不同種植密度和施氮量對甜高粱生長、生物量和含糖量的影響

郭會學+王發園+李帥+苗艷芳

摘要：作為一種優良的糧食、糖料、飼料和可再生能源作物，甜高粱因其生物量大、含糖量高、抗逆性強、適應性廣等特性而備受關注。以大力士甜高粱為供試材料，研究了3個不同種植密度和3個施氮量對其生長發育、生物量及含糖量的影響。結果表明，不同種植密度、施氮量對株高、莖粗的影響不顯著。在相同施氮水平時，葉面積指數、地上部分生物量和籽粒產量均隨種植密度的增加而顯著增加。種植密度對植株莖稈含糖量的影響較小；在相同密度條件下，植株的含糖量隨施氮量的增加而增加。從莖稈生物量和含糖量綜合來看，本研究中合理增加甜高粱種植密度和施氮量是有利的。

關鍵詞：甜高粱；種植密度；氮肥；含糖量；籽粒產量

中圖分類號：S514.01

文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2016）04-0152-03

隨著化石能源的日漸匱乏和環境污染的日益嚴重，生物質能源作為可再生的潔凈能源具有替代化石燃料、減少溫室氣體排放和支持農業發展等優勢，已越來越受到重視。目前，甜高粱是公認的最具有應用前景的再生能源之一。近年來，甜高粱作為糖料作物、飼料作物、能源作物和產業作物，對全球經濟發展和環境保護具有重要的意義[1-3]。

甜高粱[Sorghum bicolor （L.） Moench]為短日照C4植物，起源于非洲，是粒用高粱的一個變種，同樣具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄的特點，且生長迅速，糖分積累快[4-5]，作為新興的可再生能源作物，具有生物學產量高、莖稈含糖量高、乙醇轉化率高等特點，因此在制糖、釀酒和制酒精燃料、造紙以及用作飼料等方面具有廣泛的應用價值，有利于促進邊際性土地增產增收[6-10]。

中國種植甜高粱的歷史悠久，常見品種株高4 m左右，最粗的莖稈直徑為4～5 cm，主要經濟目標是籽實部分，莖稈部分常被作為家畜飼料，種植區域主要集中在干旱、半干旱及土地鹽堿化的地區，土壤瘠薄，水肥環境較差，加上種植水平不高、管理不到位等客觀原因，致使甜高粱的種植處于比較原始和低級的狀態。目前，對于以營養體為主要收獲對象的甜高粱，其生物學產量和莖稈含糖量與密度、施氮量的關系有待深入研究和探索。本試驗研究不同種植密度、施氮量對甜高粱生物學產量和莖稈含糖量的影響，以期明確甜高粱對密度、施氮量的響應規律，為甜高粱高產高效栽培提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 材料

甜高粱供試品種為大力士[11]。大力士品種具有十大優勢：耐旱、耐澇、耐鹽堿（可忍受的鹽濃度為0.5%～0.9%）、抗倒伏、高產、高糖（汁液錘度15%～23%）、耐高溫、耐嚴寒、耐瘠薄、用途廣。

1.2 試驗設計

試驗在河南科技大學開元校區農場試驗田進行。試驗地氣候屬溫帶半濕潤半干旱大陸性季風氣候，年平均氣溫 12.1～14.6 ℃，年平均降水量600 mm，年平均輻射量 491.5 kJ/cm2，年平均日照時數2 300～2 600 h，平均無霜期215～219 d。試驗地土壤為黃潮土，質地中壤，pH值7.08。0～20 cm土層土壤養分狀況為有機質24.40 g/kg，銨態氮21.73 mg/kg，硝態氮19.06 mg/kg，速效磷16.76 mg/kg，速效鉀189.85 mg/kg。試驗采用2因素隨機區組設計，2因素為種植密度、氮肥（尿素）（表1）。

試驗小區面積30 m2，設計8行區，行距0.5 m，行長 7.5 m，株距分別為15、20、30 cm。2014年6月16日進行人工播種，10月12日收獲，苗期、拔節期各施肥1次，即普施硝酸磷肥225.113 kg/hm2和純氮（尿素），純氮按照3個水平追施（表1）；在孕穗期各小區追施同等量的純氮 0.135 kg。其他田間管理與當地生產水平一致。

1.3 測定指標

苗期、拔節期每小區取樣5株用標尺測量株高；葉片數、葉面積；用軟尺測量葉片的最大葉長、最大葉寬，根據公式：葉面積=葉長×葉寬×0.87，計算葉面積，進而求出葉面積指數；用軟尺測量莖粗；鮮質量；烘干后稱干質量。收獲時每小區收3株，測株高、鮮質量、單株籽粒質量；莖稈糖分含量：測定部位為中部節間，用手持糖量儀測定其含糖錘度。

