黄淮西部高粱籽粒产量与品质对气候生态条件的响应

2019-10-10屈洋张飞王可珍韩芳刘洋罗艳高小丽冯佰利卢峰

中国农业科学 2019年18期

屈洋，张飞，王可珍，韩芳，刘洋，罗艳，高小丽，冯佰利，卢峰

屈洋1,2，张飞1，王可珍2，韩芳3，刘洋2，罗艳4，高小丽4，冯佰利4，卢峰1

（1辽宁农业科学院高粱研究所，沈阳 110161；2宝鸡市农业科学研究院，陕西岐山 722499；3延安市农业科学研究所，陕西延安 716000；4西北农林科技大学农学院，陕西杨凌 712100）

研究黄淮西部高粱籽粒产量和品质对气候环境条件的响应，探讨气象因子与高粱产量和品质的关系，为黄淮西部高粱高产、优质、高效生产提供理论和技术参考。2017—2018年，以矮秆高粱品种辽杂37和中高秆品种辽杂19为试验材料，设S1（4月20日）、S2（4月30日）、S3（5月10日）、S4（5月20日）、S5（5月30日）和S6（6月10日）6个播期，3次重复，随机区组设计，测定不同播期条件下高粱籽粒产量和品质的变化，采用回归分析方法和灰色关联度分析方法，探究高粱籽粒产量和品质形成对气象因子的响应。年际间、播期间对2个高粱品种的籽粒产量影响差异极显著（＜0.01），年际与播期互作对辽杂37产量的影响差异显著（＜0.05），其对辽杂19产量的影响差异极显著（＜0.01）；随着播期的推迟，2个品种产量表现为先升高后降低的趋势，播期S4籽粒产量高于其他播期处理，其次是播期S5，播期S1产量最低，其2个品种S4的平均产量较S1和S5分别高56.20%和4.53%。不同播期对辽杂37和辽杂19的籽粒品质含量影响差异极显著（＜0.01），随着播期的推迟，籽粒蛋白质、淀粉和脂肪含量呈先升高后降低的趋势，播期S4籽粒蛋白质含量、淀粉含量和脂肪含量均较高，其2个品种的平均蛋白质、淀粉和脂肪含量分别为10.81%、79.96%和3.73%，而单宁含量呈现先降低后逐渐升高的趋势，播期S2 2个品种的平均单宁含量最低（0.13%），播期S1其次（0.19%），与含量最高的播期S6差值分别为0.33和0.27个百分点。生育期内气象因子均能影响高粱籽粒产量，辽杂37和辽杂19的籽粒产量对有效降雨（2=0.5910，2=0.5138）呈一次函数关系，且对有效积温（2=0.3458，2=0.4269）和日照时数（2=0.3247，2=0.3464）的反应呈二次函数关系，但对日均温度的反应辽杂37呈一次函数关系（2=0.6636）和辽杂19呈二次函数关系（2=0.3507）；不同气象因子对辽杂37和辽杂19的产量影响顺序一致，其中有效降雨优势最大（GRA=0.389），有效积温其次（GRA=0.322），日均温度再次（GRA=0.312），日照时数最后（GRA=0.265）。生育期内气象因子对高粱籽粒的蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量和单宁含量均有影响，2个品种籽粒品质对气象因子的反应存在差异，且对辽杂37的籽粒蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量、单宁含量影响最大的气象因子分别为有效降雨（GRA=0.646）、有效积温（GRA=0.587）、有效降雨（GRA=0.456）和日均温度（GRA=0.269），而对辽杂19的籽粒蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量、单宁含量影响最大的气象因子均为日均温度，其关联系数分别为0.660、0.791、0.554和0.241。适期播种是高粱产量和籽粒品质形成的关键，适当推迟播期可减少花期热害和成熟期阴雨，有利于产量和品质的形成；生育期内气象因子影响高粱籽粒产量和品质形成，其效应可能大于品种本身。

