氮·磷·钾肥运筹对谷子品质与产量的影响

郝科星， 李娜娜， 候富恩

(1.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西太原 030031；2.山西省农业科学院旱地农业研究中心,山西太原 030031)



氮·磷·钾肥运筹对谷子品质与产量的影响

郝科星1， 李娜娜2， 候富恩1

(1.山西省农业科学院农业资源与经济研究所，山西太原 030031；2.山西省农业科学院旱地农业研究中心,山西太原 030031)

摘要[目的]探索谷子高产施肥中氮、磷、钾肥的最佳施用方式。[方法]以谷子品种“张杂10”为材料，研究氮、磷、钾肥运筹对谷子品质与产量的影响。[结果]产量最高的处理为N4，氮肥施用量为225 kg/hm2，产量为7 443.55 kg/hm2。磷肥处理产量最高的是P5，磷肥施用量为240 kg/hm2,产量为6 800.45 kg/hm2。钾肥处理产量最高的是K4，钾肥施用量为90 kg/hm2，产量为7 180.16 kg/hm2。氮肥施用量的增加可以显著提高产量、穗粒重、千粒重以及蛋白质和碳水化合物的含量，但降低脂肪和纤维含量；磷肥施用量的增加有利于提高产量以及蛋白质、纤维的含量，但降低脂肪含量；钾肥施用量的增加有利于提高产量以及灰分、碳水化合物、脂肪、纤维的含量，但降低蛋白质的含量。[结论]氮肥是提高产量的最主要决定性因素，磷肥和钾肥只有与氮肥相互配施才能发挥增产的效用。

关键词谷子；氮、磷、钾肥；营养品质；产量

谷子起源于中国,是我国最古老的粮食作物，在我国粮食作物的组成及人们的饮食结构中占有重要地位[1-2]。其种植面积约占世界谷子种植面积的80%，产量约占世界谷子总产量的90%[3]。谷子抗旱、耐瘠,水肥利用效率很高,是典型的环境友好型作物[4]。但在我国现代农业生产中，由于受不合理的施肥水平以及施肥方法的影响，谷子产量的提高受到限制，肥料的产投比以及利用效率降低，同时也加剧了环境污染[5-8]。有研究表明，现代农业中用于推广的最佳施肥水平、施肥比例和施肥方法已在水稻、小麦、玉米和油菜等作物的田间试验中得到广泛应用[9-12]，而谷子在此方面的研究鲜为报道。鉴于此，笔者展开氮、磷、钾肥不同施用量对谷子品质及产量的影响研究，旨在为谷子高产施肥及优质栽培提供更科学的依据。

1材料与方法

1.1试验地概况试验于2015年在山西农业大学农作站进行。试验地土壤为壤土，前茬为玉米，土壤有机质含量为17.80 g/kg，全氮含量为0.93 g/kg，全磷含量为0.35 g/kg，速效磷含量为49 mg/kg，速效钾含量为 95 mg/kg。

1.2试验材料供试谷子品种为“张杂10”，由山西农业大学谷子生理实验室提供。

1.3试验设计试验设置15个施肥处理，氮、磷、钾肥各设5个处理，以不施肥作对照(CK)，共16个小区，每个小区面积1.5 m2(1.0 m×1.5 m)，小区收获面积共24.0 m2。各处理肥料用量见表1。肥料使用方法：氮肥的50%和全部磷、钾肥作底肥基施，氮肥的50%分别于谷子拔节期和孕穗期2次追施，拔节期培土防倒伏。种植方式以及耕作管理按当地习惯进行。田间调查及室内检测考种等均按国家谷子试验统一标准进行。

表1　试验设计

1.4测定项目与方法待谷子成熟后，在各小区分别选取长势均匀的5株植株，测定其株高、穗长、穗粒重、千粒重、产量。采用DA 7200近红外分析仪测定谷子籽粒蛋白质、灰分、碳水化合物、脂肪、纤维的含量。

2结果与分析

2.1氮、磷、钾肥施用量对谷子品质的影响

2.1.1氮肥对谷子品质的影响。从表2可以看出，在磷、钾肥施用量固定的条件下，氮肥对蛋白质、碳水化合物、脂肪、纤维含量的影响差异达到极显著水平，而对灰分含量的影响不显著。蛋白质含量最高处理为N4，即氮肥施用量为225 kg/hm2，最低处理为N1(不施氮肥)；碳水化合物含量最高处理为N5，即氮肥施用量为300 kg/hm2，最低处理为N1(不施氮肥)；蛋白质、碳水化合物含量随着氮肥用量的增加而增加，当增加到一定程度(氮肥施用量为225 kg/hm2)时，会出现增加缓慢或下降的趋势。脂肪和纤维含量随着氮肥用量的增加而减少；灰分品质性状没有明显变化。从蛋白质和碳水化合物角度来看，合理增施氮肥有利于提高谷子品质。

表2　氮肥施用量对谷子品质的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05);不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05); different capital letters stand for extremely significant difference(P<0.01).

