關(guān) 瑞，張 民，諸葛玉平，婁燕宏，王 會(huì)，潘 紅，韓 飛，何 偉

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/土壤與肥料資源有效利用國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，山東泰安 271108）

谷子是我國(guó)最古老的糧食作物之一，被譽(yù)為“中華民族的哺育作物”[1]，我國(guó)的種植面積約占世界谷子種植面積的80%，產(chǎn)量占世界谷子總產(chǎn)量的90%[2]。同時(shí)，谷子還被認(rèn)為是應(yīng)對(duì)未來水資源短缺的重要戰(zhàn)略儲(chǔ)備作物，在實(shí)現(xiàn)地區(qū)糧食安全和農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效、社會(huì)穩(wěn)定等方面有著十分重要的作用。此外，隨著人們飲食結(jié)構(gòu)多樣化的需求，以及谷子獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和保健功能，市場(chǎng)的需求逐漸擴(kuò)大，谷子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展面臨著新的機(jī)遇。

谷子生長(zhǎng)過程中需要從土壤中吸收大量的養(yǎng)分，因此，土壤是谷子生存的基礎(chǔ)。不同的土壤，不同的施肥方式以及不同的肥料品種都會(huì)直接影響谷子的養(yǎng)分吸收量和元素間的比例[3]，進(jìn)而影響谷子的農(nóng)藝性狀、養(yǎng)分積累及其產(chǎn)量。研究表明，作物產(chǎn)量提高過程中肥料貢獻(xiàn)率超過40%[4]，不同施肥量對(duì)谷子產(chǎn)量影響顯著[5]。宋淑賢等[6]指出施用氮肥能夠顯著改善谷子的產(chǎn)量性狀、明顯提高籽粒產(chǎn)量，單位面積有效穗數(shù)、穗粒重、生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量在一定范圍內(nèi)隨施氮量的增加而增加。

谷子生育期一般需施肥2～3次，以滿足谷子不同生育階段對(duì)養(yǎng)分的需求[7]，但是，多次施肥導(dǎo)致了肥料過量施用和勞動(dòng)力投入成本的增加。不可否認(rèn)，長(zhǎng)期以來隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，肥料的施用量在迅速增加，過多的施用量不僅造成肥料利用率的下降，導(dǎo)致增肥不增產(chǎn)，同時(shí)也會(huì)引起嚴(yán)重的環(huán)境污染，進(jìn)而威脅農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[8-9]。因此，提高肥料利用率，減少施肥不當(dāng)帶來的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染，是當(dāng)今亟需解決的難題。優(yōu)化施肥種類和方式是有效解決上述問題的措施之一，控釋肥可以控制肥料養(yǎng)分釋放速率，具有安全、長(zhǎng)效、高效等特點(diǎn)，其氮素利用率較等量施用的普通肥料可提高59.6%～65.7%，在減量施用的情況下仍可保持穩(wěn)產(chǎn)甚至增產(chǎn)[10]?？蒯尫室淮涡曰┦翘岣叻柿侠寐省⒐?jié)約勞動(dòng)成本的重要手段[11].

目前，關(guān)于控釋氮肥對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)量、養(yǎng)分累積和農(nóng)藝性狀的研究已有很多，王曉琪等[12]在水稻上的研究指出，與普通尿素相比，施用控釋氮肥可增產(chǎn)4.1%～17.0%, 提高氮肥利用率7.1%～46.7%，每公頃水稻增收793.9～3582.9元；楊修一等[13]在對(duì)棉花的研究中發(fā)現(xiàn)，施用控釋氮肥可以促進(jìn)棉花的光合作用，促進(jìn)棉花的干物質(zhì)積累。但是控釋氮肥在谷子上的應(yīng)用效果鮮有研究，本研究通過兩年的田間試驗(yàn)，比較兩種包膜緩控釋肥料的不同施肥方式對(duì)谷子產(chǎn)量、養(yǎng)分累積及其農(nóng)藝性狀的影響，以期獲得谷子的最佳施肥方式，為谷子的輕簡(jiǎn)化栽培提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)地位于山東省泰安市岱岳區(qū)山東農(nóng)業(yè)大學(xué)馬莊試驗(yàn)站，土地平整，灌溉排水條件較好，屬暖溫帶半濕潤(rùn)大陸性季風(fēng)氣候，年平均氣溫13℃，年平均降水量為688.3 mm，日照時(shí)數(shù)2536.2 h，平均霜期172.9天。耕層土壤 (0—20 cm) 的主要理化性質(zhì)為pH 7.2(水土比2.5∶1)、土壤有機(jī)質(zhì)含量11.6 g/kg、土壤全氮0.75 g/kg、堿解氮72.3 mg/kg、有效磷21.3 mg/kg、速效鉀78.6 mg/kg。

