施肥对高粱生长、干物质积累与养分吸收分配的影响

董二伟，王劲松，韩鹏远，王立革，丁玉川，焦晓燕

（山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西太原030006）

高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）是具有食用、酿造、饲料、工业加工等多种用途的禾谷类作物[1]，其具有抗旱、耐涝、抗盐碱、耐贫瘠、耐高温等特点[2]。多年来，由于种植粗放、施肥不合理，高粱产量低而不稳，难以满足日益增长的市场需求。合理施用N，P，K 肥是提高高粱产量和改善品质的一项重要措施。高粱植株养分吸收利用和干物质积累是高粱产量形成的基础，是合理施肥的重要依据。有关高粱施肥研究国内已有大量报道[3-5]，但对高粱养分的吸收及其分配规律的研究报道较少[6]。“3414”肥效试验为我国测土配方施肥项目重要的技术方法，其利用14 个处理能够有效反映出试验土壤的最高产量施肥量、最佳经济施肥量及营养元素间的交互作用等大量施肥信息[7]。“3414”试验设计具有回归最优设计、处理少和效率高的优点[8-9]，近年来，有关“3414”肥效试验已有大量报道[10-13]。

本研究在大田试验条件下，采用“3414”试验设计，研究了施肥对杂交高粱生长、干物质积累与养分吸收分配的影响，以期为杂交高粱高产、优质、高效施肥提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验于2009 年5 月20 日至10 月16 日在山西省农业科学院高粱研究所修文试验地进行。供试土壤类型为石灰性褐土，耕层（0～20 cm）土壤有机质含量8.73 g/kg，全N 含量0.71 g/kg，有效P 含量8.92 mg/kg，速效K 含量117.9 mg/kg。供试作物为高粱，品种为晋杂12 号。

1.2 试验设计及样品采集

试验采用“3414”设计方法，设N，P，K 共3 个因素、4 个水平，共14 个处理，分别为N0P0K0，N0P2K2，N1P2K2，N2P0K2，N2P1K2，N2P2K2，N2P3K2，N2P2K0，N2P2K1，N2P2K3，N3P2K2，N1P1K2，N1P2K1，N2P1K1，其中，N1，N2，N3的施肥水平分别为97.5，195.0，292.5 kg/hm2，P1，P2，P3的施肥水平分别为37.5，75.0，112.5 kg/hm2，K1，K2，K3的施肥水平分别为30.0，60.0，90.0 kg/hm2，N0，P0，K0分别表示不施N，P，K；P 和K 作为基肥播前一次性施入，N 肥分别在播前（1/4）、拔节期（1/2）和抽穗期（1/4）施入。小区面积35 m2，重复3 次。2009 年5 月20 日播种，5 月27 日出苗，6 月8 日进行间苗，间苗后行距40 cm，株距20 cm，密度为115 500 株/hm2。为了明确高粱养分累积的影响，分别于播种后的20（6 月8 日），29（6 月17日），48（7 月10 日），65（7 月23 日），83（8 月10日），152 d（10 月18 日）对N0P0K0（对照）和N2P2K2（施肥）2 个处理的植株进行采样调查。

1.3 测定项目与方法

所采植株分地上部、根系和穗部，清洗干净后烘干以获得高粱植株各部位干物质生物量。植物样品中N，P，K 测定均采用H2SO4-H2O 消化法，N 含量用蒸馏自动分析仪测定，P 含量用钼锑抗比色法，K 含量用火焰光度计法[14]。作物根系则将以高粱茎基部为中心周围30 cm 根系带土取出，冲洗干净后将根系表面水分吸干净，用排水法测定根系体积[15]。试验数据采用Mintable 15软件进行方差分析，采用Excel 作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对高粱生长和产量的影响

与N0P0K0相比，N0P2K2，N2P0K2和N2P2K0处理在播种后29 d 显著地促进了高粱株高和根系生长，N0P0K0处理高粱株高为8.64 cm，施肥处理株高则介于12.5～16.1 cm 之间；不施肥处理根系体积为12.3 cm3，施肥处理根系体积为17.2～25.7 cm3（图1 和图2），这表明在供给N，P，K 其中2 种养分情况下，另外1 种养分供给与否对高粱苗期生长没有显著影响。

