黃淮西部高粱籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)對氣候生態(tài)條件的響應(yīng)

屈洋，張飛，王可珍，韓芳，劉洋，羅艷，高小麗，馮佰利，盧峰

黃淮西部高粱籽粒產(chǎn)量與品質(zhì)對氣候生態(tài)條件的響應(yīng)

屈洋1,2，張飛1，王可珍2，韓芳3，劉洋2，羅艷4，高小麗4，馮佰利4，盧峰1

（1遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，沈陽 110161；2寶雞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，陜西岐山 722499；3延安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，陜西延安 716000；4西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，陜西楊凌 712100）

研究黃淮西部高粱籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)對氣候環(huán)境條件的響應(yīng)，探討氣象因子與高粱產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)系，為黃淮西部高粱高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)提供理論和技術(shù)參考。2017—2018年，以矮稈高粱品種遼雜37和中高稈品種遼雜19為試驗(yàn)材料，設(shè)S1（4月20日）、S2（4月30日）、S3（5月10日）、S4（5月20日）、S5（5月30日）和S6（6月10日）6個(gè)播期，3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，測定不同播期條件下高粱籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的變化，采用回歸分析方法和灰色關(guān)聯(lián)度分析方法，探究高粱籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成對氣象因子的響應(yīng)。年際間、播期間對2個(gè)高粱品種的籽粒產(chǎn)量影響差異極顯著（＜0.01），年際與播期互作對遼雜37產(chǎn)量的影響差異顯著（＜0.05），其對遼雜19產(chǎn)量的影響差異極顯著（＜0.01）；隨著播期的推遲，2個(gè)品種產(chǎn)量表現(xiàn)為先升高后降低的趨勢，播期S4籽粒產(chǎn)量高于其他播期處理，其次是播期S5，播期S1產(chǎn)量最低，其2個(gè)品種S4的平均產(chǎn)量較S1和S5分別高56.20%和4.53%。不同播期對遼雜37和遼雜19的籽粒品質(zhì)含量影響差異極顯著（＜0.01），隨著播期的推遲，籽粒蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪含量呈先升高后降低的趨勢，播期S4籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量和脂肪含量均較高，其2個(gè)品種的平均蛋白質(zhì)、淀粉和脂肪含量分別為10.81%、79.96%和3.73%，而單寧含量呈現(xiàn)先降低后逐漸升高的趨勢，播期S2 2個(gè)品種的平均單寧含量最低（0.13%），播期S1其次（0.19%），與含量最高的播期S6差值分別為0.33和0.27個(gè)百分點(diǎn)。生育期內(nèi)氣象因子均能影響高粱籽粒產(chǎn)量，遼雜37和遼雜19的籽粒產(chǎn)量對有效降雨（2=0.5910，2=0.5138）呈一次函數(shù)關(guān)系，且對有效積溫（2=0.3458，2=0.4269）和日照時(shí)數(shù)（2=0.3247，2=0.3464）的反應(yīng)呈二次函數(shù)關(guān)系，但對日均溫度的反應(yīng)遼雜37呈一次函數(shù)關(guān)系（2=0.6636）和遼雜19呈二次函數(shù)關(guān)系（2=0.3507）；不同氣象因子對遼雜37和遼雜19的產(chǎn)量影響順序一致，其中有效降雨優(yōu)勢最大（GRA=0.389），有效積溫其次（GRA=0.322），日均溫度再次（GRA=0.312），日照時(shí)數(shù)最后（GRA=0.265）。生育期內(nèi)氣象因子對高粱籽粒的蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量和單寧含量均有影響，2個(gè)品種籽粒品質(zhì)對氣象因子的反應(yīng)存在差異，且對遼雜37的籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量、單寧含量影響最大的氣象因子分別為有效降雨（GRA=0.646）、有效積溫（GRA=0.587）、有效降雨（GRA=0.456）和日均溫度（GRA=0.269），而對遼雜19的籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量、單寧含量影響最大的氣象因子均為日均溫度，其關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.660、0.791、0.554和0.241。適期播種是高粱產(chǎn)量和籽粒品質(zhì)形成的關(guān)鍵，適當(dāng)推遲播期可減少花期熱害和成熟期陰雨，有利于產(chǎn)量和品質(zhì)的形成；生育期內(nèi)氣象因子影響高粱籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)形成，其效應(yīng)可能大于品種本身。

