1. 引言
近年来,随着畜牧业快速发展,对草产品的需求与日俱增,但畜增草缺的现象时有发生 [1] [2] ,制约着草食畜牧业发展。饲用高粱是新兴的一种饲料作物 [3] [4] [5] ,应引起高度重视。饲用高粱植株高大,茎叶繁茂,具有抗旱、耐涝、耐瘠、耐盐碱的特性。其茎叶作为草食家畜的优质粗饲料 [6] ,即可青饲,也可晒制成干草产品。利用秋闲田生产饲用高粱,既能利用秋季光、热、水、肥资源,又能提高土地复种指数,提高农牧民收入,促进畜牧业快速发展。
多年来,有关饲用高粱播期的研究报道多以甜高粱的籽粒产量为主,其回归分析尚未见报道。有关作物回归分析的研究,段有厚等 [7] 对8个高粱新品种的产量进行线性回归分析,孙耀中 [8] “介绍了用直线回归分析测定品种表现型稳产性的方法”,王志良等 [9] 建立了水稻生育期需水量与气温之间的模糊回归方程并对结果进行了比较,刘环等 [10] 对夏谷播期与籽粒产量的关系进行了回归分析,周汉章等 [11] 对夏谷田杂草为害损失回归的预测模型研究,为农作物科研、推广发挥了重要作用。目前,有关秋闲田饲用高粱播期与单株生产力和生物产量关系的研究尚未见报道。本研究以抗4高粱(Sorghum bicolor cv. Kang No.4)为供试材料,对播期与饲用高粱单株生产力和生物产量的关系展开了探讨,旨在探求秋闲田饲用高粱不同播期与单株生产力以及生物产量的关系,为秋闲田饲用高粱生产提供理论数据与技术支撑。
2. 试材料与方法
2.1. 试验材料
饲用高粱品种为抗4 (河北省农林科学院谷子研究所/国家高粱改良中心河北分中心提供)。
2.2. 试验地概况
2015年在河北石家庄市栾城区东客村进行秋闲田饲用高粱播期试验。试验田位于北纬37˚58'32'',东经114˚36'33'',海拔56 m,交通便利,地势平整,排灌方便,墒情适宜,肥力中等;土质为壤土,土壤有机质含量1.73%,全氮含量1.12 g/kg,碱解氮79.5 mg/kg,速效磷22.3 mg/kg,速效钾113.9 mg/kg,土壤 pH值7.2。前茬作物为油葵,7月20日收获。按试验设计于7月23日播种第一期饲用高粱,播种方式均为条播,每行定量播种,播种量为20 kg/hm2。试验地区有关降雨等天气情况以栾城区气象局的资料为准,2015年5~10月份栾城区的月平均降雨量依次为125.1 mm、39.9 mm、215.7 mm、217.7 mm、157 mm、24.6 mm,其月平均温度依次为26℃、31℃、34℃、32℃、24℃、18℃,其月平均风力依次为6级、6级、5级、4级、4级、5级,其月平均云量依次为20%、21%、21%、21%、34%、21%,其月平均湿度依次为33%、34%、47%、54%、57%、38%。
2.3. 试验设计
秋闲田饲用高粱播期设为:7月23日、7月29日、8月6日、8月14日、8月22日、8月30日等6个处理,3次重复,采用随机区组排列,小区面积20 m2 (行长5 m、行距40 cm、10行区)。各个播期均于5叶期定植,留苗密度均为1.00万株/hm2~1.05万株/hm2。
2.4. 草产量测定
早霜前刈割收获,每小区剔除边行与行头后刈割剩余12.8 m2 (取8行,4 m/行),称量鲜重。然后每小区随机取3个样本,每个样本10株,编号标记,称量样本鲜重后置于通风遮雨处,晾至含水量12%~13%时称量干重,折算饲用高粱单株生产力与单位面积的干草产量。
2.5. 数据分析与模型构建
对试验数据采用Microsoft Excel 2010软件整理,采用IBM.SPSS.Statistics.v22软件进行统计分析、制图 [12] 。通过SPSS 22的“日期和时间向导”对播期进行数据转换,以2015年7月20日为转换基准日,将各播期依次转换为3,9,17,25,33,41 (单位:d)”构建播期与秋闲田饲用高粱单株生产力及生物产量的回归模型,分析不同播期对饲用高粱草产量的影响 [12] [13] ,通过LSD法进行多重比较,分析结果以“平均值 ± 标准差”表示。
3. 结果与分析
3.1. 播期与秋闲田饲用高粱单株生产力以及生物产量的关系
表1为秋闲田饲用高粱各播期的草产量结果,经方差分析(表2),播期组间的饲用高粱单株鲜重、单
