高粱間套作栽培模式研究進(jìn)展

彭方麗， 周棱波， 汪 燦， 張國(guó)兵， 杜月紅， 邵明波

(貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 旱糧研究所， 貴州 貴陽 550006)

高粱〔Sorghumbicolor(L.)Moench〕是一年生禾本科C4作物，是世界第五大糧食作物，具有食用、飼用及釀造等多種使用價(jià)值，也是我國(guó)重要的雜糧作物。高粱栽培品種通常分為籽粒高粱、飼料高粱、甜高粱及帚高粱。在籽粒高粱中，將支鏈淀粉含量在80%以上的稱為糯高粱[1]。糯高粱是釀造茅臺(tái)酒等醬香型高檔白酒的主要原料，在我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位[2]，也是貴州省重點(diǎn)發(fā)展的優(yōu)勢(shì)支柱產(chǎn)業(yè)之一。貴州是全國(guó)高梁主產(chǎn)區(qū)之一，種植面積居第4位，僅次于吉林、內(nèi)蒙古和黑龍江省，但仍不能滿足貴州酒企對(duì)高粱原料的需求。貴州省屬典型的喀斯特地貌，光能利用率較低，耕地面積有限，高粱常年連作導(dǎo)致產(chǎn)量降低，品質(zhì)下降，因此，貴州高粱原料遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足以茅臺(tái)集團(tuán)為主的酒企的需求量。間套作能高效利用光能提高作物產(chǎn)量，改善地力，增強(qiáng)作物抗病能力[3-8]。根據(jù)貴州省酒用高粱種植規(guī)劃，到2022年貴州省計(jì)劃種植面積達(dá)26.67萬hm2，因此開展高粱間套作對(duì)于貴州發(fā)展高粱產(chǎn)業(yè)具有重要的意義。目前國(guó)內(nèi)外關(guān)于高粱間套作的研究較少，已開展的間套作方面的研究也不夠深入。為了解國(guó)內(nèi)外高粱間套作栽培模式研究狀況，通過查閱文獻(xiàn)資料，從高粱間套作的品種選擇、栽培模式等方面概述高粱間套作栽培模式研究進(jìn)展，以期為高粱高產(chǎn)高效栽培及貴州高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供思路，同時(shí)為貴州農(nóng)村產(chǎn)業(yè)革命及壩區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整提供參考。

1 高粱生物學(xué)特性與生產(chǎn)應(yīng)用品種

1.1 生物學(xué)特性

高粱品種分為早、中、晚熟3種類型，3—6月均可播種，7—10月成熟。全生育期80～140 d，不同熟性高粱品種生育期差異較大。

1.2 常用高粱品種

目前，國(guó)內(nèi)常用高粱品種因地區(qū)而異，西南地區(qū)主要有國(guó)窖紅1號(hào)[9-10]、大力士甜高粱[11]、紅纓子[12-14]、珍珠高粱[15]和晉雜12號(hào)[16]等；西北地區(qū)以甘肅為主，主要有晉雜4號(hào)、晉雜12號(hào)[17]、晉甜雜2號(hào)[18]、糯粱1號(hào)、青殼洋高粱[19]和晉雜11號(hào)[20]等；東北地區(qū)主要有晉雜五號(hào)[21]、沈雜5號(hào)[22]及晉雜4號(hào)[23]等；北方以山西為代表，主要有晉草2號(hào)[24]等；中部地區(qū)以河南為代表，選用豫糧8號(hào)[25]。

2 高粱間套作主要模式

2.1 共生群體作物品種選擇

據(jù)文獻(xiàn)顯示，開展高粱間套作模式栽培的地區(qū)大致分為西南、西北、東北、北方及中部地區(qū)。在間套作時(shí)主要根據(jù)高粱種植用途、間套作搭配作物生長(zhǎng)習(xí)性及當(dāng)?shù)貧夂驐l件的不同選擇高粱品種。在間套作共生群體作物品種選擇上大致分為豆科、糧食作物、薯類作物和經(jīng)濟(jì)作物4類。其中，豆科作物主要有大豆、花生、苜蓿等，糧食作物主要有春玉米、春小麥，薯類作物主要有馬鈴薯、紅薯、山芋、山藥等，經(jīng)濟(jì)作物主要有辣椒、油菜、蔬菜、茄子、烤煙、西葫蘆等。

