种植密度对陇东旱塬区光敏型高丹草生物学性状及产量的影响

何振富，贺春贵，王国栋，刘陇生

(甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，甘肃 兰州 730070)

高丹草(Sorghumbicolor×S.sudanense)是高粱(Sorghumbicolor)与苏丹草(Sorghumsudanense)的F1代杂交种，为一年生禾本科暖季型C4作物，属饲用高粱，光敏型高丹草[1]是其一种新类型，不仅具有一般高丹草的优良特性[2-5]，还具有超晚熟、产量高、含糖量高等特点，是以茎叶利用为目的、适合中低产田种植的高产牧草品种，在草食畜牧业领域有着广阔的开发和利用前景[6-8]，更适合西北旱作农业区草牧业的发展需求[9]。近年来由于生态条件恶化，干旱和盐碱地逐年增加，高丹草可成为种植的优选饲草作物之一。

针对种植密度对不同类型高粱的影响研究，国内外已有较多。研究表明，各类型高粱的株高、茎粗、籽粒和生物产量等均受到种植密度的影响，如甜高梁的株高随着种植密度的增加而增加[10-12]；酿造高粱的株高、茎粗、穗长、最大叶面积、穗粒重和千粒重随着种植密度増加呈下降趋势[13-15]；在6.00万～10.50万株·hm-2的密度范围内，籽粒产量随密度增加呈大幅度增加，当密度超过10.50万株·hm-2时，籽粒产量趋于平稳[13]；非光敏型高丹草在7.5万～37.5万株·hm-2密度范围内，其株高、茎叶比及总草产量无显著差异[16]；饲草高粱在10万～14万株·hm-2密度范围内，无论刈割1次还是2次，高密度种植的鲜草产量总是高于低密度种植的[17-18]。食用高梁的茎粗随着种植密度的增加而减小[19]。但种植密度对光敏型高丹草生长发育和产量的影响研究较少，为此本研究在前人研究的基础上，研究了全膜覆盖条件下种植密度对光敏型高丹草生物学性状及产量的影响，明确其在黄土高原雨养农业区的适宜栽培密度，为光敏型高丹草获得高产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2014、2015年在甘肃省庆阳市镇原县(甘肃省农业科学院镇原试验站)进行，该区地处35°29′42″ N，107°29′36″ E，属半湿润偏旱雨养农业区，土壤类型为发育良好的覆盖黑垆土。该区地下水埋深60～100 m，海拔1 279 m，多年平均降水量540 mm，全年降水60%集中在7-9月，年蒸发量1 532 mm，年平均气温8.3 ℃，年日照时数2 449.2 h，≥0 ℃年积温3 435 ℃·d-1，≥10 ℃年积温2 722 ℃·d-1，无霜期165 d。2014和2015年气温和降水如图1所示，播前0-20和20-40 cm土层土壤养分含量如表1所列。

1.2 供试品种及来源

供试高丹草两个品种均为光敏型(photoperiod sensitive type，PPS)，分别为“大卡”(Big Kahuna)和“海牛”(Monster)，均来源于美国，其中“大卡”同时为褐色中脉型(Brown midrib，BMR)。

1.3 试验设计

试验采用两因素随机区组设计，以品种和种植密度为试验因素。品种共两个，为“海牛”和“大卡”；种植密度设3种，分别为8.33万穴·hm-2(5 555穴·666.7 m-2，以5P表示，播种穴距30 cm，行距40 cm)、12.50万穴·hm-2(8 333穴·666.7 m-2，以8P表示，播种穴距20 cm，行距40 cm)和16.67万穴·hm-2(11 111穴·666.7 m-2，以11P表示，播种穴距20 cm，行距30 cm)。

试验共6个处理，每个处理3次重复，共18个小区，随机排列，小区面积为3.6 m×7.5 m。播前施农家肥(牛粪)45 000 kg·hm-2、纯N(尿素)276 kg·hm-2、普通过磷酸钙1 050 kg·hm-2，深翻整地、旋后铺膜，采用全膜平铺穴播(带宽120 cm，每带选用140 cm 宽的地膜平铺覆膜，膜与膜间不留空隙，相接处用土压住地膜，每隔200 cm压土腰带)进行种植，每穴留苗1株。试验过程没有施用杀虫剂、生长调节剂和除草剂，人工除草。2014年4月29日播种，10月14日收获；2015年4月23日播种，9月17日收获，霜降导致收获期提前。

图1 2014和2015年镇原试验站气温和降水分布Fig. 1 Air temperature and precipitation at the Zhenyuan Experiment Station during 2014 and 2015

2014年生长期为4-10月，2015年生长期为4-9月。

The growth period was from April to October in 2014, from April to September in 2015.

