农艺措施对谷子产量及抗倒伏力学性能的影响

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本站小编 Free考研考试/2021-12-26

武翠卿^,¹, 孙静鑫², 郭平毅^,³, 王宏富³, 武新慧¹

¹山西农业大学工学院,山西太谷 030801

²运城学院机电工程系,山西运城 044000

³山西农业大学农学院,山西太谷 030801

Effects of Agronomic Managements on Yield and Lodging Resistance of Millet

WU CuiQing^,¹, SUN JingXin², GUO PingYi^,³, WANG HongFu³, WU XinHui¹

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

通讯作者: 郭平毅,E-mail：pyguo@sxau.edu.cn

责任编辑: 杨鑫浩
收稿日期:2020-06-19接受日期:2020-07-30网络出版日期:2021-03-16

基金资助:

国家重点研发计划.2016YFD0701801
国家谷子高粱产业技术体系项目.CARS-06-13.5-A28
山西省应用基础研究计划.201901D111219
山西省优秀博士来晋工作奖励资金科研项目.SXYBKY201755

Received:2020-06-19Accepted:2020-07-30Online:2021-03-16
作者简介 About authors
武翠卿,E-mail：gcywcq@163.com。

摘要
【目的】明晰栽培条件互作对谷子叶片光合特性、茎秆生物力学性质指标的耦合影响,为运用谷子茎秆生物力学性质进行抗倒伏特性评价,为优化谷子种植栽培条件及抗倒伏优种筛选提供合理农艺措施和理论支持。【方法】采用裂区试验设计方法,主区选取4个在生产中具有代表性的谷子品种,副区为基于不同的播种密度与施肥量、播种密度与水分、水分与施肥量互作处理栽培条件,系统研究了栽培措施对谷子生长发育以及茎秆抗倒伏生物力学性质的影响。【结果】（1）除水分对谷子茎秆节平均直径影响不显著外,谷子品种、施肥量、播种密度及水分4个因素对谷子的产量、光合生理特性及茎秆形态特性均有极显著影响（P＜0.001）;（2）谷子的千粒重、产量均随施肥量和水分的增加而增加;随播种密度的增加,千粒重呈下降趋势,产量呈现先上升后下降趋势;谷子旗叶SPAD值及最大荧光值（Fm）开花期显著高于灌浆期,开花期旗叶SPAD值、灌浆期旗叶Fm可作为谷子育种的目标性状;（3）播种密度对谷子田间倒伏率的影响最大,其次是水分、品种,施肥量的影响最小;（4）谷子茎秆倒数第二节的抗拉倒力与株高、节平均长度及茎秆节含水率显著负相关,与节平均直径显著正相关。【结论】不同农艺措施互作栽培条件下,单因子对谷子的产量、植株光合生理特性及茎秆力学性能影响最大;选择优良品种、合理密植（≤70万株/hm²）、适当水肥是提升谷子籽粒品质、增加产量、减少田间倒伏率的有效措施。
关键词： 谷子;栽培农艺措施;叶片光合特性;茎秆生物力学性质;影响机理

Abstract

【Objective】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. 【Method】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. 【Result】(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 (P<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 (F_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 and F_m value 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. 【Conclusion】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.

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

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武翠卿, 孙静鑫, 郭平毅, 王宏富, 武新慧. 农艺措施对谷子产量及抗倒伏力学性能的影响[J]. 中国农业科学, 2021, 54(6): 1127-1142 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.06.005
WU CuiQing, SUN JingXin, GUO PingYi, WANG HongFu, WU XinHui. Effects of Agronomic Managements on Yield and Lodging Resistance of Millet[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2021, 54(6): 1127-1142 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.06.005

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0 引言

【研究意义】谷子营养丰富,且具有喜温、抗旱、早熟、耐瘠薄的生理特点^[1,2]。由于谷子栽培和管理措施不同引起谷子产量相差悬殊^[2],导致谷子生产潜力未能充分发挥,所以需要探明农艺措施与谷子产量、抗倒伏能力之间的关系,为提升谷子籽粒品质、增加产量、减少田间倒伏率提供参考。【前人研究进展】国内外****开展了大量关于播期、密度、施肥、水分等农艺栽培措施对小麦、谷子等作物生长农艺性状、产量及产量构成因素、品质等影响的研究。CARR等^[3]、LITHOURGIDIS等^[4]和GUBERAC等^[5]研究了品种、播种密度以及耕作方式对小麦产量的影响,发现不同播种密度对小麦产量有很大影响;刘丽平等^[6]、张娟^[7]、朱翠林等^[8]和李强等^[9]研究了种植密度对小麦产量和品质的影响,发现其他种植条件不变时,产量随种植密度增大呈先升高后下降的趋势;李豪圣等^[10]和韩金玲等^[11]研究了种植密度对小麦茎秆形态的影响,发现种植密度对基部茎秆节间形态及抗倒伏力均有显著影响;郭天财等^[12]、黄彩霞^[13]研究了栽培技术对冬小麦植株光合特性的影响,结果表明增施氮肥可以有效提高旗叶光合色素含量,增强光合作用。赵海超等^[14]通过研究播期对谷子生长及产量的影响,发现5月中旬是张家口地区谷子的最佳播期。刘正理等^[15]测定了3种类型谷子在不同密度条件下产量及其构成要素,表明密度对群体个体并重夺高产型谷子产量影响不显著,而密度对个体夺高产型和群体夺高产型谷子产量影响显著。杨艳君^[2]研究结果表明,施氮水平、施钾水平以及株距之间交互作用对张杂谷穗粒数和产量有显著影响,施氮水平与株距之间的交互作用对千粒重有显著影响。张亚琦^[16]在不同施氮处理下,对杂交谷子产量与光合特性及水分利用效率（WUE）进行研究,表明谷子产量、光合特性及WUE与施氮水平密切相关,不同水肥耦合处理对杂交谷子产量的影响差异性较大。对于小麦、水稻等作物茎秆的生物力学性质试验研究^[17,18,19]已经取得了许多有益成果,但在作物茎秆性状与抗倒性的相关性探索与研究上,主要集中在水稻、玉米、小麦等大宗作物上^{[20,21,22,23,24]}。贾小平等^[25]对41份谷子材料倒伏指数、株高、穗长等性状调查发现,株高不会减弱谷子的抗倒伏性,谷子根部第2节性状对谷子整株植株抗倒伏性起到关键作用。袁立新^[26]认为,谷子株型与茎秆倒伏关系密切。郭玉明等^[27]运用生物力学指标对小麦、玉米、高粱、大豆等茎秆作物的抗倒伏性进行了评价分析,研究了不同生长期惯性矩、弹性模量、抗弯刚度、抗弯强度等弯折性能有关的各生物力学指标与抗倒性之间的关系,并以小麦茎秆为例确定了评价指标体系及评价方法。【本研究切入点】系统研究栽培措施互作对谷子茎秆生物力学性质及叶绿素等物理性质指标的耦合影响,而相关研究还未见报道。【拟解决的关键问题】本文采用裂区试验设计,研究播种密度与施肥量、播种密度与水分、水分与施肥量等栽培措施互作对不同品种谷子产量、叶片光合特性,以及抗倒伏力学性能的耦合影响,建立相关性关系,探明了栽培措施与谷子茎秆生物力学性质和生长期叶绿素等物性指标的关联及影响机理,为优化谷子种植栽培农艺措施及运用生物力学性质进行谷子抗倒伏评价提供理性支持。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验谷子品种4个,分别为优谷49（高秆直穗、上直下披叶,辽宁省葫芦岛市农业科学研究所）,公谷65（高秆弯穗、披散叶,辽宁省葫芦岛市农业科学研究所）,长生18（穗码略紧、抗倒性强,山西省农业科学研究院谷子研究所）,农谷04（矮秆直穗、抗旱抗倒的中晚熟品种,山西省农业科学研究院作物科学研究所）。

