施氮量对酒用糯高粱品种红缨子产量及氮素吸收利用的影响

高杰 封广才 李晓荣 李青风 汪灿 张国兵 周棱波 彭秋

施氮量对酒用糯高粱品种红缨子产量及氮素吸收利用的影响

高杰1封广才2李晓荣3李青风1汪灿1张国兵1周棱波1彭秋1

（1贵州省旱粮研究所/贵州省农业科学院，550006，贵州贵阳；2黔东南州扶贫开发办公室，556000，贵州凯里；3楚雄彝族自治州农业科学院，675000，云南楚雄）

为探明贵州地区糯高粱氮肥高效利用的施肥技术，以品种红缨子为研究对象，设置0（N0）、120（N120）、240（N240）、360（N360）、480（N480）、和600kg/hm2（N600）6个施氮水平，研究了糯高粱的产量和氮素吸收利用特征。结果表明，糯高粱产量、干物质积累总量和氮素积累总量随氮素水平的提高呈先升高后降低的趋势，增施氮素较不施氮素能够显著提高糯高粱的产量、干物质积累总量和氮素积累总量，其中以N240处理增幅最大，较N0处理分别增加28.87%、35.83%和49.62%。随着施氮量的增加，糯高粱氮素表观回收率、氮肥农学利用率、氮肥利用率、氮肥偏生产力和产投比呈下降趋势。利用二次多项式和平方根模型分别拟合糯高粱产量和效益的施氮效应，当施氮量分别为294.5和252.6kg/hm2时产量最高，施氮量分别为168.2和132.7kg/hm2时效益最大。兼顾产量、效益及氮肥利用效率，120～240kg/hm2的氮肥施用量是适宜的。

糯高粱；产量；干物质积累；氮肥利用效率

化肥作为作物产量提高最快和最有效的措施[1]，占世界粮食作物产量的50%[2-3]。氮素是作物生长发育的必需元素，是作物产量提高的主要限制因子[4]。目前，我国的氮肥用量约占世界氮肥总用量的1/3[5]，占化肥总用量的60%以上[6]，但其当季利用率仅为30%～35%，低于发达国家近20个百分点，氮肥利用率低[7]。过高的氮肥用量不仅造成肥料的浪费和经济效益下降，同时也给生态环境带来了负面影响[8-10]。因此重视肥料的投入产出比，降低肥料的损失，提高肥料的利用率就显得尤为重要。

氮素的合理施用有利于协调作物群体与个体生长，增加作物产量[11]。增施氮素能够显著改善作物对光能的利用，进而影响光合产物的积累与籽粒产量的形成[12-13]，起到增产的作用。由于地区和品种的差异，高粱的最佳施肥量不同。Marsalis等[14]研究显示，饲用高粱的最佳施氮量为218kg/hm2，而Almodares等[15]研究表明，高粱产量达到最大时的适宜施氮量为75kg/hm2。高粱是C4作物，增产潜力大，综合利用价值高，作为酿造原料具有广阔的发展前景[16]。贵州地区高粱主要用于酿酒，主产区品种以糯高粱为主，因此研究糯高粱对氮素的需求，探寻糯高粱的高产高效栽培技术，对指导糯高粱生产实践具有重要意义。

氮肥的过量施用导致高粱氮素利用效率和氮肥农学效率的降低[17]。前人的研究主要集中在氮肥对高粱的生长发育[18-19]、经济效益、产投比[20-21]以及产量[22]的影响，而且以小麦和玉米等主粮作物居多[23-26]，对糯高粱的氮素吸收与利用研究上较少，尤其对糯高粱产量与施氮量之间的关系没有更深一步的探讨。因此，本试验设置6个氮素处理，通过研究不同氮肥施用量对酿造高粱生长、产量及氮肥利用率的影响，旨在寻求适宜该地区高粱种植的施氮量，为该地区酒用高粱的氮肥合理、高效施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年4-9月在贵州仁怀高粱试验基地进行，该地属于亚热带湿润季风气候，土壤类型为壤土，前茬作物为油菜。播种前经散点取样测定表层（0～20cm）基础土样有机质为48.1g/kg，全氮2.80g/kg，碱解氮832.77mg/kg，速效磷72.77mg/kg，速效钾135.71mg/kg，pH 7.09。

1.2 试验材料与设计

采用茅台酿酒专用品种红缨子。设6个施氮水平（0、120、240、360、480、600kg/hm2），分别用N0、N120、N240、N360、N480和N600表示，氮肥为尿素（N 46.6%），分别于拔节期和开花后10d按6∶4施入。种植密度为11.25万株/hm2，等行距种植，行距60cm，一穴双株留苗，8行区，行长5m，小区面积24m2，3次重复，随机区组排列。磷肥为过磷酸钙（P2O516%），钾肥为硫酸钾（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日足墒移栽，9月5日收获，全生育期无灌溉，其他田间管理措施保持一致。