表1 供试土壤养分状况Table 1 Soil nutrient status

1.4 测定项目与方法

1.4.1物候期及农艺性状 观察并记录各处理出苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期和成熟期[20-22]。刈割时各品种每个重复小区依次取10株测定株高、节间数、茎粗、主茎叶片数、全株叶片数、单株重、单株叶重、单株茎重和分蘖数等[20-22]。

1.4.2产草量测定 单位面积土地上所收获的地上部分生物量为产草量，以鲜草和干物质重量为产草量指标。田间整株取样称鲜重后，切短至10～20 cm，用自封袋密封后送实验室测定水分(105 ℃恒重法)[23]，再用测定的水分含量和鲜草产量计算得出干物质产量。每处理各小区均采用全小区测产，2014年于10月14日(播后168 d)刈割，2015年于9月17日(播后147 d)刈割，平均留茬高度约为10 cm。

1.4.3土壤理化性状的测定 深翻整地施肥后，播前按多点混合法采集0-20和20-40 cm土层土样，3次重复。采回的土样经过风干、磨细、过筛、混合的制备过程，装袋待测。土壤有机质采用重铬酸钾硫酸氧化-外加热法测定；pH采用电极法，使用pHS-25型酸度计测定；全盐量采用电导率法，使用DDS-12A数显电导率仪测定；碱解氮采用碱解扩散法，使用28YX-500型电热恒温培养箱测定；有效磷采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法，使用Cary50紫外可见分光光度计测定；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度法，使用Sherwood M400火焰光度计测定。以上土壤理化性质的测定均根据《土壤农化分析》[24]的规程进行。

1.5 数据处理

采用Excel 2007进行数据处理和制作图表，DPS v7.55统计软件进行方差分析[25]。将品种和种植密度作为影响所测指标的两个因素，采用双因素方差分析法揭示品种和种植密度交互作用对光敏型高丹草的生长特性和产草量的影响，并运用最小显著差数法(LSD)比较不同处理的显著性差异。

2 结果与分析

2.1 物候期观察

各处理物候期观察结果表明，品种间从孕穗期开始后生育进程差异明显，种植密度对两品种的生育进程无影响(表2)。从播种到收获的天数2014年为168 d，2015年为147 d。2014年收获时两品种各处理均达到乳熟期且叶片青绿；2015年收获时各处理“海牛”均处乳熟期，“大卡”均处抽穗期，且两品种均叶片青绿。从品种间来看，同一年份两品种在拔节期以前各生育期均相近，从孕穗期开始“海牛”较“大卡”有所提前，其中2014年“海牛”较“大卡”的孕穗期、抽穗期、开花期和乳熟期，分别提前29、29、14和14 d；2015年“海牛”较“大卡”的孕穗期和抽穗期，分别提前26～29和19～21 d，连续两年两品种均表现出光敏型高粱的特征，且“大卡”对光周期的敏感性强于“海牛”。两品种在同一年份里种植密度间各处理生长进程基本一致。

2.2 主要农艺性状

各处理主要农艺性状品种间两年的茎粗、分蘖数和全株叶片数均差异极显著(P<0.01)，单株叶重差异显著(P<0.05)(表3、表4)；2015年株高、节间数和主茎叶片数差异极显著(P<0.01)。种植密度间两年的分蘖数、全株叶片数、单株鲜重、单株叶重和单株茎重差异极显著(P<0.01)，2014年茎粗差异极显著(P<0.01)，2015年节间数差异显著(P<0.05)。品种和密度互作在2014年对各主要农艺性状无显著性(P>0.05)影响；而在2015年对节间数影响极显著(P<0.01)，对主茎叶片数和分蘖数影响显著(P<0.05)，其他各农艺性状无显著性(P>0.05)影响。

