谷子免间苗技术的土壤水分阈值研究

黄学芳++黄明镜++刘化涛++张伟++张冬梅

摘 要：目的：研究土壤水分、水势与谷子出苗率的关系，为生产应用谷子免间苗技术提供理论依据。方法：选用2种谷子品种（晋谷29号、张杂谷5号），在不同土壤水分条件下研究谷子的出苗规律及基本全苗的水分临界阈值，同时利用土壤水分特征曲线分析土壤水势对谷子出苗的影响。结果：出苗率达到80%以上的土壤水分可作为应用谷子免间苗技术的适宜播种指标，褐土性壤质土表层含水量需达到11.8%，田间持水量达到55%以上，土壤水势大于-2.15巴。结论：该研究可以为谷子免间苗技术的实施提供科学依据。

关键词：谷子；免间苗；出苗率；土壤含水量；土壤水势

中图分类号 S515 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2016）24-0035-04

Study on Soil Moisture Threshold of Realization of Millet Free Thinning

Huang Xuefang et al.

（Dryland Agriculture Research Center，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Taiyuan 030006，China）

Abstract：Purpose：In order to study relationships of soil moisture content and soil water potential and emergence rate of millet，and provide scientific basis for millet free thinning technology on production. Method：It studied the regulations of millet emergence and soil moisture threshold of millet which had the full emergence of two different kind of millet varieties which were Jingu29 and Zhangzagu5 under different soil moisture content，meanwhile，it used the soil water characteristic curve to analyse the effect of soil water potential on millet emergence. Results：The results showed，when the surface moisture content of cinnamon soil of loamy soil reached 11.8%，and the field capacity reached above 55%，and soil water potential was more than -2.15bar，the millet emergence rate could reach more than 80%，and these index could be used as the optimal sowing indicators for the technology of millet free thinning.Conclusions：So it would support scientific basis for carrying out millet free thinning technology.

Key words：Millet；Free thinning；Emergence rate；Soil moisture content；Soil water potential

谷子属禾本科（Gramineae）狗尾草属，起源于中国，具有抗旱耐瘠薄、适应性广的特点，是北方旱地主要的适生优势作物，被誉为抗灾救荒作物[1]。土壤水分对谷子出苗影响很大，“苗全、苗齐、苗壮”是实现谷子免间苗技术的基本要求。生产中“保苗”与“间苗”是一对互相矛盾的事情，为保证谷子全苗，农民常采用大播量方式（15～30kg/hm2）[2]，但间苗又成为了一大问题，因为出苗数是留苗数的几倍甚至十几倍。为降低谷子“间苗”劳动强度，一些研究人员提出了少量、精量播种技术[2-6]，总体上是通过减少播种量的方式实现谷子少间苗或免间苗。但若播种量减少，会提高缺苗断垄的风险，苗数不足将影响到谷子免间苗技术的应用效果。作物种子从萌发到出苗的生育进程中，受土壤水分、温度、通气等多种因素的影响，而土壤水分是作物出苗的关键因子。Owen研究认为，种子萌发时，环境水势有一阈值，低于该数值便不能萌发[7]。李友[8]开展了谷子出苗试验研究，认为谷子出苗对土壤水分有明显的阈值反应。Hndas等研究表明，作物种子萌发都存在水势阈值，且在种子萌发和成苗的不同阶段对水分需求也存在差异。山仑等研究也明确指出，种子在萌发和幼芽生长阶段对水分的敏感性有极明显差异[9]。赵术伟[10]在不同品种谷子出苗率的试验中，得出当土壤含水量为16.0%时，参试品种的出苗率在85%以上。本项研究以褐土性壤质土为供试土壤，揭示土壤水分与谷子出苗的关系机制，探索谷子基本全苗所需的最低土壤水分指标，以期为实施谷子免间苗技术安全成苗提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料 供试谷子品种为张杂谷5号和晋谷29号；供试土壤褐土性壤质土，试验时土壤过孔径1cm的土筛；长38cm×宽22cm×高20cm的塑料箱10个。

