两个高粱品种生长发育动态变化及对种植密度的响应研究

姜艳喜，盖志佳，刘婧琦，蔡丽君，张敬涛，王雪洁，焦少杰，严洪冬，苏德峰，王黎明，宋嘉雯

（1.黑龙江省农业科学院作物资源研究所，哈尔滨 150086；2.黑龙江省农业科学院佳木斯分院，黑龙江 佳木斯 154007；3.东北农业大学国际文化教育学院，哈尔滨 150030）

高粱是黑龙江省独特的经济作物，曾是我国北方地区主要粮食作物之一，目前是以酿造原料为主、种植面积较少的杂粮作物[1]。高粱植株高大，易倒伏，矮化后单株生物产量降低，受经济系数制约，提高种植密度进而增加群体产量是一项有效栽培措施[2]。矮秆高粱种植以耐密植矮秆高粱品种为核心，适合机械化作业。高粱种植密度过大使高粱群体内部环境发生变化，叶片衰老过快、生育后期持绿性下降、光合能力下降等，导致高粱籽粒产量降低[3-4]。研究表明，种植密度对高粱籽粒产量构成因子具有明显调节作用[5]，合理增加种植密度是提升矮秆高粱籽粒产量的关键农艺措施之一。关于密度对高粱生长发育和产量影响的研究较多，但矮秆高粱生长发育动态变化研究却鲜见报道。

本试验以高粱新品种龙杂22和龙杂25两个矮秆高粱品种为研究对象，开展矮秆高粱生长发育动态变化及对密度响应研究，旨在明确矮秆高粱在全生育时期生长发育动态变化，以及矮秆高粱品种龙杂22和龙杂25适宜种植密度，研究其在不同种植密度下生长发育、产量及产量构成因子等特点，为龙杂22和龙杂25大面积推广与应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

以高粱新品种龙杂22和龙杂25为试验材料，由黑龙江省农业科学院作物资源研究所提供。

1.2 试验设计

试验于2021年在黑龙江省农业科学院佳木斯分院高粱试验地进行。采用裂区设计，主区为品种，包括龙杂22和龙杂25；副区为密度，包括12、17、21、25和30株·m-2，分别用D1、D2、D3、D4和D5表示；每个处理8垄，行长8 m，3次重复。高粱种植方式为65 cm小垄双行。土壤类型为草甸黑土，肥力均匀，0～20 cm土壤有机质含量为28.59 g·kg-1，全氮含量为1.95 g·kg-1，碱解氮含量为120.58 mg·kg-1，速效磷含量为38.19mg·kg-1，全磷含量为1.64 g·kg-1，全钾含量为27.25 g·kg-1，速效钾含量为120.36 mg·kg-1，pH 7.01。2021年5月14日播种，9月26日收获测产。前茬种植作物为大豆，田间常规管理。

1.3 测定项目与方法

于高粱拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期测定高粱单株叶片干重、单株茎干重、单株穗干重、叶面积，并计算高粱群体叶片干重、群体茎干重、群体穗干重和叶面积指数。每个处理取3次重复，每个重复连续选取有代表性高粱植株10株。

高粱叶、茎、穗干重采用烘干称重法测定；叶面积采用日本产AAC-400叶面积测定仪测定；叶面积指数（LAI）=叶片总面积/土地面积；群体叶片干重=单位面积株数×单株叶片干重；群体茎干重=单位面积株数×单株茎干重；群体穗干重=单位面积株数×单株穗干重；叶片光合速率（Pn）采用CI-340便携式光合仪测定；叶片叶绿素含量（SPAD）采用便携式SPAD-502测定。成熟期每个处理连续取10株高粱进行考种测定高粱千粒重、穗粒数和穗粒重；每个处理取3个点，每点5 m2，人工脱粒测定高粱籽粒水分和籽粒产量，按照14%标准水分折算成高粱籽粒产量。

1.4 数据处理与分析

采用DPS v7.05软件作数据统计和分析。

2 结果与分析

2.1 不同高粱品种单株叶片干重动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25单株叶片干重影响达显著水平（P＜0.05）。由表1可知，随密度增加不同高粱品种单株叶片干重呈逐渐降低趋势，各密度间差异显著（P＜0.05）。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理单株叶片干重呈先增后降趋势，在开花期高粱单株叶片干重最大。

