西北低海拔干旱地區(qū)以高粱代替全膜玉米的可行性分析

柳金良　鄭琪

摘要 干旱缺水是西北地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最為重要的限制因素之一。大面積推廣全膜雙壟溝播玉米（簡(jiǎn)稱全膜玉米），發(fā)揮了重大的抗旱增產(chǎn)作用，但也帶來(lái)了比較嚴(yán)重的殘膜污染，給土壤和環(huán)境治理造成較大的壓力。對(duì)高粱、玉米2種作物的農(nóng)藝性狀、飼用性、抗旱性以及經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益等方面進(jìn)行了分析比較，以探討在西北干旱低海拔地區(qū)以高粱代替全膜玉米的可行性。

關(guān)鍵詞 高粱；玉米；代替；全膜雙壟溝播；西北低海拔干旱地區(qū)

中圖分類號(hào) S514 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2016）05-0069-02

Abstract Drought and shortage of water is one of the most important limiting factors of agricultural production in the northwest region.Promotion of large area complete mulched alternating narrow and wide ridges with furrow planting（complete mulched planting maize），play a major role in drought resistance and yield increasing，but also bring the serious plastic pollution，cause a great pressure to the environment.The agronomic traits，forage and drought aspects of sorghum，maize were compared and analyzed，to discuss the feasibility of replacing complete mulched planting maize with sorghum in low altitude arid area in northwest China.

Key words sorghum；maize；replacing；complete mulched alternating narrow and wide ridges with furrow planting；low altitude arid area in northwest China

隨著人們生活水平的提高，玉米（Zea mays）、高粱（Sorghum Bicolor）主要用途均已成為主要的飼草料。為了抗御旱災(zāi)，甘肅省創(chuàng)新了旱地全膜雙壟溝播技術(shù)[1]。甘肅省平?jīng)鍪袑俚湫偷奈鞅备珊蛋敫珊档貐^(qū)，2015年推廣全膜玉米9.42萬(wàn)hm2，占耕地的25%以上，達(dá)到了抗旱增產(chǎn)的作用，但也帶來(lái)了難以根除的地膜污染等環(huán)境問題。同為飼草料作物的高粱，露地種植其生物產(chǎn)量、籽粒、秸稈飼用營(yíng)養(yǎng)價(jià)值接近全膜玉米，抗旱的生態(tài)、生理性狀均優(yōu)于玉米，但種植面積不足0.1萬(wàn)hm2。為此，筆者以甘肅省平?jīng)鍪袨槔接懺诓挥绊懶竽翗I(yè)發(fā)展的飼草料需求的情況下，西北低海拔干旱地區(qū)加快露地種植高粱的研究推廣步伐，代替全膜玉米，對(duì)減輕殘膜對(duì)土壤和環(huán)境的污染問題有重要意義。

1 產(chǎn)量比較

在中等程度干旱下，高粱產(chǎn)量可超過(guò)玉米1/3，嚴(yán)重干旱條件下則超過(guò)玉米50%左右，極重干旱下相差可達(dá)1倍[2]。由表1 可知，2015年國(guó)家高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系平?jīng)鼍C合試驗(yàn)站培育的高粱新品種平雜6號(hào)、平雜8號(hào)籽粒平均產(chǎn)量分別達(dá)到10 641.90 kg/hm2和10 535.40 kg/hm2，鮮秸稈平均產(chǎn)量分別達(dá)到44 696.00 kg/hm2和44 249.00 kg/hm2；同期全膜玉米平均籽粒產(chǎn)量10 678.65 kg/hm2、鮮秸稈產(chǎn)量44 850.00 kg/hm2；露地玉米籽粒產(chǎn)量5 565.00 kg/hm2、鮮秸稈產(chǎn)量28 950.00 kg/hm2；由此可見，在降雨、光照、溫度正常的年份，露地高粱籽粒產(chǎn)量、鮮秸稈產(chǎn)量和地上生物量均接近全膜玉米，且顯著高于露地玉米。蘇 珮等在陜西楊凌的田間控制條件下的試驗(yàn)表明，同為2個(gè)品種，干旱脅迫下高粱平均產(chǎn)量比玉米高出33%。27種不同供水處理盆栽試驗(yàn)結(jié)果顯示了類似的變化規(guī)律：全生育期充分供水條件下（相當(dāng)于土壤飽和持水量的75%），高粱單株產(chǎn)量為72.10 g，玉米稍高，為73.03 g；而在嚴(yán)重干旱條件下（相當(dāng)于土壤飽和持水量的35%），高粱單株產(chǎn)量33.69 g，玉米19.12 g，高粱較玉米高出76.2%[2]。

