不同灌水量對(duì)高粱籽粒產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

史麗娟，曹昌林，董良利，宋旭東，白文斌

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，山西晉中030600）

高粱是我國(guó)重要的谷物類作物之一，具有抗逆、耐瘠的特點(diǎn)，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有特殊的位置。高粱籽粒不僅可供食用，而且可飼用或釀造用，莖稈又可作工業(yè)原料。這種粒稈兩用作物在可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展中占有舉足輕重的地位[1-3]。由于高粱籽粒中蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、單寧等主要品質(zhì)性狀的優(yōu)劣直接影響著高粱的用途[4-5]，而淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪及單寧等品質(zhì)性狀不完全屬于質(zhì)量性狀，是受遺傳基因和栽培環(huán)境多因素控制的，所以，深入研究環(huán)境因素對(duì)高粱主要性狀的影響及其變化規(guī)律很有必要。對(duì)淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪等性狀受遺傳基因控制的研究前人已進(jìn)行了不少的工作[6-7]。有關(guān)環(huán)境因素對(duì)高粱籽粒淀粉的影響也有過(guò)報(bào)道[8-10]，但研究側(cè)重點(diǎn)各有不同。

本試驗(yàn)研究了不同灌水量對(duì)高粱籽粒產(chǎn)量及其品質(zhì)的影響，旨在為高粱生產(chǎn)實(shí)踐中合理運(yùn)用水分提高產(chǎn)量及改良品質(zhì)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2011 年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所修文基地的防雨棚內(nèi)水泥池中進(jìn)行。供試土壤為石灰性褐土，質(zhì)地中壤，肥力中等，有機(jī)質(zhì)含量1.5%，全氮0.109 7%，有效磷17.8 mg/kg，速效鉀16.9 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試品種為晉雜18 號(hào)。試驗(yàn)設(shè)6 個(gè)處理，即小區(qū)灌水量分別為60，90，120，150，180，210 mm（用水表計(jì)量灌水量），分2 次進(jìn)行（拔節(jié)期和開花灌漿期），2 次灌水量相同。拔節(jié)期灌水時(shí)間為7 月8 日，開花灌漿期灌水時(shí)間為8 月2 日。各處理均一次性施含氮、磷、鉀各15%的三元復(fù)合肥1 000 kg/hm2，澆底墑水45 mm。采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，小區(qū)面積1 m2。以灌水量60 mm 的處理為對(duì)照（CK）。每小區(qū)種植2 行，每行7 株。5 月2 日播種，10 月1 日收獲，全生育期為152 d。

1.3 測(cè)定方法

土壤含水量的測(cè)定：于播種后第2 天、收獲后當(dāng)天取0～100 cm 土壤的土樣，每20 cm 為一層，取樣后立即裝入鋁盒，110 ℃烘干至恒質(zhì)量，計(jì)算土壤含水量。

品質(zhì)分析：采用福斯華北京科貿(mào)有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為InfratecTM-1241 的Grain-Analyzer儀，測(cè)定不同處理下籽粒的粗淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪和單寧含量。

成熟后調(diào)查株高、穗長(zhǎng)，全區(qū)收獲稱穗質(zhì)量，隨機(jī)取3 穗代表性穗子，帶回室內(nèi)，風(fēng)干后進(jìn)行考種。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水量對(duì)土壤水分含量的影響

不同灌水量對(duì)土壤水分含量的影響如表1所示。

表1 不同灌水量對(duì)土壤水分含量的影響

從表1 可以看出，隨著灌水量增加，耗水量也逐漸增加，灌水量與耗水量呈極顯著正相關(guān)（r＝0.999 6）。因灌水量是可控因素，故在灌水量對(duì)高粱籽粒產(chǎn)量的影響中仍以灌水量作為處理因素替代耗水量進(jìn)行分析。

2.2 不同灌水量對(duì)高粱籽粒產(chǎn)量的影響

2.2.1 對(duì)株高的影響 從表2 可以看出，隨著灌水量的增加，株高呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢(shì)，以灌水210 mm 處理株高最高，達(dá)182.3 cm；CK 株高最低，為145.6 cm。同CK 相比，灌水90，120 mm 處理差異達(dá)5%顯著水平，其他處理差異均達(dá)1%顯著水平。其中，灌水90 mm 處理株高比CK 增長(zhǎng)12.5 cm，增長(zhǎng)了8.6%；灌水120 mm 處理株高比CK 增長(zhǎng)24.8 cm，增長(zhǎng)了17%；灌水150 mm 處理株高比CK 增長(zhǎng)29.7 cm，增長(zhǎng)了20.4%；灌水180 mm 處理株高比CK 增長(zhǎng)32.9 cm，增長(zhǎng)了22.6%；灌水210 mm 處理株高比CK 增長(zhǎng)36.7 cm，增長(zhǎng)了25.2%。各處理之間均有不同程度差異。

