康建軍,趙文智,楊 榮,周 宏

(中國科學(xué)院 西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 臨澤內(nèi)陸河流域研究站,甘肅 蘭州 730000)

0 引 言

甜高粱(Sorghumbicolor)是一種具有生物產(chǎn)量高，含糖量高，抗逆(耐旱、耐澇、耐鹽堿等)、且適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)的C4植物。在生物能源系統(tǒng)中，甜高粱是制取乙醇的首選原料，世界上許多國家都將甜高粱作為一種能源作物而廣泛引種栽培[1-2]。目前我國的乙醇生產(chǎn)主要是糧食轉(zhuǎn)化，不僅生產(chǎn)成本高，產(chǎn)量也只有500萬t，距每年至少生產(chǎn)4 500萬t才能滿足未來液體燃料的市場(chǎng)需求甚遠(yuǎn)。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，在不占用耕地面積的情況下，利用邊際性土地大力發(fā)展甜高粱乙醇產(chǎn)業(yè)對(duì)國家發(fā)展綠色可再生能源，解決能源危機(jī)、增加農(nóng)年收入及帶動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者從20世紀(jì)60年代開始在甜高粱的生長適應(yīng)性(適生區(qū)、抗逆生理、生理代謝等)[3-8]、化學(xué)調(diào)控[9-10]、栽培和管理[11-13]以及可持續(xù)性發(fā)展[14-16]等方面開展了大量的研究。近年來，中國科學(xué)院近代物理研究所以凱勒品種為親本，利用重離子誘變育種技術(shù)選育出能夠在西北沙荒和鹽堿等邊際性土地栽培，具有優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、抗逆性強(qiáng)的糖用型甜高粱新品種“近甜1號(hào)”(BJ0601)(認(rèn)定編號(hào)：甘認(rèn)粱2013001)。該甜高粱品種莖稈汁液不僅可作為優(yōu)質(zhì)原料用于制糖、生產(chǎn)燃料(丁醇)、食用酒精及釀酒等，還可用來生產(chǎn)果葡糖漿和酵母葡聚糖等高附加值產(chǎn)品，榨汁后的甜高粱渣還可以生產(chǎn)青貯飼料。Xie和Su[17]、解婷婷和蘇培璽[18]研究了河西走廊荒漠綠洲灌區(qū)不同土地類型、干旱脅迫下甜高粱 “近甜1號(hào)”冠層和葉片光合特性及水分利用效率，認(rèn)為該品種對(duì)沙荒地的適應(yīng)性極強(qiáng)，適度的干旱不僅有利于該品種生物量和莖稈糖含量的積累，而且還可以顯著提高水分利用效率。

