河西沙漠治理區(qū)甜高粱種植研究回顧與展望

蔣瑞文，王殿亭

（1．甘肅省武威市涼州區(qū)金羊鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，甘肅武威 733000；2．武威市涼州區(qū)古城鎮(zhèn)人民政府農(nóng)業(yè)技術(shù) 推廣站，甘肅武威733000）

甜高粱屬C4作物，是粒用高粱的變種之一，是一種極具開發(fā)潛力的生物質(zhì)能源植物，不僅是生產(chǎn)生物質(zhì)能源乙醇的原料，還可作為飼料作物和糖料作物等使用，開發(fā)利用功能較多[1]。是我國“十二五”能源科技發(fā)展中明確的優(yōu)先發(fā)展作物。甜高粱在生長種植中有較多優(yōu)勢特點(diǎn)，具有極強(qiáng)的抗逆性、適應(yīng)性，在土壤基質(zhì)較差的環(huán)境條件下也可種植。在沙漠治理區(qū)種植可起到防風(fēng)、固沙、防沙，改良土壤基質(zhì)性狀的作用，促進(jìn)沙漠區(qū)生態(tài)恢復(fù)[2]。河西地區(qū)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)單一，為加快農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，河西地區(qū)的張掖市最早于2009年引進(jìn)甜高粱品種在臨澤縣林場沙荒地上示范種植40hm2。2012年，武威市為發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)、節(jié)水農(nóng)業(yè)和能源工業(yè)，開發(fā)利用沙漠治理區(qū)荒地，與蘭州中科院近代物理研究所合作，在武威市草畜產(chǎn)業(yè)和白酒產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上，引進(jìn)飼用型BJ0603和醇用型BJ0602甜高粱新品種進(jìn)行推廣種植，并獲得了成功。截至2016年，全市甜高粱種植面積達(dá)65000hm2。沙漠治理區(qū)甜高粱種植在國內(nèi)尚處于空白，河西地區(qū)在近幾年的推廣種植中，技術(shù)人員對沙漠治理區(qū)甜高粱的種植生長等技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)研究，總結(jié)提出了沙漠治理區(qū)甜高粱高效種植的栽培技術(shù)、改良模式等適宜技術(shù)。本文重點(diǎn)回顧了河西沙漠治理區(qū)甜高粱種植研究情況。

1 沙漠治理區(qū)甜高粱種植栽培技術(shù)研究

沙漠治理區(qū)甜高粱種植栽培受土質(zhì)、水肥、溫度等多種環(huán)境因素影響，在品種選擇、整改地、覆膜、種植時(shí)間、施肥、田間管理、根茬處理等方面略有區(qū)別。在種植栽培研究中，楊興虎[3]、陳秀君等[4]，提出并制定了河西走廊沙漠開發(fā)區(qū)飼用甜高粱高效栽培技術(shù)、沿山沿沙區(qū)邊際性土壤甜高粱栽培技術(shù)，包括播前準(zhǔn)備、播種、田間管理、收獲等步驟和施肥、放苗、除草等栽培技術(shù)。沙漠治理區(qū)地塊在播種前要通過增施有機(jī)肥、摻粘土、留高茬、秸稈還田、全膜覆蓋等措施，提高土壤肥力和固定表土，提高有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤通透性，增強(qiáng)保水保肥能力[5]。新開墾種植的地塊為防止鹽堿聚集，土壤返堿燒苗，要將地塊整理成300～700m2落差在5cm以下的小畦田。播前結(jié)合整地，要施用發(fā)酵腐熟30d的牛糞和豬、雞糞等改良鹽堿土壤，667m2施農(nóng)家肥4．2t。沙漠治理區(qū)當(dāng)年種植地塊雜草含量較多，在覆膜前667m2用50%仲丁靈懸乳劑280g，兌水80kg，或用50%異丙草·莠200～250mL，兌水30～45kg，混合均勻后將藥液噴灑土壤表層，隨即覆蓋地膜，在不影響甜高粱發(fā)芽生長的同時(shí)除草效果還非常好[6]。

