干旱區連作對甜高粱農藝性狀及產量的影響

再吐尼古麗·庫爾班，吐爾遜·吐爾洪，朱 敏，涂振東，艾克拜爾·伊拉洪

(1新疆農業大學草業與環境科學學院，烏魯木齊 830052；2新疆農業科學院生物質能源研究所，烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】甜高粱根系發達，具有抗旱、抗寒、耐澇、耐鹽堿等抗逆特性，廣泛種植于干旱、半干旱地區，而且甜高粱生長迅速、生物產量高、鮮草品質好、適口性佳，是家畜的理想青飼、青貯用飼料作物[1]。隨著我國農業產業結構的調整與畜牧業的發展，對飼草的需求量也日益增加[2]。甜高粱的種植不但可以解決畜牧業的飼料問題；由于甜高粱莖稈中含有豐富的糖分汁液，可用于開發乙醇燃料，緩解能源危機[3]。新疆位于我國西北內陸干旱區，是我國荒漠化大區和最大的鹽土區，自然降雨較少、土壤干旱貧瘠，農業生產水平低。新疆現有0.067×108hm2(1億畝)邊際性土地，各類鹽漬土總面積達到1 336.1×104hm2，占全國鹽堿土面積的36.8%[4]。高粱其生物產量高、青貯品質好等，是重要的飼草作物，尤其耐鹽堿能力突出,在新疆邊際地區成為種植優先作物。新疆鹽堿地生態系統脆弱，土壤次生鹽堿化嚴重，但可用來發展耐鹽堿的飼草作物。充分利用甜高粱的獨特優勢在新疆鹽堿地等邊際土地資源生產優質飼料既可改善生態環境，對解決飼草短缺問題具有重要意義。【前人研究進展】前人研究表明，新疆大部分次、非宜棉區均可種植高粱[8]。目前高粱多種植在土壤肥力較低地區，種植經驗不足再加上連作種植制度，導致土壤肥力下降、營養元素失衡、生物產量和品質嚴重下降，因而高粱被誤認為是低產作物[9, 10]。合理施肥可增加土壤肥力，修復土壤結構，平衡土壤養分，利于植株健康生長[11]。施肥可以增加甜高粱的分蘗數，并且可提高株高，從而提高產量。目前有關甜高粱施肥試驗已有一些報道[12, 13]。羅峰等[14]表明施肥方式和施肥水平顯著影響甜高粱生長發育、產量和品質。呂艷東等[15]研究表明，在施肥量一定范圍內甜高粱天青一號產量與施肥量成正比，超過這個范圍后產量與施肥量反而成反比。劉麗華等[2]試驗也表明了合理施肥量對甜高粱的增產效應，施肥量與植株鮮重之間的極顯著的相關性。蘇富源等[16]施肥試驗表明，氮、磷、鉀肥單施或配施均可顯著增加了甜高粱遼甜1號籽粒產量。【本研究切入點】有關通過施肥解決連作障礙的問題在大豆、玉米、煙草等作物上研究較多，而不同施肥處理對新疆干旱地區連作高粱的影響方面的研究尚未見報道。研究干旱區連作對甜高粱農藝性狀及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】以新疆干旱區甜高粱長期定位大田試驗為基礎，比較分析在不同施肥條件下甜高粱生育期、農藝性狀以及生產性能，為不同土壤養分條件下干旱半干旱區連作甜高粱的養分管理和生產提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2008～2009年在新疆農業科學院瑪納斯試驗站試驗田(44°14′N，86°14′E)進行。該地區海拔470 m，年平均氣溫為 7.2℃，年平均降水量為180～270 mm，屬于溫帶大陸性干旱半干旱氣候區，冬季長而嚴寒，夏季短而酷熱，晝夜溫差大。春播前 0～20 cm的土層平均養分含量。供試甜高粱品種新高粱3號。表1

表1 土壤養分檢測Table 1 Test results of soil nutrients

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗共設 CK ( 無肥處理) 、NP、NK、PK、NPK等 5個處理，其中每年 N、P、K 施用量分別為：N 肥108.0 kg/hm2作種肥和72.0 kg/hm2作拔節肥；P 肥27.0 kg/hm2作種肥和 27.0 kg/hm2作拔節肥；K 肥用72.0 kg/hm2作種肥和 72.0 kg/hm2作拔節肥。

