紅纓子高粱植物學(xué)特征及生物量的研究

潘昌濱, 張金梁, 汪弋盟, 王 聰, 鐘寧強(qiáng), 潘自平

(茅臺(tái)學(xué)院， 貴州 仁懷 564500)

隨著醬香型白酒市場(chǎng)的火熱，作為茅臺(tái)酒廠指定用高粱“紅纓子”需求量越來(lái)越大[1]。從紅纓子高粱行距比較[2-3]、肥料對(duì)產(chǎn)量的影響[4-5]，紅纓子異地種植情況[6-7]，到紅纓子病害防治[8]、基地建設(shè)[9]和產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1]，關(guān)于紅纓子高粱植物形態(tài)學(xué)[10]和生物量[11]方面的研究卻較少。為此，于 8 月上旬采集貴州仁懷紅纓子高粱樣本，從紅纓子高粱的根、莖、葉、穗和籽粒方面統(tǒng)計(jì)分析，以期為紅纓子高粱植物學(xué)特征和生物量方面研究奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

紅纓子高粱茬(根、茬稈)、莖(莖稈、莖葉)、穗(穗稈、籽粒)采集自貴州省仁懷市魯班鎮(zhèn)紅纓子高粱種植地塊(27°44′9″N、106°18′36″E、海拔855.5 m)、黃壤石灰土(有機(jī)質(zhì) 2.61%、pH=6.61)，紅纓子高粱采收后對(duì)其行距(相鄰兩行最近距離)、窩距(相鄰兩窩中心距離)及茬高進(jìn)行測(cè)量。

紅纓子高粱根來(lái)自其割茬，從高粱地塊挖出并帶土放到相應(yīng)編號(hào)的采樣袋中，到實(shí)驗(yàn)室洗掉根部泥土，放在陰涼處晾干表面水分，立即稱重和烘干。紅纓子的莖、葉、穗在采集后立即檢測(cè)相應(yīng)數(shù)據(jù)。

1.2 方 法

株距、行距、稈長(zhǎng)、穗長(zhǎng)和茬高等長(zhǎng)度使用卷尺(京選 JX-1183-10)測(cè)量，重量使用電子秤(上海浦春計(jì)量?jī)x器有限公司 JE 3002)稱量。含水率用電子天坪(上海菁海儀器有限公司 FA 2204 N)稱量，在設(shè)定溫度[12]為 (105±2)℃的烘箱(上海一恒科學(xué)儀器有限公司DHG-9070 A)烘干，直至后 1 次減少量比前面差量小于 0.1%時(shí)終止實(shí)驗(yàn)[13]，減少量即為含水量。隨機(jī)選 10 株高粱的葉子，葉序號(hào)從植株的頂端向根部方向依次編號(hào)，在標(biāo)準(zhǔn)為1 cm×1 cm 均分 100 個(gè)方格的紙上沿著葉邊緣繪圖[14]，統(tǒng)計(jì) 1 mm2方格數(shù)計(jì)算葉面積。

樣本對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度、重量、數(shù)量和含水率等數(shù)據(jù)采用 WPS Office 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果以平均值或平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤(SE)表示。

2 結(jié)果與分析

該研究對(duì)紅纓子高粱的茬、莖和穗進(jìn)行較為詳細(xì)記錄，從種植密度、茬、莖稈、莖葉、穗稈和籽粒等方面進(jìn)行分析。

2.1 高粱種植密度

高粱采收后，在常年種植高粱地塊中隨機(jī)選取 4 m2(2 m×2 m)樣地，測(cè)量樣地內(nèi)窩數(shù)、每窩株數(shù)，見(jiàn)表1。在 10 個(gè)樣地中窩數(shù)最少只有 15 窩、最多達(dá) 23 窩，平均 18.3窩/4 m2； 窩內(nèi)高粱株數(shù)為1～4株，其中只有1 株的窩數(shù)占3.28%、2株窩數(shù)占7.65%、3株窩數(shù)占77.05%、4株窩數(shù)占12.02%，其中3株窩占比最多是由于間苗、定苗[15]的標(biāo)準(zhǔn)是3株/窩，1 株窩只占3.28%說(shuō)明人工間苗效率高；樣地內(nèi)總株數(shù)為46～70 株，平均54.5株/4 m2。因此，667 m2地塊平均有3 050.2窩、9 083.8株紅纓子高粱。

