适宜休耕地早播的谷子品种筛选

校诺娅，鲁一薇，郭帅，赵文庆，赵振伟，刘寒双，李顺国，刘猛，夏雪岩*，崔纪菡*，刘建军

（1.河北省农林科学院谷子研究所/ 国家谷子改良中心/ 河北省杂粮研究实验室，河北 石家庄 050035；2.河北北方学院，河北 张家口 075000；3.河北省杂粮产业技术研究院/河北东粮农业科技股份有限公司，河北 邯郸 056000）

耕地是粮食生产的基础。近年来，我国粮食连年丰产，但耕地资源面临着多重挑战[1]，耕地数量和质量制约了我国农业的可持续健康发展[2]。我国高度重视耕地保护，对耕地保护制度进行改革，已出台多个政策文件，提出实行耕地休耕制度试点[3]。休耕可使耕地得到短暂休养，蓄积养分，为以后的作物生长创造良好的土壤环境条件[4]。休耕制度既可满足耕作的需求，又可满足对耕地保护和恢复的要求，是推动农业可持续健康发展的重大举措[5]。河北省是全国最大的地下水漏斗区，水资源较为匮乏，目前在多个试点区进行冬季休耕制度，只种植雨热同季的作物或耐瘠薄的杂粮杂豆等，将需抽水灌溉的冬小麦进行休耕，减少地下水用量和化肥投入等，以此来保护耕地[6]，同时缓解地下水过度开采的问题[7]。

谷子〔Setaria italica（L）P. Beauv〕具有生育期短、适应性强、抗旱耐瘠薄、易贮存、营养丰富、粮饲兼用等优点，是我国北方地区的主要作物之一[8～10]。北方夏季传统的种植作物为玉米，但近几年国内玉米价格较低，导致玉米种植面积逐年减少[11]。而谷子脱壳后的小米市场需求量较大[12]。周光明[13]研究发现，与传统种植制度相比，采用休耕模式可提高效益1.88倍。谷子在休耕地早播种植，提早收获上市，避开大规模上市高峰，可以获得更高的经济效益。种植高产、优质、适宜休耕地早播的谷子品种，满足生产需求，可以弥补前茬休耕造成的经济损失，提高收益，对种植制度的改革具有重要意义。但截至目前，适宜休耕地早播谷子品种的研究尚未见报道。以华北地区播种面积较大的21 个谷子品种为试材，在休耕地上进行早播，分析谷子的生育期、农艺性状、产量、抗病性和抗倒性，以期筛选出适宜在华北夏谷区休耕地早播种植的高产优质谷子品种，为休耕区种植结构调整提供材料和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020 年5～9 月在河北省农林科学院谷子研究所藁城试验站进行，前茬休耕。土壤类型为中壤土，基础土壤养分含量为有机质19.53 mg/kg、铵态氮11.97 mg/kg、硝态氮10.34 mg/kg、有效磷26.36 mg/kg、速效钾72.5 mg/kg，pH 值7.83。谷子生育期内降水量为469.5 mm。

1.2 试验材料

参试谷子品种共计21 个，来自华北夏谷区各育种单位（表1）。

表1 参试谷子品种及其供种单位Table 1 Millet varieties tested

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验设21 个谷子品种处理，采用随机区组设计，小区面积3.0 m×2.4 m，3 次重复，重复间留宽0.8 m 的观察道，每小区设置3 行保护行。谷子2020 年5 月15 日条播，行距0.4 m，播种量15 kg/hm2；出苗后人工间苗，留苗密度60 万株/hm2；5～6 叶期追施三元复合肥（N、P2O5、K2O 含量均为15%）450 kg/hm2。其他田间管理措施同常规。

1.3.2 测定项目与方法

1.3.2.1 生育期。谷子播种后，记录主要生育期的时间。根据谷子的播种和成熟日期，计算整个生育周期的所需时间。

1.3.2.2 叶面积指数（LAI）。谷子开花期，用LI-COR LAI-2200C 型冠层分析仪（北京力高泰科技有限公司）测定谷子冠层的LAI。每小区重复测定3 次。

1.3.2.3 叶绿素含量。谷子开花期，每小区随机选择非边缘植株3 株，用便携式叶绿素测定仪测定旗叶的SPAD 值。每株测定6 次。

1.3.2.4 农艺性状。谷子成熟期，参考《谷子种质资源描述规范和数据标准》[14]进行农艺性状调查。从每小区第2 行随机选取4 株，用尺子测量株高（谷穗完全伸展的最高处与地面的距离）、穗长（谷穗基部至穗顶部的长度）和穗粗（谷穗中部的粗度）；然后，将茎、叶、穗分开，分别在105 ℃杀青30 min 后70 ℃烘干至恒重，称重并记算地上部干物重。每小区收获中间2 行谷穗，脱穗称重，计算产量。从每小区第5 行随机选取10 穗进行室内考种，测定单穗重、单穗粒重和千粒重，计算出谷率（穗粒重/穗重×100%）。