高粱；播期；产量；品质；气象因子

0 引言

【研究意义】黄淮西部农作区包括陕西关中、晋西南、甘肃南部等地区，属暖温带半湿润气候，温热多雨、炎热干燥交替出现，气候变化敏感。高粱，尤其是粒用高粱是酿酒的重要原料[1]，是该区域重要的经济作物，在农业产业结构调整和区域特色农业发展具有重要地位。近些年，气候暖化[2-3]，高粱生长季节高温、干旱频发成为影响高粱产量和品质形成的重要因素。因此，了解气象因子对高粱产量和品质的影响，通过调节播期等栽培方式使气象因素有效促进高粱的生长和发育，从而促进产量和品质的形成，对实现高粱的高效生产显得尤为重要。【前人研究进展】气象因子，包括有效积温、日均温度、日照时数等直接作用于作物的生长，影响作物的生长和发育[4-5]。高粱的产量和品质形成不仅取决于品种特性，而且受到环境因子和栽培措施的影响[6-7]。当栽培措施一致时，环境因子作为重要的外部因素直接影响高粱的产量和品质。充足的日照有利于高粱的生长发育，而8月、9月降雨过多和7月、9月日均温度过高对产量有不利影响[8]；降水量、昼夜温差对甜高粱产量和品质相关性明显[9-10]；有效积温、日照时数、有效降水对高粱产量的影响均处于显著水平，有效降水和日照时数与单宁含量呈负相关，但是蛋白质含量与气象因子无显著相关性[11]。环境因子影响高粱的产量和品质[12-14]，分期播种作为研究环境因子对作物产量和品质影响的重要方式被国内外学者广泛采用[15-18]。研究表明，适期播种可以提高高粱产量，且有效积温、有效降水对高粱产量的影响呈正相关[19-20]；适期晚播可以有效增加高粱淀粉含量，提高高粱品质，其生育期内日均温度对淀粉的积累具有重要影响[21]，同时不同的播期对高粱的粗蛋白、粗脂肪、粗纤维、单宁、含糖量均有一定的影响[10,22]，且温度对甜高粱糖分的积累具有显著效应，并与甜高粱的叶片光合特性呈显著正相关[23]。【本研究切入点】高产和优质是高粱高效生产的核心[24]，通过播期调节可有效规避气象灾害造成产量降低和品质下降[25]。目前，高粱籽粒产量和品质的研究多集中在播期、肥料、种植模式等单因素或者多因素协同影响[26-27]，而在气候生态条件下高粱籽粒产量和品质的变化研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究选择矮秆高粱品种辽杂37和中高秆高粱品种辽杂19为试验材料，通过分期播种探索气候生态条件对不同高粱品种产量和品质的影响，揭示该地区限制高粱产量和品质形成的主要气象因子，为黄淮西部高粱高产、优质、高效生产提供理论和技术参考。

1 材料与方法

1.1 试验处理与设计

试验于2017—2018年在宝鸡市农业科学研究院刘家塬试验基地进行（34°27’N，107°39’E，海拔高度669.6 m），选用来自辽宁省农业科学院高粱研究所的杂交高粱品种辽杂37（LZ37）和辽杂19（LZ19）作为参试材料，设S1（4月20日）、S2（4月30日）、S3（5月10日）、S4（5月20日）、S5（5月30日）和S6（6月10日）6个播期，种植密度为12.0万株/hm2，随机区组设计，3次重复，小区面积18 m2（5 m×3.6 m），行距60 cm，6行区。结合整地施足基肥（N﹕P2O5﹕K2O=15﹕15﹕15），施肥量为375 kg·hm-2，并精选种子，足墒播种。出苗后及时定苗至设计密度，苗期用吡虫啉喷雾防治蚜虫，并于大喇叭口期用辛硫磷颗粒剂丢心防治蛀食性害虫。整个生育期遇旱及时灌溉，其他栽培管理等同于大田。