1.3 样品采集与分析

成熟期每小区取长势一致的3株样品，分为茎、叶、鞘和穗4部分，置于105℃鼓风干燥箱杀青30min，再于65℃烘干至恒重。将称重后的植株各部分进行粉碎，均匀混合后过1mm筛，装入自封袋保存待测。采用凯氏定氮法[24]测定植株及籽粒全氮含量。

成熟期每小区收获中间4行，考种并测产（按照14%含水量折算）。

1.4 相关参数计算

干物质积累量（dry matter accumulation，DMA，kg/hm2）=成熟期单株干重×每公顷株数[25]；氮素积累量（total nitrogen accumulation，TNA，kg/hm2）=每公顷干物质积累总量×植株氮含量[25,27]；氮素收获指数（nitrogen harvest index，NHI，%）=籽粒氮素积累量/植株氮素积累量×100[25]；氮素利用效率（nitrogen use efficiency，NUE，kg/kg）=产量/氮素积累总量[25,27]；氮素干物质生产效率（nitrogen dry matter production efficiency，NDMPE，kg/kg DM）=植株干物质积累总量/对应处理氮素积累总量[27]；氮素表观回收率（nitrogen apparent recovery rate，NARR，%）=氮素积累量/每公顷施氮量×100[27]；氮素农艺效率（nitrogen agronomic efficiency，NAE，kg/kg DM）=（施氮区植株干物质积累量−不施氮区植株干物质积累量）/施氮量[27]；氮肥农学利用率（nitrogen fertilizer agronomic efficiency，NFAE，kg/kg）=（施氮区产量−不施氮区产量）/施氮量[25]；氮肥利用率（nitrogen recovery efficiency，NRE，%）=（施氮区氮素积累量−不施氮区氮素积累量）/施氮量×100[25]；氮肥偏生产力（nitrogen partial fertilizer productivity，NPFP，kg/kg）=施氮区产量/施氮量[25]；产投比（value cost ratio，VCR）=施肥增产收益/施肥投入[11]。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2010整理数据与作图，利用SPSS 19.0进行方差分析，采用LSD法分析显著性。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量对糯高粱产量、干物质和氮素积累的影响

图1显示，增施氮肥可显著提高糯高粱的产量、干物质积累量和氮素积累量。随着施氮量的增加，糯高粱产量、干物质积累量和氮素积累量呈先升高后降低的趋势，均在N240处理下达到最大值，分别为4861.11、17247.50和205.97kg/hm2，N120处理次之。N120处理的产量、DMA和TNA分别较N0处理增加22.09%、27.97%和34.57%，N240处理分别增加28.87%，35.83%和49.62%。氮素继续增施糯高粱的产量、DMA和TNA反而呈下降趋势。N360处理的产量、DMA和TNA分别较N240处理下降8.00%、7.11%和10.54%，N600处理分别下降17.94%、16.15%和18.43%。说明在适量的范围内增施氮素可以提高糯高粱的干物质生产能力，从而提高产量。

不同字母表示差异显著（P＜0.05）

2.2 不同施氮量对糯高粱氮素吸收与利用的影响

由表1可知，随着施氮量的增加，糯高粱的NUE和NDMPE下降显著。NHI在N240处理下最大，且显著高于其他处理。N120、N240、N360、N480和N600处理的NUE分别较N0下降9.27%、13.87%、12.23%、15.55%和17.77%，NDMPE分别下降4.91%、9.21%、6.58%、8.72%和11.44%；随着施氮量的增加，糯高粱的NAE、NRE、NPFP、NARR和NFAE呈现逐渐下降的趋势，其中N240处理较N120分别下降35.92%、28.24%、47.23%、44.16%和34.58%，N600处理分别下降90.06%、83.46%、82.67%、80.51%和94.81%。

表1 不同施氮水平对糯高粱氮素利用参数的影响

同列数据后不同字母表示不同处理间差异显著（＜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 不同施氮量对糯高粱效益的影响

由表2可知，从糯高粱的净利润来看，与不施氮处理相比，各施氮处理呈现先增加后降低的趋势。其中，N240处理产值与净利润最高，分别为29 166.67和26 819.92元/hm2，增收5 489.33元/hm2；其次为N120处理，产值与净利润分别达27 633.33和25 808.58元/hm2，增收4 478.00元/hm2。N480处理仅增收578.67元/hm2，N600处理投入比产出多1 310.00元/hm2。从产投比来看，N120和N240都较高，分别达到2.45和2.34。可见，适宜的施氮量有利于增加高粱经济效益，120～240kg/hm2是糯高粱获得高产量、低成本、高效益的适宜施氮量。从氮平衡来看，N240基本满足氮素平衡，当施氮量＜240kg/hm2时，氮素平衡处于亏缺状态，当施氮量＞240kg/hm2时，氮素平衡则处于盈余状态，当氮素投入600kg/hm2时，氮素盈余422.98kg/hm2，说明过量的氮肥并不能被作物更多地吸收，不仅不利于高粱产量的提高，而且还会造成氮流失和氮素污染。