供試谷子品種為濟(jì)谷16，由山東省農(nóng)科院作物研究所提供。供試肥料包括硫包膜尿素 (控釋期三個(gè)月，含N 35%)、樹脂包膜尿素 (控釋期三個(gè)月，含N 43%)、尿素 (含 N 46%)、過磷酸鈣 (含 P2O518%)、磷酸二銨 (含N 18%，含P2O546%)、硫酸鉀(含 K2O 51%)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試氮肥包括普通尿素，硫包膜和樹脂包膜兩種緩釋氮肥。緩釋氮肥施用均以2/3緩釋氮素配合1/3普通尿素氮，以不施氮肥為對(duì)照 (CK)。在施氮總量均為225 kg/hm2基礎(chǔ)上，設(shè)：常規(guī)施肥 (NPK，氮肥全為普通尿素，2/3尿素基施、1/3追施)；硫包膜尿素追肥處理 (SN2，2/3硫包膜尿素基施，追施1/3普通尿素)；樹脂包膜尿素追肥處理 (RN2，2/3樹脂包膜尿素基施，追施1/3普通尿素)；硫包膜尿素一次性基施處理 (SN1，硫包膜尿素一次性基施，不追肥)；樹脂包膜尿素一次性基施處理 (RN1，樹脂包膜尿素一次性基施，不追肥)。所有處理的磷肥和鉀肥用量相同，均作基肥一次性施入，每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積27.5 m2(5.5m × 5m)，隨機(jī)區(qū)組排列。分別于2015年6月24日和2016年6月28日播種，行距為40 cm，用谷子精播機(jī)播種，播種量為7500 g/hm2，分別于2015年7月15日和2016年7月17日間苗，8月6日進(jìn)行追肥，追肥后統(tǒng)一灌溉，9月29日收獲。

1.3 樣品采集及分析

谷子成熟期調(diào)查株高、葉長(zhǎng)、葉寬、莖粗、穗長(zhǎng)、穗粗、單穗質(zhì)量等農(nóng)藝性狀，測(cè)定葉綠素含量。采用人工摘穗的方式收獲，實(shí)測(cè)小區(qū)產(chǎn)量和秸稈生物量。

采集植株樣品，殺青后，75℃烘干至恒重，分別將秸稈和谷粒粉碎、過篩，測(cè)定氮磷鉀含量。植株全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定；植株全磷含量采用釩鉬黃比色法；植株全鉀含量采用火焰光度計(jì)法測(cè)定[14]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

氮肥利用效率的計(jì)算方法[15]：

氮肥農(nóng)學(xué)效率 (ANUE，kg/kg) = (施氮區(qū)產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)產(chǎn)量)/施氮量；

氮肥生理效率 (PNUE，kg/kg) = (施氮區(qū)產(chǎn)量-對(duì)照區(qū)產(chǎn)量)/(施氮區(qū)地上部吸氮量-對(duì)照區(qū)地上部吸氮量)；

氮肥表觀效率 (NRE) = (施氮區(qū)地上部吸氮量-對(duì)照區(qū)地上部吸氮量)/施氮量 × 100%。

用SPSS16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Microsoft Excel 2010軟件進(jìn)行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)谷子農(nóng)藝性狀的影響

