種植密度對(duì)飼用高粱農(nóng)藝性狀、生物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

康晨，譚燕，羅峰，孫守鈞

（天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300392）

高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）是世界第五大糧食作物[1]，具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[2]。飼用高粱具有良好的刈割性、耐鹽堿性、抗旱性以及出色的低氮需求，是光合效率較高的C4植物，成為干旱和半干旱地區(qū)重要的飼用作物[3]。我國(guó)鹽堿土地較多，高粱的種植面積較廣[4]，近年來(lái)種植面積呈逐年升高的趨勢(shì)，2018年高粱種植面積約61.9萬(wàn)hm2，年產(chǎn)高粱約280萬(wàn)t[5]。與籽粒高粱相比，飼用高粱氫氰酸（HCN）含量較低，喂養(yǎng)動(dòng)物時(shí)較為安全，因此應(yīng)將提高飼用高粱莖稈和籽粒的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要目標(biāo)[6]。種植密度對(duì)飼用高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)有著重要的影響[7]。種植密度過(guò)小會(huì)造成土地資源的浪費(fèi)和產(chǎn)量的減少[8]，種植密度過(guò)大可能會(huì)導(dǎo)致水的供應(yīng)受阻，同時(shí)由于植株過(guò)于緊密，光透射減少，使得光合效率降低，造成根部腐爛、分蘗減少、莖稈纖細(xì)等問(wèn)題，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降[9]。當(dāng)前對(duì)于飼用高粱種植密度的研究還存在較大分歧。有研究表明，增加種植密度可有效增加草料干物質(zhì)[10]。而王聰?shù)萚11]研究表明，在其他環(huán)境條件不變的情況下，隨著種植密度的增加，單株干物質(zhì)積累量呈下降趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)飼用高粱最適種植密度的研究還沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論，可能是因品種、種植環(huán)境及栽培措施的差異造成的。目前，對(duì)飼用高粱種植密度的研究更多體現(xiàn)在產(chǎn)量性狀和品質(zhì)性狀上，而對(duì)其形態(tài)性狀如分蘗的研究則較少。因此，本試驗(yàn)以飼用高粱品種‘TS-185’為材料，研究種植密度對(duì)飼用高粱農(nóng)藝性狀的影響，以期為飼用高粱的研究和生產(chǎn)提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2020年5月在天津市寧河區(qū)試驗(yàn)林場(chǎng)進(jìn)行，該試驗(yàn)林場(chǎng)夏季氣候濕潤(rùn)，雨水集中，平均濕度66%，年平均降雨量642 mm，集中于7—8月，最高氣溫出現(xiàn)在7月。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，高粱品種為‘TS-185’，種植密度設(shè)9萬(wàn)、12萬(wàn)、15萬(wàn)和18萬(wàn)株/hm24個(gè)處理，行間距為0.5 m，株距分別為0.22、0.17、0.13和0.11 m，穴播，播種深度為10 cm，3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為17.5 m2，復(fù)合肥施用量為30 kg/666.7 m2，試驗(yàn)田四周種植兩行保護(hù)行，田間管理按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)方式。0～20 cm土壤營(yíng)養(yǎng)成分如表1所示。

表1 土壤理化性質(zhì)

1.2 測(cè)定方法

葉綠素含量用葉綠素測(cè)定儀 SPAD-502（日本美能達(dá)公司）進(jìn)行測(cè)定，于拔節(jié)期、抽穗期、開(kāi)花期、灌漿期和成熟期進(jìn)行，每小區(qū)隨機(jī)選取5株測(cè)定主莖和分蘗的旗葉葉片，測(cè)定部位為旗葉葉片基部、中部、間部，取平均值，數(shù)值越大說(shuō)明葉綠素含量越高，以此表明植物在不同時(shí)期不同種植密度下的光合作用能力。

田間農(nóng)藝性狀的測(cè)定：①株高（cm）：主莖、一級(jí)分蘗及二級(jí)分蘗根部至穗部頂端的距離；②莖粗（mm）：用游標(biāo)卡尺在莖稈上中下選取三個(gè)部位進(jìn)行測(cè)定；③穗長(zhǎng)（cm）：主莖和一級(jí)分蘗穗頂部至穗基部的距離；④分蘗數(shù)（個(gè)）：計(jì)數(shù)整株分蘗；⑤穗鮮重（g）：收獲時(shí)，主莖和分蘗的果穗質(zhì)量；⑥莖稈鮮重（g）：收獲后直接稱取主莖和分蘗莖稈的質(zhì)量，去掉果穗；⑦穗干重（g）：主莖和分蘗的果穗經(jīng)自然風(fēng)干后的質(zhì)量；⑧莖稈干重（g）：主莖和分蘗的莖稈經(jīng)自然風(fēng)干后的質(zhì)量；⑨千粒重（g）：利用數(shù)粒板數(shù)1 000粒種子的質(zhì)量；⑩粗蛋白含量（%）：將田間取回的籽粒和莖稈洗凈，分裝后105 ℃殺青1 h，65 ℃烘干后磨粉，磨粉后樣品在測(cè)定之前進(jìn)行二次烘干，利用杜馬斯燃燒法測(cè)定粗蛋白（Crude protein，CP）含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007和SPSS 22.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，采用方差分析和相關(guān)性分析來(lái)證明不同性狀間的聯(lián)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植密度對(duì)飼用高粱形態(tài)學(xué)性狀的影響

