不同时期追施氮肥对谷子穗分化期株高与生物量动态变化的影响

段宏凯， 王宏富， 鱼冰星， 杨 健， 原向阳， 董淑琦， 郭平毅

(山西农业大学农学院，山西太谷 030801)

随着全球性粮食资源的匮乏，人们对农业生产日趋重视[1-2]，谷子作为北方饮食习惯中必不可少的食物而备受人们重视[3]。因此，谷子的生长过程、品质、产量一直是研究重点。在谷子生长发育过程中，肥料起着非常重要的作用，缺乏肥料，会使谷子出现生长矮小、发育不良等状况，其结果必然会影响到谷子植株的株高与生物量积累[4-6]。

氮肥在谷子生长发育过程中具有重要作用，在很大程度上影响谷子发育过程中株高的动态变化和生物量的动态积累过程[7-9]。目前为止，众多学者在肥料对作物生长发育等方面进行了大量的探索与研究[10-12]，曾蓉通过对谷子形态特征及多种生理指标的分析，对在拔节期与孕穗期应追施多少氮肥进行了研究[13]；代小东等通过追肥增加了谷子顶3叶叶面积，从而提高谷子产量[14-16]；王艳玲等发现施用氮肥可以很明显地改善谷子的产量相关性状，并且可以明显提高籽粒产量，而且随着氮肥施用量的增加，产量有明显的增加趋势[17-19]。秦岭等研究中指出，张杂谷5号的产量随施氮水平的增加而迅速增长，当施氮水平超过一定值后开始缓慢下降[20-22]；张谨华等研究表明，逐渐提高谷子氮肥的施用量，谷子光合速率及产量的变化趋势均表现为先升后降[23]。因此，要综合提高谷子产量与品质，发挥其生产潜力，必须要制定适当的追肥技术[24]，适当的追肥技术能够通过合理调节谷子的群体生长发育和干物质积累分配特点从而提高谷子产量与品质[25]。

前人在氮肥以及氮磷钾的协同互促作用对谷子产量方面的影响进行了大量研究，基本上集中在不同处理对谷子成熟后株高的影响，但对追施氮肥、不追施氮肥及不同追施氮肥时期对幼穗分化时期谷子株高、根系干质量、茎秆干质量、叶片干质量的动态变化影响及其相互关联程度的研究还鲜见报道。本试验就追施氮肥、不追施氮肥及不同追施氮肥时期对旱薄地幼穗分化期谷子株高、根系干质量、叶片干质量、茎秆干质量的动态变化及相关关系设计试验并展开研究，分析谷子株高在幼穗分化期的变化特点及各部分干质量的变化规律，从而确定氮肥的最佳施用时期，提高氮肥的利用效率，同时为旱地谷子的精确定量栽培技术提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本概况

试验于2015年在山西农业大学农作站试验基地进行，试验基地位于山西省中部(112.34°E，37.25°N)，平均海拔 800 m，年均降水量471.9 mm，年平均气温9.7～10.5 ℃，无霜期176 d，为典型的大陆性季风气候。土壤为轻度沙壤土，于2015年4月25日测得土壤中有机质含量为25.868 g/kg、全氮含量为1.949 g/kg、速效氮含量为152.4 mg/kg、有效磷含量为60.5 mg/kg、有效钾含量为151.1 mg/kg，pH值7.77。

1.2 试验材料

试验所用谷子品种为晋谷21号，尿素作为肥料。

1.3 田间试验设计

该试验开始于2015年6月上旬，种植制度为一年一熟制。出苗(6月16日)后10 d开始追肥。试验设5个处理：T0(空白对照)、T1(出苗期追肥)、T2(分蘖期追肥)、T3(拔节期追肥)、T4(抽穗期追肥)，每个处理重复3次。小区面积为 18 m2(3 m×6 m)，试验采用随机区组设计，等行距条播不覆膜种植，播种密度为30万/hm2。6月5日播种，9月30日收获。所用肥料为尿素，追肥量为450 kg/hm2。

