高杰 封廣才 李曉榮 李青風 汪燦 張國兵 周棱波 彭秋

施氮量對酒用糯高粱品種紅纓子產(chǎn)量及氮素吸收利用的影響

高杰1封廣才2李曉榮3李青風1汪燦1張國兵1周棱波1彭秋1

（1貴州省旱糧研究所/貴州省農(nóng)業(yè)科學院，550006，貴州貴陽；2黔東南州扶貧開發(fā)辦公室，556000，貴州凱里；3楚雄彝族自治州農(nóng)業(yè)科學院，675000，云南楚雄）

為探明貴州地區(qū)糯高粱氮肥高效利用的施肥技術(shù)，以品種紅纓子為研究對象，設置0（N0）、120（N120）、240（N240）、360（N360）、480（N480）、和600kg/hm2（N600）6個施氮水平，研究了糯高粱的產(chǎn)量和氮素吸收利用特征。結(jié)果表明，糯高粱產(chǎn)量、干物質(zhì)積累總量和氮素積累總量隨氮素水平的提高呈先升高后降低的趨勢，增施氮素較不施氮素能夠顯著提高糯高粱的產(chǎn)量、干物質(zhì)積累總量和氮素積累總量，其中以N240處理增幅最大，較N0處理分別增加28.87%、35.83%和49.62%。隨著施氮量的增加，糯高粱氮素表觀回收率、氮肥農(nóng)學利用率、氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和產(chǎn)投比呈下降趨勢。利用二次多項式和平方根模型分別擬合糯高粱產(chǎn)量和效益的施氮效應，當施氮量分別為294.5和252.6kg/hm2時產(chǎn)量最高，施氮量分別為168.2和132.7kg/hm2時效益最大。兼顧產(chǎn)量、效益及氮肥利用效率，120～240kg/hm2的氮肥施用量是適宜的。

糯高粱；產(chǎn)量；干物質(zhì)積累；氮肥利用效率

化肥作為作物產(chǎn)量提高最快和最有效的措施[1]，占世界糧食作物產(chǎn)量的50%[2-3]。氮素是作物生長發(fā)育的必需元素，是作物產(chǎn)量提高的主要限制因子[4]。目前，我國的氮肥用量約占世界氮肥總用量的1/3[5]，占化肥總用量的60%以上[6]，但其當季利用率僅為30%～35%，低于發(fā)達國家近20個百分點，氮肥利用率低[7]。過高的氮肥用量不僅造成肥料的浪費和經(jīng)濟效益下降，同時也給生態(tài)環(huán)境帶來了負面影響[8-10]。因此重視肥料的投入產(chǎn)出比，降低肥料的損失，提高肥料的利用率就顯得尤為重要。

氮素的合理施用有利于協(xié)調(diào)作物群體與個體生長，增加作物產(chǎn)量[11]。增施氮素能夠顯著改善作物對光能的利用，進而影響光合產(chǎn)物的積累與籽粒產(chǎn)量的形成[12-13]，起到增產(chǎn)的作用。由于地區(qū)和品種的差異，高粱的最佳施肥量不同。Marsalis等[14]研究顯示，飼用高粱的最佳施氮量為218kg/hm2，而Almodares等[15]研究表明，高粱產(chǎn)量達到最大時的適宜施氮量為75kg/hm2。高粱是C4作物，增產(chǎn)潛力大，綜合利用價值高，作為釀造原料具有廣闊的發(fā)展前景[16]。貴州地區(qū)高粱主要用于釀酒，主產(chǎn)區(qū)品種以糯高粱為主，因此研究糯高粱對氮素的需求，探尋糯高粱的高產(chǎn)高效栽培技術(shù)，對指導糯高粱生產(chǎn)實踐具有重要意義。

氮肥的過量施用導致高粱氮素利用效率和氮肥農(nóng)學效率的降低[17]。前人的研究主要集中在氮肥對高粱的生長發(fā)育[18-19]、經(jīng)濟效益、產(chǎn)投比[20-21]以及產(chǎn)量[22]的影響，而且以小麥和玉米等主糧作物居多[23-26]，對糯高粱的氮素吸收與利用研究上較少，尤其對糯高粱產(chǎn)量與施氮量之間的關系沒有更深一步的探討。因此，本試驗設置6個氮素處理，通過研究不同氮肥施用量對釀造高粱生長、產(chǎn)量及氮肥利用率的影響，旨在尋求適宜該地區(qū)高粱種植的施氮量，為該地區(qū)酒用高粱的氮肥合理、高效施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017年4-9月在貴州仁懷高粱試驗基地進行，該地屬于亞熱帶濕潤季風氣候，土壤類型為壤土，前茬作物為油菜。播種前經(jīng)散點取樣測定表層（0～20cm）基礎土樣有機質(zhì)為48.1g/kg，全氮2.80g/kg，堿解氮832.77mg/kg，速效磷72.77mg/kg，速效鉀135.71mg/kg，pH 7.09。