1.2 试验设计

试验于2018年4月至11月在山西农业大学试验田（海拔高度790 m）和山西农业大学农业生物力学实验室（室温）进行。试验地土壤类型为石灰性褐土,土壤pH 7.85,含有机质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、速效钾183.6 mg·kg^-1。

试验Ⅰ区：采用裂区设计,主区为谷子品种,分别为优谷49、公谷65、长生18、农谷04;裂区1为播种密度,分别为50万株/hm²（D50）、60万株/hm²（D60）、70万株/hm²（D70）、80万株/hm²（D80）;裂区2为施肥处理,分别为底施氮肥（尿素,含N 46%）0（F0）、90 kg·hm^-2（F90）、180 kg·hm^-2（F180）和270 kg·hm^-2（F270）。试验共计64个处理,每个处理行长4 m,行距0.5 m,4 行区3次重复。雨养,田间管理同常规生产。

试验Ⅱ区：采用裂区设计,主区为谷子品种,分别为优谷49,公谷65,长生18,农谷04;裂区为播种密度,分别为50万株/hm²（D50）、60万株/hm²（D60）、70万株/hm²（D70）、80万株/hm²（D80）。试验共计16个处理,每个处理行长4 m,行距0.5 m,4 行区9次重复,其中3次重复为雨养（W0,即旱作栽培）,3次重复为灌底墒水播种（W1）,3次重复为灌底墒水加生育期灌水（600 m³·hm^-2）1次（W2）,3种不同的水分管理中间设置15 m的隔离区。不施肥,田间管理同常规生产。

试验Ⅲ区：采用裂区设计,主区为谷子品种,分别为优谷49,公谷65,长生18,农谷04;裂区为施肥处理,分别为底施氮肥（尿素,含N 46%）0（F0）、90 kg·hm^-2（F90）、180 kg·hm^-2（F180）和270 kg·hm^-2（F270）。试验共计16个处理,每个处理行长4 m,行距0.5 m,4 行区6次重复,其中3次重复为浇灌,3次重复为雨养,浇灌区和雨养区设置15 m的隔离区。谷子种植密度为60万株/hm²,田间管理同常规生产。

1.3 测定指标与方法

1.3.1 谷子千粒重测量及产量计算收获期4个品种分别选择生长发育基本一致的植株,每个处理每次重复分别取10株进行单株收回,置于105℃的烘箱里杀青30 min,然后80℃的烘箱内烘干取出,分别考种,测量千粒重,计算产量。

1.3.2 叶绿素含量及叶绿素荧光动力学参数测定每个小区选取生长一致的20株挂牌标记,分别于灌浆期、开花期采用SPAD-502叶绿素仪测定叶绿素含量（SPAD值）,用便携式调制叶绿素荧光仪Mini-PAM,按操作规程测定叶绿素荧光动力学参数,以20株谷子旗叶的平均值为该小区的测定值。测定叶绿素荧光时,叶片预先暗适应30 min,然后直接读出最大荧光（F_m）。

1.3.3 谷子倒伏率的计算每个处理随机选择5 m²的谷子生长区,查看总植株数及倒伏数,以倒伏植株占总植株的百分数为该处理的倒伏率。

1.3.4 谷子株高、节平均长度的测量谷子黄熟期,每个处理随机选择30株谷子并挂牌标记,用钢板尺测量其株高（谷子生长地表到穗下节顶部的长度）,以所测量30株谷子的平均株高代表该处理的株高。查看所测谷子茎秆的节数,以株高除以节数为所测植株的节平均长度;以30株谷子的节平均长度的平均值为该处理的平均节长度。

1.3.5 谷子抗拉倒力的测量将每个处理挂牌30株谷子,用弹簧秤钩住谷子茎秆上部1/3高度处拉倒茎秆,记录弹簧秤的最大读数为该植株的抗拉倒力。以所测量30株谷子抗拉倒力的平均值为该处理的抗拉倒力。

1.3.6 谷子茎秆含水率测定将每个处理选出的30个植株称重、烘干、再称重,计算茎秆平均含水率,将该平均含水率作为该处理的茎秆含水率。

1.3.7 弯曲力学性质测试方法选取试验田中的3个品种（优谷49、长生18和农谷04）进行弯曲试验。采集时间为谷子成熟期,每个品种采样6株,除去根、叶及叶鞘,量取株高、穗重等形态指标后,从基部第二节起,节部依次向上截取各节间作为试样,测定其外径和壁厚。试验在SANS-CMT6104生物材料力学试验机上进行,选用精度达±5%N的200 N传感器,试验加载速率设定为10 mm·min^-1,如图1所示。

（1）${{\sigma }_{}}=\frac{M}{W}=\frac{PDl}{8I}$

（2）$E=\frac{P{{l}^{3}}}{48Iw}$

（3）$I={\pi ({{D}^{4}}-{{d}^{4}})}/{64}\;$

图1

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图1谷子茎秆弯曲性质测试

Fig. 1Test on bending properties of millet stem

由公式（1—2）分别计算茎秆的抗弯强度和弹性模量,公式（3）计算惯性矩。式中,P 为弯曲试件所承受的最大载荷,即弯折力,N;D为茎秆试件受力点的外径,mm;l为弯曲试件标距长度,mm;w为试样加载点的弯曲挠度,mm;I为茎秆空心圆截面的惯性矩,mm⁴;d为茎秆试件受力点的内径,mm。E×I为抗弯刚度,反映茎秆抵抗变形的能力,该值越大,表明茎秆抵抗变形的能力越强;惯性矩I是衡量茎秆抗弯能力的一个截面几何参数;弯曲强度σ_弯是对应最大弯矩截面的弯曲应力,作为判别能否被弯折的判据;弹性模量是反映茎秆材料属性的常数,这几个茎秆的力学性质参数可通过测定茎秆截面面积、弯折力、挠度,利用上述公式求出。

1.3.8 各参数与产量的灰色关联度计算按灰色系统理论要求,将谷子的产量（千粒重）、叶绿素含量及其他参数视为一个整体,构建一个灰色系统。采用DPS v7.05统计软件计算各参数与产量的灰色关联度。设产量（千粒重）即为参考数列X₀,其他相关性状参数分别为比较数列X₁、X₂、X₃、…、X_i,参数X_i与产量（X₀）的关联系数（ε）和各因素的关联度（r）为：

（4）${{\varepsilon }_{i(k)}}=\frac{\tfrac{\min }{i}\tfrac{\min }{k}\left| {{X}_{0(k)}}-{{X}_{i(k)}} \right|+\rho \tfrac{\max }{i}\tfrac{\max }{k}\left| {{X}_{0(k)}}-{{X}_{i(k)}} \right|}{\left| {{X}_{0(k)}}-{{X}_{i(k)}} \right|+\rho \tfrac{\max }{i}\tfrac{\max }{k}\left| {{X}_{0(k)}}-{{X}_{i(k)}} \right|}$

