Analysis of Rational Close Planting with Agronomic Ttraits and Yield in Intense Tillering Ability Augarcane Variety

QIU Lihang; FAN Yegeng; ZHOU Huiwen; CHEN Rongfa; HUANG Xing; LUO Hanmin; YANG Rongzhong; DUAN Weixing; LIU Junxian; WU Jianming

doi:10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.006

Chinese Journal of Tropical Crops >

2019 , Vol. 40 >Issue 6: 1075 - 1082

DOI: https://doi.org/10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.006

Crop Culture and Nutrition, Genetic Breeding

Analysis of Rational Close Planting with Agronomic Ttraits and Yield in Intense Tillering Ability Augarcane Variety

QIU Lihang ,
FAN Yegeng ,
ZHOU Huiwen ,
CHEN Rongfa ,
HUANG Xing ,
LUO Hanmin ,
YANG Rongzhong ,
DUAN Weixing ,
LIU Junxian ,
WU Jianming ^,^*

Expand

Sugarcane Research Institute, Guangxi Academy of Agricultural Sciences / Guangxi Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement / Key Laboratory of Sugarcane Biotechnology and Genetic Improvement (Guangxi), Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Nanning, Guangxi 530007, China

Received date: 2018-10-22

Request revised date: 2019-03-01

Online published: 2019-07-02

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Fold

Abstract

Sugarcane (Saccharum officinarum L.) is an important sugar crop harvested mainly for millable canes. Tillering is the key to increase the millable canes thereby increasing per unit area yield and sugar yield. In this paper, sugarcane variety ‘B9’ (intense tillering ability) was planted in field plots treated with 4 different planting densities, i.e. 4000 buds/667 m ² (P1), 6000 buds/667 m ² (P2), 8000 buds/667 m ² (P3), and 10 000 buds/667 m ² (P4), and the plot experiment of one year new planting and one year sugarcane ratoon root was carried out to discuss the effects of planting density on the characters and yield of the sugarcane variety of intense tillering ability, and to analyze the correlation between them. The results showed that, the total seedlings number of planting cane and ratoon cane in the vigorous tillering period increased with increasing planting density, but the difference between them decreased with an average of 25.55%, 14.11%, -8.18% and -10.57%, respectively. The height of ratoon cane was significantly higher than that of planting cane, with an average increase of 17.31%, 10.54%, 19.44% and 14.88%, but the stem diameter was almost unaffected by planting density. Except the result of P2, the millable canes and yield of planting cane increased with the increase of planting density, and although millable canes of planting cane was more than that of ratoon cane, but its yield showed an opposite result. The difference of Brix between low planting density (P1) and high planting density (P4) was significant and showed a decreasing trend. In the process of yield formation under our test conditions, planting density was positively correlated with the total number of sugarcane seedlings at the vigorous tillering stage, plant height, millable canes and yield, negatively correlated with stem diameter and Brix, and then the contribution of plant height and millable canes to yield was the most significant, but too many millable canes were not obviously good for Brix in sugarcane. Therefore, the results indicate that the rational close planting is very important for the formation of yield and quality of the sugarcane variety of intense tillering ability.

Key words： sugarcane; tillering; rational close planting; agronomic traits; yield

Cite this article

QIU Lihang , FAN Yegeng , ZHOU Huiwen , CHEN Rongfa , HUANG Xing , LUO Hanmin , YANG Rongzhong , DUAN Weixing , LIU Junxian , WU Jianming . Analysis of Rational Close Planting with Agronomic Ttraits and Yield in Intense Tillering Ability Augarcane Variety[J]. Chinese Journal of Tropical Crops, 2019 , 40(6) : 1075 -1082 . DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.06.006

甘蔗（Saccharum officinarum L.）是我国重要的糖料作物和理想能源作物,具有很高的经济价值。广西作为我国重要的甘蔗生产基地,甘蔗种植面积最大,其产量对保证我国食糖供给和安全起到重要作用^[1]。甘蔗产量的提高受品种遗传基础^[2,3,4]、农田管理方法^[5]、栽培技术与措施^[6]等影响,由于高产优良甘蔗新品种选育周期长,因此,栽培技术和田间管理方法在甘蔗增产中的作用日益显著^[6],其中合理密植是甘蔗良种推广最重要的配套栽培技术措施之一^[7]。

