倪玉瓊,張 強(qiáng),曹方琴,楊 琳

(1.黔東南州農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站,貴州 凱里 556000; 2.黃平縣農(nóng)技站,貴州 黃平 556100; 3.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,貴陽 550025)

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不同施氮量對高粱產(chǎn)量及植株養(yǎng)分積累的影響

倪玉瓊1,張 強(qiáng)1,曹方琴2,楊 琳3

(1.黔東南州農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站,貴州 凱里 556000; 2.黃平縣農(nóng)技站,貴州 黃平 556100; 3.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院,貴陽 550025)

利用控制性的大田試驗栽培技術(shù)，連續(xù)2 a采用氮的添加試驗，研究了不同施氮量(CK、低氮LN、中氮MN、高氮HN)對高粱(Sorghum bicolor)產(chǎn)量及植株養(yǎng)分積累的影響。結(jié)果表明：施氮處理下高粱植株株高、根長、葉面積指數(shù)、莖粗、地上和地下生物量均高于對照，隨著氮濃度的增加，高粱植株生長各指標(biāo)以中水平施氮(MN)處理下達(dá)到最大，說明施氮能夠促進(jìn)高粱的生長，但氮肥在高用量時可能會產(chǎn)生輕微抑制作用；施氮對高粱植株葉綠素、可溶性蛋白和可溶性糖含量均有明顯的促進(jìn)作用，不同施氮處理下高粱葉綠素a和b、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先增加后減小的趨勢，說明施氮能夠促進(jìn)高粱葉片葉綠素合成；高粱植株不同部位的碳、氮、磷和鉀積累量表現(xiàn)出較大的差異，穗部的碳、氮、磷和鉀積累量最高，其次是葉片，根部碳、氮、磷和鉀積累量最低，其中不同部位的碳、氮、磷和鉀積累量均表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，由此表明了施氮能夠增加高粱碳、氮、磷和鉀的積累量；施氮對高粱植株養(yǎng)分的影響表現(xiàn)為一定程度的增加效應(yīng)，隨施氮量的增加高粱植株養(yǎng)分呈先增加后降低的趨勢，表明了高粱植株在一定程度上對養(yǎng)分的累積作用，其增幅隨施氮量的增加而增加。Pearson相關(guān)性分析表明，施氮量與株高、莖粗、單株葉面積、單株干重、籽粒產(chǎn)量、穗數(shù)和千粒重呈現(xiàn)出顯著性相關(guān)關(guān)系，由此表明，施氮量與高粱主要性狀以及養(yǎng)分吸收息息相關(guān)，在高粱高產(chǎn)高效栽培中起著重要的作用。

施氮量; 高粱; 產(chǎn)量; 養(yǎng)分積累

高粱(Sorghum bicolor)是全球農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的重要農(nóng)作物，也是我國重要的糧食作物之一，具有抗逆性強(qiáng)、抗旱、抗?jié)?、耐鹽堿和瘠薄、光合效率高、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富、生態(tài)適應(yīng)性廣等特點，對我國的經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要的現(xiàn)實意義[1-2]。高粱在許多國家不僅用作最主要的糧食和養(yǎng)殖業(yè)重要的飼料，而且還是必不可少的工業(yè)原料，因而高粱種植業(yè)在許多國家的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位[3]。當(dāng)前人類的大量活動加劇了全球大氣中含氮化合物和生態(tài)系統(tǒng)固氮量，而我國已成為全球第三大氮沉降區(qū)[4-5]。氮素作為農(nóng)作物所需的基本元素，是影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的重要因素[6]。其中施氮是控制和調(diào)節(jié)農(nóng)作物元素平衡的一項重要措施，自然條件下研究施氮對農(nóng)作物產(chǎn)量及養(yǎng)分積累的影響顯得非常重要，不僅可以加深對其產(chǎn)量、生態(tài)適應(yīng)、生產(chǎn)潛能的系統(tǒng)認(rèn)識，而且為其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)技術(shù)栽培提供理論依據(jù)[7]。鑒于此，筆者在自然條件下連續(xù)2 a采取氮的人工添加試驗，研究和探討不同施氮量對高粱產(chǎn)量及植株養(yǎng)分積累的影響，從而揭示高粱對氮素的響應(yīng)機(jī)制，對指導(dǎo)高粱的生產(chǎn)和合理區(qū)劃布局具有很好的參考作用，也為我國高粱的高效生產(chǎn)和發(fā)展提供一定的借鑒作用。

