不同种植环境和密度对机械化栽培高粱农艺性状及产量的影响

詹鹏杰，平俊爱，楚建强，李 燕

（1.山西省农业科学院高粱研究所，高粱遗传与种质创新山西省重点实验室，山西晋中030600；2.山西省农业科学院，山西太原030031）

农业机械化是实现高粱产业化生产与现代农业相结合的必然之路，选育适宜机械化栽培的品种及研究配套的栽培技术是高粱机械化生产种植的研究目标[1-5]。我国高粱多种植在干旱、半干旱的瘠薄地、盐碱地或低洼易涝地，而且其栽培技术和田间管理较为粗放，因此产量偏低[6-10]。在一定环境下，种植密度是影响作物生产最重要的因素之一，适宜的密度是作物实现高产的必要条件。因此，在不同种植环境和密度处理下研究高粱机械化栽培品种农艺性状和产量构成因子的变化趋势，对机械化栽培模式下高粱种植环境与密度的优化具有重要意义。

目前，种植的高粱品种均为高秆大穗型，种植密度在10.50 万～12.00 万株/hm2，缺乏耐密矮秆品种及与其相配套的农艺栽培技术[11-18]；随着矮秆新品种的育出，也需要推出与之配套的栽培技术，而目前有关增加种植密度对产量构成因素相关性状的研究较少。王劲松等[9]研究表明，密度在4.5 万～10.5 万株/hm2时随着种植密度的增加，高粱株高显著增加，而茎粗显著变细。肖继兵等[19]研究认为，密度在7.5 万～16.5 万株/hm2时适当提高种植密度是提升高粱产量的关键。适宜种植密度下，宽窄行种植较等行距种植可有效改善冠层透光率，增加群体叶面积指数，扩大光合面积，提高叶片尤其是中下层叶片的光合性能，是实现作物群体结构和植株个体功能协同增益和产量提高的重要途径。杨佳等[20]研究表明，种植密度在11.25 万～22.50 万株/hm2时株高随着种植密度的增加而增加，茎粗反而减小，产量随着种植密度的增加呈现先增加后降低的变化趋势。

综上所述，前人在高粱密度、水肥、播种方式等栽培措施方面已做了一些研究工作，但将种植密度和种植环境二者结合起来进行高粱双模式优化研究却鲜见报道。

本研究以3 个适宜机械化栽培的高粱品种（晋杂108 号、汾酒粱1 号和晋杂34 号）为研究对象，分析比较其对不同种植密度、不同种植环境（旱地、瘠薄地、水肥地）的响应，以明确高粱机械化种植的适宜密度及环境，为进一步优化高粱机械栽培模式下种植密度与环境提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验在山西省晋中市榆次区山西省农业科学院高粱研究所东白试验基地进行。该地海拔802 m，年平均气温9.7 ℃，年平均降水量440.7 mm，70%以上降水集中在6—9 月。各试验田0～20 cm 土层养分含量如表1 所示。其中，瘠薄试验田0～20 cm土层N、P、K 养分含量是水肥地和旱地土壤养分含量的1/2。

表1 供试土壤耕层（0～20 cm）理化性状

1.2 试验材料

供试材料选用株型紧凑、适宜机械化栽培的3 个密植高粱品种，分别为晋杂108 号、汾酒粱1 号、晋杂34 号。

1.3 试验设计

试验采用二因素裂区设计，主区为种植环境，即旱地、瘠薄地、水肥地，裂区为种植密度，即15 万株/hm2（D1）、18 万株/hm2（D2）、21 万株/hm2（D3）、24 万株/hm2（D4）和27 万株/hm2（D5）5 个种植密度，3 次重复，小区面积15 m2，水肥地、旱地播前一次性施入复合肥，施肥量为750 kg/hm2。瘠薄地不施肥，旱地出苗后浇一次水，其他管理同水肥地。在生育期间中耕除草2 次，灌水2 次，喷施2 次农药防治病虫害。于2017 年5 月2 日播种，10 月5 日收获。

1.4 测定项目及方法

在收获前每小区选择具有代表性的植株10 株，测定其农艺性状指标，调查株高、穗长、穗宽、旗叶长、旗叶宽、穗柄长、茎粗、穗质量、株数、千粒质量，记录10 株平均值；成熟后每小区收获中间2 行有代表性的植株，脱粒后测定其产量，计算小区产量，并折合成公顷产量。