1.2 試驗材料與設計

采用茅臺釀酒專用品種紅纓子。設6個施氮水平（0、120、240、360、480、600kg/hm2），分別用N0、N120、N240、N360、N480和N600表示，氮肥為尿素（N 46.6%），分別于拔節(jié)期和開花后10d按6∶4施入。種植密度為11.25萬株/hm2，等行距種植，行距60cm，一穴雙株留苗，8行區(qū)，行長5m，小區(qū)面積24m2，3次重復，隨機區(qū)組排列。磷肥為過磷酸鈣（P2O516%），鉀肥為硫酸鉀（K2O 50%），按照P2O575kg/hm2和K2O 75kg/hm2在移栽前作底肥一次性施入。5月25日足墑移栽，9月5日收獲，全生育期無灌溉，其他田間管理措施保持一致。

1.3 樣品采集與分析

成熟期每小區(qū)取長勢一致的3株樣品，分為莖、葉、鞘和穗4部分，置于105℃鼓風干燥箱殺青30min，再于65℃烘干至恒重。將稱重后的植株各部分進行粉碎，均勻混合后過1mm篩，裝入自封袋保存待測。采用凱氏定氮法[24]測定植株及籽粒全氮含量。

成熟期每小區(qū)收獲中間4行，考種并測產(chǎn)（按照14%含水量折算）。

1.4 相關參數(shù)計算

干物質(zhì)積累量（dry matter accumulation，DMA，kg/hm2）=成熟期單株干重×每公頃株數(shù)[25]；氮素積累量（total nitrogen accumulation，TNA，kg/hm2）=每公頃干物質(zhì)積累總量×植株氮含量[25,27]；氮素收獲指數(shù)（nitrogen harvest index，NHI，%）=籽粒氮素積累量/植株氮素積累量×100[25]；氮素利用效率（nitrogen use efficiency，NUE，kg/kg）=產(chǎn)量/氮素積累總量[25,27]；氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率（nitrogen dry matter production efficiency，NDMPE，kg/kg DM）=植株干物質(zhì)積累總量/對應處理氮素積累總量[27]；氮素表觀回收率（nitrogen apparent recovery rate，NARR，%）=氮素積累量/每公頃施氮量×100[27]；氮素農(nóng)藝效率（nitrogen agronomic efficiency，NAE，kg/kg DM）=（施氮區(qū)植株干物質(zhì)積累量?不施氮區(qū)植株干物質(zhì)積累量）/施氮量[27]；氮肥農(nóng)學利用率（nitrogen fertilizer agronomic efficiency，NFAE，kg/kg）=（施氮區(qū)產(chǎn)量?不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量[25]；氮肥利用率（nitrogen recovery efficiency，NRE，%）=（施氮區(qū)氮素積累量?不施氮區(qū)氮素積累量）/施氮量×100[25]；氮肥偏生產(chǎn)力（nitrogen partial fertilizer productivity，NPFP，kg/kg）=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量[25]；產(chǎn)投比（value cost ratio，VCR）=施肥增產(chǎn)收益/施肥投入[11]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010整理數(shù)據(jù)與作圖，利用SPSS 19.0進行方差分析，采用LSD法分析顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量對糯高粱產(chǎn)量、干物質(zhì)和氮素積累的影響

圖1顯示，增施氮肥可顯著提高糯高粱的產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量和氮素積累量。隨著施氮量的增加，糯高粱產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量和氮素積累量呈先升高后降低的趨勢，均在N240處理下達到最大值，分別為4861.11、17247.50和205.97kg/hm2，N120處理次之。N120處理的產(chǎn)量、DMA和TNA分別較N0處理增加22.09%、27.97%和34.57%，N240處理分別增加28.87%，35.83%和49.62%。氮素繼續(xù)增施糯高粱的產(chǎn)量、DMA和TNA反而呈下降趨勢。N360處理的產(chǎn)量、DMA和TNA分別較N240處理下降8.00%、7.11%和10.54%，N600處理分別下降17.94%、16.15%和18.43%。說明在適量的范圍內(nèi)增施氮素可以提高糯高粱的干物質(zhì)生產(chǎn)能力，從而提高產(chǎn)量。

不同字母表示差異顯著（P＜0.05）

2.2 不同施氮量對糯高粱氮素吸收與利用的影響

由表1可知，隨著施氮量的增加，糯高粱的NUE和NDMPE下降顯著。NHI在N240處理下最大，且顯著高于其他處理。N120、N240、N360、N480和N600處理的NUE分別較N0下降9.27%、13.87%、12.23%、15.55%和17.77%，NDMPE分別下降4.91%、9.21%、6.58%、8.72%和11.44%；隨著施氮量的增加，糯高粱的NAE、NRE、NPFP、NARR和NFAE呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，其中N240處理較N120分別下降35.92%、28.24%、47.23%、44.16%和34.58%，N600處理分別下降90.06%、83.46%、82.67%、80.51%和94.81%。

