控失肥对谷子生理性状及产量的影响

陈素省，赵国顺，蒋迁，赵玉友，李磊，张凤路*，安浩军，吴瑞娟

（1.保定市农业科学院，河北保定071000；2.河北农业大学农学院，河北省作物生长调控实验室，河北保定071001；3.安徽六国化工股份有限公司，安徽铜陵244000）

控失肥对谷子生理性状及产量的影响

陈素省1，赵国顺1，蒋迁2，赵玉友3，李磊2，张凤路2*，安浩军1，吴瑞娟2

（1.保定市农业科学院，河北保定071000；2.河北农业大学农学院，河北省作物生长调控实验室，河北保定071001；3.安徽六国化工股份有限公司，安徽铜陵244000）

为了研究控失肥在谷子上的施用效果，2015年在保定市农业科学院实验基地进行了田间试验。以谷子品种保谷20为试验材料，在施用等量养分（N 144 kg/hm2，P2O572 kg/hm2，K2O 72 kg/hm2）条件下，分析了施用控失肥与施用普通化肥对谷子干物质累积、氮磷钾养分累积、养分吸收效率和产量等性状的影响。结果表明：与普通化肥处理相比，控失肥处理的谷子千粒重、干物质积累量和产量分别提高4.0%、8.0%和10.4%；各器官营养元素含量高；营养吸收效率和偏生产力分别提高63.4%和10.4%；谷子叶面积指数和SPAD值增大，叶片光合强度提高14.5%。与施入等量养分的普通化肥相比，施用控失肥后谷子的产量、干物质积累和营养元素累积均发生了显著变化，控失肥的效果明显优于普通化肥。

谷子；控失肥；养分累积；产量；养分吸收效率

谷子是我国传统的优势杂粮作物，也是我国原产的粮饲兼用作物和营养保健作物，在作物多样性、稳定粮食生产、膳食结构多样性以及维持健康饮食等方面具有不可或缺的作用[1，2]。前人研究结果表明，谷子产量与干物质积累量呈正相关关系[3～5]，因此，增强谷子生育期内干物质的积累能力是提高籽粒产量的有效途径[6，7]。施肥技术直接影响着谷子植株干物质的积累与分配，进而影响产量[8～10]。中国是世界上最大的化肥生产国和消费国，施用化肥可以使农作物增产40%～60%[11]，但是，肥料利用率较低[12]，不仅直接造成经济损失，而且还会因施肥不当引起了环境污染[13]。谷子对氮和钾吸收较多，对磷吸收最少[14，15]，随着谷子产量的提高，其对氮、磷、钾肥料的吸收量也在增加[10]。以中国首个通过环保生态肥料认证的“六国网”控失复合肥为试验材料，以等量养分的普通化肥处理为对照，在大田条件下，分析了控失肥对谷子产量形成及养分累积动态的影响，对探明该新型肥料的增产增效机理、提高谷子产量、保障粮食安全和减少面源污染具有重要意义。

1　材料与方法

1.1试验地概况

试验于2015年在保定市农业科学院科研基地进行。土壤类型为壤土，0～20 cm耕层土壤基础养分含量为有机质14.79 g/kg、全氮1.07 g/kg、碱解氮82.7 mg/kg、速效磷50.7 mg/kg、速效钾164.0 mg/kg。

1.2试验材料

参试谷子品种为保谷20。6月14日采用人工撒播方式播种，行距40 cm，种植密度60万株/hm2。9月30日收获。

试验肥料有“六国网”控失复合肥（简称“控失肥”，N、P2O5、K2O含量分别为24%、12%和12%，安徽六国化工股份有限公司生产）、尿素（N含量46%，石家庄双联复合肥有限责任公司生产）、磷酸二铵（N含量15%、P2O5含量42%，安徽六国化工股份有限公司生产）和氯化钾（K2O含量60%，天津长芦海晶集团有限公司生产）。

1.3试验方法

1.3.1试验设计试验设施用控失肥（FC）、施用普通化肥（FN）和不施肥（CK）3个处理，其中，FC处理施用控失肥，施肥量为600 kg/hm2，在播种时一次性底施；FN处理采用尿素、磷酸二铵和氯化钾的混合肥，N、P2O5、K2O含量与FC处理均相同，其中，全部的磷钾肥和40%的氮肥在播种时底施，剩余的60%氮肥在谷子孕穗期追施。随机区组设计，小区面积5 m×20 m，3次重复。除施肥外，其他管理措施均一致。

1.3.2测定项目与方法

1.3.2.1谷子干物质积累量。分别在苗期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期和完熟期，每小区取有代表性的植株10株。将地上部分按照叶片、茎秆、叶鞘、穗分开，105℃杀青30 min，之后80℃烘至恒重，测定各器官的干物质积累量。

