谷子( Setaria italica) 耐旱、耐贫瘠，自古以来就是我国北方地区人民喜爱的食粮，谷草又是大牲畜的主要饲料。种植面积占全国粮食作物播种面积的5%左右，主要分布在我国的西北、华北和东北的干旱、半干旱地区，是我国北方主要的粮食作物。谷子也是我国北方地区主要粮食作物之一，约占北方粮食作物播种面积的10～15%，在一些丘陵山区面积更大，约占粮田面积的30～40%。
大量的生产实践表明，连作会引起连作障碍，导致作物病虫害加重，长势变差，土壤肥效下降，土壤酶活性降低，引起作物产量和品质的下降。长期以来，谷子连作种植现象严重，导致病、虫、草害发生，影响谷子生产与产业发展。因此，探索谷子的茬口特性及其对土壤环境的影响，提高谷子的产量和品质，对维护区域粮食平衡，增加人们食物多样性具有重要意义。
轮作是一种种植方式，它是按照一定的顺序在同一块田地里，年际轮换栽种不同的作物或者是根据季节的变化变换栽种不同的作物或者复种组合栽种作物。连作是指一种农作物连续在同一块田地里被栽种一年或更长的时间的一种种植方式。本研究设置谷子轮作和连作两种种植方式作为处理。下面是定点连作和轮作两种种植方式下，谷子产量构成因素的对比分析。
1 试验地和试验设计
试验地的概况：试验地位于山西省寿阳县宗艾镇旱作节水农业试验示范基地内（113°06′E, 37°58′N），该地处于暖温带半湿润偏旱区，年均气温7.4 ℃，≥10 ℃积温3400 ℃，年降雨量501.1mm，年蒸发量1600～1800 mm，无霜期约130 d，年日照时数2858.3 h。试验地为褐土性土，成土母质为马兰黄土，地下水埋深50米以上，黄土干旱塬地。初始耕层(0-20cm)土壤基本性质为：有机碳13.8 g/kg，全氮1.05 g/kg，全磷（P2O5）0.755 g/kg，速效氮106.4 mg/kg，速效磷4.84mg/kg，速效钾100mg/kg，pH值8.3。降水量少,干旱发生频繁。土壤为褐土，质地轻壤。主要作物为玉米、杂粮和蔬菜等。
试验设计：谷子的供试品种为‘晋谷29号’，该品种获全国第四届优质米鉴评会“一级优质米”奖及2001年中国农业博览会山西省名牌产品奖，并列为山西省谷子中晚熟区对照品种。‘晋谷29号’在山西、甘肃、河北、北京等春谷旱作区种植面积较大，作为本项研究的供试品种具有一定的品种代表性；谷子-玉米周年单序轮作处理的供试谷子品种为‘晋谷29号’，玉米品种为‘先玉335’。试验设2个处理，分别是连作CK（每年均种一季谷子），轮作（玉米-谷子）。
2 测定方法
在谷子的灌浆期、孕穗期从两种处理中分别选取30株用光合蒸腾测定仪测定它们的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和胞间CO2浓度，用SPAD叶绿素仪测定谷子叶片叶绿素。待谷子成熟后，从两种处理中先分别选取30株测定千粒重、穗粒重、株高、整株重量，再测定两种处理下各自谷子的总产量。
3 试验结果
植物光合作用是地球上规模最巨大的把太阳能转变为可储存的太阳能的过程，也是规模最巨大的将无机物合成有机物并从水中释放出需氧生物所需氧气的复杂过程，是世界上最重要的化学反应。所有植物地上部分的干物质积累几乎全部来自于光合作用，光合作用作为反映谷子生长能力和适应能力干物质积累能力的重要指标。光合速率可以用植物单位时间和单位面积内叶片所吸收的氧气或释放的二氧化碳含量表示，光合速率的高低可以表作物光合作用的强弱，而净光合速率等于总光合速率减去呼吸速率，可以代表作物干物质积累的能力。蒸腾速率也称为蒸腾强度，是指植物在单位时间和单位叶面积内通过蒸腾作用而散失掉的水量。气孔导度是指植物气孔张开的程度，它能影响植物的光合作用，呼吸作用和蒸腾作用。谷子与玉米、高粱同属C4植物，固定CO2能力强，净光合速率较高，属高产作物类型，单产潜力大。通过对净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶绿素含量的分析可以了解谷子的光合特性。二氧化碳浓度、气温、光照等环境因子均能够影响谷子的光合能力，而且这些环境因子能够引起谷子内部生理生化指标的变化，所以研究光合特性具有重要意义。
叶绿素是绿色植物进行光合作用的基础物质，是植物叶片的主要光合色素，是研究谷子生长特性、生理变化和氮素营养状况的重要指标。分光光度计法测定结果操作繁琐，耗时太长；SPAD叶绿素仪是由日本开发的测定作物叶色的便携式仪器，SPAD值通常被称作叶色值，具有快速、便捷和无损监测对象的特点，常用于测定活体叶片中叶绿素的相对含量。大量研究表明，叶片叶绿素含量与叶绿素仪所测定的 SPAD值有良好的一致性。本研究中谷子叶片叶绿素含量数据采用SPAD-502叶绿素测定仪采集，每片叶片取6个不同部位进行测定，采集位点均为叶片尖端距离叶基部1/2处范围，避开叶脉采集，最后取平均值。
由上表可知，谷子轮作处理中，叶片的净光合速率、蒸腾速率、气孔导度和叶绿素含量分别较连坐处理高出15.3%，6.25%，11%,20.6%；轮作处理叶片的胞间CO2浓度较连作处理低21.9%，可见轮作处理的谷子叶片同化CO2的能力较强。
4 结论
通过研究，对连作和轮作两种种植方式下谷子产量、千粒重、穗粒重、株高、整株重量、叶片的光合能力、叶绿素的含量存在差异。连作处理的各项指标数值均低于轮作处理。因此，连作种植会降低其叶片叶绿素含量，进而影响光合作用，导致干物质积累能力降低，从而降低谷子单产。在实际生产中，应提升谷子连作障碍的认知度，合理选择轮作休耕种植制度，实现谷子产业的可持续发展。
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论文作者:卢成达,李阳,孙迪,牛学谦,张丽娜
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/26
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