甘肅省河西走廊耕地面積約75萬·hm-2，其中鹽堿地和沙荒地占20%左右，水資源短缺等現(xiàn)實(shí)問題嚴(yán)重制約著綠洲農(nóng)業(yè)的發(fā)展。河西走廊傳統(tǒng)的綠洲農(nóng)業(yè)主要以種植玉米為主，結(jié)構(gòu)單一、效益較低，特別是在國家玉米種植面積壓縮的背景下，以種植玉米為主的綠洲農(nóng)業(yè)面臨著調(diào)整結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)。在河西荒漠綠洲采用糖用型甜高粱代替玉米進(jìn)行綠洲種植結(jié)構(gòu)調(diào)整可能是個(gè)方向，但其適應(yīng)性如何、是否節(jié)水、如何高效栽培和水肥管理等問題尚不清楚。因此，本研究以河西走廊邊緣綠洲灌區(qū)為研究區(qū)，研究了不同水肥耦合條件下栽培措施和種植方式對(duì)“近甜1號(hào)”甜高粱生長發(fā)育、生物產(chǎn)量、莖稈含糖量、種子產(chǎn)量和質(zhì)量的影響，旨在明確河西走廊灌區(qū)沙荒地“近甜1號(hào)”甜高粱的生長適應(yīng)性及水肥需求規(guī)律，探索適應(yīng)栽培甜高粱的技術(shù)模式，為河西走廊綠洲灌區(qū)甜高粱產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省河西走廊中部黑河流域中游臨澤縣北部荒漠綠洲邊緣的平川灌區(qū)，地處巴丹吉林沙漠邊緣，為典型的大陸干旱荒漠氣候類型，年均降雨量?jī)H為116.8 mm，年均蒸發(fā)量高達(dá) 2 390 mm；年平均氣溫為 7.6℃，年內(nèi)最高氣溫達(dá)40 ℃以上，區(qū)域內(nèi)降水存在明顯的季節(jié)變化。試驗(yàn)場(chǎng)地建在中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院臨澤農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測(cè)研究站(39°21′ N，100°02′E)，海拔1 400 m，土壤類型以非地帶性的灌溉風(fēng)沙土為主，0～120 cm土層土壤均為風(fēng)沙土，土壤容重為1.44 g·cm-3，土壤質(zhì)地較粗、結(jié)構(gòu)較差。供試土壤0～20 cm土層沙粒、粉粒含量達(dá)80%以上，有機(jī)質(zhì)含量很低，為14.4 g·kg-1，且隨著土層深度的加深有機(jī)質(zhì)含量逐漸減少。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 不同水肥耦合條件下甜高粱生長適應(yīng)性及水肥需求規(guī)律。本部分基于甜高粱平地覆膜不同灌水量和施肥量耦合試驗(yàn)，旨在找出甜高粱生長的最佳水肥需求條件。試驗(yàn)于2016年4月20日開始，灌溉方式選擇大水漫灌(下同)，栽培土壤選擇2015年種植玉米(花生、小麥等均可，豆類作物最好)、地勢(shì)平坦、肥力中等、pH值7.5～8.1的沙荒地。播種前首先深翻地、平整地后使用覆膜機(jī)進(jìn)行覆膜(黑膜：寬幅60 cm，厚0.01 mm)后借助碾壓設(shè)備壓實(shí)膜兩邊覆蓋的土壤，并在膜面每隔2 m左右壓土腰帶；在播種前進(jìn)行一次灌水(600 t·hm-2)確保甜高粱出苗，待土壤表層露白后使用甜高粱專用穴播機(jī)精量播種，采用雙行株距×行距：23 cm×40 cm的1株·穴-1種植方式，每穴2～3粒種子，播種深度為2.5～3.5 cm左右，播種量13～16 kg· hm-2為宜。試驗(yàn)小區(qū)為用油氈、聚乙烯棚膜和磚及水泥修筑成4 m×4 m的防側(cè)滲無底池，側(cè)壁深1.5 m。播種后播種孔形成“洞穴”無土覆蓋，用細(xì)濕沙土封嚴(yán)播種穴。待甜高粱發(fā)芽出苗后應(yīng)盡快釋放出壓在地膜下的幼苗，放苗后用細(xì)沙土封嚴(yán)壓實(shí)播種孔。當(dāng)甜高粱植株具有3片葉時(shí)進(jìn)行間苗，每穴保留1株生長健壯的植株。因甜高粱在苗期耗水量較小，加之氣溫低，土壤中水分散失較慢，在甜高粱出苗30～35 d時(shí)，進(jìn)行第一次灌溉，并施用150 kg· hm-2的尿素(N2H4CO，總氮≥46.4%，內(nèi)蒙古博大實(shí)地化學(xué)有限公司生產(chǎn)的中顆粒速效性氮肥，下同)，當(dāng)甜高粱植株生長至6片葉(出苗50～60 d)后進(jìn)行不同水平的水肥耦合處理。采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)置5種水分梯度和3種施肥處理，每個(gè)處理重復(fù)4次；所用肥料為復(fù)合肥(N-P2O5-K2O的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為15%，湖北新洋豐肥業(yè)股份有限公司生產(chǎn)含有氮肥、磷肥和鉀肥的混合肥料，下同)。除在播種前灌水1次，整個(gè)生育期(苗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期)分別灌溉4次、5次、6次、7次和8次，試驗(yàn)中設(shè)計(jì)灌溉次數(shù)的依據(jù)參考解婷婷和蘇培璽[18]的設(shè)計(jì)方案，灌溉量均為1 200 t·hm-2·次-1；灌溉次數(shù)、每公頃灌溉總量以及不同施肥量見表1。