2014年“大卡”的茎粗极显著(P<0.01)高于“海牛”，平均为17.73 mm，单株叶重显著(P<0.05)高于“海牛”，平均为325.62 g；“海牛”的分蘖数和全株叶片数极显著(P<0.01)高于“大卡”，平均分别为3.87个和46.96枚；其他性状间无显著性差异(P>0.05)，其中“大卡”株高、主茎叶片数、节间数、单株鲜重和单株茎重均高于“海牛”，分别为311.40 cm、13.64枚、12.58节、1 752.71和1 427.09 g。2015年“大卡”的株高、茎粗、主茎叶片数和节间数均极显著(P<0.01)高于“海牛”，分别为334.09、17.09 mm、15.00枚和13.87个；“大卡”单株鲜重、单株叶重和单株茎重高于“海牛”，分别为1 249.87、238.42和1 011.44 g，其中单株叶重差异显著(P<0.05)；“海牛”的分蘖数和全株叶片数极显著(P<0.01)高于“大卡”，分别为3.04个和46.07枚。以上可以看出，连续两年两品种间的主要农艺性状具有显著性差异(P<0.05)，其中“海牛”的分蘖数和全株叶片数均高于“大卡”，其他各性状均以“大卡”最高。

2014年种植密度间的茎粗、分蘖数、全株叶片数、节间数、单株鲜重、单株茎重和单株叶重均以5 P最高，平均分别为16.79 mm、4.2个、52.73枚、12.63节、2 399.70、1 976.87和422.83 g，高低依次均为5P>8P>11P，其中茎粗和分蘖数5P极显著(P<0.01)高于11P，显著(P<0.05)高于8P，分蘖数8P显著(P<0.05)高于11P；全株叶片数5P和8P极显著(P<0.01)高于11P，5P显著(P<0.05)高于8P；单株鲜重和单株茎重均在5P处理下极显著(P<0.01)高于其他两处理，8P显著(P<0.05)高于11P；单株叶重种植密度相互间差异均极显著(P<0.01)。株高和主茎叶片数均在8P处理下最高，为309.80 cm和14.20枚，两者种植密度相互间无显著性差异(P>0.05)。2015年种植密度间的茎粗、分蘖数、全株叶片数、节间数、单株鲜重、单株叶重和单株茎重均以5P处理下最高，分别为15.08 mm、3.20个、47.43枚、13.33节、1 446.20、278.80和1 167.40 g，高低依次均为5P>8P>11P，其中茎粗5P显著(P<0.05)高于11P；分蘖数、全株叶片数、单株鲜重、单株叶重和单株茎重均11P极显著〗(P<0.01)低于其他两处理，分蘖数5P显著高于(P<0.05)8P；节间数11P显著(P<0.05)低于其他两处理。株高和主茎叶片数以8P处理下最高、分别为324.43 cm和13.80枚，且各种植密度间无显著性差异(P>0.05)。以上可以看出，种植密度间农艺性状具有显著性差异(P<0.05)，连续两年的茎粗、分蘖数、全株叶片数、节间数、单株鲜重、单株叶重和单株茎重依次为5P>8P>11P；主茎叶片数依次为8P>11P>5P；株高2014年依次为8P>11P>5P、2015年依次为8P>5P>11P。

2014年品种×密度互作对两品种的各农艺性状效应不显著(P>0.05)，互作条件下，2015年两品种的分蘖数均在5P处理下最高，其中“海牛”在各处理下相互间差异极显著(P<0.01)；“大卡”11P极显著(P<0.01)低于5P，显著(P<0.05)低于8P。互作对“大卡”的主茎叶片数效应不显著(P>0.05)，以5P最高；“海牛”的主茎叶片数8P最高，且显著(P<0.05)高于5P。节间数“海牛” 8P显著(P<0.05)高于5P；“大卡” 5P极显著(P<0.01)高于11P，显著(P<0.05)高于8P，8P显著(P<0.05)高于11P。连续两年两品种的茎粗、分蘖数、全株叶片数、单株鲜重和单株叶重5P最高，主茎叶片数8P最高；节间数“海牛” 8P最高，而“大卡” 5P最高；单株茎重2014年两品种5P最高，2015年“海牛”最高、“大卡” 8P最高；株高2014年“海牛” 8P最高、“大卡” 5P最高，2015年两品种均8P最高。

