詹鵬杰，平俊愛，楚建強(qiáng)，李 燕

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，高粱遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西晉中030600；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，山西太原030031）

農(nóng)業(yè)機(jī)械化是實(shí)現(xiàn)高粱產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與現(xiàn)代農(nóng)業(yè)相結(jié)合的必然之路，選育適宜機(jī)械化栽培的品種及研究配套的栽培技術(shù)是高粱機(jī)械化生產(chǎn)種植的研究目標(biāo)[1-5]。我國高粱多種植在干旱、半干旱的瘠薄地、鹽堿地或低洼易澇地，而且其栽培技術(shù)和田間管理較為粗放，因此產(chǎn)量偏低[6-10]。在一定環(huán)境下，種植密度是影響作物生產(chǎn)最重要的因素之一，適宜的密度是作物實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的必要條件。因此，在不同種植環(huán)境和密度處理下研究高粱機(jī)械化栽培品種農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因子的變化趨勢，對(duì)機(jī)械化栽培模式下高粱種植環(huán)境與密度的優(yōu)化具有重要意義。

目前，種植的高粱品種均為高稈大穗型，種植密度在10.50 萬～12.00 萬株/hm2，缺乏耐密矮稈品種及與其相配套的農(nóng)藝栽培技術(shù)[11-18]；隨著矮稈新品種的育出，也需要推出與之配套的栽培技術(shù)，而目前有關(guān)增加種植密度對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素相關(guān)性狀的研究較少。王勁松等[9]研究表明，密度在4.5 萬～10.5 萬株/hm2時(shí)隨著種植密度的增加，高粱株高顯著增加，而莖粗顯著變細(xì)。肖繼兵等[19]研究認(rèn)為，密度在7.5 萬～16.5 萬株/hm2時(shí)適當(dāng)提高種植密度是提升高粱產(chǎn)量的關(guān)鍵。適宜種植密度下，寬窄行種植較等行距種植可有效改善冠層透光率，增加群體葉面積指數(shù)，擴(kuò)大光合面積，提高葉片尤其是中下層葉片的光合性能，是實(shí)現(xiàn)作物群體結(jié)構(gòu)和植株個(gè)體功能協(xié)同增益和產(chǎn)量提高的重要途徑。楊佳等[20]研究表明，種植密度在11.25 萬～22.50 萬株/hm2時(shí)株高隨著種植密度的增加而增加，莖粗反而減小，產(chǎn)量隨著種植密度的增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢。

綜上所述，前人在高粱密度、水肥、播種方式等栽培措施方面已做了一些研究工作，但將種植密度和種植環(huán)境二者結(jié)合起來進(jìn)行高粱雙模式優(yōu)化研究卻鮮見報(bào)道。

本研究以3 個(gè)適宜機(jī)械化栽培的高粱品種（晉雜108 號(hào)、汾酒粱1 號(hào)和晉雜34 號(hào)）為研究對(duì)象，分析比較其對(duì)不同種植密度、不同種植環(huán)境（旱地、瘠薄地、水肥地）的響應(yīng)，以明確高粱機(jī)械化種植的適宜密度及環(huán)境，為進(jìn)一步優(yōu)化高粱機(jī)械栽培模式下種植密度與環(huán)境提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在山西省晉中市榆次區(qū)山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所東白試驗(yàn)基地進(jìn)行。該地海拔802 m，年平均氣溫9.7 ℃，年平均降水量440.7 mm，70%以上降水集中在6—9 月。各試驗(yàn)田0～20 cm 土層養(yǎng)分含量如表1 所示。其中，瘠薄試驗(yàn)田0～20 cm土層N、P、K 養(yǎng)分含量是水肥地和旱地土壤養(yǎng)分含量的1/2。

表1 供試土壤耕層（0～20 cm）理化性狀

1.2 試驗(yàn)材料

供試材料選用株型緊湊、適宜機(jī)械化栽培的3 個(gè)密植高粱品種，分別為晉雜108 號(hào)、汾酒粱1 號(hào)、晉雜34 號(hào)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用二因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，主區(qū)為種植環(huán)境，即旱地、瘠薄地、水肥地，裂區(qū)為種植密度，即15 萬株/hm2（D1）、18 萬株/hm2（D2）、21 萬株/hm2（D3）、24 萬株/hm2（D4）和27 萬株/hm2（D5）5 個(gè)種植密度，3 次重復(fù)，小區(qū)面積15 m2，水肥地、旱地播前一次性施入復(fù)合肥，施肥量為750 kg/hm2。瘠薄地不施肥，旱地出苗后澆一次水，其他管理同水肥地。在生育期間中耕除草2 次，灌水2 次，噴施2 次農(nóng)藥防治病蟲害。于2017 年5 月2 日播種，10 月5 日收獲。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