表2 不同灌水量對(duì)籽粒產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

2.2.2 對(duì)穗長(zhǎng)的影響 從表2 可以看出，隨著灌水量的增加，穗長(zhǎng)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，以灌水210 mm 處理穗長(zhǎng)最長(zhǎng)，達(dá)24.1 cm；CK 穗長(zhǎng)最短，為21.4 cm。同CK 相比，灌水90，120 mm 處理差異不顯著，灌水150，180，210 mm 處理差異達(dá)5%顯著水平。其中，210 mm 處理穗長(zhǎng)比CK增長(zhǎng)2.7 cm，增加了12.6%；90 mm 處理穗長(zhǎng)比CK 增長(zhǎng)0.2 cm，增加了1.0%；120 mm 處理穗長(zhǎng)比CK 增長(zhǎng)1.2 cm，增加了5.6%；150 mm 處理穗長(zhǎng)比CK 增長(zhǎng)1.7 cm，增加了7.9%；180 mm 處理穗長(zhǎng)比CK 增長(zhǎng)1.9 cm，增加了8.9%。

2.2.3 對(duì)一級(jí)枝梗數(shù)的影響 由表2 可知，隨著灌水量的增加，一級(jí)枝梗數(shù)呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。灌水210 mm 處理的一級(jí)枝梗數(shù)最多，為77 個(gè)；CK 最少，為66.7 個(gè)。同CK 相比，灌水210 mm處理一級(jí)枝梗數(shù)增加10.3 個(gè)，增加了15.4%，差異達(dá)5%顯著水平；灌水90 mm 處理一級(jí)枝梗數(shù)增加0.9 個(gè)，增加了1.3%，差異不顯著；灌水120 mm處理一級(jí)枝梗數(shù)增加5.5 個(gè)，增加了8.2%，差異不顯著；灌水150 mm 處理一級(jí)枝梗數(shù)增加9.2個(gè)，增加了13.8%，差異達(dá)5%顯著水平；灌水180 mm處理一級(jí)枝梗數(shù)增加10.2 個(gè)，增加了15.3%，差異達(dá)5%顯著水平。

2.2.4 對(duì)穗粒質(zhì)量的影響 由表2 可知，隨著灌水量的增加，穗粒質(zhì)量呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢(shì)。灌水210 mm 處理穗粒質(zhì)量最高，達(dá)65.56 g；CK 最低，為41.11 g。同CK 相比，灌水210 mm 處理穗粒質(zhì)量增加24.45 g，增加了59.5%，差異達(dá)1%顯著水平；灌水90 mm 處理穗粒質(zhì)量增加6.67 g，增加了16.2%，差異不顯著；灌水120 mm 處理穗粒質(zhì)量增加7.78 g，增加了18.9%，差異不顯著；灌水150 mm 處理穗粒質(zhì)量增加15.56 g，增加了37.8%，差異達(dá)5%顯著水平；灌水180 mm 處理穗粒質(zhì)量增加14.45 g，增加了35.1%，差異達(dá)5%顯著水平。

2.2.5 對(duì)千粒質(zhì)量的影響 表2 顯示，隨著灌水量的增加，千粒質(zhì)量呈現(xiàn)逐漸增高的趨勢(shì)。灌水210 mm 處理千粒質(zhì)量最高，達(dá)34.9 g；CK 最低，為23.5 g。同CK 相比，各處理均達(dá)1%顯著水平。其中，灌水210 mm 處理千粒質(zhì)量比CK 增加11.4 g，增加了48.5%；灌水90 mm 處理千粒質(zhì)量比CK 增加5.3 g，增加了22.6%；灌水120 mm 處理千粒質(zhì)量比CK 增加7.2 g，增加了30.6%；灌水150 mm 處理千粒質(zhì)量比CK 增加8.8 g，增加了37.4%；灌水180 mm 處理千粒質(zhì)量比CK 增加10.4 g，增加了44.3%。