改善种植密度,可提高作物养分和光能利用效率,形成最佳群体结构以发挥其增产潜力,这是提高作物产量的重要途径之一^[8]。大量研究表明,种植密度对甘蔗生长、肥料利用效率、产量及产量组成等都具有显著影响,适宜的种植密度,有利于增加群体叶面积指数、土壤贮水量,提高产量和改善品质^{[7, 9-10]}。甘蔗种植结构由新植蔗和宿根蔗组成,其中宿根蔗比重约占70%以上,分蘖是甘蔗理想株型建成和合理群体结构形成的关键,极显著地影响甘蔗宿根性,对稳产和高产意义重大,分蘖多是甘蔗分蘖力强的具体表现,更是选育甘蔗新品种的第一要素,且分蘖与宿根性呈显著相关^[11,12]。随着强宿根性甘蔗品种的培育,明确有不同分蘖特性的甘蔗品种获得高产的适宜种植密度是目前生产研究的重点之一。但是,提高种植密度,会使甘蔗植株之间对光、水和养分等资源的竞争加剧,进一步造成甘蔗植株生长受限,光合物质积累和转运减少,最终影响其产量和糖分^[13,14]。以往关于不同密植的栽培措施对甘蔗产量及其构成要素的影响的研究已有大量报道^[15,16],也有研究表明,甘蔗产量与各农艺性状有着密切关联^[17,18,19]。但是,针对广西目前甘蔗单产仍不高的瓶颈,我们潜意识认为增加甘蔗下种量是提高产量的捷径,而忽略了种植密度对品质和宿根性的影响,对它们之间的相关关系更是知之甚少。为此,本研究通过研究不同种植密度对强分蘖甘蔗品种性状、产量和品质的影响,分析它们在甘蔗产量形成过程中的相互关系,阐明合理密植对甘蔗增产效应的意义,以期为甘蔗增产和新品种推广提供借鉴。

1 材料与方法

1.1 材料

试验材料选用具有代表性的强分蘖甘蔗栽培品种‘B9’^[20],于2016年3月6—9日在广西农科院甘蔗研究所丁当基地进行试验。将2016年1月份砍收的‘B9’全茎种砍为双芽段种茎进行种植,行距1.2 m,行长7 m,5行为1个试验小区,面积共计42 m²。试验用地为沙红壤,常年连作,基肥按尿素（含N 46%）:过磷酸钙（含P₂O₅ 12%）:硫酸钾（含K₂O 53%）=1:1.5:2的质量比进行混合,其中尿素为10 kg/667 m²;下种后进行地膜覆盖,种植1个月后揭膜,水、肥、病、虫、草等田间管理措施按照甘蔗常规种植进行。

1.2 方法

1.2.1 试验设计试验进行1年新植1年宿根种植,设定了4个不同的种植密度,按667 m²下种量计,分别为4000芽(P1)、6000芽(P2)、8000芽(P3)和10 000芽(P4),即在每个试验小区中,P1处理的总下种量约为255芽,其他处理的分别为380芽、505芽和630芽,而相应处理下每行种植的蔗芽数量分别是51、76、101和126;采用单因子随机区组设计,每个处理设3次重复。

1.2.2 甘蔗重要农艺性状调查采用人工计数调查新植蔗分蘖盛期（约揭膜后45~60 d）不同种植密度下试验小区甘蔗总苗数,同时观察甘蔗苗期的生长情况;于2016年12月中旬测定不同小区甘蔗田间锤度（随机选取20株）和调查其有效茎,2017年1月底测定相应小区甘蔗的最终株高和茎径（随机选取20株）,随后按照糖料蔗进糖厂压榨的要求进行人工砍收,并用市售的公斤级电子称称重不同处理小区的蔗茎产量。