1.5 数据统计分析

采用Microsoft Excel 2010 软件和SPSS 软件对试验数据进行处理分析及统计差异显著性检验（LSD 法）。

2 结果与分析

2.1 种植环境和密度对高粱生长的影响

从表2 可以看出，水肥地不同种植密度处理下，3 个参试品种中晋杂108 号密度处理对株高的影响较其他2 个品种更敏感，随着密度增加晋杂108 号株高有降低的趋势，在P＜0.05 水平下D1 处理与其余4 个密度处理间差异显著，D4、D5 处理分别比D1 处理株高降低了11.3%，10.7%，达到差异极显著水平（P＜0.01）。晋杂108 号D4 处理与D1处理相比，穗长降低了17.8%，差异极显著（P＜0.01），其余2 个参试品种不同密度处理的穗长差异不显著。3 个材料旗叶长都随密度增加总体呈现缩短趋势，其中，晋杂108 号密度D5 处理旗叶长分别与D3、D4 处理间差异显著（P＜0.05）；汾酒粱1 号D5处理与D1 处理相比，旗叶长缩短了26%，差异极显著；晋杂34 号D2 处理与D5 处理旗叶长差异极显著。可见，高密度对旗叶长影响较大。3 个参试材料的穗柄长随密度增加整体呈现增长的趋势，晋杂34 号D4 处理穗柄长与其他密度处理差异极显著（P＜0.01）。晋杂108 和晋杂34 号的茎粗在不同密度处理下差异均不显著，汾酒粱1 号D3 处理茎粗比D2 处理减少了20%，差异显著（P＜0.05）。正常水肥地不同种植密度对3 个高粱的穗宽、旗叶宽影响不大，处理间差异均未达到显著水平。

表2 不同种植密度对水肥地高粱形态指标的影响 cm

由表3 可知，瘠薄地不同密度处理对高粱形态指标的影响大小顺序为晋杂108 号＞晋杂34 号＞汾酒粱1 号。瘠薄地3 个参试高粱品种其株高随着密度增大而降低，密度处理间均未达到显著水平。晋杂108 号穗宽D2 处理与D1 密度处理间差异显著（P＜0.05），其他品种密度处理间差异不显著。在瘠薄地不同密度条件下，3 个高粱品种的旗叶长均具有随密度增大而缩短的趋势，与D1 处理相比，晋杂108 号的D4、D5 处理旗叶长分别缩短33%，35%，差异显著（P＜0.05）；晋杂34 号D2 处理的旗叶长最长，与之相比，D4、D5 处理分别缩短32.3%，24.8%，且D4、D5 处理与D2 处理间差异显著。晋杂108 号旗叶宽D4 处理比D1 处理降低28.9%、比D3 处理降低25.6%，D1、D3 处理与D4 处理间差异显著（P＜0.05）。晋杂108 号D5 处理与D1、D2、D4处理间差异显著（P＜0.05），其余品种处理间均未达到差异显著水平。晋杂108 号茎粗D1 处理与其余处理间差异达到极显著水平（P＜0.01），D3 处理茎粗比D1 处理减少了30%。

从表4 可以看出，在旱地不同种植密度处理下，3 个参试高粱品种的株高都有随着密度增加而增高的趋势，在D4 处理趋于稳定。其中，晋杂108号D1 处理和D2 处理的株高分别与其他处理间差异极显著（P＜0.01）；汾酒粱1 号密度最大D5 处理的株高为116.6 cm，达到最高，D1 处理的株高最低，且D1 处理与其他处理间差异极显著（P＜0.01）；晋杂34 号高粱最小密度D1 处理的株高为111.7 cm，是密度处理中最低的，与其他密度处理间差异显著（P＜0.05）。

由表2，3，4 可知，旱地高粱的穗长整体上比水肥地和瘠薄地短，晋杂108 号在D5 处理条件下穗长最短，与其他密度处理间均差异显著（P＜0.05）；汾酒粱1 号D1 处理穗长最短，与其他密度处理间均差异极显著（P＜0.01）；晋杂34 号D5 处理穗长最长，与其他密度处理间差异极显著（P＜0.01）。晋杂108 号在P＜0.05 水平下D1 处理与D5 处理的穗宽差异显著；晋杂34 号在P＜0.05 水平下D2 处理与D1、D5 处理间穗宽差异显著，在P＜0.01 水平下D5 处理与D2、D3、D4 处理间差异极显著，D1 处理与D2 处理间差异极显著；汾酒粱1 号密度间未达到差异显著水平。旱地环境3 个高粱品种均存在随密度增加旗叶长缩短的规律，其中，汾酒粱1 号和晋杂34 号D5 处理旗叶长最短，分别为18.5，20.1 cm，与其他处理间均差异极显著（P＜0.01）。旱地环境3 个参试高粱品种低密度D1、D2、D3 处理旗叶宽明显大于高密度D4、D5 处理，D4 处理是高粱旗叶宽减小的分界值；其中，晋杂108 号和汾酒粱1 号最小密度密度D1 和最大密度D5 旗叶宽差异显著（P＜0.05）；晋杂34 号高粱D1 处理和D5 处理旗叶宽差异极显著（P＜0.01）。晋杂108 号D5 处理穗柄长与其他密度处理差异极显著（P＜0.01）；汾酒粱1 号D1、D2 处理与其他密度处理穗柄长差异极显著（P＜0.01）；晋杂34 号密度处理间穗柄长均差异不显著。旱地3 个参试高粱品种不同种植密度处理的茎粗差异不显著。