（5）${{r}_{i}}=\tfrac{1}{n}\sum\limits_{k=1}^{n}{{{\varepsilon }_{i(k)}}}$

式中,ε_i₍_k₎为X_i对X₀在k点的关联系数,ρ为灰色分辨系数,取值范围在0—1之间,一般取ρ=0.5;$\tfrac{\min }{i}\tfrac{\min }{k}\left| {{X}_{0(k)}}-{{X}_{i(k)}} \right|$为二级最小差的绝对值,其中 $\tfrac{\min }{k}\left| {{X}_{0(k)}}-{{X}_{i(k)}} \right|$表示X₀数列与X_i数列在对应点差值中最小差,在一级最小差的基础上再找出其中最小差就是二级最小差;$\tfrac{\max }{i}\tfrac{\max }{k}\left| {{X}_{0(k)}}-{{X}_{i(k)}} \right|$表示二级最大差的绝对值;根据关联度r_i的大小,可以确定比较数列与参考数列的关联程度,从而判断比较数列的重要性。按关联度大小,排出各个参数与产量（千粒重）的关联顺序。

1.4 试验数据记录和处理

采用Excel记录所测数据并求平均值,运用SAS中的“glm”程序运算功能分析各影响因素的显著性。

2 结果

2.1 施肥量、密度对谷子产量、植株光合生理特性及茎秆特性的影响

品种、施肥量及播种密度对谷子的千粒重、产量、开花期SPAD、灌浆期SPAD、开花期最大F_m、灌浆期最大F_m、茎秆倒伏率、株高、节平均长度及节平均直径均有极显著影响（P＜0.001）。品种与施肥量互作对谷子的千粒重、产量、开花期SPAD、灌浆期SPAD及茎秆倒伏率、株高均有极显著影响（P＜0.001）;品种与播种密度互作对谷子的千粒重、产量及茎秆倒伏率有显著影响（P＜0.05）。施肥量与播种密度互作对谷子的秕谷率、产量有显著影响（P＜0.05）（表 1）。

Table 1
表1
表1施肥量、密度处理对谷子产量、植株光合生理特性和茎秆特性的影响及显著性分析
Table 1Effects and significance analysis of different fertilizer application amount and density on the yield of millet, the physiological characteristics of photosynthesis and the characteristics of stalk

