不同甜高粱品種（系）農藝性狀與產量、品質的相關性研究

何振富， 賀春貴， 陳 平， 王 斐

（甘肅省農業科學院畜草與綠色農業研究所，甘肅蘭州730070）

甜 高 粱 是 栽 培 高 粱 [（So rghum bicolor（L.）Moench]中，莖內多汁，莖內薄壁組織中能積累大量蔗糖的一個類群（Murray等，2009），屬禾本科一年生C4植物。其在干旱時可以通過收縮氣孔孔徑減少蒸騰失水，從而提高水分的利用率（Lamm等，2007）；其莖葉表面較多的蠟質也有利于減少水分的流失（Corredor等，2009），因此具有很好的抗旱性能。同時甜高粱具有耐貧瘠、耐鹽堿、耐高溫、耐澇、光合效率高和生物產量高等特性（李珊珊等，2017；肖丹等，2014）。1851年，美國從中國引進甜高粱（琥珀amber）種植，并逐漸認識到其作為飼料的價值（Swanson等，1934）。作為優良的飼料作物，甜高粱具有營養價值高、適口性好等特點，已受到世界各國普遍重視（Mishra等，2016）。甘肅省干旱少雨，水資源緊缺，是以旱作農業為主的省份，旱作農業區主要分布在隴東、中部黃土高原區，全省現有耕地5200多萬畝，其中旱地面積約3600萬畝，占全省耕地面積的70%（郭賢仕等，2012），種植飼用甜高粱，大力發展旱作農業，有利于調整農業產業結構，促進草食畜牧業穩步發展。

以飼草為種植目的時，除了需要考慮飼用甜高粱品種間生物量所帶來的直觀評價指標外，還要通過株高、莖粗、分蘗數等農藝性狀來評價分析，農藝性狀是指生長發育習性、產量性狀及植物學特征等（郜戰寧等，2018），既可以分析目標品種的區域適應性，還有利于鑒別具有飼草高產潛力基因型的特征性狀（王茜等，2019）。國內外學者對甜高粱栽培和利用等方面做了大量的研究（梁丹妮等，2019；李珊珊等，2017），有關甜高粱農藝性狀、產草量（賈春林等，2013）和營養品質（張艷宜等，2017）方面也有相關的研究，而針對農藝性狀與產草量、營養成分含量和產量的相互關系研究有待進一步加強。因此，本研究選用15個甜高粱品種（系），對比分析了株高、莖粗、葉片數等農藝性狀的差異性，并與產草量、營養成分含量進行了相關性和聚類分析，以期明確適宜評價指標，為飼用甜高粱育種研究、生產利用和品種選擇提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 試驗于2019年4～9月在甘肅省臨夏回族自治州東鄉族自治縣灑勒村進行。試驗地處黃土高原丘陵地帶，屬溫帶半干旱氣候區。全縣海拔1735～2664 m，平均海拔2199.5 m，年均降水量為350 mm左右，年均氣溫6.4℃，年蒸發量高達1387 mm，日照時數2500 h以上，全年無霜期138 d左右。試驗地為梯田地，海拔2078 m。試驗期間即作物生長期內降水量為346.40 mm，全年降水量為459.10 mm；≥0℃年積溫3214.4℃，≥10℃年積溫2511.3℃。播前0～20 cm土壤有機質12.2 g/kg、有效磷1.37 mg/kg、堿解氮36.4 mg/kg、速效鉀308 mg/kg、全鹽量0.066%、pH 8.58。

1.2 試驗材料 試驗選用15個甜高粱品種（系），其中隴甜高1號品系和隴甜高2號品系由甘肅省農業科學院畜草與綠色農業研究所提供，遼甜1號、遼甜3號和遼甜6號由遼寧農科院國家高粱改良中心提供，晉甜雜3號和晉甜1401由山西省農業科學院高粱研究所提供，壯牧0018、壯牧9001、壯牧9006、壯牧79141、壯牧79152由百綠公司提供，2018JT-7由甘肅省農業科學院作物研究所提供，F968由中國科學院遺傳與發育生物學研究所提供，能飼2號由河北農林科學院谷子所提供。

1.3 試驗設計 采用隨機區組設計，以品種為試驗因素，品種（系）共15個，每個品種設3次重復，每次重復為1個小區，共45個小區，小區面積18㎡（6 m×3 m）。翻耕整地時施用300 kg/hm2尿素，1200 kg/hm2普通過磷酸鈣，150 kg/hm2磷酸二胺，翻耕整地、旋后鋪膜，采用全膜雙壟溝穴播（帶寬100 cm，每帶起底寬50 cm、高15～20 cm的小壟，兩壟中間為播種溝；選用120 cm寬的地膜，邊起壟邊覆膜，膜與膜之間不留空隙，相接處用土壓住地膜，每隔200 cm壓土腰帶）進行種植。密度為8.25萬株/hm2（行距50 cm，株距24 cm），每穴留苗1株，各小區種植6行，試驗地四周設保護行。適時進行田間雜草防除，其他田間管理方式同大田生產。試驗于4月25日播種，霜降前（9月20日）統一收獲測產。