2017年试验小区宿根蔗分蘖盛期总苗数、田间锤度、有效茎数、株高、茎径和蔗茎产量等测定项目的调查方式和方法与2016年新植蔗的相同。

1.3 数据分析

采用Excel 2010软件进行数据编辑和整理,SPSS 20.0（SPSS Inc., USA）软件进行统计分析,SigmaPlot 14.0软件绘图。各产量性状参数值之间差异采用单因素方差分析（one-way ANOVA）的最小显著性差异法（least significant difference, LSD）,并进行双变量Perason相关分析。图表中的数值均为均值±标准误。

2 结果与分析

2.1 不同种植密度对强分蘖甘蔗品种苗期甘蔗苗数的影响

本研究调查发现,随着种植密度的增加,各密度下甘蔗萌发时期并未受到明显影响,即出芽时间相对一致,但苗期甘蔗总苗数随种植密度变化而存在较大差异。由表1可知,种植密度明显影响甘蔗基本苗数和分蘖盛期的总苗数,且都随种植密度增加而增多。在新植蔗中,各处理间的基本苗数差异达显著水平,分蘖苗数先增后减,总体表现随种植密度增加而增多,且P2和P4的平均分蘖苗数相差极小,P3的最大,P1的最小,但仅P1和P3间的差异显著;分蘖盛期甘蔗总苗数在P3和P4之间的差异未达显著水平,其他种植密度间的差异水平均显著;在宿根蔗中,虽然分蘖盛期甘蔗平均总苗数随种植密度增加而增多,与新植的表现一致,但P1与P2、P2与P3、P3与P4间的分蘖总苗数差异均不显著,且P2、P3和P4间的差异也不显著。上述结果说明种植密度明显地影响甘蔗分蘖和发株,且对新植蔗分蘖的影响最为明显。由表1还可看出,在相同种植密度下,分蘖盛期时新植蔗和宿根蔗总苗数间的差异不显著。随着种植密度增加,分蘖盛期时宿根蔗较新植蔗总苗数的平均增幅表现下降趋势,P1的增幅最大,其次为P2,但P3和P4的表现负增长,这一结果表明较高种植密度不利于宿根蔗的发株和分蘖,进而可能影响甘蔗的宿根年限。由此可见,甘蔗分蘖情况受种植密度的影响,而合理密植对强分蘖甘蔗品种分蘖和宿根性至关重要。

表1 不同种植密度下强分蘖甘蔗分蘖盛期总苗数

Tab. 1 The total number of tillers under different treatment at the peak time of tillering stage in sugarcane

处理 Treatment	2016年基本苗数 The basic shoots in 2016	2016年分蘖苗数 The tillers in 2016	2016年总苗数 The total shoots in 2016	2017年宿根总苗数 The total ratoons in 2017	平均增幅 Increased by/%
P1	185.00±14.47^a	148.00±12.24^b	333.00±26.69^e	418.00±56.17^de	+25.55
P2	233.00±4.84^b	204.00±22.42^ab	437.00±29.87^cd	499.00±42.68^bcd	+14.11
P3	339.00±13.31^c	231.00±7.23^a	570.00±13.23^ab	524.00±10.04^bc	-8.18
P4	416.00±18.22^d	209.00±19.04^ab	625.00±2.73^a	559.00±23.62^ab	-10.57

	Note: Different lowercase letters indicate significant differences among the different treatments (P<0.05).
	注：不同小写字母表示各处理间差异显著（P<0.05）。

2.2 不同种植密度对强分蘖甘蔗品种株高和茎径的影响

从表2可看出,随着种植密度的增加,新植蔗株高呈缓慢增高趋势,茎径则表现变小趋势,但不同种植密度对它们的影响不明显,即差异水平均不显著;在宿根蔗中,P2的（最低）除外,宿根甘蔗株高的变化也表现相同的趋势,其中P1和P2、P3、P4间及P3和P4间的差异不显著,P2和P3、P4间的差异显著,这说明高（P4）和低（P1）种植密度对甘蔗株高的影响不明显,而较低（P2）和较高（P3）种植密度的差异却显著,这意味着P2种植密度是强分蘖甘蔗品种合理密植的临界点。此外,不同种植密度下宿根蔗的茎径变化也未达显著差异水平。表2结果还显示,相同种植密度下宿根蔗的株高显著高于新植蔗的,平均增幅分别为17.31%、10.54%、19.44%和14.88%,而茎径的差异微乎其微,均表现不显著。上述结果表明,种植密度对宿根蔗株高的影响大于新植蔗的,但低密度和高密度种植之间的差异不显著;在新植蔗和宿根蔗中,茎径几乎不受种植密度的影响。

