不同氮濃度對(duì)高粱苗期生長(zhǎng)特性及土壤性質(zhì)的影響

刁銳琦+胡云

摘要：連續(xù)3年采用氮濃度的添加試驗(yàn)，研究了不同氮濃度[CK，0 g/（m2·年）；低氮LN，10 g/（m2·年）；中氮MN，20 g/（m2·年）；高氮HN，40 g/（m2·年）]對(duì)高粱[Sorghum bicolor （L.） Moench]苗期生長(zhǎng)特性及土壤性質(zhì)的影響。結(jié)果表明：（1）土壤含水量隨氮濃度的增加呈先增加后降低趨勢(shì)，土壤pH值隨氮濃度的增加呈先降低后增加趨勢(shì)，土壤電導(dǎo)率和全鹽含量隨氮濃度的增加呈增加趨勢(shì)；（2）土壤各養(yǎng)分含量隨氮素濃度的增加呈先增加后下降趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，說(shuō)明氮素能夠增加高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分含量，其中以中度水平的氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分含量增加效應(yīng)最為明顯；（3）高粱根區(qū)土壤微生物數(shù)量以細(xì)菌最多，其次是放線菌，真菌最少，土壤細(xì)菌數(shù)量在微生物總數(shù)中所占比例均在90%以上，氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤微生物數(shù)目的影響與土壤養(yǎng)分保持一致，通過(guò)進(jìn)一步的分析可知，氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤微生物數(shù)目的增加幅度明顯高于土壤養(yǎng)分，即土壤微生物數(shù)目對(duì)于不同氮濃度的敏感性高于土壤養(yǎng)分；（4）不同氮濃度處理下高粱株高、根長(zhǎng)、葉面積指數(shù)、比葉重、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量隨氮濃度的增加呈先增加后降低趨勢(shì)，以中水平氮濃度處理下高粱生長(zhǎng)各指標(biāo)達(dá)到最大；（5）不同氮濃度處理下高粱葉片葉綠素a和葉綠素b保持一致的變化規(guī)律，隨氮濃度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，葉片N含量和葉片P含量隨氮濃度的增加而增加；（6）不同氮濃度處理下高粱葉片粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分和無(wú)氮浸出物基本表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，局部有所波動(dòng)。綜上可知，氮濃度對(duì)高粱苗期的生長(zhǎng)及土壤性質(zhì)的發(fā)育起到了一定的促進(jìn)作用，但高濃度的氮濃度具有一定的抑制作用。

關(guān)鍵詞：氮濃度；高粱；生長(zhǎng)特性；土壤養(yǎng)分；土壤微生物；生理指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)： S154.3；S514.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號(hào)：1002-1302（2016）09-0108-06

高粱[Sorghum bicolor （L.） Moench]是我國(guó)重要的糧食作物之一，具有產(chǎn)量高、營(yíng)養(yǎng)豐富、耐旱、耐澇性強(qiáng)、生態(tài)適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，對(duì)我國(guó)糧食發(fā)展和新農(nóng)村建設(shè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[1-3]。高粱也是貴州省釀酒業(yè)的主要原料，對(duì)于調(diào)節(jié)氣候和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境具有重要意義，但在貴州種植業(yè)生產(chǎn)中屬小作物，所占比例較小，大多零星種植，成片集約化生產(chǎn)極少，并沒(méi)有形成高粱產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)[4-5]。