施用控釋肥能顯著改善谷子農(nóng)藝性狀 (表1)，各施肥處理的農(nóng)藝性狀均顯著優(yōu)于CK處理。2015年施用SN2、RN2、SN1和RN1控釋氮肥處理顯著提高了谷子的莖粗、葉長(zhǎng)和葉寬，各控釋氮肥處理的莖粗、葉長(zhǎng)和葉寬顯著大于常規(guī)施肥(NPK)的，提高幅度為6.6%～11.0%、10.3%～17.1%和6.9%～10.3%，而株高差異未達(dá)顯著水平。2016年施用SN2、RN2、SN1和RN1控釋氮肥處理顯著提高了谷子的莖粗，各控釋氮肥處理的莖粗顯著大于NPK，提高幅度為12.5%～25.0%，而株高、葉長(zhǎng)和葉寬均未達(dá)顯著水平。不同種類包膜尿素對(duì)株高、莖粗、葉長(zhǎng)和葉寬的影響差異不顯著，SN2、RN2、SN1和RN1控釋氮肥處理間的株高和葉寬差異也不顯著，而RN1處理的莖粗顯著大于SN2和RN2處理，分別提高了13.2%和12.0%，SN1處理的葉長(zhǎng)顯著大于SN2處理，提高了7.0%。結(jié)果表明，施用控釋氮肥提高了谷子的莖粗和葉長(zhǎng)，其中以一次性基施效果最好。

2.2 不同施肥處理對(duì)谷子葉綠素含量的影響

葉綠素含量不僅是衡量植物葉片光合性能的重要指標(biāo)，而且對(duì)于作物的產(chǎn)量形成十分重要，SPAD值是衡量植物葉片葉綠素含量的重要參數(shù)。施肥顯著提高了谷子葉片SPAD值 (圖1)，控釋氮肥SN1的葉片SPAD值在2015年和2016年均最大，與CK相比分別提高了22.9%和24.4%。對(duì)于樹脂包膜尿素處理來說，RN2和RN1處理的葉綠素SPAD值差異未達(dá)顯著水平。2016年各施肥處理間的葉片SPAD值差異也較大，與NPK處理相比，控釋氮肥SN1處理的葉片SPAD值顯著提高了17.6%。并且一次性基施硫包膜控釋氮肥處理的葉片SPAD值顯著大于硫包膜控釋氮肥后期追肥的處理，提高了8.8%。表明一次性基施硫包膜控釋氮肥可以促進(jìn)谷子葉片的葉綠素合成和光合作用。

表 1 不同施肥處理谷子農(nóng)藝性狀Table 1 Agronomic traits of millet under different fertilization treatments

圖 1 不同施肥處理的葉綠素含量Fig. 1 Chlorophyll content in various fertilization treatments

2.3 不同施肥處理對(duì)谷子產(chǎn)量的影響

不同施肥處理間谷子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素存在不同程度的差異 (表2)，各施肥處理的穗粗、單穗重、穗長(zhǎng)均顯著大于CK處理。2015年的試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，控釋氮肥SN1和RN1處理的谷子穗粗顯著高于NPK處理，提高幅度為10.7%～11.6%，但穗長(zhǎng)和單穗重的差異均未達(dá)顯著水平，2016年除CK外的其它施肥處理間產(chǎn)量構(gòu)成因素?zé)o顯著差異。

各控釋氮肥處理的谷子產(chǎn)量顯著大于NPK處理，在2015和2016年提高幅度分別為2.8%～9.0%和11.9%～20.2%，此外，一次性基施控釋氮肥處理的谷子產(chǎn)量均顯著大于施用同種控釋氮肥的追肥處理，其中硫包膜尿素處理提高了5.7%～7.3%，樹脂包膜尿素處理提高了2.8%～5.8%。不管是一次性施肥還是控釋肥的基肥追肥處理 (SN2和RN2、SN1和RN1)，兩種包膜類型控釋肥處理間的谷子產(chǎn)量差異不顯著。

表 2 不同施肥處理谷子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素Table 2 Yield and yield components of foxtail millet under different treatments

2.4 不同施肥處理對(duì)谷子秸稈和籽粒氮磷鉀含量的影響

植株體內(nèi)氮磷鉀含量是衡量植株生長(zhǎng)狀況的重要指標(biāo)，與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)[16]。谷子秸稈和籽粒中的氮含量可表征氮素在植物體內(nèi)的運(yùn)移 (圖2)。與常規(guī)施肥處理相比，一次性控釋氮肥處理顯著提高了秸稈氮含量，在2015、2016年提高幅度分別為11.7%～13.0%、9.7%～10.6%，但控釋肥的追肥處理與常規(guī)施肥處理的秸稈氮含量差異并不顯著，同時(shí)，一次性基施樹脂包膜尿素和硫包膜尿素處理間的秸稈氮含量無顯著性差異。谷子籽粒氮含量呈現(xiàn)出了同樣的規(guī)律，只有控釋氮肥RN1和SN1處理顯著高于NPK處理，兩年的提高幅度分別為9.7%～10.6%、5.8%～7.0%，而其它施肥各處理間差異均不顯著。同樣，一次性基施樹脂包膜和硫包膜尿素處理的籽粒氮含量無顯著性差異。

