10个高粱属品种在宁夏引黄灌区的适应性

梁丹妮，靳巧红，李明雨，魏晓艳，谢应忠,2，伏兵哲,2，兰 剑,2

（1. 宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2. 宁夏大学西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，宁夏 银川 750021）

优质饲草是发展畜牧业的关键物质基础之一，在畜牧业饲料供给中起着决定性的作用，世界各国都十分重视高品质饲草新品种(系)的选育和引进工作[1-2]。近几年随着我国种植业结构的调整，畜牧业发展迅速，对优质饲草料的需求量日渐增长，然而国内面临的现状是优质高产的饲草严重短缺。目前，苜蓿(Medicago sativa)、燕麦(Avena sativa)、青贮玉米(Zea mays)和高粱属(Sorghum)的几种牧草是我国主要饲草。其中，高粱是世界第五大粮食作物，同时又是一种优质的饲料作物，在干旱和半干旱地区，高粱作为优质饲草起着举足轻重的作用。高粱属隶属于禾本科(Gramineae)高粱族(Andropogoneae)，主要分布于温带和亚热带地区，大多数为短日照C4植物，光合效率相比C3植物高，因此在一定时间同等种植面积的条件下，无论是生物产量还是经济价值均远比其他牧草高[3]，对发展畜牧业意义深远。近年来，国内外学者对高粱属牧草关于灌溉和施肥对生产性能[4]的影响、刈割对不同品种及农艺性状的影响[5]、不同时期生理生化[6]、品质性状遗传多样性[7]等方面做了大量的研究，主要集中于甜高粱和苏丹草。关于高粱属不同种质资源在不同地区的适应性也已有大量的研究，王继师等[7]在新疆干旱区对24个国内外高粱品种45个农艺性状和品质性状遗传多样性进行了分析，王赟文等[8]曾评价了甘肃张掖9个苏丹草品种的生产性能，Bassam和Jakob[9]在欧洲地区对甜高粱的生产性能、营养价值进行了连续10年的观测试验，发现其适宜作为能源作物在欧洲地区广泛推广栽培。

关于高粱属牧草在宁夏引黄灌区适应性引种试验的研究相对较少。随着宁夏地区乃至全国种植结构的转变，优质牧草短缺，然而异地购买高产优质牧草在当地饲养家畜势必会增加饲养成本，所以优质高产的高粱属牧草品种在宁夏引黄灌区的适应性评价迫在眉睫。高粱属作物作为饲料作物，不仅要获得较高的干草产量，还要关注其品质及饲用价值，因此，不同品种的适应性就显得尤为重要。为此对10个不同高粱品种在宁夏引黄灌区的适应性进行研究，探讨不同品种的农艺性状、营养价值及茎秆抗倒伏性，确定适宜宁夏引黄灌区的高粱属牧草品种，以期为高粱属牧草在宁夏引黄灌区大面积推广应用提供可靠的科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验位于宁夏大学与宁夏农垦合作人才培养教学 基地，地理位置为 38°33' N，106°04' E，海拔1 110.5 m，地处银川平原引黄灌区中部。该地区年平均气温 8.4 ℃ 左右；年平均日照时数 2 800～3 100 h；年平均降水量180～210 mm，且分配不均，其中秋季7-9月降水量约占全年65%；年平均相对湿度62%左右，年平均蒸发量相当于年降水量的8倍；无霜期180 d左右。春季多风，土壤缺水是影响该地区农业生产上的一个主要因素。该区土壤为沙土，盐土也零星分布。土壤上层0-40 cm多为沙土，40 cm以下为砾石，土壤保水性差。试验基地土壤 (0-40 cm)基本情况：容重 1.07 g·cm-3，有机质含量 15.08 g·kg-1，速效氮含量 49.80 mg·kg-1，速效磷含量 19.21 mg·kg-1，速效钾含量 129.17 mg·kg-1，pH 8.10。

1.2 试验材料及试验设计

供试10个高粱属品种分别为斯威特、大奖2120、金冠、大奖2180、大奖3180、大奖1230、绿巨人、海牛、大力士和苏丹草3901(表1)。

试验采用随机区组设计，小区面积为6 m ×7 m，每个品种设3个小区重复。于2017年5月3日播种，人工开沟条播，行距50 cm，小区间距1.5 m，播种后按照每公顷12.5万株定苗，覆土3～5 cm，生育期人工除草3次，浇水4次，于试验地高粱植株80%达到拔节期时统一施中国石油天然气股份有限公司生产的尿素(总氮 ≥ 46.4%)750 kg·hm-2和云南三环中化化肥有限公司生产的磷 酸 二 铵 (总 养 分 N+P2O5≥ 64.0%) 300 kg·hm-2，全生长季施肥一次。

