干旱區(qū)連作對甜高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

再吐尼古麗·庫爾班，吐爾遜·吐爾洪，朱 敏，涂振東，艾克拜爾·伊拉洪

(1新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830052；2新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物質(zhì)能源研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】甜高粱根系發(fā)達，具有抗旱、抗寒、耐澇、耐鹽堿等抗逆特性，廣泛種植于干旱、半干旱地區(qū)，而且甜高粱生長迅速、生物產(chǎn)量高、鮮草品質(zhì)好、適口性佳，是家畜的理想青飼、青貯用飼料作物[1]。隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整與畜牧業(yè)的發(fā)展，對飼草的需求量也日益增加[2]。甜高粱的種植不但可以解決畜牧業(yè)的飼料問題；由于甜高粱莖稈中含有豐富的糖分汁液，可用于開發(fā)乙醇燃料，緩解能源危機[3]。新疆位于我國西北內(nèi)陸干旱區(qū)，是我國荒漠化大區(qū)和最大的鹽土區(qū)，自然降雨較少、土壤干旱貧瘠，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低。新疆現(xiàn)有0.067×108hm2(1億畝)邊際性土地，各類鹽漬土總面積達到1 336.1×104hm2，占全國鹽堿土面積的36.8%[4]。高粱其生物產(chǎn)量高、青貯品質(zhì)好等，是重要的飼草作物，尤其耐鹽堿能力突出,在新疆邊際地區(qū)成為種植優(yōu)先作物。新疆鹽堿地生態(tài)系統(tǒng)脆弱，土壤次生鹽堿化嚴(yán)重，但可用來發(fā)展耐鹽堿的飼草作物。充分利用甜高粱的獨特優(yōu)勢在新疆鹽堿地等邊際土地資源生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)飼料既可改善生態(tài)環(huán)境，對解決飼草短缺問題具有重要意義。【前人研究進展】前人研究表明，新疆大部分次、非宜棉區(qū)均可種植高粱[8]。目前高粱多種植在土壤肥力較低地區(qū)，種植經(jīng)驗不足再加上連作種植制度，導(dǎo)致土壤肥力下降、營養(yǎng)元素失衡、生物產(chǎn)量和品質(zhì)嚴(yán)重下降，因而高粱被誤認(rèn)為是低產(chǎn)作物[9, 10]。合理施肥可增加土壤肥力，修復(fù)土壤結(jié)構(gòu)，平衡土壤養(yǎng)分，利于植株健康生長[11]。施肥可以增加甜高粱的分蘗數(shù)，并且可提高株高，從而提高產(chǎn)量。目前有關(guān)甜高粱施肥試驗已有一些報道[12, 13]。羅峰等[14]表明施肥方式和施肥水平顯著影響甜高粱生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)。呂艷東等[15]研究表明，在施肥量一定范圍內(nèi)甜高粱天青一號產(chǎn)量與施肥量成正比，超過這個范圍后產(chǎn)量與施肥量反而成反比。劉麗華等[2]試驗也表明了合理施肥量對甜高粱的增產(chǎn)效應(yīng)，施肥量與植株鮮重之間的極顯著的相關(guān)性。蘇富源等[16]施肥試驗表明，氮、磷、鉀肥單施或配施均可顯著增加了甜高粱遼甜1號籽粒產(chǎn)量?！颈狙芯壳腥朦c】有關(guān)通過施肥解決連作障礙的問題在大豆、玉米、煙草等作物上研究較多，而不同施肥處理對新疆干旱地區(qū)連作高粱的影響方面的研究尚未見報道。研究干旱區(qū)連作對甜高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以新疆干旱區(qū)甜高粱長期定位大田試驗為基礎(chǔ)，比較分析在不同施肥條件下甜高粱生育期、農(nóng)藝性狀以及生產(chǎn)性能，為不同土壤養(yǎng)分條件下干旱半干旱區(qū)連作甜高粱的養(yǎng)分管理和生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2008～2009年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院瑪納斯試驗站試驗田(44°14′N，86°14′E)進行。該地區(qū)海拔470 m，年平均氣溫為 7.2℃，年平均降水量為180～270 mm，屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候區(qū)，冬季長而嚴(yán)寒，夏季短而酷熱，晝夜溫差大。春播前 0～20 cm的土層平均養(yǎng)分含量。供試甜高粱品種新高粱3號。表1

