu)種篩選提供合理農(nóng)藝措施和理論支持。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，主區(qū)選取4個(gè)在生產(chǎn)中具有代表性的谷子品種，副區(qū)為基于不同的播種密度與施肥量、播種密度與水分、水分與施肥量互作處理栽培條件，系統(tǒng)研究了栽培措施對谷子生長發(fā)育以及莖稈抗倒伏生物力學(xué)性質(zhì)的影響。（1）除水分對谷子莖稈節(jié)平均直徑影響不顯著外，谷子品種、施肥量、播種密度及水分4個(gè)因素對谷子的產(chǎn)量、光合生理特性及莖稈形態(tài)特性均有極顯著影響（＜0.001）；（2）谷子的千粒重、產(chǎn)量均隨施肥量和水分的增加而增加；隨播種密度的增加，千粒重呈下降趨勢，產(chǎn)量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢；谷子旗葉SPAD值及最大熒光值（m）開花期顯著高于灌漿期，開花期旗葉SPAD值、灌漿期旗葉m可作為谷子育種的目標(biāo)性狀；（3）播種密度對谷子田間倒伏率的影響最大，其次是水分、品種，施肥量的影響最??；（4）谷子莖稈倒數(shù)第二節(jié)的抗拉倒力與株高、節(jié)平均長度及莖稈節(jié)含水率顯著負(fù)相關(guān)，與節(jié)平均直徑顯著正相關(guān)。不同農(nóng)藝措施互作栽培條件下,單因子對谷子的產(chǎn)量、植株光合生理特性及莖稈力學(xué)性能影響最大；選擇優(yōu)良品種、合理密植（≤70萬株/hm2）、適當(dāng)水肥是提升谷子籽粒品質(zhì)、增加產(chǎn)量、減少田間倒伏率的有效措施。