表1 紅纓子高粱樣地中窩數(shù)和株數(shù)

2.2 高粱茬形態(tài)特征

禾本科植物的茬[16]指茬口[17]到土壤內(nèi)部的植物部分，由根和茬稈組成。高粱根由初生根和永久根組成[10]，茬稈指茬口以下與根連結(jié)的部分。

2.2.1根

高粱的根指土壤上部氣生根和土壤內(nèi)部須根部分，分為初生根、次生根和氣生根。高粱根的深度指從氣生根的根原基到根系自然狀最低端的垂直距離(表2)，紅纓子根深度為11.7～23.8 cm，平均 17.5 cm，說(shuō)明紅纓子地塊翻耕深度在20 cm 左右可滿足生產(chǎn)需要；根的長(zhǎng)度和寬度指所有根系與高粱稈垂直面上兩個(gè)相互垂直面中最遠(yuǎn)端的水平距離，紅纓子根長(zhǎng)度為20.4～45.9 cm、平均31.9 cm，寬度為14.2～39.9 cm、平均26.5 cm，呈水平橄欖球形，根的長(zhǎng)度方向與種植行向一致、寬度與行向近似垂直，說(shuō)明行向和行距對(duì)紅纓子根的長(zhǎng)度、寬度有影響。根數(shù)指根系中須根(不包含根毛)的數(shù)量，紅纓子高粱根數(shù)為21～46條，平均35.5條；根重指每株須根重量在2.24～15.8 g之間，平均6.7 g，由于晾干清洗水分程度不易控制， 導(dǎo)致根重與根鮮重有差異。紅纓子高粱根含水率為16.33%～40.04%、平均28.37%，每株紅纓子高粱根干重是4.79 g。

表2 紅纓子高粱根部數(shù)據(jù)

2.2.2茬 稈

茬稈高度指從收割茬口到土壤表面的部分，紅纓子高粱收割工具是鐮刀，茬口呈斜面， 故茬稈高度有頂端高度和底端高度(表3)。紅纓子高粱茬稈頂端高度為8.8～39.7 cm、平均17.3 cm，底端高度為7.0～34.3 cm、平均14.9 cm，茬口頂端到底端高度差為1.3～5.4 cm、平均2.4 cm，茬稈平均高度為16.1 cm。茬口高差主要集中在1.9～2.9 cm之間(n=17)，茬口頂端高度主要集中在13.3～16.7 cm之間(n=12)，底端高度較分散。

表3 紅纓子高粱茬稈高度及茬口高度差

茬稈重指紅纓子高粱收割后與根連接在一起的稈狀部分的重量，即茬除掉根剩下部分的重量。茬稈重量為 5.67～27.94 g、平均值為15.23 g，茬稈重量與根數(shù)、根重呈正相關(guān)；以稈平均含水率45.15%計(jì)算，每株紅纓子高粱茬稈的干物質(zhì)平均重量為8.35 g。

2.3 高粱莖形態(tài)特征

2.3.1莖 稈

莖稈指整株高粱除了茬、穗和葉的部分，由莖節(jié)構(gòu)成，是連接茬和穗的中間部分，見(jiàn)表4。紅纓子高粱稈長(zhǎng)度為192.4～250.8 cm、平均215.8 cm，主要集中在211.2～218.3 cm之間(n=14)；紅纓子高粱稈重為41.71～143.16 g、平均 75.06 g，集中分布在63.62～89.37 g之間(n=18)；高粱稈節(jié)數(shù)有7～9節(jié)三種，其中 7 節(jié)稈占比20.00%(n=6)、8節(jié)稈占比56.67%(n=17)、9節(jié)稈占比23.33%(n=7)，說(shuō)明紅纓子高粱節(jié)數(shù)主要集中分布在8節(jié)。

表4 紅纓子高粱莖稈和含水率

紅纓子高粱稈含水率在34.86%～52.63%之間，平均值為45.15%(SE=0.05)，集中分布在41.15%～49.34%之間(n=20)，含水率≤40%占比13.33%(n=4)、≥50%占比20.00%(n=6)；紅纓子高粱稈干物質(zhì)平均重量為38.64 g。