高粱；播期；產(chǎn)量；品質(zhì)；氣象因子

0 引言

【研究意義】黃淮西部農(nóng)作區(qū)包括陜西關(guān)中、晉西南、甘肅南部等地區(qū)，屬暖溫帶半濕潤氣候，溫?zé)岫嘤?、炎熱干燥交替出現(xiàn)，氣候變化敏感。高粱，尤其是粒用高粱是釀酒的重要原料[1]，是該區(qū)域重要的經(jīng)濟(jì)作物，在農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和區(qū)域特色農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要地位。近些年，氣候暖化[2-3]，高粱生長季節(jié)高溫、干旱頻發(fā)成為影響高粱產(chǎn)量和品質(zhì)形成的重要因素。因此，了解氣象因子對高粱產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，通過調(diào)節(jié)播期等栽培方式使氣象因素有效促進(jìn)高粱的生長和發(fā)育，從而促進(jìn)產(chǎn)量和品質(zhì)的形成，對實(shí)現(xiàn)高粱的高效生產(chǎn)顯得尤為重要。【前人研究進(jìn)展】氣象因子，包括有效積溫、日均溫度、日照時(shí)數(shù)等直接作用于作物的生長，影響作物的生長和發(fā)育[4-5]。高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)形成不僅取決于品種特性，而且受到環(huán)境因子和栽培措施的影響[6-7]。當(dāng)栽培措施一致時(shí)，環(huán)境因子作為重要的外部因素直接影響高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)。充足的日照有利于高粱的生長發(fā)育，而8月、9月降雨過多和7月、9月日均溫度過高對產(chǎn)量有不利影響[8]；降水量、晝夜溫差對甜高粱產(chǎn)量和品質(zhì)相關(guān)性明顯[9-10]；有效積溫、日照時(shí)數(shù)、有效降水對高粱產(chǎn)量的影響均處于顯著水平，有效降水和日照時(shí)數(shù)與單寧含量呈負(fù)相關(guān)，但是蛋白質(zhì)含量與氣象因子無顯著相關(guān)性[11]。環(huán)境因子影響高粱的產(chǎn)量和品質(zhì)[12-14]，分期播種作為研究環(huán)境因子對作物產(chǎn)量和品質(zhì)影響的重要方式被國內(nèi)外學(xué)者廣泛采用[15-18]。研究表明，適期播種可以提高高粱產(chǎn)量，且有效積溫、有效降水對高粱產(chǎn)量的影響呈正相關(guān)[19-20]；適期晚播可以有效增加高粱淀粉含量，提高高粱品質(zhì)，其生育期內(nèi)日均溫度對淀粉的積累具有重要影響[21]，同時(shí)不同的播期對高粱的粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、單寧、含糖量均有一定的影響[10,22]，且溫度對甜高粱糖分的積累具有顯著效應(yīng)，并與甜高粱的葉片光合特性呈顯著正相關(guān)[23]。【本研究切入點(diǎn)】高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)是高粱高效生產(chǎn)的核心[24]，通過播期調(diào)節(jié)可有效規(guī)避氣象災(zāi)害造成產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降[25]。目前，高粱籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的研究多集中在播期、肥料、種植模式等單因素或者多因素協(xié)同影響[26-27]，而在氣候生態(tài)條件下高粱籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的變化研究鮮見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究選擇矮稈高粱品種遼雜37和中高稈高粱品種遼雜19為試驗(yàn)材料，通過分期播種探索氣候生態(tài)條件對不同高粱品種產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，揭示該地區(qū)限制高粱產(chǎn)量和品質(zhì)形成的主要?dú)庀笠蜃?，為黃淮西部高粱高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)提供理論和技術(shù)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)處理與設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2017—2018年在寶雞市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院劉家塬試驗(yàn)基地進(jìn)行（34°27’N，107°39’E，海拔高度669.6 m），選用來自遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所的雜交高粱品種遼雜37（LZ37）和遼雜19（LZ19）作為參試材料，設(shè)S1（4月20日）、S2（4月30日）、S3（5月10日）、S4（5月20日）、S5（5月30日）和S6（6月10日）6個(gè)播期，種植密度為12.0萬株/hm2，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積18 m2（5 m×3.6 m），行距60 cm，6行區(qū)。結(jié)合整地施足基肥（N﹕P2O5﹕K2O=15﹕15﹕15），施肥量為375 kg·hm-2，并精選種子，足墑播種。出苗后及時(shí)定苗至設(shè)計(jì)密度，苗期用吡蟲啉噴霧防治蚜蟲，并于大喇叭口期用辛硫磷顆粒劑丟心防治蛀食性害蟲。整個(gè)生育期遇旱及時(shí)灌溉，其他栽培管理等同于大田。

1.2 生育期與氣象條件

試驗(yàn)期間氣象條件和不同播期高粱生育進(jìn)程分別見圖1和圖2。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目與方法

1.3.1 高粱產(chǎn)量 S1—S6成熟后及時(shí)收獲（穗下部籽粒變硬，擠壓沒有乳狀物流出），全區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.3.2 生育時(shí)期 生育期間記錄播種、出苗、開花、成熟的日期。

