红缨子高粱秸秆系数和收获指数的研究

潘昌滨，闫 杰，曹雨婷，赵 龙，任亚琴，郭继元

（茅台学院资源环境系 贵州，仁怀 564507）

红缨子高粱是酿造酱香型白酒的主要原料，主要集中在贵州种植，据报道2019年贵州种植面积是155.47万亩、产量39万吨；计划2020年种植面积200万亩、产量50万吨，2021年种植面积300万亩、产量75万吨，2022年种植面积400万亩、产量100万吨。高粱籽卖给酒企，剩下的大量秸秆如何处理是个大问题，在遵义地区的农村有用红缨子高粱秸秆养牛的历史，说明用其生产饲料是可行的，红缨子高粱秸秆饲料化待研究问题很多，其中高粱秸秆产量是其饲料化研究的前提。目前关于红缨子高粱研究主要有栽培管理[1-2]、病害防治[3-4]和种子发芽[5]与籽粒灌浆[6]等方面，关于其秸秆产量和饲料化研究的报道少见。本文分析红缨子高粱的秸秆系数[7]和收获指数[8]，并在此基础上提出鲜秸秆系数的概念，为接下来红缨子高粱秸秆资源化，尤其饲料化的研究做点基础工作。

1 材料

2020年8月的上午8点，从高粱地刚砍下的高粱中随机收集5个样本，立即拿到实验室采集籽粒、穗、秆、叶鞘和叶片等数据。本文所述红缨子高粱秸秆指由叶子、叶鞘和秆组成，穗指有穗秆和籽粒组成，除穗秆外，其他组分都测水份含量。烘干箱使用上海一恒科学仪器有限公司（DHG-9070A）电热鼓风干燥箱，电子秤为上海菁海仪器有限公司（FA2204N）电子天平、最大称量220g。

2 方法

红缨子高粱秸秆的叶子、叶鞘和秆组成，穗指有穗秆和籽粒的组分中除穗秆外，其他组分用点子天坪（上海菁海仪器有限公司FA2204N）取样3.00g放在处理好的铝盒内移到设定温度为105±2℃的烘箱（上海一恒科学仪器有限公司DHG-9070A）烘干，直至后1次减少量比前面差量小于0.1%时终止实验[9-10]，减少量即为秸秆的水份量。

采用WPS Office软件对实验数据进行统计分析，记录每个样品数据，计算每个项目的平均值或平均值±标准误。

3 结果与分析

3.1 红缨子高粱籽粒

在Y1、Y2、Y3、Y4和Y5共5个红缨子高粱样本（表1）中，籽粒数在3459~4332粒之间，平均3876粒/株，不同样本粒数差异大；样本的籽粒重在88.22g~98.85g之间，平均重量是93.69g/株；样本的千粒重在21.81g~25.09g之间，平均千粒重为23.51g。在5个样本中随机选取2~2.5g的高粱籽粒磨碎，每个样3个重复，5个样的含水率分别是14.88%、15.24%、18.20%、17.46%和12.82%，平均含水率为15.72%。

3.2 红缨子高粱秸秆

本文中的红缨子高粱秆指全株高粱中除去高粱穗、叶子和叶鞘之外的部分。通过检测发现，5个样（表2）的秆长度在206.23cm~231.44cm，平均长度是224.1cm；秆的重量在125.03g~163.28g之间，平均重量是141.50g。通过实验得到5个样中秆的含水率为63.74%~71.59%，平均含水率是67.69%。

在5个样本（表3）中，每株叶子数分别是10片、9片、9片、9片和10片，平均9.4片/株，样本叶子的重量在46.48g~62.32g之间，平均重量为53.3669g，5个样本叶子含水率在60.76%~63.49%之间，平均含水率是62.19%。

表3 每株高粱叶片数、叶重和含水率（M±SD）

在叶子与茎秆连接的叶鞘，5个样本中叶鞘（表4）的长度在22.42cm~25.76cm，平均长度是24.34cm，叶鞘重量在25.94g~43.99之间g，平均重量是33.02g，实验测得5个样中叶鞘的含水率在60.11%~69.28%，平均含水率是63.64%。

表4 叶鞘的长度、重量和含水率（M±SD）

红缨子高粱秸秆[11]是由红缨子高粱秆、叶子和叶鞘组成，即是除掉高粱穗之外部分的总称。综合红缨子高粱秆、叶子和叶鞘的重量和含水率的数据，分析得到早上刚收割的红缨子高粱秸秆重量和含水率分别是227.8898g、65.82%。

