兩個(gè)高粱品種生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)變化及對(duì)種植密度的響應(yīng)研究

姜艷喜，蓋志佳，劉婧琦，蔡麗君，張敬濤，王雪潔，焦少杰，嚴(yán)洪冬，蘇德峰，王黎明，宋嘉雯

（1.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所，哈爾濱 150086；2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，黑龍江 佳木斯 154007；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)際文化教育學(xué)院，哈爾濱 150030）

高粱是黑龍江省獨(dú)特的經(jīng)濟(jì)作物，曾是我國(guó)北方地區(qū)主要糧食作物之一，目前是以釀造原料為主、種植面積較少的雜糧作物[1]。高粱植株高大，易倒伏，矮化后單株生物產(chǎn)量降低，受經(jīng)濟(jì)系數(shù)制約，提高種植密度進(jìn)而增加群體產(chǎn)量是一項(xiàng)有效栽培措施[2]。矮稈高粱種植以耐密植矮稈高粱品種為核心，適合機(jī)械化作業(yè)。高粱種植密度過大使高粱群體內(nèi)部環(huán)境發(fā)生變化，葉片衰老過快、生育后期持綠性下降、光合能力下降等，導(dǎo)致高粱籽粒產(chǎn)量降低[3-4]。研究表明，種植密度對(duì)高粱籽粒產(chǎn)量構(gòu)成因子具有明顯調(diào)節(jié)作用[5]，合理增加種植密度是提升矮稈高粱籽粒產(chǎn)量的關(guān)鍵農(nóng)藝措施之一。關(guān)于密度對(duì)高粱生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量影響的研究較多，但矮稈高粱生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)變化研究卻鮮見報(bào)道。

本試驗(yàn)以高粱新品種龍雜22和龍雜25兩個(gè)矮稈高粱品種為研究對(duì)象，開展矮稈高粱生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度響應(yīng)研究，旨在明確矮稈高粱在全生育時(shí)期生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)變化，以及矮稈高粱品種龍雜22和龍雜25適宜種植密度，研究其在不同種植密度下生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子等特點(diǎn)，為龍雜22和龍雜25大面積推廣與應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以高粱新品種龍雜22和龍雜25為試驗(yàn)材料，由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2021年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院高粱試驗(yàn)地進(jìn)行。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為品種，包括龍雜22和龍雜25；副區(qū)為密度，包括12、17、21、25和30株·m-2，分別用D1、D2、D3、D4和D5表示；每個(gè)處理8壟，行長(zhǎng)8 m，3次重復(fù)。高粱種植方式為65 cm小壟雙行。土壤類型為草甸黑土，肥力均勻，0～20 cm土壤有機(jī)質(zhì)含量為28.59 g·kg-1，全氮含量為1.95 g·kg-1，堿解氮含量為120.58 mg·kg-1，速效磷含量為38.19mg·kg-1，全磷含量為1.64 g·kg-1，全鉀含量為27.25 g·kg-1，速效鉀含量為120.36 mg·kg-1，pH 7.01。2021年5月14日播種，9月26日收獲測(cè)產(chǎn)。前茬種植作物為大豆，田間常規(guī)管理。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

于高粱拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期測(cè)定高粱單株葉片干重、單株莖干重、單株穗干重、葉面積，并計(jì)算高粱群體葉片干重、群體莖干重、群體穗干重和葉面積指數(shù)。每個(gè)處理取3次重復(fù)，每個(gè)重復(fù)連續(xù)選取有代表性高粱植株10株。

高粱葉、莖、穗干重采用烘干稱重法測(cè)定；葉面積采用日本產(chǎn)AAC-400葉面積測(cè)定儀測(cè)定；葉面積指數(shù)（LAI）=葉片總面積/土地面積；群體葉片干重=單位面積株數(shù)×單株葉片干重；群體莖干重=單位面積株數(shù)×單株莖干重；群體穗干重=單位面積株數(shù)×單株穗干重；葉片光合速率（Pn）采用CI-340便攜式光合儀測(cè)定；葉片葉綠素含量（SPAD）采用便攜式SPAD-502測(cè)定。成熟期每個(gè)處理連續(xù)取10株高粱進(jìn)行考種測(cè)定高粱千粒重、穗粒數(shù)和穗粒重；每個(gè)處理取3個(gè)點(diǎn)，每點(diǎn)5 m2，人工脫粒測(cè)定高粱籽粒水分和籽粒產(chǎn)量，按照14%標(biāo)準(zhǔn)水分折算成高粱籽粒產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用DPS v7.05軟件作數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同高粱品種單株葉片干重動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25單株葉片干重影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表1可知，隨密度增加不同高粱品種單株葉片干重呈逐漸降低趨勢(shì)，各密度間差異顯著（P＜0.05）。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理單株葉片干重呈先增后降趨勢(shì)，在開花期高粱單株葉片干重最大。