2.1.2磷肥对谷子品质的影响。从表3可以看出，在氮、钾肥施用量固定的条件下，磷肥对蛋白质、脂肪、纤维含量的影响差异达到极显著水平，而对灰分、碳水化合物含量的影响不显著。蛋白质含量最高处理为P4，即磷肥施用量为180 kg/hm2，最低处理为P1(不施磷肥)；脂肪含量最高处理为P1(不施磷肥)，最低处理为P5，即磷肥施用量为240 kg/hm2；纤维含量最高处理为P5，即磷肥施用量240 kg/hm2，最低处理为P1(不施磷肥)；蛋白质、纤维含量随着磷肥用量的增加而增加，当增加到一定程度(磷肥施用量180 kg/hm2)时，会出现增加缓慢或下降的趋势。脂肪含量随着磷肥用量的增加而减少；灰分和碳水化合物品质性状没有明显变化。从蛋白质和纤维角度来看，合理增施磷肥有利于提高谷子品质。

表3　磷肥施用量对谷子品质的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05);不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05); different capital letters stand for extremely significant difference(P<0.01).

2.1.3钾肥对谷子品质的影响。从表4可以看出，在氮、磷肥施用量固定的条件下，钾肥对蛋白质、灰分、碳水化合物、脂肪、纤维含量的影响差异达到极显著水平。蛋白质含量最高处理为K1(不施钾肥)，最低处理为K5，即钾肥施用量为120 kg/hm2；灰分含量最高处理为K4，即钾肥施用量为90 kg/hm2，最低处理为K1(不施钾肥)；碳水化合物含量最高处理为K5，即钾肥施用量为120 kg/hm2，最低处理为K3，即钾肥施用量为60 kg/hm2；脂肪含量最高处理为K5，即钾肥施用量为120 kg/hm2，最低处理为K1(不施钾肥)；纤维含量最高处理为K5，即钾肥施用量为120 kg/hm2，最低处理为K1(不施钾肥)。灰分、碳水化合物、脂肪、纤维含量随着钾肥用量的增加而增加，当增加到一定程度(钾肥施用量为90 kg/hm2)时，会出现增加缓慢或下降的趋势；蛋白质随着钾肥用量的增加而含量减少。从灰分、碳水化合物、脂肪、纤维角度看，合理增施钾肥有利于提高谷子品质。

2.2氮、磷、钾肥施用量对谷子产量的影响

2.2.1氮肥对谷子产量构成因素的影响。从表5可以看出，氮肥施用量对产量的影响达显著水平，产量以N4处理最高，为7 443.55 kg/hm2，以N1处理最低，为4 787.32 kg/hm2；产量在各处理间的变异极差为2 656.15，变异系数为18.69%。各处理产量与对照(CK)相比，增幅依次为2.29%、17.59%、44.12%、59.04%、59.00%。氮肥施用量对穗粒重的影响达显著水平，穗粒重以N3处理最高，为18.32 g，以N1处理最低，为17.11 g；穗粒重在各处理间的变异极差为1.21，变异系数为2.37%；各处理穗粒重与对照(CK)相比，增幅依次为0.23%、2.87%、7.32%、5.51%、2.64%。氮肥施用量对千粒重的影响达显著水平，千粒重以N4处理达最高，为1.756 g，以N1处理最低，为1.581 g；千粒重在各处理间的变异极差为0.175，变异系数为4.01%；各处理千粒重与对照(CK)相比，增幅依次为0.57%、1.97%、8.91%、11.70%、8.21%。 株高随着氮肥施用量的增加而有增加的趋势，但增加不明显。随着氮肥施用量的增加，穗长增加不明显，但是继续施肥略有增加的趋势，到一定程度(氮肥施用量为225 kg/hm2)以后反而会下降。

表4　钾肥用量对谷子品质的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05);不同大写字母表示差异极显著(P<0.01)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05); different capital letters stand for extremely significant difference(P<0.01).

表5　氮肥对谷子产量构成因素的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05).

