【目的】探索不同间作系统对糜子光合物质生产及水分利用的影响,筛选适于西北旱作农业区糜子与绿豆最佳间作模式,以期为糜子高产高效生产及生态环境保护提供依据。【方法】 于2017—2018年连续2个作物生长季,在陕西榆林小杂粮试验示范站设置4种间作模式,包括2行糜子间作2行绿豆间作（2P2M）、4行糜子间作2行绿豆间作（4P2M）、4行糜子间作4行绿豆间作（4P4M）、2行糜子间作4行绿豆间作（2P4M）,单作糜子（SP）和单作绿豆（SM）作为对照,研究不同糜子绿豆间作系统下糜子地上叶片光合特性和叶绿素荧光参数、地下土壤水分分布和利用效率,分析糜子产量效益。【结果】 与单作糜子相比,间作处理使开花期糜子旗叶叶绿素相对含量、净光合速率、气孔导度和蒸腾速率分别增加2.9%—13.5%、5.0%—32.3%、1.3%—6.3%和2.1%—8.7%,2P4M和2P2M处理使其达到最大值,提高了糜子叶片光合物质生产能力;糜子//绿豆显著增加糜子旗叶光系统Ⅱ的最大光化学效率（Fv/Fm）、光化学淬灭系数（qL）及实际光化学效率（ΦPSII）,降低非光化学淬灭系数（NPQ）,使其间作糜子增强对光能的捕获和转化能力,减少无效的漏光损失和热量损耗,提高对高光的利用能力。间作复合系统降低糜子土壤含水量,且中层（60—140 cm）土壤含水量的降低幅度明显高于上层（0—40 cm）与下层（160—200 cm）,这与复合群体作物根系深浅搭配具有直接关系。间作有利于提高糜子的水分利用效率,2年间2P2M、4P2M、4P4M和2P4M处理平均分别比单作增加11.5%、2.3%、20.8%和30.1%,促使水分利用最大化;间作处理下的糜子生物量和产量也显著上升,4P2M间作模式下的产量比单作增加6.7%,2P4M间作模式下的产量比单作增加36.8%,增产效果明显,且间作绿豆作为劣势作物产量降低幅度较小,所创造出的土地利用率最大。【结论】 糜子与绿豆间作能够增强糜子地上光合物质生产能力,延缓叶片衰老,同时改善西北旱作农业区糜子地下土壤水分利用环境,提高农田土地和水分生产力。2P4M间作模式具有最高的土地生产力和水分利用效率优势,适合于西北旱作农业区推广应用。
【目的】盐碱地盐分含量在土壤表层的分布通常是不均匀的,研究不均匀盐胁迫条件下高粱幼苗生长发育和生理生化指标的变化,可为盐碱地高粱栽培和盐碱地高效开发利用提供理论依据。【方法】 利用分根法将高粱根系均匀分成2部分,并分别置于不同浓度（mmol·L -1）NaCl中,设置对照为无盐胁迫（记作0/0,下同）、不均匀盐处理（0/200、50/150）和均匀盐处理（100/100）,在人工气候室培养14 d后取样,测量生物量、叶面积、SPAD值、根系形态、渗透调节物质、抗氧化酶活性和光合参数等性状,研究分根盐胁迫条件下高粱生长发育的变化规律。 【结果】 不均匀盐胁迫和均匀盐胁迫均严重影响了高粱幼苗的生长发育,显著降低了高粱幼苗鲜重、干重和叶面积,对叶片的光合能力、抗氧化酶活性和渗透调节物质均有一定程度的影响。然而,不均匀盐处理50/150和0/200的单株干重比均匀盐处理提高了21.19%和62.71%,单株鲜重提高了35.39%和86.44%,叶面积提高了13.22%和88.66%;50/150处理低盐一侧根系鲜重和干重分别是高盐一侧的1.90倍和2.10倍,0/200处理无盐一侧根系鲜重和干重分别是盐胁迫一侧的3.02倍和3.75倍。同样,不均匀盐处理对局部根系形态影响显著,低盐或无盐一侧根系生长明显增加,50/150和0/200处理低盐一侧的根系长度、根系体积、根尖数和分支数显著高于高盐或有盐胁迫一侧根系,进而不均匀盐胁迫条件下整个根系的根系长度、根系体积、根尖数和分支数都高于均匀盐胁迫处理,其中0/200处理的各项指标与均匀盐处理差异均达到显著性水平（P<0.05）。叶片超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）活性在不均匀盐胁迫条件下显著升高（P<0.05）;不均匀盐处理的叶片渗透调节性物质脯氨酸（PRO）和可溶性糖（SS）含量显著高于均匀盐处理,丙二醛（MDA）含量显著下降（P<0.05）。