1　材料與方法

1.1試驗材料

高粱是黔東南釀酒業(yè)的主要原料，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中屬于小作物，所占比例不大，呈點狀零星分布，從海拔300 m的東部地區(qū)到海拔1 100 m的西北部地區(qū)都有種植；在海拔600～900 m范圍內(nèi)種植點較為密集，隨海拔的增高和降低，種植點逐漸減少。高粱的水平分布差異不大，山區(qū)、河谷多于平壩地，灌溉條件好的地區(qū)少于干旱較重地區(qū)，主產(chǎn)區(qū)在黔東南的西北地區(qū)。試供高粱品種為“晉雜23”，由貴州大學(xué)生產(chǎn)和提供，待高粱種子安全貯存半年度過休眠期，挑選籽粒飽滿、無病蟲害、大小均勻、色澤一致的種子保存以備用。

地點選擇在黃平縣舊州鎮(zhèn)草綠村南廟五組楊正華農(nóng)戶責(zé)任田，面積0.233 hm2，土壤類型為潮沙泥，海拔658 m，平均≥10℃活動積溫4 780℃，平均溫13.3℃，年降雨量1 126.7 mm，年日照時數(shù)1 156.3 h，無霜期285 d，土壤肥力中上等，前作西瓜。土壤肥力狀況：有機(jī)質(zhì)為36.9 g/kg，全N為2.179 g/kg，有效P為9.1 mg/kg，速效K為113.0 mg/kg，pH值5.5。

1.2研究方法

根據(jù)高粱基本生理特性和同類的控制施氮試驗設(shè)置3個施氮水平(NH4NO3)和1個對照：低施氮量[LN，10 g/(m2·a)]、中施氮量[MN，20 g/(m2·a)]和高施氮量[HN，30 g/(m2·a)]，以無施氮量為對照[CK，0 g/(m2·a)]，采用裂區(qū)試驗設(shè)計。2013年、2014年每年的4月中下旬播種，苗床選擇在水源方便，背風(fēng)向陽，土質(zhì)沙性的土壤中進(jìn)行。播種前將種子進(jìn)行篩選、曬種、溫水浸泡1 d并催芽，播種于事先整理好的苗床上，苗床寬1.2 m，播種后蓋一層細(xì)土，澆透水蓋上薄膜，待出苗后揭膜。于5月中下旬采取雙株帶土移栽，移栽前田塊翻犁和耙平，然后施入施氮量，翻耕使施氮量與土壤充分混合，除施氮量用量不同外，各處理氮、磷、鉀肥作基肥，用量為0.279 kg/m2NH3HCO3，0.251 kg/m2P2O5，0.154 kg/m2K2O，移栽好后澆定根水。每個處理設(shè)置5個重復(fù)(共20個小區(qū))，每個小區(qū)面積5 m×6 m=30 m2，每個小區(qū)間距20 cm，四周留1.0 m以上保護(hù)行。高粱移栽行距設(shè)置為32 cm，窩距33 cm，每窩移栽苗2株，保證每666.7 m2株數(shù)達(dá)12 000株以上。全生育期無人工灌溉，試驗期間采取當(dāng)?shù)氐墓芾泶胧?大田管理措施)，適時進(jìn)行病蟲草害防治。高粱整個生長期期間，定時定點做好苗情考查，收割前進(jìn)行理論測產(chǎn)。

1.3測量指標(biāo)

1.3.1高粱生長指標(biāo)的測定每個處理選取10株長勢一致的高粱植株，在生長期前期(6月中旬—8月中旬)每10 d卷尺和游標(biāo)卡尺測量其株高和莖粗(精確到0.01 cm)；在每個小區(qū)選取3株(盡量均一)高粱植株，通過人工壕溝挖掘法取根系，同時剪取地上部分測定干重(65℃，48 h)，根系帶回實驗室過40目篩沖洗后，用鑷子拉直兩端測定單株根系總長度(根長為篩選出的活根)，并且在STD 1600根系掃描儀下掃描，WinRHIZO 4.2軟件計算高粱根系總根長，然后在65℃烘干后測定其干重(精確到0.001 g)另外，每個小區(qū)隨機(jī)采取10個高粱新鮮葉片，濕潤濾紙包夾帶回實驗室后用掃描儀測定其葉面積，然后將其烘干后測定其干重(65℃，48 h)。