表1 不同施氮水平對糯高粱氮素利用參數(shù)的影響

同列數(shù)據(jù)后不同字母表示不同處理間差異顯著（＜0.05），下同

Different letters in the same column indicate significant differences at the 0.05 level among different treatments, the same below

2.3 不同施氮量對糯高粱效益的影響

由表2可知，從糯高粱的凈利潤來看，與不施氮處理相比，各施氮處理呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。其中，N240處理產(chǎn)值與凈利潤最高，分別為29 166.67和26 819.92元/hm2，增收5 489.33元/hm2；其次為N120處理，產(chǎn)值與凈利潤分別達27 633.33和25 808.58元/hm2，增收4 478.00元/hm2。N480處理僅增收578.67元/hm2，N600處理投入比產(chǎn)出多1 310.00元/hm2。從產(chǎn)投比來看，N120和N240都較高，分別達到2.45和2.34?？梢?，適宜的施氮量有利于增加高粱經(jīng)濟效益，120～240kg/hm2是糯高粱獲得高產(chǎn)量、低成本、高效益的適宜施氮量。從氮平衡來看，N240基本滿足氮素平衡，當施氮量＜240kg/hm2時，氮素平衡處于虧缺狀態(tài)，當施氮量＞240kg/hm2時，氮素平衡則處于盈余狀態(tài)，當?shù)赝度?00kg/hm2時，氮素盈余422.98kg/hm2，說明過量的氮肥并不能被作物更多地吸收，不僅不利于高粱產(chǎn)量的提高，而且還會造成氮流失和氮素污染。

表2 不同施氮量下的糯高粱經(jīng)濟效益

各生產(chǎn)資料分別按高粱6.00元/kg，氮肥4.35元/kg，P2O5 9.37元/kg，K2O 8.00元/kg計算

The production materials are calculated as 6.00 yuan/kg of sorghum, 4.35 yuan/kg N fertilizer, 9.37 yuan/kg of P2O5 and 8.00 yuan/kg of K2O

2.4 糯高粱產(chǎn)出與氮肥施用量之間的關系

通過二次多項式和平方根模型擬合糯高粱產(chǎn)出對氮肥的反應（表3），可以看出，2種方法決定系數(shù)都較高，擬合度較好。二次多項式模型下的最佳施氮量為294.5kg/hm2，平方根模型下為252.6kg/hm2，平方根模型預測產(chǎn)量達到最大時施氮量更低。綜合考慮肥料成本、產(chǎn)量和凈利潤后可得，凈利潤達到最大時，2種模型預測施氮量分別為168.2和132.7kg/hm2。

3 討論

大量研究表明，增施氮肥可顯著提高作物產(chǎn)量，一旦超過最適施氮量則產(chǎn)量下降[17,23-24]。氮素的少量投入可以改變土壤微環(huán)境，促進有機質(zhì)分解，提高土壤養(yǎng)分含量[28]。過量氮肥投入可能導致作物早衰，不利于產(chǎn)量形成[25]。本研究顯示，氮素的投入可以顯著提高糯高粱的產(chǎn)量，但超過一定范圍時產(chǎn)量下降，在施氮量360kg/hm2處理下糯高粱產(chǎn)量較N120和N240顯著降低，說明氮素過量不利于糯高粱增產(chǎn)。王興仁等[29]利用多種模型擬合作物產(chǎn)量與施氮量之間的關系，本試驗利用二次多項式和平方根模型擬合糯高粱產(chǎn)出對氮肥的反應得出，在產(chǎn)量最大時，施氮量分別為294.5和252.6kg/hm2，在凈利潤最大時，施氮量分別為168.2和132.7kg/hm2，說明以產(chǎn)量為依據(jù)計算最佳施肥量要比實際效益計算偏高。本研究顯示，二次多項式模型較平方根模型推薦施肥量偏高，與前人研究結(jié)果一致[30-31]。