人類(lèi)活動(dòng)增加了全球大氣中含氮化合物和陸地生態(tài)系統(tǒng)固氮量，我國(guó)已成為全球第三大氮沉降區(qū)[6-7]。氮素是植物所需的基本元素之一，也是影響作物產(chǎn)量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本的重要因素[8-10]。施氮是調(diào)節(jié)和控制植物營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)平衡的一項(xiàng)重要措施，自然條件下不同氮濃度對(duì)植物生長(zhǎng)特性及土壤發(fā)育的影響顯得非常重要，不僅可以加深對(duì)其生理特性、生態(tài)適應(yīng)、生產(chǎn)潛能的系統(tǒng)認(rèn)識(shí)，而且可以為其高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供理論依據(jù)[11-12]。目前，許多研究者在水稻、小麥和玉米等作物上進(jìn)行了耐低氮品種的篩選等研究，有關(guān)高粱耐低氮方面的研究卻滯后于其他糧食作物[13-14]。鑒于此，本研究試圖在前人研究的基礎(chǔ)上，在全球變化的背景下，自然條件下連續(xù)3年進(jìn)行不同氮濃度控制試驗(yàn)，探討不同氮濃度對(duì)高粱苗期生長(zhǎng)特性及土壤性質(zhì)的影響，從生長(zhǎng)特性及土壤發(fā)育等方面揭示高粱對(duì)不同氮濃度的響應(yīng)機(jī)制，對(duì)指導(dǎo)高粱的生產(chǎn)和合理區(qū)劃布局具有很好的參考作用，也為其他地區(qū)高粱生產(chǎn)的發(fā)展提供了一定的借鑒作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

高粱在貴州省種植利用極為廣泛，呈點(diǎn)狀零星分布，從海拔300 m的東部地區(qū)到海拔2 400 m的西北部地區(qū)都有種植；在海拔800～1 500 m范圍內(nèi)種植點(diǎn)較為密集，隨著海拔的增高和降低，種植點(diǎn)逐漸減少。水平分布差異不大，山區(qū)、河谷多于平壩地，灌溉條件好的地區(qū)少于干旱較重地區(qū)，主產(chǎn)區(qū)黔北、黔中地區(qū)平均海拔1 000 m左右。供試高粱品種為“晉23”，由貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生產(chǎn)和提供，待高粱種子安全貯存半年度過(guò)休眠期，挑選籽粒飽滿、無(wú)病蟲(chóng)害、大小均勻、色澤一致的種子，75%乙醇消毒20～30 min，蒸餾水反復(fù)沖洗后4 ℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在貴州省黔東南州農(nóng)業(yè)科學(xué)院的農(nóng)業(yè)栽培試驗(yàn)田（107°16′48″E，25°07′32″N）進(jìn)行，該地屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，海拔679 m，年平均溫度15.6 ℃，年降水量1 120.5 mm，≥10 ℃的有效積溫為4 780 ℃，年日照時(shí)數(shù)為1 156.9 h，無(wú)霜期284 d。試驗(yàn)田平坦向陽(yáng)，排灌方便，肥力均勻，土壤為爛泥田，供試土壤質(zhì)地為壤質(zhì)黏土，其基本化學(xué)性質(zhì)如下：有機(jī)質(zhì)14.36 g/kg、全氮0.58 g/kg、全磷0.46 g/kg、全鉀14.97 g/kg、有效磷32.56 g/kg、有效氮19.57 g/kg、有效鉀24.21 g/kg、pH值7.08、EC值1.32。

1.3 試驗(yàn)設(shè)置

試驗(yàn)地土壤肥力及栽培管理模式基本一致，根據(jù)高粱基本生理特性和同類(lèi)不同氮濃度試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)不同氮濃度水平：低水平氮濃度（LN，10 g/（m2·年））、中水平氮濃度（MN，20 g/（m2·年））和高水平氮濃度[HN，30 g/（m2·年）]，以無(wú)氮為對(duì)照[CK，0 g/（m2·年）]。2012—2014年連續(xù)3年在試驗(yàn)田塊播前25 d深水層浸泡（4～5 cm），在播前10 d排干水，并在田間及田埂除草，然后進(jìn)行田塊翻犁、耙平，舊薄膜覆蓋田埂，規(guī)劃小區(qū)。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)（包括對(duì)照），設(shè)置12個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)5 m×5 m =25 m2，各小區(qū)間保留2 m 寬的緩沖帶，重復(fù)3次，每個(gè)小區(qū)間距30 cm，四周留1 m 以上保護(hù)行。每年的4月1日開(kāi)始整地，4月中旬穴播，株距15 cm，行距30 cm，每穴播種2～4粒，待種子發(fā)芽后（5月下旬）首次施氮，添加氮素為NH4NO3，將NH4NO3溶解于20 L自來(lái)水中均勻噴灑，對(duì)照組僅噴灑20 L自來(lái)水。每年的5月中旬測(cè)定高粱苗期生長(zhǎng)狀況及其根區(qū)土壤性質(zhì)，每次取樣分為2份，1份用塑封袋盛裝用于測(cè)定土壤含水量、理化性質(zhì)及養(yǎng)分各指標(biāo)，另1份迅速于4 ℃保溫箱保存，用于測(cè)定土壤微生物數(shù)目。

