不同肥料对谷子农艺性状及产量的影响

赵 芳，魏 玮，张晓磊，赵治海

(张家口市农业科学院/国家谷子改良中心张家口杂交谷子分中心/河北省杂交谷子工程技术研究中心，河北 张家口 075000)

谷子(Setarialitalica(L.)Beauv.)，又称粟，属禾本科狗尾草属，因其基因组小(500 Mb)、2倍体(2 n=2 x=18)、自花授粉和生长周期短等特点使其成为C4光合作用研究的模式植物[1,2]。谷子原产于我国，是我国古老的栽培作物之一，具有耐旱、耐贫瘠、籽粒营养丰富，谷草品质优良的特点，在农业生产中有粮、饲兼用等多用途，在可持续农业发展中具有不可替代的作用。中国谷子种植面积常年维持在200万hm2左右，约占全球的80%，并随着农业种植结构的调整其种植面积在逐年扩大，年总产量在350万t左右[3]。由张家口市农业科学院谷子所研发的张杂谷系列品种是由谷子雄性不育两系法研制而成，在河北省张家口地区表现出显著的增产增收优势[4-8]。施肥是促进谷子生长发育、提高产量及改善其品质的重要调控措施。通过合理施肥能有效改善谷子植株养分吸收, 显著增强谷子光合作用、干物质积累和产量形成能力[9-10]。前人对谷子生育特性和产量形成能力的调控效应中施肥种类、数量、时期的研究已有较多报道[11-14]，对指导谷子生产实践发挥了重要的促进作用。

植物营养着重考察养分和水分的协调供应，合理施用肥料可提高水分利用率[15,16]。谷子是我国传统的优势杂粮作物，在植物多样性、稳定粮食生产以及膳食结构多样性等方面有不可或缺的作用[17,18]。谷子的根系比较发达，保水能力强[19]。在现有栽培水平条件下，如何进一步提高谷子产量、增加经济效益是目前面临的又一新课题。但现在农民偏施氮磷肥，少施有机肥，不施或者少施钾肥，造成土壤中氮磷含量不均、钾素大量消耗。作物品质下降、产量降低的主要原因就是土壤中氮、磷、钾含量的失衡[20-22]。施肥技术直接影响谷子干物质的积累和分配，进而影响产量[23-25]。

本试验以张杂谷5号为材料，在大田条件下，分析了普通化肥、腐殖酸和微生物菌肥对谷子产量形成及养分积累动态的影响，以期探明新型肥料的增产增效机理、提高谷子产量。

1 材料与方法

1.1 试验材料与栽培管理概况

以张杂谷系列张杂谷5号为试验材料，于2016年5月20播种，拔节期7月15日，抽穗期8月9号，成熟期10月1 日，全生育期134 d。

肥料种类为三元复合肥(磷酸二胺N含量12%，磷含量53%)、尿素(N含量46.3%)、腐殖酸分子式为C9H9NO6，分子量为227.17 kDa、微生物菌肥(底肥N含量20%，磷含量10%，钾含量10%；追肥N含量25%，磷含量0%，钾含量5%)。

试验采用单因素随机区组设计，设置10个处理：

A：不施氮肥(对照)；

B：播种前用腐殖酸(100 mg/L)浸泡种子处理；

C：播前以磷酸二铵(0.375 t/hm2)作为底肥，拔节期追施尿素(0.225 t/hm2)；

D：播种前用腐殖酸(100 mg/L)浸泡种子，播前以磷酸二铵(0.375 t/hm2)作为底肥，拔节期追施尿素(0.225 t/hm2)；

E：播前以磷酸二铵(0.75 t/hm2)作为底肥，以后不再施肥；

F：播种前用腐殖酸(100 mg/L)浸泡种子处理，播前以磷酸二铵(0.75 t/hm2)作为底肥，以后不再施肥；

G：播前以生物菌肥(0.75 t/hm2)作为底肥，以后不再施肥；

H：播前以生物菌肥(0.375 t/hm2)作为底肥，拔节期追施生物菌剂(0.225 t/hm2)；

J：播前以生物菌肥(0.285 t/hm2)作为底肥，拔节期追施生物菌剂(0.165 t/hm2)；

K：播前以生物菌肥(0.57 t/hm2)作为底肥，拔节期追施生物菌剂(0.33 t/hm2)。每个处理3次重复，小区面积16 m2(4 m×4 m)。小区间作梗隔离，保证单独排灌。株行距为20 cm×33 cm。其它按常规高产栽培要求防止病虫害。

