施氮量對釀造高粱產量和氮素利用率的影響

梁曉紅，劉 靜，曹 雄

(山西省農業(yè)科學院 經濟作物研究所，山西 汾陽 032200)

施氮量對釀造高粱產量和氮素利用率的影響

梁曉紅，劉 靜，曹 雄

(山西省農業(yè)科學院 經濟作物研究所，山西 汾陽 032200)

為了實現(xiàn)釀造高粱氮肥合理高效利用，以晉雜22號為試驗品種，研究了6種氮肥施用量(0，75，150，225，300，450 kg/hm2)對釀造高粱產量和氮素利用率的影響。結果表明，在施氮0～450 kg/hm2，施用氮肥有效地增加了高粱產量和凈利潤，但隨著施氮量的增加產量先升高后降低，其關系可表示為y=-0.037x2+17.759x+5 874.41(R2=0.878 1)。隨著施氮量的增加高粱氮肥偏生產力和氮肥利用率顯著降低；氮素吸收效率逐漸降低；氮素利用效率大體呈下降趨勢；當施氮量為225 kg/hm2時，高粱產量、凈利潤最大，極顯著高于不施氮處理，增產率達37.64%；氮肥農學利用率和氮肥偏生產力分別為9.96，36.42 kg/kg，氮肥利用率可達到38.70%，且氮平衡為3.07，大體上滿足氮素平衡。綜合分析各項指標，施氮量為225 kg/hm2是釀造高粱晉雜22號實現(xiàn)高產、高效益、較高氮肥利用率的適宜氮量。

釀造高粱；施氮量；產量；氮素利用率

高粱(SorghumbicolorL.Moench)屬于C4作物，其具有光合效率高、生理優(yōu)勢強、抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄的特性，因而，其在農業(yè)生產中占有重要的地位，是世界第五大谷類作物，其產量僅次于玉米、小麥、水稻和大麥，名列第五[1-2]。高粱主要用于食用、釀造、飼料和工業(yè)加工等，目前，我國生產的高粱2/3用來釀酒，高粱在釀制品中所起的質佳、味美的獨特作用是玉米和其他原料所不能替代的，為我國釀造工業(yè)的重要原料[3]。釀造高粱專用品種以晉雜、遼粘、吉雜、龍雜、滬糯為代表，晉雜系列是山西省主要的釀造高粱品種。

氮肥是農業(yè)生產中需要量最大的化肥品種，它是影響作物生長發(fā)育和產量最敏感的因素之一[4-5]，氮肥施用過少或過多都會限制作物產量，影響氮肥的利用率。目前，我國的氮肥用量約占全世界氮肥總用量的1/3，但當季利用率僅為30%～35%，低于發(fā)達國家近20個百分點，氮肥利用率低下[5]。在釀酒高粱種植實踐中，人們?yōu)榱俗非蟾弋a往往過度施用氮肥，不僅導致氮肥利用率低、養(yǎng)分資源浪費、生產成本增加，而且造成諸多環(huán)境問題，土壤結構被破壞。因此，如何合理施用氮肥是高粱高產、高效栽培的重要措施。有關氮肥對高粱生長發(fā)育[6-7]、經濟效益[8-9]、產量[4，10-16]的影響研究甚多，有研究表明，氮肥的施用有利于產量的提高，且在一定氮肥用量范圍內，高粱籽粒產量隨著氮肥用量的增加而提高，超過這個水平，產量不再增加[11-14]。氮肥施用對玉米、小麥等禾谷類作物籽粒產量及氮素利用率的研究較多[17-22]，但在高粱上的研究甚少，楊婷婷等[23]對牧草高粱氮肥利用率的研究表明，隨著施氮量的提高氮肥利用率逐漸降低。

本試驗以山西省汾陽地區(qū)主要種植的釀造高粱品種晉雜22號為材料，通過研究不同氮肥施用量對釀造高粱生長、產量及氮肥利用率的影響，旨在尋求適宜該地區(qū)高粱種植的適宜氮量，為該地區(qū)釀造高粱氮肥合理、高效施用提供依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試釀造高粱晉雜22號，由山西省農業(yè)科學院高粱研究所提供。