品种 Variety	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)	产量 Yield		光合生理特性 The physiological characteristics of photosynthesis				茎秆形态特性指标 Morphological index of stalk
品种 Variety	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)	千粒重 1000- grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	开花期SPAD SPAD value at flowering stage	灌浆期SPAD SPAD value at filling stage	开花期最大F_m Maximum F_m value at flowering stage	灌浆期最大F_m Maximum F_mvalue at filling stage	倒伏率 Lodging rate (%)	株高 Plant height (cm)	节平均长度Average section length (cm)	节平均直径Average section diameter (cm)
优谷49 Yougu49	0		50	2.82	3313.23	36.21	34.18	2438	2197	0.77	128.26	4.18	0.93
			60	2.53	3688.15	35.89	34.36	2501	2221	2.93	132.21	4.37	0.89
			70	2.01	3728.45	35.31	34.09	2588	2291	4.52	134.35	4.51	0.86
			80	1.75	3589.32	35.19	33.89	2611	2348	6.72	138.66	4.62	0.78
	90		50	3.1	3642.15	37.15	35.62	2568	2291	0.81	134.15	4.54	1.08
			60	2.98	3712.61	37.24	36.01	2671	2418	2.86	137.33	4.72	1.03
			70	2.67	3855.73	37.64	36.83	2721	2510	4.5	138.96	4.86	0.95
			80	2.5	3799.12	37.12	36.98	2815	2600	6.64	142.50	4.96	0.86
	180		50	3.28	3723.45	38.61	35.98	2731	2380	0.79	140.61	4.83	1.19
			60	3.1	3746.11	38.38	35.91	2894	2522	2.91	141.46	4.91	1.11
			70	2.99	3851.12	38.11	35.28	2931	2644	4.55	144.28	5.04	1.07
			80	2.73	3888.56	38.01	35.73	3002	2741	6.57	144.85	5.21	0.95
	270		50	3.33	3955.16	40.15	38.33	2845	2531	0.75	144.22	4.95	1.36
			60	3.28	4255.87	39.95	37.66	3008	2648	2.88	146.27	5.06	1.24
			70	3.14	4653.12	39.30	37.51	3132	2749	4.49	149.27	5.13	1.18
			80	2.99	4878.66	39.12	37.98	3254	2841	6.6	149.37	5.34	1.12
公谷65 Gonggu65	0		50	2.32	3689.12	38.63	36.33	2594	2286	0.43	106.77	3.62	1.12
			60	2.21	3700.54	38.45	36.42	2655	2308	1.66	110.07	3.76	1.06
			70	2.00	3751.21	37.95	36.01	2711	2364	2.97	112.24	3.88	1.02
			80	1.97	3566.22	37.33	36.51	2803	2416	4.11	115.58	4.02	0.93
	90		50	2.55	3762.11	40.21	37.86	2615	2322	0.45	110.39	3.89	1.21
			60	2.40	3815.26	40.09	37.64	2711	2491	1.64	113.24	4.04	1.17
			70	2.24	3954.65	40.16	37.91	2808	2611	2.85	115.70	4.14	1.09
			80	1.88	3866.55	40.01	38.2	2902	2691	4.1	118.36	4.43	0.94
	180		50	2.85	3966.87	42.58	40.36	2799	2491	0.38	114.50	4.14	1.28
			60	2.62	4118.32	42.14	40.21	2945	2621	1.59	116.06	4.26	1.22
			70	2.41	4523.62	42.53	40.32	3041	2715	2.9	118.88	4.45	1.18
			80	2.31	4526.98	42.21	40.76	3112	2801	4.08	120.59	4.61	1.04
	270		50	3.23	4000.59	44.87	42.82	3002	2605	0.4	116.85	4.28	1.39
			60	3.18	4315.87	44.55	42.31	3155	2713	1.62	118.93	4.40	1.31
			70	3.05	4688.15	44.1	42.08	3207	2822	2.93	122.19	4.52	1.24
			80	2.97	4766.52	43.95	42.24	3310	2924	4.11	123.78	4.72	1.18
品种 Variety	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)	产量 Yield		光合生理特性 The physiological characteristics of photosynthesis				茎秆形态特性指标 Morphological index of stalk
品种 Variety	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)	千粒重 1000- grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	开花期SPAD SPAD value at flowering stage	灌浆期SPAD SPAD value at filling stage	开花期最大F_m Maximum F_m value at flowering stage	灌浆期最大F_m Maximum F_mvalue at filling stage	倒伏率 Lodging rate (%)	株高 Plant height (cm)	节平均长度Average section length (cm)	节平均直径Average section diameter (cm)
长生18 Changsheng18	0		50	2.58	2802.12	38.49	36.52	2591	2268	0.46	109.52	3.90	1.03
	0		60	2.15	2983.25	38.56	36.37	2677	2315	1.58	113.14	4.06	0.98
			70	1.90	3001.22	38.17	36.24	2436	2381	3.01	115.29	4.19	0.94
			80	1.73	2800.65	37.07	36.28	2799	2384	4.34	119.12	4.32	0.86
	90		50	2.78	3052.65	40.53	38.14	2693	2411	0.45	114.27	4.21	1.18
			60	2.43	3210.48	40.68	38.39	2751	2414	1.61	117.28	4.38	1.11
			70	2.12	3663.11	40.35	38.07	2824	2670	2.99	119.33	4.50	1.02
			80	2.08	3608.65	40.21	38.57	2891	2705	4.25	122.43	4.72	0.93
	180		50	3.17	3852.44	42.37	39.91	2737	2432	0.39	119.55	4.49	1.23
			60	3.01	3991.84	42.78	39.84	2907	2611	1.65	120.76	4.58	1.17
			70	2.85	4023.77	42.64	39.39	3111	2761	2.97	123.58	4.74	1.13
			80	2.62	4108.74	42.11	39.82	3212	2811	4.18	124.72	4.91	1.01
	270		50	3.48	4150.12	44.60	43.15	3021	2633	0.43	122.53	4.62	1.39
			60	3.21	4313.52	43.55	42.73	3108	2733	1.6	124.60	4.73	1.28
			70	3.09	4758.66	43.81	42.05	3242	2861	2.86	127.73	4.83	1.21
			80	2.76	4908.12	43.34	42.65	3351	2968	4.21	128.56	5.03	1.15
农谷04 Nonggu04	0		50	2.42	3752.15	41.37	39.1	2833	2610	0.18	85.27	3.07	1.31
			60	2.28	3855.3	41.61	39.28	2911	2733	0.84	87.93	3.15	1.24
			70	1.99	3927.54	42.3	38.91	3001	2811	1.61	90.13	3.25	1.19
			80	1.71	3733.15	42.19	38.84	3189	2910	2.15	92.49	3.43	1.08
	90		50	3.03	4322.87	43.58	41.64	2905	2711	0.2	86.62	3.23	1.35
			60	2.74	4562.12	43.31	41.71	3054	2831	0.82	89.15	3.37	1.31
			70	2.21	4755.61	43.14	41.25	3214	2931	1.59	92.44	3.43	1.23
			80	2.03	4689.31	43.01	41.82	3211	3007	2.13	94.25	3.91	1.02
	180		50	3.31	4511.56	45.62	44.04	3047	2878	0.21	88.39	3.45	1.38
			60	3.10	4750.12	45.88	44.34	3189	2904	0.86	90.66	3.62	1.34
			70	2.99	4832.5	45.38	44.6	3385	3021	1.64	93.47	3.86	1.29
			80	2.85	4899.73	45.21	44.86	3299	3121	2.19	96.33	4.02	1.13
	270		50	3.46	4723.45	46.99	43.85	3141	2918	0.19	89.48	3.61	1.42
			60	3.21	4921.63	46.25	43.37	3321	3009	0.87	91.59	3.74	1.38
			70	3.07	5144.89	47.08	44.52	3411	3015	1.62	95.1	3.92	1.31
			80	2.98	5312.1	46.83	44.76	3511	3148	2.08	98.19	4.11	1.25
品种 Variety	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)	产量 Yield		光合生理特性 The physiological characteristics of photosynthesis				茎秆形态特性指标 Morphological index of stalk
品种 Variety	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)	千粒重 1000- grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	开花期SPAD SPAD value at flowering stage	灌浆期SPAD SPAD value at filling stage	开花期最大F_m Maximum F_m value at flowering stage	灌浆期最大F_m Maximum F_mvalue at filling stage	倒伏率 Lodging rate (%)	株高 Plant height (cm)	节平均长度Average section length (cm)	节平均直径Average section diameter (cm)
品种 Variety		F		26.25	199.75	993.46	952.19	224.97	394.05	13641.6	16960.9	2542.57	622.53
品种 Variety		P		＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001
施肥量 Fertilization		F		290.61	345.05	695.54	734.63	222.00	330.33	3.570	112.14	137.83	136.96
施肥量 Fertilization		P		＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001
播种密度 Seeding density		F		107.27	47.05	7.59	7.37	78.13	172.34	34833.5	73.63	64.22	114.79
播种密度 Seeding density		P		＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001
品种×施肥量 Variety×Fertilization		F		6.34	19.01	8.28	31.82	2.10	4.20	1.330	27.84	0.660	26.42
品种×施肥量 Variety×Fertilization		P		＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	0.046	0.0018	0.267	＜0.001	0.595	＜0.001
品种×播种密度 Variety×Seeding density		F		1.03	0.23	0.97	0.65	0.80	0.63	1446.65	0.34	1.46	1.910
品种×播种密度 Variety×Seeding density		P		0.440	0.9864	0.486	0.747	0.620	0.764	＜0.001	0.800	0.290	0.199
施肥量×播种密度 Fertilization×Seeding density		F		2.13	7.37	0.74	1.32	2.05	3.06	1.340	0.490	0.450	1.670
施肥量×播种密度 Fertilization×Seeding density		P		0.05	＜0.001	0.669	0.272	0.061	0.052	0.265	0.847	0.876	0.228

P＜0.001表明水平极显著,P<0. 05表明水平显著。下同
P＜0.001 indicates extremely significant difference, P＜0.05 indicates significant difference. The same as below

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参照F值可见,单因素中,影响千粒重、产量的主要因子是施肥量;因子互作中,品种和施肥量互作的影响最大,施肥量和播种密度互作的次之,品种和播种密度互作的最小,且影响不显著。说明施肥量对增产具有极其重要的作用。

单因素中,影响开花期与灌浆期SPAD、最大荧光值（F_m）的主要因子是品种,施肥量次之,播种密度最小;因子互作中,品种和施肥量互作对开花期与灌浆期SPAD、F_m影响最大,且影响显著,而品种和播种密度互作、施肥量和播种密度互作均对开花期与灌浆期SPAD、F_m的影响不显著。

相同的栽培条件下,农谷04的旗叶SPAD、旗叶最大荧光值（F_m）均最大,优谷49的均最小,公谷64和长生18的SPAD介于二者之间。不同栽培条件下,4个品种开花期旗叶SPAD、最大荧光值均显著高于灌浆期（表1—3）。相同播种密度下,谷子旗叶开花期与灌浆期SPAD、F_m均随施肥量的增加而增加。

Table 2
表2
表2水分、密度对谷子产量、植株光合生理特性和茎秆特性的影响及显著性分析
Table 2Effects and significance analysis of different water and density on the yield of millet, the physiological characteristics of photosynthesis and the characteristics of stalk