谷子；栽培農(nóng)藝措施；葉片光合特性；莖稈生物力學(xué)性質(zhì)；影響機(jī)理

0 引言

【研究意義】谷子營養(yǎng)豐富，且具有喜溫、抗旱、早熟、耐瘠薄的生理特點(diǎn)[1-2]。由于谷子栽培和管理措施不同引起谷子產(chǎn)量相差懸殊[2]，導(dǎo)致谷子生產(chǎn)潛力未能充分發(fā)揮，所以需要探明農(nóng)藝措施與谷子產(chǎn)量、抗倒伏能力之間的關(guān)系，為提升谷子籽粒品質(zhì)、增加產(chǎn)量、減少田間倒伏率提供參考?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】國內(nèi)外學(xué)者開展了大量關(guān)于播期、密度、施肥、水分等農(nóng)藝栽培措施對小麥、谷子等作物生長農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素、品質(zhì)等影響的研究。CARR等[3]、LITHOURGIDIS等[4]和GUBERAC等[5]研究了品種、播種密度以及耕作方式對小麥產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)不同播種密度對小麥產(chǎn)量有很大影響；劉麗平等[6]、張娟[7]、朱翠林等[8]和李強(qiáng)等[9]研究了種植密度對小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)其他種植條件不變時(shí)，產(chǎn)量隨種植密度增大呈先升高后下降的趨勢；李豪圣等[10]和韓金玲等[11]研究了種植密度對小麥莖稈形態(tài)的影響，發(fā)現(xiàn)種植密度對基部莖稈節(jié)間形態(tài)及抗倒伏力均有顯著影響；郭天財(cái)?shù)萚12]、黃彩霞[13]研究了栽培技術(shù)對冬小麥植株光合特性的影響，結(jié)果表明增施氮肥可以有效提高旗葉光合色素含量，增強(qiáng)光合作用。趙海超等[14]通過研究播期對谷子生長及產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)5月中旬是張家口地區(qū)谷子的最佳播期。劉正理等[15]測定了3種類型谷子在不同密度條件下產(chǎn)量及其構(gòu)成要素，表明密度對群體個(gè)體并重奪高產(chǎn)型谷子產(chǎn)量影響不顯著，而密度對個(gè)體奪高產(chǎn)型和群體奪高產(chǎn)型谷子產(chǎn)量影響顯著。楊艷君[2]研究結(jié)果表明，施氮水平、施鉀水平以及株距之間交互作用對張雜谷穗粒數(shù)和產(chǎn)量有顯著影響，施氮水平與株距之間的交互作用對千粒重有顯著影響。張亞琦[16]在不同施氮處理下，對雜交谷子產(chǎn)量與光合特性及水分利用效率（WUE）進(jìn)行研究，表明谷子產(chǎn)量、光合特性及WUE與施氮水平密切相關(guān)，不同水肥耦合處理對雜交谷子產(chǎn)量的影響差異性較大。對于小麥、水稻等作物莖稈的生物力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)研究[17-19]已經(jīng)取得了許多有益成果，但在作物莖稈性狀與抗倒性的相關(guān)性探索與研究上，主要集中在水稻、玉米、小麥等大宗作物上[20-24]。賈小平等[25]對41份谷子材料倒伏指數(shù)、株高、穗長等性狀調(diào)查發(fā)現(xiàn)，株高不會(huì)減弱谷子的抗倒伏性，谷子根部第2節(jié)性狀對谷子整株植株抗倒伏性起到關(guān)鍵作用。袁立新[26]認(rèn)為，谷子株型與莖稈倒伏關(guān)系密切。郭玉明等[27]運(yùn)用生物力學(xué)指標(biāo)對小麥、玉米、高粱、大豆等莖稈作物的抗倒伏性進(jìn)行了評價(jià)分析，研究了不同生長期慣性矩、彈性模量、抗彎剛度、抗彎強(qiáng)度等彎折性能有關(guān)的各生物力學(xué)指標(biāo)與抗倒性之間的關(guān)系，并以小麥莖稈為例確定了評價(jià)指標(biāo)體系及評價(jià)方法?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】系統(tǒng)研究栽培措施互作對谷子莖稈生物力學(xué)性質(zhì)及葉綠素等物理性質(zhì)指標(biāo)的耦合影響，而相關(guān)研究還未見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本文采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究播種密度與施肥量、播種密度與水分、水分與施肥量等栽培措施互作對不同品種谷子產(chǎn)量、葉片光合特性，以及抗倒伏力學(xué)性能的耦合影響，建立相關(guān)性關(guān)系，探明了栽培措施與谷子莖稈生物力學(xué)性質(zhì)和生長期葉綠素等物性指標(biāo)的關(guān)聯(lián)及影響機(jī)理，為優(yōu)化谷子種植栽培農(nóng)藝措施及運(yùn)用生物力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行谷子抗倒伏評價(jià)提供理性支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)谷子品種4個(gè)，分別為優(yōu)谷49（高稈直穗、上直下披葉，遼寧省葫蘆島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所），公谷65（高稈彎穗、披散葉，遼寧省葫蘆島市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所），長生18（穗碼略緊、抗倒性強(qiáng)，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院谷子研究所），農(nóng)谷04（矮稈直穗、抗旱抗倒的中晚熟品種，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院作物科學(xué)研究所）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年4月至11月在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田（海拔高度790 m）和山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)室（室溫）進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤類型為石灰性褐土，土壤pH 7.85，含有機(jī)質(zhì)23.79 g·kg-1、全氮1.04 g·kg-1、速效氮 48.21 mg·kg-1、速效磷24.13 mg·kg-1、速效鉀183.6 mg·kg-1。

試驗(yàn)Ⅰ區(qū)：采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為谷子品種，分別為優(yōu)谷49、公谷65、長生18、農(nóng)谷04；裂區(qū)1為播種密度，分別為50萬株/hm2（D50）、60萬株/hm2（D60）、70萬株/hm2（D70）、80萬株/hm2（D80）；裂區(qū)2為施肥處理，分別為底施氮肥（尿素，含N 46%）0（F0）、90 kg·hm-2（F90）、180 kg·hm-2（F180）和270 kg·hm-2（F270）。試驗(yàn)共計(jì)64個(gè)處理，每個(gè)處理行長4 m，行距0.5 m，4 行區(qū)3次重復(fù)。雨養(yǎng)，田間管理同常規(guī)生產(chǎn)。

試驗(yàn)Ⅱ區(qū)：采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為谷子品種，分別為優(yōu)谷49，公谷65，長生18，農(nóng)谷04；裂區(qū)為播種密度，分別為50萬株/hm2（D50）、60萬株/hm2（D60）、70萬株/hm2（D70）、80萬株/hm2（D80）。試驗(yàn)共計(jì)16個(gè)處理，每個(gè)處理行長4 m，行距0.5 m，4 行區(qū)9次重復(fù)，其中3次重復(fù)為雨養(yǎng)（W0，即旱作栽培），3次重復(fù)為灌底墑水播種（W1），3次重復(fù)為灌底墑水加生育期灌水（600 m3·hm-2）1次（W2），3種不同的水分管理中間設(shè)置15 m的隔離區(qū)。不施肥，田間管理同常規(guī)生產(chǎn)。