试验于2016年在河北省张家口市宣化区沙岭子试验基地进行，基地属中温带亚干旱气候，年降水量300～400 mm，无霜期110～140 d，年均温7.7 ℃。土壤类型为栗钙土，pH=7.75、含有机质11.053 g/kg、碱解氮77 mg/kg、有效磷12.13 mg/kg、速效钾129 mg/kg。

1.2 测定项目

1.2.1茎蘖动态

每小区定3个观察点，每点3株，拔节期前记录茎蘖数，拔节后每7天依次记录茎蘖数。

1.2.2叶面积和干物重

于拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期，按每小区茎蘖数的平均值取5穴测定叶面积和干物重。按长宽系数法测定叶面积。将样株按器官放在105 ℃杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，测定干物重。

1.2.3产 量

成熟期调查每小区6穴，计算有效穗数、穗粒重、码数、码粒数和测定千粒重及理论产量；每小区按实际面积收割，晾晒后脱粒，并称重。

1.3 数据处理

运用Microsoft Excel软件处理数据，用DPS软件统计分析。

2 结果与分析

2.1 土壤养分含量

由表1可知，在张杂谷5号收获后对小区土壤进行测定，与对照相比，土壤中速效钾的含量随施肥量增加呈现出下降的趋势，其中以G处理和K处理下降最为明显，分别比对照下降了29.21%和54.67%。碱解氮的含量随施肥量的增加，C、D、E、J、H和G等6个处理呈出上升趋势，其中以C、D和J等3个处理最好，分别比对照增加了76.41%、23.53%和33.56%。有效磷含量总体表现为上升趋势，只有G处理下降，其中以E、F和K 3个处理最好，分别比对照提高了115.88%、132.04%和58.26%。有机质含量随施肥量的变化不明显，只有K处理表现出下降趋势，与对照相比下降了32.44%。试验各处理中pH值没有明显变化。

表1 土壤养分含量

2.2 关键生育时期的茎孽动态

由表2可知，在拔节期时随着施肥量的变化茎蘖数总体呈上升趋势。与对照相比，施肥处理谷子茎蘖数增长53.23%～210.17%。以C处理最高、F处理次之、J处理第三，三者差异不明显。在抽穗期随着施肥量的变化茎蘖数总体呈上升趋势。与对照相比，施肥处理谷子茎蘖数增长79.32%～183.79%。以C处理最高、F处理次之、K处理第三。到成熟期随着施肥量的变化茎蘖数总体变化不明显。以C处理最高(4.97%)，J处理次之(9.2%)，D处理第三(1.9%)。

表2 关键生育时期的茎蘖数

总体看来，在拔节期、抽穗期和成熟期各处理的茎蘖数与对照相比均有增加，其中以C和J处理表现最好，施用腐殖酸的处理中变化较大，相较而言，F处理表现较好。

2.3 关键生育时期的叶面积指数和株高

由表3可知，在拔节期随着施肥量的变化谷子叶面积指数和株高总体呈上升趋势。与对照相比，施肥处理谷子叶面积指数增长15.63%～117.34%。以C处理最高，F处理次之，J处理第三，三者差异明显。与对照相比，施肥处理谷子株高增长39.28%～2.98%。以C处理最高，F处理次之，J处理第三，三者差异明显。在抽穗期随着施肥量的变化叶面积指数总体呈上升趋势。与对照A相比，施肥处理谷子叶面积指数增长178.76%～66.52%。以C处理最高，F处理次之，J处理第三。株高在常规施肥和腐殖酸施肥处理呈上升趋势，施用微生物肥处理表现不明显，以C处理最高(8.14%)，F处理次之(6.38%)，J处理第三(3.82%)。到成熟期随着施肥量的变化叶面积指数和株高总体变化不明显。与对照A 相比，在各个处理中叶面积指数最高的是C处理(62.85%)，D处理次之(60.68%)，J处理第三(35.74%)。与对照A的株高相比，以C处理最高(16.35%)，J处理次之(4.41%)，F处理第三(5.27%)。