1.3.3 高粱品質(zhì) 不同播期高粱籽粒的蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量和單寧含量采用多功能全光譜近紅外光譜分析儀（DA7250）進(jìn)行測定，隨機(jī)選取3次定量樣品（小樣品盤44 cm2），取平均值。

1.3.4 氣象數(shù)據(jù) 日最高氣溫、日最低氣溫、日均溫度、有效降雨、日照時(shí)數(shù)等氣象數(shù)據(jù)來自岐山縣氣象局。生育期內(nèi)有效積溫（growing-degree days，GDD）采用以下公式計(jì)算[28]：

式中，為生育期內(nèi)某個(gè)時(shí)間段，是從播種到成熟的天數(shù)；max和min為第天的日最高溫度和日最低溫度，高粱生理基礎(chǔ)溫度base=10℃，高粱生理上限溫度ut=30℃；當(dāng)min＜base時(shí)，min=base；當(dāng)max＞ut時(shí)，max=ut。

1.3.5 灰色關(guān)聯(lián)度分析 依據(jù)溫丹蘋等[29]和林志宇等[30]的分析步驟對高粱生育期內(nèi)有效降雨、有效積溫、日均溫度、日照時(shí)數(shù)與高粱籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。

1.3.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 采用Microsoft Excel 2010軟件整理數(shù)據(jù)、作圖、計(jì)算平均值等數(shù)據(jù)，用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析和回歸分析，并用Duncan法進(jìn)行多重比較，用DPS 7.05軟件進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析。

ADT：日均溫度；DEP：日有效降水量。下同 ADT: average daily temperature; DEP: daily effective precipitation. the same as below

2 結(jié)果

2.1 播期對高粱產(chǎn)量的影響

年際間播期對高粱的產(chǎn)量有重要影響（表1）。隨著播期的推遲，高粱產(chǎn)量逐漸升高，在S4播期時(shí)籽粒產(chǎn)量達(dá)到最大，從S5開始籽粒產(chǎn)量開始下降，不同高粱品種籽粒產(chǎn)量變化的趨勢基本一致。遼雜37籽粒產(chǎn)量在2017年的變化幅度為4 689.38—6 058.58 kg·hm-2，2018年為6 456.15—7 365.80 kg·hm-2，年均變化幅度為5 572.77—6 712.19 kg·hm-2；遼雜19籽粒產(chǎn)量2017年變化幅度為5 221.13—8 050.32 kg·hm-2，2018年為6 873.10—8 265.40 kg·hm-2，年均變化幅度為6 047.12—8 157.86 kg·hm-2。年際間不同播期高粱籽粒產(chǎn)量存在差異（＜0.01），遼雜37不同播期的平均產(chǎn)量為5 356.38（2017年）和6 926.04 kg·hm-2（2018年），較2017年增加29.30%；遼雜19不同播期的平均產(chǎn)量為6 449.21（2017年）和7 520.79 kg·hm-2（2018年），較2017年增加16.62%。年份×播期的互作也達(dá)到顯著水平（＜0.05遼雜37；＜0.01，遼雜19）。

表1 2017—2018年際間不同處理不同品種高粱的籽粒產(chǎn)量

不同字母表示在＜0.05水平差異顯著。**表示差異在0.01水平顯著，*表示差異在0.05水平顯著。下同

Values followed by different letters are significantly different among sowing dates at the 0.05 probability level. ** means significant difference at the 0.01 probability level, and * means significant difference at the 0.05 probability level. the same as below

2.2 播期對高粱籽粒品質(zhì)的影響

播期和年際對遼雜37和遼雜19的籽粒蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、單寧含量具有重要影響（表2）。不同播期條件下，遼雜37和遼雜19籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量和單寧含量差異均達(dá)到極顯著水平（＜0.01），隨著播期的推遲，蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量呈先升高后降低的趨勢，而單寧含量呈先降低后升高的趨勢，其中播期S4籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量最高，播期S2籽粒單寧含量最低，2個(gè)品種籽粒品質(zhì)變化趨勢一致；年份間，遼雜37和遼雜19的籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量和單寧含量差異顯著，2018年遼雜37和遼雜19不同播期籽粒平均蛋白質(zhì)含量（10.95%，9.08%）、平均淀粉含量（77.42%，77.06%）、平均脂肪含量（2.88%，3.73%）和平均單寧含量（0.25%，0.36%）較2017年的籽粒平均蛋白質(zhì)含量分別高5.09%和5.21%、平均淀粉含量分別高4.86%和4.87%、平均脂肪含量分別高6.27%和4.19%、平均單寧含量分別高8.70%和9.09%；在年份×播期的互作水平上，遼雜37和遼雜19的籽粒品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到顯著水平（＜0.05），其中，遼雜19的籽粒單寧含量在互作水平上差異達(dá)到極顯著（＜0.01）。

