高粱間套作栽培模式研究進展

彭方麗， 周棱波， 汪 燦， 張國兵， 杜月紅， 邵明波

(貴州省農業科學院 旱糧研究所， 貴州 貴陽 550006)

高粱〔Sorghumbicolor(L.)Moench〕是一年生禾本科C4作物，是世界第五大糧食作物，具有食用、飼用及釀造等多種使用價值，也是我國重要的雜糧作物。高粱栽培品種通常分為籽粒高粱、飼料高粱、甜高粱及帚高粱。在籽粒高粱中，將支鏈淀粉含量在80%以上的稱為糯高粱[1]。糯高粱是釀造茅臺酒等醬香型高檔白酒的主要原料，在我國區域經濟發展中占有重要地位[2]，也是貴州省重點發展的優勢支柱產業之一。貴州是全國高梁主產區之一，種植面積居第4位，僅次于吉林、內蒙古和黑龍江省，但仍不能滿足貴州酒企對高粱原料的需求。貴州省屬典型的喀斯特地貌，光能利用率較低，耕地面積有限，高粱常年連作導致產量降低，品質下降，因此，貴州高粱原料遠遠不能滿足以茅臺集團為主的酒企的需求量。間套作能高效利用光能提高作物產量，改善地力，增強作物抗病能力[3-8]。根據貴州省酒用高粱種植規劃，到2022年貴州省計劃種植面積達26.67萬hm2，因此開展高粱間套作對于貴州發展高粱產業具有重要的意義。目前國內外關于高粱間套作的研究較少，已開展的間套作方面的研究也不夠深入。為了解國內外高粱間套作栽培模式研究狀況，通過查閱文獻資料，從高粱間套作的品種選擇、栽培模式等方面概述高粱間套作栽培模式研究進展，以期為高粱高產高效栽培及貴州高粱產業發展提供思路，同時為貴州農村產業革命及壩區農業產業結構調整提供參考。

1 高粱生物學特性與生產應用品種

1.1 生物學特性

高粱品種分為早、中、晚熟3種類型，3—6月均可播種，7—10月成熟。全生育期80～140 d，不同熟性高粱品種生育期差異較大。

1.2 常用高粱品種

目前，國內常用高粱品種因地區而異，西南地區主要有國窖紅1號[9-10]、大力士甜高粱[11]、紅纓子[12-14]、珍珠高粱[15]和晉雜12號[16]等；西北地區以甘肅為主，主要有晉雜4號、晉雜12號[17]、晉甜雜2號[18]、糯粱1號、青殼洋高粱[19]和晉雜11號[20]等；東北地區主要有晉雜五號[21]、沈雜5號[22]及晉雜4號[23]等；北方以山西為代表，主要有晉草2號[24]等；中部地區以河南為代表，選用豫糧8號[25]。

2 高粱間套作主要模式

2.1 共生群體作物品種選擇

據文獻顯示，開展高粱間套作模式栽培的地區大致分為西南、西北、東北、北方及中部地區。在間套作時主要根據高粱種植用途、間套作搭配作物生長習性及當地氣候條件的不同選擇高粱品種。在間套作共生群體作物品種選擇上大致分為豆科、糧食作物、薯類作物和經濟作物4類。其中，豆科作物主要有大豆、花生、苜蓿等，糧食作物主要有春玉米、春小麥，薯類作物主要有馬鈴薯、紅薯、山芋、山藥等，經濟作物主要有辣椒、油菜、蔬菜、茄子、烤煙、西葫蘆等。

2.2 高粱主要間作模式

間作是在不減少主作物密度和適當種植副作物的條件下，把不同作物恰當的搭配起來，構成田間復合群體，充分利用田間空隙獲得增產[3]。間作提高了光能利用率，間作形成的帶形結構改變了群體中的田間小氣候，改善土壤結構及肥力因素等[26]。

2.2.1 高粱間作豆科作物 禾本科與豆科作物間作時，根瘤菌將大氣中的氮轉化成植物可以吸收利用的含氮物質，從而增加土壤和植物的氮素[26-27]。苜蓿與飼草高粱間作大大提高了光能利用率，使產量增加[3]；糯高粱與大豆、花生間作行比均為2∶2時，能顯著提高糯高粱的光合能力，還能有效控制高粱炭疽病的發生[28]。彭秋等[29]對比單作和2種高粱新品系間作大豆對產值和抗病性的影響，結果表明，高粱間作大豆的產值高于單作高粱，且間作大豆有抑制螟蟲的效果。朱錦惠等[30-31]研究印證了間作能有效控制田間作物病蟲害的發生。早在20世紀70年代，江蘇淮陰地區通過對比不同行數的高粱間作大豆得出，高粱與大豆種植行比為10∶8時能獲得最高產量[32]。尹學偉等[10]通過比較8種不同密度配置對高粱農藝性狀、產量等影響得出，雙季糯高粱和大豆在行比為2∶2間作模式下，高粱、大豆密度分別為9萬株/hm2和12萬株/hm2是高產高效最優的群體配置結構。貴州仁懷以有機高粱紅纓子和本地花生、大豆、向日葵、白云豆、眉毛豆、四季豆、米豆、綠豆、紅苕為試驗材料，比較分析有機高粱與不同作物間作對群體產量和效益的影響，結果表明，無藤豆類作物四季豆、眉毛豆和白蕓豆可作為有機高粱間作的首選作物[12]。

