潘昌濱, 張金梁, 汪弋盟, 王 聰, 鐘寧強, 潘自平

(茅臺學院， 貴州 仁懷 564500)

隨著醬香型白酒市場的火熱，作為茅臺酒廠指定用高粱“紅纓子”需求量越來越大[1]。從紅纓子高粱行距比較[2-3]、肥料對產量的影響[4-5]，紅纓子異地種植情況[6-7]，到紅纓子病害防治[8]、基地建設[9]和產業(yè)發(fā)展[1]，關于紅纓子高粱植物形態(tài)學[10]和生物量[11]方面的研究卻較少。為此，于 8 月上旬采集貴州仁懷紅纓子高粱樣本，從紅纓子高粱的根、莖、葉、穗和籽粒方面統(tǒng)計分析，以期為紅纓子高粱植物學特征和生物量方面研究奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

紅纓子高粱茬(根、茬稈)、莖(莖稈、莖葉)、穗(穗稈、籽粒)采集自貴州省仁懷市魯班鎮(zhèn)紅纓子高粱種植地塊(27°44′9″N、106°18′36″E、海拔855.5 m)、黃壤石灰土(有機質 2.61%、pH=6.61)，紅纓子高粱采收后對其行距(相鄰兩行最近距離)、窩距(相鄰兩窩中心距離)及茬高進行測量。

紅纓子高粱根來自其割茬，從高粱地塊挖出并帶土放到相應編號的采樣袋中，到實驗室洗掉根部泥土，放在陰涼處晾干表面水分，立即稱重和烘干。紅纓子的莖、葉、穗在采集后立即檢測相應數(shù)據(jù)。

1.2 方 法

株距、行距、稈長、穗長和茬高等長度使用卷尺(京選 JX-1183-10)測量，重量使用電子秤(上海浦春計量儀器有限公司 JE 3002)稱量。含水率用電子天坪(上海菁海儀器有限公司 FA 2204 N)稱量，在設定溫度[12]為 (105±2)℃的烘箱(上海一恒科學儀器有限公司DHG-9070 A)烘干，直至后 1 次減少量比前面差量小于 0.1%時終止實驗[13]，減少量即為含水量。隨機選 10 株高粱的葉子，葉序號從植株的頂端向根部方向依次編號，在標準為1 cm×1 cm 均分 100 個方格的紙上沿著葉邊緣繪圖[14]，統(tǒng)計 1 mm2方格數(shù)計算葉面積。

樣本對應的長度、重量、數(shù)量和含水率等數(shù)據(jù)采用 WPS Office 軟件進行統(tǒng)計分析，結果以平均值或平均值±標準誤(SE)表示。

2 結果與分析

該研究對紅纓子高粱的茬、莖和穗進行較為詳細記錄，從種植密度、茬、莖稈、莖葉、穗稈和籽粒等方面進行分析。

2.1 高粱種植密度

高粱采收后，在常年種植高粱地塊中隨機選取 4 m2(2 m×2 m)樣地，測量樣地內窩數(shù)、每窩株數(shù)，見表1。在 10 個樣地中窩數(shù)最少只有 15 窩、最多達 23 窩，平均 18.3窩/4 m2； 窩內高粱株數(shù)為1～4株，其中只有1 株的窩數(shù)占3.28%、2株窩數(shù)占7.65%、3株窩數(shù)占77.05%、4株窩數(shù)占12.02%，其中3株窩占比最多是由于間苗、定苗[15]的標準是3株/窩，1 株窩只占3.28%說明人工間苗效率高；樣地內總株數(shù)為46～70 株，平均54.5株/4 m2。因此，667 m2地塊平均有3 050.2窩、9 083.8株紅纓子高粱。

表1 紅纓子高粱樣地中窩數(shù)和株數(shù)

2.2 高粱茬形態(tài)特征

禾本科植物的茬[16]指茬口[17]到土壤內部的植物部分，由根和茬稈組成。高粱根由初生根和永久根組成[10]，茬稈指茬口以下與根連結的部分。

2.2.1根

高粱的根指土壤上部氣生根和土壤內部須根部分，分為初生根、次生根和氣生根。高粱根的深度指從氣生根的根原基到根系自然狀最低端的垂直距離(表2)，紅纓子根深度為11.7～23.8 cm，平均 17.5 cm，說明紅纓子地塊翻耕深度在20 cm 左右可滿足生產需要；根的長度和寬度指所有根系與高粱稈垂直面上兩個相互垂直面中最遠端的水平距離，紅纓子根長度為20.4～45.9 cm、平均31.9 cm，寬度為14.2～39.9 cm、平均26.5 cm，呈水平橄欖球形，根的長度方向與種植行向一致、寬度與行向近似垂直，說明行向和行距對紅纓子根的長度、寬度有影響。根數(shù)指根系中須根(不包含根毛)的數(shù)量，紅纓子高粱根數(shù)為21～46條，平均35.5條；根重指每株須根重量在2.24～15.8 g之間，平均6.7 g，由于晾干清洗水分程度不易控制， 導致根重與根鮮重有差異。紅纓子高粱根含水率為16.33%～40.04%、平均28.37%，每株紅纓子高粱根干重是4.79 g。