由表1 可知，N0P0K0处理产量最低，N2P1K1，N2P2K2处理产量较高，达到9 000 kg/hm2左右。通过对3 因素中任2 因素为设计最佳施用量时分析，一元二次模型的N，P，K 均有较好的拟合性（图3）。在P2K2水平时，产量N2＞N1＞N3＞N0，产量对N 施用量拟合方程为：y＝-0.026 1x2＋8.566 2x＋8 352.7；在N2K2水平时，产量P2＞P3＞P1＞P0，产量对P 施用量拟合方程为：y＝－0.172 6x2＋27.753x＋7 742.3；在N2P2水平时，产量K2＞K0＞K1＞K3，产量对K 施用量的拟合方程为：y＝-0.319 4x2＋19.41x＋8 610.3。图3 和拟合方程一次项的系数表明，从不施肥到低施肥量增产效果表现为P＞N＞K，表明在该区域施用P 肥具有较好的增产效果，而施K 肥没有增产效果。

表1 不同施肥处理对高粱千粒质量和产量的影响

2.2 施肥对高粱干物质积累与分配的影响

以不施肥处理（N0P0K0）和N，P，K 中量施肥处理（N2P2K2）为例，系统地研究高粱干物质积累、养分吸收及其分配规律。由表2 可知，苗期高粱干物质积累较少，拔节期到抽穗期干物质积累明显加快，到成熟期干物质积累达最高。与不施肥处理（N0P0K0）相比，施肥处理（N2P2K2）高粱干物质积累从苗期到成熟期都高于不施肥处理。从干物质分配比例情况看，干物质主要分配到茎叶中，在拔节到抽穗期比例最大。施肥与不施肥的积累规律基本一致。表明施肥有利于高粱干物质积累量的增加，而对干物质分配比例没有明显的影响。

表2 施肥对不同生育期高粱干物质积累与分配的影响

续表2

2.3 施肥对高粱N，P，K 养分吸收与分配的影响

2.3.1 施肥对不同生育期高粱N 吸收与分配的影响 试验结果（表3）表明，施肥高粱茎叶、根和穗部吸N 量在各生育时期均高于对照。茎叶在灌浆期N 吸收量达到最大值，施肥比对照提高40.0%。对照根系在灌浆期N 吸收量达到最大值，而施肥高粱根系N 吸收量最大值在成熟期，表明施肥能维持后期根系的吸收功能，促进根系对N 的吸收。在成熟期，施肥高粱穗部N 吸收量比对照提高24.2%。N 在茎叶的分配除在抽穗期低于对照外，各生育时期都高于对照。根部N 在苗期和拔节期的分配低于对照，之后均高于对照。N 在穗部的分配略低于对照。

表3 施肥对不同生育期高粱N 吸收与分配的影响

2.3.2 施肥对不同生育期高粱P 吸收与分配的影响 从表4 可以看出，各生育时期施肥高粱茎叶、根、穗部的吸P 量均高于对照。在灌浆期，高粱茎叶和根部P 的吸收均达到最大值，施肥比对照分别提高38.3%和71.4%。穗部的P 吸收量在成熟期达到最大，施肥比对照提高32.9%。在苗期和拔节期，施肥高粱茎叶P 分配比例高于对照，而根系相反，施肥根系P 的分配比例低于对照，这表明施肥提高了P 从根系向地上部的转运率。抽穗后由于P 向穗部转移，所以，在茎叶和根部P 的比例明显下降，特别是对照P 的比例下降更加明显。到成熟期，穗部P 的比例达到70%以上，表明P 积累主要集中在穗部，施肥对P 的分配比例没有明显影响。

表4 施肥对不同生育期高粱P 吸收与分配的影响

2.3.3 施肥对不同生育期高粱K 的吸收与分配的影响 由表5 可知，施肥对高粱K 的吸收有一定程度的影响，施肥高粱茎叶、根和穗部的K吸收量在生育期内均高于对照，但是差异不明显，说明土壤中原有的有效性K 含量比较高，或者高粱品种本身对低K 的吸收能力较强。高粱对K 吸收的最大值在成熟期，表明在高粱生长后期仍需要一定量的K 素供应。从K 的分配比例来看，施肥作用不明显。K 的积累主要集中在高粱茎叶中，穗部中K 的比例也不高。