2.3 产草量

品种间各处理草产量2014年鲜草产量差异不显著(P>0.05)，而干物质产量差异显著(P<0.05) (图2)；2015年鲜草产量差异极显著(P<0.01)，而干物质产量差异不显著(P>0.05)。种植密度间连续两年鲜草和干物质产量均无显著性差异(P>0.05)。品种×密度互作对2014年鲜草产量效应不显著(P>0.05)，对干物质产量效应显著(P<0.05)；对2015年鲜草和干物质产量效应均不显著(P>0.05)。

品种间两年“大卡”鲜草和干物质产量均高于“海牛”，其中2014年为132.82和56.27 t·hm-2，两品种间鲜草产量无显著性差异(P>0.05)，而干物质产量“大卡”显著(P<0.05)高于“海牛”；2015年为96.89和27.38 t·hm-2，其中鲜草产量差异极显著(P<0.01)，干物质产量无显著性差异(P>0.05)。

种植密度间连续2年鲜草和干物质产量相互间均无显著性差异(P>0.05)，其中鲜草产量依次为5P>8P>11P， 2014年5P为131.30 t·hm-2，2015年为95.69 t·hm-2。2014年干物质产量11P最高，平均为53.42 t·hm-2，依次为11P>8P>5P；2015年干物质产量8P最高，为27.57 t·hm-2，依次为8P>5P>11P。

品种×密度互作对2014年“海牛”的鲜草和干物质产量均无显著性影响(P>0.05)，且均以5P最高；而“大卡”鲜草和干物质产量均以11P最高，鲜草产量在种植密度间无显著性差异(P>0.05)，而干物质产量11P和8P显著(P<0.05)高于5P。互作对2015年两品种鲜草和干物质产量效应均不显著(P>0.05)；其中两品种鲜草产量以5P最高；“海牛”的干物质产量以5P最高，而“大卡”的干物质产量以8P最高。

综上，丰水年2014年互作对两品种的干物质产量效应明显，“海牛”适宜种植密度为5P；“大卡”适宜种植密度为11P。干旱年2015年互作对两品种鲜草和干物质产量效应均不显著(P>0.05)；“海牛”鲜草产量和干物质产量5P最佳；“大卡”鲜草产量5P最高，而干物质产量8P最高。

品种对鲜草和干物质产量均有显著(P<0.05)的影响，种植密度对鲜草和干物质产量均无显著性差异(P>0.05)，互作对鲜草产量无显著性差异(P>0.05)，而对干物质产量影响极显著(P<0.01)。“大卡”的鲜草和干物质产量均显著(P<0.05)高于“海牛”，分别为114.85和41.83 t·hm-2；鲜草和干物质产量在三个种植密度下相互间均无显著性差异(P>0.05)，其中鲜草产量依次为5P>8P>11P，而干物质产量依次为11P>8P>5P。互作对两品种的效应显著(P<0.05)，“海牛”的鲜草和干物质产量5P最高，而“大卡”的鲜草8P最高、干物质产量11P最高。

3 讨论

3.1 物候期观测及农艺性状比较

植物生长发育受营养和水分吸收直接影响，在不同种植密度条件下，对高粱群体养分、水分、二氧化碳、光照和叶绿素含量等因素都有影响，进而影响到高粱的生长发育，因此导致不同种植密度高粱在株高、茎粗和单株重等主要农艺性状方面会有较大差异[10,26]。本研究表明，种植密度对两品种的生育期均无影响；连续两年两品种间的主要农艺性状具有显著性差异(P<0.05)，这与前人的研究[4,27]结果一致，且两年“海牛”的分蘖数和全株叶片数均高于“大卡”，其他各性状均以“大卡”最高。不同研究者在对不同类型高粱密度的研究均表明，随着种植密度的加大，茎粗逐渐减小，分蘖数表现出递减的趋势[13,19,28-31]；也有报道称，随着种植密度的增加，茎粗呈先增加后减少的趋势[14]；王晓武等[10]研究表明，甜高粱茎粗、节数、分蘖数和叶片数等农艺性状在高密度时均低于低密度时；这与本研究的结果一致，本研究表明，种植连续两年两品种的茎粗、分蘖数、全株叶片数、节间数、单株鲜重、单株茎重和单株叶重均随种植密度的加大而减小，呈负相关关系。随着种植密度的加大，汪由等[19]和王劲松等[28]人研究表明，高粱株高逐渐增大；而曹雄等[13]研究表明，高粱株高呈下降的趋势；周棱波等[14]表明，高粱株高呈先增加后减少的趋势；刘贵锋等[31]研究表明，株高无显著变化；本研究连续两年的结果表明，株高在8.33万～16.67万穴·hm-2的种植密度范围内，两年均以12.50万穴·hm-2最高，且两年的表现趋势也不一致；这可能与当地的气候、降水和种植品种等有一定的关系，还需要进一步研究探讨。本研究还表明，2014年品种和种植密度互作对各主要农艺性状无显著性(P>0.05)影响；而2015年互作对节间数影响极显著(P<0.01)，对主茎叶片数和分蘖数影响显著(P<0.05)，对其他各农艺性状无显著性(P>0.05)影响。

