不同甜高粱品种（系）农艺性状与产量、品质的相关性研究

何振富， 贺春贵， 陈 平， 王 斐

（甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所，甘肃兰州730070）

甜 高 粱 是 栽 培 高 粱 [（So rghum bicolor（L.）Moench]中，茎内多汁，茎内薄壁组织中能积累大量蔗糖的一个类群（Murray等，2009），属禾本科一年生C4植物。其在干旱时可以通过收缩气孔孔径减少蒸腾失水，从而提高水分的利用率（Lamm等，2007）；其茎叶表面较多的蜡质也有利于减少水分的流失（Corredor等，2009），因此具有很好的抗旱性能。同时甜高粱具有耐贫瘠、耐盐碱、耐高温、耐涝、光合效率高和生物产量高等特性（李珊珊等，2017；肖丹等，2014）。1851年，美国从中国引进甜高粱（琥珀amber）种植，并逐渐认识到其作为饲料的价值（Swanson等，1934）。作为优良的饲料作物，甜高粱具有营养价值高、适口性好等特点，已受到世界各国普遍重视（Mishra等，2016）。甘肃省干旱少雨，水资源紧缺，是以旱作农业为主的省份，旱作农业区主要分布在陇东、中部黄土高原区，全省现有耕地5200多万亩，其中旱地面积约3600万亩，占全省耕地面积的70%（郭贤仕等，2012），种植饲用甜高粱，大力发展旱作农业，有利于调整农业产业结构，促进草食畜牧业稳步发展。

以饲草为种植目的时，除了需要考虑饲用甜高粱品种间生物量所带来的直观评价指标外，还要通过株高、茎粗、分蘖数等农艺性状来评价分析，农艺性状是指生长发育习性、产量性状及植物学特征等（郜战宁等，2018），既可以分析目标品种的区域适应性，还有利于鉴别具有饲草高产潜力基因型的特征性状（王茜等，2019）。国内外学者对甜高粱栽培和利用等方面做了大量的研究（梁丹妮等，2019；李珊珊等，2017），有关甜高粱农艺性状、产草量（贾春林等，2013）和营养品质（张艳宜等，2017）方面也有相关的研究，而针对农艺性状与产草量、营养成分含量和产量的相互关系研究有待进一步加强。因此，本研究选用15个甜高粱品种（系），对比分析了株高、茎粗、叶片数等农艺性状的差异性，并与产草量、营养成分含量进行了相关性和聚类分析，以期明确适宜评价指标，为饲用甜高粱育种研究、生产利用和品种选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验于2019年4～9月在甘肃省临夏回族自治州东乡族自治县洒勒村进行。试验地处黄土高原丘陵地带，属温带半干旱气候区。全县海拔1735～2664 m，平均海拔2199.5 m，年均降水量为350 mm左右，年均气温6.4℃，年蒸发量高达1387 mm，日照时数2500 h以上，全年无霜期138 d左右。试验地为梯田地，海拔2078 m。试验期间即作物生长期内降水量为346.40 mm，全年降水量为459.10 mm；≥0℃年积温3214.4℃，≥10℃年积温2511.3℃。播前0～20 cm土壤有机质12.2 g/kg、有效磷1.37 mg/kg、碱解氮36.4 mg/kg、速效钾308 mg/kg、全盐量0.066%、pH 8.58。

1.2 试验材料 试验选用15个甜高粱品种（系），其中陇甜高1号品系和陇甜高2号品系由甘肃省农业科学院畜草与绿色农业研究所提供，辽甜1号、辽甜3号和辽甜6号由辽宁农科院国家高粱改良中心提供，晋甜杂3号和晋甜1401由山西省农业科学院高粱研究所提供，壮牧0018、壮牧9001、壮牧9006、壮牧79141、壮牧79152由百绿公司提供，2018JT-7由甘肃省农业科学院作物研究所提供，F968由中国科学院遗传与发育生物学研究所提供，能饲2号由河北农林科学院谷子所提供。

1.3 试验设计 采用随机区组设计，以品种为试验因素，品种（系）共15个，每个品种设3次重复，每次重复为1个小区，共45个小区，小区面积18㎡（6 m×3 m）。翻耕整地时施用300 kg/hm2尿素，1200 kg/hm2普通过磷酸钙，150 kg/hm2磷酸二胺，翻耕整地、旋后铺膜，采用全膜双垄沟穴播（带宽100 cm，每带起底宽50 cm、高15～20 cm的小垄，两垄中间为播种沟；选用120 cm宽的地膜，边起垄边覆膜，膜与膜之间不留空隙，相接处用土压住地膜，每隔200 cm压土腰带）进行种植。密度为8.25万株/hm2（行距50 cm，株距24 cm），每穴留苗1株，各小区种植6行，试验地四周设保护行。适时进行田间杂草防除，其他田间管理方式同大田生产。试验于4月25日播种，霜降前（9月20日）统一收获测产。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 农艺性状 收获时，各处理每个重复依次取10株进行农艺性状测定，包括株高、茎粗、节数、叶片数、单株鲜重、单株叶鲜重、单株茎鲜重和分蘖数（何振富等，2016）。

