高粱间套作栽培模式研究进展

彭方丽， 周棱波， 汪 灿， 张国兵， 杜月红， 邵明波

(贵州省农业科学院 旱粮研究所， 贵州 贵阳 550006)

高粱〔Sorghumbicolor(L.)Moench〕是一年生禾本科C4作物，是世界第五大粮食作物，具有食用、饲用及酿造等多种使用价值，也是我国重要的杂粮作物。高粱栽培品种通常分为籽粒高粱、饲料高粱、甜高粱及帚高粱。在籽粒高粱中，将支链淀粉含量在80%以上的称为糯高粱[1]。糯高粱是酿造茅台酒等酱香型高档白酒的主要原料，在我国区域经济发展中占有重要地位[2]，也是贵州省重点发展的优势支柱产业之一。贵州是全国高梁主产区之一，种植面积居第4位，仅次于吉林、内蒙古和黑龙江省，但仍不能满足贵州酒企对高粱原料的需求。贵州省属典型的喀斯特地貌，光能利用率较低，耕地面积有限，高粱常年连作导致产量降低，品质下降，因此，贵州高粱原料远远不能满足以茅台集团为主的酒企的需求量。间套作能高效利用光能提高作物产量，改善地力，增强作物抗病能力[3-8]。根据贵州省酒用高粱种植规划，到2022年贵州省计划种植面积达26.67万hm2，因此开展高粱间套作对于贵州发展高粱产业具有重要的意义。目前国内外关于高粱间套作的研究较少，已开展的间套作方面的研究也不够深入。为了解国内外高粱间套作栽培模式研究状况，通过查阅文献资料，从高粱间套作的品种选择、栽培模式等方面概述高粱间套作栽培模式研究进展，以期为高粱高产高效栽培及贵州高粱产业发展提供思路，同时为贵州农村产业革命及坝区农业产业结构调整提供参考。

1 高粱生物学特性与生产应用品种

1.1 生物学特性

高粱品种分为早、中、晚熟3种类型，3—6月均可播种，7—10月成熟。全生育期80～140 d，不同熟性高粱品种生育期差异较大。

1.2 常用高粱品种

目前，国内常用高粱品种因地区而异，西南地区主要有国窖红1号[9-10]、大力士甜高粱[11]、红缨子[12-14]、珍珠高粱[15]和晋杂12号[16]等；西北地区以甘肃为主，主要有晋杂4号、晋杂12号[17]、晋甜杂2号[18]、糯粱1号、青壳洋高粱[19]和晋杂11号[20]等；东北地区主要有晋杂五号[21]、沈杂5号[22]及晋杂4号[23]等；北方以山西为代表，主要有晋草2号[24]等；中部地区以河南为代表，选用豫粮8号[25]。

2 高粱间套作主要模式

2.1 共生群体作物品种选择

据文献显示，开展高粱间套作模式栽培的地区大致分为西南、西北、东北、北方及中部地区。在间套作时主要根据高粱种植用途、间套作搭配作物生长习性及当地气候条件的不同选择高粱品种。在间套作共生群体作物品种选择上大致分为豆科、粮食作物、薯类作物和经济作物4类。其中，豆科作物主要有大豆、花生、苜蓿等，粮食作物主要有春玉米、春小麦，薯类作物主要有马铃薯、红薯、山芋、山药等，经济作物主要有辣椒、油菜、蔬菜、茄子、烤烟、西葫芦等。

2.2 高粱主要间作模式

间作是在不减少主作物密度和适当种植副作物的条件下，把不同作物恰当的搭配起来，构成田间复合群体，充分利用田间空隙获得增产[3]。间作提高了光能利用率，间作形成的带形结构改变了群体中的田间小气候，改善土壤结构及肥力因素等[26]。

2.2.1 高粱间作豆科作物 禾本科与豆科作物间作时，根瘤菌将大气中的氮转化成植物可以吸收利用的含氮物质，从而增加土壤和植物的氮素[26-27]。苜蓿与饲草高粱间作大大提高了光能利用率，使产量增加[3]；糯高粱与大豆、花生间作行比均为2∶2时，能显著提高糯高粱的光合能力，还能有效控制高粱炭疽病的发生[28]。彭秋等[29]对比单作和2种高粱新品系间作大豆对产值和抗病性的影响，结果表明，高粱间作大豆的产值高于单作高粱，且间作大豆有抑制螟虫的效果。朱锦惠等[30-31]研究印证了间作能有效控制田间作物病虫害的发生。早在20世纪70年代，江苏淮阴地区通过对比不同行数的高粱间作大豆得出，高粱与大豆种植行比为10∶8时能获得最高产量[32]。尹学伟等[10]通过比较8种不同密度配置对高粱农艺性状、产量等影响得出，双季糯高粱和大豆在行比为2∶2间作模式下，高粱、大豆密度分别为9万株/hm2和12万株/hm2是高产高效最优的群体配置结构。贵州仁怀以有机高粱红缨子和本地花生、大豆、向日葵、白云豆、眉毛豆、四季豆、米豆、绿豆、红苕为试验材料，比较分析有机高粱与不同作物间作对群体产量和效益的影响，结果表明，无藤豆类作物四季豆、眉毛豆和白芸豆可作为有机高粱间作的首选作物[12]。