2.3 生育期間氣候因子對高粱產(chǎn)量的影響

高粱生育期間主要?dú)庀笠蜃訉Ξa(chǎn)量的影響見圖3。圖3-A表示高粱生育期間有效降雨對遼雜37和遼雜19籽粒產(chǎn)量的影響呈線性關(guān)系，隨著有效降雨的增加，遼雜37和遼雜19的產(chǎn)量呈上升趨勢（＜0.01）；有效積溫對高粱產(chǎn)量的影響呈先升高后降低的趨勢（遼雜37，＜0.05；遼雜19，＜0.01），2個(gè)高粱品種表現(xiàn)趨勢一致，但遼雜37（1 468.2℃）對有效積溫的敏感程度要高于遼雜19（1 602.08℃）（圖3-B）；日均溫度對2個(gè)高粱品種的籽粒產(chǎn)量影響差異明顯，隨著日均溫度的升高，遼雜37的產(chǎn)量呈先升高后降低的趨勢（＜0.05），但是遼雜19的產(chǎn)量呈升高趨勢（＜0.01），品種之間對日均溫度的反應(yīng)差異明顯（圖3-C）；遼雜37和遼雜19的籽粒產(chǎn)量對日照時(shí)數(shù)的反應(yīng)趨勢一致，呈先升高后降低的二次函數(shù)關(guān)系（＜0.05），2個(gè)品種對日照時(shí)數(shù)的敏感程度較為接近（遼雜37：601.91 h；遼雜19：677.19 h）。多元回歸分析顯示，遼雜37和遼雜19的籽粒產(chǎn)量和主要?dú)庀笠蜃拥幕貧w方程分別為=12259.31+5.151- 19.232+435.233+29.054（2=0.89，=11.60，=0.0033*；式中，1為日照時(shí)數(shù)，2為有效積溫，3為日均溫度，4為有效降雨，下同）和=-63756.2-0.18051+ 1.13782+ 26073+17.544（2=0.94，=22.37，=0.0004**），方程達(dá)到極顯著水平（＜0.01）。對氣象因子與產(chǎn)量進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析（圖4），遼雜37和遼雜19生育期間的氣象因子與籽粒產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)順序均為有效降雨＞有效積溫＞日均積溫＞日照時(shí)數(shù)（最大差值△max=0.41，最大差值△max=0.47），2個(gè)品種生育期間的主要?dú)庀笠蜃訉ψ蚜．a(chǎn)量形成的作用順序一致，有效降雨與籽粒產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)系數(shù)最大。

表2 2017—2018年際間不同播期不同品種高粱的籽粒品質(zhì)

2.4 生育期間氣象因子對高粱籽粒品質(zhì)的影響

2.4.1 對高粱籽粒蛋白質(zhì)的影響 有效降雨對高粱籽粒蛋白質(zhì)含量存在影響，隨著有效降雨的增加，遼雜37的籽粒蛋白質(zhì)含量先降低后升高（＜0.01），而遼雜19的籽粒蛋白質(zhì)含量先升高后降低（＜0.01），2個(gè)品種籽粒蛋白質(zhì)含量對有效降雨的響應(yīng)存在差異（圖5-A）；有效積溫對高粱籽粒蛋白質(zhì)含量影響呈二次函數(shù)關(guān)系，隨著有效積溫的升高，遼雜37和遼雜19的籽粒蛋白質(zhì)含量先升高后降低（遼雜37，＜0.01；遼雜19，＜0.05），遼雜37的籽粒蛋白質(zhì)含量的高點(diǎn)出現(xiàn)在有效積溫為1 500℃附近，而遼雜19的籽粒蛋白質(zhì)含量高點(diǎn)出現(xiàn)在有效積溫為1 600℃附近（圖5-B）；日均溫度對高粱籽粒蛋白質(zhì)影響存在差異，隨著日均溫度的升高，遼雜37的籽粒蛋白質(zhì)含量先升高后降低（＜0.05），而遼雜19的籽粒蛋白含量呈直線上升（＜0.01），2個(gè)品種籽粒蛋白質(zhì)含量對日均溫度的反應(yīng)差異明顯（圖5-C）；隨著日照時(shí)數(shù)的增加，遼雜37和遼雜19的籽粒蛋白含量均呈先升高后降低的二次函數(shù)關(guān)系（遼雜37，＜0.01；遼雜19，＜0.05），2個(gè)品種的籽粒蛋白質(zhì)含量高點(diǎn)均出現(xiàn)在650 h附近（圖5-D）。多元回歸分析顯示，遼雜37和遼雜19的籽粒蛋白質(zhì)含量和主要?dú)庀笠蜃拥幕貧w方程分別為=-9.17+0.011-0.00392+0.553+ 0.024（2=0.85，=8.20，=0.0089**）和=-63.80- 0.00111+0.00512+2.58913+0.00634（2=0.90，=12.11，=0.0029**），方程達(dá)到極顯著水平（＜0.01）?；疑P(guān)聯(lián)分析表明（圖6），遼雜37和遼雜19生育期間的氣象因子與籽粒蛋白質(zhì)含量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)順序分別為有效降雨＞有效積溫＞日均積溫＞日照時(shí)數(shù)（最大差值△max=0.61）和日均溫度＞有效積溫＞有效降雨＞日照時(shí)數(shù)（最大差值△max=0.92），2個(gè)品種生育期間的主要?dú)庀笠蜃訉ψ蚜５鞍踪|(zhì)含量形成存在差異，與遼雜37和遼雜19籽粒蛋白質(zhì)含量關(guān)聯(lián)系數(shù)最大的氣象因子是有效降雨和日均溫度。

