甜高粱在青海高原種植的初步研究

李春喜,董喜存,李文建,張懷剛,陳志國

（1.中國科學院西北高原生物研究所 中國科學院高原生物適應與進化重點實驗室,青海 西寧 810001；2.中國科學院近代物理研究所,甘肅 蘭州 730000）

隨著世界農(nóng)業(yè)的發(fā)展,大力開發(fā)飼草飼料對農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、生態(tài)農(nóng)業(yè)及可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)必將起到巨大的作用[1]。甜高粱（Sorghum bicolor）為世界上生物學產(chǎn)量最高的作物,在生物量能源系統(tǒng)中是第一位的競爭者[2],為近年來新興的一種糖料作物、飼料作物和能源作物。在甜高粱的諸多用途中,作為飼料利用具有明顯的優(yōu)勢,既可做牧草放牧,又可刈割做青飼、青貯和干草,甜高粱是優(yōu)質(zhì)的飼料資源,種植甜高粱已成為世界眾多國家推進本國種植業(yè)發(fā)展的一條重要途徑[3]。中國北方草地自春季5月開始返青,6-7月快速生長,8月達到最大產(chǎn)量高峰,9月地上植物逐漸枯黃凋落,10月-次年4月為枯草期[4-5]。青海省是我國重要的畜牧業(yè)生產(chǎn)基地,全國五大牧區(qū)之一,由于高原自然條件的限制、飼養(yǎng)管理水平落后、超載放牧、草地退化等原因,每年損失可食鮮草1 200萬t,每年長達半年的冬春季枯草期,天然草地草資源匱乏,牲畜需要大量飼草料補充。隨著人民生活水平的提高,青海奶業(yè)發(fā)展較快,以西寧為中心已形成產(chǎn)、加、銷一體的產(chǎn)業(yè)化雛形,還有數(shù)量眾多的育肥牛羊,都需要大量青飼料[6]。目前青海省牧區(qū)冬春備荒多以青飼燕麥草為主,農(nóng)區(qū)奶牛及育肥牛羊以玉米秸稈和小麥秸稈為主,氣候較好地區(qū)種植少量苜蓿,還沒有飼用甜高粱種植的報道。為了探索甜高粱在青海作為飼料作物種植的可能性,開辟青海飼料新途徑,中科院西北高原生物研究所和中科院近代物理研究所合作在中科院西北高原生物研究所平安生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗站開展了甜高粱試驗研究。

1 試驗站基本情況

試驗站位于青海省平安縣小峽鎮(zhèn)下紅莊村,地理位置 102°18′E,36°38′N,緊靠國道109 公路旁,湟水谷地,距離西寧市 27 km,海拔2 100 m,年平均氣溫6.2℃,年均降水量354.1 mm,年蒸發(fā)量1 800 mm,無霜期179 d。日平均氣溫穩(wěn)定通過≥0℃的初日為3月13日,終日為11月1日,期間積溫2 900℃·d；穩(wěn)定通過≥5℃的初日為4月7日,終日為 10月 20日,期間積溫2 500℃·d。土壤屬灌淤型紅粘砂土,灌淤厚度50～60 cm,田間耕層有機質(zhì)含量1.7%左右,全氮0.112%,全磷 0.058%,全鉀 1.782%,pH 值8.3～8.8。土壤肥力水平中等,地勢較平坦。

2 材料與方法

2.1 試驗材料供試甜高粱品種為中科院近代物理研究所 2006年從澳大利亞引進,編號BJ0602。

地膜寬幅為3 m,兩邊埋入土里,地面保留蓋膜寬度2.5～2.7 m。鋪好地膜后,用卷尺固定株行距,人工戳孔,3～4 cm深,每穴下種2～4粒。

2.2 試驗方法

2.2.1密度試驗 設株距×行距為A（0.40 m×0.42 m）、B（0.40 m ×0.33 m）、C（0.40 m ×0.28 m）、D（0.40 m ×0.24 m）、E（0.40 m ×0.20 m）,每666.7 m2對應的株數(shù)分別為4 000、5 000、6 000、7 000、8 000 株 5 種處理,重復 2 次；全部蓋膜,每條幅上種6行,小區(qū)面積17 m×2.4 m,小區(qū)間設 1 m間隔,兩端為保護行,密度為0.40 m×0.20 m。4月28日鋪膜,5月 3日播種。