在收獲前每小區(qū)選擇具有代表性的植株10 株，測定其農(nóng)藝性狀指標(biāo)，調(diào)查株高、穗長、穗寬、旗葉長、旗葉寬、穗柄長、莖粗、穗質(zhì)量、株數(shù)、千粒質(zhì)量，記錄10 株平均值；成熟后每小區(qū)收獲中間2 行有代表性的植株，脫粒后測定其產(chǎn)量，計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量，并折合成公頃產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件和SPSS 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析及統(tǒng)計(jì)差異顯著性檢驗(yàn)（LSD 法）。

2 結(jié)果與分析

2.1 種植環(huán)境和密度對(duì)高粱生長的影響

從表2 可以看出，水肥地不同種植密度處理下，3 個(gè)參試品種中晉雜108 號(hào)密度處理對(duì)株高的影響較其他2 個(gè)品種更敏感，隨著密度增加晉雜108 號(hào)株高有降低的趨勢，在P＜0.05 水平下D1 處理與其余4 個(gè)密度處理間差異顯著，D4、D5 處理分別比D1 處理株高降低了11.3%，10.7%，達(dá)到差異極顯著水平（P＜0.01）。晉雜108 號(hào)D4 處理與D1處理相比，穗長降低了17.8%，差異極顯著（P＜0.01），其余2 個(gè)參試品種不同密度處理的穗長差異不顯著。3 個(gè)材料旗葉長都隨密度增加總體呈現(xiàn)縮短趨勢，其中，晉雜108 號(hào)密度D5 處理旗葉長分別與D3、D4 處理間差異顯著（P＜0.05）；汾酒粱1 號(hào)D5處理與D1 處理相比，旗葉長縮短了26%，差異極顯著；晉雜34 號(hào)D2 處理與D5 處理旗葉長差異極顯著?？梢?，高密度對(duì)旗葉長影響較大。3 個(gè)參試材料的穗柄長隨密度增加整體呈現(xiàn)增長的趨勢，晉雜34 號(hào)D4 處理穗柄長與其他密度處理差異極顯著（P＜0.01）。晉雜108 和晉雜34 號(hào)的莖粗在不同密度處理下差異均不顯著，汾酒粱1 號(hào)D3 處理莖粗比D2 處理減少了20%，差異顯著（P＜0.05）。正常水肥地不同種植密度對(duì)3 個(gè)高粱的穗寬、旗葉寬影響不大，處理間差異均未達(dá)到顯著水平。

表2 不同種植密度對(duì)水肥地高粱形態(tài)指標(biāo)的影響 cm

由表3 可知，瘠薄地不同密度處理對(duì)高粱形態(tài)指標(biāo)的影響大小順序?yàn)闀x雜108 號(hào)＞晉雜34 號(hào)＞汾酒粱1 號(hào)。瘠薄地3 個(gè)參試高粱品種其株高隨著密度增大而降低，密度處理間均未達(dá)到顯著水平。晉雜108 號(hào)穗寬D2 處理與D1 密度處理間差異顯著（P＜0.05），其他品種密度處理間差異不顯著。在瘠薄地不同密度條件下，3 個(gè)高粱品種的旗葉長均具有隨密度增大而縮短的趨勢，與D1 處理相比，晉雜108 號(hào)的D4、D5 處理旗葉長分別縮短33%，35%，差異顯著（P＜0.05）；晉雜34 號(hào)D2 處理的旗葉長最長，與之相比，D4、D5 處理分別縮短32.3%，24.8%，且D4、D5 處理與D2 處理間差異顯著。晉雜108 號(hào)旗葉寬D4 處理比D1 處理降低28.9%、比D3 處理降低25.6%，D1、D3 處理與D4 處理間差異顯著（P＜0.05）。晉雜108 號(hào)D5 處理與D1、D2、D4處理間差異顯著（P＜0.05），其余品種處理間均未達(dá)到差異顯著水平。晉雜108 號(hào)莖粗D1 處理與其余處理間差異達(dá)到極顯著水平（P＜0.01），D3 處理莖粗比D1 處理減少了30%。