表1 土壤養(yǎng)分檢測Table 1 Test results of soil nutrients

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗共設(shè) CK ( 無肥處理) 、NP、NK、PK、NPK等 5個處理，其中每年 N、P、K 施用量分別為：N 肥108.0 kg/hm2作種肥和72.0 kg/hm2作拔節(jié)肥；P 肥27.0 kg/hm2作種肥和 27.0 kg/hm2作拔節(jié)肥；K 肥用72.0 kg/hm2作種肥和 72.0 kg/hm2作拔節(jié)肥。

試驗采用隨機區(qū)組排列，行長5 m，行距0.6 m，株距0.2 m，保苗數(shù)75 000株/hm2, 10行區(qū)，3次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2。各小區(qū)之間空0.8 m打埂子，相互不竄灌。每年的施肥量和田間管理都相同。2008 和 2009 年的甜高粱生育季節(jié)平均降水量分別為 92.52和 149.84 mm，繪出各月份最低溫度、最高溫度、及降水量。圖 1

圖1 2008～2009年高粱生長季節(jié)最低溫度，最高溫度和降雨量Fig. 1 Minimum Temperature, Maximum Temperature and Rainfall in Sorghum Growth Season 2008-2009

1.2.2 測定指標(biāo)

1.2.2.1 生育期

記載苗期、分蘗期、拔節(jié)期、挑旗期、抽穗期、開花期、成熟期，每個時期的記載以75%達到要求進行記載，并計算生育天數(shù)。

1.2.2.2 植株性狀

成熟時每個處理在1行內(nèi)連續(xù)取5株，用米尺、游標(biāo)卡尺、電子秤分別測株高、稈長、莖粗、節(jié)數(shù)、單株重、單稈重并取平均值。

1.2.2.3 秸稈含糖錘度

在甜高粱成熟時每個處理隨機取5株，用ATAGO數(shù)顯錘度計測定秸稈上數(shù)(除穗柄外)第3、7、10節(jié)的汁液含糖錘度，測定部位為節(jié)間中部并取平均值。

1.2.2.4 產(chǎn)量性狀

成熟時稱取面積為6 m2試驗區(qū)的籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量，重復(fù) 3 次，折算出生物產(chǎn)量。

1.2.2.5 室內(nèi)考種

在每個處理連續(xù)選取10株，進行室內(nèi)考種，測量千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用 Excel和Origin 2018軟件對數(shù)據(jù)進行了處理、作圖，使用 DPS9.0軟件進行了相關(guān)性分析和方差及多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜高粱生育期變化

研究表明，2008年CK、NP、NK施肥處理下新高粱3號的生育期都為128 d，PK和NPK處理的生育期為129 d，平均生育周期為128 d。2009年CK、NP、NK施肥處理下新高粱3號的生育期為141 d，PK和NPK處理的生育期為143 d，平均生育期為141 d。由于不同年份間氣候條件不完全相同，再加上連作障礙，導(dǎo)致生育期也不相同，2009年所有施肥處理的生育周期均比2008年短15 d，但各施肥處理之間生育周期差異不大，相差只有1～2 d。表2,圖1

表 2 甜高粱連作物候期的變化 (月/日)Table 2 Changes of Growth period of sweet sorghum (M/D)

