内蒙古阴山北麓藜麦生长发育、水肥利用和产量形成特性研究

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藜麦是安第斯高原传统栽培的假谷物,被FAO选定为21世纪确保粮食安全的主要作物之一,其籽实富含蛋白质、赖氨酸、不饱和脂肪酸、维生素和矿物质等营养成分,被称为“全营养食品”。近年来,我国部分地区开始引种试种并进行大面积推广,2014年开始在内蒙古阴山北麓旱作区进行引种试种并获得成功。目前在藜麦生产中缺乏配套的种植技术,存在品种资源缺乏、适宜播期不明确、水肥利用率低、无效分枝多、侧枝折断率和植株倒伏率高、产量低品质差等问题。针对以上问题,开展了藜麦品种特性、播期选择、水分和氮肥利用及群体调节措施等方面的研究,系统考察了不同措施下藜麦生育特性、光合性能、物质生产、叶片生长特征、作物耗水结构、氮肥利用、源库关系等,综合分析了影响其水肥利用及产量与品质形成因素。主要结果如下:(1)从引进的48份藜麦材料中筛选出15份性状稳定的品种,生育期长为120~151d,分枝数为15~39个,千粒重为2.46~3.56 g,产量为2164.8~4293.9 kg·hm-2。种子萌发历时约8~9d;苗期历时约22~24d,幼苗叶片增加至8片时,主茎叶腋处有小叶发生,地上部与地下部长度比约1:2;分枝期历时约23~27 d,主茎叶和侧枝叶叶面积快速增加,是植株分枝数形成的主要时期;显穗期历时约16~22d,顶穗基本形成,侧枝穗开始发生,地上部与根系长度比为1:3,茎和穗颜色开始分离;开花期历时约14~17 d,以顶穗开花为主,是小穗数和穗粒数形成关键期;灌浆期约占全生育期1/4,穗型由松散变为紧凑,顶穗干鲜重比为1:3,为产量形成关键时期;成熟期历时约10~12d,籽粒变硬且外露,茎秆叶片变黄或有脱落。(2)适宜阴山北麓种植藜麦品种为QH2015-3,其生育期为133~136d,株高为160~180 cm,千粒重和产量分别为3.56 g和4293.9 kg·hm-2,多不饱和脂肪酸、粗蛋白、苏氨酸、蛋氨酸、K、Ca、Mg、Se等品质指标含量丰富。各品种籽粒多饱和脂肪酸含量占脂肪酸总量的64%~67%,氨基酸总含量为11~15g·100-1g,蛋白质含量为13~17g·100-1g,维生素E含量为6~20mg·100-1g;引自江苏QJS2015和山西QHQ2015品种均属矮秆紧凑型,其遗传背景差异较大。(3)限制藜麦产量性状的主要因子为积温,且早播增加灌浆期至成熟期持续时间和积温是其获得高产的主要原因。早播较常规播种灌浆期至成熟期持续时间和积温分别增加约9d和205.1℃,且有利于提高藜麦叶片Pn、Gs、Tr和植株产量,其产量较常规播种平均增加89.85%~91.56%;该区域适宜播期为4月23日,其叶面积指数、干物质量、光合性能、产量均表现最高,其单株籽粒重和产量分别为154.97 g·株-1和4184.15kg·hm-2。(4)每生产1kg藜麦籽粒,需要消耗水分1.99 m3。苗期和灌浆期灌水措施延长籽粒灌浆时间4~5d,较苗期和分枝期灌水措施减少作物生育期耗水量约22.4mm,减少了对40~70 cm土层土壤水分消耗,延缓了灌浆期至成熟期藜麦养分积累衰退,产生了明显补偿效应,并显著提高了植株灌浆期至成熟期干物质水分利用效率和作物水分利用效率,产量较高,是该地区节水灌溉有效措施。藜麦生育期耗水主要来源于降雨,其占作物生育期耗水量的45%~60%,其次为灌溉水和土壤水;开花期至成熟期耗水量占全生育期总耗水量35.2%~35.9%,该时期耗水量显著影响产量。(5)增施氮肥有利于藜麦产量增加,促进了植株氮磷钾吸收,每生产100kg籽粒,需氮(N)2.4±0.3kg、磷(P2O5)1.2±0.2kg、钾(K2O)3.0±0.6kg,氮磷钾比例约为 2:1:2.5。藜麦植株对氮磷钾的吸收量均表现为茎>穗>叶>根,根、茎、叶、穗氮吸收量分别为3.4~8.1、12.2~32.3、4.9~15.9 和 8.9~20.4 kg hm-2;每公顷施 N、P2O5 和 K20 分别为 150、90 和 45 kg 其产量、千粒重、氮肥农学效率(AEN)、氮肥生理利用率(PEN)和氮收获指数(HIN)均为最高,分别较不施氮肥提高43.5%、64.0%、41.4%、43.6%和2.3%;施氮量增加维持了植株后期较高的叶片叶绿素含量和叶面积指数,减缓了灌浆速率下降,N3PK和N2PK最为明显;增施氮肥能够提高藜麦籽粒不饱和脂肪酸、粗脂肪、粗蛋白,苏氨酸、丙氨酸和赖氨酸含量。(6)去侧枝穗能够提高顶穗对植株养分贡献率、减少其他器官养分竞争消耗,提高籽粒千粒重并降低了侧枝折断率和无效穗,适宜机械收获。源对产量贡献率大小顺序为叶片、顶穗、侧枝穗,随生育时期推进穗对植株养分贡献呈增加趋势。去除源器官造成了产量下降,打顶增加了藜麦分枝数,去侧枝穗减少了藜麦分枝数和未成熟穗数,其千粒重和产量分别较CK增加6.0%和 5.2%。除缩节胺和乙烯利外,喷施其他化控剂对控制株高,增加单株叶面积、叶片叶绿素含量、光合速率,降低植株一级分枝数和侧枝折断率均有显著效果,且有利于产量形成,其中矮壮素抗倒和增产效果最好。喷施矮壮素措施下侧枝折断率最低,为17.9%,产量最高,较对照提高114.7%;打顶显著增加了一级分枝数和侧枝折断率,增产不明显。综上所述,在内蒙古阴山北麓旱作区,选择生育期短、产量品质性状好的品种,采用早播方式,充分利用积温条件,发展苗期灌水+灌浆期灌水间歇式节水灌溉措施,减少灌水次数和灌水量,提高水分利用率,适量施用氮肥,延迟成熟期养分积累速率衰退,去除无效侧枝穗和采用化控调节,提高顶穗对植株养分贡献率、降低侧枝折断率和无效穗,或将成为该地区提高藜麦产量、品质和水肥利用效率的有效技术措施。
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