表1 密度對(duì)不同高粱品種單株葉片干重的影響Table 1 Effects of planting density on leaf dry weight per plant of different sorghum varieties（g）

2.2 不同高粱品種群體葉片干重動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25群體葉片干重影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表2可知，隨密度增加不同高粱品種群體葉片干重呈先增后降趨勢(shì)；對(duì)龍雜22而言，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期D4處理群體葉片干重最大，對(duì)龍雜25而言，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期D3處理群體葉片干重最大。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理群體葉片干重呈先增后降趨勢(shì)，在開花期高粱群體葉片干重最大。

表2 密度對(duì)不同品種群體葉片干重的影響Table 2 Effects of planting density on population leaf dry weight of different sorghum varieties（g·m-2）

2.3 不同高粱品種單株莖干重動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25單株莖干重影響均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表3可知，隨密度增加不同高粱品種單株莖干重均呈逐漸降低趨勢(shì)，各密度間差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理單株莖干重呈先增后降趨勢(shì)，在開花期高粱單株莖干重最大。

表3 密度對(duì)不同高粱品種單株莖干重的影響Table 3 Effects of planting density on stem dry weight per plant of different sorghum varieties（g）

2.4 不同高粱品種群體莖干重動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25群體莖干重影響均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表4可知，隨密度增加不同高粱品種群體莖干重均呈先增后降趨勢(shì)；龍雜22在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期D4處理群體莖干重最大，龍雜25在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期D3處理群體莖干重最大。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理群體莖干重均呈先增后降趨勢(shì)，在開花期高粱群體莖干重最大。

表4 密度對(duì)不同高粱品種群體莖干重的影響Table 4 Effects of planting density on population stem dry weight of different sorghum varieties（g·m-2）

2.5 不同高粱品種單株穗干重動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25單株穗干重影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表5可知，隨密度增加不同高粱品種單株穗干重呈逐漸降低趨勢(shì)。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理穗干重呈逐漸增加趨勢(shì)，成熟期高粱單株穗干重最大。

表5 密度對(duì)不同高粱品種單株穗干重的影響Table 5 Effects of planting density on spike dry weight per plant of different sorghum varieties （g）

2.6 不同高粱品種群體穗干重動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25群體穗干重影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表6可知，隨密度增加不同高粱品種群體穗干重呈先增后降趨勢(shì)；對(duì)龍雜22而言，在開花期、開花后3周和成熟期D4處理群體穗干重最大，對(duì)龍雜25而言，在開花期、開花后3周和成熟期D3處理群體穗干重最大。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理群體穗干重呈逐漸增加趨勢(shì)，成熟期高粱群體穗干重最大。

表6 密度對(duì)不同高粱品種群體穗干重的影響Table 6 Effects of planting density on population spike dry weight of different sorghum varieties（g·m-2）

2.7 不同高粱品種單株生物量干重動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25單株生物量干重影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表7可知，隨密度增加不同高粱品種單株生物量干重均呈逐漸降低趨勢(shì)。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理單株生物量干重均呈逐漸增加趨勢(shì)，成熟期高粱單株生物量干重最大。

表7 密度對(duì)不同高粱品種單株生物量干重的影響Table 7 Effects of planting density on biomass dry weight per plant of different sorghum varieties（g）

2.8 不同高粱品種群體生物量干重動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在高粱拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25群體生物量干重影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表8可知，隨密度增加不同高粱品種群體生物量干重呈先增后降趨勢(shì)；對(duì)龍雜22而言，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期D4處理群體生物量干重最大，對(duì)龍雜25而言，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期D3處理群體生物量干重最大。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理群體生物量干重呈逐漸增加趨勢(shì)，成熟期高粱群體生物量干重最大。

表8 密度對(duì)不同高粱品種群體生物量干重的影響Table 8 Effects of planting density on population biomass dry weight of different sorghum varieties（g·m-2）

2.9 不同高粱品種葉面積指數(shù)動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)

方差分析表明，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期，密度對(duì)龍雜22、龍雜25葉面積指數(shù)影響達(dá)顯著水平（P＜0.05）。由表9可知，隨密度增加不同高粱品種葉面積指數(shù)呈先增后降趨勢(shì)；對(duì)龍雜22而言，在拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周和成熟期D4處理葉面積指數(shù)最大，對(duì)龍雜25而言，在開花期、開花后3周和成熟期D3處理葉面積指數(shù)最大。在高粱生育期間，隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同密度處理葉面積指數(shù)呈先增后降趨勢(shì)，開花期高粱葉面積指數(shù)最大。

表9 密度對(duì)不同品種葉面積指數(shù)的影響（LAI）Table 9 Effects of planting density on leaf area index of different sorghum varieties

