第十三章高粱

第十三章高粱•§1概述•§2高粱栽培的生物学基础•§3高粱的栽培技术第一节概述•一、高粱的重要经济价值•世界五大谷类（小麦、水稻、玉米、谷子、高粱）作物之一，也是中国最早栽培的禾谷类作物之一。•高粱的生物学产量和经济产量均较高,具有较强的抗旱、耐涝、耐盐碱特性和适应性,在平原、山丘、涝洼、盐碱地均可种植,属于高产、稳产的作物。•中国高粱生产以粒用高粱为主,兼有糖用、饲用和工艺高粱的栽培。•子粒：淀粉含量为75％左右，蛋白质为9％左右，粗脂肪为3％左右。高粱子粒中含有少量的单宁，影响了品质；子粒中含有较多难消化的醇溶蛋白质，且赖氨酸的含量较低，使其食用和饲用价值低于玉米、小麦和水稻等。•茎秆和叶片：是良好的粗饲料,既可作干草又可作青贮和青饲。特别是甜高粱作青贮喂养奶牛,可明显提高产奶量。茎秆还可用于编织。•花序：可制扫帚、炊帚及工艺品等•高梁不仅是粮饲兼用作物,还广泛用于淀粉、酿酒和酒精工业。二、高粱的起源与分类•(一)高粱的起源•高粱在世界的分布广泛,形态变异多。非洲、印度和中国都是高粱多态性丰富的地区。•高粱原产于非洲,经驯化后先传入印度,后传入我国及远东。在中国已有几千年的栽培历史。(二)栽培高粱的分类•高粱[Sorghumbicolor(L.)Moench]属于禾本科(Grammeae)、高粱族、高粱属植物。高粱属有许多一年生和多年生的种,染色体数2n=20。•1粒用高粱•以子粒为主。分蘖弱，穗密而短。茎髓含水较少。•子粒：品质较佳,成熟时常因子粒外露,较易落粒。按子粒淀粉的性质不同,可分为粳型与糯型。•2糖用高粱•茎高,分蘖力强。•茎秆：节间长，富含汁液,随着子粒成熟,含糖量一般可达8%~19%。可做甜秆吃、制糖或制酒精等。•子粒：小,品质欠佳。3帚用高粱•茎皮：柔韧，编织用，•穗：大而散,下垂。通常无穗轴或有极短的穗轴,侧枝发达而长，帚用。•子粒：小并由护颖包被,不易脱落。4.饲用高粱•茎秆：细,分蘖力和再生力强,生长势旺盛。茎内多汁,含糖较高；•穗：小；•子粒：有稃,品质差。三、高粱国内外生产概况•(一）世界生产概况•高粱在世界上分布很广,主要种植在亚洲、非洲和美洲。•栽培面积最大的国家是印度,其次是苏丹、尼日利亚和美国。•近几十年全世界高粱播种面积稳中有降,下降最快的是亚洲。•（二）国内生产概况•辽宁省是全国栽培高粱面积最大、总产量最高的省份。高粱种植面积较大的其他几个省区包括内蒙古、黑龙江、吉林、山西、河北,播种面积均超过7万hm2。•在干旱、半干旱地区,瘠薄、涝洼、盐碱地区和饲料基地,发展高粱生产,既可利用其他作物适应不了的自然条件,又能收到投入少、收益高的效果。第二节高粱栽培的生物学基础•一、高梁栽培品种的生育期与生育时期•生育期：一般在100~150d之间。•极早熟品种：生育期《100d;•早熟品种：生育期在100~115d;•中熟品种：生育期在116~130d;•晚熟品种：生育期在131~145d;•极晚熟品种：生育期》146d。•4个生育阶段•根据植株外部形态和内部器官发育的状况,高粱可分为苗期、伸长拔节期、抽穗开花期、成熟期等几个主要生育时期。•（一）苗期：从种子萌发至拔节之前为苗期（30d左右）。春播一般需7-10d出苗，夏播则只需2-3d，出苗后约14,开始出现第一个分蘖。•属营养生长阶段。该阶段形成了高梁的基本群体,是决定每公顷穗数的时期,同时也为穗大粒多创造物质基础。•（二）伸长拔节期：从拔节至抽穗前，需要30-50d。此期叶片显著增大，植株迅速伸长，生长最旺盛时，平均每天长高达10.4cm,有的品种可达12cm.拔节期持续的时间与品种有很大的关系，早熟品种较短，晚熟品种较长。•营养生长与生殖生长并进阶段，是决定每穗粒数的关键时期,并为争取粒重奠定基础。•（三）抽穗开花期•旗叶长出1个星期左右开始抽穗，一般中熟品种完成抽穗开花需10-15d.•抽穗2-5d后即可开花。•花通常自上而下、由外向内开。一朵花从开放至闭合，通常需要1h左右。