2.2.2灌溉試驗 設蓋膜（M）、不蓋膜（N）2種處理,每種處理設不澆水（H）、澆1次水（S1）（5月17日苗期）、澆2次水（S2）（5月 17日苗期、6月13日出苗后期）、澆3次水（S3）（5月17日苗期、6月13日出苗后期、7月13日拔節(jié)期）4種處理,株距×行距為0.50 m×0.20 m,小區(qū)面積10 m×5.5 m,小區(qū)間筑0.5 m塄坎。4月28日鋪膜,4月29日播種。

2.2.3示范種植 全部蓋膜,株距×行距為0.50 m×0.20 m,每條幅種5行,共 11條幅,總面積0.27 hm2（包括條幅間空行面積）。4月28-29日鋪膜。5月2-3日播種。

2.3 測定項目

2.3.1出苗率、定株率 出苗10 d后,3～5葉查苗（5月21日）,計算出苗率；經(jīng)移栽補苗,拔節(jié)期統(tǒng)計定株率（7月7日）,查苗和定株率同在中間行測定。

2.3.2株高、莖粗、單株質(zhì)量、葉片數(shù) 在收割前,在密度試驗、灌溉試驗的每個處理、示范田每個條幅的中間行中部連續(xù)取10株,蓋地膜的從基部往上第6節(jié)、不蓋地膜的從基部往上第4節(jié),用卷尺測單株高度；用游標卡尺測單株莖粗；在電子秤上稱單株質(zhì)量；數(shù)單株葉片數(shù)。

2.3.3糖分含量 分別于抽穗期和收割前（開花-灌漿期）,對密度試驗、灌溉試驗的每個處理中間行連續(xù)取3株,蓋地膜的從基部往上第6節(jié)、不蓋地膜的從基部往上第4節(jié),測莖稈汁液糖錘度；從示范田中連取3株測單株每一節(jié)的汁液糖錘度,分析糖分在單株中的分布。測試儀器為北京萬成北增精密儀器有限公司生產(chǎn)的W2-103型糖度折射儀,精度0～32%。

2.4 田間管理除灌溉試驗的播種時間、澆水次數(shù)與密度試驗、示范田不同外,其他田間管理基本相同,4月21日澆作水,4月27日底肥施磷酸二銨25.0 g/m2,尿素12.4 g/m2,耙磨地；5月11-15日放苗,6月1-4日間苗、補苗；5月17日澆1水；6月7-9日第2次補苗,第1次打芽,追施磷酸二銨12.4 g/m2、尿素25.0 g/m2,6月13日澆2水；7月6-7日第2次打芽、8-10日第2次追施尿素25.0 g/m2、13日澆3水；追肥全部集中埋入離根8～10 cm處；灌溉試驗不蓋膜的8月26日第3次打芽。追肥分別在出苗后期和拔節(jié)期,澆水3次。整個生長期間沒有病蟲危害,沒有施任何農(nóng)藥。

2.5 數(shù)據(jù)處理所獲數(shù)據(jù),均用統(tǒng)計學方法計算出平均值和標準差,進行比較分析。

3 結(jié)果

3.1 密度試驗密度從A處理到E處理,出苗率為83.2%～93.6%,經(jīng)補苗后定株率在94%以上；各處理生育期表現(xiàn)一致,5月11日出苗,7月9日拔節(jié),9月3日抽穗,在開花-灌漿期（10月21日）收獲,表明密度對生育期沒有影響。單株葉片數(shù)13.2～14.1（表1）。

表1 甜高粱密度試驗生育期及葉片數(shù)

株高、產(chǎn)量隨著密度的增加而增加,莖粗、單株質(zhì)量隨著密度的增加而降低。株高以處理E最高,達2.79 m,隨密度降低株高依次降低,處理A最低,為2.44 m；莖粗以處理A最粗,達到2.99 cm,隨密度增加莖粗依次降低,以處理E最細,為2.45 cm；株高和莖粗方差分析,F值＞F0.05,表明密度對株高和莖粗有顯著影響。單株質(zhì)量以處理A最高,達 1.039 5 kg,依次降低,以處理 E最低,為0.847 kg,方差分析F值＜F0.05,差異不顯著,表明密度對單株質(zhì)量沒有顯著影響。產(chǎn)量（開花-灌漿期,10月21日收獲）以處理E最高,理論產(chǎn)量和實測產(chǎn)量每666.7 m2分別達6 776和6 763.2 kg,實測產(chǎn)量比處理A增產(chǎn)68.78%,比處理D增產(chǎn)13.38%,增產(chǎn)效益顯著。產(chǎn)量方差分析F值＞F0.01,表明不同密度間產(chǎn)量有極顯著差異。進行多重比較分析,相鄰2個處理間差異不顯著,相隔的處理間差異顯著或極顯著。對收獲的樣株置自然條件下晾曬15 d后測干物質(zhì),為原來的65%,失水35%左右（表2）。