1.2 试验设计 试验设计5个土壤水分（重量含水量%）：8%、10%、12%、14%、16%，重复6次，试验在室内进行，室内温度控制在25℃。按照试验设计，首先将过筛后的土混匀，用铝盒随机取6个土样测定土壤水分，准确称取足够装塑料箱量的土，在设定水分基础上增加0.5%，根据土重计算需要加水量并准确称量，然后用喷壶将水均匀的喷洒在称量的土中，喷洒过程中，用铁锹不停翻动，使土和水混匀，随后置于塑料布上放好，上面用塑料布盖好，放置1d，再次用铁锹将土翻动混匀，再次测定土壤水分，实际土壤水分为8.2%、9.6%、11.8%、13.5%、15.2%，与设定的土壤水分有一定的误差。根据塑料箱的体积大小，按照容重1.15计算每个塑料箱所需的土量，准确称量装入塑料箱。每个塑料箱播6行谷子，其中3行为晋谷29号，3行为张杂谷5号。每行播种50粒，播种深度4cm。土壤水分特征曲线测定采用压力膜法，测试仪器为美国SEC公司的1500F1型压力膜仪，水势测定范围0～15bar。

1.3 测定指标 从谷子播种后，每天记录各处理出苗情况，以谷子第一叶露出土面1cm为出苗标准[11]。出苗率（%）=[出苗数/（播种数×种子发芽率）]×100。

1.4 数据分析和统计 用Excel软件完成数据的整理、绘图和计算。

2 结果与分析

2.1 不同土壤水分下谷子的出苗率 从土壤水分和谷子出苗率关系看（图1），土壤水分对谷子出苗率的影响显著。在褐土性壤质土上，当土壤水分低于8.0%时，2种谷子基本不出苗，高于11.8%时可达到最高出苗率80%以上；土壤水分8.0%～11.8%，谷子出苗率随土壤水分增加几乎成直线式上升，说明此区间是是谷子出苗的水分敏感区域。此区域土壤水分变化范围并不大，但在此水分区间内土壤水分稍有改善，谷子出苗率就有质的变化。可见，在水分敏感区域，只要采取改善种子周围土壤水分状况的技术措施，将会显著提高谷子的出苗率，从而达到保苗所需的苗数。

2.2 不同土壤水分下谷子的出苗速率 土壤水分是限制谷子出苗速率的重要因素（图2、图3）。2种谷子播种4d后都开始出苗，土壤水分≥15.2%时，出苗最快，第6天时，2种谷子的出苗率已经达到了80%以上，之后在第9天出苗率达到最高。在土壤水分11.8%时，2种谷子都在第5天开始出苗，出苗率达到最高时的时间为第10天，且出苗率都达到了80%。当土壤水分为9.6%时，2种谷子出苗时间严重滞后，在第10天才开始出苗，而且出苗率也大大降低，张杂谷5号、晋谷29号的最终出苗率分别只有15%、36%。从2种谷子的出苗速率曲线可以看出，不同水分条件下，出苗速率曲线呈现倒L形跃升式、S形跃升式和渐升式增长3种形式。土壤水分≥13.5%时，水分充足，完全满足作物出苗需求时，谷子出苗率均呈现集中快速倒L形跃升曲线增长；土壤水分为11.8%时，水分并不十分充足，谷子出苗率表现出前期缓慢、中期快速的S形跃升式曲线增长；土壤水分为9.6%时，出苗率随时间呈渐升式曲线形增长而不出现跃迁增长，说明此水分条件，已经对谷子发芽出苗形成严重水分胁迫，加之随出苗时间的延长，土壤水分不断蒸发，谷子出苗变得更加困难。从谷子出苗速率与土壤水分的关系可以看出，谷子快速出苗可以实现较高的出苗率，也容易在田间形成齐苗、壮苗，为稳产奠定坚实的基础。谷子适宜种植密度的范围一般情况下不会太大，较高的出苗率才能满足谷子免间苗技术的要求，为确保基本全苗，可以将出苗率达到80%的土壤水分确定为适宜水分播种指标。从谷子出苗速率曲线看，谷子最终相对出苗率达到80%以上的土壤水分需达到11.8%，才能满足谷子免间苗技术的实施要求。

2.3 土壤水势对谷子出苗的影响 用土壤含水量进行环境和作物生长关系的研究，结果一般无法推广，这是因为相同的含水量下土质不同，作物表现有很大不同。相反水势一般与土壤性质无关，为此进行了水势与出苗关系的分析。试验土壤为褐土性壤质土，其土壤水分特征曲线如图4，经拟合，两者关系基本呈幂函数关系。拟合关系公式如下：[y=-0.0022x-3.2206]，式中[y]为水势，单位巴；[x]为土壤水分（%）。