2.2 高粱主要間作模式

間作是在不減少主作物密度和適當(dāng)種植副作物的條件下，把不同作物恰當(dāng)?shù)拇钆淦饋?，?gòu)成田間復(fù)合群體，充分利用田間空隙獲得增產(chǎn)[3]。間作提高了光能利用率，間作形成的帶形結(jié)構(gòu)改變了群體中的田間小氣候，改善土壤結(jié)構(gòu)及肥力因素等[26]。

2.2.1 高粱間作豆科作物 禾本科與豆科作物間作時(shí)，根瘤菌將大氣中的氮轉(zhuǎn)化成植物可以吸收利用的含氮物質(zhì)，從而增加土壤和植物的氮素[26-27]。苜蓿與飼草高粱間作大大提高了光能利用率，使產(chǎn)量增加[3]；糯高粱與大豆、花生間作行比均為2∶2時(shí)，能顯著提高糯高粱的光合能力，還能有效控制高粱炭疽病的發(fā)生[28]。彭秋等[29]對(duì)比單作和2種高粱新品系間作大豆對(duì)產(chǎn)值和抗病性的影響，結(jié)果表明，高粱間作大豆的產(chǎn)值高于單作高粱，且間作大豆有抑制螟蟲的效果。朱錦惠等[30-31]研究印證了間作能有效控制田間作物病蟲害的發(fā)生。早在20世紀(jì)70年代，江蘇淮陰地區(qū)通過對(duì)比不同行數(shù)的高粱間作大豆得出，高粱與大豆種植行比為10∶8時(shí)能獲得最高產(chǎn)量[32]。尹學(xué)偉等[10]通過比較8種不同密度配置對(duì)高粱農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量等影響得出，雙季糯高粱和大豆在行比為2∶2間作模式下，高粱、大豆密度分別為9萬株/hm2和12萬株/hm2是高產(chǎn)高效最優(yōu)的群體配置結(jié)構(gòu)。貴州仁懷以有機(jī)高粱紅纓子和本地花生、大豆、向日葵、白云豆、眉毛豆、四季豆、米豆、綠豆、紅苕為試驗(yàn)材料，比較分析有機(jī)高粱與不同作物間作對(duì)群體產(chǎn)量和效益的影響，結(jié)果表明，無藤豆類作物四季豆、眉毛豆和白蕓豆可作為有機(jī)高粱間作的首選作物[12]。

2.2.2 高粱間作糧食作物 黃瑞冬等[33]通過比較玉米與高粱按2∶1行比分別間作小麥時(shí)的土壤水分動(dòng)態(tài)和產(chǎn)量得出，玉米間作小麥時(shí)耗水量大于高粱間作小麥，小麥與高粱間作時(shí)其產(chǎn)量顯著高于與玉米間作，高粱與小麥都可以獲得較高的產(chǎn)量。早在1972年，沈陽農(nóng)學(xué)院采用玉米與晉雜5號(hào)按2∶4的行比間作，高粱行距57 cm、株距25 cm，玉米行距57 cm、株距28 cm時(shí)，與單作相比，高粱和玉米產(chǎn)量都能達(dá)到最大增幅[21]。

2.2.3 高粱間作薯類作物 以紅薯為代表的薯類作物因植株矮，更適合與高粱套種。因此，高粱與薯類作物間作時(shí)，以山芋為例，1973年江蘇徐州選用原雜10號(hào)等早熟雜交高粱間作山芋，利用高粱從土壤中吸收氮肥較多，山芋吸收鉀肥較多的原理，加強(qiáng)田間管理，適當(dāng)增施肥料，克服了爭(zhēng)肥水的矛盾，同時(shí)在灌漿期去掉老葉促進(jìn)成熟，較好地錯(cuò)開山芋旺長(zhǎng)期，最終達(dá)到增產(chǎn)效果[34]。

2.2.4 高粱間作經(jīng)濟(jì)作物 利用間作模式，在保證高粱生產(chǎn)的同時(shí)又可以收獲經(jīng)濟(jì)作物，對(duì)于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重要的意義。吉林省柳河縣推廣烤煙與高粱間作模式獲得雙豐收，煙葉產(chǎn)量為283.7 kg/667m2，高粱產(chǎn)量為176 kg/667m2。高英旭等[22]利用棗樹發(fā)芽晚、落葉早、枝疏葉小、遮陰少和年生長(zhǎng)期短的特點(diǎn)間作高粱，合理密植高粱，得出在棗樹地每6 m間作4行高粱的模式下，能達(dá)到棗和高粱雙豐收的目的。