1.4 測(cè)定方法

1.4.1 高粱根區(qū)土壤性質(zhì)的測(cè)定 新鮮土樣采用烘干法測(cè)定土壤含水量以后，自然風(fēng)干（20 d）去除有機(jī)碎片后過(guò)2 mm篩，pH值采用電極電位法測(cè)定（土水比1 ∶5.0）；電導(dǎo)率采用P4多功能測(cè)定儀測(cè)定；全鹽采用質(zhì)量法測(cè)定；然后研磨過(guò)0.5 mm篩用于土壤養(yǎng)分測(cè)定。有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定；全磷采用NaOH堿溶-鉬銻抗比色法測(cè)定；有效磷采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；堿解氮采用NaOH-H3BO3法測(cè)定[15]。4 ℃保存的新鮮土樣采用平板梯度法稀釋?zhuān)渲屑?xì)菌培養(yǎng)基為牛肉膏蛋白胨瓊脂培養(yǎng)基，真菌培養(yǎng)基為馬丁氏培養(yǎng)基，放線菌培養(yǎng)基為高氏一號(hào)瓊脂培養(yǎng)基[16]。

1.4.2 高粱生長(zhǎng)特性的測(cè)定 （1）葉面積及比葉重。應(yīng)用數(shù)字圖像處理技術(shù)測(cè)定葉面積。比葉重（SLW）=單位面積葉干質(zhì)量/單位葉面積。

（2）株高。每個(gè)小區(qū)固定選取有代表性的植株10株，測(cè)定絕對(duì)高粱苗期高度（從地面至植株最高部位的高度）。

（3）根長(zhǎng)及生物量。通過(guò)人工壕溝挖掘法將單株高粱從土壤中挖取出來(lái)，將單珠地上與地下部分分開(kāi)，帶回實(shí)驗(yàn)室用1 mm篩網(wǎng)流水沖洗，用鑷子拉直兩端測(cè)定單株根系總長(zhǎng)度。本試驗(yàn)根長(zhǎng)與生物量均為篩選出的活根，待吸干根系水后，在STD 1600根系掃描儀下掃描，用WinRHIZO 3.1軟件計(jì)算高粱根系總根長(zhǎng)，然后在85 ℃烘干后測(cè)定其生物量干質(zhì)量。

（4）葉片營(yíng)養(yǎng)成分。高粱苗期留測(cè)樣品粉碎后進(jìn)行常規(guī)分析，測(cè)定高粱粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分含量[17-18]。

（5）葉片養(yǎng)分。采集高粱葉片，洗凈后于65 ℃烘箱烘干，粉碎后過(guò)1.5 mm篩，采用凱氏定氮法測(cè)定葉片全氮含量，采用釩鉬黃吸光光度法測(cè)定葉片全磷含量[19]。

