不同播期下甜高粱含糖量變化及其與氣象因子的關(guān)系

吉春容，鄒 陳，再吐尼古麗·庫爾班，葉 凱

（1.中國氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所，中國氣象局樹木年輪理化研究重點開放實驗室,新疆維吾爾自治區(qū)樹木年輪生態(tài)重點實驗室，新疆 烏魯木齊 830002；2.新疆農(nóng)業(yè)科學院生物質(zhì)能源研究所，新疆 烏魯木齊 830091）

甜高粱莖稈多汁，糖分含量高，是最具有發(fā)展前景的綠色能源作物之一[1-2]。作為重要的生物質(zhì)能源作物，種植甜高粱的直接目標是獲得高的糖產(chǎn)量，了解甜高粱莖稈糖的產(chǎn)量形成過程及其調(diào)控途徑[3-4]對于甜高粱品種改良與高產(chǎn)栽培具有重要意義。

糖分是甜高粱莖稈中的重要組成部分，糖分的積累涉及甜高粱葉片光合性能、光合產(chǎn)物向根、莖和穗中的分配以及蔗糖在莖稈中的代謝等多個方面，品種[5]、礦質(zhì)營養(yǎng)[6]、種植密度和栽培方式[7-9]等對其也存在顯著影響。研究表明[10]，播期延后會降低株高并減少莖稈鮮重，但糖錘度有所提高。也有不同結(jié)果[11]，春播與夏播株高總體差異不顯著，莖粗、莖節(jié)數(shù)、桿重和糖錘度的差異達到極顯著水平。早播可能使其幼苗生長勢減弱，從而造成后期植株生長緩慢[12-13]。甜高粱生產(chǎn)燃料酒精主要是通過固體或液體發(fā)酵將莖稈中的糖分轉(zhuǎn)化成燃料乙醇，因此，糖分是甜高粱作為生物質(zhì)能源作物的物質(zhì)基礎(chǔ)[14]。研究表明[15]，甜高粱糖分積累基本分成3個階段，即前期無積累階段—中后期積累快速增長階段—末期積累慢速增長階段。蔗糖是甜高粱莖稈中糖分的主要存在形式，其含量高于還原糖（主要指葡萄糖和果糖）；蔗糖含量從孕穗到蠟熟期呈增加趨勢，而還原糖含量則以開花期最高[16]。隨播期的推遲，各播期莖稈含糖量高峰出現(xiàn)的時間呈延后的趨勢。甜高粱含糖量的積累在籽粒成熟時達到高峰；作為生產(chǎn)酒精的原材料，甜高粱的最佳收獲時期在蠟熟期[17-18]。新疆存在開發(fā)甜高粱液體燃料的資源優(yōu)勢[19]，針對瑪納斯地區(qū)獨特的氣候和土壤條件下[20]，不同播期對甜高粱糖分積累過程的影響進行了分析，旨在探明不同播期下甜高粱糖分積累規(guī)律的變化及其與氣象因子的關(guān)系，確定適宜播期及關(guān)鍵氣象影響因子，為生產(chǎn)上合理播種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗時間、地點

田間試驗于2011年3—10月在新疆農(nóng)業(yè)科學院瑪納斯試驗站進行。

1.2 供試材料

供試品種為早熟“新高粱3 號”（標為XT-2）、早熟T601 等2個不同甜高粱品種。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)5個不同播期處理，分別為2011年4月25日、4月30日、5月3日、5月8日、5月13日，采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復3 次。小區(qū)面積25 m2，行長7 m，行距0.6 m，6 行區(qū)，密度為11.9 萬株/hm2。全生育期共灌水5 次，頭水在播種后15 d 進行，以后灌水分別在拔節(jié)期、抽穗期、開花期和灌漿期進行?？偸┓柿?0 kg，其中氮肥25 kg，磷肥20 kg，鉀肥5 kg；磷肥、鉀肥全部作底肥一次施入，氮肥30%作基肥，70%作追肥；追肥分兩次施入，拔節(jié)期追60%，孕穗期追施40%。其他田間管理同一般大田。