品种Variety	水分Water	播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)		产量 Yield		光合生理特性 The physiological characteristics of photosynthesis				茎秆形态特性指标 Morphological index of stalk
品种Variety	水分Water	播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)		千粒重 1000- grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	开花期SPAD SPAD value at flowering stage	灌浆期SPAD SPAD value at filling stage	开花期最大F_m Maximum F_m value at flowering stage	灌浆期最大 F_m值 Maximum F_mvalue at filling stage	倒伏率 Lodging rate (%)	株高 Plant height (cm)	节平均长度 Average section length (cm)	节平均直径Average section diameter (cm)
优谷49 Yougu49	W0	50		3.01	3308.56	35.92	33.41	2497	2218	0.15	125.46	3.94	0.84
		60		2.93	3451.19	36.01	33.56	2515	2173	0.62	128.97	4.08	0.76
		70		2.83	3542.51	36.81	33.7	2454	2237	2.44	131.11	4.15	0.68
		80		2.79	3508.11	35.88	33.63	2497	2218	4.17	134.28	4.31	0.62
	W1	50		3.22	3470.96	38.03	35.66	2681	2315	0.46	139.34	4.5	0.95
		60		3.15	3597.33	38.11	35.48	2704	2408	0.93	145.36	4.62	0.92
		70		3.09	3648.1	39.99	35.54	2655	2432	2.95	146.25	4.84	0.75
		80		3.07	3660.12	38.12	35.61	2573	2342	5.31	149.26	5.16	0.69
	W2	50		3.27	3500.78	40.52	37.24	2715	2501	0.85	150.69	5.13	1.13
		60		3.18	3669.55	40.13	37.04	2822	2613	1.28	154.18	5.46	1.07
		70		3.15	3730.18	40.28	37.46	2728	2570	3.41	157.73	5.64	0.83
		80		3.12	3618.24	40.78	37.38	2844	2588	6.54	158.44	5.72	0.76
公谷65 Gonggu65	W0	50		2.67	3666.18	37.65	35.84	2597	2314	0.51	104.29	3.48	1.03
		60		2.51	3842.55	37.66	35.72	2601	2344	0.97	107.54	3.64	0.92
		70		2.42	3903.17	38.03	35.91	2637	2341	1.92	109.11	3.74	0.82
		80		2.39	3852.47	37.81	35.64	2600	2307	3.28	111.23	3.91	0.73
	W1	50		2.83	3743.58	39.73	37.81	2734	2548	0.84	115.43	4.07	1.13
		60		2.71	3891.51	39.88	37.67	2781	2561	1.35	119.97	4.19	1.08
		70		2.69	3991.07	39.55	37.47	2787	2499	2.51	121.26	4.39	0.91
		80		2.5	3855.24	39.64	38.01	2801	2561	3.61	124.25	4.67	0.83
	W2	50		3.04	3804.66	44.53	41.37	2918	2741	1.12	123.58	4.60	1.26
		60		2.91	3951.87	44.28	41.09	2933	2712	1.69	126.51	4.81	1.19
		70		2.7	3991.55	44.61	41.71	2976	2687	2.86	128.94	4.94	1.03
		80		2.61	3812.41	44.56	41.31	2987	2781	4.16	130.51	5.06	0.97
长生18 Changsheng 18	W0	50		3.12	2905.41	37.38	35.71	2581	2370	0.49	106.86	3.61	0.97
		60		3.04	3138.21	37.61	35.22	2631	2347	0.89	110.25	3.76	0.88
		70		2.91	3324.55	38.1	36.11	2641	2359	2.1	112.11	3.84	0.79
		80		2.85	3288.1	37.91	35.82	2674	2351	3.25	114.75	4.01	0.71
	W1	50		3.21	3011.64	39.54	37.61	2751	2508	0.92	119.38	4.18	1.08
		60		3.09	3308.54	39.66	37.12	2753	2548	1.42	124.66	4.30	1.04
		70		3.04	3501.62	39.81	37.64	2750	2531	2.66	125.75	4.51	0.87
		80		2.77	3480.51	39.41	37.65	2765	2510	3.57	128.75	4.78	0.80
品种Variety	水分Water	播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)		产量 Yield		光合生理特性 The physiological characteristics of photosynthesis				茎秆形态特性指标 Morphological index of stalk
品种Variety	水分Water	播种密度 Seeding density (×10⁴ plants/hm²)		千粒重 1000- grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	开花期SPAD SPAD value at flowering stage	灌浆期SPAD SPAD value at filling stage	开花期最大F_m Maximum F_m value at flowering stage	灌浆期最大 F_m值 Maximum F_mvalue at filling stage	倒伏率 Lodging rate (%)	株高 Plant height (cm)	节平均长度 Average section length (cm)	节平均直径Average section diameter (cm)
	W2	50		3.3	3238.14	44.37	41.09	2897	2760	1.23	129.13	4.77	1.23
		60		3.19	3573.11	44.15	41.24	2971	2759	1.83	132.34	5.03	1.17
		70		3.1	3605.52	44.87	41.52	2949	2731	2.91	135.33	5.19	0.97
		80		2.95	3541.73	43.98	41.19	2941	2762	4.22	136.47	5.29	0.91
农谷04 Nonggu04	W0	50		3.31	3681.62	41.68	39.43	2830	2571	0	83.12	3.02	1.21
		60		3.24	3810.55	41.83	39.33	2841	2566	0.62	86.11	3.21	1.09
		70		3.15	3972.51	41.55	39.34	2861	2546	1.13	87.11	3.34	0.96
		80		3.01	3830.15	41.28	36.54	2811	2537	2.12	88.19	3.51	0.85
	W1	50		3.41	3804.51	43.56	41.38	2991	2671	0.33	91.53	3.65	1.32
		60		3.3	3961.85	43.81	41.22	3001	2697	0.97	94.59	3.76	1.23
		70		3.21	4052.61	44.01	41.56	3042	2751	1.42	96.28	3.95	1.06
		80		3.09	3967.1	43.91	41.37	3015	2736	2.74	99.24	4.06	0.97
	W2	50		3.62	4321.07	46.58	42.3	3215	2941	0.76	96.47	4.09	1.38
		60		3.41	4581.61	46.78	43.62	3294	2978	1.25	98.84	4.16	1.31
		70		3.32	4879.31	46.51	43.26	3294	2941	1.71	100.15	4.25	1.23
		80		3.15	4752.91	46.91	44.18	3271	2950	3.13	102.59	4.37	1.18
水分 Water			F	129.71	139.43	1086.38	313.47	478.27	705.38	87.30	1336.41	348.16	1.41
水分 Water			P	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	＜0.001	0.315
品种×水分 Variety×Water			F	5.86	38.74	19.57	4.64	5.19	7.41	5.05	124.21	13.01	0.70
品种×水分 Variety×Water			P	0.0016	＜0.001	＜0.001	0.005	0.003	＜0.001	＜0.001	＜0.001	0.007	0.533
播种密度×水分 Seeding density×Water			F	1.26	0.41	0.66	1.12	1.15	1.48	2.26	0.90	0.49	0.55
播种密度×水分 Seeding density×Water			P	0.325	0.860	0.682	0.388	0.377	0.241	0.084	0.549	0.796	0.755

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Table 3
表3
表3施肥量、水分对谷子产量、植株光合生理特性和茎秆特性的影响及显著性分析
Table 3Effects and significance analysis of different fertilizer application amount and water on the yield of millet, the physiological characteristics of photosynthesis and the characteristics of stalk