（6）葉片葉綠素含量。隨機(jī)采摘10～15株高粱各部分葉片，除去葉脈研磨混合，以80%丙酮溶液浸提24 h，分光光度計(jì)下比色分析，計(jì)算出葉綠素a（Chla）、葉綠素b（Chlb）含量[19]。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2007和SPSS 21進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和相關(guān)分析，每個(gè)特征值用3年數(shù)據(jù)的“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示，單因素方差分析（One-Way ANOVA），處理間用Tukey法檢驗(yàn)差異顯著性（P<0.05），用Origin8.2軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮濃度對(duì)高粱土壤狀況的影響

2.1.1 不同氮濃度處理下高粱生長(zhǎng)環(huán)境因子 圖1顯示了不同氮濃度處理下高粱根區(qū)土壤溫度和相對(duì)濕度日變化趨勢(shì)。由圖1可知，一天中溫度隨時(shí)間變化呈單峰曲線，在15：00 溫度值達(dá)到最大，07：00和19：00溫度相對(duì)較低，09：00以后溫度急劇上升；相對(duì)濕度一天中隨時(shí)間呈“V”型變化規(guī)律，與溫度的變化趨勢(shì)相反，15：00達(dá)到最低值，07：00最高，07：00以后相對(duì)濕度急劇下降，15：00以后有上升的趨勢(shì)。

2.1.2 不同氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤理化狀況的影響 由圖2可知，土壤含水量隨氮濃度的增加呈先增加后降低趨勢(shì)，中度濃度水平達(dá)到最大，基本表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK；土壤pH值隨氮濃度的增加呈先降低后增大趨勢(shì)，中度氮濃度水平達(dá)到最低，基本表現(xiàn)為HN>CK>MN>LN；土壤電導(dǎo)率和全鹽含量隨氮濃度的增加而增大，基本表現(xiàn)為HN>MN>LN>CK；與對(duì)照相比，土壤含水量分別增加了14.71%、50.00%和25.49%，電導(dǎo)率分別增加了10.45%、32.84%和37.31%，全鹽含量分別增加了30.40%、98.40%和113.60%，土壤pH值分別降低了10.96%、16.44%、-7.52%。

2.1.3 不同氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分的影響 由表2可知，不同氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分具有較大影響，隨氮素濃度的增加土壤各養(yǎng)分平均含量呈先上升后下降趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，不同氮濃度處理下土壤養(yǎng)分指標(biāo)均與CK達(dá)到差異顯著水平（P<0.05），說(shuō)明不同氮濃度能夠增加高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分含量，其中以中度水平的氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分含量增加效應(yīng)最為明顯。綜合比較可知，不同氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分表現(xiàn)為增加的過(guò)程，與對(duì)照相比，不同氮濃度（LN、MN、HN）處理下土壤有機(jī)質(zhì)含量分別增加了36.68%、75.19%、41.07%；全氮含量分別增加了15.45%、60.98%、26.83%；全磷含量分別增加了4.08%、57.14%、15.31%；全鉀含量分別增加了55.85%、67.69%、8.64%；有效磷含量分別增加了14.76%、62.40%、49.58%；有效氮含量分別增加了10.19%、65.28%、47.69%；有效鉀含量分別增加了24.16%、72.75%、45.76%。

2.1.4 不同氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤微生物數(shù)量的影響 由圖3可知，土壤微生物數(shù)量以細(xì)菌最多，其次是放線菌，真菌最少，其中土壤細(xì)菌數(shù)量在微生物總數(shù)中所占比例均在90%以上。不同氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤微生物數(shù)目的影響與土壤養(yǎng)分保持一致，即隨氮素濃度的增加土壤微生物數(shù)目呈先上升后下降趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，說(shuō)明不同氮濃度能夠增加高粱根區(qū)土壤微生物數(shù)目，對(duì)土壤微生物數(shù)目具有顯著增加效應(yīng)，以中度水平的氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤微生物數(shù)目增加效應(yīng)最為明顯。與對(duì)照相比，不同氮濃度（LN、MN、HN）土壤細(xì)菌數(shù)目分別增加了36.76%、157.35%、88.24%；真菌數(shù)目分別增加了66.30%、157.61%、108.70%；放線菌數(shù)目分別增加了18.60%、160.47%、127.91%；微生物總數(shù)分別增加了44.00%、248.00%、116.00%。

