平衡施肥对高粱产量·效益及养分收支平衡的影响

刘 静，曹 雄，李 婷, 黄敏佳，梁晓红，张瑞栋

(山西省农业科学院经济作物研究所，山西汾阳 032200)



平衡施肥对高粱产量·效益及养分收支平衡的影响

刘 静，曹 雄，李 婷, 黄敏佳，梁晓红，张瑞栋

(山西省农业科学院经济作物研究所，山西汾阳 032200)

[目的]探寻适合山西省中部高粱生产的最佳施肥方案。[方法]采用随机区组设计，设置不同施肥水平，研究平衡施肥对高粱产量、效益及养分收支平衡的影响。[结果]平衡施肥对高粱产量和效益有明显的正效应。农民习惯施肥处理较推荐施肥处理减产6.3%，收入减少376.05元/hm2。氮肥是影响当地高粱高产的主要限制因子，其次为磷肥和钾肥。平衡施肥有利于高粱植株对养分的均衡吸收,与农民习惯施肥处理相比, 推荐施肥处理的高粱氮、磷、钾吸收量平均增加了17.52、3.68、32.46 kg/hm2。225.00 kg/hm2的氮肥投入量基本能满足当地高粱高产的需求， 75.00 kg/hm2的磷肥投入量高于需求量，而钾肥用量不足。氮、磷、钾肥利用率分别为25.0%、16.3%和55.8%。[结论]从土壤养分收支平衡及肥料利用率方面考虑，应该在推荐施肥处理基础上适当提高钾肥用量，减少磷肥用量，促使施肥方案不断优化，达到高粱的高产、高效目的。

平衡施肥；养分平衡；高粱；产量

高粱(Sorghum)是世界第5大禾谷类作物，其具有抗逆性强、耐盐碱、耐瘠薄的特性。作为人类主要的粮食作物、养殖饲料和工业原料，高粱在干旱、半干旱地区农业生产中具有产业优势和巨大的发展空间。高粱作为我国传统的酿造原料,具有其他作物不能替代的地位，近年来高粱的种植面积和需求量有增加趋势[1-2]。高粱生产离不开土地和肥料的使用,研究土壤-作物系统的养分收支及平衡状况既可为合理施肥提供理论基础又可为农业生产提供实践指导。然而,由于近些年来受“施肥越多,产量就越高”等传统观念的影响，不合理甚至盲目施肥现象相当普遍,这不但造成肥料资源的大量浪费,同时也严重影响作物产量的提高[3]。曹昌林等[4]研究认为合理施肥是提高高粱产量的重要措施。平衡施肥在大豆、玉米作物[5-7]中均有报道，N、P、K肥配施在高粱上也屡有报道[8-10]。这些研究有很强的地域性和土壤肥力针对性,但有关山西中部地区平衡施肥对高粱产量性状及土壤—作物系统养分收支平衡影响的报道较少。鉴于此,笔者在前人研究的基础上，探讨了山西省中部地区平衡施肥对高粱产量以及土壤-作物系统中氮、磷、钾3要素投入-产出平衡状况的关系，以期为高粱生产中合理施肥提供科学的理论依据。

1　材料与方法

1.1试验地概况试验在山西省农业科学院经济作物研究所试验田进行。该地区年平均气温10.1 ℃，年平均无霜期185.8 d，年平均降雨量469.2 mm，其中高粱生育期内常年降雨量为350.4 mm。试验地前茬作物为玉米，土壤类型为壤土，肥力状况：pH 7.33，有机质含量16.60 g/kg，全氮含量1.10 g/kg，有效磷含量14.52 mg/kg，速效钾含量129.71 mg/kg，电解质(ECMS/CM)0.47。

1.2试验材料供试高粱品种为晋杂22号；供试氮肥为尿素(含氮46%)、磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)、钾肥为硫酸钾(含K2O 51%)。

1.3试验设计试验共设6个处理,分别为推荐施肥处理 (OPT)、减氮处理(OPT-N)、减磷处理 (OPT-P)、减钾处理 (OPT-K)、农民习惯施肥处理(FP)、不施肥对照(CK)。每处理设3次重复,小区面积30 m2,随机区组排列，试验处理及养分用量见表1。于2015年5月15日播种,播种密度约6 000株/hm2。氮、磷、钾肥全部作种肥一次施入。

1.4测定项目与方法高粱成熟时每小区采5点,每点2 m2,测量各处理高粱农艺性状值、籽粒产量、秸秆产量，对籽粒和秸秆中全N、全P、全K进行检测，计算各养分吸收量和平衡系数。

1.5数据分析与计算方法试验数据采用Excel 2003软件进行整理和分析。计算公式：

平衡系数=养分投入量/养分支出量

(1)

N利用率=[OPT吸氮量-(OPT-N)吸氮量]/施氮量×100%

(2)

P利用率=[OPT吸磷量-(OPT-P)吸磷量]/施磷量×100%

(3)

K利用率=[OPT吸钾量-(OPT-K)吸钾量]/施钾量×100%

(4)