表5 施肥对不同生育期高粱K 的吸收与分配的影响

2.3.4 施肥对不同生育期高粱养分吸收量与吸收比例的影响 高粱在苗期对N，P，K 的吸收相对较少，进入拔节期后，其速度明显加快，到抽穗期吸收速率达到最大，从抽穗到成熟期，虽养分吸收仍在增加，但吸收速率明显下降。施肥高粱在不同生育期对N，P，K 的吸收量均高于对照。从养分吸收量看，高粱养分吸收量最大的是K，其次是N，最低的是P。从养分吸收比例看，高粱不同生育期对N，P，K 养分的吸收比例除在苗期N＞K＞P外，其他生育时期均为K＞N＞P。从生育进程看，P，K 的吸收比例呈现增加趋势。施肥高粱在不同生育期对N，P，K 吸收比例与对照相似（表6）。

表6 施肥对不同生育期高粱养分吸收量与吸收比例的影响

3 结论

（1）本试验条件下，不施用N，P，K 时，高粱根系和地上部生长及产量均较低，施用任意2 种养分均会明显促进高粱生长；施用P 肥具有较好的增产效果，施K 没有增产效果。（2）高粱干物质积累主要集中在拔节到抽穗期，成熟期干物质积累量达到最大。施肥高粱在不同生育时期干物质积累均高于对照。高粱干物质主要分配到茎叶部分，生育后期由于穗部干物质的积累，茎叶分配比例略有下降。与对照相比，施肥对高粱干物质分配比例没有明显的影响。（3）N，P 养分吸收高峰在抽穗至灌浆期，而K 的吸收高峰一直延续到成熟期。施肥高粱茎叶、根和穗部的N，P，K养分吸收量在各生育时期均高于对照。N，P，K 养分主要分配在茎叶上，穗部中养分分配比例大小依次为P＞N＞K。（4）高粱N，P，K 养分吸收量和分配比例最大的是K，其次是N，最低的是P。不同生育期高粱N，P，K 养分吸收量和分配比例表现不同，P 和K 的吸收比例随生育进程呈现增加的趋势，成熟期高粱吸收N，P2O5，K2O 的比例为1∶0.32∶2.22。施肥高粱在不同生育期对N，P2O5，K2O 吸收比例与对照相似。

［1］卢庆善.高粱学[M].北京：中国农业出版社，1999：466-491.

［2］程黔.我国杂粮产业的新动向及发展趋势[J].农业展望，2008（8）：17-21.

［3］周开芳，范贵国.氮磷钾不同配比对高粱产量的影响[J].贵州农业科学，2003，31（增刊）：65-67.

［4］朱美容，刘厚宪，石宗益，等.酿酒高粱氮、磷、钾肥平衡配施研究[J].耕作与栽培，2004（3）：26-28.

［5］杨苞梅，姚丽贤，李国良，等.不同养分组合对高粱吸收氮磷钾养分的影[J].中国农学通报，2008，24（4）：282-290.

［6］曹昌林，宋旭东，董良利，等.旱地高粱吸肥规律的研究[J].山东农业科学，2010（7）：53-55.

［7］王贺，白由路，杨俐苹，等.华北沙质潮土夏玉米“3414”肥效试验[J].河北农业科学，2010，14（9）：41-45.

［8］王圣瑞，陈新平，高详照，等.“3414”肥料试验模型拟合的探索[J].植物营养与肥料学报，2002，8（4）：409-413.

［9］刘德平，杨树青，史海滨，等.基于“3414”试验的小麦向日葵间作施肥模型研究[J].灌溉排水学报，2011，30（2）：127-131.

［10］战季梅，韩晓日，王帅.应用“3414”肥料试验模型求解春玉米施肥参数的研究[J]. 河南农业科学，2009（1）：51-54.

［11］杜建文，张志平.“3414”肥效试验的准确度控制[J].山西农业科学，2010，38（6）：92-93.

［12］李磊，闫敏，闫坚中，等.祁县小麦“3414”肥料效应试验报告[J].山西农业科学，2010，38（10）：34-36.

［13］王吉宁，刘莉琴，王伟.彭阳县北部山区马铃薯“3414”肥料效应试验初探[J].内蒙古农业科技，2011（5）：67-68.

［14］鲍士旦.土壤农化分析[M].3 版.北京：中国农业出版社，2000：30-177.

［15］刘国顺，肖庆礼，王艳丽.不同供磷能力的土壤施磷对烤烟根体积和根冠比一级根系伤流组分的影响[J].中国烟草学报，2009，15（2）：28-40.