1.4 取样方法

植株形态测定：从幼穗分化开始，每隔2 d取1次样，测定植株的株高、茎粗、全展叶张数、根系干质量、叶片干质量、茎秆干质量及产量。

株高：用直尺测定距根部最近的节间至最长叶叶尖的长度，cm。

根系、地上部(叶片、茎秆)干质量的称量方法：将0～30 cm 土层内的根连土挖起，将其中的根全部拣出，用水洗净根部泥土，常规方法烘干，然后测定每株地下部分(根系)、地上部分(叶片、茎秆)干质量，用电子天平称量。每个处理重复3次。

产量的计算方法：每个小区随机选取10株考种，得出每株产量，然后计算其平均每株产量，再与留苗数相乘得出小区产量，最后折合成每公顷产量。

总干质量=根系干质量+叶片干质量+茎秆干质量。

地上干质量/地下干质量=(茎秆干质量+叶片干质量)/根系干质量。

1.5 数据统计及分析

采用Excel 2010进行数据归纳整理，用DPS 7.05对数据统计分析。差异显著性检验采用Duncan’s法，显著性水平为0.05，极显著水平为0.01。

2 结果与分析

2.1 各处理对谷子幼穗分化期株高的影响

幼穗各时期分化时间见表1。由图1-a可知，追肥对谷子生长过程中的株高变化有显著影响，7月9日时T0、T3、T4与T1、T2之间差异达到显著性水平，T4处理在8月8—17日的日平均株高增长率在2.98%，显著高于同期其他处理。不同时期追肥对谷子农艺性状稳定后的株高有显著影响，T2处理的株高显著低于其他处理。谷子的株高变化率呈现双“S”形增长，7月9—24日的日平均株高增长率为10%～15%，7月24日至8月2日的日平均株高增长率为2.0%～3.8%，8月2—8日的日平均株高增长率为7.15%～9.32%，8月8—17日的日平均株高增长率在1%左右。追肥后谷子在不同时间段株高变化情况不同，追肥后10 d左右谷子株高增长率小于对照处理，T3在7月9—24日的日平均株高增长率为9.95%，显著低于T0(12.61%)，T4在8月2—8日的日平均株高增长率为6.42%，显著低于T0(9.33%)。追肥后20 d左右株高增长效果最明显，T1在7月9—24日的日平均株高增长率为17.28%，显著高于T0(12.61%)，T4在8月8—17日的日平均株高增长率为 2.98%，显著高于T0(1.05%)。追肥1个月后株高增长幅度较对照变小，T1在7月24日至8月2日的日平均株高增长率为2.24%，显著低于T0(2.79%)，T2在8月2—8日的日平均株高增长率为7.14%，显著低于T0的9.33%。

表1 幼穗各时期分化时间 月-日

2.2 各处理对谷子幼穗分化期总干质量的影响

由图1-b可知，追肥的日均增长率均比不追肥的高。T0处理在幼穗分化期各个阶段的日平均增长率呈逐渐降低趋势，且在最后一阶段呈现负值(-0.17%)；T1处理在幼穗分化期的日平均总干质量增长率在一级枝梗至二级枝梗分化期达到最大值(25.16%)后下降，但在幼穗分化期的最后阶段日平均总干物质增长率为11.39%，显著高于同期其他处理；T2处理在幼穗分化期的第一阶段(生长锥伸长期至一级枝梗分化期)达到最大日平均总干物质增长率(48.37%)后呈现波动趋势，且在最后一阶段为-2.82%，显著低于同期其他处理。T3、T4处理均在第二阶段时出现最大日平均总干质量增长率，随后增长率开始显著下降，在最后一阶段T3处理的总干质量开始下降，T4处理的总干质量增长明显放缓。

2.3 各处理对谷子幼穗分化期地上干质量/地下干质量的影响

由图1-c可知，谷子在幼穗分化期地上与地下干质量的比值中，各处理在三级枝梗分化期至小花分化期始终处于一个逐渐减小的趋势。T0处理在幼穗分化期各个阶段的比值呈现逐渐降低的趋势，且在最后一阶段为6.50，显著高于同期其他处理。T1处理在幼穗分化期的地上干质量/地下干质量在二级枝梗分化期至三级枝梗分化期达到最大值(8.22)后下降。T2处理在幼穗分化期的一级枝梗分化期至三级枝梗分化期的比值维持在7.57～7.93的高位，之后开始下降。T3处理只在幼穗分化期中一级枝梗分化期至二级枝梗分化期的日平均增长率为正值，其余阶段均为负值。T4处理由于对地上部分的促进作用大于地下部分，出现了幼穗期地上/地下干质量的最大日平均增长率，但由于后期对地下部分的促进作用大于对地上部分，再加上营养物质向籽粒中转移，造成了地上干质量/地下干质量的日平均增长率最小。