試驗采用隨機區組排列，行長5 m，行距0.6 m，株距0.2 m，保苗數75 000株/hm2, 10行區，3次重復，小區面積30 m2。各小區之間空0.8 m打埂子，相互不竄灌。每年的施肥量和田間管理都相同。2008 和 2009 年的甜高粱生育季節平均降水量分別為 92.52和 149.84 mm，繪出各月份最低溫度、最高溫度、及降水量。圖 1

圖1 2008～2009年高粱生長季節最低溫度，最高溫度和降雨量Fig. 1 Minimum Temperature, Maximum Temperature and Rainfall in Sorghum Growth Season 2008-2009

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 生育期

記載苗期、分蘗期、拔節期、挑旗期、抽穗期、開花期、成熟期，每個時期的記載以75%達到要求進行記載，并計算生育天數。

1.2.2.2 植株性狀

成熟時每個處理在1行內連續取5株，用米尺、游標卡尺、電子秤分別測株高、稈長、莖粗、節數、單株重、單稈重并取平均值。

1.2.2.3 秸稈含糖錘度

在甜高粱成熟時每個處理隨機取5株，用ATAGO數顯錘度計測定秸稈上數(除穗柄外)第3、7、10節的汁液含糖錘度，測定部位為節間中部并取平均值。

1.2.2.4 產量性狀

成熟時稱取面積為6 m2試驗區的籽粒產量、秸稈產量，重復 3 次，折算出生物產量。

1.2.2.5 室內考種

在每個處理連續選取10株，進行室內考種，測量千粒重。

1.3 數據處理

采用 Excel和Origin 2018軟件對數據進行了處理、作圖，使用 DPS9.0軟件進行了相關性分析和方差及多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 甜高粱生育期變化

研究表明，2008年CK、NP、NK施肥處理下新高粱3號的生育期都為128 d，PK和NPK處理的生育期為129 d，平均生育周期為128 d。2009年CK、NP、NK施肥處理下新高粱3號的生育期為141 d，PK和NPK處理的生育期為143 d，平均生育期為141 d。由于不同年份間氣候條件不完全相同，再加上連作障礙，導致生育期也不相同，2009年所有施肥處理的生育周期均比2008年短15 d，但各施肥處理之間生育周期差異不大，相差只有1～2 d。表2,圖1

表 2 甜高粱連作物候期的變化 (月/日)Table 2 Changes of Growth period of sweet sorghum (M/D)

2.2 甜高粱農藝性狀

2.2.1 株高

研究表明,新高粱3號株高受連作障礙，2009年所有施肥處理下的株高均比2008年的株高極顯著降低，2009年的平均株高比2008年的降低了12.95%。甜高粱株高也受施肥的影響，2008年NPK處理的株高達到327.78 cm，PK的株高為最低，只有298.63 cm。從方差分析結果看出，不同施肥處理之間株高差異均為極顯著(P<0.01)，各處理的增高效應順序為：NPK>CK>NK>NP>PK。 2009年NPK處理的株高達到277.97 cm，PK的株高最低為261.10 cm。其中NPK和其他處理株高的差異均達到了極顯著水平(P<0.01)，NK與CK的株高差異不顯著(P>0.05)，各處理的增高效應順序為：NPK> NK >CK>NP>PK。施肥對增加株高具有明顯作用，尤其是氮磷鉀配施處理。 NPK處理下甜高粱的株高在2008和2009年分別比CK極顯著提高了4.62%、2.64%。表3

