不同種植環境和密度對機械化栽培高粱農藝性狀及產量的影響

詹鵬杰，平俊愛，楚建強，李 燕

（1.山西省農業科學院高粱研究所，高粱遺傳與種質創新山西省重點實驗室，山西晉中030600；2.山西省農業科學院，山西太原030031）

農業機械化是實現高粱產業化生產與現代農業相結合的必然之路，選育適宜機械化栽培的品種及研究配套的栽培技術是高粱機械化生產種植的研究目標[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，而且其栽培技術和田間管理較為粗放，因此產量偏低[6-10]。在一定環境下，種植密度是影響作物生產最重要的因素之一，適宜的密度是作物實現高產的必要條件。因此，在不同種植環境和密度處理下研究高粱機械化栽培品種農藝性狀和產量構成因子的變化趨勢，對機械化栽培模式下高粱種植環境與密度的優化具有重要意義。

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藝栽培技術[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，而目前有關增加種植密度對產量構成因素相關性狀的研究較少。王勁松等[9]研究表明，密度在4.5 萬～10.5 萬株/hm2時隨著種植密度的增加，高粱株高顯著增加，而莖粗顯著變細。肖繼兵等[19]研究認為，密度在7.5 萬～16.5 萬株/hm2時適當提高種植密度是提升高粱產量的關鍵。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，擴大光合面積，提高葉片尤其是中下層葉片的光合性能，是實現作物群體結構和植株個體功能協同增益和產量提高的重要途徑。楊佳等[20]研究表明，種植密度在11.25 萬～22.50 萬株/hm2時株高隨著種植密度的增加而增加，莖粗反而減小，產量隨著種植密度的增加呈現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境二者結合起來進行高粱雙模式優化研究卻鮮見報道。

本研究以3 個適宜機械化栽培的高粱品種（晉雜108 號、汾酒粱1 號和晉雜34 號）為研究對象，分析比較其對不同種植密度、不同種植環境（旱地、瘠薄地、水肥地）的響應，以明確高粱機械化種植的適宜密度及環境，為進一步優化高粱機械栽培模式下種植密度與環境提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗在山西省晉中市榆次區山西省農業科學院高粱研究所東白試驗基地進行。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。各試驗田0～20 cm 土層養分含量如表1 所示。其中，瘠薄試驗田0～20 cm土層N、P、K 養分含量是水肥地和旱地土壤養分含量的1/2。

表1 供試土壤耕層（0～20 cm）理化性狀

1.2 試驗材料

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

1.3 試驗設計

試驗采用二因素裂區設計，主區為種植環境，即旱地、瘠薄地、水肥地，裂區為種植密度，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 個種植密度，3 次重復，小區面積15 m2，水肥地、旱地播前一次性施入復合肥，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 測定項目及方法

在收獲前每小區選擇具有代表性的植株10 株，測定其農藝性狀指標，調查株高、穗長、穗寬、旗葉長、旗葉寬、穗柄長、莖粗、穗質量、株數、千粒質量，記錄10 株平均值；成熟后每小區收獲中間2 行有代表性的植株，脫粒后測定其產量，計算小區產量，并折合成公頃產量。

1.5 數據統計分析

采用Microsoft Excel 2010 軟件和SPSS 軟件對試驗數據進行處理分析及統計差異顯著性檢驗（LSD 法）。

2 結果與分析

2.1 種植環境和密度對高粱生長的影響

從表2 可以看出，水肥地不同種植密度處理下，3 個參試品種中晉雜108 號密度處理對株高的影響較其他2 個品種更敏感，隨著密度增加晉雜108 號株高有降低的趨勢，在P＜0.05 水平下D1 處理與其余4 個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%，達到差異極顯著水平（P＜0.01）。晉雜108 號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 個參試品種不同密度處理的穗長差異不顯著。3 個材料旗葉長都隨密度增加總體呈現縮短趨勢，其中，晉雜108 號密度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D2 處理與D5 處理旗葉長差異極顯著。可見，高密度對旗葉長影響較大。3 個參試材料的穗柄長隨密度增加整體呈現增長的趨勢，晉雜34 號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 號的莖粗在不同密度處理下差異均不顯著，汾酒粱1 號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3 個高粱的穗寬、旗葉寬影響不大，處理間差異均未達到顯著水平。