2.2.6 對(duì)產(chǎn)量的影響 表2 顯示，隨著灌水量的增加，產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)。灌水210 mm處理產(chǎn)量最高，達(dá)8 498.8 kg/hm2；CK 產(chǎn)量最低，為4 857.2 kg/hm2。同CK 相比，灌水210 mm 處理產(chǎn)量增加3 641.6 kg/hm2，增加了75%，差異達(dá)5%顯著水平；灌水90 mm 處理產(chǎn)量增加583 kg/hm2，增加了12%，差異不顯著；灌水120 mm 處理增加1 486 kg/hm2，增加了30.6%，差異不顯著；灌水150 mm 處理產(chǎn)量增加2 771.2 kg/hm2，增加了57.1%，差異達(dá)5%顯著水平；灌水180 mm 處理產(chǎn)量增加3 587.5 kg/hm2，增加了73.9%，差異達(dá)5%顯著水平。

2.3 不同灌水量對(duì)高粱品質(zhì)的影響

由表3 可知，不同灌水量對(duì)高粱籽?？偟矸酆?、蛋白質(zhì)含量、單寧含量和脂肪含量均有不同程度的影響。

表3 不同灌水量對(duì)高粱籽粒品質(zhì)的影響

隨著灌水量的增加，高粱籽?？偟矸酆匡@著增加，以灌水210 mm 處理總淀粉含量最高，達(dá)75.10%；CK 總淀粉含量最低，為73.23%。同CK相比，所有處理的差異均達(dá)1%顯著水平。其中，灌水90 mm 處理總淀粉含量比CK 增加0.8 百分點(diǎn)；灌水120 mm 處理總淀粉含量比CK 增加1.24 百分點(diǎn)；灌水150 mm 處理總淀粉含量比CK 增加1.4 百分點(diǎn)；灌水180 mm 處理總淀粉含量比CK 增加1.74 百分點(diǎn)，灌水210 mm 處理總淀粉含量比CK 增加1.87 百分點(diǎn)。

隨著灌水量的增加，高粱籽粒蛋白質(zhì)含量除灌水210 mm 處理蛋白質(zhì)含量有所回升外，其余處理蛋白質(zhì)含量均顯著下降。但灌水210 mm 處理同灌水180 mm 處理差異不顯著，原因可能是由于系統(tǒng)誤差所致。CK 籽粒蛋白質(zhì)含量最高，為11.70%；灌水180 mm 處理籽粒蛋白質(zhì)含量最低，為10.40%。同CK 相比，所有處理的差異均達(dá)1%顯著水平。其中，灌水90 mm 處理蛋白質(zhì)含量比CK 降低0.63 百分點(diǎn)；灌水120 mm 處理蛋白質(zhì)含量比CK 降低0.73 百分點(diǎn)；灌水150 mm處理蛋白質(zhì)含量比CK 降低0.93 百分點(diǎn)；灌水180 mm 處理蛋白質(zhì)含量比CK 降低1.30 百分點(diǎn)；灌水210 mm 處理蛋白質(zhì)含量比CK 降低1.17 百分點(diǎn)。

隨著灌水量的增加，單寧含量呈現(xiàn)顯著下降的趨勢(shì)，以CK 單寧含量最高，達(dá)1.58%；灌水210 mm 處理單寧含量最低，為1.11%。同CK 相比，灌水90，120 mm 處理差異不顯著；灌水150，180，210 mm 處理，差異達(dá)5%顯著水平。其中，灌水90 mm 處理單寧含量比CK 降低0.03 百分點(diǎn)；灌水120 mm 處理單寧含量比CK 降低0.22百分點(diǎn)；灌水150 mm 處理單寧含量比CK 降低0.27 百分點(diǎn)；灌水180 mm 處理單寧含量比CK降低0.38 百分點(diǎn)；灌水210 mm 處理單寧含量比CK 降低0.47 百分點(diǎn)。

隨著灌水量的增加，脂肪含量雖有下降趨勢(shì)，但差異不顯著，表明灌水量對(duì)籽粒脂肪含量影響較小。

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，隨著灌水量的增加，構(gòu)成高粱產(chǎn)量的各因素均呈增加的趨勢(shì)，從而帶來(lái)了產(chǎn)量的增加；同時(shí)也使株高顯著地增加，但株高的增加，加大了后期植株倒伏的危險(xiǎn)性；而且繼續(xù)增加灌水量盡管各因素仍有增加的趨勢(shì)，但差異不顯著，綜合考慮，灌水量為150 mm 為最佳處理。