表2 不同种植密度下强分蘖甘蔗成熟期株高和茎径

Tab. 2 The plant height and its stem diameter of sugarcane variety with strong tillering under different treatment in the mature period

处理Treatment	株高Plant height/cm		茎径Stem diameter/mm
处理Treatment	2016年新植蔗 Plant cane in 2016	2017年宿根蔗 Ratoon cane in 2017	2016年新植蔗 Plant cane in 2016	2017年宿根蔗 Ratoon cane in 2017
P1	324.53±15.12^c	380.72±16.46^ab	26.77±0.70^a	25.13±0.22^b
P2	331.95±3.96^c	366.95±15.85^b	26.42±0.22^ab	25.17±0.65^b
P3	332.92±6.29^c	397.63±4.31^a	25.75±0.69^ab	25.60±0.27^ab
P4	352.50±7.18^bc	404.95±6.88^a	26.24±0.46^ab	25.11±0.70^b

	Note: Different lowercase letters indicate significant differences among the different treatments (P<0.05).
	注：不同小写字母表示各处理间差异显著（P<0.05）。

2.3 不同种植密度对强分蘖甘蔗品种有效茎、锤度和产量的影响

不同种植密度对新植和宿根甘蔗最终有效茎数、田间锤度和产量的影响有差异(表3)。从表3可知,在P1、P3和P4下,新植蔗有效茎和产量随种植密度增加而增多,且其总有效茎数多于宿根蔗的,但其产量却表现相反的结果,即宿根蔗总体表现增产,这可能是由于株高显著增加引起的（表2）,也可能是试验条件下宿根蔗生长周期（为12个月）较新植蔗的周期（为9个月）长所致,但同一种植密度下甘蔗有效茎和产量在新植蔗和宿根蔗间均未达到显著差异水平,而在P2下,宿根蔗的有效茎和产量均高于新植的,产量差异也达显著水平。从表3还可知,虽然低种植密度（P1）下甘蔗有效茎数明显少于高种植密度（P4）的,但其宿根蔗产量却显著高于新植的,且同样的结果也在较低种植密度（P2）和较高种植密度（P3）间体现出来,上述结果说明P2种植密度是强分蘖甘蔗品种合理密植的临界参考,且较低种植密度可能有利于改善甘蔗的宿根性。

表3 不同种植密度下强分蘖甘蔗成熟期有效茎数、锤度和产量

Tab. 3 The millable canes, Brix and yields of sugarcane variety with strong tillering under different treatment in the mature period

处理 Treatment	有效茎数 Number of millable canes in field plot		产量 Yield/(kg∙plot^-1)		锤度 Brix/%
处理 Treatment	2016年新植蔗 Plant cane in 2016	2017年宿根蔗 Ratoon cane in 2017	2016年新植蔗 Plant cane in 2016	2017年宿根蔗 Ratoon cane in 2017	2016年新植蔗 Plant cane in 2016	2017年宿根蔗 Ratoon cane in 2017
P1	258.00±8.01^bc	247.00±20.04^c	342.10±21.20^bc	424.77±29.59^a	17.33±0.74^ab	17.89±0.41^ab
P2	245.00±10.14^c	269.00±13.09^bc	298.37±14.47^c	391.97±42.53^ab	16.58±0.16^b	18.29±0.28^a
P3	291.00±4.63^ab	268.00±4.73^bc	384.73±9.88^ab	383.30±12.94^ab	16.63±0.91^b	18.24±0.05^a
P4	316.00±7.16^a	284.00±5.29^ab	415.63±4.88^a	417.87±29.03^a	14.64±0.21^c	14.87±0.10^c