試驗(yàn)Ⅲ區(qū)：采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為谷子品種，分別為優(yōu)谷49，公谷65，長生18，農(nóng)谷04；裂區(qū)為施肥處理，分別為底施氮肥（尿素，含N 46%）0（F0）、90 kg·hm-2（F90）、180 kg·hm-2（F180）和270 kg·hm-2（F270）。試驗(yàn)共計(jì)16個(gè)處理，每個(gè)處理行長4 m，行距0.5 m，4 行區(qū)6次重復(fù)，其中3次重復(fù)為澆灌，3次重復(fù)為雨養(yǎng)，澆灌區(qū)和雨養(yǎng)區(qū)設(shè)置15 m的隔離區(qū)。谷子種植密度為60萬株/hm2，田間管理同常規(guī)生產(chǎn)。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 谷子千粒重測量及產(chǎn)量計(jì)算 收獲期4個(gè)品種分別選擇生長發(fā)育基本一致的植株，每個(gè)處理每次重復(fù)分別取10株進(jìn)行單株收回，置于105℃的烘箱里殺青30 min，然后80℃的烘箱內(nèi)烘干取出，分別考種，測量千粒重，計(jì)算產(chǎn)量。

1.3.2 葉綠素含量及葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)測定 每個(gè)小區(qū)選取生長一致的20株掛牌標(biāo)記，分別于灌漿期、開花期采用SPAD-502葉綠素儀測定葉綠素含量（SPAD值），用便攜式調(diào)制葉綠素?zé)晒鈨xMini-PAM，按操作規(guī)程測定葉綠素?zé)晒鈩?dòng)力學(xué)參數(shù)，以20株谷子旗葉的平均值為該小區(qū)的測定值。測定葉綠素?zé)晒鈺r(shí)，葉片預(yù)先暗適應(yīng)30 min，然后直接讀出最大熒光（m）。

1.3.3 谷子倒伏率的計(jì)算 每個(gè)處理隨機(jī)選擇5 m2的谷子生長區(qū)，查看總植株數(shù)及倒伏數(shù)，以倒伏植株占總植株的百分?jǐn)?shù)為該處理的倒伏率。

1.3.4 谷子株高、節(jié)平均長度的測量 谷子黃熟期，每個(gè)處理隨機(jī)選擇30株谷子并掛牌標(biāo)記，用鋼板尺測量其株高（谷子生長地表到穗下節(jié)頂部的長度），以所測量30株谷子的平均株高代表該處理的株高。查看所測谷子莖稈的節(jié)數(shù)，以株高除以節(jié)數(shù)為所測植株的節(jié)平均長度；以30株谷子的節(jié)平均長度的平均值為該處理的平均節(jié)長度。

1.3.5 谷子抗拉倒力的測量 將每個(gè)處理掛牌30株谷子，用彈簧秤鉤住谷子莖稈上部1/3高度處拉倒莖稈，記錄彈簧秤的最大讀數(shù)為該植株的抗拉倒力。以所測量30株谷子抗拉倒力的平均值為該處理的抗拉倒力。

1.3.6 谷子莖稈含水率測定 將每個(gè)處理選出的30個(gè)植株稱重、烘干、再稱重，計(jì)算莖稈平均含水率，將該平均含水率作為該處理的莖稈含水率。

1.3.7 彎曲力學(xué)性質(zhì)測試方法 選取試驗(yàn)田中的3個(gè)品種（優(yōu)谷49、長生18和農(nóng)谷04）進(jìn)行彎曲試驗(yàn)。采集時(shí)間為谷子成熟期，每個(gè)品種采樣6株，除去根、葉及葉鞘，量取株高、穗重等形態(tài)指標(biāo)后，從基部第二節(jié)起，節(jié)部依次向上截取各節(jié)間作為試樣，測定其外徑和壁厚。試驗(yàn)在SANS-CMT6104生物材料力學(xué)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，選用精度達(dá)±5%N的200 N傳感器，試驗(yàn)加載速率設(shè)定為10 mm·min-1，如圖1所示。