表2 紅纓子高粱根部數(shù)據(jù)

2.2.2茬 稈

茬稈高度指從收割茬口到土壤表面的部分，紅纓子高粱收割工具是鐮刀，茬口呈斜面， 故茬稈高度有頂端高度和底端高度(表3)。紅纓子高粱茬稈頂端高度為8.8～39.7 cm、平均17.3 cm，底端高度為7.0～34.3 cm、平均14.9 cm，茬口頂端到底端高度差為1.3～5.4 cm、平均2.4 cm，茬稈平均高度為16.1 cm。茬口高差主要集中在1.9～2.9 cm之間(n=17)，茬口頂端高度主要集中在13.3～16.7 cm之間(n=12)，底端高度較分散。

表3 紅纓子高粱茬稈高度及茬口高度差

茬稈重指紅纓子高粱收割后與根連接在一起的稈狀部分的重量，即茬除掉根剩下部分的重量。茬稈重量為 5.67～27.94 g、平均值為15.23 g，茬稈重量與根數(shù)、根重呈正相關；以稈平均含水率45.15%計算，每株紅纓子高粱茬稈的干物質平均重量為8.35 g。

2.3 高粱莖形態(tài)特征

2.3.1莖 稈

莖稈指整株高粱除了茬、穗和葉的部分，由莖節(jié)構成，是連接茬和穗的中間部分，見表4。紅纓子高粱稈長度為192.4～250.8 cm、平均215.8 cm，主要集中在211.2～218.3 cm之間(n=14)；紅纓子高粱稈重為41.71～143.16 g、平均 75.06 g，集中分布在63.62～89.37 g之間(n=18)；高粱稈節(jié)數(shù)有7～9節(jié)三種，其中 7 節(jié)稈占比20.00%(n=6)、8節(jié)稈占比56.67%(n=17)、9節(jié)稈占比23.33%(n=7)，說明紅纓子高粱節(jié)數(shù)主要集中分布在8節(jié)。

表4 紅纓子高粱莖稈和含水率

紅纓子高粱稈含水率在34.86%～52.63%之間，平均值為45.15%(SE=0.05)，集中分布在41.15%～49.34%之間(n=20)，含水率≤40%占比13.33%(n=4)、≥50%占比20.00%(n=6)；紅纓子高粱稈干物質平均重量為38.64 g。

2.3.2葉

葉指著生于高粱秸稈節(jié)處，由葉片、葉鞘、葉結構成(見表5)。紅纓子高粱的葉數(shù)為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)極少，葉數(shù)與節(jié)數(shù)相等或少，葉數(shù)少主要由于接近地面的稈節(jié)上枯葉脫落所致。葉重為27.97～64.74 g、平均44.74 g(SE=9.16)，集中分布在40.47～49.53 g之間(n=14)；紅纓子高粱葉的含水率為30.82%～65.13%，平均值為54.06%，集中分布于50.91%～58.91%之間(n=16)；紅纓子高粱葉干重平均值為20.55 g。

表5 紅纓子高粱葉數(shù)與含水率

汪文成等[18]研究表明，紅纓子高粱的葉莖比指從莖基部剪斷、除掉穗的地上部分中葉片、莖(包括莖稈、葉鞘)烘干(105±2)℃后重量比(葉莖比=葉占比/莖占比)，葉莖比范圍在0.34～0.84之間、平均0.51，與甜高粱的葉莖比[19]相近，說明紅纓子高粱秸稈具有作草料的潛力。

葉是紅纓子高粱進行光合作用的地方，葉片面積越大光合效果越好。通過計算分析，紅纓子高粱成熟期的葉面積為(2 715.47±413.73)cm2/株，在667 m2的高粱群體最大葉面積是2 466.68 m2，是土地面積的3.69倍。從植株頂部的葉1面積(267.88±41.62)cm2開始(見圖1)，單葉面積先增加后減小，中間的葉4、葉5和葉6面積最大、兩端面積小，這是由于頂端是新葉沒有生長完全，根部葉片邊緣干枯降低了綠色面積。

圖1 紅纓子高粱植株不同位置葉片面積分布

2.4 高粱穗形態(tài)特征

穗指在高粱稈開始有枝梗的軸節(jié)基部與稈橫切面到末端的部分，由籽粒、穗軸和枝梗組成，枝梗和穗軸組成穗稈(見表6)。在試驗樣中，穗重為42.63～105.98 g，集中分布在61.59～77.66 g之間(n=13)，平均值為67.28 g。