表1 不同水肥耦合下糖用型甜高粱灌溉次數(shù)、相應(yīng)的灌溉量及施肥量Table 1 Irrigation times and amounts,and fertilizations rates with different water-fertilizer coupling treatments

在甜高粱整個(gè)生育期，根據(jù)降水情況、土壤墑情和植株長勢(shì)，適時(shí)定量灌溉。在甜高粱的拔節(jié)期灌溉并施用復(fù)合肥，施肥量分別為：112.5 kg·hm-2、225 kg·hm-2和 337.5 kg·hm-2，當(dāng)甜高粱進(jìn)入抽穗期，株高為2.0 m以上時(shí)，灌溉并第二次施用復(fù)合肥料，施肥量與第一次施肥處理相同，并設(shè)置未施任何肥料作為對(duì)照，因7月～8月份氣溫高，蒸發(fā)量大，此時(shí)期甜高粱需水量較大，在此時(shí)期增加灌溉頻率，其余時(shí)間減少灌溉頻率，待甜高粱生育期結(jié)束后進(jìn)行株高、生物產(chǎn)量、組織糖分含量、種子產(chǎn)量及質(zhì)量測(cè)定。

1.2.2 最佳水肥耦合條件下，甜高粱高產(chǎn)種植技術(shù)模式。本部分基于甜高粱生長適應(yīng)性研究確定的最佳水肥耦合條件(灌溉總量7 800 t·hm-2；施肥總量600 kg·hm-2)為依據(jù)，對(duì)耕作措施(平地覆膜和壟溝覆膜)和種植方式(1株·穴-1、2株·穴-1和3株·穴-1)下的甜高粱適應(yīng)性及高產(chǎn)栽培技術(shù)進(jìn)行了研究。試驗(yàn)于2017年4月20日開始，栽培土壤選擇未重茬或者2016年種植玉米、花生或小麥的沙荒地。播種前深翻地、平整地后使用覆膜機(jī)進(jìn)行平地覆膜(黑膜：寬幅60 cm，厚0.01 mm)，壟溝作(壟寬30 cm，高25 cm)借助起壟覆膜機(jī)進(jìn)行壟溝覆膜(黑膜：寬幅80 cm，厚0.01 mm)，2種耕作措施覆膜后壓實(shí)膜兩邊覆蓋的土壤，并每隔2 m左右壓土腰帶，然后進(jìn)行一次灌水(600 t·hm-2)，待土壤表層露白后進(jìn)行播種。平地覆膜和壟溝覆膜均采用雙行株距×行距：23 cm×40 cm的1株·穴-1、2株·穴-1和3株·穴-1的種植方式，播種深度為2.5～3.5 cm左右，播種量分別為1株·穴-1種植方式：13～16 kg·hm-2，2株·穴-1和3株·穴-1種植方式：18～21 kg·hm-2，試驗(yàn)小區(qū)設(shè)置同試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.2.1。甜高粱出苗后盡快釋放膜下幼苗，并用細(xì)濕沙土封嚴(yán)壓實(shí)播種孔。當(dāng)甜高粱植株具有3片葉時(shí)進(jìn)行間苗，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)每穴保留1株、2株和3株生長健壯的幼苗。在甜高粱的苗期出苗30～35 d時(shí)，進(jìn)行第1次灌溉并施用150 kg·hm-2的尿素，當(dāng)甜高粱植株生長至6片葉時(shí)進(jìn)行最佳水肥耦合條件下的甜高粱不同耕作措施和種植方式處理。采用完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)設(shè)置2種水分梯度和3種種植方式處理，每個(gè)處理重復(fù)4次；所用肥料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.2.1相同；除在播種前灌水1次，整個(gè)生育期分別灌溉6次和7次(分別在苗期、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期灌溉)，灌水量1 200 t·hm-2·次；灌溉次數(shù)、每公頃灌溉總量以及不同施肥量見表2。甜高粱整個(gè)生育期的水肥耦合試驗(yàn)與試驗(yàn)設(shè)計(jì)1.2.1相同，待甜高粱生育期結(jié)束后進(jìn)行株高、生物產(chǎn)量、組織糖分含量、種子產(chǎn)量及質(zhì)量測(cè)定。

