不同種植密度和施氮量對(duì)甜高粱生長(zhǎng)、生物量和含糖量的影響

郭會(huì)學(xué)+王發(fā)園+李帥+苗艷芳

摘要：作為一種優(yōu)良的糧食、糖料、飼料和可再生能源作物，甜高粱因其生物量大、含糖量高、抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等特性而備受關(guān)注。以大力士甜高粱為供試材料，研究了3個(gè)不同種植密度和3個(gè)施氮量對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育、生物量及含糖量的影響。結(jié)果表明，不同種植密度、施氮量對(duì)株高、莖粗的影響不顯著。在相同施氮水平時(shí)，葉面積指數(shù)、地上部分生物量和籽粒產(chǎn)量均隨種植密度的增加而顯著增加。種植密度對(duì)植株莖稈含糖量的影響較小；在相同密度條件下，植株的含糖量隨施氮量的增加而增加。從莖稈生物量和含糖量綜合來(lái)看，本研究中合理增加甜高粱種植密度和施氮量是有利的。

關(guān)鍵詞：甜高粱；種植密度；氮肥；含糖量；籽粒產(chǎn)量

中圖分類號(hào)：S514.01

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）04-0152-03

隨著化石能源的日漸匱乏和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，生物質(zhì)能源作為可再生的潔凈能源具有替代化石燃料、減少溫室氣體排放和支持農(nóng)業(yè)發(fā)展等優(yōu)勢(shì)，已越來(lái)越受到重視。目前，甜高粱是公認(rèn)的最具有應(yīng)用前景的再生能源之一。近年來(lái)，甜高粱作為糖料作物、飼料作物、能源作物和產(chǎn)業(yè)作物，對(duì)全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)具有重要的意義[1-3]。

甜高粱[Sorghum bicolor （L.） Moench]為短日照C4植物，起源于非洲，是粒用高粱的一個(gè)變種，同樣具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄的特點(diǎn)，且生長(zhǎng)迅速，糖分積累快[4-5]，作為新興的可再生能源作物，具有生物學(xué)產(chǎn)量高、莖稈含糖量高、乙醇轉(zhuǎn)化率高等特點(diǎn)，因此在制糖、釀酒和制酒精燃料、造紙以及用作飼料等方面具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，有利于促進(jìn)邊際性土地增產(chǎn)增收[6-10]。

中國(guó)種植甜高粱的歷史悠久，常見(jiàn)品種株高4 m左右，最粗的莖稈直徑為4～5 cm，主要經(jīng)濟(jì)目標(biāo)是籽實(shí)部分，莖稈部分常被作為家畜飼料，種植區(qū)域主要集中在干旱、半干旱及土地鹽堿化的地區(qū)，土壤瘠薄，水肥環(huán)境較差，加上種植水平不高、管理不到位等客觀原因，致使甜高粱的種植處于比較原始和低級(jí)的狀態(tài)。目前，對(duì)于以營(yíng)養(yǎng)體為主要收獲對(duì)象的甜高粱，其生物學(xué)產(chǎn)量和莖稈含糖量與密度、施氮量的關(guān)系有待深入研究和探索。本試驗(yàn)研究不同種植密度、施氮量對(duì)甜高粱生物學(xué)產(chǎn)量和莖稈含糖量的影響，以期明確甜高粱對(duì)密度、施氮量的響應(yīng)規(guī)律，為甜高粱高產(chǎn)高效栽培提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

甜高粱供試品種為大力士[11]。大力士品種具有十大優(yōu)勢(shì)：耐旱、耐澇、耐鹽堿（可忍受的鹽濃度為0.5%～0.9%）、抗倒伏、高產(chǎn)、高糖（汁液錘度15%～23%）、耐高溫、耐嚴(yán)寒、耐瘠薄、用途廣。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在河南科技大學(xué)開(kāi)元校區(qū)農(nóng)場(chǎng)試驗(yàn)田進(jìn)行。試驗(yàn)地氣候?qū)贉貛О霛駶?rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫 12.1～14.6 ℃，年平均降水量600 mm，年平均輻射量 491.5 kJ/cm2，年平均日照時(shí)數(shù)2 300～2 600 h，平均無(wú)霜期215～219 d。試驗(yàn)地土壤為黃潮土，質(zhì)地中壤，pH值7.08。0～20 cm土層土壤養(yǎng)分狀況為有機(jī)質(zhì)24.40 g/kg，銨態(tài)氮21.73 mg/kg，硝態(tài)氮19.06 mg/kg，速效磷16.76 mg/kg，速效鉀189.85 mg/kg。試驗(yàn)采用2因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2因素為種植密度、氮肥（尿素）（表1）。

