不同甜高粱品種（系）農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量、品質(zhì)的相關(guān)性研究

何振富， 賀春貴， 陳 平， 王 斐

（甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州730070）

甜 高 粱 是 栽 培 高 粱 [（So rghum bicolor（L.）Moench]中，莖內(nèi)多汁，莖內(nèi)薄壁組織中能積累大量蔗糖的一個類群（Murray等，2009），屬禾本科一年生C4植物。其在干旱時可以通過收縮氣孔孔徑減少蒸騰失水，從而提高水分的利用率（Lamm等，2007）；其莖葉表面較多的蠟質(zhì)也有利于減少水分的流失（Corredor等，2009），因此具有很好的抗旱性能。同時甜高粱具有耐貧瘠、耐鹽堿、耐高溫、耐澇、光合效率高和生物產(chǎn)量高等特性（李珊珊等，2017；肖丹等，2014）。1851年，美國從中國引進(jìn)甜高粱（琥珀amber）種植，并逐漸認(rèn)識到其作為飼料的價值（Swanson等，1934）。作為優(yōu)良的飼料作物，甜高粱具有營養(yǎng)價值高、適口性好等特點(diǎn)，已受到世界各國普遍重視（Mishra等，2016）。甘肅省干旱少雨，水資源緊缺，是以旱作農(nóng)業(yè)為主的省份，旱作農(nóng)業(yè)區(qū)主要分布在隴東、中部黃土高原區(qū)，全省現(xiàn)有耕地5200多萬畝，其中旱地面積約3600萬畝，占全省耕地面積的70%（郭賢仕等，2012），種植飼用甜高粱，大力發(fā)展旱作農(nóng)業(yè)，有利于調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)草食畜牧業(yè)穩(wěn)步發(fā)展。

以飼草為種植目的時，除了需要考慮飼用甜高粱品種間生物量所帶來的直觀評價指標(biāo)外，還要通過株高、莖粗、分蘗數(shù)等農(nóng)藝性狀來評價分析，農(nóng)藝性狀是指生長發(fā)育習(xí)性、產(chǎn)量性狀及植物學(xué)特征等（郜戰(zhàn)寧等，2018），既可以分析目標(biāo)品種的區(qū)域適應(yīng)性，還有利于鑒別具有飼草高產(chǎn)潛力基因型的特征性狀（王茜等，2019）。國內(nèi)外學(xué)者對甜高粱栽培和利用等方面做了大量的研究（梁丹妮等，2019；李珊珊等，2017），有關(guān)甜高粱農(nóng)藝性狀、產(chǎn)草量（賈春林等，2013）和營養(yǎng)品質(zhì)（張艷宜等，2017）方面也有相關(guān)的研究，而針對農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量、營養(yǎng)成分含量和產(chǎn)量的相互關(guān)系研究有待進(jìn)一步加強(qiáng)。因此，本研究選用15個甜高粱品種（系），對比分析了株高、莖粗、葉片數(shù)等農(nóng)藝性狀的差異性，并與產(chǎn)草量、營養(yǎng)成分含量進(jìn)行了相關(guān)性和聚類分析，以期明確適宜評價指標(biāo)，為飼用甜高粱育種研究、生產(chǎn)利用和品種選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 試驗于2019年4～9月在甘肅省臨夏回族自治州東鄉(xiāng)族自治縣灑勒村進(jìn)行。試驗地處黃土高原丘陵地帶，屬溫帶半干旱氣候區(qū)。全縣海拔1735～2664 m，平均海拔2199.5 m，年均降水量為350 mm左右，年均氣溫6.4℃，年蒸發(fā)量高達(dá)1387 mm，日照時數(shù)2500 h以上，全年無霜期138 d左右。試驗地為梯田地，海拔2078 m。試驗期間即作物生長期內(nèi)降水量為346.40 mm，全年降水量為459.10 mm；≥0℃年積溫3214.4℃，≥10℃年積溫2511.3℃。播前0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)12.2 g/kg、有效磷1.37 mg/kg、堿解氮36.4 mg/kg、速效鉀308 mg/kg、全鹽量0.066%、pH 8.58。

1.2 試驗材料 試驗選用15個甜高粱品種（系），其中隴甜高1號品系和隴甜高2號品系由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜草與綠色農(nóng)業(yè)研究所提供，遼甜1號、遼甜3號和遼甜6號由遼寧農(nóng)科院國家高粱改良中心提供，晉甜雜3號和晉甜1401由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所提供，壯牧0018、壯牧9001、壯牧9006、壯牧79141、壯牧79152由百綠公司提供，2018JT-7由甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所提供，F(xiàn)968由中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所提供，能飼2號由河北農(nóng)林科學(xué)院谷子所提供。