表2 最佳水肥耦合下的不同種植方式甜高粱灌溉次數(shù)、灌溉量及施肥量Table 2 Irrigation times and amounts,and fertilization rates with the optimal water-fertilizer coupling treatments

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.3.1 與植株生長有關(guān)的指標(biāo)測(cè)定。在各處理試驗(yàn)小區(qū)選取4個(gè)1 m×1 m的樣方，并在每個(gè)樣方內(nèi)選取8株具有代表性甜高粱植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，在甜高粱生育期結(jié)束后用鋼卷尺進(jìn)行株高的測(cè)量，平均值即為最終株高。

1.3.2 生物產(chǎn)量的測(cè)定。在收獲期，分別在各試驗(yàn)小區(qū)選取4個(gè)1 m×1 m的樣方進(jìn)行收獲，完整收獲樣方內(nèi)所有植株地上部分后進(jìn)行地上部生物量的測(cè)量，然后將其置入105 ℃烘箱中殺青10 min，然后在80 ℃下烘干至恒重，再稱量地上部干重，最后計(jì)算得出甜高粱單位面積的地上部分鮮(干)物質(zhì)產(chǎn)量。

1.3.3 可溶性糖含量的測(cè)定。在各處理試驗(yàn)小區(qū)選取4個(gè)1 m×1 m的樣方，并在每個(gè)樣方內(nèi)選取8株具有代表性甜高粱植株進(jìn)行掛牌標(biāo)記，收獲期完整挖出整株甜高粱植株，經(jīng)烘干后，分別將莖稈、葉片和根系樣品進(jìn)行粉碎。采用蒽酮法測(cè)定甜高粱組織中的可溶糖含量[19]。

1.3.4 種子產(chǎn)量和質(zhì)量檢測(cè)。種子產(chǎn)量檢測(cè)：待甜高粱生育期結(jié)束，分別在各試驗(yàn)小區(qū)選取4個(gè)1 m×1 m的樣方進(jìn)行種子收獲，收獲的種子經(jīng)脫離晾曬至標(biāo)準(zhǔn)水分，去除雜物后稱重，然后換算成公頃產(chǎn)量。種子質(zhì)量檢測(cè)(牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程)：千粒重：采用百粒法測(cè)定種子千粒重；含水量：采用烘干法測(cè)定。

種子含水量=(烘前重-烘后重)/烘前重×100%

發(fā)芽率=測(cè)試種子發(fā)芽數(shù)/供檢測(cè)的種子總數(shù)×100%

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)所取得的相關(guān)數(shù)據(jù)采用SPSS15.0雙因素方差分析(Two-way ANOVA)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié) 果

2.1 不同水肥耦合對(duì)甜高粱生長適應(yīng)性的影響

2.1.1 對(duì)生長發(fā)育和生物產(chǎn)量的影響。隨著灌溉量的增加，甜高粱株高呈顯著增加的趨勢(shì)(表3)。當(dāng)灌溉量為7 800 t·hm-2(播前600 t·hm-2，生育期灌溉6次，1 200 t·hm-2·次-1)及以上時(shí)其株高和生物產(chǎn)量均趨于穩(wěn)定。

表3 不同水肥耦合對(duì)甜高粱生長及生物產(chǎn)量的影響Table 3 Effects of water-fertilizer coupling treatments on growth and biomass in Sorghum bicolor