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Table 1. Different sowing times on plant productivity and yield of forage sorghum in autumn idle land
表1. 不同播期对秋闲田饲用高粱单株生产力与产量的结果
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Table 2. Tests of Between-Subjects effects
表2. 主体间效应的检验
株干量与单产的F值分别为259.213、257.522、2959.174,显著值(Sig.)均为0.000 (即P < 0.01),差异极显著,表明不同播期对饲用高粱单株生产力与生物产量具有非常重要的影响。而组内(重复)的饲用高粱单株鲜重、单株干量与单产的F(Sig.)值分别为1.932 (Sig. = 0.195 > 0.05)、1.608 (Sig. = 0.248 > 0.05)、0.423 (Sig. = 0.666 > 0.05),差异不显著,表明对本试验田相关条件控制的比较严谨,减少了试验田造成的误差。经相关分析(表3),播期与秋闲田饲用高粱单株鲜重、单株干量、单产的相关系数分别为−0.983、−0.977和−0.977,均呈负相关,差异极显著,表明秋闲田饲用高粱单株生产力与单产均随着播期的推迟呈现下降趋势,且与播期的关系十分密切。
3.2. 播期对秋闲田饲用高粱单株生产力与产量的影响
3.2.1. 不同播期对饲用甜高单株生产力的影响
由表4可见,秋闲田饲用高粱不同播期的单株生产力随着播期的推迟呈现下降趋势,其单株鲜重由0.5933 g/株降到0.0597 g/株,其单株干重由0.1787 g/株降到0.0153g/株,若以7月23日播种的处理为对照,单株鲜重降幅为15.00%~89.95%,单株干重降幅为15.48%~91.40%。7月23日播种的单株生产力最大,其单株鲜重与单株干重分别为0.0597 g/株、0.1787 g/株,与其他各个播期的单株生产力相比差异极显著。8月30日播种的单株生产力最小,其单株鲜重降到0.0597 g/株,与7月23日、7月29日、8月6日、8月14日、8月22播种的单株鲜重相比,平均每株重量降低的结果依次为89.95%、88.18、85.36%、70.81%、51.40%,其单株干重仅为0.0153 g/株,与7月23日、7月29日、8月6日、8月14日、8月22播种的单株干重相比,平均每株重量降低的结果依次为91.40%、89.85%、86.61%、70.28%、50.74%,表明秋闲田饲用高粱随着播期不断推迟,田间光、热强度不断降低,不能满足饲用高粱单株生产力的需求。
表3. 相关性结果
注:**在置信度(双测)为0.01时,相关性是显著的。
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Table 4. Result comparisons of sowing times on plant productivity of forage sorghum in autumn idle land
表4. 秋闲田饲用高粱不同播期的生单株生产力及其结果比较
注:1、表中字母代表纵向比较,小写和大写字母分别代表0.05和0.01水平,字母相同者差异不显著,反之显著。2、*均值差的显著性水平为0.05。下同。
3.2.2. 播期对饲用高粱生物产量的影响
由表5可以看出,播期对饲用高粱生物产量具有重要影响。秋闲田于7月23日、7月29日、8月6日、8月14日、8月22日、8月30日播种的单产依次为27,419.82 kg/hm2、23,076.17 kg/hm2、19,321.82 kg/hm2、7797.62 kg/hm2、4699.08 kg/hm2、2305.40 kg/hm2,差异极显著。7月23日播种的生物产量最高,其干草产量达到了27,419.82 kg/hm2,与其他各个播期的单产相比,保产幅度为15.84%~91.59%。8月30日播种的生物产量最低,其干草产量降到2305.40 kg/hm2,与7月23日、7月29日、8月6日、8月14日、8月22播种的单产相比,减产结果依次为91.59%、90.01%、88.07%、70.90%、50.94%。表明种植秋闲田饲用高粱不宜播种太晚。