在高粱生長期(8月中旬)，每個小區(qū)隨機(jī)采取足夠多高粱上、中、下部的新鮮葉片混合，一部分洗凈65℃烘箱烘干，粉碎后過1.5 mm篩，元素分析儀測定葉片全碳和全氮含量(Element，德國)，釩鉬黃吸光光度法測定葉片全磷含量；葉片全鉀采用火焰光度計法；葉片除去葉脈研磨混合，以80%丙酮溶液浸提24 h，分光光度計下比色分析并計算出葉綠素a，b值(CCM-200葉綠素儀)；考馬斯亮藍(lán)—G250染色法測定可溶性蛋白；蒽酮比色法測定可溶性糖[8]。

1.3.2高粱產(chǎn)量及構(gòu)成的測定在高粱不同的生育期每小區(qū)普查50株，計算基本苗數(shù)、有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和千粒重，進(jìn)行理論測產(chǎn)，并在10月31日全育期實際收產(chǎn)，曬干后稱干質(zhì)量，并且計算籽粒產(chǎn)量。

1.4數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用Excel和DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和相關(guān)分析，每個特征值用平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差表示(mean±SE)，Duncan新復(fù)極差法(p<0.05和p<0.01置信水平)檢驗數(shù)據(jù)的差異顯著性。由原始數(shù)據(jù)擬合得到的多元回歸關(guān)系經(jīng)統(tǒng)計學(xué)檢驗得到擬合度參數(shù)R2，并檢驗相關(guān)系數(shù)的顯著性，Pearson相關(guān)系數(shù)分析的方法分析施氮量與高粱植株主要性狀相關(guān)關(guān)系。

2　結(jié)果與分析

2.1不同施氮量對生長期高粱植株生長特性的影響

由表1可知，不同施氮處理的高粱株高、根長、葉面積指數(shù)、莖粗、單株地上和地下生物量均高于對照，施氮對高粱植株的生長均具有明顯的促進(jìn)作用，其中高粱生長各指標(biāo)大致表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，以中水平施氮處理下高粱生長各指標(biāo)達(dá)到最大。與對照相比，隨著施氮量的增加，LN，MN和HN植株高分別增加了8.46%，39.69%和23.04%，根長分別增加了16.09%，61.62%和42.90%，葉面積指數(shù)分別增加了14.07%，16.97%和3.27%，莖粗分別增加了12.47%，41.29%和31.82%，單株地上生物量分別增加了9.62%，31.45%和24.16%，單株地下生物量分別增加了2.04%，16.98%和14.81%，其中以根長的變化幅度最大。

2.2不同施氮量對高粱植株葉片生理特性的影響

由圖1可知，不同施氮處理的高粱葉片葉綠素a和b含量、可溶性糖、可溶性蛋白含量均高于對照，大致表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，以中水平不同施氮處理下高粱植株葉片生理特性達(dá)到最大。隨施氮量的增加，高粱植株葉片葉綠素a和b含量呈一致的變化趨勢，MN顯著高于其他處理(p<0.05)，LN與對照差異并不顯著(p>0.05)；不同施氮處理下高粱植株葉片可溶性蛋白含量與對照差異并不顯著(p>0.05)；MN和HN可溶性糖含量顯著高于對照和LN(p<0.05)，LN與對照差異并不顯著(p>0.05)。與對照相比，隨著施氮量濃度的增加，LN，MN和HN植株葉片葉綠素a含量分別增加了20.00%，93.33%和60.00%，葉綠素b含量分別增加了33.33%，133.33%和100.00%，可溶性蛋白分別增加了3.93%，8.13%和5.66%，可溶性糖分別增加了50.00%，216.67%和250.00%。其中以可溶性糖的變化幅度最大。

表1　不同施氮量對生長期高粱生長特性(單株)的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(p<0.05)，下表同。

2.3不同施氮量對高粱產(chǎn)量及構(gòu)成的影響

由表2可知，不同施氮處理的高粱穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗長、穗粗、千粒重和產(chǎn)量均高于對照，大致表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，表明了施氮能夠增加高粱產(chǎn)量，以中水平施氮處理下高粱產(chǎn)量及構(gòu)成達(dá)到最大。MN高粱穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗長、穗粗和千粒重與HN差異并不顯著(p>0.05)，顯著高于LN和CK，LN高粱穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗長、穗粗和產(chǎn)量與對照差異并不顯著(p>0.05)。與對照相比，隨著施氮量的增加，LN，MN和HN穗數(shù)分別增加了2.86%，8.73%和4.35%，穗粒數(shù)分別增加了6.35%，15.77%和12.57%，穗長分別增加了1.58%，14.58%和13.57%，穗粗分別增加了0.40%，15.94%和17.00%，千粒重分別增加了4.74%，13.67%和12.70%，產(chǎn)量分別增加了2.45%，13.72%和11.93%，其中以根長的變化幅度最大。

