红缨子高粱植物学特征及生物量的研究

潘昌滨, 张金梁, 汪弋盟, 王 聪, 钟宁强, 潘自平

(茅台学院， 贵州 仁怀 564500)

随着酱香型白酒市场的火热，作为茅台酒厂指定用高粱“红缨子”需求量越来越大[1]。从红缨子高粱行距比较[2-3]、肥料对产量的影响[4-5]，红缨子异地种植情况[6-7]，到红缨子病害防治[8]、基地建设[9]和产业发展[1]，关于红缨子高粱植物形态学[10]和生物量[11]方面的研究却较少。为此，于 8 月上旬采集贵州仁怀红缨子高粱样本，从红缨子高粱的根、茎、叶、穗和籽粒方面统计分析，以期为红缨子高粱植物学特征和生物量方面研究奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

红缨子高粱茬(根、茬秆)、茎(茎秆、茎叶)、穗(穗秆、籽粒)采集自贵州省仁怀市鲁班镇红缨子高粱种植地块(27°44′9″N、106°18′36″E、海拔855.5 m)、黄壤石灰土(有机质 2.61%、pH=6.61)，红缨子高粱采收后对其行距(相邻两行最近距离)、窝距(相邻两窝中心距离)及茬高进行测量。

红缨子高粱根来自其割茬，从高粱地块挖出并带土放到相应编号的采样袋中，到实验室洗掉根部泥土，放在阴凉处晾干表面水分，立即称重和烘干。红缨子的茎、叶、穗在采集后立即检测相应数据。

1.2 方 法

株距、行距、秆长、穗长和茬高等长度使用卷尺(京选 JX-1183-10)测量，重量使用电子秤(上海浦春计量仪器有限公司 JE 3002)称量。含水率用电子天坪(上海菁海仪器有限公司 FA 2204 N)称量，在设定温度[12]为 (105±2)℃的烘箱(上海一恒科学仪器有限公司DHG-9070 A)烘干，直至后 1 次减少量比前面差量小于 0.1%时终止实验[13]，减少量即为含水量。随机选 10 株高粱的叶子，叶序号从植株的顶端向根部方向依次编号，在标准为1 cm×1 cm 均分 100 个方格的纸上沿着叶边缘绘图[14]，统计 1 mm2方格数计算叶面积。

样本对应的长度、重量、数量和含水率等数据采用 WPS Office 软件进行统计分析，结果以平均值或平均值±标准误(SE)表示。

2 结果与分析

该研究对红缨子高粱的茬、茎和穗进行较为详细记录，从种植密度、茬、茎秆、茎叶、穗秆和籽粒等方面进行分析。

2.1 高粱种植密度

高粱采收后，在常年种植高粱地块中随机选取 4 m2(2 m×2 m)样地，测量样地内窝数、每窝株数，见表1。在 10 个样地中窝数最少只有 15 窝、最多达 23 窝，平均 18.3窝/4 m2； 窝内高粱株数为1～4株，其中只有1 株的窝数占3.28%、2株窝数占7.65%、3株窝数占77.05%、4株窝数占12.02%，其中3株窝占比最多是由于间苗、定苗[15]的标准是3株/窝，1 株窝只占3.28%说明人工间苗效率高；样地内总株数为46～70 株，平均54.5株/4 m2。因此，667 m2地块平均有3 050.2窝、9 083.8株红缨子高粱。

表1 红缨子高粱样地中窝数和株数

2.2 高粱茬形态特征

禾本科植物的茬[16]指茬口[17]到土壤内部的植物部分，由根和茬秆组成。高粱根由初生根和永久根组成[10]，茬秆指茬口以下与根连结的部分。

2.2.1根

高粱的根指土壤上部气生根和土壤内部须根部分，分为初生根、次生根和气生根。高粱根的深度指从气生根的根原基到根系自然状最低端的垂直距离(表2)，红缨子根深度为11.7～23.8 cm，平均 17.5 cm，说明红缨子地块翻耕深度在20 cm 左右可满足生产需要；根的长度和宽度指所有根系与高粱秆垂直面上两个相互垂直面中最远端的水平距离，红缨子根长度为20.4～45.9 cm、平均31.9 cm，宽度为14.2～39.9 cm、平均26.5 cm，呈水平橄榄球形，根的长度方向与种植行向一致、宽度与行向近似垂直，说明行向和行距对红缨子根的长度、宽度有影响。根数指根系中须根(不包含根毛)的数量，红缨子高粱根数为21～46条，平均35.5条；根重指每株须根重量在2.24～15.8 g之间，平均6.7 g，由于晾干清洗水分程度不易控制， 导致根重与根鲜重有差异。红缨子高粱根含水率为16.33%～40.04%、平均28.37%，每株红缨子高粱根干重是4.79 g。