2.4 各处理对谷子幼穗分化期根系干质量的影响

由图2-a可见，T0处理下在幼穗分化的各阶段根系干质量的日平均增长率均降低，在小穗刚毛分化期至小花分化期的根系日平均增长率为-2.55%，说明此时根系的营养物质开始上移，为灌浆期做准备，为籽粒提供营养。T1处理在幼穗分化期各个阶段的日平均增长率基本没有变化，在幼穗分化最后阶段的日平均根系干质量增长率仍处于23.94% 的高增长率，为其高产奠定了基础。T2处理的总日平均增长率为77.25%，较其他处理达到了显著性差异，在最后一个阶段的日平均增长率呈现负值，为-1.36%。T3、T4处理在幼穗分化期均出现了由于追肥后先减缓后促进其增长的现象，且最后一个阶段均为正值，相比T2处理有增产的潜能。T4处理在二级枝梗分化期追肥，明显促进了三级枝梗分化期至小花分化期，使其在幼穗分化期的总日平均根系干质量增长率显著高于同期其他处理。

2.5 各处理对谷子幼穗分化期叶片干质量的影响

从图2-b可以看出，T0处理在幼穗分化各阶段的叶片干质量增长率是逐步降低的，在幼穗分化期最后阶段的日平均叶片干质量增长率为-0.67%，说明叶片中的有机物质在转移。T1处理下各阶段的日平均增长率均为正值，在幼穗分化期最后一阶段的增长率为10.57%，显著高于同期其他处理。T2处理由于追施氮肥的促进作用使其在生长锥伸长期至一级枝梗分化期的日平均叶片干质量增长率(46.41%)显著高于同期其他处理，在幼穗分化期最后一个阶段的日平均叶片增长率为-3.00%，说明T2处理中叶片的有机物质在此时已经开始大量转移，其叶片的衰老速率较快。T3、T4处理在一级枝梗分化期至二级枝梗分化期的日平均叶片干质量增长率均达到49%以上。各处理在幼穗分化期的总平均叶片干质量增长率随着施肥时期的推迟而增长，施肥处理能够显著提高叶片干质量增长率。

2.6 各处理对谷子幼穗分化期茎秆干质量的影响

从图2-c可以看出，T0处理的茎秆干质量在幼穗分化期各个阶段的日平均增长率逐渐降低，在最后一个阶段的增长率明显放缓，仅为0.92%。T1处理各阶段的日平均增长率在一级枝梗分化期至二级枝梗分化期达到最大值，为30.32%，之后开始下降，总平均茎秆干质量增长率为79.82%，在各处理中最低，但在最后阶段仍维持在6.92%，说明T1处理有利于为籽粒灌浆提供充足的养分。T2处理的日平均茎秆干质量增长率始终在较大范围内波动，T2、T3、T4处理在幼穗分化期的最后阶段茎秆干质量日平均增长率呈现负增长，以T3负增长率最高，为-4.60%。T3、T4处理均在一级枝梗分化期至二级枝梗分化期的日平均茎秆干质量增长率最高，且以后各阶段增长率均降低，其总平均增长率均高于其他各处理，以T3处理在幼穗分化期茎秆干质量的总日平均增长率最高，为104.97%。

2.7 试验结果的验证

为验证试验结果的实用性，于2016月6月上旬播种谷子，出苗后10 d追肥，每隔10 d设置1个施肥处理，共设置4个不同时期追肥的处理，每个处理重复3次。分别调查各处理在拔节期、孕穗期、三级枝梗分化期至小穗分化期、小花开花期、灌浆期的株高，得出幼穗分化期的株高日平均增长率分别为11.64%、3.67%、5.68%、3.82%，也呈现出快—慢—快—慢的特点。