1.3 試驗設(shè)計 采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，以品種為試驗因素，品種（系）共15個，每個品種設(shè)3次重復(fù)，每次重復(fù)為1個小區(qū)，共45個小區(qū)，小區(qū)面積18㎡（6 m×3 m）。翻耕整地時施用300 kg/hm2尿素，1200 kg/hm2普通過磷酸鈣，150 kg/hm2磷酸二胺，翻耕整地、旋后鋪膜，采用全膜雙壟溝穴播（帶寬100 cm，每帶起底寬50 cm、高15～20 cm的小壟，兩壟中間為播種溝；選用120 cm寬的地膜，邊起壟邊覆膜，膜與膜之間不留空隙，相接處用土壓住地膜，每隔200 cm壓土腰帶）進(jìn)行種植。密度為8.25萬株/hm2（行距50 cm，株距24 cm），每穴留苗1株，各小區(qū)種植6行，試驗地四周設(shè)保護(hù)行。適時進(jìn)行田間雜草防除，其他田間管理方式同大田生產(chǎn)。試驗于4月25日播種，霜降前（9月20日）統(tǒng)一收獲測產(chǎn)。

1.4 測定指標(biāo)與方法

1.4.1 農(nóng)藝性狀 收獲時，各處理每個重復(fù)依次取10株進(jìn)行農(nóng)藝性狀測定，包括株高、莖粗、節(jié)數(shù)、葉片數(shù)、單株鮮重、單株葉鮮重、單株莖鮮重和分蘗數(shù)（何振富等，2016）。

1.4.2 產(chǎn)草量 產(chǎn)草量為單位面積土地上所收獲地上部分的全部產(chǎn)量，以鮮草和干物質(zhì)重量為產(chǎn)草量指標(biāo)。收獲時整株取樣稱鮮重后，切斷至10～20 cm，用自封袋密封后送實(shí)驗室測定水分及干物質(zhì)產(chǎn)量（105℃恒重法），試驗方法參照GB/T6435-2006進(jìn)行（中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，2007）。每處理各小區(qū)收獲時，去掉兩側(cè)邊行（兩側(cè)各1行），收中間行數(shù)計產(chǎn)，留茬高度平均約10 cm。

收獲時各品種所處生育階段不同（本試驗根據(jù)當(dāng)?shù)厍噘A飼草作物一般于9月中下旬收獲的慣例，因此各品種均在此時段收獲，以篩選出符合當(dāng)?shù)馗鳁l件需求的品種，而沒有對每個品種在最佳收獲期分別收獲）。其中晉甜雜3號、F968、壯牧79141和2018JT-7處開花期，遼甜1號、遼甜3號、遼甜6號、能飼2號、晉甜1401、壯牧0018、壯牧9006和隴甜1號均處乳熟期，壯牧9011、壯牧79152和隴甜高2號處抽穗期。

1.4.3 品質(zhì)指標(biāo) 對各處理的植株分別進(jìn)行取樣測定分析，全部在收獲時取樣。結(jié)合前述的產(chǎn)草量測定，將測定完水分的干樣混勻后，切斷至1 cm，再次混勻，用旋風(fēng)磨打碎（40目）處理，裝入自封袋待測。各營養(yǎng)指標(biāo)測定方法如下：粗蛋白質(zhì)（CP）參照GB/T 6432-1994（國家技術(shù)監(jiān)督局，1995）、酸性洗滌纖維（ADF）參照NY/T 1459-2007（中華人民共和國農(nóng)業(yè)部，2008）、中性洗滌纖維（NDF）參照GB/T 20806-2006（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院畜牧研究所等，2007）、可溶性糖（WSC）采用氰化鹽法測定（鮑士旦，1996），總可消化營養(yǎng)物（TDN%）計算得出（陳谷等，2011）。樣本送甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)測試中心實(shí)驗室測定。計算公式為：

TDN=81.38+（CP×0.36）－（ADF×0.77）。

本文中提出的單位面積某種營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量，為單位面積干物質(zhì)產(chǎn)量與某營養(yǎng)成分含量（%）之乘積。

