糜子节水栽培研究进展

第五节　糜子节水栽培研究进展

干旱缺水是全球农业生产面临的严重问题，是制约粮食高产稳产的主要因素，也是制约我国农业和经济发展的重要因素。在我国西北干旱半干旱地区，缺水是制约该地区农业、经济发展的主要因素。如何提高作物的水分利用率，已成为旱作农业生产的关键。

半干旱偏旱区是农业生产的边缘地带，自然条件严酷，年降水量仅250～400毫米，且蒸发量大。等天赐雨、靠天吃饭是该区多年来传统的种植习惯。糜子正是在这种边缘地带顽强生存的作物。即便糜子十分抗旱，也同样存在着生长阶段水分亏缺和节水问题。以宁夏南部旱地糜子为例，其生长期降水量平均189.8毫米，需水量为345毫米，实际耗水量仅261.9毫米，亏缺83.1毫米，水分满足率仅76%。播种—拔节、拔节—抽穗、抽穗—成熟各生育时期水分亏缺量分别为20.7毫米、32.5毫米和29.8毫米。水分满足率也仅为81.1%、70.6%和76.0%。

早在1470多年前，我国杰出的农学家贾思勰在其著作《齐民要术》《种谷》篇中就指出：“顺天时，量地利，则用力少而成功多，任情返道，劳而无获。”针对糜子生长发育阶段水分亏缺问题，“一亩地对一亩天”式的自然降雨显然不能满足其正常生长发育的要求。利用各种非耕地径流发展径流农业，在同等降雨条件下增加雨水入渗，减少无效蒸发，利用集雨设施实现雨水空间和时间上的调配，才是改善糜子水分满足状况、提高产量行之有效的途径。

考古发现，距今7700~8000年前就有人工栽培形态的糜子存在。100多年前，“禾草”“鬼拉驴”（糜子混种荞麦）等间套复种的组合方式已经十分普遍，在有些地区，这种栽培方式一直延续到今天。20世纪80年代以来，随着节水灌溉技术的发展，许多学者开展了糜子节水栽培技术研究工作，从不同的角度和层次上揭示了糜子抗旱机理、需水规律、耗水特性、保水技术等问题。

一、糜子抗旱机理

在人工栽培的作物中，糜子有着很强的抗旱耐旱性已是人们所共知的事实，其抗旱生理、植株形态表现等研究也有了一定的进展。研究发现，糜子幼苗缺钙时透性更易增强，缺钾及缺钙并缺钾时相对含水量比单缺钙时下降较大。水分胁迫48小时，缺钾苗和缺钙并缺钾苗叶肉细胞有质壁分离现象，叶绿体受到一定程度的损伤，单缺钾时超微结构损伤尤甚。干旱胁迫引起的幼苗体内游离氨基酸含量的增加可能与钙调蛋白无关。西北农林科技大学利用抑制减法杂交技术（SSH）构建的糜子抗旱材料在干旱胁迫后复水过程与干旱胁迫条件下的SSH-cDNA文库，通过序列分析对其抗旱节水涉及的代谢途径进行分析，从中筛选了“糜子MYB转录因子基因”等部分基因作为抗旱节水遗传改良的候选基因进行深入研究。研究结果显示，获得的糜子MYB基因的基因组序列为1739bp，其PmMYB基因的表达高峰出现在胁迫处理的前期，主要参与干旱胁迫初期和复水初期的信号传导过程，能够调控相关干旱防御和复水的功能基因表达。该基因是参与糜子抗旱与水分高效利用的关键调控基因，可以利用它转化小麦、玉米等植物，启动相应的下游基因，提高其抗旱性和水分利用效率。该基因与糜子的抗旱节水相关。该基因的克隆为进一步探讨利用该基因改良糜子和其他作物的抗旱节水性奠定了良好的基础。