1.2 生育期与气象条件

试验期间气象条件和不同播期高粱生育进程分别见图1和图2。

1.3 调查项目与方法

1.3.1 高粱产量 S1—S6成熟后及时收获（穗下部籽粒变硬，挤压没有乳状物流出），全区收获计产。

1.3.2 生育时期生育期间记录播种、出苗、开花、成熟的日期。

1.3.3 高粱品质不同播期高粱籽粒的蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量和单宁含量采用多功能全光谱近红外光谱分析仪（DA7250）进行测定，随机选取3次定量样品（小样品盘44 cm2），取平均值。

1.3.4 气象数据日最高气温、日最低气温、日均温度、有效降雨、日照时数等气象数据来自岐山县气象局。生育期内有效积温（growing-degree days，GDD）采用以下公式计算[28]：

式中，为生育期内某个时间段，是从播种到成熟的天数；max和min为第天的日最高温度和日最低温度，高粱生理基础温度base=10℃，高粱生理上限温度ut=30℃；当min＜base时，min=base；当max＞ut时，max=ut。

1.3.5 灰色关联度分析依据温丹苹等[29]和林志宇等[30]的分析步骤对高粱生育期内有效降雨、有效积温、日均温度、日照时数与高粱籽粒产量和品质进行灰色关联度分析。

1.3.6 数据统计与分析采用Microsoft Excel 2010软件整理数据、作图、计算平均值等数据，用SPSS 20.0软件进行方差分析和回归分析，并用Duncan法进行多重比较，用DPS 7.05软件进行灰色关联度分析。

ADT：日均温度；DEP：日有效降水量。下同 ADT: average daily temperature; DEP: daily effective precipitation. the same as below

2 结果

2.1 播期对高粱产量的影响

年际间播期对高粱的产量有重要影响（表1）。随着播期的推迟，高粱产量逐渐升高，在S4播期时籽粒产量达到最大，从S5开始籽粒产量开始下降，不同高粱品种籽粒产量变化的趋势基本一致。辽杂37籽粒产量在2017年的变化幅度为4 689.38—6 058.58 kg·hm-2，2018年为6 456.15—7 365.80 kg·hm-2，年均变化幅度为5 572.77—6 712.19 kg·hm-2；辽杂19籽粒产量2017年变化幅度为5 221.13—8 050.32 kg·hm-2，2018年为6 873.10—8 265.40 kg·hm-2，年均变化幅度为6 047.12—8 157.86 kg·hm-2。年际间不同播期高粱籽粒产量存在差异（＜0.01），辽杂37不同播期的平均产量为5 356.38（2017年）和6 926.04 kg·hm-2（2018年），较2017年增加29.30%；辽杂19不同播期的平均产量为6 449.21（2017年）和7 520.79 kg·hm-2（2018年），较2017年增加16.62%。年份×播期的互作也达到显著水平（＜0.05辽杂37；＜0.01，辽杂19）。

表1 2017—2018年际间不同处理不同品种高粱的籽粒产量

不同字母表示在＜0.05水平差异显著。**表示差异在0.01水平显著，*表示差异在0.05水平显著。下同

Values followed by different letters are significantly different among sowing dates at the 0.05 probability level. ** means significant difference at the 0.01 probability level, and * means significant difference at the 0.05 probability level. the same as below

2.2 播期对高粱籽粒品质的影响

播期和年际对辽杂37和辽杂19的籽粒蛋白质、淀粉、脂肪、单宁含量具有重要影响（表2）。不同播期条件下，辽杂37和辽杂19籽粒蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量和单宁含量差异均达到极显著水平（＜0.01），随着播期的推迟，蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量呈先升高后降低的趋势，而单宁含量呈先降低后升高的趋势，其中播期S4籽粒蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量最高，播期S2籽粒单宁含量最低，2个品种籽粒品质变化趋势一致；年份间，辽杂37和辽杂19的籽粒蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量和单宁含量差异显著，2018年辽杂37和辽杂19不同播期籽粒平均蛋白质含量（10.95%，9.08%）、平均淀粉含量（77.42%，77.06%）、平均脂肪含量（2.88%，3.73%）和平均单宁含量（0.25%，0.36%）较2017年的籽粒平均蛋白质含量分别高5.09%和5.21%、平均淀粉含量分别高4.86%和4.87%、平均脂肪含量分别高6.27%和4.19%、平均单宁含量分别高8.70%和9.09%；在年份×播期的互作水平上，辽杂37和辽杂19的籽粒品质指标达到显著水平（＜0.05），其中，辽杂19的籽粒单宁含量在互作水平上差异达到极显著（＜0.01）。