2 飼用性比較

普通高粱籽粒、莖葉作為家畜的飼草料時(shí)，其飼用營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與玉米相近（表2）[3]。飼用高粱、甜高粱秸稈飼喂?fàn)I養(yǎng)價(jià)值更高。于福安等[4]研究表明，甜高粱莖稈汁液和含糖量分別達(dá)到60%和15%以上，含糖量比青貯玉米高2倍，無(wú)氮浸出物和粗灰分分別比玉米高64.2%和81.5%。

3 抗旱性比較

3.1 水分利用效率比較

高粱對(duì)干旱的適應(yīng)能力顯著強(qiáng)于中等抗旱程度的玉米，其原因可能在于高粱具有低耗水和高水分利用效率的生理特征。高粱全生育期需水量300～500 mm，玉米360～480 mm；高粱凋萎系數(shù)5.9，玉米6.5[5]；控制環(huán)境下的試驗(yàn)結(jié)果顯示，高粱生育期單株耗水量為1.53 kg，玉米為2.32 kg，玉米比高粱多耗水51.6%；高粱的平均水分利用率（WUE，g/kg H2O）為2.02，玉米為1.70，皆以有限供水條件下（相當(dāng)于土壤飽和持水量的55%）為最高[2]。段愛旺等[6]以22個(gè)省（市、自治區(qū)）、10 種作物的年實(shí)測(cè)作物耗水量和產(chǎn)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，測(cè)算全國(guó)灌溉農(nóng)田糧食作物平均TE 值約為1.1 g/kg，其中高粱的平均TE（水分生理利用效率）為1.91 g/kg，高于玉米的1.74 g/kg。

3.2 抗旱機(jī)理

3.2.1 形態(tài)抗性。高粱扎根深、分枝多、分布廣，根系十分發(fā)達(dá)是高粱抗旱的一個(gè)重要形態(tài)特征。高粱根系可以深入到土層2 m以下；與玉米相比，高粱苗期根系總量為玉米的1.2倍，開花期為2.4倍[5]。干旱條件下，高粱葉片可通過(guò)卷葉、直立、改變開張角度來(lái)減少蒸騰面積；高粱葉片具有較厚的蠟質(zhì)層，Jordan測(cè)定高粱葉片的蠟質(zhì)含量為（3.87+0.54）mg/g，可以提高葉片對(duì)光幅射的反射率，減少水分蒸騰散[7]。高粱的持綠特征，延長(zhǎng)了衰老，也是水分逆境下增加抗性和產(chǎn)量的一個(gè)有效特征。