圖 2 不同施肥處理的谷子秸稈和籽粒氮含量Fig. 2 Nitrogen contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

圖 3 不同施肥處理下谷子秸稈和籽粒磷含量Fig. 3 Phosphorus contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

谷子秸稈和籽粒磷含量與氮含量趨勢(shì)一致 (圖3)。除NPK外，其它各施肥處理的秸稈和籽粒磷含量較CK均顯著提高?？蒯尩蔛N1和RN1處理的秸稈和籽粒磷含量均顯著大于NPK處理，其中SN1處理的秸稈和籽粒磷含量在2015年分別提高了5.1%、12.2%，RN1提高了4.8%、10.9%；在2016年，SN1處理的秸稈和籽粒磷含量分別提高了38.0%、10.9%，RN1提高了22.7%、9.4%。另外，SN2和RN2的秸稈和籽粒磷含量與NPK處理差異均不顯著。

2015年和2016年各施肥處理的秸稈和籽粒鉀含量較CK均顯著提高 (圖4)，2015年一次性施用硫包膜控釋尿素處理的秸稈和籽粒鉀含量顯著大于硫包膜尿素追肥處理，分別提高了12.2%和2.2%。而同種樹脂包膜控釋尿素處理秸稈和籽粒鉀含量差異不顯著。2016年一次性基施控釋氮肥處理的秸稈和籽粒鉀含量均顯著大于追肥處理，其中硫包膜尿素處理提高了19.7%和20.6%，樹脂包膜尿素處理提高了10.2%和10.3%；但控釋氮肥處理SN1和RN1的谷子秸稈和籽粒鉀含量差異不顯著。

2.5 不同施肥方式的谷子氮素利用率

肥料利用率主要取決于作物的吸收能力和土壤、肥料供應(yīng)養(yǎng)分的能力[17]。不同施肥處理間的氮肥利用率差異顯著 (表3)，2015年和2016年控釋氮肥處理 (SN2、RN2、SN1、RN1) 的谷子地上部氮素積累量均顯著高于NPK處理，提高幅度分別為12.1%～13.9%和10.1%～19.3%。而兩種不同類型的控釋氮肥在一次性施肥時(shí)其谷子地上部氮素累積量差異不顯著。與NPK處理相比，控釋氮肥處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率兩年提高幅度分別為20.4%～74.1%和22.2%～76.8%。與NPK相比，控釋氮肥處理的氮肥生理利用效率分別提高了19.7%～53.2%和26.6%～49.0%；控釋氮肥處理的氮肥表觀利用效率兩年提高幅度分別25.9%～60.2%和37.4%～71.1%。2015年控釋氮肥處理SN1的谷子地上部氮素累積量顯著大于控釋氮肥處理SN2，提高了5.4%。2016年一次性基施樹脂包膜和硫包膜尿素處理的谷子地上部氮素累積量均顯著大于控釋氮肥的基肥追肥處理，分別提高了4.4%和7.9%。此外，一次性基施控釋氮肥處理的各項(xiàng)利用率指標(biāo)均高于控釋氮肥的基肥追肥處理。

圖 4 不同施肥處理下谷子秸稈和籽粒鉀含量Fig. 4 Potassium contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

表 3 不同施肥處理的谷子地上部植株體內(nèi)氮累積量及氮肥利用率Table 3 Nitrogen accumulation and utlization efficiency of foxtail millet under different fertilization treatments