表2 红缨子高粱根部数据

2.2.2茬 秆

茬秆高度指从收割茬口到土壤表面的部分，红缨子高粱收割工具是镰刀，茬口呈斜面， 故茬秆高度有顶端高度和底端高度(表3)。红缨子高粱茬秆顶端高度为8.8～39.7 cm、平均17.3 cm，底端高度为7.0～34.3 cm、平均14.9 cm，茬口顶端到底端高度差为1.3～5.4 cm、平均2.4 cm，茬秆平均高度为16.1 cm。茬口高差主要集中在1.9～2.9 cm之间(n=17)，茬口顶端高度主要集中在13.3～16.7 cm之间(n=12)，底端高度较分散。

表3 红缨子高粱茬秆高度及茬口高度差

茬秆重指红缨子高粱收割后与根连接在一起的秆状部分的重量，即茬除掉根剩下部分的重量。茬秆重量为 5.67～27.94 g、平均值为15.23 g，茬秆重量与根数、根重呈正相关；以秆平均含水率45.15%计算，每株红缨子高粱茬秆的干物质平均重量为8.35 g。

2.3 高粱茎形态特征

2.3.1茎 秆

茎秆指整株高粱除了茬、穗和叶的部分，由茎节构成，是连接茬和穗的中间部分，见表4。红缨子高粱秆长度为192.4～250.8 cm、平均215.8 cm，主要集中在211.2～218.3 cm之间(n=14)；红缨子高粱秆重为41.71～143.16 g、平均 75.06 g，集中分布在63.62～89.37 g之间(n=18)；高粱秆节数有7～9节三种，其中 7 节秆占比20.00%(n=6)、8节秆占比56.67%(n=17)、9节秆占比23.33%(n=7)，说明红缨子高粱节数主要集中分布在8节。

表4 红缨子高粱茎秆和含水率

红缨子高粱秆含水率在34.86%～52.63%之间，平均值为45.15%(SE=0.05)，集中分布在41.15%～49.34%之间(n=20)，含水率≤40%占比13.33%(n=4)、≥50%占比20.00%(n=6)；红缨子高粱秆干物质平均重量为38.64 g。

2.3.2叶

叶指着生于高粱秸秆节处，由叶片、叶鞘、叶结构成(见表5)。红缨子高粱的叶数为6～9片/株，8片(n=15)占比50%、7片(n=9)占比30%、6片(n=5)占比16.67%、9片(n=1)极少，叶数与节数相等或少，叶数少主要由于接近地面的秆节上枯叶脱落所致。叶重为27.97～64.74 g、平均44.74 g(SE=9.16)，集中分布在40.47～49.53 g之间(n=14)；红缨子高粱叶的含水率为30.82%～65.13%，平均值为54.06%，集中分布于50.91%～58.91%之间(n=16)；红缨子高粱叶干重平均值为20.55 g。

表5 红缨子高粱叶数与含水率

汪文成等[18]研究表明，红缨子高粱的叶茎比指从茎基部剪断、除掉穗的地上部分中叶片、茎(包括茎秆、叶鞘)烘干(105±2)℃后重量比(叶茎比=叶占比/茎占比)，叶茎比范围在0.34～0.84之间、平均0.51，与甜高粱的叶茎比[19]相近，说明红缨子高粱秸秆具有作草料的潜力。

叶是红缨子高粱进行光合作用的地方，叶片面积越大光合效果越好。通过计算分析，红缨子高粱成熟期的叶面积为(2 715.47±413.73)cm2/株，在667 m2的高粱群体最大叶面积是2 466.68 m2，是土地面积的3.69倍。从植株顶部的叶1面积(267.88±41.62)cm2开始(见图1)，单叶面积先增加后减小，中间的叶4、叶5和叶6面积最大、两端面积小，这是由于顶端是新叶没有生长完全，根部叶片边缘干枯降低了绿色面积。

图1 红缨子高粱植株不同位置叶片面积分布

2.4 高粱穗形态特征

穗指在高粱秆开始有枝梗的轴节基部与秆横切面到末端的部分，由籽粒、穗轴和枝梗组成，枝梗和穗轴组成穗秆(见表6)。在试验样中，穗重为42.63～105.98 g，集中分布在61.59～77.66 g之间(n=13)，平均值为67.28 g。