	Note: Different lowercase letters indicate significant differences among the different treatments (P<0.05).
	注：不同小写字母表示各处理间差异显著（P<0.05）。

由表3可知,在P2和P3种植密度下,宿根蔗的田间锤度显著高于新植蔗的,而P1和P4的差异不显著,但P4的显著低于P1、P2和P3的,这是否意味着高密度种植会致使甘蔗田间锤度呈下降趋势。

综上可知,强分蘖甘蔗品种采用较低种植密度即可实现较高的产量,而过多的下种量并不能带来更高的产量,反而会造成蔗种浪费,且可能不利于蔗茎中蔗糖分的积累,进而影响品质。

2.4 种植密度与强分蘖甘蔗品种性状、产量及它们之间的相关关系

强分蘖甘蔗品种的种植密度与产量、品质和它们的构成要素之间,以及各构成性状之间都存在密切关联。甘蔗的种植密度与分蘖盛期的总苗数和有效茎数呈极显著正相关,与株高和产量呈极弱正相关,与品质性状（锤度）呈极显著负相关,与茎径呈极弱负相关（图1）。甘蔗产量由单位面积有效茎和单茎重决定,而单茎重由株高和茎径直接体现,来自甘蔗光合产物的转运和积累才是单茎重的本质。综合表1、表2和表3,研究表明,虽然提高甘蔗种植密度可获得更多的有效茎,但此时株高和茎径的差异也不明显,且密植对整体产量的贡献也不大,可能是由于高密度种植严重影响甘蔗光合产物在蔗茎中的转运和积累,而田间锤度极显著负相关就是很好的体现（图1F）。

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图1 种植密度与总苗数（A）、有效茎数（B）、株高（C）、茎径（D）、产量（E）以及锤度（F）的相关关系

^**表示对比性状间极显著相关（P<0.01）。

Fig. 1 Correlations of total number of shoots (A), number of millable canes (B), plant height (C), stem diameter (D), yield (E) and Brix (F)

^** indicate extremely significant correlation among the different traits (P<0.01).

从表4可知,对于强分蘖甘蔗品种而言,在其产量形成过程中,从总苗数看,分蘖盛期甘蔗总苗数极显著地影响有效茎,进而引起产量的增加,但不显著相关;而过密的有效茎却对甘蔗田间锤度极其不利,说明密植虽可增产,但对蔗茎糖分转运和积累极其不利;从株高和茎径看,两者在试验条件下呈显著负相关,即甘蔗越高茎粗反而越小,两者明显相互制约,且它们对有效茎的贡献率都很小,与田间锤度几乎无关,但株高对产量的贡献明显大于茎径;从有效茎看,它不仅极显著地影响产量,也极显著地影响锤度,因此,对有效茎的调控制约着甘蔗产量和品质。由此可见,合理密植对强分蘖甘蔗品种产量和品质形成至关重要。

表4 甘蔗产量与性状间的相关性系数

Tab. 4 Correlation coefficient between sugarcane yield and its traits

性状 Traits	株高 Plant height	茎径 Stem diameter	有效茎数 Number of millable canes	产量 Yield	锤度 Brix
总苗数Total number of shoots	0.230	-0.155	0.704^**	0.353	-0.529^**
株高Plant height		-0.469^*	0.194	0.663^**	-0.001
茎径Stem diameter			0.022	-0.307	-0.269
有效茎数Number of millable canes				0.583^**	-0.486^**
产量Yield					-0.134

	Note: ^indicate significant correlation among the different traits (P<0.05),^* indicate extremely significant correlation among the different traits (P<0.01).
	注：^表示对比性状间显著相关（P<0.05）,^*表示对比性状间极显著相关（P<0.01）。