2.3 生育期间气候因子对高粱产量的影响

高粱生育期间主要气象因子对产量的影响见图3。图3-A表示高粱生育期间有效降雨对辽杂37和辽杂19籽粒产量的影响呈线性关系，随着有效降雨的增加，辽杂37和辽杂19的产量呈上升趋势（＜0.01）；有效积温对高粱产量的影响呈先升高后降低的趋势（辽杂37，＜0.05；辽杂19，＜0.01），2个高粱品种表现趋势一致，但辽杂37（1 468.2℃）对有效积温的敏感程度要高于辽杂19（1 602.08℃）（图3-B）；日均温度对2个高粱品种的籽粒产量影响差异明显，随着日均温度的升高，辽杂37的产量呈先升高后降低的趋势（＜0.05），但是辽杂19的产量呈升高趋势（＜0.01），品种之间对日均温度的反应差异明显（图3-C）；辽杂37和辽杂19的籽粒产量对日照时数的反应趋势一致，呈先升高后降低的二次函数关系（＜0.05），2个品种对日照时数的敏感程度较为接近（辽杂37：601.91 h；辽杂19：677.19 h）。多元回归分析显示，辽杂37和辽杂19的籽粒产量和主要气象因子的回归方程分别为=12259.31+5.151- 19.232+435.233+29.054（2=0.89，=11.60，=0.0033*；式中，1为日照时数，2为有效积温，3为日均温度，4为有效降雨，下同）和=-63756.2-0.18051+ 1.13782+ 26073+17.544（2=0.94，=22.37，=0.0004**），方程达到极显著水平（＜0.01）。对气象因子与产量进行灰色关联度分析（图4），辽杂37和辽杂19生育期间的气象因子与籽粒产量的灰色关联系数顺序均为有效降雨＞有效积温＞日均积温＞日照时数（最大差值△max=0.41，最大差值△max=0.47），2个品种生育期间的主要气象因子对籽粒产量形成的作用顺序一致，有效降雨与籽粒产量的关联系数最大。

表2 2017—2018年际间不同播期不同品种高粱的籽粒品质

2.4 生育期间气象因子对高粱籽粒品质的影响

2.4.1 对高粱籽粒蛋白质的影响有效降雨对高粱籽粒蛋白质含量存在影响，随着有效降雨的增加，辽杂37的籽粒蛋白质含量先降低后升高（＜0.01），而辽杂19的籽粒蛋白质含量先升高后降低（＜0.01），2个品种籽粒蛋白质含量对有效降雨的响应存在差异（图5-A）；有效积温对高粱籽粒蛋白质含量影响呈二次函数关系，随着有效积温的升高，辽杂37和辽杂19的籽粒蛋白质含量先升高后降低（辽杂37，＜0.01；辽杂19，＜0.05），辽杂37的籽粒蛋白质含量的高点出现在有效积温为1 500℃附近，而辽杂19的籽粒蛋白质含量高点出现在有效积温为1 600℃附近（图5-B）；日均温度对高粱籽粒蛋白质影响存在差异，随着日均温度的升高，辽杂37的籽粒蛋白质含量先升高后降低（＜0.05），而辽杂19的籽粒蛋白含量呈直线上升（＜0.01），2个品种籽粒蛋白质含量对日均温度的反应差异明显（图5-C）；随着日照时数的增加，辽杂37和辽杂19的籽粒蛋白含量均呈先升高后降低的二次函数关系（辽杂37，＜0.01；辽杂19，＜0.05），2个品种的籽粒蛋白质含量高点均出现在650 h附近（图5-D）。多元回归分析显示，辽杂37和辽杂19的籽粒蛋白质含量和主要气象因子的回归方程分别为=-9.17+0.011-0.00392+0.553+ 0.024（2=0.85，=8.20，=0.0089**）和=-63.80- 0.00111+0.00512+2.58913+0.00634（2=0.90，=12.11，=0.0029**），方程达到极显著水平（＜0.01）。灰色关联分析表明（图6），辽杂37和辽杂19生育期间的气象因子与籽粒蛋白质含量的灰色关联系数顺序分别为有效降雨＞有效积温＞日均积温＞日照时数（最大差值△max=0.61）和日均温度＞有效积温＞有效降雨＞日照时数（最大差值△max=0.92），2个品种生育期间的主要气象因子对籽粒蛋白质含量形成存在差异，与辽杂37和辽杂19籽粒蛋白质含量关联系数最大的气象因子是有效降雨和日均温度。