1.4.2 产草量 产草量为单位面积土地上所收获地上部分的全部产量，以鲜草和干物质重量为产草量指标。收获时整株取样称鲜重后，切断至10～20 cm，用自封袋密封后送实验室测定水分及干物质产量（105℃恒重法），试验方法参照GB/T6435-2006进行（中国国家标准化管理委员会，2007）。每处理各小区收获时，去掉两侧边行（两侧各1行），收中间行数计产，留茬高度平均约10 cm。

收获时各品种所处生育阶段不同（本试验根据当地青贮饲草作物一般于9月中下旬收获的惯例，因此各品种均在此时段收获，以筛选出符合当地耕作条件需求的品种，而没有对每个品种在最佳收获期分别收获）。其中晋甜杂3号、F968、壮牧79141和2018JT-7处开花期，辽甜1号、辽甜3号、辽甜6号、能饲2号、晋甜1401、壮牧0018、壮牧9006和陇甜1号均处乳熟期，壮牧9011、壮牧79152和陇甜高2号处抽穗期。

1.4.3 品质指标 对各处理的植株分别进行取样测定分析，全部在收获时取样。结合前述的产草量测定，将测定完水分的干样混匀后，切断至1 cm，再次混匀，用旋风磨打碎（40目）处理，装入自封袋待测。各营养指标测定方法如下：粗蛋白质（CP）参照GB/T 6432-1994（国家技术监督局，1995）、酸性洗涤纤维（ADF）参照NY/T 1459-2007（中华人民共和国农业部，2008）、中性洗涤纤维（NDF）参照GB/T 20806-2006（中国农业科学院畜牧研究所等，2007）、可溶性糖（WSC）采用氰化盐法测定（鲍士旦，1996），总可消化营养物（TDN%）计算得出（陈谷等，2011）。样本送甘肃省农业科学院农业测试中心实验室测定。计算公式为：

TDN=81.38+（CP×0.36）－（ADF×0.77）。

本文中提出的单位面积某种营养物质产量，为单位面积干物质产量与某营养成分含量（%）之乘积。

1.5 数据处理 采用Excel 2016进行数据处理和图表制作，DPS 9.50统计软件进行单因素方差分析和相关性分析，均值间比较采用Duncan’s法；聚类分析采用系统聚类，聚类距离运用卡方距离，得出聚类树；数据以“平均值±标准误”表示。

2 试验结果

2.1 不同品种（系）农艺性状比较 在甜高粱收获时调查了9个主要农艺性状，其特征值见表1。株高、分蘖数和全株叶片数以壮牧79141最高，分别为355.89 cm、1.56个和27.11枚，其中株高极显著高于其他各品种（P＜0.01）；分蘖数显著高于辽甜1号（P＜0.05）、辽甜6号、F968和壮牧0018；全株叶片数极显著高于辽甜6号（P＜0.01）、F968、壮牧9006和陇甜1号，显著高于辽甜1号（P＜0.05）、能饲2号、晋甜杂3号、壮牧0018和陇甜高2号。茎粗、单株鲜重和单株茎重均以2018JT-7最高，分别为18.81 mm、1277.83 g和1075.11 g，其中茎粗显著高于辽甜6号（P＜0.05），极显著高于能饲2号（P＜0.01）、壮牧79141和壮牧79152；单株鲜重和单株茎重均显著高于壮牧79152（P＜0.05）。主茎叶片数、节间数和单株叶重均以壮牧9011最高，分别为14枚、12节和277.44 g，其中主茎叶片数极显著高于其他各品种（P＜0.01）；节间数极显著高于辽甜1号（P＜0.01）、辽甜6号、能饲2号、晋甜杂3号、壮牧9006、陇甜高1号和陇甜高2号，显著高于辽甜3号和晋甜1401（P＜0.05）；单株叶重显著高于辽甜3号（P＜0.05）、晋甜杂3号、晋甜1401和2018JT-7（P＜0.05），极显著高于其他各品种（P＜0.01）。

