西北低海拔干旱地区以高粱代替全膜玉米的可行性分析

柳金良　郑琪

摘要 干旱缺水是西北地区农业生产中最为重要的限制因素之一。大面积推广全膜双垄沟播玉米（简称全膜玉米），发挥了重大的抗旱增产作用，但也带来了比较严重的残膜污染，给土壤和环境治理造成较大的压力。对高粱、玉米2种作物的农艺性状、饲用性、抗旱性以及经济和生态效益等方面进行了分析比较，以探讨在西北干旱低海拔地区以高粱代替全膜玉米的可行性。

关键词 高粱；玉米；代替；全膜双垄沟播；西北低海拔干旱地区

中图分类号 S514 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）05-0069-02

Abstract Drought and shortage of water is one of the most important limiting factors of agricultural production in the northwest region.Promotion of large area complete mulched alternating narrow and wide ridges with furrow planting（complete mulched planting maize），play a major role in drought resistance and yield increasing，but also bring the serious plastic pollution，cause a great pressure to the environment.The agronomic traits，forage and drought aspects of sorghum，maize were compared and analyzed，to discuss the feasibility of replacing complete mulched planting maize with sorghum in low altitude arid area in northwest China.

Key words sorghum；maize；replacing；complete mulched alternating narrow and wide ridges with furrow planting；low altitude arid area in northwest China

随着人们生活水平的提高，玉米（Zea mays）、高粱（Sorghum Bicolor）主要用途均已成为主要的饲草料。为了抗御旱灾，甘肃省创新了旱地全膜双垄沟播技术[1]。甘肃省平凉市属典型的西北干旱半干旱地区，2015年推广全膜玉米9.42万hm2，占耕地的25%以上，达到了抗旱增产的作用，但也带来了难以根除的地膜污染等环境问题。同为饲草料作物的高粱，露地种植其生物产量、籽粒、秸秆饲用营养价值接近全膜玉米，抗旱的生态、生理性状均优于玉米，但种植面积不足0.1万hm2。为此，笔者以甘肃省平凉市为例，探讨在不影响畜牧业发展的饲草料需求的情况下，西北低海拔干旱地区加快露地种植高粱的研究推广步伐，代替全膜玉米，对减轻残膜对土壤和环境的污染问题有重要意义。

1 产量比较

在中等程度干旱下，高粱产量可超过玉米1/3，严重干旱条件下则超过玉米50%左右，极重干旱下相差可达1倍[2]。由表1 可知，2015年国家高粱产业技术体系平凉综合试验站培育的高粱新品种平杂6号、平杂8号籽粒平均产量分别达到10 641.90 kg/hm2和10 535.40 kg/hm2，鲜秸秆平均产量分别达到44 696.00 kg/hm2和44 249.00 kg/hm2；同期全膜玉米平均籽粒产量10 678.65 kg/hm2、鲜秸秆产量44 850.00 kg/hm2；露地玉米籽粒产量5 565.00 kg/hm2、鲜秸秆产量28 950.00 kg/hm2；由此可见，在降雨、光照、温度正常的年份，露地高粱籽粒产量、鲜秸秆产量和地上生物量均接近全膜玉米，且顯著高于露地玉米。苏 珮等在陕西杨凌的田间控制条件下的试验表明，同为2个品种，干旱胁迫下高粱平均产量比玉米高出33%。27种不同供水处理盆栽试验结果显示了类似的变化规律：全生育期充分供水条件下（相当于土壤饱和持水量的75%），高粱单株产量为72.10 g，玉米稍高，为73.03 g；而在严重干旱条件下（相当于土壤饱和持水量的35%），高粱单株产量33.69 g，玉米19.12 g，高粱较玉米高出76.2%[2]。

2 饲用性比较

普通高粱籽粒、茎叶作为家畜的饲草料时，其饲用营养价值与玉米相近（表2）[3]。饲用高粱、甜高粱秸秆饲喂营养价值更高。于福安等[4]研究表明，甜高粱茎秆汁液和含糖量分别达到60%和15%以上，含糖量比青贮玉米高2倍，无氮浸出物和粗灰分分别比玉米高64.2%和81.5%。