1.3.2.5 抗病性和抗倒性。根据谷子抗性鉴定、分级与评价方法[15]，在谷子成熟期，每小区均五点取样，每点均选择10 株，田间调查谷子褐条病、线虫病、红叶病、白发病、谷锈病和谷瘟病的发病情况，计算病情级别；并观察和记录植株的倒伏性级别。

植株的倒伏性级别分为5 级，每个品种均以倒伏最严重的重复为准。0 级：无倒伏症状或稍微倾斜，但能很快恢复直立，对产量无影响；1 级：倾斜角度≤30°、倒伏面积15%，对产量有轻微影响；2 级：倾斜角度为30°～45°（含）、倒伏面积30%以上，对产量有影响；3 级：倾斜角度为45°～60°（含）、倒伏面积50%以上，对产量有较大影响；4 级：倾斜角度＞60°、倒伏面积50%以上，并减产严重。

1.3.2.6 性状综合评价[16，17]。分别计算谷子生育期、株高、地上部干物重、穗长、穗粗、单穗重、单穗粒重、千粒重、出谷率和产量的变异系数（CV）、权重系数（W）i、隶属函数值（R）以及加权隶属函数值（综合分值，D），计算公式为：

式中，S 为平均值，σ为标准差；Xi为指标测定值，Xmin为所有品种某指标的最小值，Xmax为所有品种某指标的最大值。由于在一定范围内，谷子生育期越长，对生产的不利影响越大，因此，生育期隶属函数值采用第2 种公式计算。

依据各品种的综合分值进行排名。排名靠前的品种，综合表现优越。

1.3.3 数据统计分析 采用Microsoft Office Excel 2010 软件对试验数据进行整理和绘图，采用DPS v.7.05 软件进行数据的方差分析。

2 结果与分析

2.1 参试谷子品种的生育期

谷子在5 月15 日播种后，均于5 月19 日出苗；自抽穗期开始，不同品种的生育进程出现差异（表2）。参试谷子品种的抽穗期为7 月16～24 日，最大差异达到了8 d，其中宫米1 号、汇华金米、冀谷168、冀谷45、豫谷18、豫谷28、豫谷31、豫谷33、豫谷35 和中谷 9 的抽穗期 （7 月 16～17 日） 较早，1696 抽穗期最晚；抽穗至开花所需时间为2～7 d，品种间差异较大，其中1696、HF9、宫米1 号、济谷21、济谷22 和冀谷168 仅需2～3 d，冀谷42 需时最长；开花至成熟所需时间为28～32 d，其中HF35、衡谷23、汇华金米、豫谷18 和豫谷27 需时最短，1696、宫米1号、济谷22、豫谷31、豫谷33 和豫谷35 需时最长。

表2 参试谷子品种的生育期Table 2 Growth period of millet varieties tested

在同期播种的条件下，由于各品种进入抽穗期、开花期和成熟期的时间不同，致使整个生育周期的所需时间差异较大。参试谷子品种的生育期为91～101 d，最大差异达到了10 d，其中汇华金米、冀谷168 和豫谷18 成熟最早，1696 成熟最晚；其他品种中，除冀谷45 生育期为92 d，HF9 和冀谷42 生育期为98 d外，剩余品种的生育期均为94 d。

在华北夏谷区，21 个参试谷子品种虽然生育进程有所差异，全生育期相差较大，但均能够正常成熟，因此均可作为早播品种在休耕地种植。

2.2 参试谷子品种的LAI 和叶片SPAD 值

叶片是植物进行光合作用的重要器官，合理的叶面积及较高的叶绿素含量有利于光合产物的积累，为高产奠定物质基础。参试谷子品种的LAI 为3.87～5.08，其中冀谷39 的LAI 最高，其次是汇华金米、HF35 和豫谷 18；叶片 SPAD 值为 45.38～59.70，其中豫谷27 的SPAD 值最高，其次是冀谷168、豫谷18 和济谷21。表明这7 个品种具有高产潜力。

