不同氮素水平對谷子農藝性狀和氮素利用效率的影響

張 姼， 柴曉嬌， 沈軼男， 付 穎， 白曉雷， 王顯瑞

(內蒙古赤峰市農牧科學研究所，內蒙古赤峰 024031)

谷子(Beauv.)屬禾本科，是北方地區重要的旱地糧食作物，具有用途廣泛、適應性強、抗逆性強的特點，也是內蒙古自治區赤峰市第一大特色雜糧。隨著谷子生產地位的不斷提高，進一步提高產量成為產業發展的主要因素之一。農戶傳統生產中普遍依靠大量追肥求得高產，但現實情況下常規追施尿素已經無法進一步提高谷子產量，且氮肥投入過多導致倒伏風險增加，過量施氮還會導致土壤酸化和有機氮的溶解，造成土壤板結和環境問題。因此，如何在改善濫用化肥、減輕環境污染的情況下，提高水肥利用效率同時提高作物產量，協調解決作物高產與環境保護的問題十分必要。生物菌劑是生產上已經被認可的新型肥料，研究結果表明，多種作物生產上施用微生物菌劑，不僅能夠提高產量、改善品質，同時還能改良土壤理化性狀、減少環境污染。相關研究表明，谷子施用微生物菌劑，能顯著提高產量，有效改善谷子農藝性狀，增加葉面積，提高光合效率，有利于干物質積累。水溶肥能夠實現水肥一體化，應用前景廣闊，但水溶肥在谷子的應用鮮有報道。關于二者配施，前人的研究主要集中在對作物病害防控方面，對水溶肥配施微生物菌劑對谷子農藝性狀及氮素利用方面的研究尚少，無相關理論為實際生產指導。本試驗通過微生物菌劑肥配施水溶肥處理，研究不同處理對谷子主要農藝性狀及產量和氮素利用特性的影響，以期明確水溶肥與微生物菌劑的最佳配施方式，為大力發展谷子生產提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本地區主推抗除草劑谷子品種赤優金苗1號。肥料采用水溶肥[氮(N)≥15%，磷(PO)≥5%，鉀(KO)≥16%]，微生物菌劑(有效活菌數≥2.0億/g)。

1.2 試驗地概況

試驗于2020年在內蒙古赤峰市喀喇沁旗西橋鎮赤峰市農牧科學研究所試驗地進行，該地海拔545 m，119°6′24″E，41°51′40″N，平均氣溫8 ℃，降水主要集中在6—8月，雨熱同季，年平均降水量 500 mm，屬于溫帶半干旱大陸性季風氣候區。試驗地前茬作物為玉米，全氮含量0.70 g/kg、速效氮含量52.5 mg/kg、速效磷含量17.5 mg/kg、速效鉀含量95.0 mg/kg、有機質含量13.1 g/kg、pH值7.9。

1.3 試驗設計

采用隨機區組排列設計，共11個處理，3次重復，小區面積30 m，種植密度為37.5萬株/hm，行距為0.5 m，周圍設置1 m保護行，采用淺埋滴灌大小壟種植模式，大壟寬60 cm，小壟寬40 cm，在小壟開溝，將滴灌帶埋入溝下2～4 cm土層，將滴灌帶與地上支管連接，前期不施肥，拔節期施肥，試驗處理及肥料用量見表1。

表1 試驗處理編號和肥料用量

1.4 調查項目及測定方法

1.4.1 主要農藝性狀調查 選取每小區長勢基本一致的5株植株進行標記，在不同生長發育階段觀察記載株高；記載出苗期、抽穗期、成熟期；成熟時，室內測定穗長、穗粒質量、千粒質量等；小區實收測產。

1.4.2 干物質積累動態變化的測定 拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟期，每個小區隨機取代表性植株5株，取地上部分洗干凈，105 ℃下殺青30 min，然后在80 ℃下烘48 h至恒質量稱質量。

1.5 數據處理及分析

主要計算公式：

氮素農藝效率(kg/kg)=(施氮區處理干物質積累量-施氮區對照干物質積累量)/施氮量；

氮肥農學利用率(kg/kg)=(施氮區處理產量-不施氮區對照產量)/施氮量；

氮肥偏生產力(kg/kg)=施氮區產量/施氮量。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對谷子生育期的影響

T5處理谷子抽穗到成熟的天數最少，比CK1少3 d，比CK2少0.4 d，比其他處理少0.7～2.7 d。所有處理谷子的生育期在115.0～120.7 d之間，T8、T9、T1處理為120 d左右，與CK1差異不顯著，顯著大于CK2和其他處理。分析結果表明施氮量過低和過高均表現出抽穗至成熟天數增加，生育期偏長(表2)。

表2 不同處理生育期比較

2.2 不同施肥處理對谷子株高的影響

從圖1可以看出，不同處理在不同生長時期的株高表現不同，施肥處理各時期均顯著高于CK1。其中，T5、T6處理與CK2差異顯著，T5、T6處理的株高拔節期增加1.1～1.2 cm，抽穗期增加2.4 cm，成熟期增加2.2～2.3 cm。

2.3 不同施肥處理對谷子主要農藝性狀的影響

從圖2可以看出，所有處理穗長均顯著高于CK1，T3與T6差異顯著，其余各處理間無顯著差異。從圖3可以看出，隨著水溶肥用量增加，穗粒質量上升達峰值后不再增加，T5、T6處理顯著高于CK1和CK2，其中T5處理比CK1、CK2增加17.98%、6.06%，T1、T2、T3處理顯著低于CK2。