取长40 cm（垂直于行向，以植株为中心）、宽20 cm（沿行向，以植株为中心）的样方，样方包括5株谷子。将样区的地上部分剪下，采用田间挖掘法取深度100 cm的根系。将挖出的根系样品装入网袋，带回实验室，在水池内冲洗根系，剔除杂质后置于80℃烘箱中烘干至恒重，测定根系干重。

1.3.2.2谷子养分含量。将称重后的成熟期各器官粉碎，以H2SO4-H2O2消煮后用BRAN+LUEBBE 3型连续流动分析仪测定全氮、全磷含量，用FP6410型火焰光度计测定全钾含量。

1.3.2.3养分吸收利用效率。根据公式，分别计算氮、磷、钾养分吸收利用效率[14，15]：

氮素吸收效率（NUPE，kg/kg）=植株地上部氮素累积量/施氮量

氮素吸收指数（HI，%）=谷子籽粒吸氮量/谷子地上部植株总吸氮量×100

氮肥偏生产力（PFP，kg/kg）=籽粒产量（kg/hm2）/施氮量（kg/hm2）

磷、钾的指标计算公式，与氮的计算公式相同。

1.3.2.4叶面积。采用TDR冠层分析仪测定。

1.3.2.5叶片光合强度。采用CID-340光合测定系统进行测定。

1.3.2.6产量和穗部性状。将测产区（50 m2）的谷穗全部收获、脱粒，晒干至籽粒含水量为14%时测定籽粒产量。并取5～10个谷穗进行穗部性状考察，调查出谷率、千粒重等指标。

1.3.3数据处理采用Microsoft Excel（2003版）和SAS软件（SAS Institute，2009）进行数据统计分析，利用邓肯氏多重比较进行差异显著性比较。

2　结果与分析

2.1控失肥处理对谷子产量及其构成因子的影响

施肥处理的谷子单位面积穗数、穗粒重、千粒重、出谷率和产量均显著＞CK，其中，FC处理除单位面积穗数略＞FN处理但差异不显著外，其他指标均显著＞FN处理（表1）。表明施肥可以显著增加单位面积穗数，明显提高穗粒重、千粒重和出谷率，大幅度提高产量，其中，控失肥的效果明显优于普通化肥。

表1　不同处理的谷子产量及其产量构成因素Table1　Grain yield and its components of millet under different treatments

与FN处理相比，FC处理的穗粒重、千粒重、出谷率分别提高了1.8%、4.0%和2.7%，最终产量增幅为10.4%。

2.2控失肥处理对谷子各器官干物质积累的影响

不同处理谷子茎秆、叶片和叶鞘的干物质积累量变化趋势基本相同，均随生育进程呈先升高后降低趋势，且均于出苗后79 d达到峰值；根系的干物质积累量在出苗后52 d内呈升高趋势，但后期变化有所不同，其中，FN处理继续升高，而FC处理和CK则下降；穗的干物质积累量在其形成后一直呈逐渐升高趋势（表2）。相同生育时期，施肥处理各器官的干物质积累量普遍＞CK，其中，FC处理大部分取样期的指标值＞FN处理，至收获期植株干物质积累量明显较高，分别较CK和FN处理高15.2%和8.0%。

2.3控失肥处理对谷子各器官养分积累的影响

不同处理，氮素在茎秆、叶片和叶鞘中的积累量变化趋势均呈相似的单峰曲线，峰值出现在出苗后79 d左右，其中，施肥处理的多数观测期指标值显著＞CK，在69 d左右FN处理的指标值显著＞FC处理；在籽粒中，氮素积累量呈相似的快速升高趋势，其中FC处理积累最快、FN处理次之，至成熟期施肥处理的指标值差异不显著但均显著＞CK（图1）。

不同处理，磷素的积累量与氮素相比均相对较低，在茎秆、叶片和叶鞘中的变化趋势均呈相似的单峰曲线，峰值出现在出苗后69 d左右，其中，施肥处理的峰值显著＞CK；在籽粒中，磷素积累量呈相似的快速升高趋势，但不同处理的差异均不显著（图2）。

钾素在茎秆、叶片和叶鞘中的积累量变化趋势均呈相似的单峰曲线，其中，在茎秆和叶片中积累较多且均于出苗后79 d左右达到峰值，而在叶鞘中出苗后69 d左右即可达到峰值；在籽粒中，施肥处理的钾素积累量在出苗后79 d达到峰值后开始下降，而CK一直呈增加趋势，其中，在达到峰值前FC与FN处理差异不显著，但二者峰值均显著＞CK，而在收获期FC处理与CK的钾素积累量无显著差异但二者均显著高于FN处理（图3）。

