覆膜畦灌條件下不同灌溉定額對飼用甜高粱農藝性狀及生物產量的影響

王增麗，樊曉康，溫廣貴

(1.武威市中心灌溉試驗站， 甘肅 武威 733000； 2.甘肅省武威職業學院， 甘肅 武威 733000)

覆膜畦灌條件下不同灌溉定額對飼用甜高粱農藝性狀及生物產量的影響

王增麗1，樊曉康1，溫廣貴2

(1.武威市中心灌溉試驗站， 甘肅 武威 733000； 2.甘肅省武威職業學院， 甘肅 武威 733000)

為探索西北旱區飼用甜高粱最佳灌溉定額和節水效果，進行了覆膜畦灌條件下飼用甜高粱需水規律及優化灌溉制度試驗，研究了不同灌溉定額(2 400、3 000、3 600、4 200、4 800 m3·hm-2) 條件下，飼用甜高粱生育期土壤水分變化情況、農藝性狀及生物產量變化。結果表明，甜高粱生育期0～100 cm土層含水量隨生育期的延長呈先降低后升高的趨勢，灌水定額對土壤水分分布的影響發生在播后62 d。當灌溉定額小于2 400 m3·hm-2時，嚴重影響甜高粱長勢，植株表現為矮小，莖稈增粗，干物質累積量降低。隨灌溉定額的降低，甜高粱莖稈汁液的含糖量呈提高的趨勢。甜高粱生物產量的增加是由于株高(R2=0.97)、LAI(R2=0.81)、莖節數(R2=0.59)等因素共同作用的結果。從節水和增加生物量角度而言，畦灌條件下，甜高粱在全生育期灌水4次，灌水定額為900 m3·hm-2，灌溉定額為3 600 m3·hm-2的灌溉制度最優。

飼用甜高粱；灌溉定額；農藝性狀；生物產量；覆膜畦灌

甜高粱又稱糖高粱，屬于C4作物，是粒用高粱的變種，具有抗旱、耐鹽堿、耐瘠薄、綜合利用價值高等特點，適宜在鹽堿干旱等邊際土地種植[1-2]。種植甜高粱不僅可以解決畜牧業的飼料問題、生物能源原材料問題，還能有效提高干旱半干旱地區邊際土地利用率[3-4]。

目前，關于甜高粱節水抗旱方面的研究較多。Amaducci、Dolciotti等研究結果表明，甜高粱地上部生物產量中莖稈生物占的比重最大[5-6]。Marcello在地中海地區的研究結果表明，在甜高粱生育前期進行水分脅迫會抑制甜高粱生長發育，進而導致生物量減產[7]。然而過多的灌溉也不利于作物產量提高，而且還導致作物營養品質的下降[8]。有研究結果表明，在作物苗期進行適當控水具有改善籽仁營養品質的作用[9]。

我國干旱半干旱地區光照資源充足，晝夜溫差大，有利于甜高粱莖稈糖分積累；土地資源豐富，有利于甜高粱規模化種植。因此，作為一種高效節水型作物和優質飼草作物，在干旱半干旱地區大力推廣種植甜高粱符合我國發展節水型農業的要求。但目前，我國關于甜高粱的研究主要集中于東部等氣候濕潤地區，而對干旱半干旱區甜高粱需水規律的研究較少，更沒有提出合理的灌溉制度來指導農業生產。

基于此，本研究在前人工作的基礎上，對石羊河流域甜高粱節水高效灌溉技術模式進行田間試驗，研究不同灌溉定額對甜高粱農藝性狀、生物產量、品質以及水分利用效率的影響，了解甜高粱需水規律及生產潛力，提出最優灌溉制度，為發展甜高粱產業提供理論依據和實踐指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

該研究于2015年4月—10月在武威市中心灌溉試驗站進行，地理位置東經102°50′50″，北緯37°52′20″，海拔1 582 m，為典型內陸性干旱荒漠生態區。年均降水量163.2 mm，多年平均蒸發量2 019.9 mm，土壤干容重1.54 g·cm-3，土壤質地為灰鈣質粉質壤土，田間持水率為30%。