2.2.2磷肥对谷子产量构成因素的影响。从表6可以看出，磷肥施用量对产量的影响达显著水平，产量以P5处理最高，为6 800.45 kg/hm2，以P2处理最低，为6 600.12 kg/hm2；产量在各处理间的变异极差为200.33，变异系数为1.09%；各处理产量与对照(CK)相比，增幅依次为44.08%、41.02%、42.89%、45.22%、45.30%。磷肥施用量对株高的影响达显著水平，株高以P5处理最高，为178.54 cm，以P1处理最低，为175.21 cm；株高在各处理间的变异极差为3.33，变异系数为0.68%；各处理株高与对照(CK)相比，增幅依次为0.02%、0.65%、1.17%、1.68%、1.92%。磷肥施用量对穗粒重的影响达显著水平，穗粒重以P5处理最高，为19.72 g，以P1处理最低，为17.13 g；穗粒重在各处理间的变异极差为2.59，变异系数为5.30%；各处理穗粒重与对照(CK)相比，增幅依次为0.35%、2.75%、7.56%、12.54%、15.52%。磷肥施用量对千粒重的影响达显著水平，千粒重以P3处理最高，为1.833 g，以P5处理最低，为1.553 g；千粒重在各处理间的变异极差为0.28，变异系数为5.95%；各处理千粒重与对照(CK)相比，增幅依次为0.83%、7.82%、16.60%、5.09%、-1.21%。随着磷肥施用量的增加，穗长增加不明显。

表6　磷肥对谷子产量构成因素的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05).

2.2.3钾肥对谷子产量构成因素的影响。从表7可以看出，钾肥施用量对产量的影响达显著水平，产量以K4处理最高，为7 180.16 kg/hm2，以K1处理最低，为6 790.32 kg/hm2；产量在各处理间的变异极差为389.84，变异系数为2.04%；各处理产量与对照(CK)相比，增幅依次为45.08%、45.68%、49.52%、53.41%、49.58%。钾肥施用量对穗粒重的影响达显著水平，穗粒重以K4处理最高，为20.51 g，以K1处理最低，为17.15 g；穗粒重在各处理间的变异极差为3.36，变异系数为5.96%；各处理穗粒重与对照(CK)相比，增幅依次为0.47%、15.11%、16.40%、20.15%、11.48%。钾肥施用量对千粒重的影响达显著水平，千粒重以K4处理最高，为1.621 g，以K1处理最低，为1.575 g；千粒重在各处理间的变异极差为0.046，变异系数为1.18%；各处理千粒重与对照(CK)相比，增幅依次为0.19%、0.70%、1.84%、3.12%、2.99%。随着氮肥施用量的增加，株高、穗长增加不明显。

表7　钾肥对谷子产量构成因素的影响

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05).

2.3氮、磷、钾肥施用量与产量的关系

2.3.1氮肥施用量与产量的关系。从图1可以看出，氮肥用量与产量呈二次曲线关系，可用方程y=-162.86x2+1 732x+3 039.8来描述，氮肥施用量低于225 kg/hm2时，随氮肥用量的增加，产量明显提高，施肥量超过225 kg/hm2产量呈下降趋势。在该试验条件下，适宜的氮肥施用量为225 kg/hm2，最高施肥量为300 kg/hm2。说明谷子产量在一定条件下会随着氮肥施用量的增加而增加，但过高的氮肥反而会使谷子产量降低。

图1　氮肥施用量与产量的关系Fig.1　The relationship between N fertilizer application amount and yield

图2　磷肥施用量与产量的关系Fig.2　The relationship between P fertilizer application amount and yield

2.3.2磷肥施用量与产量的关系。从图2可以看出，磷肥施用量与产量呈二次曲线关系，可用方程y=22.551x2-104.23x+6 790.3来描述，磷肥施用量低于120 kg/hm2时，产量差异较小，而磷肥施用量高于120 kg/hm2时，随磷肥用量的增加，产量明显提高，施肥量超过180 kg/hm2产量增加缓慢或呈下降趋势。在该试验条件下，适宜的磷肥施用量为180 kg/hm2，最高施肥量为240 kg/hm2。说明在该试验条件下，适当增加磷肥用量有利于提高产量。

图3　钾肥施用量与产量的关系Fig.3　The relationship between K fertilizer application amount and yield

2.3.3钾肥施用量与产量的关系。从图3可以看出，钾肥用量与产量呈二次曲线关系，可用方程y=-29.484x2+255.17x+6 516.3来描述，钾肥施用量低于90 kg/hm2时，随钾肥施用量的增加，产量明显提高，施肥量超过90 kg/hm2时产量呈下降趋势。在该试验条件下，适宜的钾肥施用量为90 kg/hm2，最高施肥量为120 kg/hm2。说明谷子产量在一定条件下会随着钾肥施用量的增加而增加，但过高的钾肥反而会使谷子产量降低。