試驗(yàn)小區(qū)面積30 m2，設(shè)計(jì)8行區(qū)，行距0.5 m，行長(zhǎng) 7.5 m，株距分別為15、20、30 cm。2014年6月16日進(jìn)行人工播種，10月12日收獲，苗期、拔節(jié)期各施肥1次，即普施硝酸磷肥225.113 kg/hm2和純氮（尿素），純氮按照3個(gè)水平追施（表1）；在孕穗期各小區(qū)追施同等量的純氮 0.135 kg。其他田間管理與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)水平一致。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

苗期、拔節(jié)期每小區(qū)取樣5株用標(biāo)尺測(cè)量株高；葉片數(shù)、葉面積；用軟尺測(cè)量葉片的最大葉長(zhǎng)、最大葉寬，根據(jù)公式：葉面積=葉長(zhǎng)×葉寬×0.87，計(jì)算葉面積，進(jìn)而求出葉面積指數(shù)；用軟尺測(cè)量莖粗；鮮質(zhì)量；烘干后稱干質(zhì)量。收獲時(shí)每小區(qū)收3株，測(cè)株高、鮮質(zhì)量、單株籽粒質(zhì)量；莖稈糖分含量：測(cè)定部位為中部節(jié)間，用手持糖量?jī)x測(cè)定其含糖錘度。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

采用Excel和SPSS 19.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度及施氮量對(duì)各生育期株高的影響

苗期，在N1、N3水平上，種植密度對(duì)株高影響不顯著；N2水平時(shí)，密度3的株高顯著高于密度1（圖1）。相同密度時(shí)，施氮水平對(duì)株高的影響不顯著。總體N2水平、密度3處理株高最高。拔節(jié)期密度和施氮量對(duì)株高沒(méi)有顯著影響。收獲期僅在N1水平時(shí)，密度2的株高顯著高于密度1、密度3，在所有處理中株高最高在密度2處理?xiàng)l件下，N1水平株高顯著高于N2水平；密度3條件下，N2水平的株高顯著高于N1水平。

2.2 種植密度及施氮量對(duì)莖粗的影響

相同施氮水平，拔節(jié)期N1水平時(shí)，密度1的莖粗顯著高于密度2、密度3，其他密度處理對(duì)各時(shí)期相同施氮水平的莖粗沒(méi)有顯著影響（圖2）。相同密度條件下，只有苗期密度1時(shí)，施氮量為N2水平的莖粗顯著高于N1水平，其他施氮處理對(duì)相同密度條件下的莖粗沒(méi)有顯著影響。

2.3 種植密度和施氮量對(duì)植株葉面積指數(shù)的影響

從圖3可以看出，在苗期N1水平時(shí)，密度2的葉面積指數(shù)顯著高于密度1，而密度3的葉面積指數(shù)顯著高于密度1。施氮量相同處理中，葉面積指數(shù)均隨種植密度的增加顯著升高，密度越大，葉面積指數(shù)越大；而相同密度不同施氮處理對(duì)葉面積指數(shù)沒(méi)有顯著影響。

2.4 種植密度和施氮量對(duì)不同生育期地上部生物量的影響

從圖4可以看出，在苗期、拔節(jié)期、收獲期，相同施氮量條件下，地上部鮮質(zhì)量均隨密度的升高而顯著增加，即密度越大，生物量越高。在苗期密度1條件下，N2、N3水平的生物量顯著高于N1水平；而施氮量對(duì)密度2、密度3條件下的生物量沒(méi)有顯著影響。在拔節(jié)期，相同密度條件下，不同施氮處理之間生物量無(wú)顯著差異。在收獲期密度2條件下，N3處理的生物量顯著高于N1處理；密度1、密度3處理?xiàng)l件下，施氮量對(duì)生物量沒(méi)有顯著影響。