3 讨论

甘蔗品种的产量性状是遗传基础与环境因素共同作用的结果,而非其中之一的单独表现^[12],且品种性状与产量形成有着密切关系^[21,22]。基本苗数、分蘖苗数、株高、茎径、有效茎和单茎重等是甘蔗产量形成的重要农艺性状,锤度是甘蔗蔗糖分的直接体现,关乎蔗茎的品质。甘蔗单产是指单位面积有效蔗茎的总重量,等于有效茎数和单茎重的乘积,其中,株高和茎径是单茎重的最直接体现,而有效茎由主茎和分蘖茎组成,一般以分蘖茎为主。因此,促进甘蔗分蘖以提高有效茎数从而实现增产是最有效的途径之一^[11],因为分蘖是决定禾本科作物茎秆、穗数进而影响产量的重要农艺性状^[23]。刘新龙等^[24]研究表明,在甘蔗品种选育过程中,品种苗期性状与产量性状呈显著的正相关,且出苗率（主苗数）和分蘖比例（分蘖苗数）可作为品种早期筛选的重要指标。Soopramanien等^[25]的研究指出,不管环境条件或者品种如何,分蘖盛期的分蘖数与收获期原料蔗茎数是正相关的。由此可见,分蘖盛期总苗数与产量的关系必然也是正相关的,本研究证实了这一结果。本研究还发现,对于强分蘖甘蔗品种而言,不同种植密度影响甘蔗苗期的生长状况,提高种植密度可以获得较多的苗数,这与张荣华等^[26]的研究结果相符,但对分蘖盛期甘蔗分蘖产生不利影响^[15,16],而且这种影响会延续到来年宿根蔗,进而影响新植和宿根蔗的最终产量。Vasantha等^[27]的研究表明,甘蔗的有效茎大多数来源于分蘖盛期的分蘖,这就意味着分蘖盛期的总苗数对甘蔗有效茎的贡献巨大,相关性分析表明,分蘖盛期的总苗数极显著地影响甘蔗有效茎数,与产量呈极显著正相关。本研究结果表明,在广西丁当基地条件下,甘蔗品种‘B9’随着种植密度的增加,新植和宿根蔗有效茎总体明显增多,产量在新植蔗中也明显增产,而宿根蔗产量则表现先降低后增加,说明以较低的密度种植（P1~P2范围）即可实现甘蔗高产量,这就极大地节省了用种量及相关的成本。

大量研究表明,甘蔗种植密度是影响其产量的重要因素之一,在一定程度上,甘蔗产量随着种植密度的增加而提高。但是密度过大会导致甘蔗出苗率、分蘖率、分蘖成茎率下降,进而导致甘蔗产量下降^[28,29],而且密植也因品种而异^[30,31]。虽然提高甘蔗种植密度会获得较多的有效茎,但是产量并非无限增产,因为种植密度影响着甘蔗品种性状的生长发育,其中株高和茎径在不同密植条件下的生长发育是互相矛盾的,且两者共同制约甘蔗的单茎重^{[15, 32]},对产量的贡献也存在差异,以株高贡献最大。虽然种植密度未明显影响甘蔗茎径的生长,但其明显限制了甘蔗植株增长,进一步的相关分析表明,株高对产量呈极显著正相关,茎径与株高的关系为显著负相关,因此,这些结果暗示,在某一种植和生长条件下,强分蘖甘蔗品种的密植可能会导致单茎重下降,从而不利于提高甘蔗产量。这可能是密度过大会导致作物对光、温、水和养分的竞争加剧或者代谢消耗过大,不利于同化物质的积累和转运,影响了作物生长发育,最终限制产量形成^{[9, 33-34]};这也可能是密植引起甘蔗田间锤度下降的原因,即两者表现为负相关关系。蔗茎锤度主要由甘蔗基因型的遗传决定^[35],此外,锤度的降低还受病害^[36,37]、不利环境条件^[38,39]、水肥不足^[40]、种植方法及倒伏情况^[41]等诸多因素影响,因此,在自然大田环境中,本研究得出试验条件下密植与锤度的负相关的结果尚需进一步的证实。

综上可知,对于强分蘖甘蔗品种而言,种植密度通过影响品种性状的生长发育来影响产量的形成。

The authors have declared that no competing interests exist.

作者已声明无竞争性利益关系。

References

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