表3 不同种植密度对瘠薄地高粱形态指标的影响 cm

表4 不同种植密度对旱地高粱形态指标的影响 cm

2.2 种植环境和密度对高粱产量及其构成因子的影响

由表5 可知，不同种植密度处理对水肥地3 个参试品种穗数的影响均为随着密度增加其穗数有增大的趋势，D5 处理穗数均达到最多，其中，汾酒粱1 号和晋杂34 号高粱D5 处理与D1、D3 处理穗数差异显著（P＜0.05）；晋杂108 号D5 处理与D3处理穗数差异极显著（P＜0.01）。晋杂108 号D5 处理株数与其他密度处理间差异显著（P＜0.05），D5处理与D3、D4 处理间差异极显著（P＜0.01）；晋杂34 号株数D5 处理与D3 处理间差异显著（P＜0.05），D5 处理与D1 处理差异极显著（P＜0.01）；汾酒粱1 号各密度处理间的株数差异不显著。晋杂108 号D1 处理与D3 处理的千粒质量差异显著（P＜0.05）。水肥地3 个参试品种的产量总体呈现随密度增加而减少的变化趋势，不同种植密度处理均差异不显著。

表5 不同种植密度对水肥地高粱产量及其构成因子的影响

由表6 可知，瘠薄地环境参试高粱高密度D4、D5 处理的穗数明显高于低密度D1、D2、D3 处理，晋杂34 号D1 处理与D5 处理间穗数差异显著（P＜0.05）。晋杂108 号株数在P＜0.05 水平下D1 与D4、D5 处理间差异显著；汾酒粱1 号在P＜0.05 水平下D1 处理与D2、D3、D4 处理间差异显著；晋杂34 号D1 处理与D5 处理间株数差异极显著。瘠薄地3 个高粱品种的千粒质量密度处理间差异均不显著。晋杂108 号D1 处理的产量最高，为1 223 kg/hm2，与其他处理间差异均极显著（P＜0.01）；汾酒粱1 号D3 处理产量最高，且与D1、D5 处理间差异达极显著水平（P＜0.01）；晋杂34 号在P＜0.05 水平下D2处理与D4、D5 处理间差异显著。

表6 不同种植密度对瘠薄地高粱产量及其构成因子的影响

从表7 可以看出，不同种植密度条件下旱地高粱穗数和株数均随着密度增加而增多，其中，晋杂108 号D5 处理与D1、D2、D3 处理穗数差异极显著（P＜0.01）；汾酒粱1 号密度处理间差异极显著；晋杂34 号D1 与D5 处理间穗数差异极显著（P＜0.01）。晋杂108 号株数D 处理与D1、D2、D3 处理间差异极显著，D1、D2、D3 处理间差异也达极显著水平（P＜0.01）；汾酒粱1 号株数D5 处理与其他处理间差异极显著（P＜0.01）；晋杂34 号株数D1 处理与D5 处理间差异极显著（P＜0.01）。汾酒粱1 号D4处理千粒质量均与其他处理差异极显著（P＜0.01）；晋杂34 号D1 处理和D4 处理间千粒质量差异显著（P＜0.05）。旱地环境3 个参试高粱品种不同种植密度处理产量间差异极显著（P＜0.01）。

表7 不同种植密度对旱地高粱产量及其构成因子的影响

3 结论与讨论

3.1 种植环境对高粱生长及产量的影响

合理的种植密度和种植环境是发挥群体生产力的基础，是实现作物群体结构和植株个体功能协调增益、提高产量的重要途径。本研究发现，环境对高粱的影响优先于密度。3 个环境下，旱地中3 个品种的整体形态指标最低，瘠薄地次之，水肥地最高。产量和千粒质量表现为旱地＜瘠薄地＜水肥地，也就是说，相同密度条件下水分影响大于肥力影响。

3.2 种植密度对高粱生长及产量的影响

在相同的环境条件下，3 个品种的株高基本都随着种植密度的增加而降低，这可能与品种和设置密度范围有关，后续延伸试验可扩大密度范围进一步研究。穗长在水肥地和旱地均随着密度增加而呈现减少的趋势，但差距不明显。穗柄长随着密度增加而伸长。茎粗没有显著变化。在不同的环境条件下，晋杂108 号和汾酒粱1 号的株高都是随着密度的增加而降低，穗柄长随着密度的增加而伸长，茎粗随着密度的增加而减少。而晋杂34 号在旱地条件下的株高随着密度的增加而增高，穗柄长随密度增加而增加。3 个品种的产量都随密度增加而降低，千粒质量随密度变化不大。

正常水浇地条件下，晋杂108 号产量最高，达到7 143.7 kg/hm2，对应的密度为15 万株/hm2。瘠薄地产量最高的是汾酒粱1 号，其次是晋杂108 号，晋杂34 号产量最低，汾酒粱1 号比晋杂34 号产量高7.6%。旱地产量最高的是晋杂34 号，晋杂108 号和汾酒粱1 号产量相差不大。综上所述，本研究筛选出产量高、性状好、耐密植的品种为晋杂108 号，其适宜密度为15 万株/hm2。