3.2 灌溉試驗不考慮地膜效應的條件下,其他因素相同,澆水次數(shù)不同,生育期表現(xiàn)一致,蓋地膜的處理均在5月8日出苗,7月9日拔節(jié),8月31日抽穗；不蓋地膜的處理均在5月13日出苗,7月24日拔節(jié),9月24日抽穗,在開花-灌漿期（10月21日）收獲（表3）。表明澆水次數(shù)的多少對生育期沒有影響。

表3 甜高粱灌溉試驗出苗率、定株率及葉片數(shù)

從表4中看出,不考慮地膜效應的條件下,其他因素相同,澆水次數(shù)不同,蓋地膜的株高2.61～2.74 m、莖粗2.44～2.57 cm、單株質(zhì)量在0.828～0.876 kg、666.7 m2產(chǎn)量為5 477.4～5 521.9 kg,方差分析F值＜F0.05,沒有顯著差異。不蓋地膜的株高1.67～1.81 m、莖粗2.36～2.75 cm 、單株質(zhì)量0.557～0.679 kg、產(chǎn)量 3 161.1～4 096.5 kg,方差分析F值＜F0.05。表明蓋地膜還是不蓋地膜的不同澆水次數(shù)對株高、莖粗、單株質(zhì)量和產(chǎn)量沒有影響,差異不顯著。說明甜高粱對水分的依賴不高,具有很強的耐旱和抗旱性。

3.3 地膜效果蓋地膜比不蓋地膜的生育期早,出苗期早5 d,拔節(jié)期早15 d,抽穗期早24 d,收獲時,蓋地膜的在開花-灌漿期,而不蓋地膜的停留在抽穗期；蓋地膜的出苗率 83.9%～96.1%,不蓋地膜的為70.7%～82.5%,蓋地膜比不蓋地膜出苗率高16.5%～18.7%,經(jīng)補苗后,蓋地膜的定株率達96.2%～97.5%,不蓋地膜的為77.4%～90.2%,蓋地膜比不蓋地膜定株率高 8.1%～24.3%；單株葉片數(shù)蓋地膜達13.2～14.8葉,不蓋地膜的為 12.2～12.8葉,蓋地膜比不蓋地膜多1～2葉（表3）。

對蓋地膜和不蓋地膜的比較分析表明,株高、單株質(zhì)量、產(chǎn)量之間的方差分析F值＞F0.01,達極顯著水平,蓋地膜比不蓋地膜的株高高0.91～0.94 m、單株質(zhì)量高0.197～0.271 kg、產(chǎn)量高34.67%～73.28%,表明地膜對甜高粱的株高、單株質(zhì)量、產(chǎn)量都有極顯著的作用。蓋地膜的莖粗2.44～2.57 cm,不蓋地膜的莖粗2.36～2.75 cm,方差分析F值＜F0.05,表明蓋地膜和不蓋地膜對莖粗沒有影響（表4）。

3.4 含糖量測定從表5中看出,密度試驗在抽穗期（9月3日）對各處理單株莖稈含糖量測定,密度處理A的汁液糖錘度最高,達9.36%,其他處理為8.65%～8.80%,收割前（10月21日）第2次測單株汁液糖錘度增加為15.27%～16.43%。2次汁液糖錘度測定值方差分析F值分別為0.685 4和0.967 9,均小于F0.05,沒有差異,表明密度對單株含糖量沒有影響。

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表5 不同處理甜高粱含糖量 %

灌溉試驗在抽穗期（9月3日）對各處理單株莖稈含糖量測定,蓋地膜汁液糖錘度為8.40%～9.23%,不蓋地膜為5.23%～5.60%；收割前（10月21日）蓋地膜汁液糖錘度為 15.93%～16.67%,不蓋地膜為11.13%～12.93%；蓋地膜和不蓋地膜的澆水次數(shù)處理間汁液糖錘度方差分析F值＜F0.05,表明澆水次數(shù)對含糖量沒有顯著影響。蓋地膜開花—灌漿期的汁液糖錘度比抽穗期提高 80.61%～89.64%,不蓋地膜的提高112.81%～130.81%。表明隨著生育期的延長,莖稈糖分含量也快速增加。蓋地膜的汁液糖錘度在抽穗期比不蓋地膜高52.73%～64.44%、開花-灌漿期高29.19%～47.98%,表明蓋地膜對莖稈糖分含量的積累有明顯的促進作用。