2.2.2 節數

研究表明,相同施肥處理下的節數在不同年限之間也有差異。2009年各處理的平均節數比2008年降低了3.22%，節數也受連作方式的影響。2008年NPK處理的節數為16.10個，CK最少，只有14.67個。NPK與CK處理差異極顯著(P<0.01)，NPK與PK、NK之間的差異不顯著(P>0.05)，各處理增加節數順序為：NPK>NK>PK>NP>CK。2009年NPK處理的節數為15.10個，NK的最少，只有14.37個，但各處理之間的差異不顯著(P>0.05)，各處理增加節數的順序為：NPK> NP >PK>CK>NK。施肥對增加節數具有明顯作用，尤其是氮磷鉀配施處理。在2008和2009年NPK處理下甜高粱的節數比CK分別提高了8.90%、2.65%。表3

表3 甜高粱連作農藝性狀變化Table 3 Changes of agronomic characters in continuous cropping of Sweet Sorghum

2.2.3 莖粗

研究表明,2008年新高粱3號的莖粗范圍在25.53～27.63 mm，2009年在22.11～23.13 mm，2009年的平均莖粗比2008年降低了14.35%。另外施肥對莖粗也有影響，2008年PK處理的莖粗為27.63 mm， NP的為最小，只有25.53 mm。

PK與NPK處理的有顯著差異(P<0.05)，PK與NK、NP、CK之間的差異為極顯著(P<0.01)，各處理促進莖粗的順序為： PK>NPK>CK>NK>NP。2009年NPK處理的莖粗為23.13 mm，CK的為最小，只有22.10 mm，NPK處理與CK之間的差異達極顯著(P<0.01)水平，各處理促進莖粗順序為NPK> NK >PK>NP>CK。表3

2.2.4 單株重

研究表明,相同施肥處理下新高粱3號的單株重在不同連作年限之間有差異，2008年單株重范圍在1.01～1.16 kg，2009年單株重范圍在0.81～0.98 kg，2009年的平均單株重比2008年的降低了19.26%。此外不同施肥處理之間單株重也有差異，2008年NPK處理的單株重為1.16 kg，NP的為最少，只有1.01 kg，NPK與PK處理間的莖粗有顯著差異(P<0.05)。對于促進單株重的優劣順序為NPK>NP> CK>NK>PK。2009年NP處理的莖粗最大達到0.98 kg，NK最差，只有0.81 kg，NP處理與NK、CK、NPK處理差異顯著(P<0.05)，各處理促進莖粗的順序為NP>PK> CK >NPK> NK。表3

2.2.5 單稈重

研究表明,不同施肥處理和不同連作年限對新高粱3號的單稈重均有影響，2009年所有處理的單稈重比2008年極顯著的降低了，平均降低值為19.89%。同時同一年度在不同施肥處理之間單稈重也有差異，2008年NPK處理的單稈重為1.11 kg，NK的為最少，只有1.01 kg，NPK與其他處理之間的差異為極顯著(P<0.01)，促進單稈重的順序為 NPK>NP> PK>CK>NK。2009年NP處理的單稈重為0.94 kg，NK處理的單稈重只有0.75 kg，NP處理與PK處理之間的差異為不顯著(P>0.05)，與其他處理之間的差異為顯著，促進單稈重的順序為NP>PK> CK >NPK> NK。表3

2.3 甜高粱含糖錘度

研究表明,含糖錘度在不同連作年限有差異，2009年所有施肥處理的含糖錘度比2008年極顯著提高，平均含糖錘度比2008年提高了19.17%。秸稈含糖錘度受施肥的影響比較明顯，所有施肥處理下秸稈的錘度均高于CK(無肥處理)。2008年CK與NPK處理差異不顯著(P>0.05)，CK與其他施肥處理差異均極顯著(P<0.01)。各處理中PK處理的秸稈錘度最高，CK處理最低，PK比CK提高了1.69%。2009年不同施肥處理對秸稈含糖錘度的影響跟2008年不同。2009年NP處理秸稈錘度最高，CK最低，含量分別為21.80%、20.51%，NP比CK提高了1.29%。CK 與NP、NPK處理差異極顯著(P<0.01)，CK 與NK、PK處理差異不顯著(P>0.05)。圖2

圖2 甜高粱連作秸稈含糖錘度變化Fig. 2 Changes of Sugar Brix in continuous cropping of Sweet Sorghum