3.3. 播期与秋闲田饲用高粱单株生产力、生物产量直线回归模型的建立及其分析
根据试验播期及草产量的实测值(表1),利用SPSS 22软件绘制饲用高粱单株生产力、生物产量对播期的散点图(图1)。由散点图可以看出,饲用高粱的单株鲜重、单株干重与单产对播期的关系均近似线性关系,可用线性回归模型Y = a + bX进行分析。式中,Y为饲用高粱草产量,X为饲用高粱播期转换值,a、b为回归截距与斜率。
根据表1数据资料,采用SPSS22软件线性回归模型对秋闲田饲用高粱单株生产力、生物产量与播期的关系进行模拟(表6)。由表6中的回归模型模拟结果可知,播期与草产量的回归模型经Durbin-Watson检验,单株鲜重、单株干重与单产的DW值分别为2.226 ≈ 2、1.901 ≈ 2与2.364 ≈ 2,说明残差之间近乎独立,能满足线性回归的条件;回归模型的单株鲜重与播期、单株干重与播期、单产与播期的相关系数分别为R鲜 = 0.983、R干 = 0.978、R单 = 0.977,其决定系数分别为R2鲜 = 0.966、R2干 = 0.956、R2单 = 0.955,表明回归模型的预测值与实际值拟合度极高,拟合效果极好;该回归模型的显著性检验,F鲜 = 214.989,F干 = 161.900,F单 = 159.997,显著值(Sig.)均为0.000 < 0.01,差异均极显著,表明饲用高粱单株生产力、单产与播期之间的直线回归关系十分密切。
由表7可见,经过对有关模型回归系数的t检验,单株鲜重、单株干重与单产对播期转换值的非标准化系数(B)分别为−0.015、−0.005与−711.448,显著值Sig. = 0.000 < 0.01,差异均达到了极显著水平,表明该系数能较好地解释秋闲田饲用高粱单株生产力与播期、生物产量与播期之间的关系。据此整理构建了饲用高粱单株生产力与播期、生物产量与播期的回归模型,其中,单株鲜重与播期的回归模型为ŷ鲜= 0.618 − 0.015x,单株干重与播期的回归模型为ŷ干 = 0.184 − 0.005x,单位面积干草产量与播期的回归模型为ŷ单 = 29126.461 − 711.448x。由这3个模型可知,在7月23日至8月30日的播期每推迟1 d,饲
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Table 5. Result comparisons of sowing times on biological yield of forage sorghum in autumn idle land
表5. 秋闲田饲用高粱不同播期的生物产量及其结果比较
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Figure 1. The scatter graph of sowing times on plant productivity and yield of forage sorghum
图1. 饲用高粱单株生产力与单产对播期的散点图
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Table 6. ANOVA, Coefficients and Durbin-Watson (U)
表6. 回归方程方差分析、相关系数与Durbin-Watson (U)值
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Table 7. Regression coefficient and its significant analysis (t-test)
表7. 回归系数及其显著性分析(t测验)
用高粱的单株鲜重平均减少0.015 g,单株干重平均减少0.005 g,单产平均减少711.448 kg/hm2,这与实测结果基本一致(图2)。