關(guān)于水分對(duì)高粱籽粒產(chǎn)量的影響研究較多，水分對(duì)高粱籽粒品質(zhì)影響的研究較少，但在其他禾谷類作物如小麥、玉米等作物上的研究較多。馬新明等[11]研究表明，適當(dāng)水分脅迫可提高小麥籽粒蛋白質(zhì)含量。邵國(guó)慶等[12]研究表明，同一氮水平下，灌水顯著降低了玉米籽粒蛋白質(zhì)含量。許振柱等[13]研究表明，土壤水分虧缺嚴(yán)重，會(huì)顯著降低小麥籽粒中淀粉的積累，適宜的灌水處理會(huì)使總淀粉含量增加。姜東燕等[14]研究認(rèn)為，隨著水分脅迫程度的加劇，蛋白質(zhì)含量呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，而淀粉含量的變化呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。

本研究結(jié)果表明，水分對(duì)高粱籽?？偟矸鄣男纬捎写龠M(jìn)作用，對(duì)籽粒蛋白質(zhì)、單寧的形成有抑制作用，對(duì)脂肪的形成影響很小。隨著灌水量的增加，淀粉含量逐漸增加，蛋白質(zhì)含量逐漸下降，這與姜東燕等[14]的研究結(jié)論一致。張桂香等[15]研究認(rèn)為，單寧含量的變化以基因效應(yīng)為主要影響因素。本試驗(yàn)只對(duì)環(huán)境因素進(jìn)行了研究，對(duì)其基因型效應(yīng)還有待進(jìn)一步研究。

［1］董玉琛，曹永生.糧食作物種質(zhì)資源的品質(zhì)特性及其利用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（1）：111-114.

［2］閻樹華，孟淑潔.高粱籽粒營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)優(yōu)質(zhì)資源的篩選與利用[J].國(guó)外農(nóng)學(xué)：雜糧作物，1995（2）：24-27.

［3］劉貴鋒，董良利，宋旭東，等.山西省高粱栽培技術(shù)研究的回顧與展望[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009，37（8）：17-20，26.

［4］盧慶善.高粱營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)研究的新進(jìn)展[J].世界農(nóng)業(yè)，1999（7）：29-30.

［5］馬尚耀，嚴(yán)福忠，成慧娟.高粱的研究現(xiàn)狀與展望[J].內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)科技，2002（6）：8-9.

［6］張桂香，史紅梅，李愛軍，等.高粱高淀粉基礎(chǔ)材料的篩選與評(píng)價(jià)[J].作物雜志，2009（1）：97-98.

［7］周福平，柳青山，張曉娟，等.山西高粱的淀粉特性分析[J].作物雜志，2009（6）：52-54.

［8］于泳，黃瑞冬，趙尚文，等.不同氮素水平對(duì)高粱籽粒淀粉積累規(guī)律的影響[J].作物雜志，2008（5）：20-23.

［9］鄒鐵祥，戴廷波，姜東，等.氮素和鉀素對(duì)小麥籽粒淀粉合成關(guān)鍵酶活性的影響 [J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（11）：3858-3864.

［10］曹昌林，董良利，宋旭東，等.氮、磷、鉀肥對(duì)高粱籽粒淀粉含量的影響[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（1）：56-58.

［11］馬新明，熊淑萍，李琳，等.土壤水分對(duì)不同專用小麥后期光合特性及產(chǎn)量的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2005，16（1）：83-87.

［12］邵國(guó)慶，李增嘉，寧堂原，等.灌溉和尿素類型對(duì)玉米氮素利用及產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（11）：3672-3678.

［13］許振柱，于振文，張永麗，等.土壤水分對(duì)小麥籽粒淀粉合成和積累特性的影響[J].作物學(xué)報(bào)，2003，29（4）：595-600.

［14］姜東燕，于振文.土壤水分對(duì)小麥產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].核農(nóng)學(xué)報(bào)，2007，21（6）：641-645.

［15］張桂香，史紅梅.高粱主要品質(zhì)性狀的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)分析[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2010，26（5）：60-71.