EP：有效降雨量；GDD：有效積溫；ADT：日均溫度；DSD：日照時(shí)數(shù)。下同

圖4 高粱籽粒產(chǎn)量與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

2.4.2 對高粱籽粒淀粉的影響 圖7-A顯示，隨著有效降雨的增加，遼雜37和遼雜19的籽粒淀粉含量直線上升（＜0.05），且2個(gè)品種的籽粒淀粉含量的表現(xiàn)一致；有效積溫的增加使遼雜37和遼雜19的籽粒淀粉含量呈先升高后降低的二次函數(shù)關(guān)系（＜0.05），遼雜37的籽粒淀粉含量最大值出現(xiàn)在有效積溫為1 450℃左右，而遼雜19的籽粒淀粉含量最大值出現(xiàn)在1 600℃左右（圖7-B）；圖7-C顯示隨著日均溫度的增加，遼雜37的籽粒淀粉含量呈先升高后降低的趨勢（＜0.05），而遼雜19的籽粒淀粉含量逐漸升高（＜0.05）；日照時(shí)數(shù)對淀粉含量的積累存在影響，遼雜37和遼雜19的籽粒淀粉含量均呈先升高后降低的趨勢（＜0.05），遼雜37對日照時(shí)數(shù)的反應(yīng)更為敏感（圖7-D）。多元回歸分析顯示，遼雜37和遼雜19的籽粒淀粉含量和主要?dú)庀笠蜃拥幕貧w方程分別為22.480.014210.03722.8130.10344（2=0.67，=3.22，=0.0845）和-9.190.002610.003723.346130.03394（2=0.70，=3.60，=0.0671），方程均未達(dá)到顯著水平。灰色關(guān)聯(lián)分析表明（圖8），遼雜37和遼雜19生育期間的氣象因子與籽粒淀粉含量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)順序分別為有效積溫＞有效降雨＞日均積溫＞日照時(shí)數(shù)（最大差值△max=0.56）和日均溫度＞有效積溫＞有效降雨＞日照時(shí)數(shù)（最大差值△max=0.86），2個(gè)品種生育期間的主要?dú)庀笠蜃訉ψ蚜５矸酆啃纬纱嬖诓町悾c遼雜37和遼雜19籽粒淀粉含量關(guān)聯(lián)系數(shù)最大的氣象因子為有效積溫和日均溫度。

圖5 高粱籽粒蛋白質(zhì)含量與有效降雨量（A）、有效積溫（B）、日均溫度（C）、日照時(shí)數(shù)（D）的關(guān)系

圖6 高粱籽粒蛋白質(zhì)含量與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

圖7 高粱籽粒淀粉含量與有效降雨量（A）、有效積溫（B）、日均溫度（C）、日照時(shí)數(shù)（D）的關(guān)系

圖8 高粱籽粒淀粉含量與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

2.4.3 對高粱籽粒脂肪的影響 圖9-A顯示，隨著有效降雨的增加，遼雜37和遼雜19的籽粒脂肪含量呈現(xiàn)不同的變化趨勢，遼雜37呈先降低后升高的趨勢（＜0.05），而遼雜19呈先升高后降低的趨勢（<0.01）；有效積溫對遼雜37和遼雜19的影響趨勢基本一致，均呈先升高后降低的二次函數(shù)關(guān)系（＜0.05），遼雜19的籽粒脂肪積累量要優(yōu)于遼雜37（圖9-B）；圖9-C顯示，日均溫度對遼雜37和遼雜19的籽粒脂肪含量均呈升高的線性關(guān)系（＜0.01），并隨日均溫度的升高脂肪含量逐漸上升；日照時(shí)數(shù)對脂肪含量也存在一定的影響，隨著日照時(shí)數(shù)增加遼雜37和遼雜19的籽粒脂肪含量均呈先升高后降低的線性關(guān)系（＜0.05，圖9-D）。多元回歸分析顯示，遼雜37和遼雜19的籽粒脂肪含量和主要?dú)庀笠蜃拥幕貧w方程分別為-5.210.00110.006320.61330.00524（2=0.90，=12.94，=0.0024**）和-36.88- 0.000410.002721.460630.00264（2=0.95，=24.34，=0.0003**），方程均達(dá)到極顯著水平（＜0.01）?；疑P(guān)聯(lián)分析表明（圖10），遼雜37和遼雜19生育期間的氣象因子與籽粒脂肪含量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)順序分別為有效降雨＞日均溫度＞有效積溫＞日照時(shí)數(shù)（最大差值△max=0.55）和日均溫度＞有效積溫＞有效降雨＞日照時(shí)數(shù)（最大差值△max=0.93），2個(gè)品種生育期間的主要?dú)庀笠蜃訉ψ蚜Ｖ竞啃纬纱嬖诓町?，與遼雜37和遼雜19籽粒脂肪含量關(guān)聯(lián)系數(shù)最大的氣象因子是有效降雨和日均溫度。