图1 参试谷子品种的LAIFig.1 LAI values of millet varieties tested

图2 参试谷子品种的叶片SPAD 值Fig.2 SPAD values of millet varieties tested

2.3 参试谷子品种的农艺性状

参试谷子品种的植株性状、穗部性状和产量性状差异均达到了显著水平，CV 为4.77%～16.34%，其中株高、千粒重和穗粗的CV 较小，穗粒重、地上部干物重和产量的CV 均超过了10% （表3 和4）。表明21个参试谷子品种的农艺性状差异显著，其中穗粒重、地上部干物重和产量差异较大。

表3 参试谷子品种的植株性状和穗部性状Table 3 Plant and panicle characters of millet varieties tested

2.3.1 植株性状 参试谷子品种的株高为133.3～158.7cm，平均145.9 cm，CV 最小，其中HF9、豫谷27 和冀谷39 的株高居前3 位；地上部干物重为21.2～33.9 g/株，平均26.5 g/株，CV 为13.99%，其中HF36 的地上部干物重最高，其次是HF9、冀谷39、HF35、1696、豫谷31、豫谷27、冀谷42、宫米1 号和中谷2，这10个品种的地上部干物重均超过了平均值。HF36 地上部干物重最高（33.9 g/株）、株高适中（152.5 cm），具有潜在的高产优势。

2.3.2 穗部性状 参试谷子品种的穗长为17.1～25.1 cm，平均22.1 cm，CV 为8.62%，其中1696 的穗长最大，济谷22 的穗长最短且显著＜除豫谷18 和豫谷33 外的其他品种；穗粗为2.0～2.6 cm，平均2.3 cm，其中济谷22 的穗粗最小，豫谷27 的穗粗最大。

2.3.3 产量性状 参试谷子品种的单穗重为13.5～17.9g，平均15.7g，CV 为8.56%，其中豫谷33 的单穗重最高，其次是汇华金米、冀谷42 和豫谷18（均为17.2 g），衡谷23 和中谷2 的单穗重最低；穗粒重为7.0～13.8 g，平均11.1 g，CV 最大，其中冀谷39 的穗粒重最高，其次是豫谷33（13.6 g），1696、衡谷23、HF9、济谷21和中谷2 的单穗粒重均低于10 g；千粒重为2.5～3.1 g，平均2.9 g，CV 为5.49%，其中衡谷23、冀谷39、豫谷35 和中谷9 的千粒重最高，中谷2 的千粒重最低；出谷率为51.3%～78.3%，普遍较低，平均69.9%，CV 为9.19%，其中冀谷39 的出谷率最高，其次是豫谷33、HF35、汇华金米、宫米1 号和冀谷42，1696 的出谷率最低。最终，参试谷子品种的产量为2 843.8～4 556.5 kg/hm2，品种间差异较大，平均3 776.1 kg/hm2，CV 为11.01%，有11 个品种（HF35、HF36、宫米1号、汇华金米、冀谷168、冀谷39、冀谷42、豫谷18、豫谷28、豫谷35 和中谷9）产量高于平均值，其中冀谷39、冀谷42 和HF36 的产量居前3 位，分别达到了 4 556.5、4 326.0 和 4 244.2 kg/hm2。

表4 参试谷子品种的产量性状Table 4 Yield characters of millet varieties tested

2.4 参试谷子品种的抗病性和抗倒性

参试谷子品种的谷锈病发生最为严重，所有品种生长中后期均有谷锈病的发生，发病级别为1～9级，其中HF35、宫米1 号、衡谷23、济谷21、冀谷168、冀谷39、冀谷45、豫谷18、豫谷27 和豫谷31 的发病级别最轻，1696 发病最重；红叶病发病级别为0～3级，且仅在1696 上未观察到红叶病的发生，20 个发病品种中HF9、冀谷39 和豫谷31 发病最重，剩余的17个品种发病级别均为1 级；谷瘟病发病级别为0～9 级，品种间差异明显，其中豫谷27 发病最重，其次是HF35 和中谷9，而在HF9、汇华金米、济谷22、冀谷168、豫谷28、豫谷33、豫谷35 和中谷2 上均未观察到谷瘟病的发生，其他品种发病级别均为1 级；其他病害均发生较轻（表5）。总体来看，宫米1 号、衡谷23、济谷21、冀谷168、冀谷45 和豫谷18 的抗病性均较强。

表5 参试谷子品种的病害发生情况和抗倒性 （级）Table 5 Diseases and lodging resistance of millet varieties tested

谷子在生育期间，除豫谷27 发生了1 级倒伏外，其他品种均未发现倒伏。表明21 个参试谷子品种的抗倒性均较强。

2.5 参试谷子品种的综合评价

根据谷子性状的CV 计算得到该指标的Wi（表6），采用隶属函数法对各谷子品种的综合表现进行评价。结果（表7）显示，参试谷子品种的综合得分为0.26～0.86 分，品种间差异较大，其中冀谷39、HF35、HF36、宫米1 号、冀谷42、汇华金米和豫谷27 得分居前7 位，综合表现较优。