3.3 红缨子高粱穗秆

穗秆指的是全株高粱中除去籽粒和秸秆后剩下部分，即连接籽粒和秸秆的部分；穗秆在高粱的晾晒中起到捆绑部位的作用，即籽粒晒干脱去剩下的秆。5个样本中，穗秆的重量分别是15.23g、17.463g、17.093g、16.263g和13.04g，平均重量是15.82g。

红樱子高粱在收割时，秸秆扔在地里，取高粱穗拿回晒干，本次5个样本中穗的重量分别是104.75g、117.75g、113.61g、113.56g和105.54g，平均重量是111.04g。通过对比穗重、粒重和穗秆重，发现穗重（111.04g）大于粒重与穗秆重之和（109.51g），这是因为在取高粱籽粒时包裹在外的果皮[12]与穗秆和籽粒分开所引起的，分析发现高粱果皮在刚开始收割时的平均重量是1.53g/株。

3.4 红缨子高粱秸秆系数

秸秆系数是研究农作物秸秆资源的重要数据，以前称为草谷比[13]，狭义指稻谷秸秆与稻谷之比[14]，为了研究其他农作物的秸秆与籽粒比，应用外国概念“residue factor”称之为“秸秆系数[15-16]”，本文的红缨子高粱秸秆也使用此概念。在5个样本中，秸秆系数分别是1.03、1.13、0.87、0.88和1.02，波动范围在0.87~1.13之间，平均值是0.99；秸秆系数差异的原因主要是高粱成熟度有差异，导致高粱籽粒收集时样本中籽粒和种皮占比不同。

由于酒厂收购的红缨子高粱是晒干的籽粒，高粱秸秆资源化利用尤其是饲料化利用，刚收割高粱穗即新鲜秸秆搜集加工做好，为便于统计红缨子高粱新鲜秸秆量，本文把新鲜高粱秸秆重量与干燥高粱籽重量之比定义为鲜秸秆系数；5个样本中鲜秸秆系数分别是3.00、3.07、2.70、2.52和3.13，波动范围在2.52~3.13之间，平均值是2.88。

3.5 红缨子高粱收获指数

农作物收获指数是评价作物光合产物转化为经济产量的重要指标[17]，收获指数指作物收获时的经济产量与生物产量之比值[18]，红缨子高粱的经济部分是高粱籽，生物产量由高粱秆、叶子、叶鞘和穗几个部分组成（此处忽略地下部分的生物量），本研究中5个样本红缨子高粱的收获指数[16，19]分别是0.48、0.45、0.52、0.51和0.48，波动范围在0.45~0.51之间，平均值是0.49，高于张福春等[14]在1990年统计的0.386，主要原因是近20年的高粱育种工作提高了籽粒的产量。

4 讨论和总结

中国是农业大国，每年产生巨量的农作物秸秆，秸秆资源化成为农业科研领域的热点，饲料化是红缨子高粱秸秆资源化最为可行的方向，为便于分析像红缨子高粱这种大面积种植、收购晒干种子以及需新鲜秸秆生产饲料的农作物，本文在秸秆系数的基础上定义了鲜秸秆系数，指生产1个单位重量的干果实或种子所产生新鲜秸秆的重量，即R=Mxj/Mgz。

根据秸秆系数和鲜秸秆系数的关系，可得到与秸秆含水率相关的关系：即鲜秸秆系数=秸秆系数/（1-秸秆含水量），公式表示为R=r/(1-w)；据秸秆系数与收获指数的关系，可得到收获指数的倒数=1+秸秆系数[14]，公式可以表示为S=1/（1+r）；因此，收获指数与鲜秸秆系数的关系是S=1/[1+R(1-w)]。

红缨子高粱的秸秆系数或鲜秸秆系数没有包括高粱穗秆部分，所以它们与收获指数转化时会使收获指数变大，变化率大约是2.5%~3.6%之间，平均变化率是3.26%，差异不显著（p>0.05)。不同地区不同作物收割方式不同，都会影响秸秆系数和收获指数之间的换算，在使用它们时要分析清楚，结合具体情况具体分析。

综合上述，红樱之高粱的秸秆系数在0.87~1.13之间，平均值是0.99；其收获指数在0.45~0.51，平均值是0.49；说明高粱人工育种技术对收获指数影响效果明显。红缨子高粱鲜秸秆系数在2.52~3.13之间，平均值是2.88，说明每生产1个单位重量的干高粱籽产生2.88个单位重量的鲜秸秆。若以贵州省2019年、2020年、2021年和2022年高粱产量39万吨、50万吨、75万吨和100万吨计算，这四年产生的鲜高粱秸秆量分别是112.32万吨、144万吨、216万吨和288万吨，如此巨量的秸秆如果饲料化处理，其载畜（牛）量[20]为11.2~28.8万头，对高粱种植区畜牧经济发展和生态文明建设具有重大意义。