沙漠治理區(qū)土壤屬沙性，不易保墑，最適合于采用寬140cm、厚度0．01mm的黑色地膜寬膜平作栽培。在4月中下旬，地表10cm下土壤溫度恒定在10～15℃，覆膜保墑膜下土壤濕度達(dá)到16%～20%時(shí)，采用手推式精量播種機(jī)，667m2播種量 1．0～1．5kg，每穴播種 1～2 粒，穴距 18cm，平行行距 30cm，穴播深度控制在 3～5cm 進(jìn)行穴播點(diǎn)種，出苗較整齊。對土壤墑情不好，含水量達(dá)不到最適宜土壤含水量時(shí)，要采用“干播濕出法”播種，播種完后要進(jìn)行覆土鎮(zhèn)壓，提高種子與土壤的緊密度，保墑提墑，促進(jìn)種子生根發(fā)芽[6]。出苗后要加強(qiáng)田間管理，及時(shí)將壓在地膜下的苗用小木棍放出，放苗時(shí)放苗口不易撕得過大，苗能出來即可，防止過大使土壤失墑。對于長出的雜草，從播種孔長出的，要及早拔除；對膜下雜草已頂起地膜的，在地膜上覆土2～4cm進(jìn)行壓膜悶殺除草。甜高粱全生育期150d左右，沙漠治理區(qū)地塊土質(zhì)pH值高，偏強(qiáng)堿性，水肥管理大不相同，要按“少量多次”，并結(jié)合降水量、苗情長勢等進(jìn)行灌水施肥。一個(gè)生長周期共需灌水6次，每次灌水約70m3，結(jié)合灌水適時(shí)進(jìn)行追肥[3-4]。

甜高粱主要的病蟲害為蚜蟲、螟蟲、紅蜘蛛等，蚜蟲防治用7．5%氯氟·吡蟲啉30～40g/667m2或 50%抗蚜威10～15g/667m2，分別兌水400～650kg均勻配成溶液，用噴霧器進(jìn)行葉面噴霧防治；螟蟲防治用2．5%溴氰菊酯或20%殺滅菊酯20～30mL/667m2進(jìn)行葉面噴霧防治；若螟蟲嚴(yán)重已經(jīng)進(jìn)入甜高粱稈危害時(shí)，用3%呋喃丹顆粒劑 2．5～3kg/667m2撒施于甜高粱心葉處防治；螟蟲在甜高粱抽穗后穗部發(fā)現(xiàn)時(shí)，667m2用7．5%氯氟·吡蟲啉30～35g兌水450～675kg噴霧進(jìn)行防治。甜高粱紅蜘蛛主要在葉背面活動，發(fā)生后667m2用1．8%阿維菌素乳油15～30mL，兌水30～90 kg噴霧進(jìn)行防治，藥液在噴灑時(shí)要盡量噴灑到葉背面。8月下旬到9月上旬時(shí)在早霜來臨前進(jìn)行收割，用集收割、切碎和輸送于一體的甜高粱收獲機(jī)進(jìn)行收割，收割后直接拉至養(yǎng)殖場進(jìn)行青貯[3-4]。

2 沙漠治理區(qū)甜高粱農(nóng)藝、生理等性狀研究

調(diào)查甜高粱在沙漠治理區(qū)種植生長情況，觀察物侯期，測定收獲期株高、莖粗、葉片數(shù)、含糖量、鮮物質(zhì)產(chǎn)量、土壤持水性等，對研究在沙漠治理區(qū)種植甜高粱，收集種植數(shù)據(jù)、開展技術(shù)研究，大面積推廣種植具有非常重要的意義。孫麗娜等人[7]在沙漠治理區(qū)進(jìn)行了飼用型甜高粱BJ0603和醇用型甜高粱BJ0602種植生長試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，甜高粱在河西沙漠治理區(qū)新墾地，典型大陸性氣候條件下，長勢極好，BJ0603和BJ0602分別于播種后15d、14d出苗，分別于152d、159d收獲時(shí)，含糖量各達(dá) 10．98%、18．65%，產(chǎn)量分別為3978．54kg/667m2、4425．60kg/667m2。 Godsey，C．B 等[8]在俄克拉荷馬州南部平原干旱氣候條件下進(jìn)行了甜高粱最佳行間距和密度種植研究，結(jié)果表明，在平均高產(chǎn)潛力（＞60t/hm2）下，＜76 cm的行間距是有利的，而在極高產(chǎn)量潛力區(qū)域（＞100 t/hm2），行距為20cm會更適合。對于20～76cm的行距，由于甜高粱的分蘗能力，其種植適應(yīng)密度范圍廣泛。Rao S S等[9]在半干旱熱帶環(huán)境中研究了甜高粱的最佳種植時(shí)間和產(chǎn)量，結(jié)果表明，根據(jù)秸稈產(chǎn)量、汁液糖品質(zhì)、糖分與乙醇產(chǎn)量的關(guān)系，半干旱熱帶氣候條件下甜高粱的最佳種植時(shí)間為6月上旬至7月上旬。在此期間種植甜高粱，可以收獲更多的原料，從而使糖廠的運(yùn)作周期延長約1個(gè)月，也就是從10月的第一個(gè)星期到最后一個(gè)星期。