當(dāng)灌溉量一定時(shí)，與對(duì)照相比，各施肥處理甜高粱的株高沒有顯著變化，但顯著提高了其生物產(chǎn)量(P<0.05)。在灌溉量為7 800 t·hm-2與施肥量為600 kg·hm-2(苗期施用150 kg·hm-2的尿素，拔節(jié)期和抽穗期各施用225 kg·hm-2復(fù)合肥)耦合條件下，甜高粱株高、生物產(chǎn)量鮮重和干重均最大，分別為246 cm、80.7 t·hm-2和28.2 t·hm-2。與灌溉量為5 400 t·hm-2(灌溉4次)、6 600 t·hm-2(灌溉5次)和施肥量為600 kg·hm-2耦合相比較，灌溉量7 800 t·hm-2和施肥量600 kg·hm-2耦合使甜高粱株高分別增加了30.7%和14.7%，生物鮮重分別增加了36.5%和16.4%(P<0.05)，高水肥和低水肥耦合均不利于甜高粱生物產(chǎn)量的增加。

2.1.2 對(duì)可溶性糖含量的影響。對(duì)不同水肥耦合下糖用型甜高粱不同部位(根、莖桿和葉片)可溶性糖積累量的研究表明：隨著灌溉總量和施肥量的增加，甜高粱不同部位根、莖桿和葉片中可溶性糖含量呈不斷增加趨勢(shì)(表4)。當(dāng)灌溉總量為7 800 t·hm-2(播前600 t·hm-2，生育期灌溉6次，1 200 t·hm-2·次-1)及以上時(shí)其葉片、莖桿和根中可溶性糖含量均趨于穩(wěn)定。當(dāng)灌溉總量為7 800 t·hm-2與施肥總量為600 kg·hm-2(苗期施150 kg·hm-2的尿素，拔節(jié)期和抽穗期各施用225 kg·hm-2復(fù)合肥)耦合條件下，甜高粱莖桿可溶性糖含量最高(30%以上)，根系次之(25.8%)，葉片最低為8.6%(P<0.05)。類似于生物量，高水肥和低水肥耦合均不利于甜高粱可溶性糖積累量的增加。

表4 不同水肥耦合對(duì)沙荒地糖用型甜高粱不同部位可溶性糖含量的影響Table 4 Effects of different water-fertilizer coupling treatments on sugar contents of leaf,stem and root in Sorghum bicolor

2.1.3 對(duì)種子產(chǎn)量和質(zhì)量的影響。不同水肥耦合處理對(duì)糖用型甜高粱種子產(chǎn)量和質(zhì)量產(chǎn)生顯著的影響，與不施肥相比，隨著灌溉量和施肥量的增加，甜高粱種子含水量、千粒重、種子產(chǎn)量呈不斷增加的趨勢(shì)(表5)；當(dāng)灌溉量一定時(shí)，對(duì)照和施肥處理對(duì)甜高粱的種子含水量、千粒重和種子發(fā)芽率均沒有顯著影響(P>0.05)。當(dāng)灌溉量為7 800 t·hm-2及以上時(shí)其種子含水量、千粒重、種子產(chǎn)量均趨于穩(wěn)定。當(dāng)灌溉總量為7 800 t·hm-2與施肥總量為600 kg·hm-2(苗期施150 kg·hm-2尿素，拔節(jié)期和抽穗期各施225 kg·hm-2復(fù)合肥)耦合條件下，甜高粱種子含水量、千粒重、種子產(chǎn)量均達(dá)到最大，分別為8.14%、30.0 g·1 000粒-1、2 053 kg·hm-2(P<0.05)，當(dāng)灌溉量增加或減少，施肥量增加或降低時(shí)，甜高粱種子產(chǎn)量均有不同程度的降低；特別是當(dāng)灌水量為4 800 t·hm-2，即使在高施肥條件下，甜高粱種子產(chǎn)量均最低，僅為766 kg·hm-2，同樣說明高/低水肥耦合均不利于甜高粱種子產(chǎn)量的提高。