2.2.2 高粱間作糧食作物 黃瑞冬等[33]通過比較玉米與高粱按2∶1行比分別間作小麥時的土壤水分動態和產量得出，玉米間作小麥時耗水量大于高粱間作小麥，小麥與高粱間作時其產量顯著高于與玉米間作，高粱與小麥都可以獲得較高的產量。早在1972年，沈陽農學院采用玉米與晉雜5號按2∶4的行比間作，高粱行距57 cm、株距25 cm，玉米行距57 cm、株距28 cm時，與單作相比，高粱和玉米產量都能達到最大增幅[21]。

2.2.3 高粱間作薯類作物 以紅薯為代表的薯類作物因植株矮，更適合與高粱套種。因此，高粱與薯類作物間作時，以山芋為例，1973年江蘇徐州選用原雜10號等早熟雜交高粱間作山芋，利用高粱從土壤中吸收氮肥較多，山芋吸收鉀肥較多的原理，加強田間管理，適當增施肥料，克服了爭肥水的矛盾，同時在灌漿期去掉老葉促進成熟，較好地錯開山芋旺長期，最終達到增產效果[34]。

2.2.4 高粱間作經濟作物 利用間作模式，在保證高粱生產的同時又可以收獲經濟作物，對于農業產業結構調整具有重要的意義。吉林省柳河縣推廣烤煙與高粱間作模式獲得雙豐收，煙葉產量為283.7 kg/667m2，高粱產量為176 kg/667m2。高英旭等[22]利用棗樹發芽晚、落葉早、枝疏葉小、遮陰少和年生長期短的特點間作高粱，合理密植高粱，得出在棗樹地每6 m間作4行高粱的模式下，能達到棗和高粱雙豐收的目的。

2.3 高粱主要套作模式

套作主要是指前季作物生長后期在株行間播種或移栽后季作物的種植方式，是在人為調節下，充分利用不同植物間某些互利關系，減少競爭，組成合理的復合群體結構，使復合群體既有較大的葉面積，延長光能利用時間或提高群體的光合效率，作物高矮成層，改善作物的通風透光條件，形成多種抗逆性，以便更好地適應不良的環境條件，充分利用光能和地力，發揮邊行優勢，保證穩產增收[5]。

2.3.1 高粱套作豆科作物 2005年，山西大同采用地膜高粱套種早熟抗旱大豆的模式獲得了較高的經濟效益[35]。陳鑫偉等[25，36]通過比較高粱與大豆3個種植行比(2∶4、2∶5、2∶6)試驗得出，高粱套種大豆種植行比為2∶6時產量最高。內蒙古舒蘭試驗結果顯示高粱最佳種植模式為5行大豆套種1行高粱，該模式是在全程免耕，大豆加密種植的基礎上，每隔5行大豆加密種植1行高粱的創新耕作方法[37]。郭志利等[24]經過試驗與示范，探索出適宜山西中部旱作類型區高粱的高效種植模式，即飼草高粱與馬鈴薯、大豆行比為2∶4，飼草高粱與西葫蘆行比2∶2，株行距按照當地常規標準。

2.3.2 高粱套作糧食作物 高粱間套作糧食作物時，能充分利用大部分地區一季有余、兩季不足的氣候條件開展糧食生產，適當延長一年中的有效生產時間，最大限度提高土地利用率以提高單位面積產量。高粱套種小麥能提供良好的田間小氣候條件，套種作物有明顯的邊行優勢，促進作物生長。安宏偉等[23]在沈陽進行高粱套種小麥試驗，3月下旬播種春小麥，密度17.5萬株/667m2；5月下旬播種高粱，密度7 000株/667m2，利用高粱與小麥在熟期上的時間差，多收獲1茬小麥。在廣西東蘭、丹泉地區，農戶采用地膜玉米免耕套作珍珠高粱/秋高粱種植模式，大行距80 cm起廂、行距40 cm、株距30 cm，3月中旬播種玉米，7月下旬播種高粱，能最大限度提高光能、養分等利用率，促進農民增產增收[15-16]。