1.3.2 測定指標與方法

分別在甜高粱不同生育時期（拔節(jié)期、孕穗期、開花期、灌漿期、成熟期），選擇晴朗無風天氣（北京時間9:30—12:00），在試驗區(qū)內(nèi)，選擇長勢均勻、生長良好的植株進行整株采樣，去掉穗子和葉子，收獲秸稈，于節(jié)間處切割成20～30 cm 小段用于含糖量測定（在新疆農(nóng)業(yè)科學院生物質(zhì)能源研究所進行）?？偺恰⑦€原糖的測定采用直接滴定法[21]。T蔗糖含量按下式計算[22]。

瑪納斯農(nóng)試站氣象因子資料采用瑪納斯氣象站數(shù)據(jù)，包括空氣溫度、濕度、風速、降水、氣壓等，不同播期下甜高粱糖分積累過程中（5—9月，月均值）氣象因子的變化見表1。

表1 不同播期甜高粱糖分積累過程中（5—9月，月均值）氣象因子的變化

1.4 統(tǒng)計分析方法 試驗數(shù)據(jù)利用Excel、SPASS 軟件進行作圖和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同播期對甜高粱糖分特性的影響

2.1.1 不同播期下甜高粱莖稈總糖含量的變化

從各生育期莖稈總糖平均含量看，除5月3日播種早熟品種T601 的變化趨勢有所不同外，其他播期隨生育進程的推進，甜高粱莖稈總糖含量逐漸升高，成熟期最高。從圖1 可以看出，隨播期延后，“新高粱3 號”各播期莖稈總糖含量顯著降低，不同生育期均以4月25日播種時最高，平均含量為8.81%；其次是4月30日，5月13日播種時最低，平均含量為5.18%。方差分析結(jié)果表明，各品種不同播期之間莖稈總糖含量存在顯著差異（P<0.05）。播期對早熟品種T601 莖稈總糖含量的影響有所不同，隨播期延后，以5月8日播種時莖稈總糖含量較高，平均為6.82%；其次是4月25日，5月13日播種時最低，平均含量為5.90%。這說明“新高粱3 號”適宜早播，T601 適宜遲播。

圖1 不同播期甜高粱總糖含量變化

2.1.2 不同播期下甜高粱莖稈還原糖含量的變化

不同播期下甜高粱莖稈還原糖含量變化見圖2。各播期甜高粱莖稈還原糖含量的變化規(guī)律與總糖含量變化趨勢有所不同，多數(shù)播期開花期達到最大值，灌漿期后逐漸下降，至成熟期最低。方差分析結(jié)果表明，不同播期對甜高粱糖分積累存在顯著影響（P<0.05）。“新高粱3 號”，隨播期延后，莖稈還原糖含量以5月8日播種時最高，平均為3.52%；其次是5月3日，5月13日播種時最低。早熟T601，隨播期延后，莖稈還原糖含量以4月30日播種時最高，平均為1.79%；其次是4月25日，5月13日播種時最低。

2.1.3 不同播期下甜高粱莖稈蔗糖含量的變化

圖2 不同播期甜高粱還原糖含量變化

甜高粱莖稈中主要有3 種糖分——蔗糖、葡萄糖和果糖可以被直接利用或發(fā)酵產(chǎn)生酒精[18]。不同播期下甜高粱莖稈蔗糖含量的變化見表2。隨生育期進程的推進，甜高粱莖稈蔗糖含量逐漸升高，至成熟期達到最高值，拔節(jié)期蔗糖含量最低。“新高粱3號”，隨播期延后，各播期莖稈蔗糖含量顯著降低，以4月25日播種時最高，平均含量為3.79%；其次是4月30日，5月13日播種時最低，平均含量為0.81%；適宜早播。播期對早熟品種T601 莖稈蔗糖含量的影響有所不同，隨播期延后，以5月8日播種時莖稈蔗糖含量最高，平均為4.44%；其次是4月25日，5月13日播種時最低，平均含量為3.19%；適宜遲播。方差分析結(jié)果表明，各品種不同播期之間莖稈蔗糖含量存在顯著差異（P<0.05）。