表1 密度对不同高粱品种单株叶片干重的影响Table 1 Effects of planting density on leaf dry weight per plant of different sorghum varieties（g）

2.2 不同高粱品种群体叶片干重动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25群体叶片干重影响达显著水平（P＜0.05）。由表2可知，随密度增加不同高粱品种群体叶片干重呈先增后降趋势；对龙杂22而言，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期D4处理群体叶片干重最大，对龙杂25而言，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期D3处理群体叶片干重最大。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理群体叶片干重呈先增后降趋势，在开花期高粱群体叶片干重最大。

表2 密度对不同品种群体叶片干重的影响Table 2 Effects of planting density on population leaf dry weight of different sorghum varieties（g·m-2）

2.3 不同高粱品种单株茎干重动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25单株茎干重影响均达显著水平（P＜0.05）。由表3可知，随密度增加不同高粱品种单株茎干重均呈逐渐降低趋势，各密度间差异均达显著水平（P＜0.05）。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理单株茎干重呈先增后降趋势，在开花期高粱单株茎干重最大。

表3 密度对不同高粱品种单株茎干重的影响Table 3 Effects of planting density on stem dry weight per plant of different sorghum varieties（g）

2.4 不同高粱品种群体茎干重动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25群体茎干重影响均达显著水平（P＜0.05）。由表4可知，随密度增加不同高粱品种群体茎干重均呈先增后降趋势；龙杂22在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期D4处理群体茎干重最大，龙杂25在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期D3处理群体茎干重最大。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理群体茎干重均呈先增后降趋势，在开花期高粱群体茎干重最大。

表4 密度对不同高粱品种群体茎干重的影响Table 4 Effects of planting density on population stem dry weight of different sorghum varieties（g·m-2）

2.5 不同高粱品种单株穗干重动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25单株穗干重影响达显著水平（P＜0.05）。由表5可知，随密度增加不同高粱品种单株穗干重呈逐渐降低趋势。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理穗干重呈逐渐增加趋势，成熟期高粱单株穗干重最大。

表5 密度对不同高粱品种单株穗干重的影响Table 5 Effects of planting density on spike dry weight per plant of different sorghum varieties （g）

2.6 不同高粱品种群体穗干重动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25群体穗干重影响达显著水平（P＜0.05）。由表6可知，随密度增加不同高粱品种群体穗干重呈先增后降趋势；对龙杂22而言，在开花期、开花后3周和成熟期D4处理群体穗干重最大，对龙杂25而言，在开花期、开花后3周和成熟期D3处理群体穗干重最大。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理群体穗干重呈逐渐增加趋势，成熟期高粱群体穗干重最大。

表6 密度对不同高粱品种群体穗干重的影响Table 6 Effects of planting density on population spike dry weight of different sorghum varieties（g·m-2）

2.7 不同高粱品种单株生物量干重动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25单株生物量干重影响达显著水平（P＜0.05）。由表7可知，随密度增加不同高粱品种单株生物量干重均呈逐渐降低趋势。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理单株生物量干重均呈逐渐增加趋势，成熟期高粱单株生物量干重最大。

表7 密度对不同高粱品种单株生物量干重的影响Table 7 Effects of planting density on biomass dry weight per plant of different sorghum varieties（g）

2.8 不同高粱品种群体生物量干重动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在高粱拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25群体生物量干重影响达显著水平（P＜0.05）。由表8可知，随密度增加不同高粱品种群体生物量干重呈先增后降趋势；对龙杂22而言，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期D4处理群体生物量干重最大，对龙杂25而言，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期D3处理群体生物量干重最大。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理群体生物量干重呈逐渐增加趋势，成熟期高粱群体生物量干重最大。

表8 密度对不同高粱品种群体生物量干重的影响Table 8 Effects of planting density on population biomass dry weight of different sorghum varieties（g·m-2）

2.9 不同高粱品种叶面积指数动态变化及对密度的响应

方差分析表明，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期，密度对龙杂22、龙杂25叶面积指数影响达显著水平（P＜0.05）。由表9可知，随密度增加不同高粱品种叶面积指数呈先增后降趋势；对龙杂22而言，在拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周和成熟期D4处理叶面积指数最大，对龙杂25而言，在开花期、开花后3周和成熟期D3处理叶面积指数最大。在高粱生育期间，随高粱生长发育，不同密度处理叶面积指数呈先增后降趋势，开花期高粱叶面积指数最大。