表2 不同施氮量下的糯高粱经济效益

各生产资料分别按高粱6.00元/kg，氮肥4.35元/kg，P2O5 9.37元/kg，K2O 8.00元/kg计算

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 糯高粱产出与氮肥施用量之间的关系

通过二次多项式和平方根模型拟合糯高粱产出对氮肥的反应（表3），可以看出，2种方法决定系数都较高，拟合度较好。二次多项式模型下的最佳施氮量为294.5kg/hm2，平方根模型下为252.6kg/hm2，平方根模型预测产量达到最大时施氮量更低。综合考虑肥料成本、产量和净利润后可得，净利润达到最大时，2种模型预测施氮量分别为168.2和132.7kg/hm2。

3 讨论

大量研究表明，增施氮肥可显著提高作物产量，一旦超过最适施氮量则产量下降[17,23-24]。氮素的少量投入可以改变土壤微环境，促进有机质分解，提高土壤养分含量[28]。过量氮肥投入可能导致作物早衰，不利于产量形成[25]。本研究显示，氮素的投入可以显著提高糯高粱的产量，但超过一定范围时产量下降，在施氮量360kg/hm2处理下糯高粱产量较N120和N240显著降低，说明氮素过量不利于糯高粱增产。王兴仁等[29]利用多种模型拟合作物产量与施氮量之间的关系，本试验利用二次多项式和平方根模型拟合糯高粱产出对氮肥的反应得出，在产量最大时，施氮量分别为294.5和252.6kg/hm2，在净利润最大时，施氮量分别为168.2和132.7kg/hm2，说明以产量为依据计算最佳施肥量要比实际效益计算偏高。本研究显示，二次多项式模型较平方根模型推荐施肥量偏高，与前人研究结果一致[30-31]。

表3 不同模型的决定系数（R2）、效应方程和最佳施氮量

“**”表示在0.01水平差异显著

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

作物生物量的累积与养分积累密切相关，养分积累是生物量累积的基础，也是作物产量形成的基础[32]。氮肥农学利用率、氮素表观回收率和氮肥偏生产力是用来表示氮肥利用率的常用定量指标，可从不同侧面描述作物对氮肥的利用效率[33]。据报道[34-35]，氮素表观回收率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力随施氮量增加而降低。本研究显示，随施氮量增加，糯高粱的氮素表观回收率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力和氮肥利用率都降低，N120处理的氮素表观回收率与氮肥利用率的差值为114.71%，而N240处理二者差值为57.36%，说明糯高粱按照120kg/hm2施入处于缺氮状态，而按照240kg/hm2施入则氮素过剩，过剩的氮肥占施氮量的42.64%。因此，综合考虑效益来推荐施肥量更接近实际生产。

Dobermann等[36]就粮食作物的养分利用效率作了综述，认为粮食作物氮肥效率目标值在下述范围内比较适宜，即氮肥偏生产力40～70kg/kg，氮肥农学效率10～30kg/kg，氮肥利用率30%～50%。在本试验条件下，只有在N120处理下氮肥利用率能够达到30%以上，其他2个指标都偏低，可能是本试验土壤肥力水平较高的原因，有机质含量达到了48.1g/kg。一般而言，高肥力土壤上得到高的肥料利用率和农学效率的几率较小[37]。总结国内外研究可以看出，改进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，水稻在良好的管理条件下的氮肥利用率可高达50%～80%[38]。所以，肥料利用效率的提高有很大的空间，具体的综合农艺管理还需进一步的研究。

4 结论

综合考虑产量、经济效益以及氮肥利用效率，施氮量120～240kg/hm2，在拔节期和开花后10d按6∶4施入是合理的。对于施氮期以及各时期适宜施氮量需进一步深入研究。

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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，研究方向为作物遗传改良与栽培生理调控研究，E-mail：gaojie396300520@163.com

彭秋为通信作者，主要从事高粱种质资源评价与遗传育种研究，E-mail：p5615@sina.com

贵州省科技支撑计划（黔科合支撑[2020]1Y053号）；农业农村部现代农业产业体系建设专项（CARS-06-13.5-B26）；贵州省科技计划项目（黔科合服企［2018］4005）；中央引导地方科技发展专项资金项目（黔科中引地［2018］4003）；贵州省科技计划项目（RCJD2018-14）

2020-07-10；

2020-10-27；

2021-06-25