1.2 試驗設計

試驗于2014年在山西省農業(yè)科學院經濟作物研究所高粱試驗田進行，供試土壤基本理化性質如表1所示。試驗共設6個氮肥處理：N0、N75、N150、N225、N300、N450(下標表示純氮用量，單位為kg/hm2)，氮肥為長效尿素，磷肥為過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀(各處理均施用P2O575 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2)。試驗小區(qū)面積為30 m2，小區(qū)長6 m，寬5 m，密度9萬株/hm2，3次重復，完全隨機區(qū)組排列，正常田間管理，成熟期去除兩邊行收獲計產。

表1 供試土壤基本理化性狀

1.3 測定項目及方法

成熟期在每個小區(qū)選擇具有代表性的植株10株，用卷尺測定其株高，用游標卡尺測定植株基部莖粗，用卷尺測量最大葉片的葉長和葉寬(單株最大葉面積=葉長×葉寬×0.75)。

成熟期實收測產，并選取有代表性的植株5株進行室內考種，測定穗長、穗粒質量、千粒質量；植株風干后測定其干物質量，并將秸稈、籽粒粉碎后保存，測定其含氮量。

氮素吸收利用相關指標計算參照文獻[18-22，24]進行。氮肥偏生產力(NPFP，kg/kg)=施氮區(qū)籽粒產量/施氮量；氮肥農學利用率(NAE，kg/kg)=(施氮區(qū)籽粒產量-無氮區(qū)籽粒產量)/施氮量；氮收獲指數(Nitrogen harvest index，NHI，%)=籽粒吸氮量/總吸氮量×100%；氮平衡=氮投入量-氮吸收量；氮肥利用率(Recovery of N fertilizer，RNF，%)=(施氮區(qū)地上部吸氮量-無氮區(qū)地上部吸氮量)/施氮量×100%；氮素吸收效率(Nitrogen uptake efficiency，NUPE，kg/kg)=植株吸氮量/施氮量；氮素利用效率(Nitrogen use efficiency，NUE，kg/kg)=籽粒產量/植株吸氮量。

1.4 數據分析

數據統(tǒng)計分析、圖表制作應用Microsoft Excel 2003和SPSS 18.0軟件完成，用LSD最小顯著差數法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 施氮量對高粱農藝性狀的影響

施用氮肥對高粱生長具有一定的促進作用。由表2可知，施氮處理高粱莖粗、 穗長、 最大葉面積、穗粒質量都高于不施氮處理，但高粱莖粗、穗長各處理間差異不顯著；與不施氮處理相比，施氮極顯著增加了高粱的最大葉面積，增加幅度為9.46%～12.93%；N300、N450處理穗粒質量顯著高于N0，但各施氮量處理間差異不顯著；施用氮肥對高粱株高、千粒質量的增加效果不明顯。由此可見，與不施氮相比，增施氮肥對高粱最大葉面積、穗粒質量影響較大。

表2 不同氮肥施用量對高粱農藝性狀的影響

注：同列不同小寫字母表示在0.05水平顯著，同列不同大寫字母表示在0.01水平顯著。表3-4同。

Note：Within the same column，different lowercase letters are significant at 0.05 level and different capital letters are significant at 0.01 level.The same as Tab.3-4.

2.2 施氮量對高粱產量、 經濟效益、 農學效率的影響

由表3可知，與不施氮處理相比，施用氮肥有效地增加了高粱產量，且隨著施氮量的增加高粱產量呈先升高后降低的趨勢，增加幅度為733.33～2 241.12 kg/hm2，增產率為12.32%～37.64%；在施氮0～450 kg/hm2，N225處理高粱產量最大，為8 195.60 kg/hm2，比不施肥處理增產37.64%，其次為N150處理，高粱產量為7 991.15 kg/hm2，比不施肥處理增產34.20%。方差分析結果表明，N150、N225高粱產量極顯著高于N0、N75，N300、N450處理極顯著高于N0處理，N75處理產量與N0處理間差異不顯著。表明增施一定量氮肥能顯著增加高粱產量，但產量增加與施氮量不呈直線相關關系(圖1)，經濟產量與不同氮肥施用量之間的關系可表示為y=-0.037x2+17.759x+5 874.41(R2=0.878 1)；當施氮量>225 kg/hm2，高粱產量出現(xiàn)下降，說明過多地施用氮肥，并不能被作物籽粒充分吸收利用，從而提高產量。