3.2.2 生理抗性。高膨壓、低水勢(shì)、滲透調(diào)節(jié)能力強(qiáng)等生理特征，提高了高粱的吸水和輸水能力，調(diào)節(jié)了氣孔開閉，減少了蒸騰。干旱條件下，高粱在低水分下保持較高的膨壓是其抵御干旱逆境的機(jī)制之一，山 侖等[2]研究發(fā)現(xiàn)，在嚴(yán)重干旱條件下玉米葉片含水量最高，高粱最低，未萎蔫的高粱葉片含水量比嚴(yán)重萎蔫的玉米葉片含水量還低，說(shuō)明維持高粱葉片細(xì)胞正常膨壓所需的水分比玉米低，通過(guò)膨壓調(diào)節(jié)氣孔開閉，進(jìn)而同氣孔調(diào)節(jié)水分蒸發(fā)。高粱的蒸騰系數(shù)為250～300，玉米為250～300[5]。高粱根葉水勢(shì)低，吸水運(yùn)水能力強(qiáng)，據(jù)Cuyxan報(bào)道，高粱根水勢(shì)一般為-1.22～1.52 Mbar，而玉米僅為-1.01～1.11 Mbar，其吸水能力是玉米的2倍；高粱莖水勢(shì)為-1.52～2.03 Mbar，也低于玉米（-1.42 Mbar）[5]，水勢(shì)低使高粱對(duì)水分的吸收、運(yùn)輸能力比玉米強(qiáng)。邵艷軍等[5]研究表明，在滲透調(diào)節(jié)過(guò)程中，高粱以可溶性糖和可溶性蛋白質(zhì)為主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，而玉米以脯氨酸和K+為主要滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，糖作為主要碳源和能源物質(zhì)在受干旱復(fù)水后參與細(xì)胞修復(fù)，可能是高粱適應(yīng)干旱的一個(gè)重要特點(diǎn)。梁文英等[8]2012年用聚乙二醇模擬干旱條件，進(jìn)行玉米和高粱的生理指標(biāo)比較，研究結(jié)果表明：干旱脅迫導(dǎo)致玉米質(zhì)膜透性、 丙二醛含量、脯氨酸含量以及葉綠素含量均高于高粱。

4 經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益比較

2015年高粱籽粒市場(chǎng)價(jià)格在1.8～2.0元/kg，而玉米籽粒為1.6～1.8元/kg，只從二者的籽粒產(chǎn)量和市場(chǎng)價(jià)格來(lái)看，露地種植高粱的經(jīng)濟(jì)效益顯著高于覆膜玉米，從種植成本考慮，露地高粱的種植成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全膜玉米，且高粱對(duì)土壤肥力和需水要求低于全膜玉米。趙婭婭等[9]2013—2014年在蘭州大學(xué)黃土高原半干旱生態(tài)系統(tǒng)定位研究站進(jìn)行了半干旱黃土高原農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)高粱和玉米的生態(tài)效益及經(jīng)濟(jì)效益比較研究，比較不同處理的經(jīng)濟(jì)效益發(fā)現(xiàn)，覆膜高粱的經(jīng)濟(jì)效益最高，露地高粱和覆膜玉米次之，三者差異不顯著，但均顯著高于露地玉米。如果考慮到水分限制因素，從地膜造成的污染以及土壤質(zhì)量的破壞等因素考慮，以露地高粱為主要飼料作物在該區(qū)發(fā)展舍飼養(yǎng)殖將是提高當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的有效途徑，對(duì)保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)穩(wěn)定性和可持續(xù)性有非同尋常的意義。

5 西北低海拔干旱地區(qū)以高粱代替全膜玉米的可行性分析

5.1 自然條件適宜高粱種植

高粱喜溫，要求積溫較高，在海拔1 500 m以下，≥10 ℃積溫2 800 ℃以上的地區(qū)均能種植，海拔1 100 m以下可種植中晚熟品種，海拔1 100～1 300 m可以種植中早熟品種，海拔1 300～1 500 m可以種植早熟品種。該區(qū)平均氣溫8～10 ℃，年降雨500 mm以上，日照時(shí)數(shù)2 100～2 300 h，無(wú)霜期165～190 d，是高粱種植的適宜區(qū)。

5.2 品種資源研究為高粱品種改良提供了豐富的遺傳資源

國(guó)家高粱現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系平?jīng)鼍C合試驗(yàn)站種植種質(zhì)資源及選系材料734份，育成了平雜6號(hào)、平雜8號(hào)新品種，選育出了6A/8801、624A/8385等新組合；引進(jìn)篩選適宜本地種植的品種5個(gè)，育種工作為高粱規(guī)模推廣創(chuàng)造了條件。