2　结果与分析

2.1平衡施肥对高粱产量和经济效益的影响由表2可以看出，推荐施肥处理高粱产量最高，农民习惯施肥处理及其他减素处理较推荐施肥处理均有不同程度的减产，说明该试验中施肥处理设计较为合理。与推荐施肥处理相比，不施肥处理和减氮处理减产最为严重，分别减产21.1%和17.4%，经济收入分别减少1 566.60和2 341.38元/hm2；减磷处理减产7.1%，经济收入减少958.39元/hm2；农民习惯施肥处理减产6.3%，经济收入减少376.05元/hm2；减钾处理减产幅度最小，为5.7%，经济收入减少532.10元/hm2。可见氮肥是影响该地区高粱产量的主要限制因子，其次为磷肥和钾肥。

2.2平衡施肥对养分收支平衡的影响由表3可知，在推荐施肥处理的基础上不施氮肥(OPT-N)不仅会降低高粱对氮素的吸收，而且还会降低对磷素的吸收，减少量分别为56.29和5.19 kg/hm2,对钾的吸收不影响；在推荐施肥处理的基础上不施磷肥(OPT-P)不仅会降低高粱对磷素的吸收(减少量为12.22 kg/hm2)，而且还会降低对氮和钾的吸收，减少量分别为33.76和65.12 kg/hm2；在推荐施肥处理的基础上不施钾肥(OPT-K)不仅会降低高粱对钾肥的吸收(减少量为41.88 kg/hm2)，而且也会降低对氮素和磷素的吸收，减少量分别为22.86和4.09 kg/hm2。与农民习惯施肥处理相比, 推荐施肥处理的高粱氮、磷、钾吸收量平均增加了17.52、3.68、32.46 kg/hm2。结果表明，氮、磷、钾3种元素中任一元素的缺失都会影响到高粱对其他元素的吸收和利用，说明平衡施肥对高粱养分的均衡吸收利用至关重要。由表3还可看出，推荐施肥处理、减磷处理、减钾处理的氮平衡系数为1.01～1.12，说明该试验中225.00 kg/hm2的氮素投入量基本能满足高粱生产的需要；磷的平衡系数均﹥1.00，说明75.00 kg/hm2的磷素投入量高于高粱正常生长所需要的量，且连年施用量过高(90.00 kg/hm2),导致土壤中磷素富集较多，从经济效益和环境效益2个方面考虑，应在推荐施肥的基础上适当减少磷肥的施用量；钾的平衡系数均<1.00，说明75.00 kg/hm2的钾素投入量不能满足高粱高产的需要，应在推荐施肥的基础上增加钾素的施用量。

表2　不同施肥处理对高粱产量及经济效益的影响

注：同列不同小写字母表示处理间在0.05水平差异显著；不同大写字母表示处理间在0.01水平差异显著。高粱按2.30元/kg、氮肥按2 200.00元/t、磷肥按700.00元/t、钾肥按4 000.00元/t计。

Note: Different small letters in the same column denote significant difference at 0.05 level; different capital letters denote significant difference at 0.01 level. For sorghum, it is calculated as per 2.30 yuan/kg, N fertilizer as per 2 200.00 yuan/t, P fertilizer as per 700.00 yuan/t, and K fertilizer as per 4 000.00 yuan/t.

表3　不同施肥处理对高粱养分收支平衡的影响

2.3肥料利用率该试验中氮、磷、钾肥的利用率分别为25.0%、16.3%和55.8%，从利用率来看，氮肥和磷肥的用量较高，但利用率较低。

3　讨论

(1)试验结果表明，该试验条件下高粱生产中以推荐施肥处理产量和效益最高，其他减素处理均有不同程度的减产，说明推荐施肥处理设计较为合理。与其他减素处理相比，减氮处理减产最为严重，达17.4%，经济收入减少2 341.38元/hm2。说明氮肥是影响当地高粱高产的主要限制因子，这与曹雄等[11]、董二伟等[12]的研究结果基本一致，因此在当地高粱生产中，需采取平衡施肥措施促使氮、磷、钾比例协调，否则这3种元素的缺乏或供给不平衡将严重影响高粱产量和经济效益。

(2)试验结果表明，高粱生产中氮、磷、钾3种元素之间具有相互制约关系，其中任一元素的缺失都会影响到高粱对其他元素的吸收和利用，说明平衡施肥对高粱养分的均衡吸收利用至关重要，这与许多研究结果相一致。

(3)氮、磷、钾的平衡系数结果表明：225.00 kg/hm2的氮素投入量基本能满足高粱生产的需求，75.00 kg/hm2的磷素投入量高于高粱正常生长所需要的量，75.00 kg/hm2的钾素投入量不能满足高粱高产的需要。因此，从经济效益和环境效益2个方面考虑，当地的高粱生产中应在推荐施肥的基础上适当减少磷肥的施用量并增加钾素的施用量。

