不同播期下甜高粱含糖量变化及其与气象因子的关系

吉春容，邹 陈，再吐尼古丽·库尔班，叶 凯

（1.中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所，中国气象局树木年轮理化研究重点开放实验室,新疆维吾尔自治区树木年轮生态重点实验室，新疆 乌鲁木齐 830002；2.新疆农业科学院生物质能源研究所，新疆 乌鲁木齐 830091）

甜高粱茎秆多汁，糖分含量高，是最具有发展前景的绿色能源作物之一[1-2]。作为重要的生物质能源作物，种植甜高粱的直接目标是获得高的糖产量，了解甜高粱茎秆糖的产量形成过程及其调控途径[3-4]对于甜高粱品种改良与高产栽培具有重要意义。

糖分是甜高粱茎秆中的重要组成部分，糖分的积累涉及甜高粱叶片光合性能、光合产物向根、茎和穗中的分配以及蔗糖在茎秆中的代谢等多个方面，品种[5]、矿质营养[6]、种植密度和栽培方式[7-9]等对其也存在显著影响。研究表明[10]，播期延后会降低株高并减少茎秆鲜重，但糖锤度有所提高。也有不同结果[11]，春播与夏播株高总体差异不显著，茎粗、茎节数、杆重和糖锤度的差异达到极显著水平。早播可能使其幼苗生长势减弱，从而造成后期植株生长缓慢[12-13]。甜高粱生产燃料酒精主要是通过固体或液体发酵将茎秆中的糖分转化成燃料乙醇，因此，糖分是甜高粱作为生物质能源作物的物质基础[14]。研究表明[15]，甜高粱糖分积累基本分成3个阶段，即前期无积累阶段—中后期积累快速增长阶段—末期积累慢速增长阶段。蔗糖是甜高粱茎秆中糖分的主要存在形式，其含量高于还原糖（主要指葡萄糖和果糖）；蔗糖含量从孕穗到蜡熟期呈增加趋势，而还原糖含量则以开花期最高[16]。随播期的推迟，各播期茎秆含糖量高峰出现的时间呈延后的趋势。甜高粱含糖量的积累在籽粒成熟时达到高峰；作为生产酒精的原材料，甜高粱的最佳收获时期在蜡熟期[17-18]。新疆存在开发甜高粱液体燃料的资源优势[19]，针对玛纳斯地区独特的气候和土壤条件下[20]，不同播期对甜高粱糖分积累过程的影响进行了分析，旨在探明不同播期下甜高粱糖分积累规律的变化及其与气象因子的关系，确定适宜播期及关键气象影响因子，为生产上合理播种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

田间试验于2011年3—10月在新疆农业科学院玛纳斯试验站进行。

1.2 供试材料

供试品种为早熟“新高粱3 号”（标为XT-2）、早熟T601 等2个不同甜高粱品种。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计

试验设5个不同播期处理，分别为2011年4月25日、4月30日、5月3日、5月8日、5月13日，采用随机区组设计，重复3 次。小区面积25 m2，行长7 m，行距0.6 m，6 行区，密度为11.9 万株/hm2。全生育期共灌水5 次，头水在播种后15 d 进行，以后灌水分别在拔节期、抽穗期、开花期和灌浆期进行。总施肥量50 kg，其中氮肥25 kg，磷肥20 kg，钾肥5 kg；磷肥、钾肥全部作底肥一次施入，氮肥30%作基肥，70%作追肥；追肥分两次施入，拔节期追60%，孕穗期追施40%。其他田间管理同一般大田。

1.3.2 测定指标与方法

分别在甜高粱不同生育时期（拔节期、孕穗期、开花期、灌浆期、成熟期），选择晴朗无风天气（北京时间9:30—12:00），在试验区内，选择长势均匀、生长良好的植株进行整株采样，去掉穗子和叶子，收获秸秆，于节间处切割成20～30 cm 小段用于含糖量测定（在新疆农业科学院生物质能源研究所进行）。总糖、还原糖的测定采用直接滴定法[21]。T蔗糖含量按下式计算[22]。

玛纳斯农试站气象因子资料采用玛纳斯气象站数据，包括空气温度、湿度、风速、降水、气压等，不同播期下甜高粱糖分积累过程中（5—9月，月均值）气象因子的变化见表1。

表1 不同播期甜高粱糖分积累过程中（5—9月，月均值）气象因子的变化

1.4 统计分析方法 试验数据利用Excel、SPASS 软件进行作图和统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同播期对甜高粱糖分特性的影响

2.1.1 不同播期下甜高粱茎秆总糖含量的变化

从各生育期茎秆总糖平均含量看，除5月3日播种早熟品种T601 的变化趋势有所不同外，其他播期随生育进程的推进，甜高粱茎秆总糖含量逐渐升高，成熟期最高。从图1 可以看出，随播期延后，“新高粱3 号”各播期茎秆总糖含量显著降低，不同生育期均以4月25日播种时最高，平均含量为8.81%；其次是4月30日，5月13日播种时最低，平均含量为5.18%。方差分析结果表明，各品种不同播期之间茎秆总糖含量存在显著差异（P<0.05）。播期对早熟品种T601 茎秆总糖含量的影响有所不同，随播期延后，以5月8日播种时茎秆总糖含量较高，平均为6.82%；其次是4月25日，5月13日播种时最低，平均含量为5.90%。这说明“新高粱3 号”适宜早播，T601 适宜迟播。

