种植密度对夏高粱生长发育及产量的影响

杨 佳，崔静肖，崔福柱，段永红，杜天庆，孙隆祥，崔江辉

（山西农业大学农学院，山西 太谷 030801）

高粱是我国重要的粮食作物之一，其籽粒不仅可以食用、饲用、酿制酒醋、制糖，其茎秆还可以作燃料、编制工艺品，具有较高的生物与工业价值[1]。山西省中部地区是重要的高粱种植区，多为一年一熟或两年三熟种植制度，冬小麦收获后土地大多闲置或种植对光热资源利用较低的作物，对当地的土地资源造成了极大的浪费。目前，我国已有较多关于春播高粱种植密度的相关研究[2-6]，春播高粱的种植密度对高粱的农艺性状与产量构成因素都会产生影响。黄瑞冬等[2]研究发现，帚用高粱的最适种植密度在7.5万～8.5万株/hm2，较高的种植密度不利于群体间的生长发育，且易增加倒伏率；王岩等[3]研究发现，甜高粱的适宜种植密度为8.25万株/hm2，种植密度对甜高粱的产量与茎秆含糖量都有影响，适当增加种植密度有利于甜高粱的生长[3-5]；酒用高粱的产量随着密度的变化而变化，较高密度会导致高粱减产[6]。由此可见，种植密度可以影响作物的生长发育并对作物最终产量的构成造成影响。而不同研究中气候条件、种植品种、土壤肥力及农田管理等有所差异，应根据种植区域实际情况开展研究[7]。目前，我国对夏播高粱的研究大多为品种选育、高粱制种、大田种植技术、田间管理措施等[8-12]，对夏高粱密度的研究鲜见报道。

本试验以晋杂30号夏高粱为研究对象，分析不同种植密度对其生长发育及其产量的影响，旨在探讨其适宜的种植密度，从而为夏播高粱晋杂30号高产栽培措施及大面积推广提供参考和理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2015年6—10月在山西省晋中市太谷县山西农业大学科技示范园区进行，该地区属暖温带大陆性气候，年平均气温9.9℃，年平均降雨量约462.9 mm，年无霜期176 d。前茬作物是小麦。播前0～20 cm土壤主要理化性状列于表1。

表1 0～20 cm土壤理化性状

1.2 试验材料

供试高粱品种为晋杂30号，由山西农业大学农学院高粱育种组提供。

1.3 试验设计

试验采用单因素随机区组设计，设6个密度水平，分别为 D1（11.25 万株 /hm2，株距 22.2 cm），D2（13.50万株 /hm2，株距18.5cm），D3（15.75万株 /hm2，株距 15.9 cm），D4（18.00 万株 /hm2，株距 13.9 cm），D5（20.25 万株 /hm2，株距 12.3 cm），D6（22.50 万株 /hm2，株距11.1 cm），行距均为40 cm，设3次重复，每个小区长5 m，宽5 m，小区面积为25 m2。播前小麦秸秆机械粉碎还田，留茬10 cm左右，翻耕还田。高粱播种深度4～5 cm，苗期和拔节期各施肥一次，施用肥料为中农三铵复合肥料（N-P2O5-K2O为18-18-18），施肥量为 750 kg/hm2，中耕除草 2 次，其他管理措施和大田管理措施相同。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 高粱动态指标测定 高粱出苗后，每个小区选择具有代表性的10株植株定株观测，并根据叶片生长情况在主茎的第5和第10叶位处挂牌标记。从出苗期开始每隔7 d田间调查取样一次，用卷尺测量株高，用游标卡尺测量植株基部茎粗。叶面积测定方法采用系数法，用直尺测量每株植株各叶片的叶长（Lij）和最大叶宽（Bij），叶面积计算修正系数取为0.75，叶面积指数（LAI）计算方法如下。

式中，n为第j株的总叶片数；m为测定株数；ρ为种植密度；M为土地面积。

1.4.2 产量测定 高粱收获前人工统计每个小区的株数、穗数，换算成单位面积成穗数[13]。选取代表性植株10株，室内考种，测定穗质量、穗粒质量、千粒质量等产量构成因素。