表9 密度对不同品种叶面积指数的影响（LAI）Table 9 Effects of planting density on leaf area index of different sorghum varieties

2.10 密度对不同高粱品种产量及产量构成因子的影响

从表10可知，密度对龙杂22、龙杂25穗粒数、千粒重、穗粒重和籽粒产量的影响均达显著水平（P＜0.05）。随密度增加，不同高粱品种穗粒数、穗粒重、千粒重均呈逐渐降低趋势；随密度增加，不同品种籽粒产量则呈先增后降趋势；对龙杂22而言，D4处理高粱籽粒产量最高，对龙杂25而言D3处理高粱籽粒产量最高。

表10 密度对不同高粱品种产量及产量构成因子的影响Table 10 Effects of planting density on yield and yield components of different sorghum varieties

3 讨论

种植密度对作物生长发育发挥重要作用[6-8]，种植密度是直接影响作物群体建成的主要因素，协调作物营养生长、生殖生长及环境、个体与群体关系，是实现作物高产的重要条件[9]。种植密度增加可能引起叶片间遮荫及植株间水肥竞争，且随种植密度增加高粱干物质积累量呈逐渐减少趋势。本研究结果表明，龙杂22和龙杂25单株叶片干重、茎干重、穗干重及单株生物量干重均随密度增加而下降，群体干重随密度增加呈先增后降趋势；对龙杂22而言，D4密度处理时群体干物重最大，之后随密度增加呈下降趋势，对龙杂25而言，D3密度处理时群体干物重最大，之后随密度增加呈下降趋势。黄瑞冬等研究发现，叶面积指数从苗期到挑旗期不断增加，此后逐渐下降[10]。王岩等研究表明，从苗期到开花期叶面积指数不断增加，从开花期到成熟期逐渐下降[11]。本研究结果表明，龙杂22和龙杂25叶面积指数随密度增加均呈先增后降趋势，龙杂22在D4密度处理下叶面积指数最高，龙杂25在D3密度处理下叶面积指数最高；随高粱生长发育，不同品种叶面积指数在开花期达到最大值，此后逐渐下降。

本研究发现不同高粱品种随密度增加单株高粱籽粒产量均呈降低趋势，高粱单株产量不代表高粱群体产量。研究指出密度过大不利于高粱经济产量形成，适宜的种植密度及良好的种植群体结构可有效增加高粱产量[12-14]。本研究结果发现，龙杂22、龙杂25两个品种籽粒产量随密度增加呈先增后降趋势，龙杂22在D4处理下籽粒产量最高，因为D4处理下龙杂22群体叶片、茎和穗干重最大；龙杂25在D3处理下籽粒产量最高，因为D3处理下龙杂25群体叶片、茎和穗干重最大；本研究也发现两个品种适宜密度和耐密性均不同。因此，在高粱种植过程中应根据品种适宜密度进行种植，不能因高粱窄行密植栽培技术而主观增加高粱种植密度。本试验未在不同肥力条件下开展试验，今后需针对不同品种在不同肥力条件下开展试验。

4 结论

本试验以高粱新品种龙杂22和龙杂25两个矮秆高粱品种为研究对象，开展矮秆高粱生长发育动态变化及对密度的响应研究，得出以下结论：

a.在高粱拔节期、挑旗期、开花期、开花后3周、成熟期期间，高粱单株和群体叶片干重、茎干重、叶面积指数呈先增后降趋势，在开花期最高；单株和群体穗干重和生物量干重呈逐渐增加趋势，成熟期达到最大值。

b.随密度增加，两个高粱品种单株叶片干重、茎干重、穗干重、穗粒数穗粒重、千粒重呈逐渐降低趋势，群体叶片干重、茎干重、穗干重、叶面积指数、籽粒产量呈先增后降趋势。

c.龙杂22在D4（25株·m-2）处理籽粒产量最高为9 540.30 kg·hm-2，龙杂25在D3（21株·m-2）处理籽粒产量最高为9 710.40 kg·hm-2，龙杂22品种耐密性好于龙杂25。