2.4 甜高粱產量變化

2.4.1 秸稈產量

研究表明,2008年各處理秸稈平均產量為77.23 ,2009年76.07 t/hm2，2009年的平均秸稈產量比2008年降低1.51%。連作方式降低了秸稈產量。施肥處理對秸稈產量也有影響，2008年NPK處理秸稈產量最高，產量達到79.38 t/hm2，但和CK差異不顯著(P>0.05)。2009年PK處理秸稈產量最高，產量達到86.27 t/hm2，PK處理與其他處理差異極顯著(P<0.01)，比CK增產11.89%。圖3

圖3 不同施肥下甜高粱秸稈產量變化Fig.3 Change of Yield of Sweet Sorghum Straw under Different Fertilization

2.4.2 籽粒產量變化

研究表明,不同連作年限對籽粒產量有很大影響。2008年各處理平均籽粒產量為4 t/hm2、2009年3.29 t/hm2，2009年的平均籽粒產量比2008年降低了17.81%，連作方式極顯著降低了籽粒產量。所有施肥處理籽粒產量均高于CK并差異達到極顯著(P<0.01)。NPK處理在2年的籽粒產量均比其他施肥處理高，產量分別為4.46和3.89 t/hm2，比CK分別增產33.69%、31.60%，NPK處理與其他處理差異極顯著(P<0.01)。圖4

圖4 不同施肥下甜高粱籽粒產量變化Fig.4 Changes of Grain Yield of Sweet Sorghum under Different Fertilization

2.4.3 千粒重

研究表明,2008年平均千粒重為20.96 g，2009年為20.95 g，連作對千粒重的影響不大。但施肥處理對千粒重有明顯的影響，2008年CK與各施肥處理差異達到極顯著水平(P<0.01)，2009年CK與NK、NPK處理差異達到極顯著(P<0.01)。NPK處理在2年的千粒重均達到最高值，分別為21.54和21.44 g，比CK分別提高了5.99%、3.28%。圖5

圖5 不同施肥下甜高粱千粒重變化Fig.5 Change of Thousand grain weight of Sweet Sorghum under Different Fertilization

2.4.4 生物產量

研究表明,2008年平均生物產量為81.23 t/hm2、2009年79.35 t/hm2，2009年的平均生物產量比2008年降低了2.31%，連作降低了生物產量。

施肥處理對生物產量也有影響，其中2008年生物產量最高的是NPK處理，產量達到83.83 t/hm2，最低是PK處理，產量只有78.58 t/hm2，NPK處理比PK增產6.69%。CK與NPK處理差異顯著(P<0.05)、與其他施肥處理差異不顯著(P>0.05)。2009年生物產量最高的是PK處理，產量達到89.73 t/hm2，產量最低的是NK，產量只有68.38 t/hm2，PK比NK增產31.24%。CK處理與NP、NK、PK處理差異都極顯著(P<0.01)，與NPK處理差異不顯著(P>0.05)。圖6

圖6 不同施肥下甜高粱生物產量變化Fig.6 Changes of Biological Yield of Sweet Sorghum under Continuous Cropping under Different Fertilization

2.5 甜高粱產量與農藝性狀相關性

研究表明,不同施肥處理生物產量與生長因素的相關性在不同連作年限不一致。各處理的生物產量與秸稈產量在2年均呈極顯著正相關。生物產量與含糖錘度的關系不大，除了NK處理生物產量與含糖錘度呈正相關外其他處理都呈負相關。2008年只有NK處理生物產量與株高呈極顯著相關，2009年只有PK處理生物產量與株高呈極顯著正相關。NPK處理生物產量與單株重在2年均呈正相關，PK處理生物產量與千粒重在2年都呈極顯著正相關。只有NPK處理生物產量與莖粗呈極顯著正相關。表4

表4 甜高粱生物產量及生長因素相關性Table 4 The correlation analysis of biological yield and growth factors of Sweet Sorghum