2.4.4 對高粱籽粒單寧的影響 圖11-A顯示，隨著有效降雨的增加，遼雜37和遼雜19籽粒單寧含量呈現(xiàn)不同的變化趨勢，遼雜37的籽粒單寧含量呈先降低后升高的趨勢（＜0.05），遼雜19籽粒單寧含量呈先升高后降低的趨勢（＜0.05）；隨著有效積溫的增加，遼雜37和遼雜19的籽粒單寧含量逐漸降低（遼雜37，＜0.05；遼雜19，＜0.01），且2個(gè)品種的籽粒單寧含量變化趨勢一致（圖11-B）；日均溫度對高粱籽粒的單寧含量也存在影響（圖11-C），隨著日均溫度的升高，遼雜37和遼雜19的籽粒單寧含量均呈先升高后降低的趨勢（＜0.05）；日照時(shí)數(shù)與籽粒單寧含量存在線性關(guān)系（圖11-D），且隨著日照時(shí)數(shù)的增加，遼雜37和遼雜19的籽粒單寧含量均降低（<0.01）。多元回歸分析顯示，遼雜37和遼雜19的籽粒單寧含量和主要?dú)庀笠蜃拥幕貧w方程分別為=0.1901-0.00041-0.00082+0.06083-0.00014（2= 0.87，=9.32，=0.0062**）和=-1.7269-0.00051- 0.00092+0.1683-0.00094（2=0.83，=6.97，= 0.0137*)，方程均達(dá)到顯著水平?；疑P(guān)聯(lián)分析表明（圖12），遼雜37和遼雜19生育期間的氣象因子與籽粒單寧含量的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)順序分別為日均溫度＞有效降雨＞日照時(shí)數(shù)＞有效積溫（最大差值△max= 0.63）和日均溫度＞有效積溫＞有效降雨＞日照時(shí)數(shù)（最大差值△max=1.02），2個(gè)品種生育期間的主要?dú)庀笠蜃訉ψ蚜螌幒啃纬纱嬖诓町?，日均溫度對遼雜37和遼雜19籽粒單寧含量的關(guān)聯(lián)系數(shù)最大。

圖9 高粱籽粒脂肪含量與有效降雨量（A）、有效積溫（B）、日均溫度（C）、日照時(shí)數(shù)（D）的關(guān)系

圖10 高粱籽粒脂肪含量與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

圖11 高粱籽粒單寧含量與有效降雨量（A）、有效積溫（B）、日均溫度（C）、日照時(shí)數(shù)（D）的關(guān)系

圖12 高粱籽粒單寧含量與氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)

3 討論

3.1 播期對高粱籽粒產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

播期作為傳統(tǒng)的種植技術(shù)，作用于作物生育期間的自然資源，并影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)形成[31]。合適的播期是高粱產(chǎn)量和品質(zhì)形成的關(guān)鍵因素之一[32]。本研究表明，S1—S6高粱播期均能使兩個(gè)高粱品種正常成熟，說明黃淮西部具有較好的光熱資源，同時(shí)隨著播期的延后，高粱的產(chǎn)量高點(diǎn)出現(xiàn)在S4，低點(diǎn)出現(xiàn)在S1，這一結(jié)果與董世磊等[33]研究結(jié)果一致，但與石紅梅[34]研究結(jié)果存在差異，可能原因是早播熱量資源有限以及開花灌漿期高溫導(dǎo)致產(chǎn)量降低。播期對作物籽粒蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉含量存在影響[35-36]。本研究表明，隨著播期的延遲，高粱的籽粒蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪和單寧的含量出現(xiàn)變化，表明不同播期內(nèi)氣象因子量的變化影響高粱籽粒品質(zhì)的形成，且蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪含量的變化趨勢基本一致，這一結(jié)果與叢新軍等[37]和張晶等[38]部分研究結(jié)果一致，而與單寧含量的變化存在較大差異，說明生育期內(nèi)的光熱資源對不同品質(zhì)指標(biāo)的作用機(jī)制存在不同，其作用機(jī)理還有待于進(jìn)一步研究。