2.4不同施氮量對高粱植株養(yǎng)分積累的影響

從表3可以看出，在收獲期，施氮對高粱不同部位的碳、氮、磷和鉀積累量有明顯的影響。植株不同部位的碳、氮、磷和鉀積累量表現(xiàn)出較大的差異，穗部的碳、氮、磷和鉀積累量最高，其次是葉片，根部碳、氮、磷和鉀積累量最低。其中不同部位的碳、氮、磷和鉀積累量均表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，由此表明了施氮能夠增加高粱碳、氮、磷和鉀的積累量。

2.5施氮量與高粱植株主要性狀相關(guān)關(guān)系

Pearson相關(guān)分析結(jié)果(表4)表明，施氮量與高粱主要性狀均呈現(xiàn)出顯著性相關(guān)關(guān)系。施氮量與株高、莖粗、單株葉面積、單株干重、籽粒產(chǎn)量、穗數(shù)和千粒重呈現(xiàn)出顯著性相關(guān)關(guān)系，其中，施氮量與株高回歸方程為y=3.24x+135.91(R2=0.9528)，與莖粗回歸方程為y=-2.36x+46.32(R2=0.8735)，與單株葉面積回歸方程為y=1.689x2-52.37x+1523.43(R2=0.9102)，與單株干重回歸方程為y=-8.36x+456.31(R2=0.6539)，與籽粒產(chǎn)量回歸方程為y=158.2x+1596.7(R2=0.8324)，與穗數(shù)回歸方程為y=3625.3x+45623.6(R2=0.6947)，與千粒重回歸方程為y=-0.2156x+36.98(R2=0.7738)。由此表明，施氮量在高粱高產(chǎn)高效栽培中起著非常重要的作用。

圖1　不同施氮量對高粱植株生理特性的影響

表2　不同施氮量對高粱產(chǎn)量及構(gòu)成的影響

表3　不同施氮量對高粱植株養(yǎng)分積累的影響　kg/hm2

表4　施氮量與高粱植株主要性狀相關(guān)關(guān)系

3　討論與結(jié)論

高粱生長發(fā)育受葉片光合特性、生理代謝和光合產(chǎn)物代謝的共同影響，本研究中連續(xù)2 a施氮試驗表明(表1)施氮能夠促進(jìn)高粱植株的生長，而隨著施氮量的增加，高粱植株生長各指標(biāo)以中水平施氮量(MN)達(dá)到最大，說明了施氮能夠促進(jìn)高粱的生長，但施氮量過高可能會產(chǎn)生輕微抑制作用。

本研究的結(jié)果表明(圖1)，施氮對高粱植株葉綠素、可溶性蛋白和可溶性糖含量均有明顯的促進(jìn)作用，隨著施氮量的增加，高粱葉綠素a和b、可溶性糖和可溶性蛋白含量呈先增加后減小趨勢，說明施氮能夠促進(jìn)高粱葉片葉綠素合成。葉綠素是光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)和光敏化劑，在光合作用過程中起著接受和轉(zhuǎn)換能量的作用，其含量的增加有助于光合作用的進(jìn)行[9-10]。本試驗中施氮處理后高粱Chl a和Chl b含量增加可能是一種保護(hù)性反應(yīng)，增加捕光色素復(fù)合體中天線色素的比例，促進(jìn)對光能的吸收與轉(zhuǎn)化能力，為光合補(bǔ)償生長提供物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，也增強(qiáng)對弱光的利用率，這與前人的研究結(jié)果一致[11-13]，這同時也說明了高粱能夠在光照不足的情況下增加對光能的利用效率，這可能與高粱自身的抗逆性和生理生化特性的差異有關(guān)，而高水平施氮可能會造成高粱葉綠素含量降低等，從而影響生育后期物質(zhì)合成能力[12]。本研究發(fā)現(xiàn)氮素能夠改善高粱產(chǎn)量及構(gòu)成，施氮處理下高粱產(chǎn)量差異較明顯，并且明顯高于對照，隨著氮素的增加高粱產(chǎn)量及構(gòu)成有著明顯的提高，綜合比較可知，以中水平施氮處理下高粱產(chǎn)量和品質(zhì)最高，高水平施氮可能導(dǎo)致高粱自身碳、氮代謝的失衡[14]。