表6 不同谷子品种各性状指标的变异系数和权重Table 6 Variation coefficient and weight of character indexes of different millet varieties

表7 不同谷子品种的综合评价结果Table 7 Comprehensive evaluation results of millet varieties tested

3 结论与讨论

在休耕区推广种植性状优良、高产、优质的谷子品种，既有利于生产结构调整政策的实施，又有利于恢复地力和增加农民收入。本研究中，对华北地区播种面积较大的21 个谷子品种在休耕地进行早播，调查不同品种的生育期、农艺性状、抗病性等性状，结果表明：参试谷子品种同时播种，但进入抽穗期、开花期和成熟期的时间不同，这可能是由于品种特性差异所造成。生育进程的不同导致谷子生长期所需时间差异较大，其中，汇华金米、冀谷168 和豫谷18 生育期最短，为91 d，成熟最早；1696 生育期最长，达101 d，成熟最晚。但试验条件下所有参试品种均能够正常成熟，因此，均可作为华北夏谷区休耕地早播谷子品种种植。叶片是作物进行同化作用的主要器官，合理的叶面积以及叶绿素含量可以更加有效地利用光能合成有机物，从而获得高产[18]。本研究结果表明，参试谷子品种的LAI、叶绿素含量分别为3.87～5.08 和45.38～59.70，其中冀谷39、汇华金米、HF35 和豫谷18 的LAI 较大，冀谷168、济谷21、豫谷18 和豫谷27 的叶绿素含量较高，表明这7 个品种具有高产潜力。株高、地上部干物重分别是判断植株是否易倒伏和产量形成的潜在指标。刘鹏等[19]研究表明，谷子株高过大可能会导致植株倒伏，进而影响植株生长以及产量的形成。也有研究表明，谷子株高与单株产量呈正相关[20]。因此在品种筛选时，优选适宜的株高有利于谷子产量的提高。本研究结果表明，参试谷子品种的株高和地上部干物重均差异较大，其中HF9、豫谷27 和冀谷39 的株高居前3 位，HF36、HF9、冀谷39、HF35、1696、豫谷31、豫谷27、冀谷42、宫米1 号和中谷2的地上部干物重高于指标平均值（26.5 g）。

收获期，不同谷子品种的产量差异较大。参试谷子品种的产量为2 843.8～4 556.5 kg/hm2，有11 个品种的产量高于平均值（3 776.1 kg/hm2），其中冀谷39 产量最高，其次是冀谷 42（4 326.0 kg/hm2） 和HF36（4 244.2 kg/hm2）。参试谷子品种的产量、产量构成因素和出谷率均偏低，可能与试验年度谷子生育期内的降雨量和病害发生情况有关。尤其是1696，出谷率仅51.3%，可能与该品种生育进程较晚，抽穗至开花期恰逢阴雨天气，光照不足和降雨影响开花受精，高温多雨导致谷锈病发生严重有关，进而影响出谷率和产量。病害和植株倒伏会直接影响品种的评价结果以及产量潜力的发挥[21]。本研究条件下，21 个参试谷子品种中，宫米1 号、衡谷23、济谷21、冀谷168、冀谷45 和豫谷18 的抗病性和抗倒伏性均较强。

准确、客观地综合性评价谷子品种的农艺性状和产量等指标，对品种筛选及种植推广工作至关重要[22]。在以往研究中仅对单一或少数指标进行评价，评价结果具有片面性和局限性。隶属函数分析是一种对多个指标进行综合评价的方法，目前该方法已广泛运用在小麦[23]、燕麦[24]、玉米[25]等作物的品种筛选研究中。采用隶属函数法在对谷子品种评价时，考虑了生育期、株高、地上部干物重等多个农艺性状以及产量因素等各指标的权重，综合得分是对各指标进行加权后累计得到的，因此评价结果更加客观、合理。本研究结果表明，冀谷39、HF35、HF36、宫米1 号、冀谷42、汇华金米和豫谷27 的综合得分较高，综合表现优异，这7 个品种可以作为华北夏谷区休耕地早播品种进行种植与推广。

本研究仅对休耕地早播条件下谷子的农艺性状、产量性状和抗性等进行了分析，谷子生育期内的光合特性、小米品质等有待进一步测定与研究，以便更加全面深入地了解休耕地早播条件下谷子品种的差异。