表1 试验材料及来源Table 1 Test materials and sources

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生育期

观测不同高粱品种的生育时期，并做好记录。包括播种期、出苗期、分蘖期、拔节期、抽穗期和完熟期。记录标准：10%～20%植株达到为初期，80%植株达到为盛期。

1.3.2 株高和茎粗

待齐苗后，在每小区长势均匀的部分随机选取30个单株，每隔10 d测定自然高度直至各品种完熟。于抽穗期每小区随机选取30株从地面向顶端数第4节处，用数显游标卡尺测量其茎粗(高粱的茎为椭圆形，本研究中测量其长轴记为茎粗)并记录，重复3次。

1.3.3 出苗率和分蘖能力

根据不同高粱品种生长情况，出苗后，每小区选取2 m样段，统计并记录样段内出苗数后折算为每公顷出苗数。分蘖后选取2 m样段统计分蘖数，重复3次，并折算出每公顷分蘖数。

1.3.4 茎秆糖锤度、叶绿素含量及营养成分

采用北京万成北增精密仪器有限公司生产的型号为WZ-103糖度折射仪(范围0～32%)，测量茎秆糖锤度。取茎秆第6节，剥去皮后，用手钳挤出汁液2～3滴，滴在测试仪器上，每小区选取10株，重复3次。

于高粱成熟期，采用手持叶绿素计(SPAD-502,Japan)测定叶片相对叶绿素含量，选取上、中、下3个不同叶位(高粱第3、6、9展开的叶片)，每叶片测定5个点并求平均值，每个叶位选取3张叶片测定求平均值。

取不同品种高粱孕穗期的单株进行营养成分的测定，待草样阴干后粉成草粉，采用近丹麦FOSS公司生产的FOSS DS2500红外仪对高粱全株干草的粉碎样品进行测定，测定指标包括干物质、灰分、脂肪、粗蛋白、木质素、可溶性碳水化合物、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、体外48 h干物质消化率、钙、磷等。

1.3.5 单株叶片数、鲜重、干重

待不同高粱属品种成熟后，每小区随机选取生长状况一致的3株齐地刈割后立刻称量单株鲜重，对其叶片数进行测量并记录，将茎和叶片人工分离分别称其鲜重，随后带回实验室，105 ℃杀青15 min，65 ℃烘干至恒重，即为干重，并计算出鲜干比和叶茎比。

1.3.6 抗倒伏性

抗倒伏系数的测量参考赵威军等[10]提出的方法。因高粱的根系发达，与土壤接触面大，且倒伏发生在地上部分，故未测定根量。具体方法为从地表割取植株，用卷尺测量主茎秆基部到穗顶部的距离(株高)，用游标卡尺测量主茎秆中部节间(从地面向上数起，第5节)的直径(茎粗)，用电子秤称量主茎秆(带叶、穗)的鲜重(G)，找到该主茎秆的平衡支点，测量主茎秆基部到平衡支点的距离(重心高度H)，并计算重心高度比例(重心高度/株高)。然后，将样株人工去叶、穗，测量基部第1-4节和第5-7节长度及其抗折力。抗折力(S)测定：将样株基部第1-4节或第5-7节置于两张试验台之间，在节长1/2处挂一个铁桶，缓慢向桶中倒入细沙，测定茎秆折断时的沙和铁桶的重量后转化为力的大小。茎秆机械强度(M)计算方法：抗折力(S)与节长1/2长度的乘积，即为单株茎秆可承受的最大力矩，代表茎秆机械强度。倒伏系数(LC)计算公式为LC = H × G/M。

1.4 数据处理

用Excel 2003初步整理原始数据，并用SPSS中的最小显著差数法(LSD)对各数据进行多重比较及主成分分析和隶属函数进行综合评价。

采用主成分分析对不同品种的营养指标进行分析，以特征值大于1为选择标准，得到可代表全部营养成分的4个因子的方差贡献率以及累积贡献率后计算出各因子得分，得分越高则表明营养价值较高。

不同品种的营养指标得分、1-4节抗倒伏系数、5-7节抗倒伏系数与综合营养价值均相关，特采用 Yij= (Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin) 进行计算不同品种各指标的隶属值，其中：Yij表示 i品种的j指标的隶属函数值; Xij表示 i品种的 j 指标的均值; Xjmax表示各品种 j指标均值的最大值; Xjmin表示各品种j指标均值的最小值。最后把各指标的隶属值累加并求平均数。平均数越大的表示综合适应性越好。