表1 不同品种（系）的农艺性状表现

2.2 农艺性状与营养成分含量、产草量、粗蛋白质产量、可消化物产量的相关性分析 各品种营养成分含量见表2，各品种产草量和营养成分产量见表3，以不同品种各指标数据的平均值进行相关性分析，结果见表4。株高与鲜草产量呈极显著正相关关系（P＜0.01，r=0.64），与干物质产量呈显著正相关关系（P＜0.05，r=0.60）。主茎叶片数与酸性洗涤纤维呈极显著正相关关系（P＜0.01，r=0.63），与中性洗涤纤维呈显著正相关关系（P＜0.05，r=0.62），与总可消化养分含量呈极显著负相关关系（P＜0.01，r=-0.63）；全株叶片数和节间数与酸性洗涤纤维均呈显著正相关关系（P＜0.05，r=0.50和r=0.61），与中性洗涤纤维均呈显著正相关关系（P＜0.05，r=0.52和r=0.57）；节间数与总可消化养分含量呈显著负相关关系（P＜0.05，r=-0.60）；茎粗和单株茎重与可溶性糖含量呈极显著正相关关系 （P＜0.01，r=0.68和r=0.64），单株鲜重与可溶性糖含量呈显著正相关关系（P＜0.05，r=0.62）。株高与粗蛋白质产量呈显著正相关关系（P＜0.05，r=0.55）。

表2 各品种营养成分含量的分析 %

表3 产草量和营养成分产量的分析t/hm2

表4 不同品种（系）农艺性状与产草量、营养成分含量和产量的相关性分析

2.3 不同品种聚类分析 以9个农艺性状、产草量、营养成分含量及产量作为指标，由于各指标的调查量纲不同，首先对各指标的平均数进行标准化处理，采用系统聚类，聚类距离运用卡方距离，采用离差平方和法，对参试的15品种（系）进行聚类分析（图1）。在卡方距离为3.45时，将供试品种划分为3类，第1类8个品种：辽甜1号、壮牧0018、辽甜6号、壮牧9006、F968、陇甜高2号、能饲2号和陇甜高1号；第2类5个品种：辽甜3号、晋甜1401、壮牧9011、晋甜杂3号和2018JT-7；第3类2个品种：壮牧79141和壮牧79152。

图1 15个甜高粱品种（系）的聚类分析

各类甜高粱农艺性状、营养成分含量等指标平均值如表5所示，农艺性状中株高、分蘖数、主茎叶片数、全株叶片数和节间数均以第3类最高，均值分别为323.56 cm、1.33个、12枚、25.78枚和11.22节，其中株高极显著高于第1类和第2类（P＜0.01）；分蘖数显著高于第1类（P＜0.05）；主茎叶片数、全株叶片数和节间数极显著高于第1类（P＜0.01），与第2类间无显著性差异。茎粗、单株鲜重、单株叶重和单株茎重均以第2类最高，均值 分 别 为17.57 mm、1140.06 g、210.57 g和929.49 g，其中茎粗极显著高于第3类（P＜0.01）；单株鲜重和单株茎重显著高于第1类和第3类（P＜0.05）；单株叶重极显著高于第1类和第3类（P＜0.01）。鲜草和干物质产量均以第3类最高，均值分别为90.42 t/hm2和17.63 t/hm2，其中鲜草产量极显著高于第1类和第2类（P＜0.01），干物质产量显著高于第1类（P＜0.05），与第2类间差异不显著。

表5 不同甜高粱品种（系）的植物学性状、产草量、品质和营养物质产量均值分析

整体品质以第1类最优，CP、NDF、ADF和TDN的均值分别为6.68%、51.64%、30.83%和60.05%，其中，CP含量各类相互间无差异；NDF和ADF含量极显著低于第3类（P＜0.01），与第2类间无显著性差异；TDN含量极显著高于第3类（P＜0.01），与第2类无显著性差异。WSC含量以第2类最高，均值为25.51%，显著高于第3类（P＜0.05），与第1类间差异不显著。CP和TDN产量均以第3类最高，均值分别为1.24 t/hm2和9.99 t/hm2，其中CP产量显著高于第1类（P＜0.05），与第2类间无显著性差异；TDN产量各类相互间无差异。

3类甜高粱分别具有不同特点，第1类的典型特点为品质最优，产量较低；其农艺性状中株高、茎粗、单株鲜重和单株茎重介于第2类和第3类之间，产草量和营养物质产量最低，饲用品质整体最优。第2类的典型特点为高糖，产量和品质中等；其中茎粗、单株鲜重、单株叶重和单株茎重均最高，产草量和营养物质产量介于第1类和第3类之间，品质CP含量最低，WSC含量最高，其他指标均为中等。第3类的典型特点为产量最高，但品质较差；其株高、分蘖数、叶片数（全株和主茎）和节间数最高，产草量和营养物质产量最高，品质除CP含量最高外，其他指标均为最低。

