旱作藜麦养分吸收规律及养分限制因子研究

王 斌，赵圆峰，聂 督，霍晓兰，黄高鉴，张 强

（1.山西农业大学资源环境学院，山西 太谷 030801；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原 030031；3.山西大学生物工程学院，山西 太原 030006；4.山西农业大学，山西 太原 030031）

藜麦（Chenopodium quinoaWilld）原产于南美洲安第斯山区，主要分布在秘鲁、玻利维亚、厄瓜多尔和智利等地，在当地栽培已有7 000 多年的历史，是印加土著居民的主要传统食物，被印第安人称为“粮食之母”［1-3］，被联合国粮农组织推荐为最完美的全营养食品，具有耐寒、耐旱、耐贫瘠和耐盐碱等优良特性［4］。20 世纪80 年代末我国在西藏地区进行了试种，到2008 年在山西省进行了规模化种植，目前已成为晋西北高寒地区的旱作特色作物［5-6］。

已知植物生长必需的三大营养元素为氮、磷、钾，作物对其吸收利用直接影响到作物的发育、产量及品质，因此了解作物吸收养分规律可以有效调控作物的生长发育，从而提高产量［7］。研究表明，不同作物对氮、磷、钾养分的吸收利用规律和养分限制因子也不同［7-12］，且旱作与水作条件下同一作物对养分的吸收利用也有差异。康小华等［13］，White 等［14］的研究表明施氮对藜麦有明显的增产作用，提出适宜的施氮量及基追比能提高藜麦植株的各项性状指标、产量和经济效益，但并未对藜麦养分吸收规律进行深入研究。这些研究主要集中于对藜麦产量指标和植株性状等进行描述，而关于藜麦在各个生育期的养分吸收、累积等特征鲜有报道，旱作藜麦方面更是未见报道。

本试验以旱作藜麦为切入点，依据前期盆栽试验、大田试验结果和本试验区土壤养分测定结果确定施肥量，设置氮、磷、钾缺素试验，确定藜麦的养分限制因子；在氮、磷、钾全施小区取藜麦不同生育期的植株样，获得藜麦在不同生育期的干物质及氮、磷、钾养分累积吸收状况，以期为藜麦专用肥的研制及旱作农业区藜麦高产优质栽培技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2017 年在山西省忻州市静乐县娑婆乡李货郎沟村进行，该区属于北温带高原季风气候，年降水量300 ～480 mm 之间，属于干旱半干旱地区，无霜期120 d 左右。其地处黄土高原，成土母质多为黄土及黄土状物，主要土壤类型为栗褐土与黄绵土，为石灰性土壤，土壤pH 值较高，碳酸钙含量丰富。加之气候干旱多风，地形起伏不平，水土流失较为严重，致土壤干旱，土壤质地粗糙，粘粒含量低，保肥性能差。土壤质地以轻壤为主，有机质含量普遍不高，氮素不足，磷素大都缺乏，氮磷比例失调，钾素大都有余。土壤呈微碱性，对于土壤中磷素有固定作用，使磷素的有效性降低。所以大部分土壤表现磷缺乏。表1 为播种前土壤基本农化状况，表2 为2017 年试验区藜麦生育期月降雨量和月平均温度。

表1 试验田播种前土壤基本农化状况

表2 2017 年试验区藜麦生育期月降雨量和月平均温度

1.2 大田试验设计

本试验共设5 个处理，即OPT：N、P、K 配施最优处理（由以往盆栽试验和大田试验数据确定）；OPT-N：不施氮肥处理，即在OPT 的基础上减去氮肥；OPT-P：不施磷肥处理，即在OPT 的基础上减去磷肥；OPT-K：不施钾肥处理，即在OPT的基础上减去钾肥；CK：不施肥处理。小区面积12 m2，各小区随机排列，3 次重复。所有肥料均是采用春季一次性基施。表3 为不同处理的具体施肥量。

播种日期为6 月2 日，播种量为7.5 kg·hm-2，密度约为75 000 株·hm-2，试验藜麦的品种为‘陇藜1 号’，播种深度为2 ～3 cm，6 月11 日出苗，10 月15 日收获，期间没有对藜麦进行灌溉，全生育期水分来源于土壤水分与降水。

植株样品采集：各生育期取植株样品，共5 次（发芽期，幼苗期，孕穗期，抽穗开花期，灌浆成熟期）分析植株干物质养分含量。产量按各小区收获，脱粒计量单产。每个小区约90 株左右，第1次取15 株样品（湿重约110 g，干重约27 g），第2 次取8 株（湿重约587 g，干重约141 g），第3次取5 株（湿重约1 228 g，干重约295 g），第4次取3 株（湿重约2 128 g，干重约511 g），第五次取3 株（湿重约3 270 g，干重约785 g）。小区采取单打单收，收获期小区全部计产。

