“种、肥一体”模式下氮肥运筹对高粱种植效益的影响

郭立君，彭志红，郑建军，曾贤杰，尹颛斌，张 琳，杨 威

（1. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410126；2. 宁乡市农业技术推广中心，湖南 宁乡 410600）

高粱作为旱杂粮作物，既有粮食属性，又有经济作物属性。作为粮食作物，高粱是一种“粗粮”，其与“细粮”搭配，可改善膳食营养结构[1-2]；作为经济作物，高粱是重要的原料作物和饲料作物，尤其是糯高粱已成为名优白酒不可替代的优质原料。近年来，随着高粱需求量的不断增加，其种植面积不断增大，产量也不断提高[3-7]。湖南农村统计年鉴数据显示，2010年以来，湖南的高粱种植面积和总产量呈不断增长的态势，2010年种植面积和总产量分别为2 500 hm2和1.003万t[8]，而2011—2020年湖南高粱年平均种植面积和年平均总产量分别为6 590 hm2和2.540万t，比2010年分别增长163.6%和153.7%，尤其是2018和2019年，湖南高粱的种植面积均突破了10 000 hm2，总产量分别为3.64万和4.19万t[9-10]。

实施乡村振兴战略，产业兴旺是的基础。随着农业结构的调整和农业产业化的不断推进，我国人民生活水平日益提高，酿酒业、饲料工业、食品工业和生物质能源业的发展速度加快[11]。高粱作为杂粮、原料和饲料作物，需求量不断增加，其市场前景越来越好。湖南温光、水热资源丰富，适宜发展高粱产业[5,11-14]，同时，高粱具有耐旱耐瘠、适种性广的特点，发展高粱产业，优化粮食作物品种结构，不仅是助推乡村振兴的一条有效途径，也是巩固贫困地区脱贫攻坚成果的一项有力措施。

提升高粱种植的机械化水平，提高产量、经济效益以及肥料利用率，是促进高粱产业发展以及农民增产增收的有效保障[14-16]。肥料是促进农作物正常生长的重要物质基础[17]。周开芳等[18]研究表明，在氮、磷、钾3要素中，氮对高粱植株生长和籽粒形成的影响最大。为提升高粱种植机械化水平，提高肥料利用效率，笔者依托“种、肥一体”栽培技术，在等氮量的基础上，探讨了不同的基肥和追肥比例对高粱产量、经济效益和氮肥利用率的影响，以期探明高粱“种、肥一体”栽培模式的氮肥高效施用技术，为完善高粱“种、肥一体”高效栽培技术提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试地概况

试验在宁乡圆湖农机服务专业合作社进行，试验田土壤为红黄泥，肥力中等。试验前土壤基本性状如下：pH值（水）5.8，有机质27.1 g/kg，全氮1.58 g/kg，水解性氮193 mg/kg，有效磷23.9 mg/kg，速效钾87.7 mg/kg。

1.2 试验设计及田间管理

供试高粱品种为兴湘粱2号。试验采用随机区组设计，共设8个处理（表1），每个处理3次重复，小区面积30 m2（2 m×15 m）。2020年4月8日播种，采用直播方式，定苗密度为8 000株/667m2。施肥量纯N 10 kg/667m2，P2O54 kg/667m2，K2O 6 kg/667m2，磷、钾肥全部作基肥施用，氮肥分基肥和追肥按处理设计方案施用，基肥以养分40%的复合肥（N-P2O5-K2O=20-8-12）为主，磷和钾养分不足部分以单质肥补足，追肥为尿素。基肥（复合肥）采取种、肥一体方式在高粱直播时同步侧深施。第一次追肥（苗肥）在5月22日施用，第二次追肥（穗肥）在6月5日施用。播种后当天封闭除草，6叶期结合病虫防治除草1次，拔节期进行了第2次病虫防治，药剂均采用无人机喷施。7月20日收获。

表1 高粱氮肥基肥、追肥施用量 （kg/667m2）

1.3 测定项目与方法

1.3.1农艺性状和经济性状高粱收获前，测定株高，各小区选择有代表性一行连续测定20株并取其平均值；同时在各小区取有代表性的高粱穗10穗，带回室内考察穗部性状。

1.3.2高粱产量收获时，分小区单收单晒，测定各小区实际产量。

1.3.3植株氮含量及氮肥利用率高粱收获前，各小区取有代表性的植株10株带回室内，并取3株用于植株氮含量分析，其余的植株待秸秆风干后称重。用于氮含量分析的植株样品在105℃下杀青30 min，然后在60℃下烘干至恒重，粉碎过0.5 mm筛分析秸秆和籽粒氮含量。样品先用浓H2SO4-H2O2消煮，再用蒸馏定氮法测定氮含量，根据公式计算氮肥利用率和氮收获指数。