1.2 試驗設計與方法

試驗采用甜高粱品種為BJ0603，于2015年4月23日播種，同年9月28日收獲。試驗共設置5種灌水定額(其中：T1處理為重度干旱，T2、T3為輕度干旱，T4、T5處理為水分充盈)，每處理重復3次，共計15個小區。在旋耕整地前進行春灌，灌溉定額為900 m3·hm-2，并施入基肥：尿素300 kg·hm-2，磷酸二氫銨525 kg·hm-2，K肥150 kg·hm-2，Zn肥30 kg·hm-2。播前按照試驗要求設置小區后進行覆膜，膜寬1.40 m，種植方式為一膜四行。采用穴播機進行播種，行距40 cm，株距20 cm，小區面積為68 m2(10 m×6.8 m)，周圍布置1 m寬的保護帶。在7月上旬隨水追施尿素1次，追肥量195 kg·hm-2。灌溉水源來自試驗站內水井。為保證灌水量準確，水管直接通至每小區，并在出水口安裝水表進行計量。

表1 甜高粱灌溉定額設置

1.3 測定項目與內容

1.3.1 土壤水分測定 土壤水分測定采用烘干法，土壤深度為0～100 cm，分[0,20]，(20,40)，(40,60]，(60,80]，(80,100] cm 5層進行測定，生育期每隔15 d測定1次，灌水、降雨前后加測，測點布置在行間。

1.3.2 農藝性狀測定 每小區選取5穴有代表性、長勢一致的植株進行掛牌標記。自播后40 d左右開始，每隔15 d采用直尺法測定株高、莖粗、葉面積。采用烘干稱重法測定不同生育期甜高粱干物質累積量。

1.3.3 水分利用效率計算 作物收獲后，各小區取3穴株進行考種。考察甜高粱株高、莖粗、葉面積指數、莖稈含糖量及生物量鮮干重。并根據以下公式計算作物耗水量和水分利用效率。

采用農田土壤水量平衡公式進行耗水量計算。由于該試驗田地下水埋深在40 m以下，可視地下水補給量為0，降水入滲深度不超過1 m，可視深層滲漏為0。作物生長所需水分主要來源灌溉水和降雨。

Ec=P+I-ΔW

(1)

WUE=Y/Ec

(2)

式中，Ec為作物生育期耗水量(mm)；P為生育期降水量(mm)；I為生育期內灌溉量(mm)；ΔW為作物生育期土壤蓄水變化量(mm)。WUE為水分利用效率(kg·m-3)；Y為干生物產量(kg·hm-2)。

1.3.4 降雨及氣象資料 作物生育期氣象資料由武威市中心灌溉試驗站自動氣象站獲取，甜高粱生育期降雨量147.2mm，有效降雨量112.6mm。

1.4 數據處理

采用Excel及SPSS15.0軟件對數據進行處理，利用Duncan新復極差法進行顯著性檢驗(P<0.05)。

2 結果與分析

2.1 不同灌水定額對土壤水分動態變化的影響

不同處理甜高粱生育期0～100 cm土壤水分動態變化見圖1。由圖可知，在生育前期，各處理土壤水分含量呈連續下降的趨勢。到播后62 d，灌水和灌水后土壤才呈現短暫上升趨勢，隨后隨著甜高粱蒸騰強度加大，水分含量呈快速下降趨勢。到播后116 d，0～100 cm土層土壤含水量降到最低值，各處理含水率為12.99%～14.33%。之后因降雨增多，土壤含水量又呈上升的趨勢。

為進一步分析不同生育期土壤含水量0～100 cm動態變化，將播后不同時段土壤含水量變化繪于圖2。由圖可知，播后20 d，各處理土壤含水量變化曲線出現交叉、重疊，表明土壤含水量變化規律基本一致：均隨土壤深度的增加呈先增加后降低的趨勢。播后62 d，處理間土壤含水量差異在20～80 cm土層內明顯。其中，T1處理最低，為17.04%，T4處理最高，為19.95%。播后96 d測定結果表明，受氣溫、蒸散作用及作物根系吸水等因素影響，土壤水分含量逐漸下降，到播后116 d，土壤水分含量降到最低值。其中，淺層土壤水分含量明顯下降，增加灌水定額使土壤水分變化曲線逐漸右移，垂直剖面土壤水分含量增加明顯，各處理0～100 cm土層內水分含量為12.99%～15.75%，其中，T1處理最低，T5處理最高。播后145 d結果表明，在降雨和灌水措施作用下，0～100 cm土壤蓄水量較前期明顯增加。各處理土壤含水量較播后116 d 分別增加2.89%～4.97%。其中，T1處理增量最小，T5處理增量最大。