2.2 不同氮濃度對(duì)高粱生長(zhǎng)特性的影響

2.2.1 不同氮濃度對(duì)高粱生長(zhǎng)指標(biāo)（單株）的影響 株高和根長(zhǎng)在一定程度上反映了高粱抗旱能力的強(qiáng)弱，干旱條件下根系越長(zhǎng)，說(shuō)明其抗旱能力越強(qiáng)。由表3可知，不同氮濃度處理的高粱株高、根長(zhǎng)、葉面積指數(shù)、比葉重、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均高于對(duì)照，其中高粱生長(zhǎng)各指標(biāo)大致表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，以中水平氮濃度處理下高粱生長(zhǎng)各指標(biāo)達(dá)到最大。

2.2.2 不同氮濃度對(duì)高粱葉綠素含量及氮、磷含量的影響 由圖4可知，不同氮濃度處理下高粱Chl a和Chl b保持一致的變化規(guī)律，隨氮濃度的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，均表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，各不同氮濃度處理下高粱Chl a和Chl b含量均高于對(duì)照，其中LN和HN處理下高粱Chl a和Chl b含量差異不顯著（P>0.05）；不同氮濃度處理下高粱葉片N含量和P含量隨氮濃度的增加，均表現(xiàn)為HN>MN>LN>CK，并且不同氮濃度處理下高粱葉片N含量顯著高于對(duì)照（P<0.05），LN和HN差異并不顯著（P>0.05），MN顯著高于其他處理的葉片N含量（P<0.05），而各不同氮濃度處理下高粱葉片P含量與對(duì)照沒(méi)有顯著差異（P>0.05）。與對(duì)照相比，不同水平氮濃度（LN、MN、HN）高粱Chl a含量分別增加了66.30%、157.61%、108.70%；Chl b含量分別增加了66.30%、157.61%、108.70%；葉片N含量分別增加了66.30%、157.61%、108.70%；葉片P含量分別增加了66.30%、157.61%、108.70%。

2.2.3 不同氮濃度對(duì)高粱葉片營(yíng)養(yǎng)成分的影響 由表4可知，不同氮濃度處理下高粱葉片粗蛋白含量變化范圍在8.16%～16.78%之間，粗脂肪含量變化范圍在5.14%～9.13% 之間，粗纖維含量變化范圍在31.42%～39.56%之間，粗灰分含量變化范圍在7.56%～12.38%之間，無(wú)氮浸出物含量變化范圍在51.23%～65.24%之間。不同氮濃度處理下高粱粗蛋白、粗脂肪、粗纖維、粗灰分和無(wú)氮浸出物含量基本表現(xiàn)為：HN>MN>LN>CK，局部有所波動(dòng)，其中以MN和HN處理下較高。與對(duì)照相比，LN、MN和HN處理下高粱粗蛋白含量分別增加了37.62%、105.64%和78.43%；粗脂肪含量分別增加了21.21%、77.63%和70.23%；粗纖維含量分別增加了3.63%、25.91%和21.61%；粗灰分含量分別增加了25.00%、63.76%和55.82%；無(wú)氮浸出物含量分別增加了10.83%、27.35%和20.59%。