2.3.2葉

葉指著生于高粱秸稈節(jié)處，由葉片、葉鞘、葉結(jié)構(gòu)成(見(jiàn)表5)。紅纓子高粱的葉數(shù)為6～9片/株，8片(n=15)占比50%、7片(n=9)占比30%、6片(n=5)占比16.67%、9片(n=1)極少，葉數(shù)與節(jié)數(shù)相等或少，葉數(shù)少主要由于接近地面的稈節(jié)上枯葉脫落所致。葉重為27.97～64.74 g、平均44.74 g(SE=9.16)，集中分布在40.47～49.53 g之間(n=14)；紅纓子高粱葉的含水率為30.82%～65.13%，平均值為54.06%，集中分布于50.91%～58.91%之間(n=16)；紅纓子高粱葉干重平均值為20.55 g。

表5 紅纓子高粱葉數(shù)與含水率

汪文成等[18]研究表明，紅纓子高粱的葉莖比指從莖基部剪斷、除掉穗的地上部分中葉片、莖(包括莖稈、葉鞘)烘干(105±2)℃后重量比(葉莖比=葉占比/莖占比)，葉莖比范圍在0.34～0.84之間、平均0.51，與甜高粱的葉莖比[19]相近，說(shuō)明紅纓子高粱秸稈具有作草料的潛力。

葉是紅纓子高粱進(jìn)行光合作用的地方，葉片面積越大光合效果越好。通過(guò)計(jì)算分析，紅纓子高粱成熟期的葉面積為(2 715.47±413.73)cm2/株，在667 m2的高粱群體最大葉面積是2 466.68 m2，是土地面積的3.69倍。從植株頂部的葉1面積(267.88±41.62)cm2開(kāi)始(見(jiàn)圖1)，單葉面積先增加后減小，中間的葉4、葉5和葉6面積最大、兩端面積小，這是由于頂端是新葉沒(méi)有生長(zhǎng)完全，根部葉片邊緣干枯降低了綠色面積。

圖1 紅纓子高粱植株不同位置葉片面積分布

2.4 高粱穗形態(tài)特征

穗指在高粱稈開(kāi)始有枝梗的軸節(jié)基部與稈橫切面到末端的部分，由籽粒、穗軸和枝梗組成，枝梗和穗軸組成穗稈(見(jiàn)表6)。在試驗(yàn)樣中，穗重為42.63～105.98 g，集中分布在61.59～77.66 g之間(n=13)，平均值為67.28 g。

表6 紅纓子高粱穗

2.4.1籽 粒

試樣中高粱籽粒重量為36.08～89.32 g，主要分布在 52.36～58.62 g之間(n=10)，平均值為56.29 g；紅纓子高粱籽粒數(shù)量在1 432～4 217粒之間，集中分布在2 049～2 964粒之間(n=12)，平均2 498.7粒。籽粒含水率為17.71%～27.83%、平均22.11%，籽粒干重平均值為43.84 g。籽粒含水率波動(dòng)大可能與樣本中籽粒成熟度有關(guān)，穗重與籽粒數(shù)量、籽粒重量呈正相關(guān)。

2.4.2穗 稈

試樣中穗稈長(zhǎng)度為 27.4～38.4 cm、平均 32.5 cm，總體上穗稈長(zhǎng)度短籽粒數(shù)量少；穗稈重量為4.87～13.17 g、平均8.11 g，穗稈重量與籽粒重量呈正相關(guān)，可能是高重量高粱籽需要更多營(yíng)養(yǎng)輸送和更粗壯莖桿支撐的結(jié)果。穗稈含水率 35.86%，干物質(zhì)平均重量為5.20 g。

