不同施肥量和种植密度对高丹草‘晋草4号’农艺性状和光合指数的影响

吕 鑫，平俊爱，杜志宏，李惠明，牛 皓，王玉斌，张福耀

（1山西省农业科学院高粱研究所，山西 晋中 030600；2高粱遗传与种质创新山西省重点实验室，山西 晋中 030600；3农业部黄土高原作物基因资源与种质创制重点实验室，太原 030031）

0 引言

高丹草[Sorghum bicolor(L.)Moench]作为一种一年生禾本科牧草，它具有高度的适应性、耐瘠性强、抗旱能力强、生长量大，生物产量高，品质好的特点，其茎叶品质比籽粒高粱和青刈玉米柔软，适口性好，再生能力强[1]。是种草还牧，减轻水土流失、水资源压力，改善生态环境的优势作物[2]。是解决中国各牧区走种草养畜，以牧为主，农林牧协调发展之路的优势草种[3]。而目前如何能找到一个合理施肥量和种植密度是高丹草的种植模式中急需解决的栽培技术。目前，中国人均耕地面积不断下降的情况下，增加高丹草生物产量等经济指标的主要途径就是提高单位面积的产出，而合理的种植密度和施肥水平是高丹草实现单产高产的重要前提[4]。

研究表明，密度和施肥量对于构建良好的群体冠层结构具有重要意义[5-8]。沈秀瑛等[9]研究表明，合理的密度和施肥量可以影响群体的光合效率，改善冠层结构，提高作物产量。前人多是针对玉米进行研究，而对适宜高丹草栽培品种的研究很少。本研究以不同种植密度和施肥量对高丹草品种‘晋草4号’光合特性和农艺性状的影响为切入点。以期探明‘晋草4号’最适的施肥量和种植密度，为适宜高丹草品种高产高效栽培研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于2015年和2016年在晋中市榆次区修文镇东白试验基地进行。采用大田试验，测定土壤肥力：有机质11.1 g/kg，全氮0.75 g/kg，速效磷4.62 mg/kg，速效钾121.40 mg/kg。

1.2 试验设计

供试材料为高丹草‘晋草4号’（山西省农业科学院高粱研究研究所选育）。试验采用两因素随机区组设计，3次重复，共36小区，小区面积15.6 m2。2015年4月28日和2016年5月1日播种，全生育期浇水3次，管理同常规大田。试验设密度处理4 个，分别为：D1，300000 株/hm2，D2，345000 株/hm2，D3，390000 株/hm2，D4，430000株/hm2。施肥处理3个，分别为：F1，肥料总量为600 kg/hm2：其中纯N 300 kg/hm2，P2O5180 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2；F2，肥料总量为750 kg/hm2：其中纯N 375kg/hm2，P2O5225kg/hm2，K2O150kg/hm2；F3，900kg/hm2：其中纯N 450 kg/hm2，P2O5270 kg/hm2，K2O 180 kg/hm2。

1.3 取样及测定方法

1.3.1 农艺性状的测定 株高的测定：在高丹草最终成熟期即第二次刈割时，用塔尺测定单株株高；茎粗数据的测定：连续选择3株高丹草主茎，采用游标卡尺测量其从地面数第5节节间茎粗数据，再取平均值；分蘖数测定：在高丹草4 叶期选每小区中间4 行进行调查，3次重复，取平均值；生物产量的测定：将高丹草第一次刈割（抽穗期）和第二次刈割（最终成熟期）的鲜重产量相加后得出，计算平均值并折算成每公顷产量；干重产量的测定：在第二次刈割后每个重复取样3株，切碎并取500 g，烘干后用电子天平称出干重数据，计算平均值并折算成每公顷产量。

1.3.2 光合数据的测定 叶绿素含量测定：用TYS-A型叶绿素测定仪对高丹草中部叶片进行了叶绿素的测定；叶面指数(LAI)的测定：在高丹草拔节期和抽穗期用SunScan冠层分析仪测定，3次重复；光合数据（包括净光合速率和气孔导度）的测定：在高丹草第二次刈割时，上午10:00 用CB-1102 便携式光合蒸腾测定仪，对高丹草‘晋草4号’倒3叶进行了气孔导度的测定，3次重复，取平均值。

1.4 数据分析方法

试验数据采用DPS 7.02分析软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同施肥量和密度水平对‘晋草4号’各农艺性状的影响