5.3 畜牧業(yè)發(fā)展步伐加快，飼草料需求增加

平?jīng)鍪袕摹皵U(kuò)量、提質(zhì)、創(chuàng)牌、增效”著手，堅(jiān)持適宜區(qū)全覆蓋的戰(zhàn)略，擴(kuò)大基地規(guī)模、扶植規(guī)模養(yǎng)殖、培育龍頭企業(yè)、促進(jìn)市場(chǎng)流通、創(chuàng)建精品名牌、推進(jìn)產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)。全市牛飼養(yǎng)量達(dá)到116萬(wàn)頭，出欄商品牛41.33萬(wàn)頭，居全省農(nóng)區(qū)第1位。全市畜牧業(yè)增加值達(dá)到19.1億元，占到農(nóng)業(yè)增加值的22.5%左右，其中：牛產(chǎn)業(yè)增加值達(dá)到13.6億元，居全省農(nóng)區(qū)第1位。全市僅牛產(chǎn)業(yè)發(fā)展年需要飼草300萬(wàn)～400萬(wàn)t，能有效地消化擴(kuò)大高粱種植所產(chǎn)出的秸稈。

5.4 傳統(tǒng)高粱種植區(qū)農(nóng)民具有豐富的種植經(jīng)驗(yàn)

高粱在平?jīng)鍪性耘鄽v史悠久，解放前已經(jīng)普遍種植，20世紀(jì)70年代發(fā)展到2萬(wàn)hm2，80年代減少到1萬(wàn)hm2，目前種植面積不足0.6萬(wàn)hm2。“十一五”“十二五”期間國(guó)家高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系平?jīng)鼍C合試驗(yàn)站進(jìn)行了大量的高粱栽培技術(shù)宣傳培訓(xùn)，高粱栽培技術(shù)在適種區(qū)基本普及。

5.5 指導(dǎo)高粱生產(chǎn)的技術(shù)力量充足

平?jīng)鍪泄灿蟹N植業(yè)推廣科研機(jī)構(gòu)116個(gè)，在崗人數(shù)1 150多人，其中，市級(jí)機(jī)構(gòu)7個(gè)，人數(shù)超過(guò)210人；縣級(jí)機(jī)構(gòu)30個(gè)，人數(shù)542人；鄉(xiāng)級(jí)推廣機(jī)構(gòu)79個(gè)，人數(shù)407人。并在平?jīng)鍪修r(nóng)科院設(shè)立了國(guó)家高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系平?jīng)鼍C合試驗(yàn)站，進(jìn)一步增強(qiáng)了指導(dǎo)高粱生產(chǎn)的技術(shù)力量。

6 需要解決的問題

在西北干旱地區(qū)，高粱代替全膜玉米是可行的，但生產(chǎn)上還存在較多的問題，影響著高粱種植規(guī)模的擴(kuò)張，必須在今后的科研推廣中予以重視和加以解決。一是適宜于海拔較高地區(qū)的早熟品種少。目前選育、引進(jìn)的品種大部分是中熟品種，適宜于海拔1 300～1 500 m甚至更高海拔的早熟品種缺乏。二是推廣應(yīng)用中的高粱品種品質(zhì)相對(duì)較低。育種工作以籽粒產(chǎn)量和籽粒營(yíng)養(yǎng)性狀為目標(biāo)，忽視了秸稈飼用營(yíng)養(yǎng)性狀，現(xiàn)有高粱品種秸稈飼用性狀較差。三是春旱年份春播保苗有困難。平?jīng)鍪写汉蹈怕始s30%，由于高粱種子小，發(fā)芽力弱，春旱將會(huì)導(dǎo)致出苗難、捉苗難。四是高粱生產(chǎn)機(jī)械化程度非常低。適宜高粱播種與收獲的專用機(jī)具很少，高粱的種植、管理、收獲等生產(chǎn)環(huán)節(jié)上仍依靠傳統(tǒng)農(nóng)具或手工作業(yè)，限制高粱生產(chǎn)的發(fā)展。五是高粱作為飼草料在生產(chǎn)上推廣慢。人們習(xí)慣用青貯玉米或干玉米秸稈飼喂家畜，接受高粱這一新的飼草料還需要一個(gè)過(guò)程。

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