2.3 高粱主要套作模式

套作主要是指前季作物生長(zhǎng)后期在株行間播種或移栽后季作物的種植方式，是在人為調(diào)節(jié)下，充分利用不同植物間某些互利關(guān)系，減少競(jìng)爭(zhēng)，組成合理的復(fù)合群體結(jié)構(gòu)，使復(fù)合群體既有較大的葉面積，延長(zhǎng)光能利用時(shí)間或提高群體的光合效率，作物高矮成層，改善作物的通風(fēng)透光條件，形成多種抗逆性，以便更好地適應(yīng)不良的環(huán)境條件，充分利用光能和地力，發(fā)揮邊行優(yōu)勢(shì)，保證穩(wěn)產(chǎn)增收[5]。

2.3.1 高粱套作豆科作物 2005年，山西大同采用地膜高粱套種早熟抗旱大豆的模式獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益[35]。陳鑫偉等[25，36]通過比較高粱與大豆3個(gè)種植行比(2∶4、2∶5、2∶6)試驗(yàn)得出，高粱套種大豆種植行比為2∶6時(shí)產(chǎn)量最高。內(nèi)蒙古舒蘭試驗(yàn)結(jié)果顯示高粱最佳種植模式為5行大豆套種1行高粱，該模式是在全程免耕，大豆加密種植的基礎(chǔ)上，每隔5行大豆加密種植1行高粱的創(chuàng)新耕作方法[37]。郭志利等[24]經(jīng)過試驗(yàn)與示范，探索出適宜山西中部旱作類型區(qū)高粱的高效種植模式，即飼草高粱與馬鈴薯、大豆行比為2∶4，飼草高粱與西葫蘆行比2∶2，株行距按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.2 高粱套作糧食作物 高粱間套作糧食作物時(shí)，能充分利用大部分地區(qū)一季有余、兩季不足的氣候條件開展糧食生產(chǎn)，適當(dāng)延長(zhǎng)一年中的有效生產(chǎn)時(shí)間，最大限度提高土地利用率以提高單位面積產(chǎn)量。高粱套種小麥能提供良好的田間小氣候條件，套種作物有明顯的邊行優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)作物生長(zhǎng)。安宏偉等[23]在沈陽進(jìn)行高粱套種小麥試驗(yàn)，3月下旬播種春小麥，密度17.5萬株/667m2；5月下旬播種高粱，密度7 000株/667m2，利用高粱與小麥在熟期上的時(shí)間差，多收獲1茬小麥。在廣西東蘭、丹泉地區(qū)，農(nóng)戶采用地膜玉米免耕套作珍珠高粱/秋高粱種植模式，大行距80 cm起廂、行距40 cm、株距30 cm，3月中旬播種玉米，7月下旬播種高粱，能最大限度提高光能、養(yǎng)分等利用率，促進(jìn)農(nóng)民增產(chǎn)增收[15-16]。

2.3.3 高粱套作薯類作物 大部分薯類作物植株矮小，根系為塊根或塊莖，分布淺，而高粱植株高大，根系發(fā)達(dá)，二者合理套種，變平面種植為立體種植，通風(fēng)透光條件得到改善，大大提高土地和光能利用率。牛金明等[38]在甘肅甘谷縣采用地膜馬鈴薯與高粱、香菜套作栽培模式，利用作物錯(cuò)時(shí)套種生產(chǎn)，一年可采收3茬作物。在四川瀘州，農(nóng)戶則采用高粱套種紫山藥，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益[39]。對(duì)于飼草高粱，套作模式也能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益，王琳等[11]利用兩種作物生長(zhǎng)的溫度差，將馬鈴薯與甜高粱按1∶1的行比套種，比較套作與單作的單位面積經(jīng)濟(jì)效益得出，套作地塊適當(dāng)利用了空間和時(shí)間，從而多1種作物產(chǎn)出，經(jīng)濟(jì)效益顯著高于單作地塊。

2.3.4 高粱套作經(jīng)濟(jì)作物 早在20世紀(jì)70年代，在遼寧省北鎮(zhèn)縣就有雜交高粱每3行套種4行油菜的高效栽培方法，牛金明等[38]采用地膜馬鈴薯與高粱、香菜套作栽培模式，馬鈴薯3月起壟雙行覆膜播種，壟距90 cm，5月在壟溝種植高粱，株距15 cm，7月收獲馬鈴薯后壟面種植香菜，能獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。楊永春[20]在甘肅靈臺(tái)采用旱塬地荏子1∶1的行比套種高粱，荏子與高粱行距20 cm，荏子行距40 cm、株距25 cm，高粱行距40 cm、株距30 cm，改單一種植為復(fù)合種植，實(shí)現(xiàn)了一季兩熟。甘肅臨澤、張掖等地區(qū)利用酒用高粱為甜椒遮陰和搭架支撐的優(yōu)勢(shì)，采用甜椒套種酒用高粱，既減輕甜椒病害發(fā)生，又節(jié)約生產(chǎn)成本，從而增加收入[19]。孫向春等[18]通過試驗(yàn)總結(jié)出春小麥復(fù)種冬油菜套作飼用甜高粱高效栽培技術(shù)，經(jīng)濟(jì)效益顯著，能充分發(fā)揮肥田養(yǎng)地的效果，并且能提高單位面積的種植指數(shù)。