2 结果与分析

2.1 不同高粱品种生育期及农艺性状的比较

10个高粱品种在宁夏引黄灌区生长状况良好且均能成熟，但生育时期存在一定的差异(表2)，供试的10个品种在5月12日前后均可达到80%的出苗率，不同高粱品种的分蘖与拔节时期相差均在2 d左右，但达到抽穗期的时间相差较大，最早达到抽穗品种的日期为7月8日，最晚抽穗的为7月26日，相差18 d。10个高粱品种的生育期为113～125 d。

不同高粱品种，因其自身的遗传特性不同，农艺性状间亦存在差异(表3)。出苗数以大奖1230最高，显著高于大力士、大奖2120和大奖2180(P ＜0.05)，与其他各品种间差异不显著 (P ＞ 0.05)；分蘖数最高的品种为大奖3180，且与其他各品种间均存在显著差异(P＜0.05)。一般认为高粱茎秆的粗细与其单株的营养品质有直接关系，10个高粱品种茎秆茎粗均在10 mm以上，其中最粗的为大奖1230，达到19.68 mm，绿巨人次之，为18.94 mm，大奖3180茎粗最低，仅有11.22 mm；茎粗达到18 mm以上的几个品种与其他品种间均存在显著性差异(P＜0.05)。高粱叶片的营养成分决定着整株的营养价值，不同品种高粱单株叶片数不同，参试的10个高粱品种单株叶片数最高的是海牛，最低的为金冠，金冠显著低于海牛和苏丹草3901(P ＜0.05)，但与其他各品种间均无显著性差异(P ＞0.05)。参试品种株高在126.91～312.67 cm，以绿巨人最高，大奖2180最低，大奖2120、大力士和大奖1230之间无显著性差异(P ＞ 0.05)。干草产量最高的品种为海牛，达到 29.72 t·hm-2，比干草产量最低的斯威特高66.32%，且海牛与其他各品种之间均存在显著性差异(P＜0.05)。鲜干比以大奖2180最高，显著高于大奖3180和大奖1230 (P ＜0.05)，但与其他各品种间无显著性差异 (P ＞0.05)，大奖3180最低。叶茎比最高的为大奖2180，达到1.12，就叶茎比而言，品种大奖2180表现突出。

表2 10个高粱品种生育时期的统计Table 2 Comparison of growth periods of 10 sorghum varieties

2.2 不同高粱品种抗倒伏性的比较

本研究中针对抗到伏性参考赵威军等[10]的测定方法，测定的性状包括株高、茎粗、重心高度、重心高度比例、主茎秆鲜重、1-4节长度、1-4节抗折力、1-4节机械强度、1-4节倒伏系数、5-7节长度、5-7节抗折力、5-7节机械强度以及5-7节倒伏系数共13个农艺性状，1-4与5-7节倒伏系数排名居前4位的品种分别为大力士、大奖2180、海牛与绿巨人(表4)。

2.3 不同高粱品种营养价值间的比较

对不同品种高粱全株的营养成分进行分析，结果表明，不同品种间各营养成分差异较大(表5)。干物质含量以绿巨人最大，显著大于大奖2180、大奖3180(P＜0.05)，其他7个品种间均无显著性差异(P ＞ 0.05)；灰分大于7.19%的品种间无显著性差异 (P ＞ 0.05)， 灰 分 最 低 的 品 种 为 大 奖 1230， 仅4.73%；脂肪含量最高的品种为大奖2180(2.17%)，与大奖2120和大奖3180间无显著差异(P ＞ 0.05)，但与其他各品种间存在显著差异(P＜0.05)，全株粗蛋白含量最高的为大奖2180，达9.46%，除与金冠无显著性差异(P ＞ 0.05)外，与其他各品种间均存在显著差异(P＜0.05)；一般认为高粱木质素含量低的品质佳，本研究中大奖2120的木质素含量较低，仅为2.75%；可溶性碳水化合物含量最高的是大奖3180，大奖2120次之，绿巨人最低；酸性洗涤纤维含量最低的为大奖2180，中性洗涤纤维含量最低的品种是大奖2120；体外48 h干物质的消化率最高的为大奖2120，达到79.58%，与其他9个品种间均存在显著性差异；10个高粱品种的Ca和P含量均在0.2%左右，差异不大；糖锤度含量的高低受昼夜温差以及极端温差的影响较大，不同高粱品种因其自身遗传特性的差异导致茎秆糖锤度含量亦不同。不同高粱品种茎秆糖锤度差异显著 (P＜0.05)，变异范围在 5.6%～16.37%，茎秆糖锤度在10%以上的品种有5个，占参试品种的50%，其中最高的品种为大力士，斯威特次之，绿巨人最低。10个高粱品种的叶绿素含量最高的品种为大奖1230(51.95 SPAD)、最低的品种为绿巨人(26.97)，且与其他几个品种间均存在显著性差异 (P＜0.05)，叶绿素含量在 34～38 SPAD 的品种间均无显著性差异(P ＞ 0.05)。本研究中10个参试品种的相对牧草质量在75.00～154.33，相对牧草质量大于120的品种有2个，分别为大奖2120和大奖3180，在100～120的品种有4个，分别为苏丹草3901、海牛、金冠和大力士，其中大奖2120品种与其他各品种之间均存在显著性差异(P＜0.05)。