表5 不同水肥耦合對(duì)沙荒地糖用型甜高粱的種子產(chǎn)量和質(zhì)量的影響Table 5 Effects of different water-fertilizer coupling treatments on seed yield and quality in Sorghum bicolor

2.2 最佳水肥耦合下種植方式對(duì)甜高粱生長適應(yīng)性的影響

2.2.1 對(duì)生長發(fā)育的影響。最佳水肥耦合條件下(灌溉量為7 800 t·hm-2；施肥量為600 kg·hm-2：苗期施150 kg·hm-2尿素，拔節(jié)期和抽穗期各施225 kg·hm-2復(fù)合肥)，種植方式對(duì)甜高粱生長發(fā)育和生物產(chǎn)量產(chǎn)生顯著的影響，且與平地覆膜的耕作方式相比較，壟溝覆膜可進(jìn)一步提高甜高粱生物產(chǎn)量(表6)。以灌溉量為7 800 t·hm-2和施肥量為600 kg·hm-2耦合為基礎(chǔ)，甜高粱平地覆膜的2株·穴-1種植方式其株高、生物產(chǎn)量鮮重和干重均最大，分別為238 cm、83.9 t·hm-2和24.7 t·hm-2，與穴.3株-1的栽培模式相比較，其生物產(chǎn)量鮮重和干重顯著增加21.4%和28.6%(P<0.05)；甜高粱壟溝作覆膜的2株·穴-1種植方式株高、生物產(chǎn)量鮮重和干重分別為240 cm、92.6 t·hm-2和29.7 t·hm-2；與3株·穴-1的栽培模式相比較，其生物產(chǎn)量鮮重和干重顯著增加22.6%和28.0%(P<0.05)。

在灌溉量為7 800 t·hm-2和施肥量為600 kg·hm-2耦合條件下，與平地覆膜的2株·穴-1種植方式相比較，甜高粱壟溝作模式生物產(chǎn)量鮮重和干重分別增加了10.4%和13.4%(P<0.05)。這說明，以灌溉量為7 800 t·hm-2和施肥量為600 kg·hm-2為標(biāo)準(zhǔn)，甜高粱高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)以收獲莖稈為目應(yīng)采取平地覆膜或壟溝作的穴.2株-1種植方式。

表6 最佳水肥耦合下不同種植方式對(duì)甜高粱生長及生物產(chǎn)量的影響Table 6 Effects of planting methods on growth and biomass of Sorghum bicolor with the optimal water-fertilizer coupling treatments

2.2.2 對(duì)可溶性糖含量的影響。表7表明，當(dāng)灌溉量為7 800 t·hm-2和施肥總量為600 kg·hm-2耦合條件下，甜高粱平地覆膜的2株·穴-1的種植方式葉片和根系中可溶性糖含量與1株·穴-1的種植方式差異不顯著(P>0.05)，但顯著高于3株·穴-1的種植方式，且不同種植方式下甜高粱莖桿中可溶性糖含量差異不顯著(P>0.05)；與最佳水肥耦合下平地覆膜的2株·穴-1種植方式相比較，壟溝作覆膜的2株·穴-1種植方式對(duì)甜高粱葉片和根系中可溶性糖含量差異不顯著，但是能夠進(jìn)一步提高甜高粱根系中可溶性糖含量。

表7 最佳水肥耦合下不同種植方式對(duì)甜高粱不同部位可溶性糖含量的影響Table 7 Effects of planting methods on sugar contents of leaf,stem and root in Sorghum bicolor with the optimal water-fertilizer coupling treatments