從表4 可以看出，在旱地不同種植密度處理下，3 個(gè)參試高粱品種的株高都有隨著密度增加而增高的趨勢，在D4 處理趨于穩(wěn)定。其中，晉雜108號(hào)D1 處理和D2 處理的株高分別與其他處理間差異極顯著（P＜0.01）；汾酒粱1 號(hào)密度最大D5 處理的株高為116.6 cm，達(dá)到最高，D1 處理的株高最低，且D1 處理與其他處理間差異極顯著（P＜0.01）；晉雜34 號(hào)高粱最小密度D1 處理的株高為111.7 cm，是密度處理中最低的，與其他密度處理間差異顯著（P＜0.05）。

由表2，3，4 可知，旱地高粱的穗長整體上比水肥地和瘠薄地短，晉雜108 號(hào)在D5 處理?xiàng)l件下穗長最短，與其他密度處理間均差異顯著（P＜0.05）；汾酒粱1 號(hào)D1 處理穗長最短，與其他密度處理間均差異極顯著（P＜0.01）；晉雜34 號(hào)D5 處理穗長最長，與其他密度處理間差異極顯著（P＜0.01）。晉雜108 號(hào)在P＜0.05 水平下D1 處理與D5 處理的穗寬差異顯著；晉雜34 號(hào)在P＜0.05 水平下D2 處理與D1、D5 處理間穗寬差異顯著，在P＜0.01 水平下D5 處理與D2、D3、D4 處理間差異極顯著，D1 處理與D2 處理間差異極顯著；汾酒粱1 號(hào)密度間未達(dá)到差異顯著水平。旱地環(huán)境3 個(gè)高粱品種均存在隨密度增加旗葉長縮短的規(guī)律，其中，汾酒粱1 號(hào)和晉雜34 號(hào)D5 處理旗葉長最短，分別為18.5，20.1 cm，與其他處理間均差異極顯著（P＜0.01）。旱地環(huán)境3 個(gè)參試高粱品種低密度D1、D2、D3 處理旗葉寬明顯大于高密度D4、D5 處理，D4 處理是高粱旗葉寬減小的分界值；其中，晉雜108 號(hào)和汾酒粱1 號(hào)最小密度密度D1 和最大密度D5 旗葉寬差異顯著（P＜0.05）；晉雜34 號(hào)高粱D1 處理和D5 處理旗葉寬差異極顯著（P＜0.01）。晉雜108 號(hào)D5 處理穗柄長與其他密度處理差異極顯著（P＜0.01）；汾酒粱1 號(hào)D1、D2 處理與其他密度處理穗柄長差異極顯著（P＜0.01）；晉雜34 號(hào)密度處理間穗柄長均差異不顯著。旱地3 個(gè)參試高粱品種不同種植密度處理的莖粗差異不顯著。

表3 不同種植密度對(duì)瘠薄地高粱形態(tài)指標(biāo)的影響 cm

表4 不同種植密度對(duì)旱地高粱形態(tài)指標(biāo)的影響 cm

2.2 種植環(huán)境和密度對(duì)高粱產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表5 可知，不同種植密度處理對(duì)水肥地3 個(gè)參試品種穗數(shù)的影響均為隨著密度增加其穗數(shù)有增大的趨勢，D5 處理穗數(shù)均達(dá)到最多，其中，汾酒粱1 號(hào)和晉雜34 號(hào)高粱D5 處理與D1、D3 處理穗數(shù)差異顯著（P＜0.05）；晉雜108 號(hào)D5 處理與D3處理穗數(shù)差異極顯著（P＜0.01）。晉雜108 號(hào)D5 處理株數(shù)與其他密度處理間差異顯著（P＜0.05），D5處理與D3、D4 處理間差異極顯著（P＜0.01）；晉雜34 號(hào)株數(shù)D5 處理與D3 處理間差異顯著（P＜0.05），D5 處理與D1 處理差異極顯著（P＜0.01）；汾酒粱1 號(hào)各密度處理間的株數(shù)差異不顯著。晉雜108 號(hào)D1 處理與D3 處理的千粒質(zhì)量差異顯著（P＜0.05）。水肥地3 個(gè)參試品種的產(chǎn)量總體呈現(xiàn)隨密度增加而減少的變化趨勢，不同種植密度處理均差異不顯著。