表4 不同高粱属品种的抗倒伏系数Table 4 Comparison of lodging coefficient of different sorghum varieties

对标准化后的营养成分数据进行Bartlett球型检验，卡方值为118.07，自由度为91，P为0.031，其结果表明数据适合进行主成分分析。从得到的规格化特征向量值、方差贡献率以及累积贡献率可知，特征值因子 1 ＞ 因子 2 ＞ 因子 3 ＞ 因子 4，且前4个因子的累计贡献值达到93.14%，可以代表原来的14个指标(表6)。与因子1相关性较高的指标有脂肪、木质素、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维、体外48 h干物质的消化率、相对牧草质量。与因子2相关性较高的指标有灰分、粗蛋白、可溶性碳水化合物、钙和磷。与因子3相关性较高的指标为干物质、糖锤度、叶绿素含量。与因子4相关性较高的指标为磷和糖锤度。

通过主成分分析得分矩阵得到前4个因子不同高粱品种的得分，然后由各因子得分和方差贡献值加权得到不同高粱品种营养成分得分(表7)，表现为大奖 2180 ＞ 大奖 2120 ＞ 金冠 ＞ 大奖 3180 ＞ 大力士 ＞ 苏丹草 3901 ＞ 斯威特 ＞ 海牛 ＞ 大奖 1230 ＞绿巨人。采用隶属函数对10个高粱属不同品种的1-4节抗倒伏系数、5-7节抗倒伏系数、营养成分和干草产量进行综合排序(表8)，结果表明，大奖2180居于首位，大力士次之，绿巨人位列第3，排名第4、5的品种分别为海牛和大奖2120。

3 讨论

3.1 不同高粱品种生育期及农艺性状的比较

高粱的生育时期受到光照、温度、水分、土壤状况以及自身遗传性状等因素的影响[11]，不同高粱品种在相同试验地的生育期存在差异。关于高粱属不同品种的生育时期在各地的表现略有差异，如在甘肃河西走廊中部，9个苏丹草的生育期在96～136 d[8]，在河北省海河低平原区不同品种褐色中脉高粱的生育期在94～128 d[12]，在印度西部45份高粱属不同品种的生育期在111～123 d[13]。本研究中10个不同高粱品种在宁夏引黄灌区均可成熟且生育期在113～125 d，晚熟品种生育期比甘肃地区早11 d，比河北地区早3 d。产草量是株高、分蘖数、生长速率、生物量等性状指标的综合体现，是衡量草地生产能力的重要指标[14]。禾本科牧草分蘖能力的强弱是高产的重要影响因素之一，不同高粱品种的分蘖数不同，供试的10个高粱分蘖数最多的品种是大奖3180，达到每公顷80.17万个，不同高粱品种的茎粗为15.01～24.00 mm，株高在224.00～360.10 cm，干草产量在 22.89～30.79 t·hm-2，就干草产量、茎粗与株高而言，本研究的最大值略低于在新疆地区的研究结果[15]；但干草产量高于以色列的试验结果 (13.3～14.7 t·hm-2)[16]；由于高粱茎秆的木质素含量较高，因此高粱的品质较大的程度上取决于单株叶茎比，本研究中大奖2180的叶茎比表现优异。