综合产量表现来看，产量最高的处理为N4，氮肥施用量为225 kg/hm2，产量为7 443.55 kg/hm2。磷肥处理产量最高的是P5，磷肥施用量240 kg/hm2,产量为6 800.45 kg/hm2。钾肥处理产量最高的是K4，钾肥施用量为90 kg/hm2，产量为7 180.16 kg/hm2。综合来看，3种肥料处理最适宜的用量为氮肥225 kg/hm2、磷肥180 kg/hm2、钾肥90 kg/hm2。通过分析推断出，氮肥是提高产量的最主要决定性因素，磷肥和钾肥只有与氮肥相互配施才能发挥增产的效用。

2.4品质、产量构成因素与产量间的关系从表8可以看出，产量与碳水化合物呈极显著正相关关系，与株高、穗长、千粒重、蛋白质、灰分呈正相关关系，与穗粒重、脂肪、纤维呈负相关关系。说明株高、穗长、千粒重较大，碳水化合物、蛋白质、灰分含量较高，穗粒重较小，脂肪、纤维含量较低时有利于提高谷子产量，进而说明提高谷子产量与改善品质不会矛盾，可同时进行。

表8　品质、产量构成因素与产量的相关性分析

注：*、* *分别表示在0.05和0.01显著性水平下显著相关。

Note： *, ** stand for significant correlation at 0.05 and 0.01 level respectively.

3结论与讨论

从试验结果可以得出，产量最高处理的氮肥施用量为225 kg/hm2，产量为7 443.55 kg/hm2；氮肥施用量的增加可以显著提高产量、穗粒重、千粒重以及蛋白质和碳水化合物的含量，但降低脂肪和纤维含量。磷肥处理产量最高的磷肥施用量为240 kg/hm2,产量为6 800.45 kg/hm2；磷肥施用量的增加有利于提高产量以及蛋白质、纤维的含量，但降低脂肪含量。钾肥处理产量最高的钾肥施用量为90 kg/hm2，产量为7 180.16 kg/hm2；钾肥施用量的增加有利于提高产量以及灰分、碳水化合物、脂肪、纤维的含量，但降低蛋白质的含量。

综合试验结果可以得出，无论是提高产量，还是改善品质，氮肥都是提高产量的最主要决定性因素，磷肥和钾肥处理效果均不如氮肥，从品质、产量构成因素与产量的相关分析可知，氮、磷、钾肥运筹可以同时提高谷子产量和改善谷子品质。长期以来，受传统经验的影响，谷子生产中重施氮肥、轻施磷肥和钾肥等不合理施肥现象较为突出，这不仅造成肥料资源的浪费，而且还易导致土壤中单一元素的缺乏，进而影响谷子品质与产量。从该试验可得出，无论是氮肥与磷肥配合、还是氮肥与钾肥配合，磷肥与钾肥配合，其产量均不如氮、磷、钾3种肥料配合的产量高。因此只有氮、磷、钾肥相互配施才能更大程度上发挥增产的效用。

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作者简介郝科星(1982- )，男，山西平遥人，助理研究员，硕士，从事谷子栽培及化学调控研究。

收稿日期2016-04-08

中图分类号S 506.2

文献标识码A

文章编号0517-6611(2016)13-051-05

Effect of N, P, K Fertilizer Management on the Quality and Yield of Millet

HAO Ke-xing1, LI Na-na2, HOU Fu-en1

(1. Agricultural Resource and Economy Institute, Shanxi Academy of Agricultural Science, Taiyuan, Shanxi 030031; 2. Arid Farming Research Center, Shanxi Academy of Agricultural Science, Taiyuan, Shanxi 030031)

Abstract[Objective] The aim was to explore the optimal fertilization way of N, P and K in high yield production of millet. [Method] With Zhangza 10 as material, effects of N, P and K fertilizer management on the quality and yield of millet were studied. [Result] The results showed that the highest yield of N was in N4 treatment, N fertilizer application amount was 225 kg/hm2, yield was 7 443.55 kg/hm2. The highest yield of P was in P5 treatment, P fertilizer dosage was 240 kg/hm2, yield was 6 800.45 kg/hm2. The highest yield of K was in K4 treatment, K fertilizer application amount was 90 kg/hm2, yield was 7 180.16 kg/hm2. Increasing the amount of N fertilizer can significantly improve the yield, grain weight per spike, 1 000-grain weight and the content of protein and carbohydrate, decrease fat and fiber content. Increasing the amount of P fertilizer can help to improve yield and protein, fiber content and decrease fat content. Increasing the amount of K fertilizer can improve yield and ash, carbohydrates, fat and fiber content, reduce protein content. [Conclusion] N fertilizer is the most important factor, combined application of P, K and N fertilizer can increase the yield.

Key wordsMillet; N, P and K fertilizer; Nutritional quality; Yield