EP：有效降雨量；GDD：有效积温；ADT：日均温度；DSD：日照时数。下同

图4 高粱籽粒产量与气象因子的灰色关联系数

2.4.2 对高粱籽粒淀粉的影响图7-A显示，随着有效降雨的增加，辽杂37和辽杂19的籽粒淀粉含量直线上升（＜0.05），且2个品种的籽粒淀粉含量的表现一致；有效积温的增加使辽杂37和辽杂19的籽粒淀粉含量呈先升高后降低的二次函数关系（＜0.05），辽杂37的籽粒淀粉含量最大值出现在有效积温为1 450℃左右，而辽杂19的籽粒淀粉含量最大值出现在1 600℃左右（图7-B）；图7-C显示随着日均温度的增加，辽杂37的籽粒淀粉含量呈先升高后降低的趋势（＜0.05），而辽杂19的籽粒淀粉含量逐渐升高（＜0.05）；日照时数对淀粉含量的积累存在影响，辽杂37和辽杂19的籽粒淀粉含量均呈先升高后降低的趋势（＜0.05），辽杂37对日照时数的反应更为敏感（图7-D）。多元回归分析显示，辽杂37和辽杂19的籽粒淀粉含量和主要气象因子的回归方程分别为22.480.014210.03722.8130.10344（2=0.67，=3.22，=0.0845）和-9.190.002610.003723.346130.03394（2=0.70，=3.60，=0.0671），方程均未达到显著水平。灰色关联分析表明（图8），辽杂37和辽杂19生育期间的气象因子与籽粒淀粉含量的灰色关联系数顺序分别为有效积温＞有效降雨＞日均积温＞日照时数（最大差值△max=0.56）和日均温度＞有效积温＞有效降雨＞日照时数（最大差值△max=0.86），2个品种生育期间的主要气象因子对籽粒淀粉含量形成存在差异，与辽杂37和辽杂19籽粒淀粉含量关联系数最大的气象因子为有效积温和日均温度。