3.2 氣候因子對高粱產(chǎn)量的響應(yīng)

溫度、降水、日照是影響作物生長發(fā)育最重要的氣象因素，作物生育期內(nèi)有效積溫[39]、氣溫日較差[40]、日均溫度[41]、有效降水[42]和日照時(shí)數(shù)[43]均能直接或者間接的影響作物產(chǎn)量的形成。本研究表明，生育期內(nèi)有效降雨、日均溫度、有效積溫和日照時(shí)數(shù)均能影響高粱的產(chǎn)量形成，但不同的氣象因子作用機(jī)制存在差異，有效積溫、有效降雨和日照時(shí)數(shù)對2個(gè)高粱品種的作用機(jī)制基本一致，然而日均溫度對2個(gè)高粱品種的作用機(jī)制存在差異，表明不同的高粱品種對氣象因子的敏感程度和響應(yīng)機(jī)制不同。氣象因子與高粱籽粒產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)分析表明，生育期內(nèi)有效降雨是影響高粱產(chǎn)量的關(guān)鍵氣象因子，且2個(gè)高粱品種產(chǎn)量對有效降雨的響應(yīng)一致，這一結(jié)果與趙建武等[19]和高杰等[44]的研究結(jié)果基本一致，說明黃淮西部高粱生產(chǎn)主要通過有效降雨影響高粱的生長發(fā)育，進(jìn)而調(diào)控其他氣象因子影響籽粒灌漿和干物質(zhì)生產(chǎn)并最終影響產(chǎn)量，但與楊琳等[45]研究結(jié)果存在一定的差異，說明氣候條件不同可能導(dǎo)致氣象因子對高粱籽粒產(chǎn)量的響應(yīng)存在差異，這一差異為高粱在不同氣候條件下的高效生產(chǎn)提供了研究方向。

3.3 氣候因子對高粱品質(zhì)的響應(yīng)

高粱富含淀粉、脂肪、蛋白質(zhì)、單寧，在食用、飼用、釀造中具有重要地位[46]，然而環(huán)境因素對高粱品質(zhì)指標(biāo)的形成具有一定的影響[47]，不同的環(huán)境條件下高粱的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、單寧均表現(xiàn)出一定的變異水平[48]。本研究表明，高粱籽粒的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、單寧含量在不同的氣象因子作用下均表現(xiàn)出一定的差異，但不同的氣象因子對品質(zhì)的作用機(jī)制存在差異，日照時(shí)數(shù)和有效積溫對2個(gè)品種的蛋白質(zhì)含量的作用機(jī)制基本一致，而日均溫度和有效降雨則存在不同；有效降雨、有效積溫、日照時(shí)數(shù)對2個(gè)品種的淀粉含量作用機(jī)制基本一致，而日均溫度則不同；有效積溫、日均溫度、日照時(shí)數(shù)對2個(gè)品種的脂肪含量和單寧含量作用機(jī)制基本一致，而有效降雨則不同，說明氣象因子對高粱籽粒品質(zhì)形成的作用機(jī)制與品種的光溫反應(yīng)存在一定的關(guān)系，且高粱品質(zhì)的形成是環(huán)境因子與品種特性之間共同作用的結(jié)果，進(jìn)一步的年際間高粱品質(zhì)指標(biāo)變化存在差異，且這種差異是顯著的，說明環(huán)境因子的效應(yīng)可能大于品種本身的影響。氣象因子與高粱籽粒品質(zhì)的灰色關(guān)聯(lián)分析表明，生育期內(nèi)對遼雜37的籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量、單寧含量影響最大的氣象因子分別為有效降雨、有效積溫、有效降雨和日均溫度，而生育期內(nèi)對遼雜19的籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量、單寧含量影響最大的氣象因子均為日均溫度，說明高粱籽粒品質(zhì)的形成受到氣象因子的影響，且不同高粱品種品質(zhì)形成與氣象因子的作用機(jī)制存在差異，這一結(jié)果可能為專用型高粱生產(chǎn)的環(huán)境選擇[49]，高粱粒用、飼用品質(zhì)形成的內(nèi)在機(jī)制和外在條件協(xié)同[50-51]、以及高粱育種方向的選擇[52]提供可利用研究途徑和依據(jù)。

4 結(jié)論

適宜播期是黃淮西部高粱實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)的有效途徑，5月20日左右播種可使高粱生長期間有效的趨利避害，實(shí)現(xiàn)較高的生產(chǎn)潛力；生育期間的有效降雨是影響高粱產(chǎn)量形成的關(guān)鍵因子；高粱籽粒的品質(zhì)形成受到氣象因子影響較大，且不同品種品質(zhì)形成與氣象因子的作用機(jī)制存在差異。