從圖4可以看出，T5、T6處理千粒質量顯著高于CK1，其他不同處理間差異不顯著。

2.4 不同施肥處理對谷子產量的影響

從圖5可以看出，所有施肥處理均顯著高于CK1，同時T5、T6、T8、T9處理顯著高于CK2，其他各處理產量均低于CK2。 其中，T5處理比CK1增加29.45%，比CK2增加10.11%，比其他各處理產量增加0.30%～18.24%。隨著水溶肥用量的增加，產量達到峰值后不再增加。

2.5 不同施肥處理對谷子干物質質量的影響

從表3可以看出，同一水溶肥處理，隨著微生物菌劑的增加，谷子各時期干物質質量顯著增加至極值后不再變化，拔節期至抽穗期、抽穗期至灌漿期、灌漿期至成熟期3個時期干物質質量的增加逐漸降低。其中，T5、T6、T8、T9處理顯著高于CK1，T6處理在拔節期到抽穗期增加最多，為19.96 g，比T5、T6、T9處理增加2.15%～15.78%；T8處理在抽穗期至灌漿期干物質質量增加最多，為16.93 g，比T5、T8、T9處理增加5.14%～29.71%；T5處理在灌漿期至成熟期干物質質量增加最多，為6.34 g，比T6、T8、T9處理增加38.49%～76.34%。

表3 不同施肥處理下谷子不同生育時期干物質質量比較

2.6 不同施肥處理的氮肥利用率分析

從表4可以看出，隨著水溶肥的增加，氮素農藝效率呈拋物線型，其中T5處理與CK2的差異達極顯著水平；表明過量的氮素會使干物質質量下降；同一水溶肥處理，氮肥農學利用率隨著微生物菌劑的增加而提高，其中，T5、T6、T8處理與CK2的差異達到極顯著水平，說明微生物菌劑促進了氮素的吸收；同一微生物菌劑處理，氮肥偏生產力隨著水溶肥的增加而降低，T1、T2、T4、T5、T7處理均顯著高于CK2，T8、T9處理顯著低于CK2。結合產量結果，T5處理的氮肥利用效率最高。

表4 不同施肥處理下谷子氮肥利用率等相關指標方差分析

3 討論與結論

3.1 不同施肥處理對谷子主要農藝性狀及產量的影響

不同處理對谷子生育期的各階段均產生影響，本試驗結果表明，施N量過大或過小均表現為生育期延長，氮素過多導致貪青晚熟，氮素過少導致養分匱乏，營養生長的時間擠占了生殖生長導致生長期延長、抽穗晚、結實率低。

水溶肥≥75 kg/hm+微生物菌劑≥150 kg/hm時，谷子從拔節期至成熟期株高高于對照，說明在這2個施肥限值以下株高無變化，超過限值株高增高，株高前值范圍內株高越高，產量越高。株高可以代表一定程度上谷子營養生長狀況的優劣，通過合理施肥以及采取一定的栽培管理措施達到合適土壤營養環境可以保證谷子在生殖生長時提供足夠的營養物質。株高維持在合理的范圍內，保證源、庫、流的協調。

本試驗中，施肥處理穗長均大于不施肥處理，與常規處理差異不顯著，不施肥的土壤環境會明顯影響穗長發育。同一微生物菌劑處理，隨著水溶肥的增加，穗粒質量、產量上升達峰值后不再顯著增長，各處理千粒質量和穗長差異不顯著。這是因為穗粒質量對土壤營養環境的變化較為敏感，直接體現與產量的聯動；千粒質量受品種特性影響較大，對環境變化不敏感，與相關的研究結果一致。

植物對土壤營養的吸收利用呈拋物線狀，隨著營養成分的豐富，產量隨之上升至限值后不再增加，其中，施用75 kg/hm水溶肥和150 kg/hm微生物菌劑產量最高，為6 304.5 kg/hm，比不追肥增產29.45%，比常規追肥增產10.11%。在保證產量的前提下，合理適量施肥是避免過度施肥的最佳途徑，微生物菌劑中的有效活菌提高了土壤的生物活性以及根系的活力，二者配施，減少了水溶肥的用量，同時提高了谷子的產量。

3.2 不同施肥處理對谷子干物質質量和氮素利用的影響

氮肥是作物需求最多的營養元素。研究表明，氮肥過量時，葉綠素含量增加從而貪青晚熟，不利于產量增加。適量氮素對作物鮮干質量以及產量和品質都有顯著影響，相同肥力不同處理下，土壤供氮量、氮肥利用率以及小麥吸氮量隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢。本試驗結果表明，同一水溶肥處理，隨著微生物菌劑的增加，谷子各生育時期干物質質量顯著增加至極值后不再變化，過量氮素不再使干物質增加；氮素農藝效率呈拋物線形，氮肥農學利用率隨著微生物菌劑的增加而增大，氮肥偏生產力隨著水溶肥的增加而降低。研究結果表明，施用75 kg/hm水溶肥配施微生物菌劑150 kg/hm時，氮肥利用效率最高，且顯著高于常規施肥，均有利于提高谷子整個生長期干物質質量；前期生長旺盛、干物質積累多，后期分配到籽粒的干物質比例較高，與古世祿等的研究結果一致。

內蒙古東部≥10 ℃有效積溫2 600 ℃以上的干旱半干旱地區種植谷子，5月下旬采用淺埋滴灌大小壟方式，密度37.5萬株/hm，拔節后7～10 d配施75 kg/hm水溶肥和150 kg/hm微生物菌劑，生育期適中，株高合理，穗粒數增加明顯，氮素利用效率最高，谷子增產明顯，較常規施肥增產6.6%～10.11%，可減少氮肥使用量150 kg/hm。