3 高粱間套作栽培模式的經(jīng)濟(jì)效益

從多年研究結(jié)果看，高粱間套作栽培模式能有效提高經(jīng)濟(jì)效益。山西采用高粱套作大豆模式比單作增收150～200元/667m2[35]；大豆高粱5∶1套種時(shí)增收400元/667m2 [37]，而高粱大豆2∶6套種模式時(shí)則增加823元/667m2 [25]；貴州采用有機(jī)高粱間作四季豆高效栽培模式產(chǎn)值達(dá)3 592元/667m2，比凈作高粱增收848元/667m2，與眉毛豆、白蕓豆和紅薯間作時(shí)，分別比凈作高粱新增產(chǎn)值758元/667m2、693元/667m2和 581元/667m2 [12]。采用高粱套作小麥較單作小麥增產(chǎn)105.5%[23]；利用高粱套作玉米，比單作時(shí)增收620～760元/667m2 [15]。采用地膜馬鈴薯與高粱、香菜套作栽培模式，3茬作物較傳統(tǒng)麥后復(fù)種大豆模式增收1 125元/667m2 [38]；大力士甜高粱套作馬鈴薯模式比單作甜高粱增收634元/667m2 [11]；四川瀘州采用高粱套作紫山藥，增收1 000余元/667m2 [39]。荏子套作高粱時(shí)比單種荏子、高粱分別增收440元/667m2和211元/667m2 [20]；采用高粱套作甜椒模式，效益可達(dá)6 000元/667m2 [19]。

4 存在問題與展望

綜合看，間套作是光熱、土地等資源高效利用的可持續(xù)性的高效種植模式，以玉米等為代表的間套作模式與機(jī)理研究較多，但當(dāng)主栽作物為高粱時(shí)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)的研究較少，已開展的高粱間套作模式方面的研究不夠深入：一是以高粱為主栽作物，間套作共生群體作物種類還有待進(jìn)一步拓寬，可根據(jù)各地產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求以及間套作作物的生長(zhǎng)特性等拓寬作物類型，如半夏、黃精、太子參等中藥材都屬于淺根系作物，生長(zhǎng)期都需要遮陰，與高粱間套作時(shí)，深根系的高粱正好可以起到遮陰的作用。因此，在貴州省大力開展農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、重點(diǎn)發(fā)展十二大產(chǎn)業(yè)的契機(jī)下，可充分考慮發(fā)展“高粱+食用菌/中藥材/茶/經(jīng)果林”等高效栽培模式。二是研究深度不夠，已開展的高粱間套作模式的研究中，對(duì)于作物行比配置研究相對(duì)較多，但對(duì)于間套作適宜栽培品種選育及共生群體作物間需肥特性、播期配置、品質(zhì)影響等方面的研究不夠。下一步，可通過深入開展山區(qū)高粱間套作適宜品種選育及間套作農(nóng)藝措施等研究，篩選適合山區(qū)間套作的高粱品種及最佳的株行距、播期配置、施肥技術(shù)等農(nóng)藝措施[40-44]，從而得出適宜貴州高粱間套作的高效栽培模式。三是目前針對(duì)高粱間套作模式研究都著重于地上部分之間的共同促進(jìn)作用和對(duì)地上部分產(chǎn)量構(gòu)成及經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的影響，對(duì)于地下部分根際微生物、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、抑制物質(zhì)等還未涉及。高梁是分泌生物硝化抑制劑BNI的代表作物之一，當(dāng)土壤環(huán)境pH<6時(shí)高粱分泌BNI的能力更強(qiáng)，而間套作時(shí)高粱比玉米更易分泌BNI，從而抑制氮素的流失[45]。因此，下一步對(duì)于高粱間套作對(duì)地下部分的影響研究應(yīng)更深入細(xì)致，如開展不同間套作模式對(duì)土壤pH的影響、對(duì)根際微生物環(huán)境的影響等研究。