由表2可知，經(jīng)過(guò)3次重復(fù)試驗(yàn)，高粱主莖莖粗和主莖株高均隨種植密度的增加呈先增加后降低趨勢(shì)，在種植密度為15萬(wàn)株/hm2時(shí)達(dá)到最大值，主莖穗長(zhǎng)隨種植密度的增加呈下降趨勢(shì)。經(jīng)顯著性分析可知，主莖莖粗在種植密度為9萬(wàn)～12萬(wàn)株/hm2時(shí)有顯著性提高，當(dāng)種植密度進(jìn)一步增大時(shí)，主莖莖粗無(wú)顯著性變化。主莖株高在種植密度為15萬(wàn)～18萬(wàn)株/hm2時(shí)呈顯著性降低，其他種植密度下無(wú)顯著性差異。主莖穗長(zhǎng)在各種植密度下無(wú)顯著性差異。

表2 種植密度對(duì)飼用高粱莖粗、株高及穗長(zhǎng)的影響

分蘗莖粗隨種植密度增加的變化趨勢(shì)與主莖不同，在種植密度最大時(shí)莖粗值最大，分蘗莖粗在種植密度15萬(wàn)～18萬(wàn)株/hm2下呈顯著性降低，其他種植密度下無(wú)顯著性變化。分蘗株高與主莖株高的變化趨勢(shì)相近，均隨種植密度的增加先升高后下降，在種植密度 15萬(wàn)/hm2時(shí)達(dá)到最大值，分蘗株高在種植密度15萬(wàn)～18萬(wàn)株/hm2時(shí)呈顯著性降低，其他種植密度下無(wú)顯著性變化。分蘗穗長(zhǎng)與主莖穗長(zhǎng)的變化趨勢(shì)大致相同，均在種植密度較小時(shí)生長(zhǎng)較好，在各種植密度下均無(wú)顯著性變化。

2.2 種植密度對(duì)飼用高粱產(chǎn)量性狀的影響

飼用高粱的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量以莖稈為對(duì)象，莖稈鮮重是衡量飼用高粱經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)。由表3可知，飼用高粱生物產(chǎn)量即主莖和分蘗莖稈總鮮重隨種植密度的增加先升高后降低，在種植密度為12萬(wàn)株/hm2時(shí)達(dá)到最大值，在9萬(wàn)～12萬(wàn)株/hm2時(shí)，生物總產(chǎn)量顯著升高。穗鮮重總量隨種植密度的增加呈下降趨勢(shì)，差異性顯著分析可知，在種植密度為12萬(wàn)～15萬(wàn)株/hm2時(shí)顯著下降。主莖莖稈鮮重在 9萬(wàn)株/hm2時(shí)最大，而分蘗莖稈鮮重受種植密度影響較大，在種植密度增加時(shí)變化呈顯著差異；主莖穗鮮重隨種植密度的增大呈下降趨勢(shì)，在9萬(wàn)～12萬(wàn)株/hm2呈顯著性下降，之后差異性不顯著；而分蘗穗鮮重隨種植密度的增加先升高后降低，在9萬(wàn)～12萬(wàn)株/hm2間差異性顯著。種植密度的增加使莖稈纖細(xì)，主莖莖稈鮮重下降，同時(shí)影響主莖穗的生長(zhǎng)。由“源庫(kù)”理論可知，營(yíng)養(yǎng)會(huì)優(yōu)先供給穗部，導(dǎo)致分蘗穗部與分蘗莖稈營(yíng)養(yǎng)積累呈負(fù)相關(guān)。由此可以說(shuō)明，飼用高粱莖稈和穗部籽粒最大收獲量的最適種植密度不同，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)需要確定最適種植密度。