1.5 数据处理分析

采用Microsoft Excel 2007软件进行数据整理和绘图工作，采用SPSS 19.0软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 种植密度对晋杂30号生长发育动态指标的影响

2.1.1 不同种植密度对晋杂30号生育时期的影响从表2可以看出，不同种植密度下晋杂30号高粱的全生育期无明显差异，各种植密度下晋杂30号的全生育期都为106 d。不同种植密度下，晋杂30号的出苗期为6月27日，成熟期为10月11日。不同种植密度下晋杂30号前期营养生长阶段均为27 d，拔节到抽穗的天数有所差异，主要是孕穗拉开了各处理间的时间，相差1～5 d，抽穗到成熟的天数相差 1～3 d。

表2 不同种植密度下晋杂30号的生育期差异比较

2.1.2 不同种植密度对晋杂30号株高的影响 由图1可知，晋杂30号的株高在整个生育时期随着种植密度的增加而增长，各种植密度的株高在拔节期以前生长较缓，7月20日到8月19日高粱处于营养生长与生殖生长并进时期，此阶段植株生长较快，抽穗后株高逐步稳定，在9月8日以后，植株停止伸长。D5在拔节期到抽穗期株高长势较大，此阶段株高较高于其他种植密度；D6在此阶段株高生长速度较慢，但在抽穗后植株生长较快，后期逐渐高于其他密度处理，成熟期株高达到150.6 cm；D3处理下高粱植株生育期间株高稳步提升；D1高粱植株发育前期生长较快，后期长势减缓，D1与D2在8月29日后株高达到最大并逐渐稳定。成熟期各密度处理间株高由大到小顺序为D6＞D5＞D4＞D3＞D2＞D1。

2.1.3 不同种植密度对晋杂30号茎粗的影响 由图2可知，不同种植密度间晋杂30号的茎粗呈阶梯式变化，茎粗在整个生育期随着种植密度的增加逐渐减小，不同种植密度下晋杂30号的茎粗在拔节期前生长趋势基本一致，7月20日后，各处理间茎粗增长速度拉开差距，8月29日后茎粗达到基本稳定，各种植密度成熟期茎粗由大到小顺序为D6＞D5＞D4＞D3＞D2＞D1。

2.1.4 种植密度对晋杂30号叶面积指数的影响从图3可以看出，不同种植密度下晋杂30号的叶面积指数呈现前期快速生长，中期达到峰值，后期逐渐降低。6月30日至7月20日，高粱属于苗期，此阶段叶片生长较慢，叶面积指数较低；拔节后叶片生长较快。出苗之后随着叶片的伸长，叶面积逐渐增大，在8月19日，各种植密度植株叶面积指数达到峰值，由大到小顺序为D3＞D4＞D6＞D5＞D1＞D2，此后随着叶片的衰老，自然脱落，叶面积指数逐渐减少。D3种植密度下的叶面积指数高于其他处理，说明D3种植密度下，植株间叶片透光性较好，有利于光合产物的形成；D2种植密度下的叶面积指数全生育期皆小于其他种植密度，不利于对光能的转化。

2.2 不同种植密度对成熟期晋杂30号产量及其构成因素的影响

2.2.1 不同种植密度对晋杂30号产量的影响 从图4可以看出，晋杂30号高粱的产量在D3种植密度下达到最高，为5 277.6 kg/hm2。在D4种植密度下产量达到5 137.9 kg/hm2，在D5种植密度下达到4472.1kg/hm2，在D2种植密度下达到4452.8kg/hm2，在D6种植密度下达到4 203.2 kg/hm2，在D1种植密度下达到4 144.6 kg/hm2。晋杂30号产量随着种植密度的增加先递增后递减，在D1～D3种植密度区间晋杂30号产量随着种植密度的增大而递增，在D3种植密度后逐级递减，D3为其临界值。