1.4 數據分析方法

采用Excel和SPSS 19.0數據處理系統，對數據進行處理和分析。

2 結果與分析

2.1 種植密度及施氮量對各生育期株高的影響

苗期，在N1、N3水平上，種植密度對株高影響不顯著；N2水平時，密度3的株高顯著高于密度1（圖1）。相同密度時，施氮水平對株高的影響不顯著。總體N2水平、密度3處理株高最高。拔節期密度和施氮量對株高沒有顯著影響。收獲期僅在N1水平時，密度2的株高顯著高于密度1、密度3，在所有處理中株高最高在密度2處理條件下，N1水平株高顯著高于N2水平；密度3條件下，N2水平的株高顯著高于N1水平。

2.2 種植密度及施氮量對莖粗的影響

相同施氮水平，拔節期N1水平時，密度1的莖粗顯著高于密度2、密度3，其他密度處理對各時期相同施氮水平的莖粗沒有顯著影響（圖2）。相同密度條件下，只有苗期密度1時，施氮量為N2水平的莖粗顯著高于N1水平，其他施氮處理對相同密度條件下的莖粗沒有顯著影響。

2.3 種植密度和施氮量對植株葉面積指數的影響

從圖3可以看出，在苗期N1水平時，密度2的葉面積指數顯著高于密度1，而密度3的葉面積指數顯著高于密度1。施氮量相同處理中，葉面積指數均隨種植密度的增加顯著升高，密度越大，葉面積指數越大；而相同密度不同施氮處理對葉面積指數沒有顯著影響。

2.4 種植密度和施氮量對不同生育期地上部生物量的影響

從圖4可以看出，在苗期、拔節期、收獲期，相同施氮量條件下，地上部鮮質量均隨密度的升高而顯著增加，即密度越大，生物量越高。在苗期密度1條件下，N2、N3水平的生物量顯著高于N1水平；而施氮量對密度2、密度3條件下的生物量沒有顯著影響。在拔節期，相同密度條件下，不同施氮處理之間生物量無顯著差異。在收獲期密度2條件下，N3處理的生物量顯著高于N1處理；密度1、密度3處理條件下，施氮量對生物量沒有顯著影響。

2.5 種植密度及施氮量對莖稈含糖量的影響

糖分含量N1條件下隨密度的增加先升高后降低，且密度2莖稈含糖量顯著高于密度1；在密度1條件下，N3、N2處理的含糖量顯著高于N1處理；在密度2、密度3條件下，含糖量均隨施氮量增加而升高，且N3處理的莖稈含糖量顯著高于N1處理（圖5-a）。

2.6 種植密度及施氮量對籽粒產量的影響

在密度1條件下，N3水平的籽粒產量顯著高于N2水平；密度2、密度3條件下，施氮量對籽粒產量無顯著影響。在相同施氮量條件下，籽粒產量均隨種植密度的增加而顯著提高（圖5-b）。

3 討論

不同種植密度和施氮量對甜高粱株高、莖粗的影響不大，密度對葉面積指數的影響較大，在3個施氮水平中，密度越大，葉面積指數越大。主要是由于低密度時，植株群體較小，葉面積指數小，光合效率低，而植株產生的無效分蘗較多，又增加了主莖的營養消耗，影響株高、莖粗的生長；較高密度時，作物群體較大，植株產生的無效分蘗受到抑制，葉面積指數增加，群體的光合效率提高，但是植株個體的光合效率會受到限制，因此，高密度也會影響植株個體株高的增長，也使得植株個體莖粗減小。

相同施氮條件下，增加密度可顯著提高作物群體的生物量和籽粒產量。雖然較高密度會影響植株個體的生長發育，但是由于其群體較大，葉面積指數增加，群體的光合效率提高，最終可收獲較高的生物量和籽粒產量，但是在較高密度條件下，增加施氮量，生物產量和籽粒產量并沒有得到顯著提高，本試驗結果與王巖等的研究結果[12]一致。由于相同密度時，增加施氮量，植株產生的無效分蘗較多，增加了主莖的營養消耗，從而影響生物量和籽粒產量的提高。

密度、施氮量均對含糖量有影響，但是密度對其影響較小，本結論與艾買爾江·吾斯曼等的研究結果[13]相吻合。含糖量受施氮量的影響較明顯，在相同密度條件下，植株的含糖量隨施氮量的增加而顯著增加，合理增加施氮量有利于甜高粱含糖量的積累。與羅峰等的研究結果[14]相反，可能是由于氮肥施用量和設置的變化梯度不一致所導致的；氣候條件、種植密度等對甜高粱含糖量也有一定影響。

甜高粱經濟目標提高是在維持較高含糖量的基礎上，擴大莖稈和籽粒庫容量，增加莖稈的干物質分配比例[14]。由于甜高粱莖稈高大，分蘗會抑制主莖的高度，而無效分蘗品質較差，含糖量低易干枯，因此確保較高數量的群體密度，抑制分蘗是增加主莖營養體數量的合理手段[15]。在本研究條件下，從莖稈生物量和含糖量綜合來看，合理增加甜高粱種植密度和施氮量對于甜高粱生產是有利的。

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