圖1 不同施氮量對高粱產量的影響

從凈利潤來看(表3)，與不施氮處理相比，各施肥處理高粱凈利潤都有所增加。其中，N225處理每公頃凈利潤最高，為22 531.05 元/hm2，增收率為33.45%，其次為處理N150，凈利潤為22 276.20 元/hm2，增收率為31.94%；當施用氮肥450 kg/hm2時，增收率僅為14.51%，僅高于不施氮處理和N75處理?？梢?，適宜的施氮量有利于增加高粱效益，施肥不足或過量，均不能帶來高收益，施氮量150～225 kg/hm2是高粱獲得高產量、低成本、高效益的適宜施氮量。

表3 不同氮肥施用量對高粱產量、 經濟效益、 氮肥農學利用率、 氮肥偏生產力的影響

注：各生產資料每千克分別按高粱3.00元，氮肥4.78元，P2O55.42元，K2O 7.65元計算。 Note：The production materials are calculated as 3.00 yuan/kg of sorghum，4.78 yuan/kg N fertilizer，5.42 yuan/kg of P2O5and 7.65 yuan/kg of K2O.

氮肥農學利用率和氮肥偏生產力是用來表示氮肥利用率的常用定量指標。由表3可知，氮肥農學利用率隨著施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢。其中，N150處理氮肥農學利用率最高，為13.58 kg/kg，高產量、高效益N225處理農學利用率為9.96 kg/kg；當施氮量≥300 kg/hm2時，氮肥農學利用率低于5 kg/kg，極顯著低于N150處理。氮肥偏生產力隨著施氮量的增加顯著降低，當施氮量≥300 kg/hm2，氮肥的偏生產力顯著低于其他處理，N75處理氮肥偏生產力最大，但產量、產值極顯著低于N150、N225處理。高產量、高效益N150、N225處理氮肥偏生產力分別為53.27，36.42 kg/kg，居第二、第三；可見，高施氮量的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力普遍較低，施氮量為150～225 kg/hm2處理在保證高粱高產的前提下有利于提高氮素利用效率，可減輕氮素污染。

綜合考慮高粱產量、凈收益、氮肥農學利用率、氮肥偏生產力可知，施氮量150，225 kg/hm2處理是高粱獲得高產、高效益、較高氮素利用率的適宜施氮量；當施氮量≥300 kg/hm2或施氮量≤75 kg/hm2時，不利于高粱產量的提高，也不利于氮素利用率的提高。

2.3 施氮量對高粱氮素養(yǎng)分吸收，氮肥利用率的影響

由表4可知，與不施氮處理相比，增施氮肥增加了高粱籽粒、秸稈的含氮量和氮吸收量，但隨著施氮量的增加高粱籽粒、秸稈的含氮量和氮吸收量增加不明顯。高產量、高收益N225處理和N150處理籽粒氮吸收量比不施氮肥處理分別增加了49.76，52.55 kg/hm2，增加率為79.59%，84.05%，秸稈氮吸收量比不施氮肥處理分別增加了37.32，15.55 kg/hm2，增加率為51.60%，21.50%?？梢?，氮肥籽粒氮吸收量增加遠大于秸稈，說明增施氮肥更有利籽粒的發(fā)育，利于高粱產量的提高。