2.3.3 高粱套作薯類作物 大部分薯類作物植株矮小，根系為塊根或塊莖，分布淺，而高粱植株高大，根系發達，二者合理套種，變平面種植為立體種植，通風透光條件得到改善，大大提高土地和光能利用率。牛金明等[38]在甘肅甘谷縣采用地膜馬鈴薯與高粱、香菜套作栽培模式，利用作物錯時套種生產，一年可采收3茬作物。在四川瀘州，農戶則采用高粱套種紫山藥，獲得了較好的經濟效益[39]。對于飼草高粱，套作模式也能獲得較高的經濟效益，王琳等[11]利用兩種作物生長的溫度差，將馬鈴薯與甜高粱按1∶1的行比套種，比較套作與單作的單位面積經濟效益得出，套作地塊適當利用了空間和時間，從而多1種作物產出，經濟效益顯著高于單作地塊。

2.3.4 高粱套作經濟作物 早在20世紀70年代，在遼寧省北鎮縣就有雜交高粱每3行套種4行油菜的高效栽培方法，牛金明等[38]采用地膜馬鈴薯與高粱、香菜套作栽培模式，馬鈴薯3月起壟雙行覆膜播種，壟距90 cm，5月在壟溝種植高粱，株距15 cm，7月收獲馬鈴薯后壟面種植香菜，能獲得較高的經濟效益。楊永春[20]在甘肅靈臺采用旱塬地荏子1∶1的行比套種高粱，荏子與高粱行距20 cm，荏子行距40 cm、株距25 cm，高粱行距40 cm、株距30 cm，改單一種植為復合種植，實現了一季兩熟。甘肅臨澤、張掖等地區利用酒用高粱為甜椒遮陰和搭架支撐的優勢，采用甜椒套種酒用高粱，既減輕甜椒病害發生，又節約生產成本，從而增加收入[19]。孫向春等[18]通過試驗總結出春小麥復種冬油菜套作飼用甜高粱高效栽培技術，經濟效益顯著，能充分發揮肥田養地的效果，并且能提高單位面積的種植指數。

3 高粱間套作栽培模式的經濟效益

從多年研究結果看，高粱間套作栽培模式能有效提高經濟效益。山西采用高粱套作大豆模式比單作增收150～200元/667m2[35]；大豆高粱5∶1套種時增收400元/667m2 [37]，而高粱大豆2∶6套種模式時則增加823元/667m2 [25]；貴州采用有機高粱間作四季豆高效栽培模式產值達3 592元/667m2，比凈作高粱增收848元/667m2，與眉毛豆、白蕓豆和紅薯間作時，分別比凈作高粱新增產值758元/667m2、693元/667m2和 581元/667m2 [12]。采用高粱套作小麥較單作小麥增產105.5%[23]；利用高粱套作玉米，比單作時增收620～760元/667m2 [15]。采用地膜馬鈴薯與高粱、香菜套作栽培模式，3茬作物較傳統麥后復種大豆模式增收1 125元/667m2 [38]；大力士甜高粱套作馬鈴薯模式比單作甜高粱增收634元/667m2 [11]；四川瀘州采用高粱套作紫山藥，增收1 000余元/667m2 [39]。荏子套作高粱時比單種荏子、高粱分別增收440元/667m2和211元/667m2 [20]；采用高粱套作甜椒模式，效益可達6 000元/667m2 [19]。

4 存在問題與展望

綜合看，間套作是光熱、土地等資源高效利用的可持續性的高效種植模式，以玉米等為代表的間套作模式與機理研究較多，但當主栽作物為高粱時，國內外相關的研究較少，已開展的高粱間套作模式方面的研究不夠深入：一是以高粱為主栽作物，間套作共生群體作物種類還有待進一步拓寬，可根據各地產業發展的需求以及間套作作物的生長特性等拓寬作物類型，如半夏、黃精、太子參等中藥材都屬于淺根系作物，生長期都需要遮陰，與高粱間套作時，深根系的高粱正好可以起到遮陰的作用。因此，在貴州省大力開展農業產業結構調整、重點發展十二大產業的契機下，可充分考慮發展“高粱+食用菌/中藥材/茶/經果林”等高效栽培模式。二是研究深度不夠，已開展的高粱間套作模式的研究中，對于作物行比配置研究相對較多，但對于間套作適宜栽培品種選育及共生群體作物間需肥特性、播期配置、品質影響等方面的研究不夠。下一步，可通過深入開展山區高粱間套作適宜品種選育及間套作農藝措施等研究，篩選適合山區間套作的高粱品種及最佳的株行距、播期配置、施肥技術等農藝措施[40-44]，從而得出適宜貴州高粱間套作的高效栽培模式。三是目前針對高粱間套作模式研究都著重于地上部分之間的共同促進作用和對地上部分產量構成及經濟指標的影響，對于地下部分根際微生物、營養物質、抑制物質等還未涉及。高梁是分泌生物硝化抑制劑BNI的代表作物之一，當土壤環境pH<6時高粱分泌BNI的能力更強，而間套作時高粱比玉米更易分泌BNI，從而抑制氮素的流失[45]。因此，下一步對于高粱間套作對地下部分的影響研究應更深入細致，如開展不同間套作模式對土壤pH的影響、對根際微生物環境的影響等研究。