1.4 測定指標與方法

1.4.1 農藝性狀 收獲時，各處理每個重復依次取10株進行農藝性狀測定，包括株高、莖粗、節數、葉片數、單株鮮重、單株葉鮮重、單株莖鮮重和分蘗數（何振富等，2016）。

1.4.2 產草量 產草量為單位面積土地上所收獲地上部分的全部產量，以鮮草和干物質重量為產草量指標。收獲時整株取樣稱鮮重后，切斷至10～20 cm，用自封袋密封后送實驗室測定水分及干物質產量（105℃恒重法），試驗方法參照GB/T6435-2006進行（中國國家標準化管理委員會，2007）。每處理各小區收獲時，去掉兩側邊行（兩側各1行），收中間行數計產，留茬高度平均約10 cm。

收獲時各品種所處生育階段不同（本試驗根據當地青貯飼草作物一般于9月中下旬收獲的慣例，因此各品種均在此時段收獲，以篩選出符合當地耕作條件需求的品種，而沒有對每個品種在最佳收獲期分別收獲）。其中晉甜雜3號、F968、壯牧79141和2018JT-7處開花期，遼甜1號、遼甜3號、遼甜6號、能飼2號、晉甜1401、壯牧0018、壯牧9006和隴甜1號均處乳熟期，壯牧9011、壯牧79152和隴甜高2號處抽穗期。

1.4.3 品質指標 對各處理的植株分別進行取樣測定分析，全部在收獲時取樣。結合前述的產草量測定，將測定完水分的干樣混勻后，切斷至1 cm，再次混勻，用旋風磨打碎（40目）處理，裝入自封袋待測。各營養指標測定方法如下：粗蛋白質（CP）參照GB/T 6432-1994（國家技術監督局，1995）、酸性洗滌纖維（ADF）參照NY/T 1459-2007（中華人民共和國農業部，2008）、中性洗滌纖維（NDF）參照GB/T 20806-2006（中國農業科學院畜牧研究所等，2007）、可溶性糖（WSC）采用氰化鹽法測定（鮑士旦，1996），總可消化營養物（TDN%）計算得出（陳谷等，2011）。樣本送甘肅省農業科學院農業測試中心實驗室測定。計算公式為：

TDN=81.38+（CP×0.36）－（ADF×0.77）。

本文中提出的單位面積某種營養物質產量，為單位面積干物質產量與某營養成分含量（%）之乘積。

1.5 數據處理 采用Excel 2016進行數據處理和圖表制作，DPS 9.50統計軟件進行單因素方差分析和相關性分析，均值間比較采用Duncan’s法；聚類分析采用系統聚類，聚類距離運用卡方距離，得出聚類樹；數據以“平均值±標準誤”表示。

2 試驗結果

2.1 不同品種（系）農藝性狀比較 在甜高粱收獲時調查了9個主要農藝性狀，其特征值見表1。株高、分蘗數和全株葉片數以壯牧79141最高，分別為355.89 cm、1.56個和27.11枚，其中株高極顯著高于其他各品種（P＜0.01）；分蘗數顯著高于遼甜1號（P＜0.05）、遼甜6號、F968和壯牧0018；全株葉片數極顯著高于遼甜6號（P＜0.01）、F968、壯牧9006和隴甜1號，顯著高于遼甜1號（P＜0.05）、能飼2號、晉甜雜3號、壯牧0018和隴甜高2號。莖粗、單株鮮重和單株莖重均以2018JT-7最高，分別為18.81 mm、1277.83 g和1075.11 g，其中莖粗顯著高于遼甜6號（P＜0.05），極顯著高于能飼2號（P＜0.01）、壯牧79141和壯牧79152；單株鮮重和單株莖重均顯著高于壯牧79152（P＜0.05）。主莖葉片數、節間數和單株葉重均以壯牧9011最高，分別為14枚、12節和277.44 g，其中主莖葉片數極顯著高于其他各品種（P＜0.01）；節間數極顯著高于遼甜1號（P＜0.01）、遼甜6號、能飼2號、晉甜雜3號、壯牧9006、隴甜高1號和隴甜高2號，顯著高于遼甜3號和晉甜1401（P＜0.05）；單株葉重顯著高于遼甜3號（P＜0.05）、晉甜雜3號、晉甜1401和2018JT-7（P＜0.05），極顯著高于其他各品種（P＜0.01）。