图1 不同播期甜高粱总糖含量变化

2.1.2 不同播期下甜高粱茎秆还原糖含量的变化

不同播期下甜高粱茎秆还原糖含量变化见图2。各播期甜高粱茎秆还原糖含量的变化规律与总糖含量变化趋势有所不同，多数播期开花期达到最大值，灌浆期后逐渐下降，至成熟期最低。方差分析结果表明，不同播期对甜高粱糖分积累存在显著影响（P<0.05）。“新高粱3 号”，随播期延后，茎秆还原糖含量以5月8日播种时最高，平均为3.52%；其次是5月3日，5月13日播种时最低。早熟T601，随播期延后，茎秆还原糖含量以4月30日播种时最高，平均为1.79%；其次是4月25日，5月13日播种时最低。

2.1.3 不同播期下甜高粱茎秆蔗糖含量的变化

图2 不同播期甜高粱还原糖含量变化

甜高粱茎秆中主要有3 种糖分——蔗糖、葡萄糖和果糖可以被直接利用或发酵产生酒精[18]。不同播期下甜高粱茎秆蔗糖含量的变化见表2。随生育期进程的推进，甜高粱茎秆蔗糖含量逐渐升高，至成熟期达到最高值，拔节期蔗糖含量最低。“新高粱3号”，随播期延后，各播期茎秆蔗糖含量显著降低，以4月25日播种时最高，平均含量为3.79%；其次是4月30日，5月13日播种时最低，平均含量为0.81%；适宜早播。播期对早熟品种T601 茎秆蔗糖含量的影响有所不同，随播期延后，以5月8日播种时茎秆蔗糖含量最高，平均为4.44%；其次是4月25日，5月13日播种时最低，平均含量为3.19%；适宜迟播。方差分析结果表明，各品种不同播期之间茎秆蔗糖含量存在显著差异（P<0.05）。

表2 不同播期甜高粱茎秆蔗糖含量的差异/%

2.2 不同播期下甜高粱糖分积累与气象因子的关系

相关分析结果表明，不同播期下不同品种甜高粱茎秆糖分含量与平均温度、降水、日照时数和风速存在显著相关（P<0.05），影响甜高粱糖分积累的主要气象因子是气温、降水和日照时数。采用逐步回归分析方法，进行筛选分析，分别建立含糖量气象预测模式：

式中，T 表示含糖量，SD5-9表示5—9月平均日照时数，R5-9表示5—9月雨量合计，T5-9表示5—9月平均气温。从式中可以看出，5—9月的气象条件对甜高粱茎秆含糖量变化存在显著影响；5—9月充足的光照和适当的气温升高有利于生成光合产物，提高含糖量；降水过多不利于糖分积累。

3 结论

（1）随生育期进程的推进，甜高粱各个生育时期茎秆总糖含量、蔗糖含量逐渐升高，成熟期最高。茎秆还原糖含量的变化规律有所不同，开花期达到最大值，灌浆期后逐渐下降，至成熟期最低。

（2）不同播期下甜高粱茎秆糖分含量综合分析表明，当地主栽品种中，“新高粱3 号”适宜早播，以4月25日播种较为适宜；T601 适宜迟播，以5月8日播种较为适宜。

（3）气温、降水、日照时数和风速对不同播期甜高粱茎秆糖分积累存在显著影响，可根据气温、降水和日照时数进行甜高粱含糖量气象预测。

（4）品种、土壤、种植密度和栽培方式等对甜高粱糖分积累存在显著影响。本研究结果表明，降水稍多会降低糖度；5—9月气温适当升高，日照时间适当增加，对糖分积累有利；合理的种植密度，保持田间通风良好，也有利于甜高粱糖分积累。

4 讨论

茎秆是甜高粱糖分的主要储藏器官。周鸿飞等[23]研究发现蔗糖含量自挑旗期或始穗期至蜡熟期逐渐升高，完熟期有所下降，蔗糖含量的这种变化与植株的光合作用、光合产物分配等有关。部分研究成果[24-25]与之基本一致，从孕穗到蜡熟期，蔗糖含量呈增加趋势，生理成熟期略有下降，以蜡熟期最高；而还原糖（主要指葡萄糖和果糖）含量则以开花期最高。卞云龙等[17]也发现糖分含量先升高后降低，在蜡熟期达最高，从糖分含量考虑，蜡熟初期是甜高粱整株利用的最佳时期。本研究结果表明，从拔节期至成熟期，甜高粱茎秆总糖含量、蔗糖含量逐渐升高，成熟期最高；还原糖含量开花期达到最大值，灌浆期后逐渐下降，至成熟期最低。抽穗前植株主要为营养生长，茎秆含糖量最低；抽穗期植株代谢活动增强，光合作用效率较高[15]，除少量光合产物用于穗部发育外，大部分积累在茎秆中；在这一时期，茎节间停止伸长，茎秆糖开始快速积累，并在抽穗至抽穗后20d间增长最快[16，23]，随着穗部籽粒形成并逐渐加快生长至成熟，糖分积累稳定增加。本研究中，将甜高粱乳熟期、蜡熟期和完熟期统称为成熟期，糖分含量测定采样均是在蜡熟期进行；综合分析表明，蜡熟期为玛纳斯地区种植甜高粱茎秆利用的最佳时期；上述结论基于单年的试验资料分析所得，还有待于多年试验的进一步验证。

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