2.1.1 不同施肥量和密度水平对‘晋草4 号’株高的影响 株高是影响高丹草生物产量的关键因子之一，与生物产量呈正相关[10]。但株高值也需在一个合理区间内，如果株高过高会引起高丹草倒伏而影响生物产量。结果表明，F2D3处理方案最佳，即种植密度为390000株/hm2，施肥量为750 kg/hm2时，株高最高，达290 cm，居12个处理第一位。通过多重比较可知，F2D3 与除F1D1、F2D2、F3D1以外的其他处理都达极显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的施肥量因素对‘晋草4号’株高的影响较明显，其中F2处理750 kg/hm2的株高最高，F3处理株高最低（表1图1）。

2.1.2 不同施肥量和密度水平对‘晋草4 号’分蘖数的影响 分蘖数与高丹草生物产量也呈正相关[11]。分蘖数高的高丹草品种对生物产量的补偿性好。在大田生产中，如果播种时出现缺苗断垄的情况，分蘖数多的品种可以有效地补偿因缺苗造成的减产，对高丹草高产、稳产起十分重要的作用。结果表明，F2D4处理方案最佳，即种植密度为430000株/hm2，施肥量为750 kg/hm2时，分蘖数最高，达2.12个，居12个处理第一位。通过多重比较可知，F2D4、F2D3与其他处理达极显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的施肥量因素对‘晋草4号’分蘖数的影响较明显，其中F2处理750 kg/hm2的分蘖数最高，F3处理分蘖数最低（表1、图2）。

表1 不同施肥量和种植密度对‘晋草4号’各农艺性状的影响

图1 不同施肥量和密度对‘晋草4号’株高的影响

图2 不同施肥量和密度对‘晋草4号’分蘖数的影响

2.1.3 不同施肥量和密度水平对‘晋草4 号’茎粗的影响 茎粗也是影响高丹草生物产量的关键因子之一[12]。如果茎粗值低，会引起高丹草抗倒伏性下降。在极端天气状态下，茎粗值低的品种倒伏率、倒折率较高，直接影响生物产量。结果表明，F1D4、F2D2、F2D3 和F3D4 处理方案最佳，茎粗最高，达1.20 cm，居处理第一位。通过多重比较可知，F1D4、F2D2、F2D3和F3D4达极显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的密度因素对‘晋草4 号’茎粗的影响较明显，其中D4处理430000株/hm2的茎粗值最高，D1和D3处理茎粗值最低（表1、图3）。

2.1.4 不同施肥量和密度水平对‘晋草4 号’生物产量的影响 高丹草生物产量的高低是判断其作为饲料作物合理性的重要经济指标之一，是指高丹草在生长期间产生和积累有机物质的总量，称作生物产量。生物产量对判断高丹草器官平衡、产量增加潜力等具有重要的意义[10-12,16]。施肥量和密度是影响生物产量的重要因素。高丹草属于C4 作物，植株高大。因此，肥料和密度对生物产量的影响较普通C3 作物和低杆作物明显。试验结果表明，F2D3 处理方案最佳，即种植密度为390000株/hm2，施肥量为750 kg/hm2时，生物产量值最高，达到131921.98 kg/hm2，居12 个处理第一位。通过多重比较可知，F2D3 与除F1D4、F2D1 以外的其他处理达极显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的密度因素对‘晋草4号’生物产量的影响较明显，其中D3处理390000株/hm2的生物产量最高，D1处理300000株/hm2最低（表1、图4）。

图3 不同施肥量和密度对‘晋草4号’茎粗的影响

图4 不同施肥量和密度对‘晋草4号’生物产量的影响

2.1.5 不同施肥量和密度水平对‘晋草4号’干重产量的影响 干重产量和生物产量都是选育高丹草的关键指标性状[10,12,16]。如果干重产量低，说明该品种积累的干物质低，其营养价值相对要差。所以，干物质产量是选育高丹草新品种品质的重要参考。结果表明，F2D3处理方案最佳，即种植密度为390000株/hm2，施肥量为750 kg/hm2时，干重产量达到最高，达32005.76 kg/hm2，居12 个处理第一位。通过多重比较可知，F2D3，F1D4，F2D1 与F1D1、F1D3、F2D4、F3D1、F3D4达极显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的施肥量因素对‘晋草4号’干重产量的影响较明显，其中F2处理750 kg/hm2的干重产量最高，F3处理干重产量最低（表1、图5）。

图5 不同施肥量和密度对‘晋草4号’干重产量的影响

2.2 不同施肥量和密度水平对‘晋草4号’各光合指数的影响

2.2.1 不同施肥量和密度水平对‘晋草4 号’叶绿素含量的影响 叶绿素是一类与光合作用有关的最重要的色素[13]。从结果中看出，叶绿素含量F2D2处理方案最佳，F2D3 次之。通过多重比较可知，F2D2 和 F2D3 达显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的施肥量因素对‘晋草4 号’叶绿素含量的影响较明显，其中F2处理750 kg/hm2的叶绿素含量最高，F3处理叶绿素含量最低（表2、图6）。