表3 不同模型的決定系數(shù)（R2）、效應方程和最佳施氮量

“**”表示在0.01水平差異顯著

“**”indicates significant difference at the 0.01 probability level

作物生物量的累積與養(yǎng)分積累密切相關，養(yǎng)分積累是生物量累積的基礎，也是作物產(chǎn)量形成的基礎[32]。氮肥農(nóng)學利用率、氮素表觀回收率和氮肥偏生產(chǎn)力是用來表示氮肥利用率的常用定量指標，可從不同側(cè)面描述作物對氮肥的利用效率[33]。據(jù)報道[34-35]，氮素表觀回收率、氮肥農(nóng)學利用率、氮肥偏生產(chǎn)力隨施氮量增加而降低。本研究顯示，隨施氮量增加，糯高粱的氮素表觀回收率、氮肥農(nóng)學利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥利用率都降低，N120處理的氮素表觀回收率與氮肥利用率的差值為114.71%，而N240處理二者差值為57.36%，說明糯高粱按照120kg/hm2施入處于缺氮狀態(tài)，而按照240kg/hm2施入則氮素過剩，過剩的氮肥占施氮量的42.64%。因此，綜合考慮效益來推薦施肥量更接近實際生產(chǎn)。

Dobermann等[36]就糧食作物的養(yǎng)分利用效率作了綜述，認為糧食作物氮肥效率目標值在下述范圍內(nèi)比較適宜，即氮肥偏生產(chǎn)力40～70kg/kg，氮肥農(nóng)學效率10～30kg/kg，氮肥利用率30%～50%。在本試驗條件下，只有在N120處理下氮肥利用率能夠達到30%以上，其他2個指標都偏低，可能是本試驗土壤肥力水平較高的原因，有機質(zhì)含量達到了48.1g/kg。一般而言，高肥力土壤上得到高的肥料利用率和農(nóng)學效率的幾率較小[37]?？偨Y(jié)國內(nèi)外研究可以看出，改進施肥和管理措施是提高肥料利用效率最直接最有效的措施，水稻在良好的管理條件下的氮肥利用率可高達50%～80%[38]。所以，肥料利用效率的提高有很大的空間，具體的綜合農(nóng)藝管理還需進一步的研究。

4 結(jié)論

綜合考慮產(chǎn)量、經(jīng)濟效益以及氮肥利用效率，施氮量120～240kg/hm2，在拔節(jié)期和開花后10d按6∶4施入是合理的。對于施氮期以及各時期適宜施氮量需進一步深入研究。

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Effects of Nitrogen Fertilizer on Yield and Nitrogen Use Characteristics in Waxy Sorghum Cultivar "Hongyingzi"

Gao Jie1, Feng Guangcai2, Li Xiaorong3, Li Qingfeng1, Wang Can1,Zhang Guobing1, Zhou Lengbo1, Peng Qiu1

(1Guizhou Institute of Upland Crops/Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006, Guizhou, China; 2Poverty Alleviation and Development Office of Qiandongnan Prefecture, Kaili 556000, Guizhou, China;3Chuxiong Autonomous Prefecture Academy of Agricultural Sciences, Chuxiong 675000, Yunnan, China)

To explore the high-efficiency utilization technology of nitrogen fertilizer in waxy sorghum in Guizhou, the yield, nitrogen uptake and utilization characteristics of waxy sorghum cultivar “Hongyingzi” were studied with different nitrogen applications rates (0, 120, 240, 360, 480 and 600kg/ha), numbered N0, N120, N240, N360, N480, and N600. The results showed that the yield, dry matter accumulation, and nitrogen accumulation presented the trend of increasing first and then decreasing with the increase of nitrogen application rates. Compared with the N0, the yield, dry matter accumulation, and nitrogen accumulation of N- application treatments significantly increased, while the treatment of N240 had the highest increase, increasing by 28.87%, 35.83%, and 49.62%, respectively. With the increasing of nitrogen application rate, nitrogen apparent recovery, nitrogen fertilizer efficiency, nitrogen recovery efficiency, nitrogen partial fertilizer productivity, and value cost ratio decreased. The quadratic polynomial and square root model were used to fit the effects of nitrogen application on yield and benefit of waxy sorghum and the highest yield was obtained by nitrogen application rates 294.5 and 252.6kg/ha, respectively. The maximum benefit was obtained by nitrogen application rates 168.2 and 132.7kg/ha. In consideration of yield, benefit, and nitrogen use efficiency, it was reasonable to apply 120-240kg/ha nitrogen fertilizer under the experimental conditions.

Waxy sorghum; Yield; Dry matter accumulation; Nitrogen use efficiency

10.16035/j.issn.1001-7283.2021.04.018

高杰，研究方向為作物遺傳改良與栽培生理調(diào)控研究，E-mail：gaojie396300520@163.com

彭秋為通信作者，主要從事高粱種質(zhì)資源評價與遺傳育種研究，E-mail：p5615@sina.com

貴州省科技支撐計劃（黔科合支撐[2020]1Y053號）；農(nóng)業(yè)農(nóng)村部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)體系建設專項（CARS-06-13.5-B26）；貴州省科技計劃項目（黔科合服企［2018］4005）；中央引導地方科技發(fā)展專項資金項目（黔科中引地［2018］4003）；貴州省科技計劃項目（RCJD2018-14）

2020-07-10；

2020-10-27；

2021-06-25