图5 高粱籽粒蛋白质含量与有效降雨量（A）、有效积温（B）、日均温度（C）、日照时数（D）的关系

图6 高粱籽粒蛋白质含量与气象因子的灰色关联系数

图7 高粱籽粒淀粉含量与有效降雨量（A）、有效积温（B）、日均温度（C）、日照时数（D）的关系

图8 高粱籽粒淀粉含量与气象因子的灰色关联系数

2.4.3 对高粱籽粒脂肪的影响图9-A显示，随着有效降雨的增加，辽杂37和辽杂19的籽粒脂肪含量呈现不同的变化趋势，辽杂37呈先降低后升高的趋势（＜0.05），而辽杂19呈先升高后降低的趋势（<0.01）；有效积温对辽杂37和辽杂19的影响趋势基本一致，均呈先升高后降低的二次函数关系（＜0.05），辽杂19的籽粒脂肪积累量要优于辽杂37（图9-B）；图9-C显示，日均温度对辽杂37和辽杂19的籽粒脂肪含量均呈升高的线性关系（＜0.01），并随日均温度的升高脂肪含量逐渐上升；日照时数对脂肪含量也存在一定的影响，随着日照时数增加辽杂37和辽杂19的籽粒脂肪含量均呈先升高后降低的线性关系（＜0.05，图9-D）。多元回归分析显示，辽杂37和辽杂19的籽粒脂肪含量和主要气象因子的回归方程分别为-5.210.00110.006320.61330.00524（2=0.90，=12.94，=0.0024**）和-36.88- 0.000410.002721.460630.00264（2=0.95，=24.34，=0.0003**），方程均达到极显著水平（＜0.01）。灰色关联分析表明（图10），辽杂37和辽杂19生育期间的气象因子与籽粒脂肪含量的灰色关联系数顺序分别为有效降雨＞日均温度＞有效积温＞日照时数（最大差值△max=0.55）和日均温度＞有效积温＞有效降雨＞日照时数（最大差值△max=0.93），2个品种生育期间的主要气象因子对籽粒脂肪含量形成存在差异，与辽杂37和辽杂19籽粒脂肪含量关联系数最大的气象因子是有效降雨和日均温度。

2.4.4 对高粱籽粒单宁的影响图11-A显示，随着有效降雨的增加，辽杂37和辽杂19籽粒单宁含量呈现不同的变化趋势，辽杂37的籽粒单宁含量呈先降低后升高的趋势（＜0.05），辽杂19籽粒单宁含量呈先升高后降低的趋势（＜0.05）；随着有效积温的增加，辽杂37和辽杂19的籽粒单宁含量逐渐降低（辽杂37，＜0.05；辽杂19，＜0.01），且2个品种的籽粒单宁含量变化趋势一致（图11-B）；日均温度对高粱籽粒的单宁含量也存在影响（图11-C），随着日均温度的升高，辽杂37和辽杂19的籽粒单宁含量均呈先升高后降低的趋势（＜0.05）；日照时数与籽粒单宁含量存在线性关系（图11-D），且随着日照时数的增加，辽杂37和辽杂19的籽粒单宁含量均降低（<0.01）。多元回归分析显示，辽杂37和辽杂19的籽粒单宁含量和主要气象因子的回归方程分别为=0.1901-0.00041-0.00082+0.06083-0.00014（2= 0.87，=9.32，=0.0062**）和=-1.7269-0.00051- 0.00092+0.1683-0.00094（2=0.83，=6.97，= 0.0137*)，方程均达到显著水平。灰色关联分析表明（图12），辽杂37和辽杂19生育期间的气象因子与籽粒单宁含量的灰色关联系数顺序分别为日均温度＞有效降雨＞日照时数＞有效积温（最大差值△max= 0.63）和日均温度＞有效积温＞有效降雨＞日照时数（最大差值△max=1.02），2个品种生育期间的主要气象因子对籽粒单宁含量形成存在差异，日均温度对辽杂37和辽杂19籽粒单宁含量的关联系数最大。

图9 高粱籽粒脂肪含量与有效降雨量（A）、有效积温（B）、日均温度（C）、日照时数（D）的关系

图10 高粱籽粒脂肪含量与气象因子的灰色关联系数

图11 高粱籽粒单宁含量与有效降雨量（A）、有效积温（B）、日均温度（C）、日照时数（D）的关系

图12 高粱籽粒单宁含量与气象因子的灰色关联系数

3 讨论

3.1 播期对高粱籽粒产量和品质的影响

播期作为传统的种植技术，作用于作物生育期间的自然资源，并影响作物的产量和品质形成[31]。合适的播期是高粱产量和品质形成的关键因素之一[32]。本研究表明，S1—S6高粱播期均能使两个高粱品种正常成熟，说明黄淮西部具有较好的光热资源，同时随着播期的延后，高粱的产量高点出现在S4，低点出现在S1，这一结果与董世磊等[33]研究结果一致，但与石红梅[34]研究结果存在差异，可能原因是早播热量资源有限以及开花灌浆期高温导致产量降低。播期对作物籽粒蛋白质、脂肪、淀粉含量存在影响[35-36]。本研究表明，随着播期的延迟，高粱的籽粒蛋白质、淀粉、脂肪和单宁的含量出现变化，表明不同播期内气象因子量的变化影响高粱籽粒品质的形成，且蛋白质、淀粉、脂肪含量的变化趋势基本一致，这一结果与丛新军等[37]和张晶等[38]部分研究结果一致，而与单宁含量的变化存在较大差异，说明生育期内的光热资源对不同品质指标的作用机制存在不同，其作用机理还有待于进一步研究。