表3 不同处理的具体施肥量 （kg·hm-2）

1.3 测定项目及方法

植株样品全氮用浓H2SO4消解，FOSS 8400 型全自动定氮仪凯氏定氮法测定；全磷、全钾采用HNO3-HClO4消解，普析通用TU-1901 型紫外分光光度计钒钼黄比色法测定全磷，6400A 型火焰光度计火焰光度法测定全钾［15］。

1.4 数据统计分析

本试验数据采用Excel 2017 和SPSS 24 软件进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 藜麦养分限制因子研究

从表4 中可以看出，藜麦各处理产量均比CK 有不同程度的增加，增产幅度从18.2%～118%。OPT增产幅度最大，OPT-N 增产幅度最小；所有施氮的处理比不施氮的处理增产84.2%，所有施磷的处理比不施磷的处理增产37.4%，所有施钾的处理比不施钾的处理增产5.7%。OPT 与OPT-N、OPT-P 处理产量达到差异显著水平，表明施氮肥、磷肥能显著提高藜麦的产量。以上结果说明在当前试验条件下，影响藜麦产量养分限制因素氮＞磷＞钾。分析产量构成因素发现，5 个处理间的千粒重无显著差异，而OPT 处理的藜麦穗粒数显著增加，OPT-N、OPT-P 和CK 处理的穗粒数显著减少，与OPT 处理差异显著，说明提升产量主要取决于穗粒数的差异，缺氮肥和磷肥处理的藜麦穗粒数显著减少，进一步说明氮肥和磷肥主要通过影响藜麦的穗粒数对藜麦产量造成影响。

表4 不同肥料处理对藜麦产量及产量构成因素的影响

2.2 藜麦干物质累积规律

从表5 可知，藜麦在不同生育期的干物质累积量差异显著，总体变化趋势为前期缓慢增长，中期急剧增长，后期降低，表现为孕穗期＞灌浆期＞成熟期＞花期＞幼苗期；全生育期中孕穗期和灌浆期对单株藜麦干物质累积量的贡献最大，分别占总量的48.14%和27.93%。处在不同的生育期，单株干物质累积速率也有显著差异，其中花期干物质累积速率较低，日累积量为0.59 g，花期过后的孕穗期干物质累速率急剧增加，单株日累积量最高6.42 g；全生育期单株日平均累积量为1.66 g。

表5 藜麦植株不同生育期单株干物质累积量及累积速率

2.3 藜麦不同生育期养分吸收及累积特点

从表6 可以看出，藜麦植株吸收氮、磷、钾随着生育期的推进逐渐增加，总体上呈前期缓慢的趋势，在花期到孕穗期吸收量和吸收速率显著上升，而后一直到收获保持在一定水平。藜麦在花期到孕穗期氮素的吸收量和吸收速率最大，占吸收总量的29.97%，吸收速率达到7.15 kg·hm-2·d-1，孕穗期、灌浆期和成熟期对氮素的吸收量并无显著差异，但对吸收速率有显著差异；而对于磷素的吸收，在孕穗期到灌浆期的吸收量显著高于孕穗期和成熟期，为17.49 kg·hm-2，占总量的32.70%，但吸收速率在花期至孕穗期最高，为0.96 kg·hm-2·d-1；藜麦对钾的吸收量在孕穗期至灌浆期最高，为103.24 kg·hm-2，占总量的31.09%，吸收速率在花期至孕穗期最快，为6.30 kg·hm-2·d-1。由表6 中可以看出，各养分累积量为氮＞钾＞磷；单位平均面积氮磷钾吸收累积量分别为353.88、53.63、333.62 kg·hm-2，其比例为6.60∶1∶6.22。从表5 可以看出藜麦的干物质累积速率最快的生育期与表6 氮、磷、钾养分吸收累积最多的生育期相吻合，即藜麦养分需求最大期。

表6 藜麦植株不同生育期养分累积量及吸收速率

2.4 藜麦单株全生育期氮、磷、钾吸收积累量的变化规律

由图1 可看出单株藜麦在全生育期内养分吸收量的趋势变化。藜麦对氮素的吸收积累量从发芽到花期（10 ～25 d）呈缓慢增加趋势，到孕穗期（50 d）吸收速率加快，并达到吸收量的峰值，随后出现下降的趋势，但保持在一定水平。藜麦对钾素的吸收趋势与氮素基本一致，幼苗期（10 d）吸收缓慢，从花期到孕穗期（25 ～50 d）吸收速率显著加快，到灌浆期（80 d）达到最高值，随后呈下降趋势。藜麦对磷素的吸收趋势与对钾素的趋势更加一致，在灌浆期（80 d）达到最高值，但由于藜麦对磷素的吸收量相对较少，因此在图中趋势相对平缓。而结合表6 可以看出藜麦对氮素和钾素的吸收量都比较大，而对磷素的吸收量则较少。藜麦对磷素吸收量虽然不大，但由表4 可知，缺施磷肥处理藜麦的产量显著下降；而藜麦植株对钾素的吸收量虽然大，但缺施钾肥对藜麦产量的影响并无显著差异。从整个生育期来看，花期、孕穗期到灌浆期（25 ～80 d）是藜麦养分吸收积累量较大的时期。可见，在藜麦花期过后开始对其追肥是十分有必要的。