1.5 數(shù)據(jù)處理 采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，DPS 9.50統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析和相關(guān)性分析，均值間比較采用Duncan’s法；聚類分析采用系統(tǒng)聚類，聚類距離運(yùn)用卡方距離，得出聚類樹；數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示。

2 試驗結(jié)果

2.1 不同品種（系）農(nóng)藝性狀比較 在甜高粱收獲時調(diào)查了9個主要農(nóng)藝性狀，其特征值見表1。株高、分蘗數(shù)和全株葉片數(shù)以壯牧79141最高，分別為355.89 cm、1.56個和27.11枚，其中株高極顯著高于其他各品種（P＜0.01）；分蘗數(shù)顯著高于遼甜1號（P＜0.05）、遼甜6號、F968和壯牧0018；全株葉片數(shù)極顯著高于遼甜6號（P＜0.01）、F968、壯牧9006和隴甜1號，顯著高于遼甜1號（P＜0.05）、能飼2號、晉甜雜3號、壯牧0018和隴甜高2號。莖粗、單株鮮重和單株莖重均以2018JT-7最高，分別為18.81 mm、1277.83 g和1075.11 g，其中莖粗顯著高于遼甜6號（P＜0.05），極顯著高于能飼2號（P＜0.01）、壯牧79141和壯牧79152；單株鮮重和單株莖重均顯著高于壯牧79152（P＜0.05）。主莖葉片數(shù)、節(jié)間數(shù)和單株葉重均以壯牧9011最高，分別為14枚、12節(jié)和277.44 g，其中主莖葉片數(shù)極顯著高于其他各品種（P＜0.01）；節(jié)間數(shù)極顯著高于遼甜1號（P＜0.01）、遼甜6號、能飼2號、晉甜雜3號、壯牧9006、隴甜高1號和隴甜高2號，顯著高于遼甜3號和晉甜1401（P＜0.05）；單株葉重顯著高于遼甜3號（P＜0.05）、晉甜雜3號、晉甜1401和2018JT-7（P＜0.05），極顯著高于其他各品種（P＜0.01）。

表1 不同品種（系）的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

2.2 農(nóng)藝性狀與營養(yǎng)成分含量、產(chǎn)草量、粗蛋白質(zhì)產(chǎn)量、可消化物產(chǎn)量的相關(guān)性分析 各品種營養(yǎng)成分含量見表2，各品種產(chǎn)草量和營養(yǎng)成分產(chǎn)量見表3，以不同品種各指標(biāo)數(shù)據(jù)的平均值進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表4。株高與鮮草產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01，r=0.64），與干物質(zhì)產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.60）。主莖葉片數(shù)與酸性洗滌纖維呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.01，r=0.63），與中性洗滌纖維呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.62），與總可消化養(yǎng)分含量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01，r=-0.63）；全株葉片數(shù)和節(jié)間數(shù)與酸性洗滌纖維均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.50和r=0.61），與中性洗滌纖維均呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.52和r=0.57）；節(jié)間數(shù)與總可消化養(yǎng)分含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=-0.60）；莖粗和單株莖重與可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系 （P＜0.01，r=0.68和r=0.64），單株鮮重與可溶性糖含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.62）。株高與粗蛋白質(zhì)產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜0.05，r=0.55）。

表2 各品種營養(yǎng)成分含量的分析 %

表3 產(chǎn)草量和營養(yǎng)成分產(chǎn)量的分析t/hm2

表4 不同品種（系）農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量、營養(yǎng)成分含量和產(chǎn)量的相關(guān)性分析

2.3 不同品種聚類分析 以9個農(nóng)藝性狀、產(chǎn)草量、營養(yǎng)成分含量及產(chǎn)量作為指標(biāo)，由于各指標(biāo)的調(diào)查量綱不同，首先對各指標(biāo)的平均數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，采用系統(tǒng)聚類，聚類距離運(yùn)用卡方距離，采用離差平方和法，對參試的15品種（系）進(jìn)行聚類分析（圖1）。在卡方距離為3.45時，將供試品種劃分為3類，第1類8個品種：遼甜1號、壯牧0018、遼甜6號、壯牧9006、F968、隴甜高2號、能飼2號和隴甜高1號；第2類5個品種：遼甜3號、晉甜1401、壯牧9011、晉甜雜3號和2018JT-7；第3類2個品種：壯牧79141和壯牧79152。