表3 種植密度對(duì)飼用高粱產(chǎn)量性狀的影響

2.3 種植密度對(duì)飼用高粱干物質(zhì)產(chǎn)量的影響

種植密度對(duì)飼用高粱干物質(zhì)產(chǎn)量有著重要影響。由表4可知，千粒重在種植密度9萬(wàn)株/hm2時(shí)達(dá)到最大，其后隨種植密度的增加逐漸減少；千粒重與穗干重呈正相關(guān)，穗干重在種植密度 9萬(wàn)～15萬(wàn)株/hm2時(shí)呈顯著降低，15萬(wàn)～18萬(wàn)株/hm2時(shí)變化不顯著；莖稈干重隨種植密度的增大呈先增加后減小，種植密度在9萬(wàn)～12萬(wàn)株/hm2時(shí)莖稈干重顯著上升，之后隨種植密度的增加變化不顯著，莖稈干重在種植密度為12萬(wàn)株/ hm2時(shí)達(dá)到最大。

表4 種植密度對(duì)飼用高粱干物質(zhì)含量的影響

2.4 種植密度對(duì)飼用高粱分蘗能力和葉綠素含量變化的影響

分蘗是飼用高粱重要的農(nóng)藝性狀，受基因和環(huán)境的共同作用，它對(duì)飼用高粱的產(chǎn)量、品質(zhì)以及形態(tài)學(xué)差異有著重要影響。種植密度作為重要的栽培技術(shù)因子，對(duì)飼用高粱分蘗能力起著決定性作用。如圖1所示，隨著種植密度的增大，高粱的分蘗能力逐漸下降，在種植密度為12萬(wàn)～15萬(wàn)株/hm2時(shí)分蘗數(shù)呈顯著性下降。由此可知，當(dāng)種植密度增大時(shí)，高粱的光合能力減弱，同時(shí)對(duì)水肥等土壤營(yíng)養(yǎng)成分的吸收競(jìng)爭(zhēng)加劇，造成植株分蘗能力的減弱。

圖1 不同種植密度下分蘗數(shù)的顯著性分析

葉綠素是植物光合作用的基礎(chǔ)物質(zhì)，是評(píng)價(jià)植物光合作用和生理活性變化的重要指標(biāo)。飼用高粱在不同生育時(shí)期葉綠素含量的變化如圖2所示。圖2表明，在相同種植密度下，主莖葉綠素含量從拔節(jié)期到開(kāi)花期持續(xù)上升，從開(kāi)花期到成熟期逐漸下降；主莖葉綠素含量明顯高于一級(jí)分蘗與二級(jí)分蘗，一級(jí)分蘗與二級(jí)分蘗的葉綠素含量差異較小。分蘗的葉綠素含量在拔節(jié)期到成熟期呈持續(xù)上升趨勢(shì)，因主莖與分蘗的開(kāi)花期不同，主莖較分蘗成熟期早，當(dāng)主莖處于成熟期，分蘗處于開(kāi)花期。在主莖的拔節(jié)期、灌漿期和成熟期，葉綠素含量隨種植密度的增加而下降，在抽穗期和開(kāi)花期，隨種植密度的增加葉綠素含量沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)。由葉綠素含量在主莖和分蘗中的變化表明，飼用高粱在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)優(yōu)先供給主莖，導(dǎo)致主莖和分蘗的生育期相差較大。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，將分蘗保留會(huì)延長(zhǎng)植物的生育周期，主莖和分蘗生育期相差較大也給機(jī)械化收獲帶來(lái)一定的問(wèn)題。

圖2 不同生育時(shí)期葉綠素含量的變化

2.5 不同農(nóng)藝性狀間相關(guān)性及差異性分析

不同種植密度會(huì)影響飼用高粱的生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而影響莖稈品質(zhì)和籽粒品質(zhì)。粗蛋白是衡量莖稈品質(zhì)和籽粒品質(zhì)的重要指標(biāo)。經(jīng)相關(guān)性分析可知（表5），在同一種植密度下，株高和莖稈鮮重、莖稈干重呈顯著正相關(guān)；千粒重和莖粗、穗干重呈顯著正相關(guān)；莖粗和千粒重、莖稈鮮重及穗稈重呈極顯著正相關(guān)；籽粒粗蛋白和莖粗呈正相關(guān)，和莖稈粗蛋白呈負(fù)相關(guān)，與其他性狀無(wú)明顯相關(guān)性；分蘗數(shù)和千粒重、莖粗、莖稈鮮重、穗干重呈負(fù)相關(guān)。因此，飼用高粱分蘗數(shù)的增加有可能會(huì)降低其生物產(chǎn)量。