3 讨论

3.1 农艺性状的比较 饲用作物的生物产量受多个农艺性状的共同影响，不同品种使得农艺性状对生物产量构成的重要性不尽相同。本研究各农艺性状在品种间均存在显著性差异（P＜0.05），其中株高、分蘖数和全株叶片数以壮牧79141最高，可以看出全株叶片数与分蘖数密切相关；茎粗、单株鲜重和单株茎重以2018JT-7最高，可以看出单株鲜重和单株茎重与茎粗密切相关；主茎叶片数、节间数和单株叶重均以壮牧9011最高，可以看出节间数多，其主茎叶片数也相应较多，且单株叶重也高。相同品种与前人研究结果相比，差异较为明显，如本研究得出，辽甜1号和辽甜3号的株高与茎粗分别为253.00 cm和269.64 cm、16.73 mm和16.67 mm；冯斗等（2009）在南宁地区得出，辽甜1号和辽甜3号的株高与茎粗分别为386.6 cm和413.7 cm、25.70 mm和25.60 mm；而冯海生等（2012）在西宁地区得出，辽甜1号和辽甜3号的株高与茎粗分别为252.1 cm和252.5 cm、16.60 mm和17.10 mm；可以看出，相同品种在不同地域的气候条件下其农艺性状差异较大（严洪冬等，2011）。

3.2 农艺性状与营养成分含量、产草量和粗蛋白质产量、可消化物产量的相关性 本研究相关性分析结果表明，甜高粱的产草量与植株的高度密切相关，株高越高其产草量越高。再吐尼古丽·库尔班等（2018）研究表明，株高较高的辽甜15-1号、辽甜13号等甜高粱品种，其生物产量也相对较高，它们之间存在正相关关系。冯国郡等（2010）研究也显示，甜高粱生物产量与株高呈极显著正相关关系。本研究发现，茎粗的增加在提高单株茎重和单株鲜重的同时，有利于植株可溶性糖含量的提升；韩立朴等（2012）研究认为，甜高粱可溶性总糖主要贮存于茎秆中。本研究还发现，随着植株高度的增加，节间数和主茎叶片数随之增加；随着分蘖数的增加，全株叶片数增多；酸性洗涤纤维与主茎叶片数呈极显著正相关，与全株叶片数和节间数呈显著正相关；中性洗涤纤维与主茎叶片数、全株叶片数和节间数呈显著正相关；总可消化养分含量与主茎叶片数呈极显著负相关，与节间数呈显著负相关；从而可以得出，植株高度和分蘖数的增加，在提高产草量的同时，植株酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量随之升高，总可消化养分含量随之降低；单位面积营养物质产量受其含量影响较小，与干物质产量表现出极显著正相关关系，株高越高营养物质产量也相应的越高，何振富等（2019）在之前对高丹草的相关研究中也得出同样的结论。以上可以看出，甜高粱的农艺性状与产草量、营养成分含量和产量之间有着密切的关系，研究明确其关系对指导选育高产优质的饲用甜高粱品种具有重要的意义。

3.3 聚类分析 本研究综合农艺性状、产草量、营养成分含量及产量等多个指标对供试的15个甜高粱品种（系）进行聚类分析，将供试品种划分为3类。第1类8个品种（系），典型特点为品质最优，产量较低，包括辽甜1号、壮牧0018、辽甜6号、壮牧9006、F968、陇甜高2号、能饲2号和陇甜高1号；第2类5个品种（系），典型特点为高糖，产量和品质中等，包括辽甜3号、晋甜1401、壮牧9011、晋甜杂3号和2018JT-7；第3类2个品种（系），典型特点为产量最高，但品质较差，包括壮牧79141和壮牧79152。

4 结论

供试的15个甜高粱品种（系）在甘肃临夏地区均能正常生长，但均不能达到完全成熟，主要农艺性状在各品种（系）间均存在显著性差异。甜高粱的农艺性状与产草量、营养成分含量和产量之间有着密切的关系。通过聚类分析，将供试品种划分为3类，第1类属品质最优，但产量较低；第2类属高糖，产量和品质中等；第3类属产量最高，但品质较差。综合分析认为，以品质较优为目的时，应选择植株较低、茎秆粗壮和分蘖数较少品种；以单位面积产草量和营养物质产量较高为目的时，应选择植株较高、茎秆较细和分蘖数较多品种。