2.2.2 高粱间作粮食作物 黄瑞冬等[33]通过比较玉米与高粱按2∶1行比分别间作小麦时的土壤水分动态和产量得出，玉米间作小麦时耗水量大于高粱间作小麦，小麦与高粱间作时其产量显著高于与玉米间作，高粱与小麦都可以获得较高的产量。早在1972年，沈阳农学院采用玉米与晋杂5号按2∶4的行比间作，高粱行距57 cm、株距25 cm，玉米行距57 cm、株距28 cm时，与单作相比，高粱和玉米产量都能达到最大增幅[21]。

2.2.3 高粱间作薯类作物 以红薯为代表的薯类作物因植株矮，更适合与高粱套种。因此，高粱与薯类作物间作时，以山芋为例，1973年江苏徐州选用原杂10号等早熟杂交高粱间作山芋，利用高粱从土壤中吸收氮肥较多，山芋吸收钾肥较多的原理，加强田间管理，适当增施肥料，克服了争肥水的矛盾，同时在灌浆期去掉老叶促进成熟，较好地错开山芋旺长期，最终达到增产效果[34]。

2.2.4 高粱间作经济作物 利用间作模式，在保证高粱生产的同时又可以收获经济作物，对于农业产业结构调整具有重要的意义。吉林省柳河县推广烤烟与高粱间作模式获得双丰收，烟叶产量为283.7 kg/667m2，高粱产量为176 kg/667m2。高英旭等[22]利用枣树发芽晚、落叶早、枝疏叶小、遮阴少和年生长期短的特点间作高粱，合理密植高粱，得出在枣树地每6 m间作4行高粱的模式下，能达到枣和高粱双丰收的目的。

2.3 高粱主要套作模式

套作主要是指前季作物生长后期在株行间播种或移栽后季作物的种植方式，是在人为调节下，充分利用不同植物间某些互利关系，减少竞争，组成合理的复合群体结构，使复合群体既有较大的叶面积，延长光能利用时间或提高群体的光合效率，作物高矮成层，改善作物的通风透光条件，形成多种抗逆性，以便更好地适应不良的环境条件，充分利用光能和地力，发挥边行优势，保证稳产增收[5]。

2.3.1 高粱套作豆科作物 2005年，山西大同采用地膜高粱套种早熟抗旱大豆的模式获得了较高的经济效益[35]。陈鑫伟等[25，36]通过比较高粱与大豆3个种植行比(2∶4、2∶5、2∶6)试验得出，高粱套种大豆种植行比为2∶6时产量最高。内蒙古舒兰试验结果显示高粱最佳种植模式为5行大豆套种1行高粱，该模式是在全程免耕，大豆加密种植的基础上，每隔5行大豆加密种植1行高粱的创新耕作方法[37]。郭志利等[24]经过试验与示范，探索出适宜山西中部旱作类型区高粱的高效种植模式，即饲草高粱与马铃薯、大豆行比为2∶4，饲草高粱与西葫芦行比2∶2，株行距按照当地常规标准。

2.3.2 高粱套作粮食作物 高粱间套作粮食作物时，能充分利用大部分地区一季有余、两季不足的气候条件开展粮食生产，适当延长一年中的有效生产时间，最大限度提高土地利用率以提高单位面积产量。高粱套种小麦能提供良好的田间小气候条件，套种作物有明显的边行优势，促进作物生长。安宏伟等[23]在沈阳进行高粱套种小麦试验，3月下旬播种春小麦，密度17.5万株/667m2；5月下旬播种高粱，密度7 000株/667m2，利用高粱与小麦在熟期上的时间差，多收获1茬小麦。在广西东兰、丹泉地区，农户采用地膜玉米免耕套作珍珠高粱/秋高粱种植模式，大行距80 cm起厢、行距40 cm、株距30 cm，3月中旬播种玉米，7月下旬播种高粱，能最大限度提高光能、养分等利用率，促进农民增产增收[15-16]。