2.10 密度對(duì)不同高粱品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

從表10可知，密度對(duì)龍雜22、龍雜25穗粒數(shù)、千粒重、穗粒重和籽粒產(chǎn)量的影響均達(dá)顯著水平（P＜0.05）。隨密度增加，不同高粱品種穗粒數(shù)、穗粒重、千粒重均呈逐漸降低趨勢(shì)；隨密度增加，不同品種籽粒產(chǎn)量則呈先增后降趨勢(shì)；對(duì)龍雜22而言，D4處理高粱籽粒產(chǎn)量最高，對(duì)龍雜25而言D3處理高粱籽粒產(chǎn)量最高。

表10 密度對(duì)不同高粱品種產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響Table 10 Effects of planting density on yield and yield components of different sorghum varieties

3 討論

種植密度對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育發(fā)揮重要作用[6-8]，種植密度是直接影響作物群體建成的主要因素，協(xié)調(diào)作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)及環(huán)境、個(gè)體與群體關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的重要條件[9]。種植密度增加可能引起葉片間遮蔭及植株間水肥競(jìng)爭(zhēng)，且隨種植密度增加高粱干物質(zhì)積累量呈逐漸減少趨勢(shì)。本研究結(jié)果表明，龍雜22和龍雜25單株葉片干重、莖干重、穗干重及單株生物量干重均隨密度增加而下降，群體干重隨密度增加呈先增后降趨勢(shì)；對(duì)龍雜22而言，D4密度處理時(shí)群體干物重最大，之后隨密度增加呈下降趨勢(shì)，對(duì)龍雜25而言，D3密度處理時(shí)群體干物重最大，之后隨密度增加呈下降趨勢(shì)。黃瑞冬等研究發(fā)現(xiàn)，葉面積指數(shù)從苗期到挑旗期不斷增加，此后逐漸下降[10]。王巖等研究表明，從苗期到開花期葉面積指數(shù)不斷增加，從開花期到成熟期逐漸下降[11]。本研究結(jié)果表明，龍雜22和龍雜25葉面積指數(shù)隨密度增加均呈先增后降趨勢(shì)，龍雜22在D4密度處理下葉面積指數(shù)最高，龍雜25在D3密度處理下葉面積指數(shù)最高；隨高粱生長(zhǎng)發(fā)育，不同品種葉面積指數(shù)在開花期達(dá)到最大值，此后逐漸下降。

本研究發(fā)現(xiàn)不同高粱品種隨密度增加單株高粱籽粒產(chǎn)量均呈降低趨勢(shì)，高粱單株產(chǎn)量不代表高粱群體產(chǎn)量。研究指出密度過大不利于高粱經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量形成，適宜的種植密度及良好的種植群體結(jié)構(gòu)可有效增加高粱產(chǎn)量[12-14]。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，龍雜22、龍雜25兩個(gè)品種籽粒產(chǎn)量隨密度增加呈先增后降趨勢(shì)，龍雜22在D4處理下籽粒產(chǎn)量最高，因?yàn)镈4處理下龍雜22群體葉片、莖和穗干重最大；龍雜25在D3處理下籽粒產(chǎn)量最高，因?yàn)镈3處理下龍雜25群體葉片、莖和穗干重最大；本研究也發(fā)現(xiàn)兩個(gè)品種適宜密度和耐密性均不同。因此，在高粱種植過程中應(yīng)根據(jù)品種適宜密度進(jìn)行種植，不能因高粱窄行密植栽培技術(shù)而主觀增加高粱種植密度。本試驗(yàn)未在不同肥力條件下開展試驗(yàn)，今后需針對(duì)不同品種在不同肥力條件下開展試驗(yàn)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)以高粱新品種龍雜22和龍雜25兩個(gè)矮稈高粱品種為研究對(duì)象，開展矮稈高粱生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)變化及對(duì)密度的響應(yīng)研究，得出以下結(jié)論：

a.在高粱拔節(jié)期、挑旗期、開花期、開花后3周、成熟期期間，高粱單株和群體葉片干重、莖干重、葉面積指數(shù)呈先增后降趨勢(shì)，在開花期最高；單株和群體穗干重和生物量干重呈逐漸增加趨勢(shì)，成熟期達(dá)到最大值。

b.隨密度增加，兩個(gè)高粱品種單株葉片干重、莖干重、穗干重、穗粒數(shù)穗粒重、千粒重呈逐漸降低趨勢(shì)，群體葉片干重、莖干重、穗干重、葉面積指數(shù)、籽粒產(chǎn)量呈先增后降趨勢(shì)。

c.龍雜22在D4（25株·m-2）處理籽粒產(chǎn)量最高為9 540.30 kg·hm-2，龍雜25在D3（21株·m-2）處理籽粒產(chǎn)量最高為9 710.40 kg·hm-2，龍雜22品種耐密性好于龍雜25。