表3 关键生育时期的叶面积指数和株高

总体看来，在拔节期、抽穗期和成熟期各处理的叶面积指数和株高与对照相比均有增加，其中以C处理表现最好。

2.4 关键生育时期的干物重及阶段干物重积累量

在不同生育时期，谷子地上部分干物重(生物量)和干物质积累量因施肥量的变化如表4所示。拔节期谷子总生物量较低，变化范围在7.11～15.6 g之间，处理间差异不明显(p>0.05)。抽穗期谷子生物量大幅增加，以C处理最高(102.16%)，F处理次之(93.37%)，J处理第三(61.75%)。成熟期谷子生物量进一步提高，与对照A相比，施肥处理生物量增长61.78%～12.9%，处理间差异显著(p<0.05)，以C处理的生物量最大，但G处理和K 处理出现负增长，可能是由于施肥量不合理出现负效应。

表4 关键生育时期的干物重及阶段干物重积累量 (单位：t/hm2)

在谷子不同生育期，按生物量计算的干物质积累量差异不显著(p>0.05)。与对照相比，在拔节至抽穗期以C、F和J三个处理最好，分别为85.78%、77.92%和89.78%。在抽穗至成熟期也以C、D两个处理最好，分别为39.63%和30.66%。

2.5 产量及其构成因素

由表5可知，不同的肥料处理对杂交谷子后期收获产量影响不同。在收获期时随着施用腐殖酸的变化谷子穗粒重、千粒重和籽粒产量呈先上升后下降趋势，与对照A相比，施用腐殖酸后穗粒重没有明显效果，而且比对照偏低；在D处理中千粒重比对照A处理增加9%；与对照A相比，B处理和D处理的实际产量增加2%和8%。在收获期随着施用常规肥料量的变化谷子穗粒重、千粒重和籽粒产量呈下降趋势，与对照A相比，施用常规肥料后C处理穗粒重增加3.48%，千粒重增加3.33%，产量增加10%。施用微生物肥后变化不规律，与对照A相比，J处理的穗粒重增加2.42%，K处理的千粒重增加2%，J处理产量增加3%。总体看来，在成熟期各处理的穗粒重、千粒重和产量与对照相比均有增加，其中以C处理表现最好。

表5 产量及其构成因素

3 讨 论

通常认为谷子是一种省肥作物，将其种植在山地、丘陵、河滩地等土壤贫瘠的地方，造成谷子产量长期处于低水平状态，谷子也逐渐演变为一种“低产作物”，越来越不受到重视。近年来，随着人们生活水平的提高，对健康的重视，杂粮尤其是小米又回到了餐桌，所以必须探索一条提高谷子产量、改善谷子品质的途径，以满足对谷子产量和品质的要求[26]。

本研究采用的谷子品种张杂谷5号是由河北省张家口市农业科学院选育成功的谷子两系杂交种。该品种表现适应性强，抗旱、抗倒，高产稳产，米质特优适口性好。从谷子对氮、磷、钾元素的吸收量看，以氮、钾较多，磷较低，这与解文艳等[27]的研究结果基本一致。从本研究结果看，植物对氮、磷、钾养分的吸收率微生物肥料>腐殖酸>常规肥料。营养元素的收获指数在不同肥料处理间差异未达到显著水平。张亚琦等研究发现，施用氮素可以促进杂交谷子的生长发育[28]。本试验中在河北张家口地区不同施肥处理的茎蘖数、叶面积指数、株高、穗粒重、千粒重和产量均高于不施肥处理，不同施肥处理对茎蘖数和千粒重的影响不同，部分性状的差异达到了极显著水平。C、D和J处理的籽粒产量最高，分别为12.06 t/hm2、11.82 t/hm2和11.16 t/hm2，但处理间差异不显著。谷世禄等研究表明，谷子生育期间总干物质积累存在缓慢、直线和复缓慢增长期三个阶段[29]。冯梦喜等研究表明，谷子干物质积累主要时期在生长中后期，抽穗至灌浆期干物质积累量占整个生育时期地上部分干物质积累量总量49.24%；灌浆至成熟期积累量占生育期积累总量33.74%[24]；张玉娜等研究表明，谷子总干物重积累成先缓慢增长在直线增长后基于平稳的“S”型变化趋势[30]。本研究表明，谷子总干物质积累量也呈现基于平稳的“S”型变化趋势，在抽穗期谷子生物量达到最高，以C、F和J 3个处理最好，分别比对照增加了85.78%、77.92%和89.78%。

由于本试验是在特定条件下进行的，对施肥效果有一定的影响。但是，对3种肥料而言，通过对比土壤矿物质含量、谷子农艺性状与干物质积累量来研究肥料的增产作用和机理是可行的。因此本试验条件下，推荐C处理(常规用量：底肥复合肥0.375 t/hm2，追肥尿素0.225 t/hm2)为兼顾产量和效益的施肥方案。