品种 Variety	水分Water	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		产量 Yield		光合生理特性 The physiological characteristics of photosynthesis					茎秆形态特性指标 Morphological index of stalk
品种 Variety	水分Water	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		千粒重 1000- grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	开花期SPAD SPAD value at flowering stage	灌浆期SPAD SPAD value at filling stage	开花期最大F_m Maximum F_m value at flowering stage	灌浆期最大F_m Maximum F_mvalue at filling stage	倒伏率 Lodging rate (%)		株高 Plant height (cm)	节平均长度Average section length (cm)	节平均直径Average section diameter (cm)
优谷49 Yougu49	W0	0		2.11	2850.14	31.04	29.57	2253	2004	0.85		123.85	3.83	0.69
		90		2.24	2931.15	33.72	31.08	2345	2136	0.88		130.49	3.91	0.85
		180		2.79	3125.41	35.74	32.98	2388	2206	0.91		138.62	3.95	0.96
		270		2.91	3274.52	38.51	36.46	2490	2291	0.95		145.61	4.01	1.05
	W1	0		2.41	2956.48	33.61	30.81	2361	2151	2.17		132.54	4.03	0.93
		90		2.62	3243.51	35.47	32.58	2411	2208	2.24		143.62	4.24	1.02
		180		2.97	3542.1	37.93	35.46	2497	2291	2.38		149.38	4.46	1.16
		270		3.21	3732.54	40.37	38.61	2556	2347	2.46		157.91	4.86	1.28
	W2	0		2.61	3125.24	36.21	34.38	2456	2218	3.55		137.51	5.05	1.19
		90		2.83	3381.71	39.31	37.44	2561	2294	3.61		149.62	5.26	1.26
		180		3.31	3841.52	42.55	40.17	2634	2350	3.73		158.56	5.58	1.30
		270		3.38	4415.05	45.53	42.8	2731	2424	3.92		162.38	5.82	1.33
公谷65 Gonggu65	W0	0		2.83	2893.1	33.46	31.87	2364	2120	0.55		102.51	3.40	0.76
		90		2.91	2955.41	35.97	33.71	2431	2189	0.67		107.92	3.49	0.95
		180		3.05	3054.21	37.15	35.81	2521	2234	0.74		113.93	3.64	1.07
		270		3.12	3258.61	40.08	38.66	2611	2300	0.81		119.58	3.77	1.19
	W1	0		2.97	2986.12	36.01	34.51	2451	2270	1.93		109.64	3.62	1.06
		90		3.15	3125.85	38.44	36.53	2513	2310	2.01		116.90	3.89	1.16
		180		3.24	3396.41	40.18	38.97	2609	2394	2.14		122.33	4.15	1.29
		270		3.38	4215.63	43.86	41.2	2687	2421	2.21		129.76	4.43	1.41
	W2	0		3.15	3215.45	40.36	38.72	2531	2344	2.63		114.82	4.39	1.33
		90		3.32	3752.15	42.53	39.06	2598	2411	2.85		124.16	4.61	1.42
		180		3.38	4391.25	45.71	42.94	2638	2481	2.99		131.41	4.88	1.46
		270		3.94	4758.61	49.52	46.38	2734	2521	3.12		135.38	5.12	1.51
长生18 Changsheng18	W0	0		2.12	2935.87	33.58	31.9	2378	2098	0.61		105.18	3.51	0.74
		90		2.38	3212.55	36.03	33.67	2458	2172	0.76		111.20	3.6	0.92
		180		2.45	3354.45	37.35	35.43	2546	2262	0.83		118.27	3.69	1.03
		270		2.81	3569.71	40.34	38.61	2648	2316	0.95		124.59	3.79	1.14
	W1	0		2.32	3254.21	35.97	34.61	2435	2253	1.84		113.09	3.72	1.01
		90		2.54	3480.54	38.78	36.49	2547	2324	1.95		122.26	3.96	1.11
		180		2.61	3715.33	40.37	39.02	2597	2405	2.11		127.85	4.20	1.24
		270		2.94	3854.88	44.08	41.53	2638	2485	2.38		135.83	4.52	1.36
品种 Variety	水分Water	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		产量 Yield		光合生理特性 The physiological characteristics of photosynthesis					茎秆形态特性指标 Morphological index of stalk
品种 Variety	水分Water	施肥量 Fertilizer application amount (kg·hm^-2)		千粒重 1000- grain weight (g)	产量 Yield (kg·hm^-2)	开花期SPAD SPAD value at flowering stage	灌浆期SPAD SPAD value at filling stage	开花期最大F_m Maximum F_m value at flowering stage	灌浆期最大F_m Maximum F_mvalue at filling stage	倒伏率 Lodging rate (%)		株高 Plant height (cm)	节平均长度Average section length (cm)	节平均直径Average section diameter (cm)
	W2	0		2.71	3562.73	40.51	39.04	2514	2361	2.59		118.16	4.62	1.28
		90		2.94	3758.51	42.84	39.37	2604	2424	2.81		128.89	4.83	1.36
		180		3.05	4210.55	46.03	43.57	2641	2482	3.02		136.98	5.13	1.40
		270		3.28	4452.19	53.44	50.09	2759	2553	3.26		140.88	5.37	1.44
农谷04 Nonggu04	W0	0		2.83	3931.15	37.55	35.42	2631	2411	0.35		81.16	2.97	0.83
		90		2.91	4125.51	40.05	37.81	2697	2499	0.51		85.36	3.06	1.06
		180		2.97	4341.89	42.82	39.81	2748	2543	0.66		89.24	3.33	1.18
		270		3.02	4480.91	44.6	42.15	2799	2601	0.79		93.55	3.52	1.34
	W1	0		2.91	4215.51	40.02	38.61	2711	2500	1.12		86.75	3.21	1.19
		90		2.97	4651.25	43.01	39.94.	2794	2591	1.32		90.18	3.54	1.31
		180		3.04	4792.85	44.88	42.53	2841	2654	1.55		95.28	3.83	1.43
		270		3.12	4931.66	47.21	45.67	2951	2744	1.72		101.61	3.92	1.52
	W2	0		3.12	4562.78	44.67	41.08	2815	2591	2.14		92.13	3.72	1.47
		90		3.16	4680.15	47.36	45.71	2901	2650	2.32		98.7	3.96	1.58
		180		3.25	4963.88	50.61	47.85	2981	2731	2.53		104.27	4.18	1.62
		270		3.34	5099.16	56.44	53.21	3051	2812	2.68		108.39	4.41	1.69
施肥量×水分 Fertilization×Water			F	2.45	3.00	9.57	3.71	0.27	0.65	8.94		3.78	1.54	1.00
施肥量×水分 Fertilization×Water			P	0.008	0.033	＜0.001	0.015	0.945	0.692	＜0.001		0.065	0.308	0.499

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单因素中,播种密度对谷子的倒伏率影响最大,品种次之,施肥量最小;因子互作中,品种和播种密度互作对谷子倒伏率的影响最大,且影响极显著,品种和施肥量互作、施肥量和播种密度互作的F值接近,且影响均不显著。相同的栽培条件下,优谷49的倒伏率最高,农谷的04最低,公谷65和长生18介于二者之间（表1—3）。在相同的施肥量下,谷子的田间倒伏率均随着播种密度的增加而增加。

单因素中,品种对谷子的株高、节平均长度及节平均直径的影响最大,施肥量次之,播种密度最小;因子互作中,品种和施肥量互作对谷子的株高及节平均直径影响最大且极显著,其他不显著。不同播种密度、水分及施肥条件下优谷49株高、节平均长度最大,而优谷49的节平均直径最小（表1—3）。在相同的施肥量下,各品种的株高、节平均长度随播种密度的增加而增加,而节平均直径随播种密度的增加而减小;相同播种密度下,株高、节平均长度及节平均直径随施肥量的增加而增加。