2.2.2 不同施肥量和密度水平对‘晋草4 号’叶面积指数的影响 叶面积指数(LAI)是指一定土地面积上植物叶面面积总和与土地面积之比，是反映作物群体结构的重要因子[13-14]。结果表明，叶面积指数F2D3 最佳，F2D2 次之，通过多重比较可知，F2D3 和 F2D2 达显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的施肥量因素对‘晋草4 号’叶面积指数的影响较明显，其中F2处理750 kg/hm2的叶面积指数最高（表2、图7）。

2.2.3 不同施肥量和密度水平对‘晋草4 号’净光合速率的影响 净光合速率(Pn)是指光合作用产生的糖类减去呼吸作用消耗的糖类（即净光合作用产生的糖类）的速率[14]。结果表明，净光合速率F2D3最佳，F3D4次之，通过多重比较可知，F2D3 和F3D4 达显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的施肥量因素对‘晋草4 号’净光合速率的影响较明显，其中F2 处理750 kg/hm2的净光合速率最高，F1 处理 600 kg/hm2最低（表2、图8）。

2.2.4 不同施肥量和密度水平对‘晋草4 号’气孔导度的影响 气孔导度(Gs)表示的是气孔张开的程度，影响光合作用，呼吸作用及蒸腾作用[15]。结果表明，气孔导度F3D1最佳，F2D3次之，通过多重比较可知，F3D1和F2D3达显著的差异；方差分析结果表明，肥料、密度试验中的施肥量因素对‘晋草4号’气孔导度的影响较明显，其中F2 处理750 kg/hm2的气孔导度最高，F1 处理600 kg/hm2最低（表2、图9）。

表2 不同施肥量和种植密度对‘晋草4号’各光合指数的影响

图6 不同施肥量和密度对‘晋草4号’叶绿素含量的影响

图7 不同施肥量和密度对‘晋草4号’叶面积指数的影响

3 结论与讨论

李光等[13]研究表明，在作物生长过程中，影响作物生产最重要因素之一是施肥量的多少。而如果要构建良好的群体结构，获得适宜的光合面积，减少漏光损失，提高光能利用效率，合理的种植密度是作物实现高产的必要条件。作物群体产量最高时，其单株在田间的分布应该处于最佳状态[17]，要获得高产稳产，就必须使个体、群体和环境相协调达到最优化[13,19]。

本研究结果与前人研究结果基本一致，随着施肥量和种植密度增大，株高、分蘖、茎粗和干重产量大体上呈现先升后降的趋势，生物产量却呈现出波浪式变化趋势。从最终结果分析，这5个农艺性状在F2D3处理方案，即种植密度为390000 株/hm2，施肥量为750 kg/hm2时均处于最佳或高峰值。由此可以说明，并不是施肥量最高，或者种植密度最大时各农艺性状值最高，而是在一个特定施肥量和种植密度水平上其农艺性状值处于最佳效果。另外，光合作用是作物体内极为重要的代谢过程，光合作用的强弱对作物的生长、产量及其抗逆性都具有十分重要的影响[13,19-20]。叶绿素含量、LAI、净光合速率、气孔导度等指标最终影响着‘晋草4 号’生物产量的高低。本研究表明，随着施肥量和种植密度增大，叶绿素含量、LAI、净光合速率、气孔导度大体上呈现先升后降的趋势。从最终结果分析，这4 个光合性状在F2D3 处理方案，即种植密度为390000 株/hm2，施肥量为750 kg/hm2时均处于最佳或高峰值。

图8 不同施肥量和密度对‘晋草4号’净光合速率的影响

图9 不同施肥量和密度对‘晋草4号’气孔导度的影响

由此可以说明，在种植密度为390000 株/hm2，施肥量为750 kg/hm2时，‘晋草4号’的群体结果处于最合理的状态，能截获更多的光能，可提高群体光合速率，光合产物积累量增加，最终使高丹草群体生物产量显著增加。并不是说施肥量越多，或者说留苗密度越大，‘晋草4号’的生物产量等各项经济指标就处于最高状态，相反，随着施肥量和种植密度的不断增加，‘晋草4号’的各项经济指标反而有下降趋势，过高的肥料投入和种植密度会使主茎生长过快而导致茎粗值有下降现象，使主茎的抗倒伏能力下降，遇到恶劣气象条件容易引起倒伏而减产，使肥料和土地利用率降低，不仅增加了种植成本，还会产生污染等一列问题，而对目前高丹草大田生产来说，寻求一个适宜的投入产出比，不仅可以提高肥料利用率和增加高丹草生物产量等经济指标，而且还能改善品质，达到节本增效的目的[16]。