表5 不同種植密度對(duì)水肥地高粱產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

由表6 可知，瘠薄地環(huán)境參試高粱高密度D4、D5 處理的穗數(shù)明顯高于低密度D1、D2、D3 處理，晉雜34 號(hào)D1 處理與D5 處理間穗數(shù)差異顯著（P＜0.05）。晉雜108 號(hào)株數(shù)在P＜0.05 水平下D1 與D4、D5 處理間差異顯著；汾酒粱1 號(hào)在P＜0.05 水平下D1 處理與D2、D3、D4 處理間差異顯著；晉雜34 號(hào)D1 處理與D5 處理間株數(shù)差異極顯著。瘠薄地3 個(gè)高粱品種的千粒質(zhì)量密度處理間差異均不顯著。晉雜108 號(hào)D1 處理的產(chǎn)量最高，為1 223 kg/hm2，與其他處理間差異均極顯著（P＜0.01）；汾酒粱1 號(hào)D3 處理產(chǎn)量最高，且與D1、D5 處理間差異達(dá)極顯著水平（P＜0.01）；晉雜34 號(hào)在P＜0.05 水平下D2處理與D4、D5 處理間差異顯著。

表6 不同種植密度對(duì)瘠薄地高粱產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

從表7 可以看出，不同種植密度條件下旱地高粱穗數(shù)和株數(shù)均隨著密度增加而增多，其中，晉雜108 號(hào)D5 處理與D1、D2、D3 處理穗數(shù)差異極顯著（P＜0.01）；汾酒粱1 號(hào)密度處理間差異極顯著；晉雜34 號(hào)D1 與D5 處理間穗數(shù)差異極顯著（P＜0.01）。晉雜108 號(hào)株數(shù)D 處理與D1、D2、D3 處理間差異極顯著，D1、D2、D3 處理間差異也達(dá)極顯著水平（P＜0.01）；汾酒粱1 號(hào)株數(shù)D5 處理與其他處理間差異極顯著（P＜0.01）；晉雜34 號(hào)株數(shù)D1 處理與D5 處理間差異極顯著（P＜0.01）。汾酒粱1 號(hào)D4處理千粒質(zhì)量均與其他處理差異極顯著（P＜0.01）；晉雜34 號(hào)D1 處理和D4 處理間千粒質(zhì)量差異顯著（P＜0.05）。旱地環(huán)境3 個(gè)參試高粱品種不同種植密度處理產(chǎn)量間差異極顯著（P＜0.01）。

表7 不同種植密度對(duì)旱地高粱產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 種植環(huán)境對(duì)高粱生長及產(chǎn)量的影響

合理的種植密度和種植環(huán)境是發(fā)揮群體生產(chǎn)力的基礎(chǔ)，是實(shí)現(xiàn)作物群體結(jié)構(gòu)和植株個(gè)體功能協(xié)調(diào)增益、提高產(chǎn)量的重要途徑。本研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境對(duì)高粱的影響優(yōu)先于密度。3 個(gè)環(huán)境下，旱地中3 個(gè)品種的整體形態(tài)指標(biāo)最低，瘠薄地次之，水肥地最高。產(chǎn)量和千粒質(zhì)量表現(xiàn)為旱地＜瘠薄地＜水肥地，也就是說，相同密度條件下水分影響大于肥力影響。

3.2 種植密度對(duì)高粱生長及產(chǎn)量的影響

在相同的環(huán)境條件下，3 個(gè)品種的株高基本都隨著種植密度的增加而降低，這可能與品種和設(shè)置密度范圍有關(guān)，后續(xù)延伸試驗(yàn)可擴(kuò)大密度范圍進(jìn)一步研究。穗長在水肥地和旱地均隨著密度增加而呈現(xiàn)減少的趨勢，但差距不明顯。穗柄長隨著密度增加而伸長。莖粗沒有顯著變化。在不同的環(huán)境條件下，晉雜108 號(hào)和汾酒粱1 號(hào)的株高都是隨著密度的增加而降低，穗柄長隨著密度的增加而伸長，莖粗隨著密度的增加而減少。而晉雜34 號(hào)在旱地條件下的株高隨著密度的增加而增高，穗柄長隨密度增加而增加。3 個(gè)品種的產(chǎn)量都隨密度增加而降低，千粒質(zhì)量隨密度變化不大。

正常水澆地條件下，晉雜108 號(hào)產(chǎn)量最高，達(dá)到7 143.7 kg/hm2，對(duì)應(yīng)的密度為15 萬株/hm2。瘠薄地產(chǎn)量最高的是汾酒粱1 號(hào)，其次是晉雜108 號(hào)，晉雜34 號(hào)產(chǎn)量最低，汾酒粱1 號(hào)比晉雜34 號(hào)產(chǎn)量高7.6%。旱地產(chǎn)量最高的是晉雜34 號(hào)，晉雜108 號(hào)和汾酒粱1 號(hào)產(chǎn)量相差不大。綜上所述，本研究篩選出產(chǎn)量高、性狀好、耐密植的品種為晉雜108 號(hào)，其適宜密度為15 萬株/hm2。