4. 结论与讨论
4.1. 明确了播期对秋闲田饲用高粱生物产量的影响
4.1.1. 明确了播期对饲用高粱单株生产力的影响
秋闲田饲用高粱单株生产力随着播期的推迟呈现直线下降的变化趋势。秋闲田饲用高粱播期宜早不宜晚,播种越晚光照强度越不足,有效积温越低,就越不能满足秋闲田饲用高粱生长对光、温的需求,并使其生育进程加快,茎秆变细、节间缩短、叶片变小、植株变矮,体量矮小。在株高方面,于7月23日、7月29日、8月6日、8月14日、8月22日、8月30日播种的株高依次为210.33 cm、201.00 cm、171.67 cm、91.33 cm、61.55 cm、41.00 cm。本试验于7月23日播种的单株生产力最大,其单株鲜重与单株干重分别为0.0597 g/株、0.1787 g/株,而8月30日播种的单株生产力最小,其单株鲜重、单株干重
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Figure 2. Comparison of between measured and predicted of sowing times on plant productivity and yield of forage sorghum in autumn idle land
图2. 不同播期对秋闲田饲用高粱单株生产力、单产实测值和预测值的比较
分别降为0.0597 g/株、0.0153 g/株。由此可见,播期是确保秋闲田饲用高粱个体正常生长最重要的基本条件,若播期推迟则植株趋矮,故争时抢播早播是确保秋闲田饲用高粱丰产丰收的重要手段,应引起高度重视。
4.1.2. 明确了播期对秋闲田饲用高粱草产量的影响
播期是农业生产的重要技术环节,不宜忽视。春播过早不宜,过早则低温对出苗不利,秋播过晚不宜,过晚则光温对成株不利。晚播时植株生育中后期常遭遇低温,影响生育进程。对粮食生产如此,对饲草生产亦是如此。本试验研究结果表明,播期对秋闲田饲用高粱生物产量具有重要的影响,秋闲田7月23日播种的生物产量最高,其单产高达27,419.82 kg/hm2,与其他各个播期的单产相比,保产幅度为15.84%~91.59%。8月30日播种的生物产量最低,其干草产量降为2305.40 kg/hm2,与7月23日、7月29日、8月6日、8月14日、8月22日播种的单产相比,减产程度依次为91.59%、90.01%、88.07%、70.90%、50.94%。由此可见,秋闲田播种越晚饲用高粱生长阶段的光照强度越低,饲用高粱接受的日均温度与有效积温越低,就不能充分利用光热资源,草产量就低,这与石红梅 [14] 、杨琳等 [15] 对夏播高粱籽粒产量的研究结果相一致。
4.2. 构建了播期与秋闲田饲用高粱草产量的回归模型
秋闲田饲用高粱的单株生产力、生物产量均随着播期的推迟呈现直线下降趋势。笔者对秋闲田饲用高粱单株生产力与播期、生物产量与播期的线性回归模型进行了模拟 [12] ,构建了饲用高粱草产量与播期的回归模型,其中,单株鲜重与播期的回归模型为ŷ鲜 = 0.618 − 0.015x,单株干重与播期的回归模型为ŷ干 = 0.184 − 0.005x,单产与播期的回归模型为ŷ单 = 29126.461 − 711.448x。这3个模型不仅较好地解释了秋闲田饲用高粱单株生产力与播期、生物产量与播期之间的关系,还能通过模型参数来精确分析、科学预测不同播期饲用高粱的单株生产力与生物产量。这3个模型与杨琳等 [15] 通过y = 97.88 + 0.48x研究播期对夏播高粱全生育期的线性回归模型一致。在本试验条件下,在7月23日至8月30日的播期每推迟1 d,饲用高粱的单株鲜重平均减少0.015 g,单株干重平均减少0.005 g,单产平均减少711.448 kg/hm2,表明秋闲田饲用高粱需力争早播,要充分利用光、热、水、肥等自然资源,才能夺取高产。
本研究仅对秋闲田饲用高粱不同播期与单株生产力、草产量的关系及其回归模型进行了探索,但尚未对不同播期与秋闲田饲用高粱营养品质的关系进行深入的研究。
基金项目
农业部公益性行业科研专项“牧区饲草饲料资源开发利用技术研究与示范”(20120304201)。