《Agricultural Water Management》：Effects of irrigation and fertilization on the yield of traditional and modern foxtail millet varieties
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本研究针对气候变化下水肥资源高效利用的迫切需求，系统比较了传统谷子品种晋谷6号与现代品种长生13在不同灌溉与施肥条件下的产量表现及生理响应机制。通过两年田间试验结合多元统计分析，揭示了传统品种低产稳产与现代品种高产但不稳产的内在成因，为选育水肥高效型谷子新品种、构建气候智慧型生产体系提供了理论依据。
随着全球气候变化加剧，极端天气事件频发，水资源短缺与生物循环紊乱对农业生产构成严峻挑战。在此背景下，构建气候韧性农业体系成为保障国家粮食安全的关键路径。谷子（Setaria italica (L.) P. Beauv.）作为低耗水、耐贫瘠的特色谷物，因其丰富的营养价值和强大的环境适应性，近年来在消费市场与农业科研领域重新获得关注。然而，在长达半个多世纪的品种选育进程中，现代高产品种是否改变了谷子的水肥需求特性？传统品种的节水耐瘠机制是否应在现代品种中保留？这些关键科学问题尚未得到系统解答。
为阐明传统与现代谷子品种在水肥调控下的产量形成机制，中国农业大学农学院的科研团队在《Agricultural Water Management》发表了题为"Effects of irrigation and fertilization on the yield of traditional and modern foxtail millet varieties"的研究论文。该研究选取传统品种晋谷6号与现代品种长生13为材料，设置三种灌溉模式（雨养、播前补灌、全生育期灌溉）和两种施肥水平（高肥、低肥），通过系统测定表型性状、光合参数、干物质积累转运等指标，结合偏最小二乘路径模型（PLS）和结构方程模型（SEM）解析了水肥调控影响不同年代品种产量的关键生理通路。
研究采用裂-裂区设计开展两年田间试验，主要技术方法包括：利用LI-6800便携式光合仪测定气体交换参数，MINI-PAM-II叶绿素荧光仪测定光系统II（PSII）活性，标准化农艺性状测量法获取植株形态数据，干物质转运模型计算花前花后物质分配，以及酶法检测叶片和穗部光合产物含量。通过多元统计方法解析性状与产量的因果关系。
3.1 产量对水肥调控的响应
在降水差异显著的年份中，灌溉显著提高两个品种产量，而施肥水平无显著影响。传统品种晋谷6号在雨养条件下产量降幅为16.98–39.18%，年际波动小，表现低产稳产特性；现代品种长生13在高水高肥条件下产量增幅达39.09–272.42%，但对水肥依赖性强，稳定性差（图2）。
3.2 农艺性状对水肥调控的响应
晋谷6号具有更高的株高和茎粗，但穗柄长和叶面积低于长生13。灌溉显著改善两品种的株高、茎粗等形态指标，而施肥处理影响不显著。现代品种在全生育期灌溉下叶面积增幅达22.8–30.3%，凸显其通过优化冠层结构获取高产的潜力（图3）。
3.3 穗部性状对水肥调控的响应
传统品种穗型大而松散，穗长、穗重等指标显著优于现代品种。灌溉使两品种的穗部性状全面提升，其中晋谷6号在W3F1处理下穗重和穗粒重增幅达86.7%和94.0%，长生13在同等条件下穗粒重增幅更达313.3%，表明现代品种具备更大的产量可塑性（图4）。
3.4 光合特性对水肥调控的响应
净光合速率（Pn）在品种间无显著差异，但蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）等参数差异显著。在干旱年份，晋谷6号通过提高非光化学淬灭（NPQ）增强光保护能力；长生13则通过提升实际量子产量（Y(II）和光化学淬灭（qP）优化光能利用效率（图5、6）。
3.5 干物质积累与转运
传统品种依赖花前干物质转运（PreDMT），其贡献率（PreCR）较高；现代品种花后干物质转运（PostDMT）和贡献率（PostCR）更突出。灌溉使长生13的PostDMT提高319.1%，形成"强源、大库、高效转运"的高产模式（图7）。
3.6 光合产物含量
晋谷6号的穗部可溶性糖、还原糖含量较高，但穗部淀粉含量（STCP）较低。灌溉降低两品种叶片光合产物含量，但显著提高穗部淀粉积累，其中长生13在W3处理下STCP增幅达21.9%，为其高产提供物质基础（图8）。
3.7-3.9 性状与产量的关系解析
通过PLS和SEM模型发现：晋谷6号产量主要受穗型性状和光合产物的直接调控（路径系数4.492和2.631）；长生13产量则同时受光合作用和表型性状的直接影响（路径系数0.705和0.486），且表型性状通过调控光合参数间接影响产量。
该研究首次系统揭示了传统与现代谷子品种的水肥适应机制：晋谷6号通过优化光保护机制和花前干物质分配实现稳产，适宜雨养旱作；长生13则通过改善株型、提升光合效率和源-库协调性实现高产，但需保障灌溉条件。这些发现为整合传统品种节水耐逆性与现代品种高产潜力的育种策略提供了理论支撑，对构建气候韧性谷子生产体系具有重要实践意义。未来研究应加强地下部根系性状的观测，全面解析水肥高效利用的生理生态机制。