3 抗旱性比较

3.1 水分利用效率比较

高粱对干旱的适应能力显著强于中等抗旱程度的玉米，其原因可能在于高粱具有低耗水和高水分利用效率的生理特征。高粱全生育期需水量300～500 mm，玉米360～480 mm；高粱凋萎系数5.9，玉米6.5[5]；控制环境下的试验结果显示，高粱生育期单株耗水量为1.53 kg，玉米为2.32 kg，玉米比高粱多耗水51.6%；高粱的平均水分利用率（WUE，g/kg H2O）为2.02，玉米为1.70，皆以有限供水条件下（相当于土壤饱和持水量的55%）为最高[2]。段爱旺等[6]以22个省（市、自治区）、10 种作物的年实测作物耗水量和产量数据为基础，测算全国灌溉农田粮食作物平均TE 值约为1.1 g/kg，其中高粱的平均TE（水分生理利用效率）为1.91 g/kg，高于玉米的1.74 g/kg。

3.2 抗旱机理

3.2.1 形态抗性。高粱扎根深、分枝多、分布广，根系十分发达是高粱抗旱的一个重要形态特征。高粱根系可以深入到土层2 m以下；与玉米相比，高粱苗期根系总量为玉米的1.2倍，开花期为2.4倍[5]。干旱条件下，高粱叶片可通过卷叶、直立、改变开张角度来减少蒸腾面积；高粱叶片具有较厚的蜡质层，Jordan测定高粱叶片的蜡质含量為（3.87+0.54）mg/g，可以提高叶片对光幅射的反射率，减少水分蒸腾散[7]。高粱的持绿特征，延长了衰老，也是水分逆境下增加抗性和产量的一个有效特征。

3.2.2 生理抗性。高膨压、低水势、渗透调节能力强等生理特征，提高了高粱的吸水和输水能力，调节了气孔开闭，减少了蒸腾。干旱条件下，高粱在低水分下保持较高的膨压是其抵御干旱逆境的机制之一，山 仑等[2]研究发现，在严重干旱条件下玉米叶片含水量最高，高粱最低，未萎蔫的高粱叶片含水量比严重萎蔫的玉米叶片含水量还低，说明维持高粱叶片细胞正常膨压所需的水分比玉米低，通过膨压调节气孔开闭，进而同气孔调节水分蒸发。高粱的蒸腾系数为250～300，玉米为250～300[5]。高粱根叶水势低，吸水运水能力强，据Cuyxan报道，高粱根水势一般为-1.22～1.52 Mbar，而玉米仅为-1.01～1.11 Mbar，其吸水能力是玉米的2倍；高粱茎水势为-1.52～2.03 Mbar，也低于玉米（-1.42 Mbar）[5]，水势低使高粱对水分的吸收、运输能力比玉米强。邵艳军等[5]研究表明，在渗透调节过程中，高粱以可溶性糖和可溶性蛋白质为主要渗透调节物质，而玉米以脯氨酸和K+为主要渗透调节物质，糖作为主要碳源和能源物质在受干旱复水后参与细胞修复，可能是高粱适应干旱的一个重要特点。梁文英等[8]2012年用聚乙二醇模拟干旱条件，进行玉米和高粱的生理指标比较，研究结果表明：干旱胁迫导致玉米质膜透性、 丙二醛含量、脯氨酸含量以及叶绿素含量均高于高粱。

4 经济和生态效益比较

2015年高粱籽粒市场价格在1.8～2.0元/kg，而玉米籽粒为1.6～1.8元/kg，只从二者的籽粒产量和市场价格来看，露地种植高粱的经济效益显著高于覆膜玉米，从种植成本考虑，露地高粱的种植成本远远低于全膜玉米，且高粱对土壤肥力和需水要求低于全膜玉米。赵娅娅等[9]2013—2014年在兰州大学黄土高原半干旱生态系统定位研究站进行了半干旱黄土高原农牧交错区高粱和玉米的生态效益及经济效益比较研究，比较不同处理的经济效益发现，覆膜高粱的经济效益最高，露地高粱和覆膜玉米次之，三者差异不显著，但均显著高于露地玉米。如果考虑到水分限制因素，从地膜造成的污染以及土壤质量的破坏等因素考虑，以露地高粱为主要饲料作物在该区发展舍饲养殖将是提高当地经济和生态效益的有效途径，对保护农业生态稳定性和可持续性有非同寻常的意义。

5 西北低海拔干旱地区以高粱代替全膜玉米的可行性分析

5.1 自然条件适宜高粱种植

高粱喜温，要求积温较高，在海拔1 500 m以下，≥10 ℃积温2 800 ℃以上的地区均能种植，海拔1 100 m以下可种植中晚熟品种，海拔1 100～1 300 m可以种植中早熟品种，海拔1 300～1 500 m可以种植早熟品种。该区平均气温8～10 ℃，年降雨500 mm以上，日照时数2 100～2 300 h，无霜期165～190 d，是高粱种植的适宜区。