2.5 種植密度及施氮量對(duì)莖稈含糖量的影響

糖分含量N1條件下隨密度的增加先升高后降低，且密度2莖稈含糖量顯著高于密度1；在密度1條件下，N3、N2處理的含糖量顯著高于N1處理；在密度2、密度3條件下，含糖量均隨施氮量增加而升高，且N3處理的莖稈含糖量顯著高于N1處理（圖5-a）。

2.6 種植密度及施氮量對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響

在密度1條件下，N3水平的籽粒產(chǎn)量顯著高于N2水平；密度2、密度3條件下，施氮量對(duì)籽粒產(chǎn)量無(wú)顯著影響。在相同施氮量條件下，籽粒產(chǎn)量均隨種植密度的增加而顯著提高（圖5-b）。

3 討論

不同種植密度和施氮量對(duì)甜高粱株高、莖粗的影響不大，密度對(duì)葉面積指數(shù)的影響較大，在3個(gè)施氮水平中，密度越大，葉面積指數(shù)越大。主要是由于低密度時(shí)，植株群體較小，葉面積指數(shù)小，光合效率低，而植株產(chǎn)生的無(wú)效分蘗較多，又增加了主莖的營(yíng)養(yǎng)消耗，影響株高、莖粗的生長(zhǎng)；較高密度時(shí)，作物群體較大，植株產(chǎn)生的無(wú)效分蘗受到抑制，葉面積指數(shù)增加，群體的光合效率提高，但是植株個(gè)體的光合效率會(huì)受到限制，因此，高密度也會(huì)影響植株個(gè)體株高的增長(zhǎng)，也使得植株個(gè)體莖粗減小。

相同施氮條件下，增加密度可顯著提高作物群體的生物量和籽粒產(chǎn)量。雖然較高密度會(huì)影響植株個(gè)體的生長(zhǎng)發(fā)育，但是由于其群體較大，葉面積指數(shù)增加，群體的光合效率提高，最終可收獲較高的生物量和籽粒產(chǎn)量，但是在較高密度條件下，增加施氮量，生物產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量并沒(méi)有得到顯著提高，本試驗(yàn)結(jié)果與王巖等的研究結(jié)果[12]一致。由于相同密度時(shí)，增加施氮量，植株產(chǎn)生的無(wú)效分蘗較多，增加了主莖的營(yíng)養(yǎng)消耗，從而影響生物量和籽粒產(chǎn)量的提高。

密度、施氮量均對(duì)含糖量有影響，但是密度對(duì)其影響較小，本結(jié)論與艾買爾江·吾斯曼等的研究結(jié)果[13]相吻合。含糖量受施氮量的影響較明顯，在相同密度條件下，植株的含糖量隨施氮量的增加而顯著增加，合理增加施氮量有利于甜高粱含糖量的積累。與羅峰等的研究結(jié)果[14]相反，可能是由于氮肥施用量和設(shè)置的變化梯度不一致所導(dǎo)致的；氣候條件、種植密度等對(duì)甜高粱含糖量也有一定影響。

甜高粱經(jīng)濟(jì)目標(biāo)提高是在維持較高含糖量的基礎(chǔ)上，擴(kuò)大莖稈和籽粒庫(kù)容量，增加莖稈的干物質(zhì)分配比例[14]。由于甜高粱莖稈高大，分蘗會(huì)抑制主莖的高度，而無(wú)效分蘗品質(zhì)較差，含糖量低易干枯，因此確保較高數(shù)量的群體密度，抑制分蘗是增加主莖營(yíng)養(yǎng)體數(shù)量的合理手段[15]。在本研究條件下，從莖稈生物量和含糖量綜合來(lái)看，合理增加甜高粱種植密度和施氮量對(duì)于甜高粱生產(chǎn)是有利的。

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