表2　不同处理谷子各器官干物质积累量的变化（g/株）Table2　Changes of dry matter accumulation of millet organs of different treatments

图1　不同处理谷子各器官N积累量的变化Fig.1　Changes of accumulated amount of N of millet organs of different treatments

图2　不同处理谷子各器官P积累量的变化Fig.2　Changes of accumulated amount of P of millet organs of different treatments

图3　不同处理谷子各器官K积累量的变化Fig.3　Changes of accumulated amount of K of millet organs of different treatments

FC、FN和CK处理的植株氮素总积累量分别为0.69、0.64和0.53 g/株，磷素总积累量分别为0.28、0.24和0.19 g/株，钾素总积累量分别为0.89、0.83和0.68 g/株，可以看出，谷子植株对钾素吸收最多，氮素次之，对磷素吸收最少。

2.4控失肥处理对谷子养分利用效率的影响

不同处理的氮、磷素吸收效率均相对较低，钾吸收效率相对较高，其中，FC处理的氮、磷和钾养分利用效率均显著＞FN处理（表3），平均提高63.4%。

不同处理的磷素吸收指数均较高，平均为82%；氮素次之，平均为68.7%；钾素吸收指数较低，平均为39.5%。其中，FC处理的氮、磷素吸收指数＜FN处理，钾素吸收指数＞FN处理，但差异均不显著。

不同处理的氮肥偏生产力较低，平均为35.1kg/kg；磷、钾肥偏生产力较高，平均值均为70.1 kg/kg。其中，FC处理的3种肥料偏生产力均显著＞FN处理，平均高10.4%。

2.5控失肥处理对谷子叶面积及光合性能的影响

2.5.1对叶面积指数的影响不同处理的谷子LAI变化趋势基本相同，均随生育进程呈先升高后降低趋势，在出苗后70 d左右达到峰值（图4）。出苗后40 d左右，FC处理的指标值与FN处理差异不显著，但二者均显著＞CK；之后直至成熟，FC处理的叶片LAI仍保持较高水平，与FN处理差异不显著，但二者均显著＞CK。全生育期，FC处理的叶片LAI平均较FN处理高9.6%。可以看出，控失肥处理的谷子叶片具有较大的光合势，为干物质生产奠定了基础。

表3　不同肥料处理谷子氮、磷、钾养分利用效率的变化Table3　Utilization efficiency of N，P，K under different fertilizer treatments

图4　不同处理谷子叶面积指数的变化Fig.4　Changes of plant LAI of millet under different treatments

2.5.2对叶片叶绿素相对含量的影响不同处理的谷子叶绿素相对含量变化趋势基本相同，且均于出苗后52 d达到峰值（图5）。在测定期内，叶片SPAD值顺序为FC处理＞FN处理＞CK，其中，出苗后52 d内各处理差异均不显著；之后，FC处理叶片SPAD降低缓慢，显著＞CK和FN处理。全生育期，FC处理的叶片SPAD值平均较FN处理高17%。

图5　不同处理谷子叶片叶绿素相对含量的变化Fig.5　Changes of leaf SPAD of millet leaf under different treatments

2.5.3对叶片光合强度的影响不同处理的谷子叶片Pn变化趋势基本相同，均随生育进程呈逐渐降低趋势（图6）。在测定期内，叶片Pn顺序为FC处理＞FN处理＞CK，其中，出苗后38 d时，施肥处理的Pn平均为37.1 μmol/（m2·s），与CK［32.5 μmol/（m2·s）］差异达显著水平；52 d时各处理的Pn均显著降低，平均为23.9 μmol/（m2·s），不同处理间差异均未达到显著水平。在灌浆后期至成熟期，施肥处理与CK的差异逐渐加大，其中在出苗后79 d时，FC和FN处理的Pn分别较CK高34.5%和54.0%，FC较FN处理高14.5%，差异均达到显著水平。可以看出，控失肥处理的谷子上部叶片具有较强的光合能力，为籽粒灌浆增重奠定了基础。

图6　不同处理谷子叶片光合强度的变化Fig.6　Changes of photosynthetic intensity of millet leaf under different treatments

3　结论与讨论

早在20世纪60年代，美国、日本等发达国家已开始研制并推出控释缓控释肥料产品，大大提高了肥料利用率[12，16，17]。控失肥是我国新一代缓控释肥的更新换代产品，是一种新的肥料品类。其针对化肥施用中养分迁移问题，原理为固定养分、控制流失，其中，控失剂是该肥料的关键因素。控失剂是通过对天然矿物材料用高能离子束进行辐射改性，并与多种辅配材料精准配制而成的高科技产品。其遇水后自组织成微纳互穿网络，“网捕”并固定住化肥养分，减少其在土壤中的渗漏、径流和挥发，达到控制化肥养分损失的目的。本研究结果显示，谷子采用600 kg/hm2控失肥一次基施，可较相同养分的常规化肥增产10.4%，具有广泛的应用价值。