2.2.3 對(duì)種子產(chǎn)量和質(zhì)量的影響。由表8可知：在灌溉量為7 800 t·hm-2，施肥量為600 kg·hm-2耦合條件下，平地覆膜和壟溝作覆膜種植方式(1株·穴-1、2株·穴-1和3株·穴-1)對(duì)甜高粱的種子含水量、千粒重和發(fā)芽率沒有顯著影響(P>0.05)，但對(duì)其產(chǎn)量產(chǎn)生顯著的影響(P<0.05)。其中1株·穴-1種子產(chǎn)量最大，分別為2 085 t·hm-2和3 028 kg·hm-2；與2株·穴-1的種植方式相比較，種子產(chǎn)量分別增加19.8% 和46.8%，與3株·穴-1的種植方式相比較，種子產(chǎn)量分別增加21.2%和50.8%。與平地覆膜的穴·株-1種植方式相比較，壟溝作覆膜的1株·穴-1種子產(chǎn)量顯著增加69.2%。說明以灌溉量為7 800 t·hm-2和施肥量為600 kg·hm-2為標(biāo)準(zhǔn)，收獲種子、莖桿和種子雙收為目的甜高粱高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)應(yīng)采取平地覆膜或壟溝作的1株·穴-1種植方式。

表8 最佳水肥耦合下不同種植方式對(duì)甜高粱種子產(chǎn)量和質(zhì)量的影響Table 8 Effects of tillage and planting methods on seed yield and quality of Sorghum bicolor with the optimal water-fertilizer coupling treatment

3 討 論

植物適應(yīng)性是植物在長期進(jìn)化過程中對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)或提高其抵抗能力時(shí)形成的各種適應(yīng)性機(jī)制。解婷婷和蘇培璽[20]對(duì)甘肅河西走廊荒漠綠洲灌區(qū)甜高粱的生長適應(yīng)性研究認(rèn)為，適度的干旱脅迫(土壤含水量為田間持水量的 50%時(shí))下甜高粱生產(chǎn)力、品質(zhì)和水分利用效率均最高。對(duì)荒漠綠洲灌區(qū)沙荒地甜高粱調(diào)虧灌溉的研究發(fā)現(xiàn)，在總灌水量一定時(shí)，在拔節(jié)期增大灌溉量(1 050 t·hm-2·次-1)，開花期減少灌溉量(450 t·hm-2·次-1)是實(shí)施調(diào)虧灌溉的最佳時(shí)期，有利于甜高粱生產(chǎn)力和含糖量的增加，同時(shí)也顯著提高了甜高粱水分利用效率[21]。本研究結(jié)果表明，在灌水量為7 800 t·hm-2條件下(播前灌溉：600 t·hm-2；生育期7 200 t·hm-2· 6次-1)，甜高粱生物產(chǎn)量、莖稈糖分積累及種子產(chǎn)量等顯著提高， Xie和Su[17]和解婷婷和蘇培璽[18]也得出了相似的研究結(jié)果，認(rèn)為“近甜1號(hào)” 甜高粱對(duì)沙荒地的適應(yīng)性極強(qiáng)，中度干旱有利于其生物產(chǎn)量和莖稈糖含量的增加，具有很高的節(jié)水潛能，西北沙荒地等邊際土地更有利于“近甜1號(hào)”甜高粱的長久發(fā)展。究其原因可能表現(xiàn)在：(1)適度的干旱脅迫對(duì)甜高粱凈光合速率產(chǎn)生積極的影響。灌溉量為7 800 t·hm-2使甜高粱處在中度干旱脅迫的范圍內(nèi)，在此灌水量下甜高粱的水分利用效率最高，提高了甜高粱對(duì)外界逆境的適應(yīng)性[22]。(2)適度的干旱脅迫對(duì)甜高粱蒸騰速率產(chǎn)生顯著影響。蒸騰作用與植物水分狀況在一定程度上反映了植物調(diào)節(jié)水分損失的能力及適應(yīng)干旱環(huán)境的方式[23]。沙荒地由于土壤透氣性好，高溫強(qiáng)光條件下，其土壤溫度較高，甜高粱所受脅迫程度較強(qiáng)，因此，為了避免高溫強(qiáng)光對(duì)其自身的灼傷，甜高粱采取了較高的蒸騰速率來降低其葉片的溫度，進(jìn)而適應(yīng)這種高溫強(qiáng)光的氣候條件。