(4)1998年李庆逵等[13]在总结大量田间试验的基础上指出,我国主要粮食作物的氮肥利用率为30%～35%,磷肥利用率为15%～20%,钾肥利用率为35%～50%；而张福锁等[3]2000～2005年对我国水稻、小麦、玉米进行不同区域试验后发现,目前我国主要粮食作物中肥料利用率呈逐渐下降趋势。而该试验中氮、磷、钾肥的利用率分别为25.0%、16.3%和55.8%，氮肥利用率较低于李庆逵等[13]研究得出的全国氮肥利用率范围，而磷肥并未表现出降低趋势,尤其是钾肥的利用率反而略高于全国平均水平。因此,需进一步优化平衡施肥措施,增加钾肥用量,调整氮、磷、钾比例[14],在保证作物高产、稳产的前提下最大限度地提高肥料利用率。

由于高粱产量、土壤养分收支状况、肥料的利用率还受土壤类型、气候、施肥及品种等因素的影响,因此不同地区、不同品种之间肥料用量具有一定的差异性,可进一步研究。

[1] 邹剑秋,朱凯,张志鹏,等.国内外高粱深加工研究现状与发展前景 [J].杂粮作物,2002,22(5):296-298.

[2] 张志学,刘占江,高振东,等.国内外高粱发展趋势及对策[J].杂粮作物,2002,22(2):72-74.

[3] 张福锁,王激清,张卫峰,等.中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径[J].土壤学报,2008,45(5):915-924.

[4] 曹昌林,宋旭东,董良利,等.旱地高粱吸肥规律的研究[J].山东农业科学，2010(7):53-55.

[5] 姬景红,李玉影,刘双全,等.平衡施肥对大豆产量及土壤-作物系统养分收支平衡的影响[J].大豆科学,2009,28(4):678-682.

[6] 张明怡,刘颖,李玉影,等.施肥对大豆产量、效益及养分平衡影响的研究[J].中国土壤与肥料,2010(3):31-33.

[7] 姬景红,李玉影,刘双全,等.平衡施肥对玉米产量、效益及土壤-作物系统养分收支的影响[J].中国土壤与肥料,2010(4):37-41.

[8] 石增益.杂交高粱沪杂四号氮、磷、钾肥配施试验研究[J].现代农村科技,2010(15):60-62.

[9] 朱美容,刘厚宽,石增益,等.酿酒高粱N、P、K肥平衡配施研究[J].耕作与栽培,2004(3):26-28.

[10] 周开芳,范贵国.氮、磷、钾不同配比对高粱产量的影响[J].贵州农业科学,2003,31(S1):65-67.

[11] 曹雄,梁晓红,黄敏佳,等.酿造高粱肥料高效利用研究[J].中国农学通报,2015,31(27):99-103.

[12] 董二伟,王劲松,韩鹏远,等.施肥对高粱生长、干物质积累与养分吸收分配的影响[J].山西农业科学,2012,40(6):645-650.

[13] 李庆逵,朱兆良,于天仁.中国农业持续发展中的肥料问题[M].南昌:江西科学技术出版社,1998：1-5.

[14] 杨青林,桑利民,孙吉茹,等.我国肥料利用现状及提高化肥利用率的方法[J].山西农业科学,2011,39(7):690-692.

Effect of Balanced Fertilization on Yield, Economic Benefits of Sorghum and Nutrient Balance

LIU Jing, CAO Xiong, LI Ting et al

(The Industrial Crop Institute of Shanxi Academy Agricultural Sciences, Fenyang, Shanxi 032200)

[Objective] To explore the optimal fertilization scheme for sorghum in central Shanxi Province. [Methods] Randomized block design was adopted and different fertilization levels were arranged. [Results] Balanced fertilization exerted significant positive effect on yield and benefit of sorghum. In comparison, farmers’ conventional fertilization treatment suffered yield drop for 6.3% and income reduction of 376.05 yuan/hm2. Nitrogen fertilizer was the major restricting factor influencing yield of local sorghum, followed by phosphorus and potash fertilizer. Balanced fertilization is favorable for uniform absorption of nutrients. Compared with conventional fertilization treatment, the recommended treatment of N, P and K fertilizer increased about 17.52, 3.68, and 32.46 kg/hm2. 225.00 kg/hm2nitrogen fertilizer basically could meet demands of high yield of local sorghum, 75.00 kg/hm2phosphorus fertilizer input was higher than the demand, while the potash fertilizer application was not sufficient. The utilization efficiency of N, P, and K fertilizer was 25.0%, 16.4% and 55.8% respectively. [Conclusions] It is required to increase the application of K fertilizer on the basis of recommended application, reduce P fertilizer, and promote optimization of fertilization and reach the objective of high yield and benefit.

Balanced fertilization; Nutrient balance; Sorghum; Yield

国家现代农业产业技术体系高粱产业技术体系汾阳试验站资金资助项目(CARS-06-04-06)；国家科技支撑计划课题 (2014BAD07B02)。

刘静(1982- )，女，山西太谷人，助理研究员，从事高粱遗传育种与栽培技术研究。

2016-05-30

S 506.2

A

0517-6611(2016)19-128-02