3 討論與結(jié)論

3.1 不同氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤性質(zhì)的影響分析

本研究表明氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤理化性質(zhì)具有一定的影響，高粱根區(qū)微環(huán)境對(duì)于氮素的反應(yīng)較為敏感，土壤含水量受大氣降水、地表蒸發(fā)、植物吸收蒸騰及土壤特性等影響[20-21]，本研究的結(jié)果說(shuō)明了氮濃度在一定程度上增加了高粱根區(qū)土壤入滲和持水能力，增加了土壤含水量；整體來(lái)看，土壤pH值隨氮素濃度的增加呈先降低后增加趨勢(shì)，并且均小于對(duì)照，中度氮濃度水平最小，說(shuō)明氮濃度降低了高粱根區(qū)pH值，提高了根區(qū)土壤養(yǎng)分的溶解而提高土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)了高粱根系的大量生長(zhǎng)和繁殖，也有利于對(duì)土壤養(yǎng)分的有效吸收和利用；同時(shí)，氮濃度顯著影響了高粱根區(qū)土壤電導(dǎo)率和全鹽含量，土壤電導(dǎo)率和全鹽含量隨氮素濃度的增加呈逐漸增加趨勢(shì)，在高水平氮濃度下達(dá)到最大值，說(shuō)明不同氮濃度在一定程度上增加了高粱根區(qū)土壤可溶性離子數(shù)目，進(jìn)而增加了根區(qū)土壤電導(dǎo)率和全鹽含量。

高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分影響的過(guò)程較為復(fù)雜，受施氮量、頻率、方式、時(shí)間、土壤特性及環(huán)境因子等綜合影響[22-24]。本研究保證了相同的土壤基質(zhì)和環(huán)境條件，結(jié)果表明中水平氮濃度[20 g/（m2·年）]對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分各指標(biāo)的增加效應(yīng)達(dá)到最大，pH值也達(dá)到最低，促進(jìn)了根區(qū)土壤養(yǎng)分的吸收和利用，而高水平氮濃度則導(dǎo)致高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分的微弱減少，降低了土壤養(yǎng)分。不同氮濃度處理下高粱在生長(zhǎng)繁殖過(guò)程中，勢(shì)必會(huì)加大對(duì)土壤中有效養(yǎng)分的吸收利用，因此氮素添加越多，高粱對(duì)土壤有效養(yǎng)分的吸收越劇烈；但這種吸收作用在一定氮素控制范圍內(nèi)，高水平氮濃度[30 g/（m2·年）]可能會(huì)引起高粱營(yíng)養(yǎng)單一而生長(zhǎng)受阻，超出了高粱根區(qū)吸收養(yǎng)分的閾限，導(dǎo)致土壤養(yǎng)分及理化性狀開(kāi)始退化，造成其品質(zhì)的降低，也有可能造成試驗(yàn)區(qū)土壤氮素飽和，引起土壤酸化等多種負(fù)面效應(yīng)[25-27]。綜合來(lái)看，中水平氮濃度[20 g/（m2·年）]對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分影響最大。本研究表明，氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分具有較大影響，隨氮素濃度的增加土壤養(yǎng)分含量和微生物數(shù)目呈先上升后下降趨勢(shì)，總體表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，說(shuō)明氮素有利于高粱根區(qū)土壤系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和腐殖質(zhì)的形成等，促進(jìn)土壤有效養(yǎng)分的增加，其中以中度水平的氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分含量增加效應(yīng)最為明顯。這可能是由于高粱根區(qū)需要吸收較多的土壤養(yǎng)分以供生長(zhǎng)繁殖，從而導(dǎo)致高粱根區(qū)土壤養(yǎng)分明顯增加，同時(shí)，高粱根系產(chǎn)生一些有機(jī)分泌物和部分腐爛根系，增加土壤中的養(yǎng)分[25-27]。通過(guò)進(jìn)一步的分析可知，不同氮濃度對(duì)高粱根區(qū)土壤微生物數(shù)目的增加幅度明顯高于土壤養(yǎng)分，即土壤微生物數(shù)目對(duì)于不同氮濃度的敏感性高于土壤養(yǎng)分。