不均匀盐处理条件下植株光合能力相对于均匀盐处理也得到显著改善,主要体现在显著升高的光合速率（Pn）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）;相较于均匀盐处理,在不均匀盐处理条件下50/150、0/200的荧光参数实际光化学效率（ΦPSⅡ）、最大光化学效率（Fv/Fm）和电子传递效率（ETR）分别提高了5.64%和19.00%、9.25%和18.89%、1.93%和6.89%,其中0/200处理的ΦPSⅡ和Fv/Fm与100/100处理的差异达到显著性水平（P<0.05）。【结论】 不均匀盐处理和均匀盐处理对高粱幼苗生长均产生抑制,但在不均匀盐胁迫条件下,由于低盐或无盐一侧根系补偿性增长,整个根系形态得到改善,叶片抗氧化酶活性、渗透调节能力和光合能力均有一定程度提高,因而缓解盐胁迫对高粱幼苗的危害。
【目的】探讨外源一氧化氮（NO）对盐胁迫下高粱种子萌发过程的生理生化调节作用,为揭示甜高粱种子的萌发生理及其化学调控提供理论依据。【方法】 以晋甜08-1为试材,用NaCl浓度（mmol·L -1）为0、50、100、150、200、300和400 的溶液培养高粱种子,通过萌发率确定高粱种子萌发期的耐盐适宜浓度、半致死浓度和极限浓度。用0.05、0.1、0.2、0.4、0.6和0.8 mmol·L -1硝普钠（SNP,NO供体）在25℃黑暗条件下浸种12 h,以150 mmol·L -1的NaCl模拟盐胁迫,在培养36 h统计发芽势,72 h统计发芽率,在5 d时取样测定脯氨酸、丙二醛含量及淀粉转化相关指标。采用二硝基水杨酸法测定淀粉酶活性和还原性糖,蒽酮法测定可溶性糖和淀粉含量,茚三酮显色法测定脯氨酸含量,硫代巴比妥酸显色法测定丙二醛含量。通过对高粱种子发芽率、发芽势及种子吸胀、淀粉酶活性、淀粉及糖含量、脯氨酸等指标进行测定分析,研究外源一氧化氮对盐胁迫下高粱种子萌发及淀粉转化的影响。 【结果】 NaCl胁迫下高粱种子的萌发受到明显抑制,NaCl浓度大于100 mmol·L -1时高粱种子的萌发率显著降低,150 mmol·L -1 NaCl处理时高粱种子的萌发率为63.17%,400 mmol·L -1 NaCl完全抑制高粱种子萌发。0.05 mmol·L -1的SNP处理能够缓解盐胁迫对种子萌发的抑制,种子发芽势、发芽率、发芽指数分别比对照高14.44%、12.22%和18.07%（P<0.05）;SNP处理使高粱种子中脯氨酸和可溶性糖含量分别增加18.97%和41.43%,从而降低渗透势,促进种子吸水,缓解NaCl造成的渗透胁迫,丙二醛含量显著降低,较NaCl单独处理降低了17.79%。SNP处理还能迅速提高盐胁迫下种子淀粉酶活性,在处理后第1天时就比NaCl处理提高了17.20%,加速淀粉的降解,显著增加可溶性糖和还原性糖含量。在处理的第5天时,SNP+NaCl处理淀粉含量比NaCl处理降低19.17%,可溶性糖和还原性糖的含量分别提高了41.4%和41.0%,差异显著（P<0.05）,这为种子萌发提供能量,提高高粱种子萌发期的抗盐性。 【结论】 外源NO可调节高粱种子萌发期的淀粉酶活性和渗透调节能力,提高其对盐胁迫的抵抗能力,促进种子的萌发。
【目的】在雨养旱作地区,土壤温度、水分和耕作措施是影响作物生长和产量的重要因素。明确雨养旱作区高粱生产中全膜覆盖对高粱根区土壤环境条件的影响及对杂草的抑制效应,为促进高粱增产奠定基础。【方法】 在山西省农业科学院高粱研究所修文试验基地,以高粱品种晋糯3号为材料,采用顺序排列设计,于2017和2018年分别开展黑色全膜覆盖、白色全膜覆盖和裸地栽培试验,分析不同处理对高粱根区0—15 cm土壤日地温、0—200 cm土层土壤含水率、杂草的抑制效应和高粱生长、产量及效益的影响。