本研究采用的谷子品种保谷20是由保定市农业科学院杂交选育而成的。该品种综合性状在华北夏谷区各省均表现较好，适应性较强，稳产性较好。从谷子对氮、磷、钾元素的吸收量看，以氮和钾较多、磷较低，这与前人的研究结果[14]基本一致。与常规化肥相比，控失肥的供肥能力持久且流失少，因此，表现出较好的增产效果。从本研究结果看，植株对氮、磷、钾养分的吸收效率均是控失肥＞常规肥料。营养元素的收获指数在不同肥料处理间差异未达到显著水平，说明植株对矿质营养向籽粒的分配有其固有的规律。钾素在秸秆中所占比例较高，氮素次之，磷素相对较少。控失肥的偏生产力平均较常规化肥高10.4%，增产效果十分显著。

叶片作为光合源，对干物质累积起着至关重要的作用[18～20]。从本研究看，控失肥处理的谷子从吐丝期开始到完熟期一直保持了较高的光合势，且显著高于普通化肥处理，这与其充足而持久的营养供应有关，延缓了叶片衰老进程。控失肥处理在灌浆期至完熟阶段上部叶片仍保持了较高的光合能力，为籽粒灌浆增重打下了基础。因此，控失肥处理千粒重较高是其高产的主要原因。

由于本试验是在高产栽培条件下进行的，土壤的基础地力较高，因此，使得施肥效果受到了一定的影响。但是，对供肥形式不同的2种肥料而言，通过比较矿质养分吸收、谷子干物质生产与分配、叶片光合性能和根系与茎秆支持抗倒伏功能来研究网状控失肥的增产作用和内在机理是可行的。本研究结果对普及网状控失肥应用、提高作物产量和减少农业污染具有重要意义。

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Effects of Loss Control and Conventional Fertilizer on Physiological Characteristics and Yield of Millet

CHEN Su-sheng1，ZHAO Guo-shun1，JIANG Qian2，ZHAO Yu-you3，LI Lei2，ZHANG Feng-lu2*，AN Haojun1，WU Rui-juan2
（1.Baoding Academy of Agricultural Sciences，Baoding 071000，China；2.College of Agronomy，Agricultural University of Hebei，Key Laboratory of Crop Growth Regulation of Hebei Province，Baoding 071001，China；3.Anhui Liuguo Chemical Industry Co.，Ltd.，Tongling 244000，China）

In order to study the effect of loss control fertilizer on millet，field experiment was conducted at the Experimental Station of Baoding Academy of Agricultural Sciences during 2014-2015.The effects of loss control and ordinary fertilizer on accumulation of dry matter，nitrogen，phosphorus and potassium accumulated amount，nutrient uptake efficiency and yield of millet were studied using millet hybrid Baogu 20 as material.The results showed that with the same nutrient amount（N 144kg/hm2，P2O572kg/hm2，K2O 72kg/hm2）of loss control and ordinary fertilizer applied，there were significant differences on millet yield，dry matter and nutrient accumulation，and the effect of loss control fertilizer treatment was significantly better than that of ordinary fertilizer.Compared with ordinary fertilizer，1 000 grain weight，dry matter accumulation and yield of millet of loss control fertilizer could be increased by 4.0%，8.0%and 10.4%，respectively.The content of nutrient elements in organs of loss control fertilizer treatment was higher than that of the ordinary fertilizer，and the nutrient uptake efficiency and partial productivity were increased by 63.4%and 10.4%of that of contrast fertilizer.Plant LAI and SPAD were also increased，and the leaf Pn was increased by 14.5%for loss control to ordinary fertilizer.As a new type of fer tilizer，loss control fertilizer will play an important role in improving the yield of maize，increasing the efficiency of fertilization and protecting the environment.

Millet；Loss control fertilizer；Nutrient accumulation；Yield；Nutrient uptake efficiency

S515

A

1008-1631（2016）05-0001-06

2016-03-15

安徽六国化工股份有限公司资助项目（2015）；国家谷子糜子产业技术体系项目（CARS-07-12.5-B2）；河北省自然科学基金项目（C2013204002）

陈素省（1966-），女，河北衡水人，研究员，主要从事谷子育种研究。Tel：0312-5913568；E-mail：sushengchen @163.com。

张凤路（1965-），男，河北临城人，教授，博士，主要从事作物生理研究。Tel：0312-7528116；E-mail：nxyumi@hebau.edu.cn。