圖1 15個甜高粱品種（系）的聚類分析

各類甜高粱農(nóng)藝性狀、營養(yǎng)成分含量等指標(biāo)平均值如表5所示，農(nóng)藝性狀中株高、分蘗數(shù)、主莖葉片數(shù)、全株葉片數(shù)和節(jié)間數(shù)均以第3類最高，均值分別為323.56 cm、1.33個、12枚、25.78枚和11.22節(jié)，其中株高極顯著高于第1類和第2類（P＜0.01）；分蘗數(shù)顯著高于第1類（P＜0.05）；主莖葉片數(shù)、全株葉片數(shù)和節(jié)間數(shù)極顯著高于第1類（P＜0.01），與第2類間無顯著性差異。莖粗、單株鮮重、單株葉重和單株莖重均以第2類最高，均值 分 別 為17.57 mm、1140.06 g、210.57 g和929.49 g，其中莖粗極顯著高于第3類（P＜0.01）；單株鮮重和單株莖重顯著高于第1類和第3類（P＜0.05）；單株葉重極顯著高于第1類和第3類（P＜0.01）。鮮草和干物質(zhì)產(chǎn)量均以第3類最高，均值分別為90.42 t/hm2和17.63 t/hm2，其中鮮草產(chǎn)量極顯著高于第1類和第2類（P＜0.01），干物質(zhì)產(chǎn)量顯著高于第1類（P＜0.05），與第2類間差異不顯著。

表5 不同甜高粱品種（系）的植物學(xué)性狀、產(chǎn)草量、品質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量均值分析

整體品質(zhì)以第1類最優(yōu)，CP、NDF、ADF和TDN的均值分別為6.68%、51.64%、30.83%和60.05%，其中，CP含量各類相互間無差異；NDF和ADF含量極顯著低于第3類（P＜0.01），與第2類間無顯著性差異；TDN含量極顯著高于第3類（P＜0.01），與第2類無顯著性差異。WSC含量以第2類最高，均值為25.51%，顯著高于第3類（P＜0.05），與第1類間差異不顯著。CP和TDN產(chǎn)量均以第3類最高，均值分別為1.24 t/hm2和9.99 t/hm2，其中CP產(chǎn)量顯著高于第1類（P＜0.05），與第2類間無顯著性差異；TDN產(chǎn)量各類相互間無差異。

3類甜高粱分別具有不同特點(diǎn)，第1類的典型特點(diǎn)為品質(zhì)最優(yōu)，產(chǎn)量較低；其農(nóng)藝性狀中株高、莖粗、單株鮮重和單株莖重介于第2類和第3類之間，產(chǎn)草量和營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量最低，飼用品質(zhì)整體最優(yōu)。第2類的典型特點(diǎn)為高糖，產(chǎn)量和品質(zhì)中等；其中莖粗、單株鮮重、單株葉重和單株莖重均最高，產(chǎn)草量和營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量介于第1類和第3類之間，品質(zhì)CP含量最低，WSC含量最高，其他指標(biāo)均為中等。第3類的典型特點(diǎn)為產(chǎn)量最高，但品質(zhì)較差；其株高、分蘗數(shù)、葉片數(shù)（全株和主莖）和節(jié)間數(shù)最高，產(chǎn)草量和營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量最高，品質(zhì)除CP含量最高外，其他指標(biāo)均為最低。

3 討論

3.1 農(nóng)藝性狀的比較 飼用作物的生物產(chǎn)量受多個農(nóng)藝性狀的共同影響，不同品種使得農(nóng)藝性狀對生物產(chǎn)量構(gòu)成的重要性不盡相同。本研究各農(nóng)藝性狀在品種間均存在顯著性差異（P＜0.05），其中株高、分蘗數(shù)和全株葉片數(shù)以壯牧79141最高，可以看出全株葉片數(shù)與分蘗數(shù)密切相關(guān)；莖粗、單株鮮重和單株莖重以2018JT-7最高，可以看出單株鮮重和單株莖重與莖粗密切相關(guān)；主莖葉片數(shù)、節(jié)間數(shù)和單株葉重均以壯牧9011最高，可以看出節(jié)間數(shù)多，其主莖葉片數(shù)也相應(yīng)較多，且單株葉重也高。相同品種與前人研究結(jié)果相比，差異較為明顯，如本研究得出，遼甜1號和遼甜3號的株高與莖粗分別為253.00 cm和269.64 cm、16.73 mm和16.67 mm；馮斗等（2009）在南寧地區(qū)得出，遼甜1號和遼甜3號的株高與莖粗分別為386.6 cm和413.7 cm、25.70 mm和25.60 mm；而馮海生等（2012）在西寧地區(qū)得出，遼甜1號和遼甜3號的株高與莖粗分別為252.1 cm和252.5 cm、16.60 mm和17.10 mm；可以看出，相同品種在不同地域的氣候條件下其農(nóng)藝性狀差異較大（嚴(yán)洪冬等，2011）。