3.2 产草量的比较

作物产量的形成是不同生态因素综合作用的结果[32]，高粱产量形成受到诸如品种、气候、栽培措施等多种因素的影响。在一定环境下，种植密度是影响作物生产最重要的因素之一，适宜的密度是作物实现高产的必要条件[31]。从品种间的产草量来看，两年的“大卡”鲜草和干物质产量均高于“海牛”，这是因为“大卡”的生育期较“海牛”的略长，表明晚熟型品种的产草量要高于早熟型品种[4]。从种植密度间的产草量分析来看，两年的鲜草和干物质产量在8.33万～16.67万穴·hm-2的种植范围内相互间均无显著性差异(P>0.05)，其中鲜草产量均在8.33万穴·hm-2处理下最高，且呈现出随着密度的增加鲜草产量下降的趋势；干物质产量2014年16.67万穴·hm-2处理最高、2015年12.50万穴·hm-2处理最高，且两年变化趋势不一致，2014年干物质产量排序为16.67万穴·hm-2>12.50万穴·hm-2>8.33万穴·hm-2；2015年干物质产量排序为12.50万穴·hm-2>8.33万穴·hm-2>16.67万穴·hm-2。李源等[16]和张华文等[33]研究表明，甜高粱茎秆产量和高丹草总草产量在低种植密度处理和高种植密度处理间无显著变化；这与本研究的结果一致，可能是由于其的分蘖特性导致了密度对产草量影响不显著，因为密度与分蘖呈负相关关系。王岩和黄瑞冬[12]、郭秀卿等[17]、郭会学等[34]研究表明，甜高粱在6.75万～14万株·hm-2范围内，随着密度的增大甜高粱鲜草产量呈增加趋势；这与本研究结果不一致，这可能与密度设置和种植品种等因素有关，还需要进一步研究。也有研究表明，产草量随种植密度增加到一定幅度后又随着密度的增加而下降[35]。本研究还表明，丰水的2014年互作对鲜草产量效应不显著(P>0.05)，对干物质产量效应显著(P<0.05)；干旱的2015年互作对两品种鲜草产量和干物质产量效应均不显著(P>0.05)。

4 结论

1)两品种在8.33～16.67万穴·hm-2的种植范围内，从孕穗期开始后生育进程差异明显，种植密度对两品种的生育进程无影响。

2)两品种的茎粗、分蘖数、全株叶片数、节间数、单株鲜重、单株叶重和单株茎重连续两年均随着密度的加大而减小，呈负相关关系；主茎叶片数随密度的增加呈先上升后下降的趋势；两年株高均在12.50万穴·hm-2处理最高，且两年变化规律不一致。

3)“大卡”鲜草和干物质产量连续两年均高于“海牛”；两年鲜草产量均在8.33万穴·hm-2处理下最高，且呈现出随密度增加鲜草产量下降的趋势；干物质产量丰水的2014年16.67万穴·hm-2处理最高、干旱的2015年12.50万穴·hm-2处理最高，且两年变化规律不一致。

4)综上所述，在本研究条件下，黄土高原雨养农业区采用全膜覆盖方式种植光敏型高丹草时，品种选择“大卡”，在有灌溉条件或降水较多的地区，以选择16.67万穴·hm-2种植为宜；而在降水较少且无灌溉条件的地区，以选择12.50万穴·hm-2种植为宜。

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