3.2 气候因子对高粱产量的响应

温度、降水、日照是影响作物生长发育最重要的气象因素，作物生育期内有效积温[39]、气温日较差[40]、日均温度[41]、有效降水[42]和日照时数[43]均能直接或者间接的影响作物产量的形成。本研究表明，生育期内有效降雨、日均温度、有效积温和日照时数均能影响高粱的产量形成，但不同的气象因子作用机制存在差异，有效积温、有效降雨和日照时数对2个高粱品种的作用机制基本一致，然而日均温度对2个高粱品种的作用机制存在差异，表明不同的高粱品种对气象因子的敏感程度和响应机制不同。气象因子与高粱籽粒产量的灰色关联分析表明，生育期内有效降雨是影响高粱产量的关键气象因子，且2个高粱品种产量对有效降雨的响应一致，这一结果与赵建武等[19]和高杰等[44]的研究结果基本一致，说明黄淮西部高粱生产主要通过有效降雨影响高粱的生长发育，进而调控其他气象因子影响籽粒灌浆和干物质生产并最终影响产量，但与杨琳等[45]研究结果存在一定的差异，说明气候条件不同可能导致气象因子对高粱籽粒产量的响应存在差异，这一差异为高粱在不同气候条件下的高效生产提供了研究方向。

3.3 气候因子对高粱品质的响应

高粱富含淀粉、脂肪、蛋白质、单宁，在食用、饲用、酿造中具有重要地位[46]，然而环境因素对高粱品质指标的形成具有一定的影响[47]，不同的环境条件下高粱的蛋白质、淀粉、脂肪、单宁均表现出一定的变异水平[48]。本研究表明，高粱籽粒的蛋白质、淀粉、脂肪、单宁含量在不同的气象因子作用下均表现出一定的差异，但不同的气象因子对品质的作用机制存在差异，日照时数和有效积温对2个品种的蛋白质含量的作用机制基本一致，而日均温度和有效降雨则存在不同；有效降雨、有效积温、日照时数对2个品种的淀粉含量作用机制基本一致，而日均温度则不同；有效积温、日均温度、日照时数对2个品种的脂肪含量和单宁含量作用机制基本一致，而有效降雨则不同，说明气象因子对高粱籽粒品质形成的作用机制与品种的光温反应存在一定的关系，且高粱品质的形成是环境因子与品种特性之间共同作用的结果，进一步的年际间高粱品质指标变化存在差异，且这种差异是显著的，说明环境因子的效应可能大于品种本身的影响。气象因子与高粱籽粒品质的灰色关联分析表明，生育期内对辽杂37的籽粒蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量、单宁含量影响最大的气象因子分别为有效降雨、有效积温、有效降雨和日均温度，而生育期内对辽杂19的籽粒蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量、单宁含量影响最大的气象因子均为日均温度，说明高粱籽粒品质的形成受到气象因子的影响，且不同高粱品种品质形成与气象因子的作用机制存在差异，这一结果可能为专用型高粱生产的环境选择[49]，高粱粒用、饲用品质形成的内在机制和外在条件协同[50-51]、以及高粱育种方向的选择[52]提供可利用研究途径和依据。

4 结论

适宜播期是黄淮西部高粱实现高产的有效途径，5月20日左右播种可使高粱生长期间有效的趋利避害，实现较高的生产潜力；生育期间的有效降雨是影响高粱产量形成的关键因子；高粱籽粒的品质形成受到气象因子影响较大，且不同品种品质形成与气象因子的作用机制存在差异。

