不同种植密度和施氮量对甜高粱生长、生物量和含糖量的影响

郭会学+王发园+李帅+苗艳芳

摘要：作为一种优良的粮食、糖料、饲料和可再生能源作物，甜高粱因其生物量大、含糖量高、抗逆性强、适应性广等特性而备受关注。以大力士甜高粱为供试材料，研究了3个不同种植密度和3个施氮量对其生长发育、生物量及含糖量的影响。结果表明，不同种植密度、施氮量对株高、茎粗的影响不显著。在相同施氮水平时，叶面积指数、地上部分生物量和籽粒产量均随种植密度的增加而显著增加。种植密度对植株茎秆含糖量的影响较小；在相同密度条件下，植株的含糖量随施氮量的增加而增加。从茎秆生物量和含糖量综合来看，本研究中合理增加甜高粱种植密度和施氮量是有利的。

关键词：甜高粱；种植密度；氮肥；含糖量；籽粒产量

中图分类号：S514.01

文献标志码： A

文章编号：1002-1302（2016）04-0152-03

随着化石能源的日渐匮乏和环境污染的日益严重，生物质能源作为可再生的洁净能源具有替代化石燃料、减少温室气体排放和支持农业发展等优势，已越来越受到重视。目前，甜高粱是公认的最具有应用前景的再生能源之一。近年来，甜高粱作为糖料作物、饲料作物、能源作物和产业作物，对全球经济发展和环境保护具有重要的意义[1-3]。

甜高粱[Sorghum bicolor （L.） Moench]为短日照C4植物，起源于非洲，是粒用高粱的一个变种，同样具有抗旱、耐涝、耐盐碱、耐瘠薄的特点，且生长迅速，糖分积累快[4-5]，作为新兴的可再生能源作物，具有生物学产量高、茎秆含糖量高、乙醇转化率高等特点，因此在制糖、酿酒和制酒精燃料、造纸以及用作饲料等方面具有广泛的应用价值，有利于促进边际性土地增产增收[6-10]。

中国种植甜高粱的历史悠久，常见品种株高4 m左右，最粗的茎秆直径为4～5 cm，主要经济目标是籽实部分，茎秆部分常被作为家畜饲料，种植区域主要集中在干旱、半干旱及土地盐碱化的地区，土壤瘠薄，水肥环境较差，加上种植水平不高、管理不到位等客观原因，致使甜高粱的种植处于比较原始和低级的状态。目前，对于以营养体为主要收获对象的甜高粱，其生物学产量和茎秆含糖量与密度、施氮量的关系有待深入研究和探索。本试验研究不同种植密度、施氮量对甜高粱生物学产量和茎秆含糖量的影响，以期明确甜高粱对密度、施氮量的响应规律，为甜高粱高产高效栽培提供技术依据。

1 材料与方法

1.1 材料

甜高粱供试品种为大力士[11]。大力士品种具有十大优势：耐旱、耐涝、耐盐碱（可忍受的盐浓度为0.5%～0.9%）、抗倒伏、高产、高糖（汁液锤度15%～23%）、耐高温、耐严寒、耐瘠薄、用途广。

1.2 试验设计

试验在河南科技大学开元校区农场试验田进行。试验地气候属温带半湿润半干旱大陆性季风气候，年平均气温 12.1～14.6 ℃，年平均降水量600 mm，年平均辐射量 491.5 kJ/cm2，年平均日照时数2 300～2 600 h，平均无霜期215～219 d。试验地土壤为黄潮土，质地中壤，pH值7.08。0～20 cm土层土壤养分状况为有机质24.40 g/kg，铵态氮21.73 mg/kg，硝态氮19.06 mg/kg，速效磷16.76 mg/kg，速效钾189.85 mg/kg。试验采用2因素随机区组设计，2因素为种植密度、氮肥（尿素）（表1）。

试验小区面积30 m2，设计8行区，行距0.5 m，行长 7.5 m，株距分别为15、20、30 cm。2014年6月16日进行人工播种，10月12日收获，苗期、拔节期各施肥1次，即普施硝酸磷肥225.113 kg/hm2和纯氮（尿素），纯氮按照3个水平追施（表1）；在孕穗期各小区追施同等量的纯氮 0.135 kg。其他田间管理与当地生产水平一致。

1.3 测定指标

苗期、拔节期每小区取样5株用标尺测量株高；叶片数、叶面积；用软尺测量叶片的最大叶长、最大叶宽，根据公式：叶面积=叶长×叶宽×0.87，计算叶面积，进而求出叶面积指数；用软尺测量茎粗；鲜质量；烘干后称干质量。收获时每小区收3株，测株高、鲜质量、单株籽粒质量；茎秆糖分含量：测定部位为中部节间，用手持糖量仪测定其含糖锤度。

1.4 数据分析方法

采用Excel和SPSS 19.0数据处理系统，对数据进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 种植密度及施氮量对各生育期株高的影响