2.3.3 高粱套作薯类作物 大部分薯类作物植株矮小，根系为块根或块茎，分布浅，而高粱植株高大，根系发达，二者合理套种，变平面种植为立体种植，通风透光条件得到改善，大大提高土地和光能利用率。牛金明等[38]在甘肃甘谷县采用地膜马铃薯与高粱、香菜套作栽培模式，利用作物错时套种生产，一年可采收3茬作物。在四川泸州，农户则采用高粱套种紫山药，获得了较好的经济效益[39]。对于饲草高粱，套作模式也能获得较高的经济效益，王琳等[11]利用两种作物生长的温度差，将马铃薯与甜高粱按1∶1的行比套种，比较套作与单作的单位面积经济效益得出，套作地块适当利用了空间和时间，从而多1种作物产出，经济效益显著高于单作地块。

2.3.4 高粱套作经济作物 早在20世纪70年代，在辽宁省北镇县就有杂交高粱每3行套种4行油菜的高效栽培方法，牛金明等[38]采用地膜马铃薯与高粱、香菜套作栽培模式，马铃薯3月起垄双行覆膜播种，垄距90 cm，5月在垄沟种植高粱，株距15 cm，7月收获马铃薯后垄面种植香菜，能获得较高的经济效益。杨永春[20]在甘肃灵台采用旱塬地荏子1∶1的行比套种高粱，荏子与高粱行距20 cm，荏子行距40 cm、株距25 cm，高粱行距40 cm、株距30 cm，改单一种植为复合种植，实现了一季两熟。甘肃临泽、张掖等地区利用酒用高粱为甜椒遮阴和搭架支撑的优势，采用甜椒套种酒用高粱，既减轻甜椒病害发生，又节约生产成本，从而增加收入[19]。孙向春等[18]通过试验总结出春小麦复种冬油菜套作饲用甜高粱高效栽培技术，经济效益显著，能充分发挥肥田养地的效果，并且能提高单位面积的种植指数。

3 高粱间套作栽培模式的经济效益

从多年研究结果看，高粱间套作栽培模式能有效提高经济效益。山西采用高粱套作大豆模式比单作增收150～200元/667m2[35]；大豆高粱5∶1套种时增收400元/667m2 [37]，而高粱大豆2∶6套种模式时则增加823元/667m2 [25]；贵州采用有机高粱间作四季豆高效栽培模式产值达3 592元/667m2，比净作高粱增收848元/667m2，与眉毛豆、白芸豆和红薯间作时，分别比净作高粱新增产值758元/667m2、693元/667m2和 581元/667m2 [12]。采用高粱套作小麦较单作小麦增产105.5%[23]；利用高粱套作玉米，比单作时增收620～760元/667m2 [15]。采用地膜马铃薯与高粱、香菜套作栽培模式，3茬作物较传统麦后复种大豆模式增收1 125元/667m2 [38]；大力士甜高粱套作马铃薯模式比单作甜高粱增收634元/667m2 [11]；四川泸州采用高粱套作紫山药，增收1 000余元/667m2 [39]。荏子套作高粱时比单种荏子、高粱分别增收440元/667m2和211元/667m2 [20]；采用高粱套作甜椒模式，效益可达6 000元/667m2 [19]。

4 存在问题与展望

综合看，间套作是光热、土地等资源高效利用的可持续性的高效种植模式，以玉米等为代表的间套作模式与机理研究较多，但当主栽作物为高粱时，国内外相关的研究较少，已开展的高粱间套作模式方面的研究不够深入：一是以高粱为主栽作物，间套作共生群体作物种类还有待进一步拓宽，可根据各地产业发展的需求以及间套作作物的生长特性等拓宽作物类型，如半夏、黄精、太子参等中药材都属于浅根系作物，生长期都需要遮阴，与高粱间套作时，深根系的高粱正好可以起到遮阴的作用。因此，在贵州省大力开展农业产业结构调整、重点发展十二大产业的契机下，可充分考虑发展“高粱+食用菌/中药材/茶/经果林”等高效栽培模式。二是研究深度不够，已开展的高粱间套作模式的研究中，对于作物行比配置研究相对较多，但对于间套作适宜栽培品种选育及共生群体作物间需肥特性、播期配置、品质影响等方面的研究不够。下一步，可通过深入开展山区高粱间套作适宜品种选育及间套作农艺措施等研究，筛选适合山区间套作的高粱品种及最佳的株行距、播期配置、施肥技术等农艺措施[40-44]，从而得出适宜贵州高粱间套作的高效栽培模式。三是目前针对高粱间套作模式研究都着重于地上部分之间的共同促进作用和对地上部分产量构成及经济指标的影响，对于地下部分根际微生物、营养物质、抑制物质等还未涉及。高梁是分泌生物硝化抑制剂BNI的代表作物之一，当土壤环境pH<6时高粱分泌BNI的能力更强，而间套作时高粱比玉米更易分泌BNI，从而抑制氮素的流失[45]。因此，下一步对于高粱间套作对地下部分的影响研究应更深入细致，如开展不同间套作模式对土壤pH的影响、对根际微生物环境的影响等研究。