从土壤水分特征曲线测定结果看，随土壤水分的下降，土壤水势先缓慢下降，后加速下降，其变化区间在21.1%～12%，土壤水势下降速度较缓慢，水分变化值9.1%，而土壤水势从-0.33巴下降到-2.03巴，水势变化值

-1.7巴，变动比率为-0.187巴/水分；当土壤水分在12%～10%，土壤水势下降速度开始加速，土壤水分变化值2.0%，土壤水势变化值-1.63巴，变化比率为-0.815巴/水分；当土壤水分低于10%，下降到7.3%，土壤水势迅速下降，土壤水分变化值仅为2.7%，而土壤水势从-3.66巴急剧下降为-15巴，变化值为-11.34巴，变动比率为-4.2巴/水分。种子发芽出苗其环境水势都有一定的阈值，因此当土壤水势低于一定值时，谷子的发芽出苗受到严重胁迫而导致出苗率大幅下降。对照不同土壤水分对谷子出苗率的影响（图1）和土壤水分特征曲线（图4），可以看出，土壤水分11.8%～8%是谷子出苗的敏感区域，谷子出苗率随土壤水分下降几乎呈直线式下降，而相对应的土壤水势也呈现出快速下降趋势，说明谷子出苗率下降正是由于土壤水势的急剧下降导致的结果。试验结果表明，褐土性壤质土水分在11.8%时，谷子的出苗率可以达到80%以上，而对应的土壤水势大约为-2.15巴，说明土壤水势低于此值，谷子的出苗率将迅速下降。

3 讨论

通过本研究中土壤水分和出苗率之间的关系分析可知，出苗率80%时的土壤水分作为谷子免间苗技术应用的适宜播种指标较为合适。这是因为当土壤水分高于此值时，谷子出苗率较稳定；土壤水分低于此值，正是谷子出苗的水分敏感区域，虽水分变化不大，但出苗率有质的差别，稳定性差，谷子播种后出苗数变化太大，不利于免间苗技术的应用。李友提出谷子的出苗率达到60%即可满足播种要求[8]，这是基于谷子间苗要求提出的。大量的研究表明，谷子稳产或高产的适宜种植密度区间也不大，适宜最低种植密度是最高种植密度的80%左右。如梁素荣等[12]研究认为常规种谷子高产适宜种植密度为37.5万～45.0万株/hm2；刘恩魁等[13]研究指出春播冀谷19的适宜种植密度为52.5万～67.5万株/hm2，冀谷31的适宜种植密度为60.0万～67.5万株/hm2；郭瑞锋等[14]研究认为大同29号适宜种植密度为33.0万～42.0万株/hm2。当谷子出苗率低于80%时，使用谷子免间苗技术将会出现苗数没有达到适宜种植密度要求，最终影响谷子产量。

以往研究作物出苗和水分的关系，多以土壤重量含水量作为出苗的水分临界阈值[8，15-16]，所得出的结论只适合所试验的土壤类型，结论之间不能互相比较和参考。土壤水势一般与土壤性质无关，水势值所表达的含义在不同土壤上基本相同，如-10巴的土壤都很干旱，-0.6巴的土壤都很湿润，因此用土壤水势研究得出的适宜播种的水分指标，可以应用在其它土壤上。另外用田间持水量来建立适宜播种的水分指标也有重要参考意义。一般认为，-0.33巴的土壤水分即为田间最大持水量，根据所试验的土壤水分特征曲线，可以换算出其田间最大持水量的土壤水分为21.1%。本试验认为11.8%是谷子免间苗实施的水分阈值，此时田间持水量约为55%（表1）。这与以往认为发芽出苗适宜的土壤田间持水量为50%有所不同，这可能和以往谷子播种采用大播量有关。谷子大播量下，即使土壤水分较低，其谷子出苗数可能也超出了留苗数。但要实现谷子免间苗，在播量少的情况下，如土壤水分较低，特别在影响出苗率较大的水分范围内，谷子出苗率波动很大，很容易造成谷子留苗数不足，缺苗断垄严重，势必影响谷子产量，这可能是以往研究中忽略的地方。

4 结论

通过研究土壤水分和谷子出苗关系以及水分和水势之间的关系，认为实施谷子免间苗技术，应以谷子出苗率达到80%以上的土壤水分作为适宜播种指标。褐土性壤质土上达到谷子基本全苗的的表层土壤水分需达到11.8%，此时田间持水量为55%，土壤水势为-2.15巴。

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（责编：张宏民）