图1 单株藜麦全生育期内养分吸收规律

3 讨论

许多研究证明氮、磷、钾是限制作物生长发育的三大主要因子，氮素对作物生长的影响最大［7-12］。前人对于其他作物的养分限制因子及养分吸收规律已有不少研究。比如韩彦龙等对红芸豆的养分限制因子及养分吸收、累积和分配特征做了很细致的研究，证明限制红芸豆生长和产量的主要养分因子为氮和钾［7］。本试验条件下证明限制藜麦生长的主要因子为氮素，同时磷素对藜麦的生长和产量也有很大的影响，缺施钾肥对藜麦的影响均小于氮、磷，而且对产量没有显著影响，这可能是供试土壤本身钾素比较充足的原因。本研究表明，藜麦的干物质量积累呈先上升后下降的趋势，这与红芸豆［7］、大豆［16-17］和红小豆［18］的干物质量积累的趋势基本相同，不同生育期藜麦的干物质量累积速率有明显的差异，花期的单株日积累速率较低，为0.59 g·株-1·d-1，在花期至孕穗期最高，为6.42 g·株-1·d-1，而孕穗期到灌浆期的干物质量累积速率仅次于孕穗期，为1.58 g·株-1·d-1，其余阶段干物质累积速率较缓，说明花期、孕穗期到灌浆期是藜麦的干物质量快速累积的时期，也正是植株需要大量养分的时期，在此阶段应保证供应藜麦充足的养分。

通过参考前人的研究［7，18］和分析数据得知，作物生物量的累积量与养分的吸收密不可分，作物养分吸收和积累是其生物量累积和产量形成的基础条件，因此也是合理施肥的重要依据。本研究表明藜麦的干物质累积和氮、磷、钾养分累积曲线基本一致，这与宋海星等［19］对玉米养分吸收和干物质累积的特征和韩彦龙等［7］对红芸豆养分吸收和干物质累积的特征基本一致，藜麦在幼苗到花期干物质积累速率和养分累积速率要低于其他生育期，这可能是因为藜麦花期较长，各器官都还不成熟所致。孕穗期到灌浆期是藜麦生殖生长和营养生长同时进行的时期，此生育时期干物质积累占全生育期整体的76.07%，孕穗期和灌浆期对氮、磷、钾养分吸收速率和养分积累分别占总吸收量的59.28%、59.44%和59.37%；此外，藜麦在成熟期的养分需求也很高，与孕穗期和灌浆期保持相当水平，分别占吸收总量的28.29%、28.21%和28.44%。依据藜麦干物质积累和养分吸收特点，在孕穗期到灌浆期（50 ～80 d）适当合理的追施氮肥和磷肥，保证土壤供应充足养分，满足藜麦对干物质量累积和养分吸收的需求，可对实现藜麦壮苗及其产量提供保障。本试验只研究了平衡施肥条件下藜麦养分吸收状况，而藜麦的最佳复合肥施用量以及不同施肥情况下藜麦养分吸收状况，有待进一步的试验去研究。

4 结论

氮、磷和钾配施可显著提高藜麦产量，缺钾素处理与全施肥处理藜麦产量无显著差异，缺氮和缺磷处理对藜麦产量影响显著，各处理间藜麦千粒重无显著差异，主要是通过增加藜麦穗粒数对其产量产生影响［20-21］。影响藜麦产量的养分限制因子氮＞磷＞钾。

藜麦的干物质积累速率在幼苗-花期最低，在此之后便进入急剧增长阶段，孕穗期是藜麦干物质积累的主要阶段，占藜麦植株总干重的48.14%，灌浆期的干物质量积累仅次于孕穗期，占植株总干重的27.93%。

全生育期藜麦对氮素的吸收累积量从发芽到花期呈缓慢增加趋势，在孕穗期急剧加快并达到峰值，之后呈下降趋势；藜麦对磷素和钾素的吸收前期也是呈现缓慢趋势，孕穗期加快速率，在灌浆期达到峰值，到灌浆成熟期呈现下降趋势。其养分累积量为氮＞钾＞磷。从藜麦的整个生育期来看，其花期到孕穗期再到灌浆期是养分吸收累积量较大的时期，因此，在此期间应满足藜麦对养分的需求。

由本文可知，在雨养的状态下不同施肥处理对藜麦产量影响不同，本研究的结论对藜麦在旱作农业区的推广有一定的参考价值。目前提倡减肥减氮和提质增效的理念［22］，因此对藜麦专用肥中氮的配比尤为重要，下一步将着重细化研究藜麦对氮素的需求规律，为旱作藜麦种植推广提供更合理的施肥措施。