解婷婷等于甜高粱拔節(jié)期測定了甜高粱氣體交換參數(shù)，對比分析了最終的生物產(chǎn)量和品質(zhì)。結(jié)果表明，壤土地、鹽堿地和沙荒地3種不同土地類型，甜高粱凈光合速率的日變化均呈“單峰型”，無“光午休”現(xiàn)象。鹽堿地和沙荒地甜高粱葉片凈光合速率和水分利用效率較壤土地均有所降低，凈光合速率分別為30．75、25．31和 23．71μmolCO2/（m2·s），葉片水分利用效率分別為 5．42、4．34 和 3．08μmolCO2/mmolH2O。 沙荒地甜高粱的葉片蒸騰速率最高，生物產(chǎn)量在鹽堿地和沙荒地有所降低，3種土地類型種植的甜高粱地上干重差異不顯著，鹽堿地和沙荒地甜高粱的品質(zhì)比壤土地高。甜高粱生理生態(tài)適應(yīng)性強(qiáng)，適合在干旱地區(qū)發(fā)展。適度的干旱脅迫能提高甜高粱產(chǎn)量和品質(zhì)，田間土壤持水量達(dá)到50%以上，甜高粱生長發(fā)育較適宜。在含鹽量小于1．78 g/kg的鹽堿土壤上可以正常生長并獲得高產(chǎn)。甜高粱在鹽堿地和沙荒地種植含糖量要高于壤土地，通過改良土壤和改進(jìn)栽培措施，可以接近壤土地的產(chǎn)量[10-11]。1穴3株的集群栽培方式下甜高粱的莖稈產(chǎn)量和乙醇產(chǎn)量比傳統(tǒng)的 1 穴 1 株分別提高 16．99%～17．18%、22．29%，可以在干旱區(qū)邊際性土地推廣[12]。Patanè C 等[13]在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行了甜高粱種子發(fā)芽試驗(yàn)，評價(jià)了NaCl水平和PEG預(yù)滲透壓降低對不同溫度下種子萌發(fā)和幼胚早期生長的影響，結(jié)果表明，根系生長比萌發(fā)對鹽脅迫更敏感。NaCl濃度的增加對所有溫度下的根伸長都有不利的影響。付海美用能源作物甜高粱和柳枝稷進(jìn)行田間試驗(yàn)，測定地上部生物量、含水量和養(yǎng)分（N、P和K）的積累量，及其在（甜高粱）播種／（柳枝稷）返青后40～160d的動態(tài)變化。結(jié)果表明：甜高粱在沙荒地上種植，在自然降雨的情況下，可獲得較穩(wěn)定的地上部生物量。甜高粱播后160d的地上部生物量、含水量和莖稈中養(yǎng)分濃度，與播后120d沒有顯著差異（p＞0．05），在播后120～160d之間就可收獲，收獲時(shí)間較長，種植兩年后，沙荒地表層土壤（0～30 cm）有機(jī)碳（SOC）含量，與自然草地相比沒有顯著變化（p＞0．05）。 根據(jù)甜高粱地上部生物量、養(yǎng)分移除量，及對土壤質(zhì)量的影響，甜高粱較適宜在沙荒地種植，而且有一定的可持續(xù)性。如若采用免耕、植被覆蓋等保護(hù)性種植措施，對土地生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量的影響會明顯減輕；在降水量少，不能滿足甜高粱生長最佳需水量時(shí)，選用高效節(jié)水的滴灌等灌溉方式，將會提高水資源的利用率，減小甜高粱的耗水量；如將甜高粱葉還田，對改良土壤，增加甜高粱種植系統(tǒng)的可持續(xù)性有更好的作用[14]。