二、糜子的需水规律

糜子次生根入土深度可达100厘米左右，水平分布一般在40～50厘米的范围内，90%以上的根系分布在地下40～60厘米深度。糜子生长对土壤水分影响较大的层次是0～80厘米土层部分，换言之，80厘米以上土壤水分的变化以根系吸收供作物蒸腾为主。氮肥、密度对土壤水分影响最大。播期+密度、氮肥+有机肥、密度+氮肥、播期+有机肥对土壤水分影响显著。氮肥+有机肥、播期+密度、播期+氮肥交互处理水分利用率高。在适宜水分条件下，糜子耗水高峰期在灌浆——成熟期，但也有研究认为，糜子生育期耗水以分蘖期最多，占总量的28.6%，而灌浆期对干旱敏感性最强。糜子在灌浆期受旱，日减产率最大，水分生产力最低，灌水效果最佳。拔节——扬花期产量与干旱之间的反应最弱。

三、糜子的耗水特性

提高糜子的水分利用效率（WUE）是糜子节水研究的最终目的，高水平的WUE是在干旱缺水环境条件下糜子生产可持续发展的关键。糜子节水研究从生物学角度讲包含了分子水平、细胞水平、单叶水平、单株水平等。叶净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）及其比值是反映糜子单叶水平水分利用效率的指标。在田间对谷子、糜子、高粱、玉米四种作物的抗旱品种，分设自然降雨和遮雨受旱处理，在四种作物的抽穗期同时测定其气孔扩散阻力、蒸腾速率和叶水势日变化，结果表明，糜子、高粱比玉米、谷子具有低蒸腾、高水势、高阻力的特性。糜子和高粱每日蒸腾速率高峰到达时间比玉米、谷子早，气孔在高水势下关闭，揭示了糜子和高粱比玉米、谷子抗旱、水分散失少的主要原因。在适宜水分条件下，玉米、高粱、苜蓿、谷子、春小麦、胡麻、糜子、扁豆等八种作物，糜子的水分利用效率最高，其耗水效率为3.92，耗水系数为255.12。高粱次之，分别为3.61、276.39；谷子次于高粱，分别为3.30、303.00；玉米次于谷子，分别为2.96、337.62；春小麦分别为2.68、349.79；扁豆分别为2.12、427.8；胡麻分别为1.70、585.59；苜蓿分别为1.11、897.52。

加深耕层到25～30厘米，对糜子增产和水分利用效率提高都有一定的作用，以肥力较高的地块效果较明显。另外，对当年蓄积降水也有一定效果，可显著提高水分利用效率。深松耕后，一米土层内土壤含水量提高7%～21%，田间持水量、渗透速度及容重、孔隙度等土壤物理性质均朝着有利于糜子生长的方向变化，对糜子的生理过程有明显影响。糜子体内总含水量、自由水、相对含水量、水势和临界饱和亏均有所提高。叶绿素含量、伤流液增加，根系活力加强，推迟了糜子的组织衰老。经深松处理后，无论株高、叶长、叶宽、根幅及根、茎、叶、穗干重及叶面积均不同程度地高于对照。

四、糜子抑蒸保水技术

充分利用作物根系活动层水分的各种耕作栽培技术称为保水技术。其核心是减少无效蒸发，防止地下渗漏，改善作物生态环境和生理环境，提高其产量和水分利用效率。在作物生长期消耗的水分总量中，土壤表面的无效蒸发占25%～50%。尽可能多地把浪费掉的水分转化为作物用水，是节水技术所追寻的主要目标。

作物抑蒸保水技术包括植物抗蒸腾剂抑蒸保水和土壤覆盖抑蒸保水两部分。前者是基于植物生理原理，利用喷施抗蒸腾剂，在植物的枝干、叶面表层形成防护膜，有效减缓植物蒸腾和风蚀造成的水分流失和枝叶损伤，抑制有害菌群的繁殖。喷施抗蒸腾剂后，通过在植物表面形成一层可以进行气体交换而减少水分通过的膜和调节气孔开张度来降低蒸腾速率，提高植物水分利用效率。后者是在土壤的表面设置不透水的挡水层和抑制蒸发的覆盖物，改善土壤耕层结构，减少或抑制土壤水分蒸发和其他无效水分消耗，为作物生长发育和产量提高创造良好的土壤环境。

采用黄腐酸钠和吸水树脂拌种，在糜子生育中后期能显著促进糜子植株生长，分别使糜子增产7.35%和7.41%，使WUE增加0.044千克/立方米和0.099千克/立方米，施肥和抗旱制剂拌种结合，有利于提高旱地糜子产量与WUE。