3.2 農(nóng)藝性狀與營養(yǎng)成分含量、產(chǎn)草量和粗蛋白質(zhì)產(chǎn)量、可消化物產(chǎn)量的相關(guān)性 本研究相關(guān)性分析結(jié)果表明，甜高粱的產(chǎn)草量與植株的高度密切相關(guān)，株高越高其產(chǎn)草量越高。再吐尼古麗·庫爾班等（2018）研究表明，株高較高的遼甜15-1號、遼甜13號等甜高粱品種，其生物產(chǎn)量也相對較高，它們之間存在正相關(guān)關(guān)系。馮國郡等（2010）研究也顯示，甜高粱生物產(chǎn)量與株高呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，莖粗的增加在提高單株莖重和單株鮮重的同時，有利于植株可溶性糖含量的提升；韓立樸等（2012）研究認(rèn)為，甜高粱可溶性總糖主要貯存于莖稈中。本研究還發(fā)現(xiàn)，隨著植株高度的增加，節(jié)間數(shù)和主莖葉片數(shù)隨之增加；隨著分蘗數(shù)的增加，全株葉片數(shù)增多；酸性洗滌纖維與主莖葉片數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與全株葉片數(shù)和節(jié)間數(shù)呈顯著正相關(guān)；中性洗滌纖維與主莖葉片數(shù)、全株葉片數(shù)和節(jié)間數(shù)呈顯著正相關(guān)；總可消化養(yǎng)分含量與主莖葉片數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與節(jié)間數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；從而可以得出，植株高度和分蘗數(shù)的增加，在提高產(chǎn)草量的同時，植株酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量隨之升高，總可消化養(yǎng)分含量隨之降低；單位面積營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量受其含量影響較小，與干物質(zhì)產(chǎn)量表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)關(guān)系，株高越高營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量也相應(yīng)的越高，何振富等（2019）在之前對高丹草的相關(guān)研究中也得出同樣的結(jié)論。以上可以看出，甜高粱的農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量、營養(yǎng)成分含量和產(chǎn)量之間有著密切的關(guān)系，研究明確其關(guān)系對指導(dǎo)選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的飼用甜高粱品種具有重要的意義。

3.3 聚類分析 本研究綜合農(nóng)藝性狀、產(chǎn)草量、營養(yǎng)成分含量及產(chǎn)量等多個指標(biāo)對供試的15個甜高粱品種（系）進(jìn)行聚類分析，將供試品種劃分為3類。第1類8個品種（系），典型特點(diǎn)為品質(zhì)最優(yōu)，產(chǎn)量較低，包括遼甜1號、壯牧0018、遼甜6號、壯牧9006、F968、隴甜高2號、能飼2號和隴甜高1號；第2類5個品種（系），典型特點(diǎn)為高糖，產(chǎn)量和品質(zhì)中等，包括遼甜3號、晉甜1401、壯牧9011、晉甜雜3號和2018JT-7；第3類2個品種（系），典型特點(diǎn)為產(chǎn)量最高，但品質(zhì)較差，包括壯牧79141和壯牧79152。

4 結(jié)論

供試的15個甜高粱品種（系）在甘肅臨夏地區(qū)均能正常生長，但均不能達(dá)到完全成熟，主要農(nóng)藝性狀在各品種（系）間均存在顯著性差異。甜高粱的農(nóng)藝性狀與產(chǎn)草量、營養(yǎng)成分含量和產(chǎn)量之間有著密切的關(guān)系。通過聚類分析，將供試品種劃分為3類，第1類屬品質(zhì)最優(yōu)，但產(chǎn)量較低；第2類屬高糖，產(chǎn)量和品質(zhì)中等；第3類屬產(chǎn)量最高，但品質(zhì)較差。綜合分析認(rèn)為，以品質(zhì)較優(yōu)為目的時，應(yīng)選擇植株較低、莖稈粗壯和分蘗數(shù)較少品種；以單位面積產(chǎn)草量和營養(yǎng)物質(zhì)產(chǎn)量較高為目的時，應(yīng)選擇植株較高、莖稈較細(xì)和分蘗數(shù)較多品種。