3.2 不同氮濃度對(duì)高粱生長(zhǎng)特性的影響分析

高粱生長(zhǎng)發(fā)育受葉片光合特性、生理代謝和光合產(chǎn)物代謝的共同影響。本研究中通過(guò)連續(xù)3年不同氮濃度處理的試驗(yàn)表明（表3），中水平氮濃度處理下高粱株高增長(zhǎng)較快，葉面積較大，根系發(fā)育較快；不同氮濃度處理下高粱株高、根長(zhǎng)、葉面積指數(shù)、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量均高于對(duì)照，大致表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，說(shuō)明氮素濃度的增加能夠促進(jìn)高粱的生長(zhǎng)。

氮素是高粱生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中必需元素，大量研究指出不同氮濃度可提高高粱葉片生理特性[8-10]。本研究結(jié)果表明，不同氮濃度處理下高粱Chl a和Chl b、葉片N和P含量均與對(duì)照達(dá)到顯著差異水平（P<0.05），說(shuō)明不同氮濃度能夠促進(jìn)高粱葉片葉綠素合成，葉綠素是光合作用的物質(zhì)基礎(chǔ)和光敏化劑，在光合作用過(guò)程中起著接受和轉(zhuǎn)換能量的作用，其含量的增加有助于光合作用的進(jìn)行[28-29]。本試驗(yàn)中不同氮濃度處理后高粱Chl a和Chl b含量增加可能是一種保護(hù)性反應(yīng)，增加捕光色素復(fù)合體中天線色素的比例，促進(jìn)對(duì)光能的吸收與轉(zhuǎn)化能力，為光合補(bǔ)償生長(zhǎng)提供物質(zhì)和能量基礎(chǔ)，也增強(qiáng)對(duì)弱光的利用率，這與前人的研究結(jié)果一致[13-14]，同時(shí)也說(shuō)明了高粱能夠在光照不足的情況下增加對(duì)光能的利用效率，這可能與高粱自身的抗逆性和生理生化特性的差異有關(guān)，而高水平氮濃度可能會(huì)造成高粱葉綠素含量降低等，從而影響了生育后期物質(zhì)合成能力[28-29]。通過(guò)測(cè)定葉片N和P含量可知，不同氮濃度處理下高粱葉片N和P含量均顯著高于對(duì)照（P<0.05），隨氮濃度的增加均表現(xiàn)為MN>HN>LN>CK，表明氮素在一定程度上能夠增加葉片N和P含量，當(dāng)?shù)剡_(dá)到一定濃度后，對(duì)葉片N和P含量有抑制作用。

本研究發(fā)現(xiàn)氮素能夠改善高粱葉片的品質(zhì)和提高飼用價(jià)值，不同氮濃度處理下高粱光合指標(biāo)差異較明顯，隨著氮素的增加高粱產(chǎn)量及品質(zhì)有著明顯的提高，綜合比較可知，以中水平氮濃度處理下高粱產(chǎn)量和品質(zhì)最高，而高水平氮濃度可能導(dǎo)致高粱自身碳、氮代謝的失衡，中水平的氮濃度可通過(guò)促進(jìn)氮代謝的能力而促進(jìn)物質(zhì)的合成與積累。

4 小結(jié)

高粱在生長(zhǎng)過(guò)程中需要大量營(yíng)養(yǎng)元素，僅靠土壤提供是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的輸入，長(zhǎng)期以來(lái)普遍認(rèn)為高粱不需施肥，然而本試驗(yàn)表明，氮素在一定程度上能夠改善高粱生長(zhǎng)特性和根區(qū)土壤結(jié)構(gòu)，通過(guò)增加土壤通氣透水性，提高土壤的穩(wěn)定入滲能力和土壤養(yǎng)分含量，從而改變其生長(zhǎng)特性，與大部分學(xué)者的研究結(jié)果一致[13-14]。但僅僅施用氮肥可能導(dǎo)致高粱土壤養(yǎng)分失衡和生長(zhǎng)受限，關(guān)于其內(nèi)在作用機(jī)制還不清楚，因此，合理施用氮肥并添加其他元素保證土壤養(yǎng)分平衡、調(diào)節(jié)生長(zhǎng)代謝是未來(lái)的研究重點(diǎn)。

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