表5 飼用高粱不同農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析

不同農(nóng)藝性狀間的相互作用會(huì)對(duì)飼用高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)造成影響，且不同農(nóng)藝性狀受種植密度等環(huán)境條件的影響不同。經(jīng)方差分析可知（表6），主莖株高在種植密度15萬(wàn)～18萬(wàn)株/hm2時(shí)顯著降低，其他種植密度變化時(shí)差異不顯著；籽粒粗蛋白含量在種植密度為12萬(wàn)～15萬(wàn)株/hm2及15萬(wàn)～18萬(wàn)株/hm2時(shí)先升高后降低，表明高種植密度對(duì)籽粒粗蛋白含量有顯著性影響；主莖穗鮮重在種植密度9萬(wàn)～12萬(wàn)株/ hm2下的變化具有顯著性差異，而在12萬(wàn)～18萬(wàn)株/hm2下無(wú)顯著性差異，因此低種植密度對(duì)主莖穗鮮重的影響較大；其他農(nóng)藝性狀在不同種植密度下的變化不具有顯著性差異。

葉綠素含量是評(píng)定植物光合能力的指標(biāo)，飼用高粱葉綠素含量在主莖和分蘗中的變化不同。由表7可知，主莖葉綠素在拔節(jié)期到開(kāi)花期呈顯著上升趨勢(shì)，在開(kāi)花期到成熟期的變化差異性不明顯，呈下降趨勢(shì)；一級(jí)分蘗在抽穗期到開(kāi)花期呈顯著上升趨勢(shì)，在其他花期的變化差異性不顯著；二級(jí)分蘗在拔節(jié)期到抽穗期的變化呈顯著上升趨勢(shì)，在抽穗期到成熟期的變化差異性不顯著。

表7 不同時(shí)期主莖和分蘗葉片葉綠素含量差異顯著性分析

3 討論與結(jié)論

前人在研究種植密度對(duì)作物的影響方面已取得了一定的成果，張華文等[12]研究表明，種植密度對(duì)不同品種的莖稈產(chǎn)量和籽粒產(chǎn)量影響具有顯著性；劉天朋等[13]研究種植密度對(duì)雜交糯高粱源庫(kù)關(guān)系時(shí)表明，提高種植密度能一定程度地增加群體庫(kù)容量；吳鵬等[14]認(rèn)為種植密度的增加能顯著提高小麥幼苗群體的質(zhì)量；楊云山等[15]研究表明，在遮陰條件下，提高玉米種植密度可使成熟期延遲及籽粒含水率升高。本研究認(rèn)為，種植密度對(duì)飼用高粱的農(nóng)藝性狀有著重要影響，尤其是對(duì)主莖株高、主莖穗鮮重和籽粒粗蛋白及主莖莖粗有顯著性影響，因此高種植密度對(duì)籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)限制性較大。同時(shí)，種植密度的變化對(duì)主莖株高有顯著性影響，而主莖株高和莖稈鮮重、莖稈干重呈顯著正相關(guān)，證明種植密度對(duì)飼用高粱的影響更多的是通過(guò)對(duì)其中幾個(gè)性狀的顯著影響來(lái)作用于其他農(nóng)藝性狀。因此，在考慮種植密度對(duì)飼用高粱農(nóng)藝性狀影響的同時(shí)，還應(yīng)考慮不同性狀間的相互影響。

本研究結(jié)果表明，種植密度的增加對(duì)飼用高粱的形態(tài)學(xué)性狀、生物產(chǎn)量、品質(zhì)性狀有明顯的影響，不同農(nóng)藝性狀間的相互作用也會(huì)對(duì)飼用高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)造成一定的影響。隨著種植密度的增加，飼用高粱重要的形態(tài)學(xué)性狀——分蘗數(shù)隨種植密度的增加而減少，證明分蘗數(shù)是一個(gè)易受環(huán)境影響的性狀；主莖莖粗、主莖和分蘗的株高、主莖和分蘗的莖稈鮮重、莖稈干重均隨種植密度的增加呈先增加后下降的趨勢(shì)；主莖和分蘗的穗長(zhǎng)和主莖穗鮮重隨種植密度的增加而下降，而分蘗穗鮮重隨種植密度的增加而增加。種植密度對(duì)飼用高粱葉綠素含量的變化影響不顯著。在研究不同種植密度對(duì)飼用高粱分蘗及其他性狀影響時(shí)可知，低種植密度有助于飼用高粱單株的生長(zhǎng)，但在實(shí)際生產(chǎn)中會(huì)導(dǎo)致土地利用率降低，生產(chǎn)成本增加，而高種植密度會(huì)加劇植株間營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)，影響植株光合效率和植株產(chǎn)量。本試驗(yàn)選取的4個(gè)種植密度中，9萬(wàn)株/hm2和12萬(wàn)株/hm2是較為合適的種植密度，既可合理利用土地又利于植物生長(zhǎng)。