圖1 谷子莖稈彎曲性質(zhì)測試

由公式（1—2）分別計(jì)算莖稈的抗彎強(qiáng)度和彈性模量，公式（3）計(jì)算慣性矩。式中，為彎曲試件所承受的最大載荷，即彎折力，N；為莖稈試件受力點(diǎn)的外徑，mm；為彎曲試件標(biāo)距長度，mm；為試樣加載點(diǎn)的彎曲撓度，mm；為莖稈空心圓截面的慣性矩，mm4；為莖稈試件受力點(diǎn)的內(nèi)徑，mm?！翞榭箯潉偠?，反映莖稈抵抗變形的能力，該值越大，表明莖稈抵抗變形的能力越強(qiáng)；慣性矩是衡量莖稈抗彎能力的一個(gè)截面幾何參數(shù)；彎曲強(qiáng)度彎是對應(yīng)最大彎矩截面的彎曲應(yīng)力，作為判別能否被彎折的判據(jù)；彈性模量是反映莖稈材料屬性的常數(shù)，這幾個(gè)莖稈的力學(xué)性質(zhì)參數(shù)可通過測定莖稈截面面積、彎折力、撓度，利用上述公式求出。

1.3.8 各參數(shù)與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算 按灰色系統(tǒng)理論要求，將谷子的產(chǎn)量（千粒重）、葉綠素含量及其他參數(shù)視為一個(gè)整體，構(gòu)建一個(gè)灰色系統(tǒng)。采用DPS v7.05統(tǒng)計(jì)軟件計(jì)算各參數(shù)與產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度。設(shè)產(chǎn)量（千粒重）即為參考數(shù)列0，其他相關(guān)性狀參數(shù)分別為比較數(shù)列1、2、3、、i，參數(shù)X與產(chǎn)量（0）的關(guān)聯(lián)系數(shù)（）和各因素的關(guān)聯(lián)度（）為：

（5）

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理

采用Excel記錄所測數(shù)據(jù)并求平均值，運(yùn)用SAS中的“”程序運(yùn)算功能分析各影響因素的顯著性。

2 結(jié)果

2.1 施肥量、密度對谷子產(chǎn)量、植株光合生理特性及莖稈特性的影響

品種、施肥量及播種密度對谷子的千粒重、產(chǎn)量、開花期SPAD、灌漿期SPAD、開花期最大m、灌漿期最大m、莖稈倒伏率、株高、節(jié)平均長度及節(jié)平均直徑均有極顯著影響（＜0.001）。品種與施肥量互作對谷子的千粒重、產(chǎn)量、開花期SPAD、灌漿期SPAD及莖稈倒伏率、株高均有極顯著影響（＜0.001）；品種與播種密度互作對谷子的千粒重、產(chǎn)量及莖稈倒伏率有顯著影響（＜0.05）。施肥量與播種密度互作對谷子的秕谷率、產(chǎn)量有顯著影響（＜0.05）（表1）。

參照值可見，單因素中，影響千粒重、產(chǎn)量的主要因子是施肥量；因子互作中，品種和施肥量互作的影響最大，施肥量和播種密度互作的次之，品種和播種密度互作的最小，且影響不顯著。說明施肥量對增產(chǎn)具有極其重要的作用。

單因素中，影響開花期與灌漿期SPAD、最大熒光值（m）的主要因子是品種，施肥量次之，播種密度最??；因子互作中，品種和施肥量互作對開花期與灌漿期SPAD、m影響最大，且影響顯著，而品種和播種密度互作、施肥量和播種密度互作均對開花期與灌漿期SPAD、m的影響不顯著。

相同的栽培條件下，農(nóng)谷04的旗葉SPAD、旗葉最大熒光值（m）均最大，優(yōu)谷49的均最小，公谷64和長生18的SPAD介于二者之間。不同栽培條件下，4個(gè)品種開花期旗葉SPAD、最大熒光值均顯著高于灌漿期（表1—3）。相同播種密度下，谷子旗葉開花期與灌漿期SPAD、m均隨施肥量的增加而增加。

單因素中，播種密度對谷子的倒伏率影響最大，品種次之，施肥量最??；因子互作中，品種和播種密度互作對谷子倒伏率的影響最大，且影響極顯著，品種和施肥量互作、施肥量和播種密度互作的值接近，且影響均不顯著。相同的栽培條件下，優(yōu)谷49的倒伏率最高，農(nóng)谷的04最低，公谷65和長生18介于二者之間（表1—3）。在相同的施肥量下，谷子的田間倒伏率均隨著播種密度的增加而增加。