【结果】 黑色全膜覆盖能有效提高高粱各生育期耕层土壤温度,与白色全膜覆盖处理相比,0—15 cm土壤日地温平均降低1.14℃（P<0.05）;同时,黑色全膜覆盖具有与白色全膜覆盖基本相同的保墒效果,各土层土壤平均含水率略高于白色全膜覆盖区,较裸地平均提高1.89个百分点,并可显著（P<0.05）提高裸地0—160 cm土层的土壤含水率。黑色全膜覆盖显著降低高粱田间杂草发生量,对阔叶杂草和禾本科杂草的株防效和鲜重防效分别达96%和93%以上,防效优于白色全膜覆盖（P<0.05）,具有更为彻底的杂草防控作用。黑色全膜覆盖对高粱出苗率、穗长、一级枝梗数、穗粒数等性状无明显影响,但对高粱株高、株高整齐度、生育期、千粒重、产量及效益有影响。黑色全膜覆盖60 d高粱的株高及株高整齐度高于白色全膜覆盖;黑色全膜覆盖生育期与裸地基本相当,而白色全膜覆盖生育期较短,较裸地缩短4—6 d;黑色全膜覆盖千粒重、产量显著（P<0.05）高于白色全膜覆盖和裸地处理,2017和2018年千粒重较白色全膜覆盖分别增加3.72%和3.78%,较裸地分别增加6.95%和7.06%;产量较白色全膜覆盖分别提高6.72%和6.94%,较裸地分别提高19.27%和20.03%;2017和2018年黑色全膜覆盖较白色全膜覆盖分别增收1 529.82和1 599.76元/hm 2,较裸地分别增收3 025.38和3 215.52元/hm 2。 【结论】 建议在雨养旱作区高粱生产中,采用黑色全膜覆盖替代白色全膜覆盖,促进高粱高产。
【目的】分析不同播期对糜子籽粒性状、农艺性状和籽粒淀粉理化性质的影响,为后续机理研究提供依据。【方法】 采用盆栽试验,以陕糜1号为试验材料,设置4月20日（B1）、5月10日（B2）、5月30日（B3）、6月20日（B4）4个播期,全生育期保持土壤充足供水。系统研究糜子成熟期农艺性状指标、籽粒性状及籽粒淀粉理化性质,分析不同播期下糜子株高、穗长、穗柄长、穗分枝数、千粒重、籽粒长/宽/圆度等农艺性状指标,研究淀粉晶体结构,粒径分布、直链淀粉含量以及淀粉的热焓特性及糊化特性的变化,总结淀粉的直链淀粉含量、热焓特性及糊化特性与形态指标、粒径分布及粒径参数的相关性。【结果】 随着播期的推迟,糜子的株高、穗长、穗柄长极显著增加,主茎分蘖、分枝显著减少,穗二级分枝数和籽粒粒宽显著降低。籽粒淀粉粒径分布均呈双峰分布,且与其他播期相比,B1播期下粒径>28 μm颗粒的比例最高（25.5%）,5—28 μm颗粒的比例最低（67.5%）。播期不影响糜子淀粉的晶体类型,但是影响了X-射线衍射图谱的衍射峰强度。B1播期的直链淀粉含量（1.3%）极显著高于其余播期处理（0.18%—0.53%）。不同播期的籽粒淀粉的热焓特性相关指标中,糊化起始温度（To）、峰值温度（Tp）和终值温度（Tc）整体呈现出先增加后降低的趋势,而热焓值（ΔH）没有显著差异。不同播期下的糜子淀粉糊化特性各项指标均呈现显著性差异,其中,B3的峰值黏度（Pv）、谷值黏度（Tv）、最终黏度（Fv）和破损值（BD）显著高于其余处理,而回生值（SB）及糊化温度（PT）显著低于其他处理。随着播期的推迟,糜子淀粉的峰值黏度和破损值呈现先增加再减少的趋势,B1淀粉的热糊稳定性最强,B3淀粉的冷糊稳定性最强,但热糊稳定性最差,B2淀粉的冷糊稳定性最差,B4的冷糊、热糊稳定性均处于中间水平。【结论】 适宜的播期可以提供充分满足糜子生长需要的光、温条件。早播使糜子籽粒千粒重显著增加,籽粒更加饱满,且籽粒淀粉的平均粒径增加,具有较高的直链淀粉含量,更加适合加工热食,具有更高的营养价值。播期不影响淀粉的晶体类型,但是影响淀粉的X-射线的衍射峰强度,也会影响糊化特性等指标。