水肥調(diào)控是決定作物產(chǎn)量和質(zhì)量高低的重要因素，利用水肥耦合作用原理，并根據(jù)作物對(duì)水、肥的需求特性，將灌溉與施肥需求進(jìn)行有機(jī)協(xié)調(diào)是增加作物產(chǎn)量、提高作物質(zhì)量和效益的有效途徑。已有研究表明，甜高粱干物質(zhì)量、葉面積與土壤水肥耦合的響應(yīng)存在二次拋物線關(guān)系。在一定范圍或水肥耦合區(qū)域內(nèi)，增施肥料有利于甜高粱增加光合葉面積，提高光合速率，有效降低甜高粱根冠比[24]。合理的水肥交互作用對(duì)玉米生長發(fā)育、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和水肥利用效率產(chǎn)生顯著的影響；在不減產(chǎn)的前提下，考慮中水中肥并兼顧水肥的高效利用，更有利于生產(chǎn)實(shí)踐[25]。本研究結(jié)果表明，不同水肥耦合對(duì)“近甜1號(hào)”甜高粱生長發(fā)育、生產(chǎn)力、莖稈含糖量及種子產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響。灌水量為7 800 t·hm-2(6次，播前600 t·hm-2，生育期1 200 t·hm-2·次-1)、施肥量為600 kg·hm-2(苗期施尿素150 kg·hm-2，生育期施復(fù)合肥450 kg·hm-2)是甜高粱平地覆膜種植能夠獲得高產(chǎn)的最佳水肥耦合條件，而高水肥或低水肥耦合均不利于甜高粱生產(chǎn)力的提高。本研究結(jié)果進(jìn)一步表明，在最佳水肥耦合處理下，耕作措施(平地覆膜和壟溝覆膜)和種植方式(1株·穴-1、2株·穴-1和3株·穴-1)對(duì)甜高粱生長發(fā)育、生產(chǎn)力、莖稈含糖量和種子產(chǎn)量等產(chǎn)生顯著的影響，且與平地覆膜的不同種植方式相比較，壟溝作種植的效果更為有效，并且甜高粱平地覆膜和壟溝覆膜的2株·穴-1種植方式其株高、生物產(chǎn)量鮮重和干重最大，而1株·穴-1種植方式種子產(chǎn)量最大。以上研究表明，以最佳水肥耦合條件為標(biāo)準(zhǔn)，甜高粱高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培技術(shù)以收獲莖稈為目應(yīng)采取平地覆膜或壟溝作2株·穴-1的種植方式，而收獲種子、莖稈和種子雙收為目的則采取1株·穴-1的種植方式。

4 結(jié) 論

“近甜1號(hào)”甜高粱在甘肅河西走廊荒漠綠洲灌區(qū)沙荒地種植具有很強(qiáng)的抗旱適應(yīng)性特征(生物產(chǎn)量高、水肥需求少)，其能夠完成整個(gè)生育期的灌溉極限閾值為5 400 t·hm-2(播前600 t·hm-2，生育期4 800 t·hm-2)，且灌溉量為7 800 t·hm-2(播前600 t·hm-2，生育期7 200 t·hm-2)和施肥量為600 kg·hm-2(苗期施尿素150 kg·hm-2，生育期施復(fù)合肥450 kg·hm-2)是“近甜1號(hào)”甜高粱平地覆膜種植能夠獲得高產(chǎn)的最佳水肥耦合條件。在最佳水肥耦合條件下，與平地覆膜的種植方式相比較，壟溝作種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)效果更為明顯，且甜高粱平地覆膜(株距×行距：23 cm×40 cm)和壟溝覆膜(株距×壟寬×壟高：23 cm×30 cm×25 cm)高產(chǎn)栽培收獲莖稈、種子、莖稈和種子雙收為目應(yīng)分別采取2株·穴-1、1株·穴-1和1株·穴-1的栽培模式。