表1 施肥量、密度處理對谷子產(chǎn)量、植株光合生理特性和莖稈特性的影響及顯著性分析

續(xù)表1 Continued table 1

續(xù)表1 Continued table 1

＜0.001表明水平極顯著，<0. 05表明水平顯著。下同

＜0.001 indicates extremely significant difference,＜0.05 indicates significant difference. The same as below

單因素中，品種對谷子的株高、節(jié)平均長度及節(jié)平均直徑的影響最大，施肥量次之，播種密度最??；因子互作中，品種和施肥量互作對谷子的株高及節(jié)平均直徑影響最大且極顯著，其他不顯著。不同播種密度、水分及施肥條件下優(yōu)谷49株高、節(jié)平均長度最大，而優(yōu)谷49的節(jié)平均直徑最小（表1—3）。在相同的施肥量下，各品種的株高、節(jié)平均長度隨播種密度的增加而增加，而節(jié)平均直徑隨播種密度的增加而減?。幌嗤シN密度下，株高、節(jié)平均長度及節(jié)平均直徑隨施肥量的增加而增加。

2.2 水分、密度對谷子產(chǎn)量、植株光合生理特性及莖稈特性的影響

水分對谷子的千粒重、產(chǎn)量、開花期SPAD、灌漿期SPAD、開花期最大m、灌漿期最大m、莖稈倒伏率、株高及節(jié)平均長度均有極顯著影響（＜0.001），而對節(jié)平均直徑影響不顯著。品種與水分互作對谷子的千粒重、產(chǎn)量、開花期SPAD、灌漿期SPAD、開花期最大m、灌漿期最大m、莖稈倒伏率、株高及節(jié)平均長度均有顯著影響（＜0.05），而對節(jié)平均直徑影響不顯著。播種密度與水分互作對谷子的產(chǎn)量有極顯著影響（＜0.001）。參照值可見，水分對各個(gè)指標(biāo)的影響最大，品種和水分互作次之，播種密度與水分互作最小且影響均不顯著（表2）。

相同播種密度下，谷子旗葉SPAD及m隨著水分的增加而增加；谷子田間倒伏率隨著水分的增加而增加；各品種的株高及節(jié)平均長度隨著水分的增加而增加。

在相同的水分處理下，倒伏率隨著播種密度的增加而增加；各谷子品種的株高及節(jié)平均長度隨著播種密度的增加而增加。

2.3 施肥量、水分對谷子產(chǎn)量、植株光合生理特性及莖稈特性的影響

施肥量與水分互作對谷子的千粒重、產(chǎn)量、開花期SPAD、灌漿期SPAD及莖稈倒伏率有顯著影響（＜0.05）（表3）。

續(xù)表2 Continued table 2

相同施肥條件下，旗葉SPAD及旗葉m隨著灌水的增加而增加；谷子田間倒伏率均隨水分的增加而增加；優(yōu)谷49及農(nóng)谷04的株高、節(jié)平均長度及節(jié)平均直徑均隨著水分增加而增加。

在相同的水分處理下，旗葉SPAD及旗葉m隨施肥量的增加而增加，田間倒伏率隨著施肥量的增加而增加；谷子莖稈的株高、節(jié)平均長度及節(jié)平均直徑均隨著施肥量的增加而增加。

2.4 不同處理對谷子產(chǎn)量、植株光合生理特性的影響

適宜的水分及施肥量一般能促進(jìn)葉片葉綠素的合成，延緩葉綠素的降解，增強(qiáng)光合作用[28-29]。本研究結(jié)果也表明，相同的栽培條件下，不同品種的谷子旗葉SPAD具有一定的差異，不同栽培條件對谷子旗葉SPAD有顯著性影響，結(jié)合前面分析表明，增加水、肥對提高谷子旗葉葉綠素含量，增強(qiáng)谷子光合潛力具有較大的促進(jìn)作用。

2.5 谷子各節(jié)間材料彎曲試驗(yàn)結(jié)果及相關(guān)分析

不同品種谷子莖稈的節(jié)間長、外徑、彎折力、彎曲強(qiáng)度、彈性模量及抗彎剛度有顯著性差異（＜0.05）；同一品種，谷子莖稈不同節(jié)間的節(jié)間長、外徑、彎折力、慣性矩有顯著性差異（＜0.05）（表 4）。