2.2 甜高粱農(nóng)藝性狀

2.2.1 株高

研究表明,新高粱3號株高受連作障礙，2009年所有施肥處理下的株高均比2008年的株高極顯著降低，2009年的平均株高比2008年的降低了12.95%。甜高粱株高也受施肥的影響，2008年NPK處理的株高達到327.78 cm，PK的株高為最低，只有298.63 cm。從方差分析結(jié)果看出，不同施肥處理之間株高差異均為極顯著(P<0.01)，各處理的增高效應(yīng)順序為：NPK>CK>NK>NP>PK。 2009年NPK處理的株高達到277.97 cm，PK的株高最低為261.10 cm。其中NPK和其他處理株高的差異均達到了極顯著水平(P<0.01)，NK與CK的株高差異不顯著(P>0.05)，各處理的增高效應(yīng)順序為：NPK> NK >CK>NP>PK。施肥對增加株高具有明顯作用，尤其是氮磷鉀配施處理。 NPK處理下甜高粱的株高在2008和2009年分別比CK極顯著提高了4.62%、2.64%。表3

2.2.2 節(jié)數(shù)

研究表明,相同施肥處理下的節(jié)數(shù)在不同年限之間也有差異。2009年各處理的平均節(jié)數(shù)比2008年降低了3.22%，節(jié)數(shù)也受連作方式的影響。2008年NPK處理的節(jié)數(shù)為16.10個，CK最少，只有14.67個。NPK與CK處理差異極顯著(P<0.01)，NPK與PK、NK之間的差異不顯著(P>0.05)，各處理增加節(jié)數(shù)順序為：NPK>NK>PK>NP>CK。2009年NPK處理的節(jié)數(shù)為15.10個，NK的最少，只有14.37個，但各處理之間的差異不顯著(P>0.05)，各處理增加節(jié)數(shù)的順序為：NPK> NP >PK>CK>NK。施肥對增加節(jié)數(shù)具有明顯作用，尤其是氮磷鉀配施處理。在2008和2009年NPK處理下甜高粱的節(jié)數(shù)比CK分別提高了8.90%、2.65%。表3

表3 甜高粱連作農(nóng)藝性狀變化Table 3 Changes of agronomic characters in continuous cropping of Sweet Sorghum

2.2.3 莖粗

研究表明,2008年新高粱3號的莖粗范圍在25.53～27.63 mm，2009年在22.11～23.13 mm，2009年的平均莖粗比2008年降低了14.35%。另外施肥對莖粗也有影響，2008年P(guān)K處理的莖粗為27.63 mm， NP的為最小，只有25.53 mm。

PK與NPK處理的有顯著差異(P<0.05)，PK與NK、NP、CK之間的差異為極顯著(P<0.01)，各處理促進莖粗的順序為： PK>NPK>CK>NK>NP。2009年NPK處理的莖粗為23.13 mm，CK的為最小，只有22.10 mm，NPK處理與CK之間的差異達極顯著(P<0.01)水平，各處理促進莖粗順序為NPK> NK >PK>NP>CK。表3

2.2.4 單株重

研究表明,相同施肥處理下新高粱3號的單株重在不同連作年限之間有差異，2008年單株重范圍在1.01～1.16 kg，2009年單株重范圍在0.81～0.98 kg，2009年的平均單株重比2008年的降低了19.26%。此外不同施肥處理之間單株重也有差異，2008年NPK處理的單株重為1.16 kg，NP的為最少，只有1.01 kg，NPK與PK處理間的莖粗有顯著差異(P<0.05)。對于促進單株重的優(yōu)劣順序為NPK>NP> CK>NK>PK。2009年NP處理的莖粗最大達到0.98 kg，NK最差，只有0.81 kg，NP處理與NK、CK、NPK處理差異顯著(P<0.05)，各處理促進莖粗的順序為NP>PK> CK >NPK> NK。表3