表6 红缨子高粱穗

2.4.1籽 粒

试样中高粱籽粒重量为36.08～89.32 g，主要分布在 52.36～58.62 g之间(n=10)，平均值为56.29 g；红缨子高粱籽粒数量在1 432～4 217粒之间，集中分布在2 049～2 964粒之间(n=12)，平均2 498.7粒。籽粒含水率为17.71%～27.83%、平均22.11%，籽粒干重平均值为43.84 g。籽粒含水率波动大可能与样本中籽粒成熟度有关，穗重与籽粒数量、籽粒重量呈正相关。

2.4.2穗 秆

试样中穗秆长度为 27.4～38.4 cm、平均 32.5 cm，总体上穗秆长度短籽粒数量少；穗秆重量为4.87～13.17 g、平均8.11 g，穗秆重量与籽粒重量呈正相关，可能是高重量高粱籽需要更多营养输送和更粗壮茎杆支撑的结果。穗秆含水率 35.86%，干物质平均重量为5.20 g。

参考高攀等[20]关于草谷比定义，红缨子高粱的草谷比指地下部分之外的秸秆(秆、叶) 干重与高粱籽粒干重之比。该样中草谷比范围在1.07～1.86之间，平均值为1.41，这与潘昌滨等[21]研究差异较大，原因可能是该样地种植管理较差，籽粒数量少。生物学产量[22]是农作物在整个生育期中将同化产物积累的表现，红缨子高粱的生物学产量(干物质)范围在81.07～200.02 g之间，平均值为123.31 g。红缨子高粱收获指数[23]即是高粱籽产量与总生物学产量之比，试样收获指数范围在0.26～0.46之间，平均值为0.35，这与潘昌滨等[21]存在差异，主要是由于其生物学产量不包括割茬以下部分。

3 讨 论

红缨子高粱整个植株中除占比 35.55%籽粒作为经济部分用于酿酒外，其他部分基本处于无用状态，茬留在土壤[24]中、秸秆丢弃或焚烧[25]，穗秆随着脱粒后丢弃或长穗秆做扫帚， 既影响种植、污染环境又浪费资源，如何使占全株 64.45%的部分实现高效利用值得研究。

文中2.2的茬秆指的是茬口到根的部分，属于科学研究词汇范畴；而2.2.2的茬秆高度指茬口到地面的垂直距离属于生产词汇，主要是便于茬秆田间测量及处理处置。高粱真实茬秆长度是从茬口到最上次生根的距离，而红缨子高粱植株有的最上次生根在土壤外面、有的在土壤内，因此该文的茬秆高度平均值较为接近真实茬秆长度。为了更加精确地测量茬秆长度及根相关数据，建议将来以茬口到最上次生根为茬秆高度为宜。

红缨子高粱根呈水平橄榄球分布，长向与行向平行、宽向与行向垂直，可能是行距的垄间没有土壤导致宽向根没有生长基础。机器翻耕深度约20 cm，而根深度17.5 cm，与秦乃群等研究[26]相差极大，可能与品种、耕作深度有关。未来可以增加翻耕深度，研究是否对红缨子高粱根深度和生物量有影响。

在取烘干样前立即称量每部分重量，该重量不是鲜重，但对各部分干物质重量没有影响。试样中根、茎、叶和籽粒的含水率偏低，是由于一次性采集 30 个样，每个样每个部位采 3个样(共 360 个样)烘干，由于铝盒、烘箱等条件有限未能同时进行烘干，导致试验含水率较初样低。

红缨子高粱单叶面积为239.25～433.21 cm2，群落最大叶面积是土地面积的 3.69 倍，由于植株不同位置的叶面在垂直方向上有交叉覆盖，实际有效光合作用叶面积要小得多。有效光合叶面积大小与光照角度、不同叶片间覆盖面积、叶片弯曲情况和种植密度等因素有关， 未来可以通过遥感和光学仪器等手段进行这方面的研究。

4 结 论

红缨子叶面积为(2 715.47±413.73)cm2/株、群落最大叶面积是土地面积的 3.69 倍，植株不同位置单叶面积呈中间大、两端小的特征。667 m2平均种植9 083.8株红缨子高粱，总生物量达1 120.12 kg，其中红缨子高粱籽重398.23 kg、叶重186.67 kg、茬重119.367 kg、茎秆重350.99 kg和穗秆重47.24 kg。除了占比35.55%的高粱籽粒销售给酒企外，占植株64.45%的生物质资源化亟待研究，尤其是高粱秸秆如何实现饲料化、肥料化等利用值得思考。