表4 不同氮肥施用量對高粱氮素吸收利用率、氮肥利用率的影響

氮吸收總量是指地上部分籽粒和秸稈中氮的總量，不包括植株根系中的氮。從施氮量對氮吸收總量影響可以看出，隨著施氮量的增加氮吸收總量大體呈增加趨勢，但當施氮量超過225 kg/hm2時，氮吸收總量增加減緩，甚至下降。與不施氮處理相比，N150、N225處理氮吸收總量增加率分別為50.50%，64.58%，而N300、N450處理增加率分別為47.09%，65.45%。可見，高施氮量植株氮總吸收量并不能顯著增加，過量施用氮肥并不能使植株更多地吸收，而是導致了更多的氮流失。

就氮收獲指數而言，施氮處理較不施氮處理都有所提高，其中，N150處理氮收獲指數最高，為56.70%。從氮平衡來看，高產量、高效益N225處理大體上滿足氮素平衡，當施氮量<225 kg/hm2時，氮素平衡處于虧損狀態(tài)；當施氮量>225 kg/hm2時，氮素平衡則處于盈余狀態(tài)；當施氮量為450 kg/hm2時，氮素平衡盈余226.89 kg/hm2。

氮肥利用率、氮素利用效率和氮素吸收效率3個指標從不同側面反映了施入的氮肥被作物吸收利用的效率。由表4可知，隨著施氮量的增加氮肥利用率顯著降低，N75處理氮肥利用率最高，達86.12%，但此施氮處理產量、 收益、 氮收獲指數都較低，氮平衡也虧缺嚴重；高產量、 高效益N150、N225處理的氮肥利用率分別為45.40%，38.70%，處于較高水平。隨著施氮量增加氮素吸收效率逐漸降低，而氮素利用效率大體上也呈下降的趨勢。進一步說明，過量的氮肥并不能使作物更多地吸收，合適的施氮量才是作物獲得高產、 高效益、較高氮肥利用率的關鍵。

綜合以上分析，N225處理可以實現(xiàn)高產、高效益以及較高的氮肥利用率，且氮素平衡。因此，在本試驗條件下，每公頃施用225 kg氮肥較為適宜。

3 結論與討論

本試驗研究結果表明，在配施磷肥、鉀肥的基礎上，施用氮肥對高粱生長有一定促進作用，但各施氮量對高粱農藝性狀、千粒質量影響不明顯。各處理間高粱莖粗、穗長、千粒質量差異不顯著。與不施氮處理相比，施氮極顯著增加了高粱的最大葉面積，高施氮量(施氮≥300 kg/hm2)顯著增加了高粱穗粒質量；但不同施氮量處理間最大葉面積、穗粒質量差異不顯著。

與不施氮處理相比，施用氮肥有效地增加了高粱產量；高施氮量(施氮≥300 kg/hm2)的氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均較低。隨著施氮量的增加，高粱產量、氮肥農學利用率先升高后降低；氮肥偏生產力和氮肥利用率顯著降低；氮吸收總量大體呈增加趨勢；氮素吸收效率逐漸降低；氮素利用效率大體呈下降趨勢。高粱產量與不同施氮量之間關系可表示為y=-0.037x2+17.759x+5 874.41(R2=0.878 1)。

綜合考慮高粱產量、氮肥農學利用率、氮肥偏生產力、氮肥利用率、氮素吸收利用效率和氮平衡各項指標，在本試驗條件下，施氮225 kg/hm2是釀造高粱晉雜22號實現(xiàn)高產、高效益、較高氮肥利用率且達到氮平衡的適宜氮量。

在本試驗中，施用氮肥有效地增加了高粱產量，隨著施氮量的增加高粱產量先升高后降低，當施氮量超過225 kg/hm2時，高粱產量出現(xiàn)下降，這與尹新華等[11]、辛宗緒等[12]的研究結果相一致。大田高粱籽粒產量的形成是穗數、穗粒質量和千粒質量共同作用的結果。本試驗中，各施肥處理間高粱千粒質量差異不顯著，與不施氮處理相比，高施氮量(施氮量≥300 kg/hm2)顯著增加高粱穗粒質量，施氮75～450 kg/hm2內高粱穗粒質量差異也不顯著。但是，高粱產量隨著氮肥用量的增加先升高后降低，產量高的穗粒質量和千粒質量并不高，說明高粱增產的主要原因是有效穗數的增加。但是，隨著施氮量的增加，高粱后期有效穗數的形成并未增加，這可能是由于過量施用氮肥造成了高粱營養(yǎng)生長的延長，不利于高粱籽粒的形成。本試驗未對高粱有效穗數這一指標進行研究，對于施氮量、高粱有效穗數以及產量間的相互關系，還有待進一步研究。