2.2 水分、密度对谷子产量、植株光合生理特性及茎秆特性的影响

水分对谷子的千粒重、产量、开花期SPAD、灌浆期SPAD、开花期最大F_m、灌浆期最大F_m、茎秆倒伏率、株高及节平均长度均有极显著影响（P＜0.001）,而对节平均直径影响不显著。品种与水分互作对谷子的千粒重、产量、开花期SPAD、灌浆期SPAD、开花期最大F_m、灌浆期最大F_m、茎秆倒伏率、株高及节平均长度均有显著影响（P＜0.05）,而对节平均直径影响不显著。播种密度与水分互作对谷子的产量有极显著影响（P＜0.001）。参照F值可见,水分对各个指标的影响最大,品种和水分互作次之,播种密度与水分互作最小且影响均不显著（表2）。

相同播种密度下,谷子旗叶SPAD及F_m随着水分的增加而增加;谷子田间倒伏率随着水分的增加而增加;各品种的株高及节平均长度随着水分的增加而增加。

在相同的水分处理下,倒伏率随着播种密度的增加而增加;各谷子品种的株高及节平均长度随着播种密度的增加而增加。

2.3 施肥量、水分对谷子产量、植株光合生理特性及茎秆特性的影响

施肥量与水分互作对谷子的千粒重、产量、开花期SPAD、灌浆期SPAD及茎秆倒伏率有显著影响（P＜0.05）（表3）。

相同施肥条件下,旗叶SPAD及旗叶F_m随着灌水的增加而增加;谷子田间倒伏率均随水分的增加而增加;优谷49及农谷04的株高、节平均长度及节平均直径均随着水分增加而增加。

在相同的水分处理下,旗叶SPAD及旗叶F_m随施肥量的增加而增加,田间倒伏率随着施肥量的增加而增加;谷子茎秆的株高、节平均长度及节平均直径均随着施肥量的增加而增加。

2.4 不同处理对谷子产量、植株光合生理特性的影响

适宜的水分及施肥量一般能促进叶片叶绿素的合成,延缓叶绿素的降解,增强光合作用^[28,29]。本研究结果也表明,相同的栽培条件下,不同品种的谷子旗叶SPAD具有一定的差异,不同栽培条件对谷子旗叶SPAD有显著性影响,结合前面分析表明,增加水、肥对提高谷子旗叶叶绿素含量,增强谷子光合潜力具有较大的促进作用。

2.5 谷子各节间材料弯曲试验结果及相关分析

不同品种谷子茎秆的节间长、外径、弯折力、弯曲强度、弹性模量及抗弯刚度有显著性差异（P＜0.05）;同一品种,谷子茎秆不同节间的节间长、外径、弯折力、惯性矩有显著性差异（P＜0.05）（表 4）。

Table 4
表4
表4谷子各节间材料弯曲力学性能指标试验测试值
Table 4Mechanical properties of bending test indexes of millet internode materials

品种Variety	节间号 Internode number	x₁	x₂	x₃	x₄	x₅	x₆	x₇	x₈
优谷49 Yougu49	2	58.48	5.77	1.64	19.72	50.58	8.20	66.00	3351.27
	3	66.45	5.58	1.27	15.97	43.04	7.78	85.59	3307.48
	4	70.32	5.41	1.28	11.39	38.35	7.88	267.49	6216.71
	5	71.17	5.18	0.99	8.26	30.83	6.91	242.42	5984.24
	6	75.19	5.22	1.23	6.23	32.54	5.30	202.08	5876.60
	7	74.65	5.05	0.76	6.37	24.08	6.58	231.22	5002.71
	8	72.62	4.84	1.02	5.82	23.79	5.67	207.47	4629.23
	9	62.74	4.71	0.84	5.72	20.93	5.58	161.66	3025.60
长生18 Chngsheng18	2	79.92	5.80	1.00	24.33	46.04	19.15	819.93	35813.86
	3	90.25	5.59	1.11	24.11	42.57	19.77	1803.43	65657.45
	4	95.95	5.52	1.04	21.65	38.20	20.70	1958.21	75945.25
	5	100.9	5.46	0.98	18.33	36.1	20.55	1790.90	65397.58
	6	108.73	5.56	0.99	18.15	39.85	19.73	2074.54	75260.26
	7	118.00	5.61	0.93	11.80	39.88	14.38	1976.19	65882.87
	8	120.63	5.44	0.96	8.68	35.36	12.71	2090.74	71956.06
	9	112.78	4.87	1.01	7.09	31.08	12.99	2024.70	65480.40
农谷04 Nonggu04	2	99.58	5.43	1.22	27.65	38.90	25.97	3410.90	125066.4
	3	98.58	5.42	1.13	26.17	37.62	25.49	2384.21	89525.67
	4	99.63	5.50	1.12	25.20	40.57	23.30	2282.41	77038.83
	5	103.1	5.4	1.1	23.18	36.60	21.61	2641.53	95042.87
	6	110.93	5.64	1.06	19.55	42.90	20.07	2704.77	110469.6
	7	123.02	5.53	1.03	13.58	38.69	17.68	3113.13	118829.0
	8	140.23	5.47	0.9	9.47	35.95	15.87	3052.45	98064.6
	9	138.47	4.98	0.87	8.99	29.5	16.63	3615.22	86620.53
品种Variety		<0.001	0.0292	0.2476	<0.001	0.1382	<0.001	<0.001	<0.001
节间Intersegment		0.034	0.0098	0.0554	<0.001	0.0076	0.0514	0.9714	0.9495

x₁：节间长（mm）;x₂：外径（mm） ;x₃：壁厚（mm） ;x₄：弯折力（N） ;x₅：惯性矩（mm⁴） ;x₆：弯曲强度（MPa） ;x₇：弹性模量（MPa） ;x₈：抗弯刚度（N?mm²）
x₁: Internode length (mm) ; x₂: External diameter (mm) ; x₃ : Wall thickness (mm) ; x₄: Bending force (N) ; x₅: Moment of inertia of an area (mm⁴) ; x₆ : Bending strength (MPa) ; x₇: Elasticity modulus (MPa) ; x₈ : Flexural rigidity (N?mm²)

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谷子茎秆不同节间的弯折力有显著性差异,沿茎秆向上,各节间所需的弯折力逐渐减小,由于弯折力与弯曲试样标距、截面尺寸等有关,因此判别茎秆在外载荷作用下能否被弯折要消除弯折力的影响,用弯曲应力强度作为判据;不同品种谷子茎秆的弹性模量及抗弯刚度有显著性差异,说明不同品种间材料弹性性质有较大差异;不同节间的弹性模量、弯曲强度及抗弯刚度无显著性差异,说明谷子茎秆的弹性模量、弯曲强度和抗弯刚度沿高度变化较小,茎秆沿高度各节间无明显抗弯强度不足的薄弱段。

2.6 谷子茎秆特性与谷子抗拉倒力相关分析

谷子茎秆倒数第二节的抗倒伏性对整根茎秆的抗倒伏性极其重要^[25],因此测定倒数第二节的抗拉倒力,并分析其与茎秆不同特性之间的相关性。

谷子抗拉倒力与茎秆不同特性指标相关性分析表明,谷子抗拉倒力与株高、节平均长度及茎秆节水分百分含量显著负相关,与节平均直径成显著正相关,其中,优谷49、农谷04抗拉倒力与茎秆节平均直径相关系数分别为0.82、0.79（表 5）。