3 討 論

連作障礙是農業生產的重要限制因素，導致多種農作物產量質量下降。連作障礙在多種植物上均有所表現，連作破壞土壤微生態平衡，抑制植株正常生長，最終導致作物病蟲害加重、產量降低、品質下降[21, 22]。樊芳芳[23]對高粱連作試驗結果也證明了這一點，連作高梁3年顯著抑制了高梁地上部的生長，株高、莖粗、葉面積等。試驗也得到了相似的結果，連作抑制了新高粱3號地上部的生長，種植第2年(2009年)所有施肥處理的株高、莖粗、單株重、單稈重均比第1年(2008年)極顯著降低。種植第2年的平均秸稈產量、籽粒產量、千粒重及生物產量均比第1年降低。另外由于不同年份間氣候條件不完全相同，再加上連作障礙，導致生育期推后，2009年所有施肥處理的生育周期均比2008年晚熟了15 d。

目前在高粱上進行施肥方式與產量關系的研究很多，但結論不一至。研究表明，施肥對甜高粱農藝性狀及產量均有影響。其中NPK處理的株高、稈長、節數、莖粗均高于其他處理，增幅度1.80%～8.90%。同時NPK處理對籽粒產量和千粒重的促進效應最佳，這跟王勁松[24]、崔佩佩[25]的高粱施肥試驗、張詩雨[26]的花生連作施肥試驗結果一致。前人研究表明，吉雜355 以磷鉀肥全部作為基肥一次施入，同時氮肥一半作為基肥、一半作為追肥于拔節前施入，籽粒產量最高[11]，與試驗結果不太一致,不同高粱品種對施肥方式的反應存在差異。賈東海等[27]對新高粱3號在新疆伊犁地區的密度和肥料試驗結果表明，肥料對生物產量增產不顯著，與研究結果也不一致，試驗結果是PK處理對提高秸稈產量的效果最大，而NPK處理對籽粒產量的影響最大，并且同一施肥處理在不同連作年限間也有差異，2008年生物產量最高的是NPK處理，產量達83.83 t/hm2，而2009年生物產量最高的是PK處理，產量達89.73 t/hm2，更長的連作年限對產量的影響需要進一步研究確認。試驗結果與前任研究結果的差異可能與試驗地點、土壤基礎肥力高低和品種特性密切相關。

甜高梁莖稈含糖錘度是一個非常復雜的性狀，它受單株重、莖稈質地和莖稈出汁率等內因及外界環境條件、栽培技術措施等的影響[28]。試驗發現不同施肥處理對秸稈含糖錘度有影響，所有施肥處理秸稈的錘度都高于CK(無肥處理)，施用不同類型肥料均可以明顯增加甜高粱莖稈的含糖錘度，其中NP處理的秸稈含糖錘度極顯著高于CK。這根孫清[29]的研究結果基本一致。但焦少杰等[13]研究結果表明，甜高粱同一品種采用不同施肥方式產量的差異極顯著，但含糖量差異不顯著，這跟研究結果不一致。

目前關于含糖錘度與生物產量關系的研究有正相關[30]、負相關[31,32]等，而試驗發現生物產量與含糖錘度的關系不大，除了NK、NP處理生物產量與含糖錘度正相關外其他處理均呈負相關。

4 結 論

甜高粱農藝性狀除了受連作障礙外也受施肥的影響。連作抑制了甜高粱地上部的生長，導致新高粱3號生育周期延長、農藝形狀和產量降低。除了連作障礙外施肥也會引起甜高粱農藝形狀及產量的變化，其中NPK處理的株高、節數、單株重均高于其他施肥處理。NPK處理的株高在連作2年分別比CK極顯著提高了2.64%～4.62%、節數比CK提高了3.22%～8.90%、NPK處理的籽粒產量及千粒重均極顯著高于其他處理，但秸稈產量在PK處理下的變化最大。雖然甜高粱秸稈含糖錘度不受連作障礙但是受施肥影響，所有施肥處理秸稈的錘度都高于CK，因此，施肥是提高連作高粱含糖錘度的有效措施之一。

施肥處理對莖粗、單株重、單稈重、秸稈產量的影響在不同連作年限有所不同，主要生長參數均是 NPK 處理最高，但是品質和秸稈產量是PK處理高。連續2年不施肥處理(CK)明顯抑制了新高粱3號的生長，降低了品質。