5.2 品种资源研究为高粱品种改良提供了丰富的遗传资源

国家高粱现代农业产业体系平凉综合试验站种植种质资源及选系材料734份，育成了平杂6号、平杂8号新品种，选育出了6A/8801、624A/8385等新组合；引进筛选适宜本地种植的品种5个，育种工作为高粱规模推广创造了条件。

5.3 畜牧业发展步伐加快，饲草料需求增加

平凉市从“扩量、提质、创牌、增效”着手，坚持适宜区全覆盖的战略，扩大基地规模、扶植规模养殖、培育龙头企业、促进市场流通、创建精品名牌、推进产业化经营。全市牛饲养量达到116万头，出栏商品牛41.33万头，居全省农区第1位。全市畜牧业增加值达到19.1亿元，占到农业增加值的22.5%左右，其中：牛产业增加值达到13.6亿元，居全省农区第1位。全市仅牛产业发展年需要饲草300万～400万t，能有效地消化扩大高粱种植所产出的秸秆。

5.4 传统高粱种植区农民具有丰富的种植经验

高粱在平凉市栽培历史悠久，解放前已经普遍种植，20世纪70年代发展到2万hm2，80年代减少到1万hm2，目前种植面积不足0.6万hm2。“十一五”“十二五”期间国家高粱产业技术体系平凉综合试验站进行了大量的高粱栽培技术宣传培训，高粱栽培技术在适种区基本普及。

5.5 指导高粱生产的技术力量充足

平凉市共有种植业推广科研机构116个，在岗人数1 150多人，其中，市级机构7个，人数超过210人；县级机构30个，人数542人；乡级推广机构79个，人数407人。并在平凉市农科院设立了国家高粱产业技术体系平凉综合试验站，进一步增强了指导高粱生产的技术力量。

6 需要解决的问题

在西北干旱地区，高粱代替全膜玉米是可行的，但生产上还存在较多的问题，影响着高粱种植规模的扩张，必须在今后的科研推广中予以重视和加以解决。一是适宜于海拔较高地区的早熟品种少。目前选育、引进的品种大部分是中熟品种，适宜于海拔1 300～1 500 m甚至更高海拔的早熟品种缺乏。二是推广应用中的高粱品种品质相对较低。育种工作以籽粒产量和籽粒营养性状为目标，忽视了秸秆饲用营养性状，现有高粱品种秸秆饲用性状较差。三是春旱年份春播保苗有困难。平凉市春旱概率约30%，由于高粱种子小，发芽力弱，春旱将会导致出苗难、捉苗难。四是高粱生产机械化程度非常低。适宜高粱播种与收获的专用机具很少，高粱的种植、管理、收获等生产环节上仍依靠传统农具或手工作业，限制高粱生产的发展。五是高粱作为饲草料在生产上推广慢。人们习惯用青贮玉米或干玉米秸秆饲喂家畜，接受高粱这一新的饲草料还需要一个过程。

7 参考文献

[1] 刘广才，杨祁峰，李来祥，等.旱地玉米全膜双垄沟播技术土壤水分效应研究[J].干旱地区农业研究，2008，26（6）：18-28.

[2] 山仑，徐炳成.论高粱的抗旱性在旱区农业中的地位[J].中国农业科学，2009，42（7）：2342-2348.

[3] 郭振华.农业信息工作手册[M].长沙：湖南省农业信息中心，1987：388.

[4] 于福安，段有厚，吴庆凯.辽宁省饲料高粱的发展及推广应用[J].杂粮作物，2008，28（1）：55-56.

[5] 邵艳军，山仑.高粱抗旱机理研究进展[J].中国农学通报，2004，20（3）：120-123.

[6] 段爱旺，张寄阳.中国灌溉农田粮食作物水分利用效率的研究[J].农业工程学报，2000，16（4）：41-44.

[7]上官周平.高粱抗旱机理的研究进展[J].国外农学（杂粮作物），1993（1）：35-38.

[8] 梁文英，邢辉，王睿勇.聚乙二醇模拟干旱条件下玉米和高粱的生理指标比较[J].江苏农业科学，2012，40（7）：89-91.

[9] 赵娅娅，韩成龙，孔猛，等.半干旱黄土高原农牧交错区高粱和玉米的生态效益及经济效益比较[EB/OL].北京：中国科技论文在线 [2015-03-12].http：//www.paper.edu.cn/releasepaper/ content/2015，03-97.