10月 21日測定單株每節(jié)含糖量,密度0.50 m×0.20 m,蓋地膜,甜高粱共有節(jié)間數(shù)13～14節(jié),每節(jié)的汁液糖錘度見圖1?；康?節(jié)為14.52%,第2節(jié)下降為13.27%,之后逐節(jié)汁液糖錘度增加,第10節(jié)達到最高值（18.73%）后,隨節(jié)間數(shù)的增加逐節(jié)降低,第14節(jié)（穗下節(jié)）為15.30%,總體平均為16.51%,該平均數(shù)與第6節(jié)的汁液糖錘度16.80%最接近,因此可以通過測第6節(jié)的含糖量來代表整株的含糖量。

圖1 不同節(jié)間的糖分含量

3.5 示范田結(jié)果示范田出苗5月8-9日,出苗率 74.7%～92.7%,經(jīng)補苗后,定株率為86.3%～98.0%,拔節(jié)期7月 3日,抽穗期9月3日,10月上旬（開花—灌漿期）測定株高2.59～2.75 m,莖粗 2.55 cm,單株質(zhì)量 0.814 0～0.886 5 kg,理論產(chǎn)量每666.7 m2平均為5 106.3 kg,實測產(chǎn)量平均為4 890.8 kg。

3.6 效益分析以每666.7 m2平均產(chǎn)量4 890.8 kg,0.26元/kg計,產(chǎn)值 1 271.61元,生產(chǎn)成本計715.00元,其中化肥150.00元,種子60.00元 ,人工（鋪地膜 、種 、打芽 、收割等）400.00元,地膜90.00元,水費 15.00元,可獲純收益556.08元,投入產(chǎn)出比為1∶1.78,效益顯著。另外,農(nóng)民把打下的芽（分蘗枝）拿回家喂牛羊,牛羊喜食。初步試驗結(jié)果表明,甜高粱在青海省東部農(nóng)業(yè)區(qū)種植,用作飼料是完全可行的。

4 討論

飼料谷物是在食用谷物基礎(chǔ)上培育出來專門用來飼養(yǎng)牲畜的特殊品種,包括飼料水稻、玉米、麥類、薯類、高粱、油菜等。飼料谷物等同于高蛋白的草,全株營養(yǎng)豐富,是現(xiàn)代營養(yǎng)體農(nóng)業(yè)的主體之一[7]。甜高粱具有很強的抗逆力,種植地域很廣泛,熱帶、溫帶和亞寒帶均可種植,尤其是在一些氣候條件不利、生產(chǎn)條件不好的地區(qū),土壤瘠薄的山區(qū)和半山區(qū)都可種植[8]。國外高產(chǎn)紀錄為169 005 kg/hm2,國內(nèi)高產(chǎn)紀錄產(chǎn)量 157 500 kg/hm2,一般產(chǎn)量 6萬～12萬 kg/hm2,比青飼玉米增產(chǎn)4.5萬～6萬kg/hm2。甜高粱營養(yǎng)豐富,各種養(yǎng)分含量均優(yōu)于玉米,莖稈本身含糖量達18%,比青飼玉米高2倍,甜脆爽口,適口性好,沒有不良氣味,奶牛和牲畜都喜歡吃,可有效提高肉、蛋、奶的產(chǎn)量和質(zhì)量,不論是用作青飼料,還是用作青貯飼料,其效果均比玉米好。在當前生產(chǎn)中使用的青飼玉米、大麥、苜蓿、燕麥中,甜高粱獨占鰲頭,因此大力開發(fā)推廣甜高粱作物是發(fā)展畜牧業(yè)的可靠有效的措施[3]。我國北方部分地區(qū)的水熱條件在種植一季糧食作物時有余,而種植兩季糧食作物又嫌不足；在這些地區(qū)利用剩余的光、熱、水、土資源,發(fā)展農(nóng)區(qū)草業(yè),將牧草引入傳統(tǒng)耕地農(nóng)業(yè),在保證谷物生產(chǎn)水平的基礎(chǔ)上,充分利用光、熱、水、土等資源,在大幅度提高第一性生產(chǎn)的生產(chǎn)效率的同時,又為第二性生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)、充足、廉價的飼料資源,以先進養(yǎng)殖業(yè),提高飼料報酬率,其提供的生態(tài)服務功能無可替代[9]。