1.4 数据处理

试验数据采用DPS和Excel等软件分析处理。

2 结果与分析

2.1 氮肥不同基追比例对高粱生物性状和产量的影响

从表2可以看出，株高和穗长均随着基肥比例的增加而增加；株高以氮肥100%作基肥处理最高，平均为170.2 cm，比氮肥80%、60%、50%作基肥处理的高粱株高平均值分别增加1.9、4.0、5.8 cm，氮肥100%、80%、60%、50%作基肥处理之间株高差异达显著水平，氮肥基肥比例相同处理间株高无显著差异。穗长以氮肥100%作基肥处理最长，平均为28.6 cm，氮肥100%、80%作基肥处理的穗长无显著差异，其他处理的穗长变化规律与株高基本一致。单穗粒数以氮肥80%作基肥处理（T2和T3）的平均值最高，为2 577.0粒/穗，比氮肥100%（T1）、60%（T4和T5）、50%（T6和T7）作基肥处理的平均值分别增加111.8、137.5、348.0粒/穗，增幅分别为4.5%、5.6%、15.6%，单穗粒数随着氮肥基肥比例的降低呈显著下降趋势；氮肥100%作基肥处理的单穗粒数显著低于氮肥80%作基肥处理，可能是后期氮肥供应不足导致部分颖花退化而降低了单穗粒数；基肥比例相同的处理间单穗粒数无显著差异，但与追肥1次相比，追肥2次处理的单穗粒数均呈降低趋势。千粒重以氮肥80%作基肥处理（T2和T3）的平均值最高，为24.1 g，比氮肥100%（T1）、60%（T4和T5）、50%（T6和T7）作基肥处理的平均值分别增加0.4、0.3、0.6 g；基肥比例相同的处理间千粒重无显著差异，但与追肥1次相比，追肥2次处理的千粒重略有增加。实际产量以氮肥80%作基肥处理（T2和T3）的平均值最高，为454.4 kg/667m2，比氮肥100%（T1）、60%（T4和T5）、50%（T6和T7）作基肥处理的平均值分别增加29.4、26.2、72.0 kg/667m2，增幅分别为6.9%、6.1%、18.8%；基肥比例相同的处理间实际产量无显著差异，但追肥2次处理的实际产量较追肥1次处理的处理略有降低。综上所述，氮肥不同基追比例对高粱生长影响较大，以氮肥基肥比例为80%时高粱生长最好，产量最高。

表2 不同处理高粱的生物性状和产量

2.2 氮肥不同基追比例对高粱经济效益的影响

从表3可见，从氮肥基施比例来看，平均纯收入排列顺序为氮肥80%作基肥处理＞氮肥100%作基肥处理＞氮肥60%作基肥处理＞氮肥50%作基肥处理，氮肥80%作基肥处理（T2和T3）的平均纯收入为955.58元/667m2，比氮肥100%作基肥（T1）、氮肥60%作基肥（T4和T5）、氮肥50%作基肥（T6和T7）、不施氮肥处理（T8）的平均纯收入分别增加8.0%、11.1%、38.9%和214.0%；相同的基施比例条件下，与追肥2次相比，追肥1次处理的纯收入较高。净产投比以T2最高，为1.30∶1，不施氮肥处理（T8）最低，仅为0.47∶1，各处理的净产投比值由高到低排列依次为T2＞T1＞T3＞T4＞T5＞T6＞T7＞T8；净产投比随着氮肥基肥比例的降低呈下降趋势，T1处理尽管投入比T2低，但产量低于T2，导致净产投比低于T2，居第二位；相同的基施比例条件下，与追肥2次相比，追肥1次处理的净产投比值较大。总的来看，氮肥基肥比例越小，高粱经济效益越低。