表1 不同品種（系）的農藝性狀表現

2.2 農藝性狀與營養成分含量、產草量、粗蛋白質產量、可消化物產量的相關性分析 各品種營養成分含量見表2，各品種產草量和營養成分產量見表3，以不同品種各指標數據的平均值進行相關性分析，結果見表4。株高與鮮草產量呈極顯著正相關關系（P＜0.01，r=0.64），與干物質產量呈顯著正相關關系（P＜0.05，r=0.60）。主莖葉片數與酸性洗滌纖維呈極顯著正相關關系（P＜0.01，r=0.63），與中性洗滌纖維呈顯著正相關關系（P＜0.05，r=0.62），與總可消化養分含量呈極顯著負相關關系（P＜0.01，r=-0.63）；全株葉片數和節間數與酸性洗滌纖維均呈顯著正相關關系（P＜0.05，r=0.50和r=0.61），與中性洗滌纖維均呈顯著正相關關系（P＜0.05，r=0.52和r=0.57）；節間數與總可消化養分含量呈顯著負相關關系（P＜0.05，r=-0.60）；莖粗和單株莖重與可溶性糖含量呈極顯著正相關關系 （P＜0.01，r=0.68和r=0.64），單株鮮重與可溶性糖含量呈顯著正相關關系（P＜0.05，r=0.62）。株高與粗蛋白質產量呈顯著正相關關系（P＜0.05，r=0.55）。

表2 各品種營養成分含量的分析 %

表3 產草量和營養成分產量的分析t/hm2

表4 不同品種（系）農藝性狀與產草量、營養成分含量和產量的相關性分析

2.3 不同品種聚類分析 以9個農藝性狀、產草量、營養成分含量及產量作為指標，由于各指標的調查量綱不同，首先對各指標的平均數進行標準化處理，采用系統聚類，聚類距離運用卡方距離，采用離差平方和法，對參試的15品種（系）進行聚類分析（圖1）。在卡方距離為3.45時，將供試品種劃分為3類，第1類8個品種：遼甜1號、壯牧0018、遼甜6號、壯牧9006、F968、隴甜高2號、能飼2號和隴甜高1號；第2類5個品種：遼甜3號、晉甜1401、壯牧9011、晉甜雜3號和2018JT-7；第3類2個品種：壯牧79141和壯牧79152。

圖1 15個甜高粱品種（系）的聚類分析

各類甜高粱農藝性狀、營養成分含量等指標平均值如表5所示，農藝性狀中株高、分蘗數、主莖葉片數、全株葉片數和節間數均以第3類最高，均值分別為323.56 cm、1.33個、12枚、25.78枚和11.22節，其中株高極顯著高于第1類和第2類（P＜0.01）；分蘗數顯著高于第1類（P＜0.05）；主莖葉片數、全株葉片數和節間數極顯著高于第1類（P＜0.01），與第2類間無顯著性差異。莖粗、單株鮮重、單株葉重和單株莖重均以第2類最高，均值 分 別 為17.57 mm、1140.06 g、210.57 g和929.49 g，其中莖粗極顯著高于第3類（P＜0.01）；單株鮮重和單株莖重顯著高于第1類和第3類（P＜0.05）；單株葉重極顯著高于第1類和第3類（P＜0.01）。鮮草和干物質產量均以第3類最高，均值分別為90.42 t/hm2和17.63 t/hm2，其中鮮草產量極顯著高于第1類和第2類（P＜0.01），干物質產量顯著高于第1類（P＜0.05），與第2類間差異不顯著。

表5 不同甜高粱品種（系）的植物學性狀、產草量、品質和營養物質產量均值分析

整體品質以第1類最優，CP、NDF、ADF和TDN的均值分別為6.68%、51.64%、30.83%和60.05%，其中，CP含量各類相互間無差異；NDF和ADF含量極顯著低于第3類（P＜0.01），與第2類間無顯著性差異；TDN含量極顯著高于第3類（P＜0.01），與第2類無顯著性差異。WSC含量以第2類最高，均值為25.51%，顯著高于第3類（P＜0.05），與第1類間差異不顯著。CP和TDN產量均以第3類最高，均值分別為1.24 t/hm2和9.99 t/hm2，其中CP產量顯著高于第1類（P＜0.05），與第2類間無顯著性差異；TDN產量各類相互間無差異。

3類甜高粱分別具有不同特點，第1類的典型特點為品質最優，產量較低；其農藝性狀中株高、莖粗、單株鮮重和單株莖重介于第2類和第3類之間，產草量和營養物質產量最低，飼用品質整體最優。第2類的典型特點為高糖，產量和品質中等；其中莖粗、單株鮮重、單株葉重和單株莖重均最高，產草量和營養物質產量介于第1類和第3類之間，品質CP含量最低，WSC含量最高，其他指標均為中等。第3類的典型特點為產量最高，但品質較差；其株高、分蘗數、葉片數（全株和主莖）和節間數最高，產草量和營養物質產量最高，品質除CP含量最高外，其他指標均為最低。