3 沙漠治理區(qū)甜高粱其它研究

沙漠治理區(qū)種植甜高粱是充分發(fā)揮甜高粱抗干旱、較強(qiáng)適應(yīng)性、耐鹽堿特性，控制和治理沙漠治理區(qū)土地進(jìn)一步沙漠化，增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入，發(fā)展綠洲灌溉農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)新措施。但因沙漠治理區(qū)生態(tài)環(huán)境平衡被破壞，土壤沙化、有機(jī)質(zhì)含量降低、養(yǎng)分貧乏、保水保墑保肥性能較差，推廣種植甜高粱模式、改良土壤方法方面與傳統(tǒng)耕地種植技術(shù)相比存在較大差別。為解決這一難題，譙顯明等在綠洲灌區(qū)沙漠改良區(qū)，按照傳統(tǒng)與引進(jìn)新技術(shù)相結(jié)合的方法，組裝配套開展了以農(nóng)藝改良+化學(xué)改良+排灌改良+甜高粱的種植模式。將甜高粱種植兩年后的土壤容重、土壤有機(jī)質(zhì)、土壤中水溶性鹽、pH值等地力效益和社會效益的平均值運(yùn)用SAS軟件進(jìn)行分析。結(jié)果表明，通過該模式兩年的試驗(yàn)種植，種植地塊地力質(zhì)量比種植前大大改善，土壤容重較種植前的 1．1g/cm～1．4g/cm 平均降低 1%～3%，有機(jī)質(zhì)含量較種植前 0．5～12．1g/kg 提升 5%～10%，土壤 pH 較種植前的 8．1～8．7 降低 0．3～0．5 個(gè)單位，至 7．7～8．2，土壤電導(dǎo)率較種植前的 1．1～2．6 mS/cm 降低5%～10%，全鹽含量較種植前的0．5%～0．8%降低10%～16%。沙漠區(qū)甜高粱的抗倒伏主成分因子依次為莖部重、重心高度、根量、秸稈數(shù)、莖桿機(jī)械強(qiáng)度、莖粗、株高。倒伏系數(shù)與倒伏面積之間的相關(guān)關(guān)系達(dá)極顯著水平，采用倒伏系數(shù)評價(jià)甜高粱倒伏抗性具有較強(qiáng)的可靠性，可以在今后的試驗(yàn)中推廣應(yīng)用[15-16]。

4 展望

中國荒漠化和沙漠化土地面積占國土面積的1/4以上和1/6以上，荒漠化土地和沙化土地面積約450萬km2，是我國嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題[17]。土地是最寶貴的資源，是解決人口吃飯問題的關(guān)鍵。十九大報(bào)告中明確提出要建設(shè)美麗中國、深化生態(tài)文明建設(shè)，因此，加強(qiáng)荒漠化和沙漠化土地治理研究，謀劃國土空間開發(fā)，科學(xué)布局生態(tài)空間和修復(fù)空間，對實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)具有非常重要的意義。近幾年，甜高粱在沙漠治理區(qū)種植雖然進(jìn)行了一些研究，但研究量還很少，深度不夠。探究甜高粱在沙漠區(qū)種植，將是一個(gè)改變中國乃至世界性土地沙漠化的課題。通過進(jìn)一步研究甜高粱生長過程中種子萌發(fā)、需水量、抗倒伏性、生物產(chǎn)量、品質(zhì)、土壤中有機(jī)質(zhì)改變等問題，將實(shí)現(xiàn)甜高粱在荒漠化和沙漠化土地大面積種植，實(shí)現(xiàn)沙漠變綠洲的夢想。在未來的研究中重點(diǎn)要加強(qiáng)適宜沙漠治理區(qū)甜高粱品種的選育、抗脅迫效應(yīng)的研究、探索甜高粱在沙漠區(qū)生長環(huán)境的適宜閾值、土壤改良原理、最佳模式和水分利用效率等研究。甜高粱作為21世紀(jì)最具潛力的新能源作物，在鹽堿和沙荒地等邊際土地種植前景廣闊，具有極大的發(fā)展和挖掘空間，加強(qiáng)甜高粱種植生長研究，可以有效防沙固沙，改善治理沙漠土壤理化性狀，發(fā)展新能源產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)沙漠區(qū)域生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)，對未來甜高粱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義[18]。