•属生殖生长阶段，是决定结实率的关键时期。（四）灌浆成熟期•自开花后30d左右便能成熟，但品种之间的差异很大，成熟过程可分为乳熟期、蜡熟期和完熟期。决定粒重的关键时期。•乳熟期：灌浆后，子粒中干物质的含量不断增加，千粒重迅速增长，子粒中的胚乳充满乳白色汁液，用指甲压破时即喷出白色乳浆。•蜡熟期：子粒的含水量急剧下降，子粒由软变硬，用指甲压破已无浆液而呈蜡质状。•完熟期：子粒变干、变硬，干物质积累达最大值，并呈现该品种的色泽和质地。二、高梁器官形态与建成•(一)根•为须根系。由初生根、次生根和支持根所组成。•初生根：种子发芽时,首先长出的一条根。•次生根：幼苗长出3~4片叶时,由地下茎节长出第一层次生根,以后由下而上陆续环生6~8层,总根量达到50~80条。至抽穗时根系纵向伸长至1.5~2m,横向扩展达0.6~1.2m。•支持根（气生根）：抽穗前后至开花灌浆期,在靠近地面的地上1~3个茎节上长出几层根。可吸收养分和水分,并有支持植株抗倒伏的作用。从高梁根系结构特点解析其耐涝，抗旱.•由于高粱根系发达,入土深广,其根细胞渗透压高(为1.2~1.5MPa),吸水吸肥力强。•高粱根的内皮层中有硅质沉淀物,使根非常坚韧,能承受土壤缺水收缩产生的压力。因此,高粱有较强的抗旱能力。•在孕穗阶段,根皮层薄壁细胞破坏死亡,形成通气的空腔,与叶鞘中类似组织相连通,起到通气的作用,这是高粱耐涝的原因之一。(二)茎•高粱茎节间的多少和长短因品种和栽培条件而异。•类型节数•早熟种10~15•中熟种16~20•晚熟种》20•类型株高•矮秆型1~1.5m•中秆型1.5~2m•高秆型》2m•中国高粱品种资源中,株高变化范围63~450cm之间。•我国栽培的粒用高粱杂交种：株高多为2m左右的中高秆类型；•饲用甜高粱杂交种：多为3m以上的高秆类型。•茎的地上部：有伸长节间10~18个；•地下部：尚有5~8个不伸长的节间。•茎秆生长最快的时期：是挑旗至抽穗,每昼夜可生长6~15cm,开花期茎秆达最大高度。•丰产长相：一般茎秆粗壮,且基部和穗下节间较短,上下粗细均匀,其抗倒伏能力较强,穗大而重。•从高粱茎秆结构特点解析其抗旱、耐涝能力强•高粱生育的中、后期,在茎秆表面上形成白色蜡粉,能防止水分蒸腾,增强抗旱能力;在淹水时又能减轻水分渗入茎内,提高抗涝能力。•另外,茎的表皮由排列整齐的厚壁细胞组成,其外部硅质化,致密、坚硬,不透水,也增强了茎秆的机械强度和抗旱、涝能力。(三)叶•叶互生,由叶片、叶鞘和叶舌三部分组成。叶片一般呈披针形,中央有一较大的主脉,颜色有白、黄、暗绿三种。•抽穗开花期是高粱叶面积最大的时期,高产高粱群体最大叶面积指数为4~5。•形成高粱子粒产量的光合产物主要来源于植株上部的6个叶片。从高粱叶片结构解析其抗旱、耐涝能力强•高粱叶片的上下表皮组织紧密,分布的气孔体积较小,能有效地减少水分的蒸腾;进入拔节期以后,叶面生有一层白色蜡粉,具有减少水分蒸腾的作用;叶上有多排运动细胞,在叶片失水较多时,使叶片向内卷曲以减少水分的进一步散失。这些是高粱抗旱的叶部原因。•高粱叶鞘中的薄壁细胞,在孕穗前后破坏死亡,形成通气的空腔,与根系的空腔相连通,有利于气体交换,增强耐涝性。(四)穗•1.穗的构造•圆锥花序：中间为穗轴，在穗轴上生4~10个节,每节轮生5~10个分枝,称为第一级枝梗。第一级枝梗上长出第二、第三级枝梗。•第一级枝梗长度及其在穗轴上着生的部位不同,形成了形状各异的穗形,如纺锤形、牛心形、筒形(棒形)、伞形、帚形等。•根据各级枝梗的长短、软硬以及小穗着生疏密程度不同,还可将穗子划分为紧穗、中紧穗、中散穗和散穗四种穗型。•小穗通常成对在第二级或第三级枝梗上。成对小穗中,较大的是无柄小穗,较小的是有柄小穗。•第三级枝梗的顶端一般并生三个小穗,中间小穗无柄,两侧有柄。•无柄小穗：外有二枚颖片,将发育成壳；内有两朵小花,上方的为完全花,可结实，下方的为退化花。•有柄小穗：比较狭长,成熟时或宿存或脱落。