Table 5
表5
表5谷子抗拉倒力与茎秆特性的相关系数
Table 5Correlation coefficient between millet stem ability to resist lodging and the characteristics of stalk

品种 Variety	茎秆形态特性指标 Morphological index of stalk
品种 Variety	株高 Plant height (cm)	节平均长度 Average section length(cm)	茎秆平均含水率 Average moisture content of stems (%)	节平均直径 Average section diameter (cm)
优谷49 Yougu49	-0.71**	-0.62**	-0.59*	0.82**
农谷04 Nonggu04	-0.56**	-0.51**	-0.58*	0.79**

“*”表示0.05的显著水平,“**”表示0.01的显著水平
* represents significantly different at 0.05 level, ** represents significantly different at 0.01 level

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2.7 谷子旗叶光合生理特性与千粒重相关分析

谷子旗叶光合生理特性与千粒重的灰色关联度分析如表6所示。

Table 6
表6
表6谷子旗叶光合生理特性与千粒重的关联度
Table 6Relational grade between millet thousand grains weight and leaf traits

性状 Characteristics	时期 Stages	优谷49 Yougu 49	公谷65 Gonggu 65	长生18 Changsheng 18	农谷04 Nonggu 04
SPAD	开花期 Flowering stage	0.76	0.68	0.71	0.86
SPAD	灌浆期 Filling stage	0.52	0.49	0.49	0.37
F_m	开花期 Flowering stage	0.44	0.31	0.48	0.44
F_m	灌浆期 Filling stage	0.54	0.61	0.51	0.62

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谷子开花期旗叶SPAD与谷子千粒重关联度高,分析其原因,由于开花期光合能力强,为谷子籽粒灌浆提供了较高的物质储备。灌浆期旗叶最大荧光（F_m）与千粒重含量高说明灌浆期PSII反应中心QA→QB传递电子的能力强,灌浆期源库协调,为籽粒灌浆提供了较好的生理基础^{[30,31,32,33]}。开花期旗叶SPAD、灌浆期最大荧光F_m两项指标与千粒重高度关联,可作为谷子育种的目标性状,也可作为谷子栽培管理中检测谷子生长状态的参考指标。

3 讨论

3.1 对谷子产量及光合生理特性等的影响

除水分对谷子茎秆节平均直径影响不显著外,谷子品种、施肥量、播种密度及水分4个因素对谷子的产量、光合生理特性及茎秆特性均有极显著影响。这与刘正理等^[15]、张娟^[7]、黄彩霞^[13] 、李豪圣等^[10]的研究结论一致,说明谷子的品种、施肥量、播种密度及水分对谷子的产量、光合生理特性、茎秆特性的影响与小麦的类似。

在本研究各因素变化范围内,谷子的千粒重、产量均随施肥量和水分的增加而增加;随播种密度的增加千粒重呈下降趋势,产量呈现先上升后下降趋势,与杨艳君^[2]的研究结果类似。说明产量的增加主要由于单位面积穗数的增加,弥补了千粒重随播种密度增加而下降造成的单穗产量下降。因此,一定范围内,增加播种密度、水分及施肥量可以极大提高谷子产量,但如果密度过大,水肥太高会造成谷子贪青旺长,谷子籽粒质量变差,茎秆头重脚轻,容易倒伏,最终影响产量。

旗叶SPAD、F_m与施肥量、播种密度及水分呈正相关关系,不同谷子品种间的SPAD、F_m显著不同,与郭天财等^[12]的研究结果类似。

由SAS分析结果可知,播种密度对谷子田间倒伏率的影响最大,其次是水分、品种,施肥量的影响最小。谷子品种田间倒伏率均表现为其他栽培条件不变时,随着播种密度的增加而增加,亦随着水分的增加而增加。

3.2 对谷子茎秆抗倒伏力学性质影响

不同品种谷子茎秆的弯曲强度、弹性模量及抗弯刚度有显著性差异,与袁志华等^[34]在小麦品种间惯性矩有显著差异的研究结果不同;不同节间的惯性矩差异显著,而弹性模量及抗弯刚度差异不显著,说明弹性模量、抗弯刚度沿高度变化较小,不同品种间材料性质却有较大差别,与梁莉^[22]的茎秆力学性质试验结果趋势相近;弯曲强度、弹性模量、抗弯刚度可作为评价茎秆抗倒伏性能的判据。

作物的田间倒伏率与茎秆形态指标、农艺措施、品种、自然条件（风、雨）等诸多因素有关^[35,36,37]。在实际生产中,谷子的倒伏大多是由风雨载荷作用所致,主要是由于植株抵抗力和植株招风力之间失衡^[36]产生的。从力学分析看,谷子茎秆在风雨载荷作用下产生了倒伏,是最大弯折内力（最大弯矩）发生截面材料的弯曲强度（许可弯曲应力）小于风载作用时的最大外载荷（外力）引起的最大弯曲应力（工作应力）。由于风载的形成不仅涉及到单株植株与穗体的形态特性参数,更与植株与穗体群体的形态特征招风效应紧密相关,在风雨载荷作用下茎秆作物抗倒伏力学性能研究方面,笔者团队以小麦为对象进行了较为深入的理论研究与试验分析^[35],因此对于谷子植株招风力的阐述限于篇幅没有展开。

谷子植株在风雨载荷作用下产生的弯曲可简化成悬臂梁模型（根系土壤部位还需增加一定的弹性约束许可量）,风雨载荷产生的弯曲外力沿茎秆高度线性分布,最大弯矩在靠近根部节间。不同节间弯曲强度沿茎秆高度的分布试验结果表明,与外力作用下不同茎秆高度弯矩产生的工作应力比较,最为薄弱的部位是基部节间,实际在风雨载荷作用下及谷子茎秆抗拉倒力测试试验中,发生弯折的部位大多发生在基部第2、3节。因此,谷子茎秆基部第2、3节弯曲强度试验结果是重要参考,第2节至第9节的弯曲强度的试验结果显示,茎秆上部各节间无明显薄弱之处,与力学理论分析一致^[35]。

谷子茎秆倒数第2节的抗拉倒力与株高、节平均长度及茎秆节含水率显著负相关,与贾小平等^[25]、袁立新^[26]研究结果一致,不同的是,本研究得出节平均直径与抗拉倒力显著正相关,与刘鑫^[38]的研究结果相似。表明谷子的植株越高、节平均长度越大、茎秆含水率越高,越容易倒伏。因此,选育矮秆品种的同时,适当控水,抑制谷子株高和茎秆含水率,是增强谷子抗倒伏的有效栽培农艺措施。

4 结论

不同农艺措施互作栽培条件下,单因子对谷子的产量、植株光合生理特性及茎秆力学特性影响最大;开花期旗叶SPAD、灌浆期最大荧光F_m可作为谷子优种筛选的目标性状。

选择合适良种、合理密植（≤70万株/hm²）、适当灌溉和施肥是提升旱作区谷子籽粒品质、增加产量、降低田间倒伏的有效农艺措施。

谷子茎秆形态特征、生物力学性能与茎秆抗倒伏特性相关性显著,弯曲强度、弹性模量、抗弯刚度等3个生物力学性质指标可用来评价谷子茎秆的抗倒伏能力。

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