表2 不同播期甜高粱莖稈蔗糖含量的差異/%

2.2 不同播期下甜高粱糖分積累與氣象因子的關(guān)系

相關(guān)分析結(jié)果表明，不同播期下不同品種甜高粱莖稈糖分含量與平均溫度、降水、日照時數(shù)和風速存在顯著相關(guān)（P<0.05），影響甜高粱糖分積累的主要氣象因子是氣溫、降水和日照時數(shù)。采用逐步回歸分析方法，進行篩選分析，分別建立含糖量氣象預(yù)測模式：

式中，T 表示含糖量，SD5-9表示5—9月平均日照時數(shù)，R5-9表示5—9月雨量合計，T5-9表示5—9月平均氣溫。從式中可以看出，5—9月的氣象條件對甜高粱莖稈含糖量變化存在顯著影響；5—9月充足的光照和適當?shù)臍鉁厣哂欣谏晒夂袭a(chǎn)物，提高含糖量；降水過多不利于糖分積累。

3 結(jié)論

（1）隨生育期進程的推進，甜高粱各個生育時期莖稈總糖含量、蔗糖含量逐漸升高，成熟期最高。莖稈還原糖含量的變化規(guī)律有所不同，開花期達到最大值，灌漿期后逐漸下降，至成熟期最低。

（2）不同播期下甜高粱莖稈糖分含量綜合分析表明，當?shù)刂髟云贩N中，“新高粱3 號”適宜早播，以4月25日播種較為適宜；T601 適宜遲播，以5月8日播種較為適宜。

（3）氣溫、降水、日照時數(shù)和風速對不同播期甜高粱莖稈糖分積累存在顯著影響，可根據(jù)氣溫、降水和日照時數(shù)進行甜高粱含糖量氣象預(yù)測。

（4）品種、土壤、種植密度和栽培方式等對甜高粱糖分積累存在顯著影響。本研究結(jié)果表明，降水稍多會降低糖度；5—9月氣溫適當升高，日照時間適當增加，對糖分積累有利；合理的種植密度，保持田間通風良好，也有利于甜高粱糖分積累。

4 討論

莖稈是甜高粱糖分的主要儲藏器官。周鴻飛等[23]研究發(fā)現(xiàn)蔗糖含量自挑旗期或始穗期至蠟熟期逐漸升高，完熟期有所下降，蔗糖含量的這種變化與植株的光合作用、光合產(chǎn)物分配等有關(guān)。部分研究成果[24-25]與之基本一致，從孕穗到蠟熟期，蔗糖含量呈增加趨勢，生理成熟期略有下降，以蠟熟期最高；而還原糖（主要指葡萄糖和果糖）含量則以開花期最高。卞云龍等[17]也發(fā)現(xiàn)糖分含量先升高后降低，在蠟熟期達最高，從糖分含量考慮，蠟熟初期是甜高粱整株利用的最佳時期。本研究結(jié)果表明，從拔節(jié)期至成熟期，甜高粱莖稈總糖含量、蔗糖含量逐漸升高，成熟期最高；還原糖含量開花期達到最大值，灌漿期后逐漸下降，至成熟期最低。抽穗前植株主要為營養(yǎng)生長，莖稈含糖量最低；抽穗期植株代謝活動增強，光合作用效率較高[15]，除少量光合產(chǎn)物用于穗部發(fā)育外，大部分積累在莖稈中；在這一時期，莖節(jié)間停止伸長，莖稈糖開始快速積累，并在抽穗至抽穗后20d間增長最快[16，23]，隨著穗部籽粒形成并逐漸加快生長至成熟，糖分積累穩(wěn)定增加。本研究中，將甜高粱乳熟期、蠟熟期和完熟期統(tǒng)稱為成熟期，糖分含量測定采樣均是在蠟熟期進行；綜合分析表明，蠟熟期為瑪納斯地區(qū)種植甜高粱莖稈利用的最佳時期；上述結(jié)論基于單年的試驗資料分析所得，還有待于多年試驗的進一步驗證。

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