表3 不同处理的经济效益

2.3 氮肥不同基追比例对氮肥利用率及收获指数的影响

从表4可知，氮肥利用率按高低排序依次为氮肥80%作基肥处理＞氮肥60%作基肥处理＞氮肥100%作基肥处理＞氮肥50%作基肥处理，氮肥80%作基肥处理（T2和T3）的平均氮肥利用率为47.21%，分别比氮肥60%作基肥处理（T4和T5）、氮肥100%作基肥处理（T1）、氮肥50%作基肥处理（T6和T7）的平均氮肥利用率提高9.1%、12.6%、36.5%。氮素收获指数以T8处理最高，分别比T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7处理提高5.84%、4.81%、5.80%、7.04%、7.66%、5.61%和4.54%，T1～T7处理间氮素收获指数差异不显著。相同的基施比例条件下，追肥1次处理的氮收获指数比追肥2次的更高（氮肥50%作基肥处理除外），而氮肥利用率则以追肥1次处理的较高。总的来看，氮肥基施比例越高，氮肥利用率越高（T1除外）；而施氮肥降低了氮素在籽粒中的分配比例。

表4 不同处理的氮肥利用率和收获指数 （%）

3 结论与讨论

氮肥运筹对作物产量影响较大，多数研究表明，在氮磷钾养分施用量相等的前提下，氮肥基施比例不同，会导致同一种作物产量出现较大差异。魏凤珍等[19]在安徽以重穗型品种矮早8和中间型品种周麦18为试验材料时研究发现，在同一施氮水平下，随着氮肥基施比例的增加，小麦产量呈逐渐降低趋势。耿建梅等[20]在华南通过盆栽试验研究了等氮量不同基追比例对小白菜产量的影响，发现小白菜产量以25%的氮肥作基肥的处理最高，全部作基肥处理的最低。余策金等[21]在江西开展的棉花氮肥基追比例试验结果表明，棉花产量随着氮肥基施比例的增加而呈逐渐下降的趋势。

氮肥对高粱植株生长和籽粒形成影响较大，科学运筹氮肥是获得高粱高产高效的关键措施。前人在不同施氮水平、不同氮磷钾养分配比等方面进行了大量的研究[18-19,22-25]，但在高粱“种、肥一体”栽培模式下，氮肥不同基追比例对高粱产量和氮肥利用率影响的报道较少。试验研究了氮肥不同基追比例对高粱株高、穗长等生物性状以及产量、效益等的影响，发现氮肥不同基施比例对高粱的单穗粒数、千粒重、实际产量影响较大，以氮肥80%作基肥、20%作追肥（追肥1次）的处理表现最好，随着氮肥基施比例的降低，高粱的单穗粒数、实际产量均呈显著下降趋势，这与郭立君等[5]、周开芳等[18]的研究结果是一致的。该研究结果还表明，在高粱“种、肥一体”栽培模式下，适当提高氮肥基施比例，有利于促进高粱植株生长，改善经济性状，提高产量。这与小麦、小白菜、棉花的氮肥基施比例对产量影响的结果不一致，其原因可能是不同作物的需氮高峰期不相同导致的。

氮肥100%作基肥处理简化了施肥环节，与其他处理相比，减少了肥料成本和施肥工资，总投入减少，但产量比T2低，导致纯收入和净产投比低于T2。因此，氮肥100%作基肥是否可行还有待进一步研究，可从施入方式和肥料种类等方面进一步探索，以提高肥料利用效率和产量。

氮肥基追比例对氮肥利用率的影响较大。在等量氮磷钾养分条件下，氮肥基肥比例≤80%时，基施比例越大其肥料利用率越高。氮肥基肥比例≥60%时，氮肥利用率高于40%；氮肥基肥比例为50%时，氮肥利用率低于40%。因此，为提高氮肥生产效率，高粱“种、肥一体”栽培的氮肥基施比例应控制在60%～80%，且追肥1次效果最佳。氮肥100%作基肥时，其肥料利用率比氮肥60%基施的处理低，其原因可能是高粱生长期间降水较多，氮肥作基肥一次施用，造成部分氮素养分流失，降低了氮肥利用率。

氮肥不同基追比例对氮肥收获指数没有显著影响，不施氮处理氮肥收获指数显著高于施氮肥处理，说明在氮素缺乏的情况下，高粱吸收的氮素更多地向籽粒分配，这与肖继兵等[26]的研究结果一致。

综上所述，在试验条件下，高粱“种、肥一体”栽培以氮肥80%基施、剩余20%1次性追施的产量、纯收入、净产投比、氮肥利用率最高，是高粱“种、肥一体”栽培的一种高效氮肥运筹模式。