高粱產(chǎn)量構(gòu)成因素包括穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，而大田高粱籽粒產(chǎn)量的形成是穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重共同作用的結(jié)果[14]。本研究結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，單位面積有效穗數(shù)呈增加趨勢，而單穗粒數(shù)和千粒重顯著降低。這主要是由于施氮后期高粱植株之間在水分、養(yǎng)分和空間等方面形成生長性競爭，最終導(dǎo)致穗粒數(shù)和千粒重相應(yīng)下降。高粱產(chǎn)量形成受到諸如品種、氣候、栽培措施等多種因素的影響[15]。在一定環(huán)境下，氮肥是影響作物生產(chǎn)最重要因素之一，合理施氮可構(gòu)建良好的群體結(jié)構(gòu)，獲得適宜的光合面積，減少漏光損失，提高光能利用效率，是作物實現(xiàn)高產(chǎn)的必要條件[12]。

施氮在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的應(yīng)用效應(yīng)已經(jīng)引起越來越多的關(guān)注，本研究中施氮量對高粱植株養(yǎng)分的影響表現(xiàn)為一定程度的增加效應(yīng)(表3)，隨施氮量的增加高粱植株養(yǎng)分呈先增加后降低趨勢，表明了高粱植株在一定程度上對養(yǎng)分的累積作用，其增幅隨施氮量的增加而增加。氮肥具有較大的比表面積，通過表面催化活性促進(jìn)小的有機(jī)分子聚合形成土壤有機(jī)質(zhì)，提高土壤的保肥性能，通過激發(fā)效應(yīng)促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解而提高植株養(yǎng)分含量[13,16]。中水平施氮處理下高粱植株養(yǎng)分各指標(biāo)達(dá)到最大，主要是由于氮素引起了高粱根區(qū)土壤pH的降低，從而促進(jìn)了養(yǎng)分的吸收和利用，但施氮量較高時，可能造成高粱植株對養(yǎng)分的吸收性降低。此外，高粱在生長過程中需要大量營養(yǎng)元素，僅靠土壤提供是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需外界營養(yǎng)物質(zhì)的輸入，除了吸收和利用土壤中的養(yǎng)分外，養(yǎng)分的固定和淋洗作用也是值得考慮的因素[13,16]。因此，在高粱的高產(chǎn)栽培過程中需合理控制施氮量，從土壤肥力、高粱類型、施氮水平以及管理措施等多方面因素加以綜合考慮，并且在生產(chǎn)實踐中應(yīng)合理施用和調(diào)節(jié)其他元素以保證養(yǎng)分平衡。

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Effect of Different Nitrogen Concentrations on Sorghum bicolor Yield and Nutrient Accumulation

NI Yuqiong1,ZHANG Qiang1,CAO Fangqin2,YANG Lin3

(1.Qiandongnan Agricultural Technology Extension Station,Kaili,Guizhou 556000,China; 2.Huangping Agricultural Technology Extension Station,Huangping,Guizhou 556100,China; 3.College of Agriculture,Guizhou University,Guiyang 550025,China)

Two consecutive years of field experiments were used to study the effect of nitrogen concentration on Sorghum bicolor yield and nutrient accumulation to different nitrogen addition levels: control (CK),low nitrogen (LN),medium nitrogen (MN),high nitrogen (HN).The results indicated that the Sorghum bicolor height,root length,leaf area index,stem diameter,the ground and underground biomass were higher than CK,which showed the sequence: MN>HN>LN>CK,and illustrated that nitrogen addition could promote the growth of Sorghum bicolor,but high nitrogen addition may cause the slight inhibition.Nitrogen concentration promoted Sorghum bicolor chlorophyll,soluble protein and soluble sugar contents,which first increased and then decreased,which suggested that nitrogen concentration could promote the synthesis of chlorophyll.The carbon,nitrogen,phosphorus and potassium accumulation of different parts of Sorghum bicolor had the significantly difference which showed the order: spike>leaf>root,and different parts of the carbon,nitrogen,phosphorus and potassium accumulation decreased in the order: MN>HN>LN>CK,which showed that nitrogen concentration could increase the plant nutrient accumulation.The plant nutrient of Sorghum bicolor first increased and then decreased with nitrogen addition,which suggested that nitrogen concentration could increase the plant nutrient accumulation.Correlation analysis showed that the nitrogen concentration had the significant correlation with plant height,stem diameter,leaf area per plant,dry weight per plant,grain numbers per spike and grain yield,which indicates that nitrogen is closely related to Sorghum bicolor growth,and played an important role in high-yield cultivation.

nitrogen concentration; Sorghum bicolor; yield; nutrient accumulation

2015-08-12

2015-09-23

倪玉瓊(1969—),女(土家族)貴州岑鞏人,高級農(nóng)藝師,主要從事農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣工作。E-mail:155061712@qq.com

S143; S514; Q945

A

1005-3409(2016)05-0095-05