2.2.5 單稈重

研究表明,不同施肥處理和不同連作年限對新高粱3號的單稈重均有影響，2009年所有處理的單稈重比2008年極顯著的降低了，平均降低值為19.89%。同時同一年度在不同施肥處理之間單稈重也有差異，2008年NPK處理的單稈重為1.11 kg，NK的為最少，只有1.01 kg，NPK與其他處理之間的差異為極顯著(P<0.01)，促進單稈重的順序為 NPK>NP> PK>CK>NK。2009年NP處理的單稈重為0.94 kg，NK處理的單稈重只有0.75 kg，NP處理與PK處理之間的差異為不顯著(P>0.05)，與其他處理之間的差異為顯著，促進單稈重的順序為NP>PK> CK >NPK> NK。表3

2.3 甜高粱含糖錘度

研究表明,含糖錘度在不同連作年限有差異，2009年所有施肥處理的含糖錘度比2008年極顯著提高，平均含糖錘度比2008年提高了19.17%。秸稈含糖錘度受施肥的影響比較明顯，所有施肥處理下秸稈的錘度均高于CK(無肥處理)。2008年CK與NPK處理差異不顯著(P>0.05)，CK與其他施肥處理差異均極顯著(P<0.01)。各處理中PK處理的秸稈錘度最高，CK處理最低，PK比CK提高了1.69%。2009年不同施肥處理對秸稈含糖錘度的影響跟2008年不同。2009年NP處理秸稈錘度最高，CK最低，含量分別為21.80%、20.51%，NP比CK提高了1.29%。CK 與NP、NPK處理差異極顯著(P<0.01)，CK 與NK、PK處理差異不顯著(P>0.05)。圖2

圖2 甜高粱連作秸稈含糖錘度變化Fig. 2 Changes of Sugar Brix in continuous cropping of Sweet Sorghum

2.4 甜高粱產(chǎn)量變化

2.4.1 秸稈產(chǎn)量

研究表明,2008年各處理秸稈平均產(chǎn)量為77.23 ,2009年76.07 t/hm2，2009年的平均秸稈產(chǎn)量比2008年降低1.51%。連作方式降低了秸稈產(chǎn)量。施肥處理對秸稈產(chǎn)量也有影響，2008年NPK處理秸稈產(chǎn)量最高，產(chǎn)量達到79.38 t/hm2，但和CK差異不顯著(P>0.05)。2009年P(guān)K處理秸稈產(chǎn)量最高，產(chǎn)量達到86.27 t/hm2，PK處理與其他處理差異極顯著(P<0.01)，比CK增產(chǎn)11.89%。圖3

圖3 不同施肥下甜高粱秸稈產(chǎn)量變化Fig.3 Change of Yield of Sweet Sorghum Straw under Different Fertilization

2.4.2 籽粒產(chǎn)量變化

研究表明,不同連作年限對籽粒產(chǎn)量有很大影響。2008年各處理平均籽粒產(chǎn)量為4 t/hm2、2009年3.29 t/hm2，2009年的平均籽粒產(chǎn)量比2008年降低了17.81%，連作方式極顯著降低了籽粒產(chǎn)量。所有施肥處理籽粒產(chǎn)量均高于CK并差異達到極顯著(P<0.01)。NPK處理在2年的籽粒產(chǎn)量均比其他施肥處理高，產(chǎn)量分別為4.46和3.89 t/hm2，比CK分別增產(chǎn)33.69%、31.60%，NPK處理與其他處理差異極顯著(P<0.01)。圖4

圖4 不同施肥下甜高粱籽粒產(chǎn)量變化Fig.4 Changes of Grain Yield of Sweet Sorghum under Different Fertilization

2.4.3 千粒重

研究表明,2008年平均千粒重為20.96 g，2009年為20.95 g，連作對千粒重的影響不大。但施肥處理對千粒重有明顯的影響，2008年CK與各施肥處理差異達到極顯著水平(P<0.01)，2009年CK與NK、NPK處理差異達到極顯著(P<0.01)。NPK處理在2年的千粒重均達到最高值，分別為21.54和21.44 g，比CK分別提高了5.99%、3.28%。圖5