參考高攀等[20]關(guān)于草谷比定義，紅纓子高粱的草谷比指地下部分之外的秸稈(稈、葉) 干重與高粱籽粒干重之比。該樣中草谷比范圍在1.07～1.86之間，平均值為1.41，這與潘昌濱等[21]研究差異較大，原因可能是該樣地種植管理較差，籽粒數(shù)量少。生物學(xué)產(chǎn)量[22]是農(nóng)作物在整個(gè)生育期中將同化產(chǎn)物積累的表現(xiàn)，紅纓子高粱的生物學(xué)產(chǎn)量(干物質(zhì))范圍在81.07～200.02 g之間，平均值為123.31 g。紅纓子高粱收獲指數(shù)[23]即是高粱籽產(chǎn)量與總生物學(xué)產(chǎn)量之比，試樣收獲指數(shù)范圍在0.26～0.46之間，平均值為0.35，這與潘昌濱等[21]存在差異，主要是由于其生物學(xué)產(chǎn)量不包括割茬以下部分。

3 討 論

紅纓子高粱整個(gè)植株中除占比 35.55%籽粒作為經(jīng)濟(jì)部分用于釀酒外，其他部分基本處于無(wú)用狀態(tài)，茬留在土壤[24]中、秸稈丟棄或焚燒[25]，穗稈隨著脫粒后丟棄或長(zhǎng)穗稈做掃帚， 既影響種植、污染環(huán)境又浪費(fèi)資源，如何使占全株 64.45%的部分實(shí)現(xiàn)高效利用值得研究。

文中2.2的茬稈指的是茬口到根的部分，屬于科學(xué)研究詞匯范疇；而2.2.2的茬稈高度指茬口到地面的垂直距離屬于生產(chǎn)詞匯，主要是便于茬稈田間測(cè)量及處理處置。高粱真實(shí)茬稈長(zhǎng)度是從茬口到最上次生根的距離，而紅纓子高粱植株有的最上次生根在土壤外面、有的在土壤內(nèi)，因此該文的茬稈高度平均值較為接近真實(shí)茬稈長(zhǎng)度。為了更加精確地測(cè)量茬稈長(zhǎng)度及根相關(guān)數(shù)據(jù)，建議將來(lái)以茬口到最上次生根為茬稈高度為宜。

紅纓子高粱根呈水平橄欖球分布，長(zhǎng)向與行向平行、寬向與行向垂直，可能是行距的壟間沒(méi)有土壤導(dǎo)致寬向根沒(méi)有生長(zhǎng)基礎(chǔ)。機(jī)器翻耕深度約20 cm，而根深度17.5 cm，與秦乃群等研究[26]相差極大，可能與品種、耕作深度有關(guān)。未來(lái)可以增加翻耕深度，研究是否對(duì)紅纓子高粱根深度和生物量有影響。

在取烘干樣前立即稱量每部分重量，該重量不是鮮重，但對(duì)各部分干物質(zhì)重量沒(méi)有影響。試樣中根、莖、葉和籽粒的含水率偏低，是由于一次性采集 30 個(gè)樣，每個(gè)樣每個(gè)部位采 3個(gè)樣(共 360 個(gè)樣)烘干，由于鋁盒、烘箱等條件有限未能同時(shí)進(jìn)行烘干，導(dǎo)致試驗(yàn)含水率較初樣低。

紅纓子高粱單葉面積為239.25～433.21 cm2，群落最大葉面積是土地面積的 3.69 倍，由于植株不同位置的葉面在垂直方向上有交叉覆蓋，實(shí)際有效光合作用葉面積要小得多。有效光合葉面積大小與光照角度、不同葉片間覆蓋面積、葉片彎曲情況和種植密度等因素有關(guān)， 未來(lái)可以通過(guò)遙感和光學(xué)儀器等手段進(jìn)行這方面的研究。

4 結(jié) 論

紅纓子葉面積為(2 715.47±413.73)cm2/株、群落最大葉面積是土地面積的 3.69 倍，植株不同位置單葉面積呈中間大、兩端小的特征。667 m2平均種植9 083.8株紅纓子高粱，總生物量達(dá)1 120.12 kg，其中紅纓子高粱籽重398.23 kg、葉重186.67 kg、茬重119.367 kg、莖稈重350.99 kg和穗稈重47.24 kg。除了占比35.55%的高粱籽粒銷售給酒企外，占植株64.45%的生物質(zhì)資源化亟待研究，尤其是高粱秸稈如何實(shí)現(xiàn)飼料化、肥料化等利用值得思考。