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Response of Sorghum ((L.) Moench) Yield and Quality to Climatic and Ecological Conditions on the West Yellow-Huaihe-Haihe Rivers Plain

Qu Yang1,2, Zhang Fei1, Wang Kezhen2, HAN Fang3, Liu Yang2, Luo Yan4, GAO XiaoLi4FENG Baili4, Lu Feng1

(1Sorghum Institute, Liaoning Academy of Agricultural Sciences, Shenyang 110161;2Baoji Institute of Agricultural Science, Qishan 722499, Shaanxi;3Yanan Institute of Agricultural Science, Yanan 716000, Shaanxi;4College of Agronomy, Northwest A & F University, Yangling 712100, Shaanxi)

【】The objective of this study is to understand the relationship between sorghum yield, quality and climatic factor based on the effect of sorghum yield and quality on different environments.【】Sorghum varieties of Liaoza 37 with dwarf height and Liaoza 19 with middle-high height were used as tested materials. Sorghum yield, quality, and climatic factors were measured to explore their relationships by using regression analysis method and grey relational analysis method with different sowing dates (S1: 20 April, S2: 30 April, S3: 10 May, S4: 20 May, S5: 30 May, and S6:10 June). Moreover, the test was designed by randomized block with three repetitions. 【】A significant difference was found in sorghum yield due to different growing seasons and sowing dates (＜0.01). For interaction effect of sowing date and growing seasons, the differences of Liaoza 37 and Liaoza 19 were significant (＜0.05,＜0.01, respectively). The variation that were yield of Liaoza 37 and Liaoza 19 increased firstly then decreased with sowing date postponing, S4 yield was the highest than that of others, and then S5, S1 was last. Average yields of Liaoza 37 and Liaoza 19 from S4 increased by 56.20% and 4.53% than those of S5 and S1. Significant differences of Liaoza 37 and Liaoza 19 were found in contents of quality due to different sowing dates (＜0.01), and the variation that was contents of protein, fat, and starch increased firstly then decreased with sowing date postponing, average contents of protein, fat, and starch from S4 with 10.81%, 79.96%, and 3.73% were the highest than those of others. However, tannin content was firstly decreased then increased, two low contents with 0.13% and 0.19% were found on S2 and S1, and difference values of 0.33 and 0.27 were existed between S2, S1, and S6 with the highest content of tannin. Sorghum yield was affected by climatic factors. A linear function was found between yields of Liaoza 37, Liaoza 19 and effective precipitation (2=0.5910,2=0.5138), quadratic function existed between effective temperature (2=0.3458,2=0.4269), daily sunshine duration (2=0.3247,2=0.3464), and yields of Liaoza37, Liaoza 19. Moreover, responses of average daily temperature on yields of Liaoza 37 and Liaoza 19 were linear function (2=0.6636) and quadratic function (2=0.3507), respectively. The effective precipitation with the highest grey relation coefficient (0.389) was a key factor for yield development of Liaoza 37 and Liaoza19, and effective temperature (0.322), average dairy temperature (0.312), and daily sunshine duration (0.265) were ordinal. Climatic factors had effect on the contents of protein, fat, starch, and tannin, and responses of the quality from Liaoza 37 and Liaoza 19 on climatic factors were different. The effective precipitation, the effective temperature, the effective precipitation, and average dairy temperature with the highest grey relation coefficients of 0.646, 0.587, 0.458, and 0.269 had important effect on development of protein, starch, fat, and tannin in Liaoza 37, respectively. Moreover, average dairy temperature with the highest grey relation coefficients of 0.660, 0.791, 0.554, and 0.241 had important effect on development of protein, starch, fat, and tannin in Liaoza 19, respectively. 【】 The suitable sowing date was a key factor for growth and development of sorghum, and the fit postponed sowing date was good for yield and quality development due to avoiding heat damage in anthesis and rainy in mature period. Yield and quality of sorghum were affected by climatic factors, and they may play more important role on yield and quality development of sorghum than that of variety.

sorghum; sowing date; yield; quality; climatic factors

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.18.016

2019-06-13；

2019-08-14

國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系高粱栽培崗位項(xiàng)目（CARS-06-13.5-A22）、陜西省小雜糧產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（2019）、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2018TSCXL-NY-03-01）、農(nóng)業(yè)部高粱產(chǎn)業(yè)損害監(jiān)測預(yù)警項(xiàng)目

屈洋，E-mail：man2019@163.com。張飛，E-mail：zhangfei19821121@163.com。屈洋和張飛為同等貢獻(xiàn)作者。

盧峰，E-mail：lufeng740202023@163.com

（責(zé)任編輯 李莉）