3 討論

3.1 農藝性狀的比較 飼用作物的生物產量受多個農藝性狀的共同影響，不同品種使得農藝性狀對生物產量構成的重要性不盡相同。本研究各農藝性狀在品種間均存在顯著性差異（P＜0.05），其中株高、分蘗數和全株葉片數以壯牧79141最高，可以看出全株葉片數與分蘗數密切相關；莖粗、單株鮮重和單株莖重以2018JT-7最高，可以看出單株鮮重和單株莖重與莖粗密切相關；主莖葉片數、節間數和單株葉重均以壯牧9011最高，可以看出節間數多，其主莖葉片數也相應較多，且單株葉重也高。相同品種與前人研究結果相比，差異較為明顯，如本研究得出，遼甜1號和遼甜3號的株高與莖粗分別為253.00 cm和269.64 cm、16.73 mm和16.67 mm；馮斗等（2009）在南寧地區得出，遼甜1號和遼甜3號的株高與莖粗分別為386.6 cm和413.7 cm、25.70 mm和25.60 mm；而馮海生等（2012）在西寧地區得出，遼甜1號和遼甜3號的株高與莖粗分別為252.1 cm和252.5 cm、16.60 mm和17.10 mm；可以看出，相同品種在不同地域的氣候條件下其農藝性狀差異較大（嚴洪冬等，2011）。

3.2 農藝性狀與營養成分含量、產草量和粗蛋白質產量、可消化物產量的相關性 本研究相關性分析結果表明，甜高粱的產草量與植株的高度密切相關，株高越高其產草量越高。再吐尼古麗·庫爾班等（2018）研究表明，株高較高的遼甜15-1號、遼甜13號等甜高粱品種，其生物產量也相對較高，它們之間存在正相關關系。馮國郡等（2010）研究也顯示，甜高粱生物產量與株高呈極顯著正相關關系。本研究發現，莖粗的增加在提高單株莖重和單株鮮重的同時，有利于植株可溶性糖含量的提升；韓立樸等（2012）研究認為，甜高粱可溶性總糖主要貯存于莖稈中。本研究還發現，隨著植株高度的增加，節間數和主莖葉片數隨之增加；隨著分蘗數的增加，全株葉片數增多；酸性洗滌纖維與主莖葉片數呈極顯著正相關，與全株葉片數和節間數呈顯著正相關；中性洗滌纖維與主莖葉片數、全株葉片數和節間數呈顯著正相關；總可消化養分含量與主莖葉片數呈極顯著負相關，與節間數呈顯著負相關；從而可以得出，植株高度和分蘗數的增加，在提高產草量的同時，植株酸性洗滌纖維和中性洗滌纖維含量隨之升高，總可消化養分含量隨之降低；單位面積營養物質產量受其含量影響較小，與干物質產量表現出極顯著正相關關系，株高越高營養物質產量也相應的越高，何振富等（2019）在之前對高丹草的相關研究中也得出同樣的結論。以上可以看出，甜高粱的農藝性狀與產草量、營養成分含量和產量之間有著密切的關系，研究明確其關系對指導選育高產優質的飼用甜高粱品種具有重要的意義。

3.3 聚類分析 本研究綜合農藝性狀、產草量、營養成分含量及產量等多個指標對供試的15個甜高粱品種（系）進行聚類分析，將供試品種劃分為3類。第1類8個品種（系），典型特點為品質最優，產量較低，包括遼甜1號、壯牧0018、遼甜6號、壯牧9006、F968、隴甜高2號、能飼2號和隴甜高1號；第2類5個品種（系），典型特點為高糖，產量和品質中等，包括遼甜3號、晉甜1401、壯牧9011、晉甜雜3號和2018JT-7；第3類2個品種（系），典型特點為產量最高，但品質較差，包括壯牧79141和壯牧79152。

4 結論

供試的15個甜高粱品種（系）在甘肅臨夏地區均能正常生長，但均不能達到完全成熟，主要農藝性狀在各品種（系）間均存在顯著性差異。甜高粱的農藝性狀與產草量、營養成分含量和產量之間有著密切的關系。通過聚類分析，將供試品種劃分為3類，第1類屬品質最優，但產量較低；第2類屬高糖，產量和品質中等；第3類屬產量最高，但品質較差。綜合分析認為，以品質較優為目的時，應選擇植株較低、莖稈粗壯和分蘗數較少品種；以單位面積產草量和營養物質產量較高為目的時，應選擇植株較高、莖稈較細和分蘗數較多品種。