谷子莖稈不同節(jié)間的彎折力有顯著性差異，沿莖稈向上，各節(jié)間所需的彎折力逐漸減小，由于彎折力與彎曲試樣標(biāo)距、截面尺寸等有關(guān)，因此判別莖稈在外載荷作用下能否被彎折要消除彎折力的影響，用彎曲應(yīng)力強(qiáng)度作為判據(jù)；不同品種谷子莖稈的彈性模量及抗彎剛度有顯著性差異，說明不同品種間材料彈性性質(zhì)有較大差異；不同節(jié)間的彈性模量、彎曲強(qiáng)度及抗彎剛度無顯著性差異，說明谷子莖稈的彈性模量、彎曲強(qiáng)度和抗彎剛度沿高度變化較小，莖稈沿高度各節(jié)間無明顯抗彎強(qiáng)度不足的薄弱段。

表3 施肥量、水分對谷子產(chǎn)量、植株光合生理特性和莖稈特性的影響及顯著性分析

續(xù)表3 Continued table 3

2.6 谷子莖稈特性與谷子抗拉倒力相關(guān)分析

谷子莖稈倒數(shù)第二節(jié)的抗倒伏性對整根莖稈的抗倒伏性極其重要[25]，因此測定倒數(shù)第二節(jié)的抗拉倒力，并分析其與莖稈不同特性之間的相關(guān)性。

谷子抗拉倒力與莖稈不同特性指標(biāo)相關(guān)性分析表明，谷子抗拉倒力與株高、節(jié)平均長度及莖稈節(jié)水分百分含量顯著負(fù)相關(guān)，與節(jié)平均直徑成顯著正相關(guān)，其中，優(yōu)谷49、農(nóng)谷04抗拉倒力與莖稈節(jié)平均直徑相關(guān)系數(shù)分別為0.82、0.79（表 5）。

2.7 谷子旗葉光合生理特性與千粒重相關(guān)分析

谷子旗葉光合生理特性與千粒重的灰色關(guān)聯(lián)度分析如表6所示。

谷子開花期旗葉SPAD與谷子千粒重關(guān)聯(lián)度高，分析其原因，由于開花期光合能力強(qiáng)，為谷子籽粒灌漿提供了較高的物質(zhì)儲(chǔ)備。灌漿期旗葉最大熒光（m）與千粒重含量高說明灌漿期PSII反應(yīng)中心QA→QB傳遞電子的能力強(qiáng)，灌漿期源庫協(xié)調(diào)，為籽粒灌漿提供了較好的生理基礎(chǔ)[30-33]。開花期旗葉SPAD、灌漿期最大熒光m兩項(xiàng)指標(biāo)與千粒重高度關(guān)聯(lián)，可作為谷子育種的目標(biāo)性狀，也可作為谷子栽培管理中檢測谷子生長狀態(tài)的參考指標(biāo)。

3 討論

3.1 對谷子產(chǎn)量及光合生理特性等的影響

除水分對谷子莖稈節(jié)平均直徑影響不顯著外，谷子品種、施肥量、播種密度及水分4個(gè)因素對谷子的產(chǎn)量、光合生理特性及莖稈特性均有極顯著影響。這與劉正理等[15]、張娟[7]、黃彩霞[13]、李豪圣等[10]的研究結(jié)論一致，說明谷子的品種、施肥量、播種密度及水分對谷子的產(chǎn)量、光合生理特性、莖稈特性的影響與小麥的類似。

表4 谷子各節(jié)間材料彎曲力學(xué)性能指標(biāo)試驗(yàn)測試值

1：節(jié)間長（mm）；2：外徑（mm）；3：壁厚（mm）；4：彎折力（N）；5：慣性矩（mm4）；6：彎曲強(qiáng)度（MPa）；7：彈性模量（MPa）；8：抗彎剛度（N?mm2）

1: Internode length (mm);2: External diameter (mm);3: Wall thickness (mm);4: Bending force (N);5: Moment of inertia of an area (mm4);6: Bending strength (MPa) ;7: Elasticity modulus (MPa);8: Flexural rigidity (N?mm2)

表5 谷子抗拉倒力與莖稈特性的相關(guān)系數(shù)