圖1 不同處理土壤含水量變化

Fig.1 Change of soil water content at 0～100 cm layer

圖2 不同處理甜高粱生育期土壤剖面含水量分布

Fig.2 The distribution of water content for soil profile in sweet sorghum growth period

研究結果表明，甜高粱生育期0～100 cm土層含水量隨生育期的延長呈先降低后升高的趨勢。灌水定額對土壤水分分布的影響發生在播后62 d，且在播后96 d灌水定額影響能明顯增加0～100 cm土層水分含量。

2.2 甜高粱農藝性狀分析

將不同處理甜高粱生育期株高變化列于表2。由表可知，從播后到131 d生長周期內，各處理株高變化規律基本一致：均呈直線上升趨勢，且在播后131 d后株高增長幅度逐漸減緩。播后158 d測定結果表明，T1、T2、T3、T4、T5處理的株高分別為286.5 cm、298.8 cm、320.0 cm、332.0 cm、324.5 cm，其中T3、T4、T5處理較T1、T2處理能明顯促進株高生長。莖粗測定結果可知，隨灌水定額的減少，甜高粱莖粗呈增加的趨勢。播后～62 d時段內，各處理莖粗呈直線增加趨勢。62 d后莖粗的增長速率緩慢。到播后158 d，T1、T2、T3、T4、T5處理莖粗分別為31.2 mm、27.5 mm、26.1 mm、27.3 mm、27.1 mm，其中T1與其他處理差異顯著。

表2 不同處理甜高粱生育期農藝性狀動態變化分析

葉面積指數(Leaf Area Index，LAI)是單位種植面積上作物葉片面積的總和。LAI的大小，不僅直接影響到作物的蒸騰量，而且影響陽光照射面積的大小與作物進行光合作用的能力。播后到76 d內，各處理LAI上升較快，之后各處理LAI增幅逐漸下降。到收獲期，甜高粱LAI大小依次為T5>T4>T3>T2>T1。其中T5處理LAI為13.06，T1處理LAI為8.71。

研究結果表明，灌溉定額對甜高粱生育期株高、莖粗、LAI的變化具有一定的影響。當灌溉定額為2 400 m3·hm-2時，嚴重影響甜高粱的營養生長，植株株高矮小，莖粗增加。當灌溉定額大于4 200 m3·hm-2時，對甜高粱的株高、莖粗及LAI的促進作用減弱。

2.3 甜高粱生物產量、WUE分析

由圖3可知，隨灌溉定額的增加，甜高粱地上部生物量鮮重逐漸增加。T4、T5處理甜高粱鮮重分別為95.0 t·hm-2和94.3 t·hm-2，與其他處理差異顯著；T1處理地上部生物產量鮮、干重最低，分別為65.0 t·hm-2和18.99 t·hm-2，表明增加灌溉定額能顯著提高甜高粱生物產量，當灌水定額增加到4 800 m3·hm-2時，對生物量的促進作用減弱。方差分析結果表明，與T4、T5處理相比，重度干旱脅迫下(T1)，甜高粱地上生物產量鮮、干重均顯著降低(P<0.05)，中度干旱脅迫(T2、T3處理)生物產量明顯增加。

圖3 不同處理飼用甜高粱產量分析

Fig.3 The analysis on biomass for sweet sorghum

水分利用效率(圖4)分析得出，各處理WUE大小依次為T3>T2>T1>T4>T5。其中，T3處理甜高粱WUE最高，為5.81 kg·m-3；T5處理最低，為5.10 kg·m-3。其中，T1、T2、T3處理與T4、T5處理差異分別達顯著性水平(P<0.05)。試驗結果表明，甜高粱生育期進行適度虧水，能顯著提高水分利用效率(WUE)，綜合研究結果，甜高粱生育期灌水4次，灌水定額為900 m3·hm-2，灌溉定額為3 600 m3·hm-2的灌溉制度最優。