自20世紀70年代以來,我國從美國引進甜高粱品種麗歐（Rio）、洛馬（Roma）、雷伊（Wray）、拉馬達（Ramada）等品種后產(chǎn)量大幅度提高,種植面積迅速擴大,很快傳播到河北、河南、天津、寧夏、湖北、安徽、云南、廣東等地,產(chǎn)量為 33 510～56 475 kg/hm2,是玉米產(chǎn)量的1.92～2.5倍,大量用作牲畜飼料。此后中國科學院原子能利用研究所及遼寧、沈陽、黑龍江、吉林、新疆等地的科研院校都相繼開展了甜高粱的研究,育出一批甜高粱飼用品種,平均產(chǎn)量45 000～75 000 kg/hm2,還可產(chǎn)3 000～4 000 kg/hm2的籽粒。目前,甜高粱的種植面積已擴大到全國24個地區(qū),多以飼料為主,又以青貯飼料為多。由于甜高粱比玉米青貯產(chǎn)量高,成熟時莖葉鮮綠,莖稈多汁多糖,許多地方都改變了過去的傳統(tǒng)習慣,由種植青貯玉米改為種植甜高粱進行青貯。天津市工農(nóng)聯(lián)盟農(nóng)場用甜高粱作青貯飼料成本比玉米降低25%,奶增產(chǎn)0.55 kg/（頭·d）,乳脂率提高0.12%。北京北郊農(nóng)場和南郊牛奶公司,以甜高粱作為青貯飼料,每年青貯甜高粱飼料3 500萬kg,種植甜高粱解決了他們飼料不足問題,即經(jīng)濟方便、飼喂效果又好[10]。21世紀初,中國科學院植物研究所利用育成的新品種,研制出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的甜高粱秸稈粉配合飼料（發(fā)明專利：ZL99106068）深加工技術(shù),已在生產(chǎn)上應用[11]。近年來,中國科學院近代物理研究所在蘭州、定西、白銀及武威等市的水澆地、旱地、山坡地、鹽堿地等多種區(qū)域近200 hm2土地上試種了10多個品種,篩選出了4個適宜推廣種植的優(yōu)良品種,其莖稈667.7 m2產(chǎn)量平均在5 t以上,汁液糖錘度平均在18%左右。利用民勤縣已經(jīng)倒閉的原玉米酒精廠大量閑置設備,采用全國首家甜高粱酒精發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)酒精,目前這項技術(shù)工藝已經(jīng)申報專利。另外榨汁后還可得40%甜高粱渣,即可獲得3萬kg/hm2的甜高粱渣,通過加工為青貯飼料進行肉牛育肥,可滿足4頭肉牛的飼料供應[12]。

青海地處高原,氣溫相對偏低,每年種一季作物,多以春小麥、青稞、油菜、馬鈴薯為主。川暖水地7月底、8月上旬收割完畢,土地裸露、呈一片土黃色。而8—9月中旬這段時間,氣溫雖比7月下降,但仍是較高時期。2009年試驗,7月下旬甜高粱高度1.2 m左右,到9月初為2.2 m以上,9月底為2.6 m以上,這個階段成為甜高粱生長發(fā)育最快、生物產(chǎn)量、糖分含量積累最多的時期。9月下旬青海高原日最高氣溫降至15℃以下,試驗站附近農(nóng)民種的玉米已是葉枯稈黃,而蓋地膜甜高粱的生育期在開花期,不蓋地膜在抽穗期。氣溫雖不能滿足甜高粱完整生長的需求,但此時甜高粱生長繁茂,莖葉鮮綠,莖稈多汁多糖,口感也好。此時收獲,產(chǎn)量和含糖量雖然沒有達到最高值,但也處于較高時期,仍是一個品質(zhì)優(yōu)良的飼料作物,完全可以用作青干、青貯飼料,滿足畜牧業(yè)發(fā)展需要。因此在青海東部農(nóng)業(yè)區(qū)種植甜高粱可充分利用其他作物收割后的光、熱、水、氣資源,還能延長青海高原秋天田野綠色期。

甜高粱是一個節(jié)水型作物,具有較強的耐旱和抗旱性。青海高原屬干旱地區(qū),東部農(nóng)業(yè)區(qū)年均降水量僅有200～400 mm,種植甜高粱可以避免與其他作物爭水的矛盾。在整個試驗種植期,沒有發(fā)生任何病蟲害,沒有施用任何農(nóng)藥,種植甜高粱不會有任何污染,是一種綠色飼料作物。

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