圖5 不同施肥下甜高粱千粒重變化Fig.5 Change of Thousand grain weight of Sweet Sorghum under Different Fertilization

2.4.4 生物產(chǎn)量

研究表明,2008年平均生物產(chǎn)量為81.23 t/hm2、2009年79.35 t/hm2，2009年的平均生物產(chǎn)量比2008年降低了2.31%，連作降低了生物產(chǎn)量。

施肥處理對生物產(chǎn)量也有影響，其中2008年生物產(chǎn)量最高的是NPK處理，產(chǎn)量達到83.83 t/hm2，最低是PK處理，產(chǎn)量只有78.58 t/hm2，NPK處理比PK增產(chǎn)6.69%。CK與NPK處理差異顯著(P<0.05)、與其他施肥處理差異不顯著(P>0.05)。2009年生物產(chǎn)量最高的是PK處理，產(chǎn)量達到89.73 t/hm2，產(chǎn)量最低的是NK，產(chǎn)量只有68.38 t/hm2，PK比NK增產(chǎn)31.24%。CK處理與NP、NK、PK處理差異都極顯著(P<0.01)，與NPK處理差異不顯著(P>0.05)。圖6

圖6 不同施肥下甜高粱生物產(chǎn)量變化Fig.6 Changes of Biological Yield of Sweet Sorghum under Continuous Cropping under Different Fertilization

2.5 甜高粱產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀相關(guān)性

研究表明,不同施肥處理生物產(chǎn)量與生長因素的相關(guān)性在不同連作年限不一致。各處理的生物產(chǎn)量與秸稈產(chǎn)量在2年均呈極顯著正相關(guān)。生物產(chǎn)量與含糖錘度的關(guān)系不大，除了NK處理生物產(chǎn)量與含糖錘度呈正相關(guān)外其他處理都呈負(fù)相關(guān)。2008年只有NK處理生物產(chǎn)量與株高呈極顯著相關(guān)，2009年只有PK處理生物產(chǎn)量與株高呈極顯著正相關(guān)。NPK處理生物產(chǎn)量與單株重在2年均呈正相關(guān)，PK處理生物產(chǎn)量與千粒重在2年都呈極顯著正相關(guān)。只有NPK處理生物產(chǎn)量與莖粗呈極顯著正相關(guān)。表4

表4 甜高粱生物產(chǎn)量及生長因素相關(guān)性Table 4 The correlation analysis of biological yield and growth factors of Sweet Sorghum

3 討 論

連作障礙是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要限制因素，導(dǎo)致多種農(nóng)作物產(chǎn)量質(zhì)量下降。連作障礙在多種植物上均有所表現(xiàn)，連作破壞土壤微生態(tài)平衡，抑制植株正常生長，最終導(dǎo)致作物病蟲害加重、產(chǎn)量降低、品質(zhì)下降[21, 22]。樊芳芳[23]對高粱連作試驗結(jié)果也證明了這一點，連作高梁3年顯著抑制了高梁地上部的生長，株高、莖粗、葉面積等。試驗也得到了相似的結(jié)果，連作抑制了新高粱3號地上部的生長，種植第2年(2009年)所有施肥處理的株高、莖粗、單株重、單稈重均比第1年(2008年)極顯著降低。種植第2年的平均秸稈產(chǎn)量、籽粒產(chǎn)量、千粒重及生物產(chǎn)量均比第1年降低。另外由于不同年份間氣候條件不完全相同，再加上連作障礙，導(dǎo)致生育期推后，2009年所有施肥處理的生育周期均比2008年晚熟了15 d。