“*”表示0.05的顯著水平，“**”表示0.01的顯著水平

* represents significantly different at 0.05 level, ** represents significantly different at 0.01 level

表6 谷子旗葉光合生理特性與千粒重的關(guān)聯(lián)度

在本研究各因素變化范圍內(nèi)，谷子的千粒重、產(chǎn)量均隨施肥量和水分的增加而增加；隨播種密度的增加千粒重呈下降趨勢，產(chǎn)量呈現(xiàn)先上升后下降趨勢，與楊艷君[2]的研究結(jié)果類似。說明產(chǎn)量的增加主要由于單位面積穗數(shù)的增加，彌補(bǔ)了千粒重隨播種密度增加而下降造成的單穗產(chǎn)量下降。因此，一定范圍內(nèi)，增加播種密度、水分及施肥量可以極大提高谷子產(chǎn)量，但如果密度過大，水肥太高會(huì)造成谷子貪青旺長，谷子籽粒質(zhì)量變差，莖稈頭重腳輕，容易倒伏，最終影響產(chǎn)量。

旗葉SPAD、m與施肥量、播種密度及水分呈正相關(guān)關(guān)系，不同谷子品種間的SPAD、m顯著不同，與郭天財(cái)?shù)萚12]的研究結(jié)果類似。

由SAS分析結(jié)果可知，播種密度對谷子田間倒伏率的影響最大，其次是水分、品種，施肥量的影響最小。谷子品種田間倒伏率均表現(xiàn)為其他栽培條件不變時(shí)，隨著播種密度的增加而增加，亦隨著水分的增加而增加。

3.2 對谷子莖稈抗倒伏力學(xué)性質(zhì)影響

不同品種谷子莖稈的彎曲強(qiáng)度、彈性模量及抗彎剛度有顯著性差異，與袁志華等[34]在小麥品種間慣性矩有顯著差異的研究結(jié)果不同；不同節(jié)間的慣性矩差異顯著，而彈性模量及抗彎剛度差異不顯著，說明彈性模量、抗彎剛度沿高度變化較小，不同品種間材料性質(zhì)卻有較大差別，與梁莉[22]的莖稈力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)結(jié)果趨勢相近；彎曲強(qiáng)度、彈性模量、抗彎剛度可作為評價(jià)莖稈抗倒伏性能的判據(jù)。

作物的田間倒伏率與莖稈形態(tài)指標(biāo)、農(nóng)藝措施、品種、自然條件（風(fēng)、雨）等諸多因素有關(guān)[35-37]。在實(shí)際生產(chǎn)中，谷子的倒伏大多是由風(fēng)雨載荷作用所致，主要是由于植株抵抗力和植株招風(fēng)力之間失衡[36]產(chǎn)生的。從力學(xué)分析看，谷子莖稈在風(fēng)雨載荷作用下產(chǎn)生了倒伏，是最大彎折內(nèi)力（最大彎矩）發(fā)生截面材料的彎曲強(qiáng)度（許可彎曲應(yīng)力）小于風(fēng)載作用時(shí)的最大外載荷（外力）引起的最大彎曲應(yīng)力（工作應(yīng)力）。由于風(fēng)載的形成不僅涉及到單株植株與穗體的形態(tài)特性參數(shù)，更與植株與穗體群體的形態(tài)特征招風(fēng)效應(yīng)緊密相關(guān)，在風(fēng)雨載荷作用下莖稈作物抗倒伏力學(xué)性能研究方面，筆者團(tuán)隊(duì)以小麥為對象進(jìn)行了較為深入的理論研究與試驗(yàn)分析[35]，因此對于谷子植株招風(fēng)力的闡述限于篇幅沒有展開。

谷子植株在風(fēng)雨載荷作用下產(chǎn)生的彎曲可簡化成懸臂梁模型（根系土壤部位還需增加一定的彈性約束許可量），風(fēng)雨載荷產(chǎn)生的彎曲外力沿莖稈高度線性分布，最大彎矩在靠近根部節(jié)間。不同節(jié)間彎曲強(qiáng)度沿莖稈高度的分布試驗(yàn)結(jié)果表明，與外力作用下不同莖稈高度彎矩產(chǎn)生的工作應(yīng)力比較，最為薄弱的部位是基部節(jié)間，實(shí)際在風(fēng)雨載荷作用下及谷子莖稈抗拉倒力測試試驗(yàn)中，發(fā)生彎折的部位大多發(fā)生在基部第2、3節(jié)。因此，谷子莖稈基部第2、3節(jié)彎曲強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果是重要參考，第2節(jié)至第9節(jié)的彎曲強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果顯示，莖稈上部各節(jié)間無明顯薄弱之處，與力學(xué)理論分析一致[35]。