圖4 不同處理飼用甜高粱WUE分析

Fig.4WUEof sweet sorghum under different treatment

2.4 甜高粱農藝性狀相關性分析

將甜高粱收獲期的株高、 莖粗、 LAI、 莖節數、 含糖量以及生物量5個農藝性狀進行相關性分析， 結果見表3。 由表3可知， 甜高粱株高與莖粗呈極顯著負相關關系(R2=-0.75)， 與LAI、 莖節數及生物量均為正相關關系， 說明甜高粱生物產量及各性狀的增加均與株高的變化有關。 生物產量與各性狀的相關性分析結果表明， 除含糖量、 莖粗外， 均為正相關關系， 說明甜高粱生物產量的增加是由于株高(R2=0.97)、 LAI(R2=0.81)、 莖節數(R2=0.59)等因素共同作用的結果。 莖粗、 含糖量與生物量呈極顯著的負相關關系(R2=0.77，0.80)， 表明莖粗增加和含糖量的提高， 不利于甜高粱生物量的增加。

表3 甜高粱產量、耗水量及產量特征值相關性分析

注：*，**分別表示P<0.05，P<0.01水平顯著相關。

Note: *, ** indicates significant difference atP<0.05 and 0.01 level respectively.

3 結論與討論

研究結果表明，在灌溉水和自然降水雙重作用下，甜高粱生育期0～100 cm土層含水量隨生育期的延長呈先降低后升高的趨勢。灌水定額對土壤水分分布的影響發生在播后62 d，且在播后96 d灌水定額影響能明顯增加0～100 cm土層水分含量。

灌溉定額對甜高粱生育期株高、莖粗、LAI具有一定的影響。當灌溉定額為2 400 m3·hm-2時，嚴重影響甜高粱的營養生長，植株表現為株高矮小，莖粗增加。當灌溉定額高于4 200 m3·hm-2時，對甜高粱的株高、莖粗及LAI的促進作用差異減弱。

Salvatore[10]研究結果表明，甜高粱生育期灌溉水量減少38%，生物產量減少22%左右，水分利用效率增加0.95 g·L-1。本研究結果表明，灌溉水量減少11.8%時，甜高粱生物產量降低8.4%，水分利用效率提高4.3%。謝婷婷[11]研究結果在甜高粱生育期進行適度土壤水分虧缺，不僅有利于甜高粱生產力和品質的提高，而且有利于提高作物WUE，有效節約水資源，本研究也證明了這一點。在重度干旱脅迫下(T1)，甜高粱地上生物產量鮮、干重均顯著降低(P<0.05)，而中度干旱處理(T2、T3)有所升高，且差異達顯著性水平(P<0.05)。

隨灌溉定額的降低，生育期甜高粱莖稈汁液糖分含量呈增加趨勢，且在成熟期達到峰值，這與再吐尼古麗·庫爾班等[12]的研究結果相一致。

本研究結合甜高粱干物質累積量和水分利用效率結果認為，覆膜畦灌條件下，甜高粱生育期灌水4次，灌溉定額為3 600 m3·hm-2的灌溉制度最優。

在西北旱區，覆膜栽培方式依然是西北旱區重要的保墑措施，優化主要農作物的灌溉方案對該區農業的可持續生產依然具有重要的意義，且在干旱年增產節水效益尤為顯著[13-16]。

[1] 盧 峰，鄒劍秋，段有厚.甜高粱莖稈含糖量及主要農藝性狀相關性研究[J].遼寧農業科學，2013,(6):1-4.

[2] 王黎明，焦少杰，蔣艷喜，等.甜高粱主要農藝性狀的主成分分析[J].中國糖料，2012,(12):7-8.

[3] Ali M L, Rajewski J F, Baenziger P S, et al. Assessment of ge-netic diversity and relationship among a collection of US sweet sorghum germplasm by SSR markers[J]. Molecular Breeding, 2007,21(4):497-509．

[4] 張福耀，趙威軍，平俊愛.高能作物—甜高粱[J].中國農業科技導報，2006,8(1):14-17.

[5] Amaducci S, Monti A, Venturi G. Non-structural carbohydrates and fibre components in sweet and fibre sorghum as affected by low and normal input techniques[J]. Industrial Crops and Products, 2004,20(1):111-118.

[6] Dolciotti I, Mambelli S, Grandi S, et al. Comparison of two sor-ghum genotypes for sugar and fiber production[J]. Industrial Crops and Products, 1998,7(2-3):265-272．

[7] Marcello M, Nader K, Gianfranco R. Productivity and water use effciency of sweet sorghum as affected by soil water deficit occurring at different vegetative growth stages[J]. European Journal of Agronomy, 1999,11(3)：207-215.