地膜覆盖后糜子的耗水量较对照增加32毫米，水分利用效率较对照提高8.79%，表明地膜覆盖使土壤的供水能力增强，促进了糜子的蒸腾蒸散量，使有限的水分能够达到高效利用，提高了糜子的水分利用效率。糜子三垄沟覆膜种植可明显改善糜子的经济性状，具有显著的增产效果，可比露地条播糜子增产24.0%。沟垄径流栽培可使水分相对集中，改善作物水分状况，促进作物生长发育。使降水向土壤深层入渗，有利于水分保蓄。对半干旱偏旱区糜子栽培，沟垄比2∶1的宽带较沟垄比1∶1的窄带增产。糜子沟垄径流栽培的耗水量随带宽变化较大，其水分利用效率与垄面状况关系大。旱坡地糜子采用聚流沟种植技术，地表径流可减少33.8%，0~30厘米土层土壤含水量提高3.23%~ 3.56%，较传统种植方式增产40.29%。秸秆覆盖栽培可使产沙量下降59.32%，径流含沙率下降54.87%，较传统种植方式增产13.15%。在糜子生长到5片叶时，进行行间覆盖，可以显著增产，并大幅度降低耗水量，提高水分利用效率。耗水量降低并不影响当年糜子产量，并可降低土壤水分利用率，为后茬作物创造较好的土壤水分条件，改善糜茬干旱程度。糜子行间覆盖的另一个好处是可以促进糜子早发、早熟、籽粒饱满而增产，尤以地膜覆盖十分显著。麦衣覆盖也有一定效果，这在热量不足、早霜来临较早、生长期短的地区是一项十分重要的技术措施。对糜子地膜覆盖穴播与露地穴播栽培的田间试验结果表明：糜子覆膜穴播后产量较露地穴播增产729.1千克/公顷，增产率为24.56%；饲草产量增加3604.2千克/公顷，增产率为34.09%。糜子地膜覆盖穴播栽培的单位地膜投入产出比为1∶10.13，增产增收效果显著。

五、糜子节水补灌技术

糜子虽然是抗旱耐旱作物，但在关键生育期补灌增产效果明显。

作物节水灌溉技术包括工程节水灌溉和非工程节水灌溉。张绪成研究认为，不同生育时期补灌明显作用于穗粒重与千粒重，渗灌是糜子补充供水的最佳方式。

渗灌属于工程节水灌溉中微灌范畴。渗灌起源于地下浸润灌溉，最早可追溯到地埋透水瓦管的渗灌。其原理是将水增压或利用地形落差，送达埋入作物根系活动层的渗水管，水从渗水管管壁上的缝、小孔或肉眼看不见的微孔中渗出，借助土壤毛细管的渗吸作用慢慢地扩散到渗水管周围的土壤。

糜子始穗期是半干旱冷凉区补充供水的关键时期，在此期补灌主要通过提高千粒重以增加产量。在此期补灌，可以促进糜子对水分的吸收利用。抽穗期补灌，产量随着补灌量的增加而增加，除穗粒重、千粒重外，其他因子均与补灌量的增加无关。千粒重随补灌量的增大而有明显的增加趋势，补充供水30毫米/公顷是半干旱冷凉区糜子补灌的适宜补灌量，水分利用率最高。

六、糜子节水栽培研究前景

节水栽培技术主要包括耕地整理节水技术、减免耕保水技术、节水灌溉技术、抗蒸腾剂保水技术、覆盖保水技术、节水种植技术、水肥耦合调控技术、节灌节水技术、抗旱品种和旱作栽培技术等。这些技术在玉米、棉花、马铃薯、小麦、谷子等作物上已经得到了很好的应用，但在糜子上的研究和应用还很少。为解决糜子节水栽培技术问题，近年来，科技工作者从多方面开展研究，探索糜子抗旱机理，提出了不同的节水栽培措施，对指导糜子科研和生产起到了很大的推进作用。但相对于其他作物而言，糜子节水栽培研究的水平还很低，存在的问题也还很多。在糜子节水技术研究中，注重单项技术研究较多，缺乏深入的节水技术综合集成问题比较突出。要使糜子真正发挥其抗旱增产作用，还有许多工作要做。