苗期，在N1、N3水平上，种植密度对株高影响不显著；N2水平时，密度3的株高显著高于密度1（图1）。相同密度时，施氮水平对株高的影响不显著。总体N2水平、密度3处理株高最高。拔节期密度和施氮量对株高没有显著影响。收获期仅在N1水平时，密度2的株高显著高于密度1、密度3，在所有处理中株高最高在密度2处理条件下，N1水平株高显著高于N2水平；密度3条件下，N2水平的株高显著高于N1水平。

2.2 种植密度及施氮量对茎粗的影响

相同施氮水平，拔节期N1水平时，密度1的茎粗显著高于密度2、密度3，其他密度处理对各时期相同施氮水平的茎粗没有显著影响（图2）。相同密度条件下，只有苗期密度1时，施氮量为N2水平的茎粗显著高于N1水平，其他施氮处理对相同密度条件下的茎粗没有显著影响。

2.3 种植密度和施氮量对植株叶面积指数的影响

从图3可以看出，在苗期N1水平时，密度2的叶面积指数显著高于密度1，而密度3的叶面积指数显著高于密度1。施氮量相同处理中，叶面积指数均随种植密度的增加显著升高，密度越大，叶面积指数越大；而相同密度不同施氮处理对叶面积指数没有显著影响。

2.4 种植密度和施氮量对不同生育期地上部生物量的影响

从图4可以看出，在苗期、拔节期、收获期，相同施氮量条件下，地上部鲜质量均随密度的升高而显著增加，即密度越大，生物量越高。在苗期密度1条件下，N2、N3水平的生物量显著高于N1水平；而施氮量对密度2、密度3条件下的生物量没有显著影响。在拔节期，相同密度条件下，不同施氮处理之间生物量无显著差异。在收获期密度2条件下，N3处理的生物量显著高于N1处理；密度1、密度3处理条件下，施氮量对生物量没有显著影响。

2.5 种植密度及施氮量对茎秆含糖量的影响

糖分含量N1条件下随密度的增加先升高后降低，且密度2茎秆含糖量显著高于密度1；在密度1条件下，N3、N2处理的含糖量显著高于N1处理；在密度2、密度3条件下，含糖量均随施氮量增加而升高，且N3处理的茎秆含糖量显著高于N1处理（图5-a）。

2.6 种植密度及施氮量对籽粒产量的影响

在密度1条件下，N3水平的籽粒产量显著高于N2水平；密度2、密度3条件下，施氮量对籽粒产量无显著影响。在相同施氮量条件下，籽粒产量均随种植密度的增加而显著提高（图5-b）。

3 讨论

不同种植密度和施氮量对甜高粱株高、茎粗的影响不大，密度对叶面积指数的影响较大，在3个施氮水平中，密度越大，叶面积指数越大。主要是由于低密度时，植株群体较小，叶面积指数小，光合效率低，而植株产生的无效分蘖较多，又增加了主茎的营养消耗，影响株高、茎粗的生长；较高密度时，作物群体较大，植株产生的无效分蘖受到抑制，叶面积指数增加，群体的光合效率提高，但是植株个体的光合效率会受到限制，因此，高密度也会影响植株个体株高的增长，也使得植株个体茎粗减小。

相同施氮条件下，增加密度可显著提高作物群体的生物量和籽粒产量。虽然较高密度会影响植株个体的生长发育，但是由于其群体较大，叶面积指数增加，群体的光合效率提高，最终可收获较高的生物量和籽粒产量，但是在较高密度条件下，增加施氮量，生物产量和籽粒产量并没有得到显著提高，本试验结果与王岩等的研究结果[12]一致。由于相同密度时，增加施氮量，植株产生的无效分蘖较多，增加了主茎的营养消耗，从而影响生物量和籽粒产量的提高。

密度、施氮量均对含糖量有影响，但是密度对其影响较小，本结论与艾买尔江·吾斯曼等的研究结果[13]相吻合。含糖量受施氮量的影响较明显，在相同密度条件下，植株的含糖量随施氮量的增加而显著增加，合理增加施氮量有利于甜高粱含糖量的积累。与罗峰等的研究结果[14]相反，可能是由于氮肥施用量和设置的变化梯度不一致所导致的；气候条件、种植密度等对甜高粱含糖量也有一定影响。

甜高粱经济目标提高是在维持较高含糖量的基础上，扩大茎秆和籽粒库容量，增加茎秆的干物质分配比例[14]。由于甜高粱茎秆高大，分蘖会抑制主茎的高度，而无效分蘖品质较差，含糖量低易干枯，因此确保较高数量的群体密度，抑制分蘖是增加主茎营养体数量的合理手段[15]。在本研究条件下，从茎秆生物量和含糖量综合来看，合理增加甜高粱种植密度和施氮量对于甜高粱生产是有利的。

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