表6 紅纓子高粱穗

2.4.1籽 粒

試樣中高粱籽粒重量為36.08～89.32 g，主要分布在 52.36～58.62 g之間(n=10)，平均值為56.29 g；紅纓子高粱籽粒數(shù)量在1 432～4 217粒之間，集中分布在2 049～2 964粒之間(n=12)，平均2 498.7粒。籽粒含水率為17.71%～27.83%、平均22.11%，籽粒干重平均值為43.84 g。籽粒含水率波動大可能與樣本中籽粒成熟度有關，穗重與籽粒數(shù)量、籽粒重量呈正相關。

2.4.2穗 稈

試樣中穗稈長度為 27.4～38.4 cm、平均 32.5 cm，總體上穗稈長度短籽粒數(shù)量少；穗稈重量為4.87～13.17 g、平均8.11 g，穗稈重量與籽粒重量呈正相關，可能是高重量高粱籽需要更多營養(yǎng)輸送和更粗壯莖桿支撐的結果。穗稈含水率 35.86%，干物質平均重量為5.20 g。

參考高攀等[20]關于草谷比定義，紅纓子高粱的草谷比指地下部分之外的秸稈(稈、葉) 干重與高粱籽粒干重之比。該樣中草谷比范圍在1.07～1.86之間，平均值為1.41，這與潘昌濱等[21]研究差異較大，原因可能是該樣地種植管理較差，籽粒數(shù)量少。生物學產量[22]是農作物在整個生育期中將同化產物積累的表現(xiàn)，紅纓子高粱的生物學產量(干物質)范圍在81.07～200.02 g之間，平均值為123.31 g。紅纓子高粱收獲指數(shù)[23]即是高粱籽產量與總生物學產量之比，試樣收獲指數(shù)范圍在0.26～0.46之間，平均值為0.35，這與潘昌濱等[21]存在差異，主要是由于其生物學產量不包括割茬以下部分。

3 討 論

紅纓子高粱整個植株中除占比 35.55%籽粒作為經濟部分用于釀酒外，其他部分基本處于無用狀態(tài)，茬留在土壤[24]中、秸稈丟棄或焚燒[25]，穗稈隨著脫粒后丟棄或長穗稈做掃帚， 既影響種植、污染環(huán)境又浪費資源，如何使占全株 64.45%的部分實現(xiàn)高效利用值得研究。

文中2.2的茬稈指的是茬口到根的部分，屬于科學研究詞匯范疇；而2.2.2的茬稈高度指茬口到地面的垂直距離屬于生產詞匯，主要是便于茬稈田間測量及處理處置。高粱真實茬稈長度是從茬口到最上次生根的距離，而紅纓子高粱植株有的最上次生根在土壤外面、有的在土壤內，因此該文的茬稈高度平均值較為接近真實茬稈長度。為了更加精確地測量茬稈長度及根相關數(shù)據(jù)，建議將來以茬口到最上次生根為茬稈高度為宜。

紅纓子高粱根呈水平橄欖球分布，長向與行向平行、寬向與行向垂直，可能是行距的壟間沒有土壤導致寬向根沒有生長基礎。機器翻耕深度約20 cm，而根深度17.5 cm，與秦乃群等研究[26]相差極大，可能與品種、耕作深度有關。未來可以增加翻耕深度，研究是否對紅纓子高粱根深度和生物量有影響。

在取烘干樣前立即稱量每部分重量，該重量不是鮮重，但對各部分干物質重量沒有影響。試樣中根、莖、葉和籽粒的含水率偏低，是由于一次性采集 30 個樣，每個樣每個部位采 3個樣(共 360 個樣)烘干，由于鋁盒、烘箱等條件有限未能同時進行烘干，導致試驗含水率較初樣低。

紅纓子高粱單葉面積為239.25～433.21 cm2，群落最大葉面積是土地面積的 3.69 倍，由于植株不同位置的葉面在垂直方向上有交叉覆蓋，實際有效光合作用葉面積要小得多。有效光合葉面積大小與光照角度、不同葉片間覆蓋面積、葉片彎曲情況和種植密度等因素有關， 未來可以通過遙感和光學儀器等手段進行這方面的研究。

4 結 論

紅纓子葉面積為(2 715.47±413.73)cm2/株、群落最大葉面積是土地面積的 3.69 倍，植株不同位置單葉面積呈中間大、兩端小的特征。667 m2平均種植9 083.8株紅纓子高粱，總生物量達1 120.12 kg，其中紅纓子高粱籽重398.23 kg、葉重186.67 kg、茬重119.367 kg、莖稈重350.99 kg和穗稈重47.24 kg。除了占比35.55%的高粱籽粒銷售給酒企外，占植株64.45%的生物質資源化亟待研究，尤其是高粱秸稈如何實現(xiàn)飼料化、肥料化等利用值得思考。