亦含两朵小花,一朵完全退化,另一朵只有雄蕊正常发育,为单性雄花,不可结实，开花较与之相邻的无柄小穗小花晚2~4d。•完全花：雄蕊3枚，雌蕊1枚，子房卵圆形，花柱顶端有2枚羽毛状柱头。2.穗的分化•(1)生长锥伸长期。茎顶端生长锥膨大,变尖,由半圆球形变为圆锥体。此时植株茎基部第一伸长节间开始伸长,进入拔节期。•(2)枝梗分化期。首先在生长锥基部产生突起,这些突起为一级枝梗，为向顶式分化；当顶端一级枝梗即将分化完毕时,基部一级枝梗两侧分化出二级枝梗，二级枝梗的分化也是向顶式进行。生长锥上部二级枝梗尚在分化时,中部二级枝梗开始分化三级枝梗,然后向上下两端推移。枝梗分化期,约经历4个出叶周期,10~12d。枝梗分化期是决定枝梗数与穗大穗密的关键时期。•(3)小穗小花分化期。由穗上部二、三级枝梗开始,逐渐向下推移。小穗先分化两个颖片原基,内侧是小花原基。每个小穗内有两朵小花,其中先分化的第一朵小花体积很小,不久即退化消失;第二朵小花可发育结实。•(4)雌雄蕊分化期。小花原基顶端分化出三个小圆形突起,以后发育成雄蕊。不久,在三个雄蕊中央隆起一个体积较大的雌蕊原基,以后发育成子房。•(5)减数分裂期。雄蕊增大呈四棱状,花粉囊内形成花粉母细胞,经减数分裂形成四分体,进一步发育形成花粉粒。同时,雌蕊体积增大,顶端形成二裂柱头。减数分裂期是决定结实率和每穗粒数的关键时期,此时正值高粱挑旗期。•(6)花粉粒充实完成期。花粉粒内容物逐渐充实,颜色由绿变黄。花丝伸长,柱头上开始出现羽毛状突起。幼穗分化发育完成,植株抽穗开花。(五)子粒形成与成熟•高粱抽穗后,2~4d开始开花。•开花的顺序：由穗顶部开始向下进行,呈离顶式。•子粒的形成：开花受精后30d,子粒已基本形成,其成熟过程可分为乳熟期、蜡熟期和完熟期三个阶段。子粒的形态•子粒为颖果，其外包着两片坚硬而光滑的护颖，护颖厚而隆起，有的尖端有茸毛。•子粒通常呈圆形、椭圆形、卵圆形、梨形等。•颜色有多种，常见的有红、黄、黑、褐、白等五种颜色。•颖果种皮含单宁﹐帶涩味﹐一般颜色较深的子粒含单宁较多。易于与蛋白质结合﹐难消化。美欧各国多作饲料。三、干物质积累分配与产量形成•(一)干物质积累与分配•全株干物质积累呈S形曲线。•叶片、叶鞘干重：拔节前缓慢增长，拔节后迅速增加，至抽穗期前后达到最大值，以后因养分向穗部输出，干重缓慢下降。•茎秆干重:在拔节后迅速增长，抽穗前后增长最快。茎秆干重与子粒产量显著正相关。•子粒体积和鲜重:受精后增长较快，但干重增长缓慢。子粒干重在开花后15-35d增长迅速，以后增长速度下降。(二)产量形成•子粒产量来源于两个部分,一部分是开花后生产的光合产物,占80%;开花前营养器官贮积物质的转移,占20%。前期培育壮秆,贮积更多的干物质,后期加强田间管理,提高叶片光合能力,是实现高产的重要途径。•高粱经济系数一般为0.35~0.45。高秆品种经济系数低,矮秆品种经济系数高。但高粱茎、叶、鞘干重在蜡熟期后又有不同程度的回升,尤以茎秆干重回升较多,限制了经济系数的提高。如果通过育种或栽培手段,使生育后期重新积累到茎、叶、鞘中的干物质转移到子粒中去,即可提高经济系数和子粒产量。四、高梁的品质•食用高粱：要求子粒有较高的营养价值和良好的适口性。要求单宁含量在0.2%以下,出米率在80%以上,蛋白质含量在10%以上,赖氨酸含量占蛋白质的2.5%以上。•酿造用高粱：要求子粒淀粉含量不低于70%,其中支链淀粉比例占90%以上,子粒红色。•子粒饲用高粱：最主要的品质性状是蛋白质含量和氨基酸平衡,如饲喂猪、鸡等单胃畜禽,还要求子粒中单宁含量0.2%以下。•茎叶饲用高粱：要求绿色体产量高,茎秆含有一定的糖度,不含或微含氢氰酸。•糖用高粱：要求茎秆含糖量高,易榨糖或发酵生产酒精。•兼用高粱：要求子粒品质好,茎秆质地优良,适于做建筑材料、架材、造纸、制板等。五、高粱对环境条件的要求•（一）温度•高梁是喜温作物,在整个生育期间都要求较高的温度。一定的高温可以提早幼穗分