目前在高粱上進行施肥方式與產(chǎn)量關(guān)系的研究很多，但結(jié)論不一至。研究表明，施肥對甜高粱農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量均有影響。其中NPK處理的株高、稈長、節(jié)數(shù)、莖粗均高于其他處理，增幅度1.80%～8.90%。同時NPK處理對籽粒產(chǎn)量和千粒重的促進效應(yīng)最佳，這跟王勁松[24]、崔佩佩[25]的高粱施肥試驗、張詩雨[26]的花生連作施肥試驗結(jié)果一致。前人研究表明，吉雜355 以磷鉀肥全部作為基肥一次施入，同時氮肥一半作為基肥、一半作為追肥于拔節(jié)前施入，籽粒產(chǎn)量最高[11]，與試驗結(jié)果不太一致,不同高粱品種對施肥方式的反應(yīng)存在差異。賈東海等[27]對新高粱3號在新疆伊犁地區(qū)的密度和肥料試驗結(jié)果表明，肥料對生物產(chǎn)量增產(chǎn)不顯著，與研究結(jié)果也不一致，試驗結(jié)果是PK處理對提高秸稈產(chǎn)量的效果最大，而NPK處理對籽粒產(chǎn)量的影響最大，并且同一施肥處理在不同連作年限間也有差異，2008年生物產(chǎn)量最高的是NPK處理，產(chǎn)量達83.83 t/hm2，而2009年生物產(chǎn)量最高的是PK處理，產(chǎn)量達89.73 t/hm2，更長的連作年限對產(chǎn)量的影響需要進一步研究確認(rèn)。試驗結(jié)果與前任研究結(jié)果的差異可能與試驗地點、土壤基礎(chǔ)肥力高低和品種特性密切相關(guān)。

甜高梁莖稈含糖錘度是一個非常復(fù)雜的性狀，它受單株重、莖稈質(zhì)地和莖稈出汁率等內(nèi)因及外界環(huán)境條件、栽培技術(shù)措施等的影響[28]。試驗發(fā)現(xiàn)不同施肥處理對秸稈含糖錘度有影響，所有施肥處理秸稈的錘度都高于CK(無肥處理)，施用不同類型肥料均可以明顯增加甜高粱莖稈的含糖錘度，其中NP處理的秸稈含糖錘度極顯著高于CK。這根孫清[29]的研究結(jié)果基本一致。但焦少杰等[13]研究結(jié)果表明，甜高粱同一品種采用不同施肥方式產(chǎn)量的差異極顯著，但含糖量差異不顯著，這跟研究結(jié)果不一致。

目前關(guān)于含糖錘度與生物產(chǎn)量關(guān)系的研究有正相關(guān)[30]、負(fù)相關(guān)[31,32]等，而試驗發(fā)現(xiàn)生物產(chǎn)量與含糖錘度的關(guān)系不大，除了NK、NP處理生物產(chǎn)量與含糖錘度正相關(guān)外其他處理均呈負(fù)相關(guān)。

4 結(jié) 論

甜高粱農(nóng)藝性狀除了受連作障礙外也受施肥的影響。連作抑制了甜高粱地上部的生長，導(dǎo)致新高粱3號生育周期延長、農(nóng)藝形狀和產(chǎn)量降低。除了連作障礙外施肥也會引起甜高粱農(nóng)藝形狀及產(chǎn)量的變化，其中NPK處理的株高、節(jié)數(shù)、單株重均高于其他施肥處理。NPK處理的株高在連作2年分別比CK極顯著提高了2.64%～4.62%、節(jié)數(shù)比CK提高了3.22%～8.90%、NPK處理的籽粒產(chǎn)量及千粒重均極顯著高于其他處理，但秸稈產(chǎn)量在PK處理下的變化最大。雖然甜高粱秸稈含糖錘度不受連作障礙但是受施肥影響，所有施肥處理秸稈的錘度都高于CK，因此，施肥是提高連作高粱含糖錘度的有效措施之一。

施肥處理對莖粗、單株重、單稈重、秸稈產(chǎn)量的影響在不同連作年限有所不同，主要生長參數(shù)均是 NPK 處理最高，但是品質(zhì)和秸稈產(chǎn)量是PK處理高。連續(xù)2年不施肥處理(CK)明顯抑制了新高粱3號的生長，降低了品質(zhì)。