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Response of Sorghum ((L.) Moench) Yield and Quality to Climatic and Ecological Conditions on the West Yellow-Huaihe-Haihe Rivers Plain

Qu Yang1,2, Zhang Fei1, Wang Kezhen2, HAN Fang3, Liu Yang2, Luo Yan4, GAO XiaoLi4FENG Baili4, Lu Feng1

(1Sorghum Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161;2Baoji Institute of Agricultural Science, Qishan 722499, Shaanxi;3Yanan Institute of Agricultural Science, Yanan 716000, Shaanxi;4College of Agronomy, Northwest A & F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【】The objective of this study is to understand the relationship between sorghum yield, quality and climatic factor based on the effect of sorghum yield and quality on different environments.【】Sorghum varieties of Liaoza 37 with dwarf height and Liaoza 19 with middle-high height were used as tested materials. Sorghum yield, quality, and climatic factors were measured to explore their relationships by using regression analysis method and grey relational analysis method with different sowing dates (S1: 20 April, S2: 30 April, S3: 10 May, S4: 20 May, S5: 30 May, and S6:10 June). Moreover, the test was designed by randomized block with three repetitions. 【】A significant difference was found in sorghum yield due to different growing seasons and sowing dates (＜0.01). For interaction effect of sowing date and growing seasons, the differences of Liaoza 37 and Liaoza 19 were significant (＜0.05,＜0.01, respectively). The variation that were yield of Liaoza 37 and Liaoza 19 increased firstly then decreased with sowing date postponing, S4 yield was the highest than that of others, and then S5, S1 was last. Average yields of Liaoza 37 and Liaoza 19 from S4 increased by 56.20% and 4.53% than those of S5 and S1. Significant differences of Liaoza 37 and Liaoza 19 were found in contents of quality due to different sowing dates (＜0.01), and the variation that was contents of protein, fat, and starch increased firstly then decreased with sowing date postponing, average contents of protein, fat, and starch from S4 with 10.81%, 79.96%, and 3.73% were the highest than those of others. However, tannin content was firstly decreased then increased, two low contents with 0.13% and 0.19% were found on S2 and S1, and difference values of 0.33 and 0.27 were existed between S2, S1, and S6 with the highest content of tannin. Sorghum yield was affected by climatic factors. A linear function was found between yields of Liaoza 37, Liaoza 19 and effective precipitation (2=0.5910,2=0.5138), quadratic function existed between effective temperature (2=0.3458,2=0.4269), daily sunshine duration (2=0.3247,2=0.3464), and yields of Liaoza37, Liaoza 19. Moreover, responses of average daily temperature on yields of Liaoza 37 and Liaoza 19 were linear function (2=0.6636) and quadratic function (2=0.3507), respectively. The effective precipitation with the highest grey relation coefficient (0.389) was a key factor for yield development of Liaoza 37 and Liaoza19, and effective temperature (0.322), average dairy temperature (0.312), and daily sunshine duration (0.265) were ordinal. Climatic factors had effect on the contents of protein, fat, starch, and tannin, and responses of the quality from Liaoza 37 and Liaoza 19 on climatic factors were different. The effective precipitation, the effective temperature, the effective precipitation, and average dairy temperature with the highest grey relation coefficients of 0.646, 0.587, 0.458, and 0.269 had important effect on development of protein, starch, fat, and tannin in Liaoza 37, respectively. Moreover, average dairy temperature with the highest grey relation coefficients of 0.660, 0.791, 0.554, and 0.241 had important effect on development of protein, starch, fat, and tannin in Liaoza 19, respectively. 【】 The suitable sowing date was a key factor for growth and development of sorghum, and the fit postponed sowing date was good for yield and quality development due to avoiding heat damage in anthesis and rainy in mature period. Yield and quality of sorghum were affected by climatic factors, and they may play more important role on yield and quality development of sorghum than that of variety.

sorghum; sowing date; yield; quality; climatic factors

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.18.016