表2 不同種植密度對水肥地高粱形態指標的影響 cm

由表3 可知，瘠薄地不同密度處理對高粱形態指標的影響大小順序為晉雜108 號＞晉雜34 號＞汾酒粱1 號。瘠薄地3 個參試高粱品種其株高隨著密度增大而降低，密度處理間均未達到顯著水平。晉雜108 號穗寬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到差異顯著水平。晉雜108 號莖粗D1 處理與其余處理間差異達到極顯著水平（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 處理趨于穩定。其中，晉雜108號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 號密度最大D5 處理的株高為116.6 cm，達到最高，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 號在D5 處理條件下穗長最短，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 號密度間未達到差異顯著水平。旱地環境3 個高粱品種均存在隨密度增加旗葉長縮短的規律，其中，汾酒粱1 號和晉雜34 號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）。旱地環境3 個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 號和汾酒粱1 號最小密度密度D1 和最大密度D5 旗葉寬差異顯著（P＜0.05）；晉雜34 號高粱D1 處理和D5 處理旗葉寬差異極顯著（P＜0.01）。晉雜108 號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 號密度處理間穗柄長均差異不顯著。旱地3 個參試高粱品種不同種植密度處理的莖粗差異不顯著。

表3 不同種植密度對瘠薄地高粱形態指標的影響 cm

表4 不同種植密度對旱地高粱形態指標的影響 cm

2.2 種植環境和密度對高粱產量及其構成因子的影響

由表5 可知，不同種植密度處理對水肥地3 個參試品種穗數的影響均為隨著密度增加其穗數有增大的趨勢，D5 處理穗數均達到最多，其中，汾酒粱1 號和晉雜34 號高粱D5 處理與D1、D3 處理穗數差異顯著（P＜0.05）；晉雜108 號D5 處理與D3處理穗數差異極顯著（P＜0.01）。晉雜108 號D5 處理株數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 號株數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 號各密度處理間的株數差異不顯著。晉雜108 號D1 處理與D3 處理的千粒質量差異顯著（P＜0.05）。水肥地3 個參試品種的產量總體呈現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 不同種植密度對水肥地高粱產量及其構成因子的影響

由表6 可知，瘠薄地環境參試高粱高密度D4、D5 處理的穗數明顯高于低密度D1、D2、D3 處理，晉雜34 號D1 處理與D5 處理間穗數差異顯著（P＜0.05）。晉雜108 號株數在P＜0.05 水平下D1 與D4、D5 處理間差異顯著；汾酒粱1 號在P＜0.05 水平下D1 處理與D2、D3、D4 處理間差異顯著；晉雜34 號D1 處理與D5 處理間株數差異極顯著。瘠薄地3 個高粱品種的千粒質量密度處理間差異均不顯著。晉雜108 號D1 處理的產量最高，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D3 處理產量最高，且與D1、D5 處理間差異達極顯著水平（P＜0.01）；晉雜34 號在P＜0.05 水平下D2處理與D4、D5 處理間差異顯著。

表6 不同種植密度對瘠薄地高粱產量及其構成因子的影響

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

表7 不同種植密度對旱地高粱產量及其構成因子的影響

3 結論與討論

3.1 種植環境對高粱生長及產量的影響

合理的種植密度和種植環境是發揮群體生產力的基礎，是實現作物群體結構和植株個體功能協調增益、提高產量的重要途徑。本研究發現，環境對高粱的影響優先于密度。3 個環境下，旱地中3 個品種的整體形態指標最低，瘠薄地次之，水肥地最高。產量和千粒質量表現為旱地＜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 種植密度對高粱生長及產量的影響

在相同的環境條件下，3 個品種的株高基本都隨著種植密度的增加而降低，這可能與品種和設置密度范圍有關，后續延伸試驗可擴大密度范圍進一步研究。穗長在水肥地和旱地均隨著密度增加而呈現減少的趨勢，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。在不同的環境條件下，晉雜108 號和汾酒粱1 號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 個品種的產量都隨密度增加而降低，千粒質量隨密度變化不大。

正常水澆地條件下，晉雜108 號產量最高，達到7 143.7 kg/hm2，對應的密度為15 萬株/hm2。瘠薄地產量最高的是汾酒粱1 號，其次是晉雜108 號，晉雜34 號產量最低，汾酒粱1 號比晉雜34 號產量高7.6%。旱地產量最高的是晉雜34 號，晉雜108 號和汾酒粱1 號產量相差不大。綜上所述，本研究篩選出產量高、性狀好、耐密植的品種為晉雜108 號，其適宜密度為15 萬株/hm2。