【目的】研究土壤肥力、施肥及其互作对高粱产量、品质及养分利用的影响,为不同肥力条件下高粱施肥提供理论依据。【方法】 从连续6年长期定位试验的不施肥、氮磷钾配施、氮磷钾结合有机肥和秸秆还田3个处理采集土壤,分别代表低肥力（LSF）、中肥力（MSF）和高肥力（HSF）,每个肥力水平设不施肥（NF）和施肥（CF）2个处理,在温室进行盆栽试验。籽粒成熟后每盆单独收获测产,测定并计算地上部及籽粒的氮磷钾养分含量、土壤氮磷钾养分依存率及氮磷钾肥养分利用效率,分析各处理对籽粒中淀粉、单宁及蛋白质含量的影响。【结果】 土壤基础肥力显著影响高粱地上部生物量和籽粒产量,但施肥后LSF、MSF和HSF 3个处理具有相同的生物量和产量。土壤基础肥力对籽粒淀粉含量没有显著影响,不施肥时LSF、MSF及HSF籽粒淀粉含量为67.99%—69.33%;但施肥降低高粱籽粒淀粉含量,随土壤基础肥力的升高,影响更为明显,HSF的CF处理淀粉含量仅为60.75%,比NF处理降低了九个百分点;土壤基础肥力对直链淀粉和支链淀粉比值没有影响。不施肥时LSF籽粒单宁含量最高,达13.69 g·kg -1,MSF和HSF的籽粒单宁含量分别为10.67和10.78 g·kg -1;施肥降低了LSF和HSF处理籽粒单宁含量,降幅达30%;尽管随土壤基础肥力提升籽粒蛋白质含量增加,但不施肥处理蛋白质含量较低,为50.98—68.54 g·kg -1;施肥显著提高了籽粒蛋白质含量,施肥后LSF、MSF和HSF处理的籽粒蛋白质含量分别为108.13、118.13和117.19 g·kg -1。土壤基础肥力显著影响了土壤地力和肥料对籽粒产量贡献率,LSF、MSF和HSF肥力下施肥对产量的贡献率分别为90.2%、51.7%和8.5%。不施肥时随土壤基础肥力提升,籽粒和秸秆中氮磷钾含量增加;与对应土壤基础肥力比较,施肥提高了籽粒和秸秆中氮磷钾养分吸收量,以HSF为例籽粒和秸秆中氮的吸收量分别由319.42和481.63 mg/盆增至597.11和924.92 mg/盆,造成了养分的奢侈吸收,降低了氮磷钾的收获指数,而在LSF和MSF情况下施肥提高了氮磷钾的收获指数。 【结论】 施肥能使低肥力土壤获得最大产量潜力;土壤基础肥力影响籽粒产量,但对籽粒淀粉、单宁和蛋白质含量的影响远远小于施肥;低肥力不施肥籽粒淀粉和单宁含量最高,高肥力施肥明显降低籽粒淀粉和单宁含量;施肥对籽粒蛋白质含量的影响远大于土壤肥力。施肥提高低土壤肥力植株氮磷钾收获指数,降低了高肥力养分收获指数,低肥力土壤合理施肥能实现籽粒高粱产量和品质的协同提高。
【目的】研究氮、磷、钾施肥量和施肥位置对杂交谷子干物质累积、转化和产量的影响,为杂交谷子高产高效种植和研发轻简化栽培技术提供理论依据。【方法】 试验于2016—2017年在山西中部太谷县的山西农业大学创新园区进行,以张杂谷10号为试验材料,选择氮、磷、钾施用量、施肥水平距离和施肥深度5个因素,采用五因素五水平二次回归正交旋转组合设计,进行地膜覆盖田间小区试验。所有肥料全部作为底肥,氮肥为含46%N的尿素,磷肥为含16%P2O5的过磷酸钙,钾肥为含50%K2O的硫酸钾。在谷子拔节、抽穗、开花、成熟期取有代表性的3穴植株用于测定干物质积累量,10月上旬收获,脱粒风干后称重、计产,用以研究施肥量和施肥位置对谷子不同生育时期干物质累积、转运和产量的影响。【结果】 （1）较高的产量水平需要较高的氮、磷、钾供肥水平,且磷钾比例相对较高。（2）对谷子干物质累积的影响依次为氮>磷>钾>施肥水平距离>施肥深度;对谷子干物质转运的影响依次为钾>施肥深度>磷>氮>施肥水平距离,对谷子产量的影响依次为氮>磷>钾>施肥深度>施肥水平距离。（3）氮、磷对谷子各个时期干物质累积均有极显著影响,营养生长阶段氮磷交互作用为负,生殖生长阶段氮磷交互作用为正。（4）随着生育时期的推移,钾、施肥水平距离、施肥深度对干物质累积的影响由负变正,且影响程度不断增大,最佳施肥位置与播种位置的距离先增大后减小。（5）5个因素与不同生育时期干物质累积、转运和产量的回归关系极显著,拟合程度较高,可用于实际生产预测。【结论】 山西省中部地膜覆盖条件下,张杂谷10号产量大于8 000 kg·hm -2的各因素取值的95%置信区间为施肥水平距离16.80—18.75 cm、施肥深度20.80—23.75 cm、施N 225 kg·hm -2、施P2O5136.35—153.63 kg·hm -2、施K2O 93.56—108.63 kg·hm -2。