3.2 不同高粱品种抗倒伏性

准确评价不同高粱品种的抗倒伏性对于在该地的引种、栽培以及品种改良有重要意义。许多学者对不同高粱品种的抗倒伏性进行了研究和评价。Bashford等[17]依据造成倒伏所需力的大小对基因型进行抗倒性分级，其分级依据仅侧重于造成倒伏所需要力的大小。Esechi等[18]视倒伏程度的轻重，对高粱品系抗倒伏性采用分级制进行描述。孙守钧等[19]依据倒伏程度将不同高粱材料分为0～4级。倒伏系数关系到植株自身的特征(重心高度和主茎秆鲜重所形成的倒伏压力)和造成倒伏所需力，且倒伏系数和倒伏面积之间的相关关系可达极显著水平，倒伏系数在一定程度上可直接反映田间真实倒伏状况，与其相关的农艺性状可以准确测量[20]。本研究以1-4节和5-7节的抗倒伏系数为依据，排名前5的品种分别为大力士、大奖2180、海牛、绿巨人、大奖2120，此结果与大力士自身的遗传特性相关，大力士的茎粗和木质素含量在10个参试品种中含量相对较高，进而导致其具有较高的抗倒伏性。

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表6 各因子特征值和累计贡献率Table 6 Eigenvalues of each factor and cumulative contribution rate

表7 不同高粱品种营养价值综合评价Table 7 Comprehensive evaluation of nutritive value of different sorghum varieties

3.3 不同高粱品种营养成分与综合评价

关于不同高粱品种的营养价值大量学者在不同地区进行了研究，牧草营养品质很大程度上取决于粗蛋白和粗脂肪的含量，一般认为，粗脂肪含量低、粗蛋白含量较高的牧草，其饲用价值亦高[21-22]。许能祥等[5]认为叶茎比、茎粗与体外干物质消化率、粗蛋白含量和可溶性糖含量正相关，与中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量负相关。株高与体外干物质消化率负相关，与中性洗涤纤维含量正相关；廖祥龙等[23]在滇中地区的研究表明，品种26837的茎叶比、粗蛋白质含量及抗倒伏性均优于其他品种，且其酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量均较其他品种低，在该地区进行饲草生产具有很好的适应性和较高的品质；钱续等[24]在甘肃省榆中县对引自日本的饲用高粱营养成分分析表明，其全株主要营养成分与当地成熟期收获的普通高粱接近，总能约为当地高粱的2倍；与在日本种植至成熟期收获的全株营养成分相比，粗蛋白含量高59.91%，无氮浸出物含量高15.91%，粗纤维含量低20.14%，粗脂肪含量低72.52%。本研究结果表明，干物质与粗脂肪呈负相关关系，但与酸性洗涤纤维含量正相关；体外48 h干物质的消化率与酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维均呈负相关关系，本研究结果与崔凤娟等[25]研究结果相符；粗饲料相对质量指数 (relative forage quality, RFQ)与可溶性糖呈正相关关系，但与木质素和中性洗涤纤维呈负相关关系。甜高粱茎秆糖锤度与品种特性、收获时生育期密切相关，李春喜和冯海生[26]认为，9月中旬能完成抽穗的品种，茎秆糖锤度高，未进入到抽穗期的品种糖锤度低。在青海对不同高粱品种进行测试结果茎秆糖锤度最高的可达20.26%，大力士为10.16%，且显著低于其他供试品种，而大力士的茎秆糖锤度为16.37%，显著高于其他供试品种，进一步表明高粱茎秆糖锤度受气候以及地域的影响较大；叶绿素含量与营养价值密切相关，是反映高粱生长状况的重要指标之一，本研究中高粱品种的叶绿素含量在26.97～51.95，此结果与李勇进[11]的研究结果差异不大；10个不同品种的综合评价得分从高到低依次为大奖 2180 ＞ 大力士 ＞ 绿巨人 ＞ 海牛 ＞ 大奖 2120 ＞ 斯威特 ＞ 苏丹草 3901 ＞ 大奖 1230 ＞ 大奖 3180 ＞ 金冠，此结果与农艺性状大奖2180的叶茎比最大一致，进一步验证高粱全株品质取决于叶片量占全株的比例。

表8 不同品种营养成、抗倒伏系数和干草产量隶属函数值和排序Table 8 The subordinate function of nutrient contents, anti-lodging coefficient, and hay yield for different varieties and their ranking

4 结论

供试的10个高粱品种在宁夏引黄灌区生长状况良好且均能成熟，生育期为113～125 d；抗倒伏较强的5个品种分别为大力士、大奖2180、海牛、绿巨人和大奖2120；营养价值综合排名前5的品种是大奖2180、大奖2120、金冠、大奖3180、大力士。综合营养价值得分、干草产量与抗倒伏性，大奖2180、大力士、绿巨人、海牛、大奖2120建议在宁夏引黄灌区推广。