[8] 王月福，陳建華，曲健磊，等.土壤水分對小麥籽粒品質和產量的影響[J].萊陽農學院學報,2002,19(1):7-9.

[9] 嚴美玲，李向東，林英杰，等.苗期干旱脅迫對不同抗旱花生品種生理特性、產量和品質的影響[J].作物學報，2007,33(1):113-119.

[10] 再吐尼古麗·庫爾班，陳維維，葉 凱.不同播種期對甜高粱生育期糖分含量的影響[J]．新疆農業科學，2012,49(11):1978-1984.

[11] 解婷婷，蘇培璽.干旱脅迫對河西走廊邊緣綠洲甜高粱產量、品質和水分利用效率的影響[J].中國生態農業學報，2011,19(2):300-304．

[12] Salvatore L C, Mariadaniela M, Giorgio T. Water and nitrogen balance of sweet sorghum (Sorghum bicolormoench (L.) cv. Keller under semi-arid conditions[J]. Industrial Crops and Products, 2012,36(1):329-342.

[13] Li Fengmin, Wang Ping, Wang Jun, et al. Effects of irrigation before sowing and plastic film mulching on yield and water uptake of spring wheat in semiarid Loess Plateau of China[J]. Agricultural Water Management, 2004,67(2):77-88.

[14] Li Fengmin, Guo Anhong, Wei Hong. Effects of clear plastic film mulch on yield of spring wheat[J]. Field Crops Research, 1999,63(1):79-86.

[15] Li Fengmin, Wang Jun, Xu Jinzhang, et al. Productivity and soil response to plastic film mulching durations for spring wheat on entisols in the semiarid Loess Plateau of China[J]. Soil and Tillage Research, 2004,78(1):9-20.

[16] Li Yongshan, Wu Lianghuan, Zhao Limei, et al. Influence of continuous plastic film mulching on yield, water use efficiency and soil properties of rice fields under non-flooding condition[J]. Soil and Tillage Research, 2007,93(2):370-378.

Effect of irrigation quota on agronomic trait and biomass of feeding sweet sorghum under condition of border irrigation with mulching

WANG Zeng-li1, FAN Xiao-kang1, WEN Guang-gui2

(1.WuweiCentralExperimentalIrrigationStation,Wuwei,Gansu733000,China；2.WuweiOccupationalCollege,Wuwei,Gansu733000,China)

In order to explore the optimal irrigation quota and water-saving effect suitable for feeding sweet sorghum under condition of border irrigation with mulching, a field experiment was conducted to study the effect of the irrigation quota (2 400, 3 000, 3 600, 4 200, 4 800 m3·hm-2respectively) on soil water content, agronomic trait and biomass. Results showed that soil water content within 0～100 cm soil layer first increased and then decreased in sweet sorghum growth period, and irrigation quota had significant effect on 0～100 cm soil moisture distribution at the 62th d after sowing. Irrigation quota which was less than 2 400 m3·hm-2seriously affected the sweet sorghum growing (such as reducing plant height, enlarging stem stalk, decreasing accumulative dry matter). Sugar content of sweet sorghum stalk juice had a trend of increase with the decrease of irrigation quota. The increase of sweet sorghum biomass was attributed to factors such as plant height, LAI and numbers of stem nodes (R2=0.97, 0.81, 0.59 respectively). In conclusion, for water-saving and increasing the biomass, irrigation schedule with irrigation quota of 3 600 m3·hm-2(irrigation frequency was 4 times) was thereby recommended as the optional practice to increase the biomass (25.29 t·hm-2) andWUE(5.76 kg·m-3) under condition of border irrigation with mulching.

feeding sweet sorghum; irrigation quota; agronomic trait; biomass; border irrigation with mulching

1000-7601(2017)02-0201-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.02.33

2016-01-12基金項目：水利部公益性行業科研專項(201501017)；甘肅省隴原青年創新人才扶持計劃、甘肅省水利科研推廣項目

王增麗(1974—)，女，山西祁縣人，博士，高級工程師，主要從事農業水土資源保護與利用研究。 E-mail：wangzengli1201@163.com。

S277.9；S152.7

A