通过Ducan方差分析法得出，种植密度与产量之间具有显著性差异。D3种植密度下产量最高，差异达到显著水平；D3，D4密度水平下产量显著高于D1，D2，D5，D6密度水平。D5种植密度产量显著高于D1，D6密度水平。D2种植密度下产量与D5，D6密度间差异不显著。D3种植密度的产量较D4种植密度的产量增产2.72%，D1种植密度下产量最低，相较于D3减产21.5%，D6种植密度产量相较于D3密度减少20.4%。

2.2.2 不同种植密度对晋杂30号产量构成因素的影响 从表3可以看出，随着种植密度的加大，晋杂30号的穗质量和穗粒质量及千粒质量呈现减小趋势，成穗数却随着种植密度的增加而增加。采用Ducan新复极差法做方差分析，结果发现，晋杂30号的穗质量和穗粒质量各处理间无显著性差异，千粒质量在各种植密度下均有显著性差异，穗质量、穗粒质量、千粒质量都随着种植密度的增加而减少。D1种植密度下千粒质量显著高于D4，D5，D6。D1与D2，D3种植密度间的千粒质量差异不显著，D5，D6种植密度下的千粒质量无显著差异。不同种植密度间成穗数D6＞D5＞D4＞D3＞D2＞D1。不同种植密度下晋杂30号的经济系数呈现单峰变化曲线，在D3种植密度下经济系数为0.46，达到最高；D6的经济系数最低，为0.41。

表3 不同种植密度对晋杂30号产量构成因素的影响

3 讨论与结论

合理的种植密度有利于高粱群体的构建，对协调植株发育，提高综合产量具有重要作用。研究发现，不同的种植密度下晋杂30号的总生育期相同，但对其拔节、抽穗的时间有所影响，主要是增加了孕穗的时间。不同种植密度下晋杂30号的株高随着种植密度的增大而增大，成熟期晋杂30号的株高大小顺序为D6＞D5＞D4＞D3＞D2＞D1。D6种植密度下的株高达到150.6 cm。晋杂30号的茎粗随着种植密度的增加而减小，成熟期茎粗大小顺序为 D1＞D2＞D3＞D4＞D5＞D6。杨楠等[14]通过密度种植试验发现，种植密度越大，株高越高，茎秆越细，本试验结果与其相同。但曹雄等[15]研究发现，随着密度的增加，高粱的株高与茎粗呈下降趋势，低密度更有利于茎粗的增长。这可能与栽培措施、土壤条件及气候有关，尚需进一步研究。不同种植密度下晋杂30号的叶面积指数随着种植密度的增加呈现增加—减小—增加的趋势，这与植株对群体空间的竞争有关[16]。

本研究发现，在6个种植密度试验条件下，晋杂30号的产量表现为D3＞D4＞D5＞D2＞D6＞D1。晋杂30号在种植密度为15.75万株/hm2时产量高于其他处理。D1种植密度下晋杂30号的穗质量、穗粒质量、千粒质量都最高，成穗数最低，导致综合产量较低。D6种植密度下的成穗数最高，但穗质量、穗粒质量、千粒质量较低，导致产量不高。随着种植密度的增加，晋杂30号的穗质量、穗粒质量、千粒质量显著减少，可能是密度的增加导致植株在光照、水分、养分间产生恶性竞争，导致穗质量、穗粒质量、千粒质量降低，这与王劲松等[17]研究结果一致。说明适宜的种植密度在高粱生长中有利于促进高粱群体构建，协调植株对光照养分的吸收，优化群体光合生理功能，最终实现产量增加[18]。

本研究发现，在6个种植密度试验水平下种植密度对晋杂30号的生长发育和产量有显著影响，合理的种植密度是实现作物高产的重要栽培措施[19]。晋杂30号最佳种植密度为15.75万株/hm2，在此种植密度下，晋杂30号的叶面积指数和产量最高。生产上晋杂30号高粱的种植密度可选择15.75万～18万株/hm2，在此区间高粱产量较高，在山西省中南部可以按照此种植密度种植及推广。而不同地区气候条件、水分、土壤肥力及农田管理等有所差异，具体情况应根据种植区域实际情况多次开展研究后推广，从而改善山西省作物种植区划，实现一年两熟种植制度，提升经济效益。