施氮量的多少不僅對產量有影響，而且對植株的生長、氮肥的利用及環(huán)境均造成一定影響。氮肥施用不足，植株生長緩慢，產量降低，收益降低，在本試驗條件下，N0、N75處理正是如此；氮肥施用過量，葉片過大，成熟推遲，影響產量，收益降低，資源浪費，造成氮素污染，本試驗條件下N300、N450處理正是如此。本研究結果表明，當施氮量≥300 kg/hm2時，產量、利潤出現(xiàn)下降，氮肥農學利用率和氮肥偏生產力均較低，氮吸收總量增加減緩，氮肥利用率和氮素吸收效率明顯降低。過量的氮肥并不能使作物更多地吸收，不僅不利于高粱產量的提高，而且造成了過多的氮流失和氮素污染。表明隨著施氮量的增加氮肥利用率顯著降低，這與楊婷婷等[23]對牧草高粱的研究結果相一致。

本試驗只是在特定區(qū)域對釀造高粱品種晉雜22號進行的大田試驗，不同栽培區(qū)域、不同高粱品種獲得高產、高收益、較高氮肥利用率所需的適宜氮量是有差異的，因此，對于其他區(qū)域和其他高粱品種的適宜氮量還有待進一步研究，本試驗結果僅供參考。

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Effects of Nitrogen Application Rate on Yield of Brewing Sorghum and Nitrogen Use Efficiency

LIANG Xiaohong，LIU Jing，CAO Xiong

(Institute of Economic Crops，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，F(xiàn)enyang 032200，China)

To realize rational and effective use of N fertilizer in brewing sorghum，a field trial with a brewing sorghum variety Jinza 22 was conducted to study the effects of different N fertilizer rates(0，75，150，225，300，450 kg/ha)on yield of brewing sorghum and nitrogen use efficiency.The results showed that nitrogen application increased effectively grain yield and net profit of sorghum in the range of 0-450 kg/ha N applied，but grain yield increased and then decreased with the increased of nitrogen application.The relationship between yield and N fertilizer rates could be expressed asy=-0.037x2+17.759x+5 874.41(R2=0.878 1).With the increased of N application，N partial factor productivity and N fertilizer use efficiency significantly decreased，N absorption efficiency gradually reduced and N use efficiency had a largely down trend.The highest yield and net profit were obtained by the N treatment of 225 kg/ha(N225).Compared with the treatment of no nitrogen application，yield of N225was increased extremely significantly with the rate of yield increased of 37.64%，N agronomic efficiency of 9.96 kg/kg，N partial factor productivity of 36.42 kg/kg，N fertilizer use efficiency of 38.70% and N balance of 3.07 which kept roughly the N balance.Comprehensive analysis of the indicators，N fertilizer application rate of 225 kg/ha is the optimum level for high-yield，high-income and relative high-N use efficiency of sorghum variety Jinza 22 under the experimental condition.

Brewing sorghum；Nitrogen application rate；Yield；Nitrogen use efficiency

2016-10-10

國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系高粱產業(yè)技術體系汾陽試驗站資金資助項目(CARS-06-04-06)；國家科技支撐計劃課題 (2014BAD07B00)

梁曉紅(1982-)，女，山西柳林人，助理研究員，碩士，主要從事高粱高產高效栽培研究。

曹 雄(1969-)，男，山西石樓人，副研究員，主要從事高粱遺傳育種與栽培研究。

S514；S143.1

A

1000-7091(2017)02-0179-06

10.7668/hbnxb.2017.02.027