谷子莖稈倒數(shù)第2節(jié)的抗拉倒力與株高、節(jié)平均長度及莖稈節(jié)含水率顯著負(fù)相關(guān)，與賈小平等[25]、袁立新[26]研究結(jié)果一致，不同的是，本研究得出節(jié)平均直徑與抗拉倒力顯著正相關(guān)，與劉鑫[38]的研究結(jié)果相似。表明谷子的植株越高、節(jié)平均長度越大、莖稈含水率越高，越容易倒伏。因此，選育矮稈品種的同時(shí)，適當(dāng)控水，抑制谷子株高和莖稈含水率，是增強(qiáng)谷子抗倒伏的有效栽培農(nóng)藝措施。

4 結(jié)論

不同農(nóng)藝措施互作栽培條件下，單因子對谷子的產(chǎn)量、植株光合生理特性及莖稈力學(xué)特性影響最大；開花期旗葉SPAD、灌漿期最大熒光m可作為谷子優(yōu)種篩選的目標(biāo)性狀。

選擇合適良種、合理密植（≤70萬株/hm2）、適當(dāng)灌溉和施肥是提升旱作區(qū)谷子籽粒品質(zhì)、增加產(chǎn)量、降低田間倒伏的有效農(nóng)藝措施。

谷子莖稈形態(tài)特征、生物力學(xué)性能與莖稈抗倒伏特性相關(guān)性顯著，彎曲強(qiáng)度、彈性模量、抗彎剛度等3個(gè)生物力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)可用來評價(jià)谷子莖稈的抗倒伏能力。

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Effects of agronomic managements on yield and lodging resistance of millet

1College of Engineering, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi;2Mechanical and Electronic Engineering Department, Yuncheng University, Yuncheng 044000, Shanxi;3College of Agriculture, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801

【】In order to study the effect of interaction treatment cultivation conditions on yield of millet and the biomechanical properties of quantitative evaluation of lodging resistance.【】In this paper, using split zone design, four millet varieties with representativeness in production were selected. Based on interaction treatment cultivation conditions of different seeding density and fertilization, seeding density and water, water and fertilization conditions, the effects of cultivation measures on the growth and development of millet and the biomechanical properties of stem on lodging resistance were systematically studied.【】(1) Except for the effect of water on the average diameter of millet stalk, the yield, photosynthetic physiological characteristics and stem characteristics of millet were significantly affected by four factors: millet variety, fertilization amount, sowing density and water content (<0.001). (2)The 1 000-grain weight and yield of millet increased with the increase of fertilizer and water.With the increase of seed density, 1 000-grain weight decreased, and the yield increased first and then decreased.The SPAD value and the maximum fluorescence value (m) of millet flag leaf at flowering stage were significantly higher than that at filling stage.The SPAD value of flag leaf at flowering stage andmvalue of flag leaf at filling stage were used as the target traits of millet breeding. (3)The effect of sowing density on the lodging rate in millet was the greatest, followed by the influence of water and variety, while the effect of fertilization was the least.(4) The tensile force of the penultimate node of millet stem was negatively correlated with plant height, average length of nodes and moisture of stem nodes, and positively correlated with average diameter of nodes.【】Under the interaction treatment cultivation conditions of different agronomic measures, the single factor had the greatest influence on the yield of millet, plant photosynthetic physiological characteristics and stem mechanical properties.Selecting fine varieties, reasonable close planting (≤700 000 plants/hm2) and proper water and fertilizer were effective measures to improve the quality of millet, to increase yield, and to reduce the lodging rate in the field.

millet; agronomic measures; photosynthetic characteristics of leaves; biomechanical properties of stem; influence mechanism

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.06.005

2020-06-19；

2020-07-30

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2016YFD0701801）、國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項(xiàng)目（CARS-06-13.5-A28）、山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃（201901D111219）、山西省優(yōu)秀博士來晉工作獎(jiǎng)勵(lì)資金科研項(xiàng)目（SXYBKY201755）

武翠卿，E-mail：gcywcq@163.com。通信作者郭平毅，E-mail：pyguo@sxau.edu.cn

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）