3 討論

氮肥的合理運(yùn)籌是追求作物高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的重要措施，氮素的供應(yīng)水平會(huì)直接影響谷子的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量[18]。谷子常規(guī)施肥中主要以施用尿素為主，尿素氮的損失主要有反硝化損失、地表徑流損失、硝態(tài)氮淋失、氨揮發(fā)損失等幾種途徑。本試驗(yàn)谷子生長(zhǎng)季為6月下旬到9月下旬，為華北平原地區(qū)的炎熱多雨期，在此期間極易發(fā)生硝態(tài)氮淋失和地表徑流，還會(huì)加劇硝酸鹽的反硝化作用[19]，高溫還會(huì)導(dǎo)致氨揮發(fā)速率加快[20]，造成氮素的損失。而控釋氮肥由于氮素釋放緩慢，可以大大減少土壤中的氨揮發(fā)和氮素淋溶，保證谷子生育期的土壤氮含量，促進(jìn)作物對(duì)氮素的吸收。本試驗(yàn)中，兩種緩釋尿素一次性基施 (SN1、RN1) 處理的谷子地上部氮素累積量顯著高于其他處理，第二年試驗(yàn)結(jié)果更好 (表3)。而兩種緩釋尿素基施配合尿素追施的 (SN2、RN2) 效果在本試驗(yàn)中普遍低于一次性基施處理 (表2)，這是由于控釋尿素在谷子苗期提供的速效氮素不能滿足谷子苗期營(yíng)養(yǎng)需要，影響谷子苗期生長(zhǎng)，進(jìn)而影響后期谷子的產(chǎn)量。向春陽等[21]在玉米的試驗(yàn)也有類似的結(jié)果。說明一次性基施控釋氮肥和普通尿素，可以減少施肥次數(shù)，達(dá)到節(jié)約勞動(dòng)力成本和提高產(chǎn)量的目的。

氮肥的農(nóng)學(xué)利用率 (ANUE)、生理利用率 (PNUE)、表觀利用率 (NRE) 是反映作物對(duì)肥料中氮素吸收利用效果的重要指標(biāo)[22]。關(guān)于控釋氮肥對(duì)氮肥利用率的影響前人已做了大量研究，且已證實(shí)與普通尿素相比，控釋氮肥可以提高氮肥利用率。本試驗(yàn)中，與常規(guī)施肥相比，一次性基施控釋氮肥處理的氮肥農(nóng)學(xué)利用效率、生理利用效率、表觀利用率分別提高54.9%～57.4%、12.4%～57.4%、56.3%～57.6%，這與 Zheng[23]、Shoji等[24]、Geng 等[25]在小麥、玉米、棉花等作物上的研究結(jié)果一致?？蒯尩逝c普通尿素配合一次性基施還可以提高作物葉綠素及可溶性蛋白含量，促進(jìn)作物的干物質(zhì)積累[26]。此外，在本試驗(yàn)中，施用控釋氮肥的處理谷子的秸稈和籽粒中除氮含量較高外，磷鉀的含量也有顯著提高。紀(jì)德智等[27]在其對(duì)玉米的研究中也指出，施用控釋氮肥為作物提供了充足的氮素，促進(jìn)了作物根系生長(zhǎng)，進(jìn)而提高了作物對(duì)磷鉀的吸收，這與本研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)中施用硫包膜尿素的處理產(chǎn)量略高于樹脂包膜尿素處理，但在谷子產(chǎn)量和氮素利用效率方面差異不顯著，表明其效果是相當(dāng)?shù)摹Ｔ谟羞x擇余地的時(shí)候，可選擇價(jià)格較低的緩釋肥與尿素配合，達(dá)到節(jié)省成本的目的。

4 結(jié)論

施用控釋氮肥可以促進(jìn)谷子的葉綠素合成及植株氮素累積，與傳統(tǒng)施肥方式相比，施用控釋氮肥處理的氮肥表觀利用率提高了29.2%～57.7%，產(chǎn)量增加了2.8%～20.2%，且控釋氮肥一次性基施的效果優(yōu)于追肥處理，氮肥表觀利用率提高了12.0%～23.5%，產(chǎn)量增加了2.8%～7.5%，但不同控釋氮肥種類在相同施肥方式的情況下沒有顯著差異。因此，在谷子生產(chǎn)中推廣控釋氮肥的一次性基施具有重要的實(shí)踐意義，然而在“減肥增效”的背景下，減量施用控釋氮肥能否保持谷子穩(wěn)產(chǎn)，還有待更深入地研究。