3 讨论与结论

本试验中分5个时期调查幼穗分化期株高的变化情况，7月9日处于谷子的拔节期，是幼穗分化的前一阶段，7月24日为孕穗期，是幼穗分化时期的一级枝梗分化期，8月2日为幼穗分化期小穗刚毛分化期，8月8日为小花分化期，8月17日为灌浆期。日平均株高增长率呈现快—慢—快—慢的特点，使得株高的增长曲线拟合成具有双“S”形的特点。其中7月9—24日是本试验中谷子的拔节期，是营养生长最为旺盛的时期，株高在此时的增长率会相对较高；8月2—8日是本试验中谷子的孕穗末期，生物量开始缓慢减少，营养物质开始向籽粒中转移，此时的营养生长较前一阶段放缓，进入谷子营养生长的最后一个时期，株高的日平均增长率较前一阶段相应提高一些；8月8—17日的日平均株高增长率较低，可能是因为此时已经进入生殖生长时期，营养生长已经基本停止，谷子全面进入灌浆期，株高的增长率变得较为缓慢，出现了较低的日平均株高增长率。

7月24日至8月2日日平均株高增长率较低，可能是由于此时处于一级枝梗分化期至小穗刚毛分化期，是营养生长与生殖生长的并进时期。幼穗分化期中叶片干质量、茎秆干质量以及根系干质量的增长量均是在此段时间内完成的。而且，幼穗分化期中一级枝梗分化期至小穗刚毛分化期的各部分生物量增加值与生长锥伸长期相应各部分生物量的比值较大。首先，各处理的根系干质量在幼穗分化期的一级枝梗分化期至小穗刚毛分化期所增长的量与生长锥伸长期的根系干质量的比值范围为8.33～18.63，T2处理最低，T4处理可能是由于7月26日追施氮肥对此期的根系干质量促进作用显著高于其他处理。其次，各处理的叶片干质量在幼穗分化期的一级枝梗分化期至小穗刚毛分化期所增长的量与生长锥伸长期叶片干质量的比值范围4.77～7.70，同样以T2处理最低，T4处理可能也是由于7月26日追施氮肥后显著提高其叶片干质量增长率。再次，各处理的茎秆干质量在幼穗分化期的一级枝梗分化期至小穗刚毛分化期所增长的量与生长锥伸长期的茎秆干质量的比值范围为9.11～13.75，以T1处理最低，为9.11，可能是由于T1处理延长了谷子生育期，使其在幼穗分化期的最后一阶段仍然保持较高的日平均茎秆干质量增长率。T4处理可能由于7月26日追施氮肥后显著促进其茎秆干质量增长。最后，各处理总干质量在幼穗分化期的一级枝梗分化期至小穗刚毛分化期所增长的量与生长锥伸长期的总干质量的比值范围为7.06～11.06，同样以T2处理最低，T4处理可能由于7月26日追施氮肥后显著提高其总干质量增长量。

张亚琦研究认为，谷子在从拔节期向抽穗期的转变过程中，谷子株高增长迅速，从抽穗期到成熟期，吸收养分缓慢，吸收量降低，株高将近最大值，没有明显增长值[26]，本试验在株高动态变化的研究中得出的结论与之一致，本研究在生物产量动态变化方面的研究结果也与之相一致。冯梦喜等研究发现，谷子干物质积累主要集中在生长中后期[28]，本研究结论与之相似。综上所述，T1处理对谷子幼穗分化期的农艺形状有较好的积极作用，且使其株高低于对照处理。因此，T1处理能更好地调节谷子幼穗分化期的株高与生物量的变化情况。而T1时期追氮肥是否能够起到蹲苗的作用还有待进一步研究；T2处理对谷子幼穗分化期的农艺性状有负面影响，是否对谷子产生烧苗状况还需继续探讨；T3、T4处理对谷子幼穗分化期的农艺性状明显高于空白对照，是否对谷子出现狂长的现象还未能得到结论。今后还将继续在不同施肥时期是否会对谷子品质性状产生显著影响方面进行探讨。

山西晋中地区种植晋谷21号时，株高在穗分化期的动态变化呈现双“S”形，追不追氮肥及不同追氮肥时期均会对穗分化期的各部分生物量产生显著影响。且生物量的增长趋势与株高的增长趋势呈负相关关系，因此在谷子栽培过程中可以通过合理调节施肥时期来影响幼穗分化期生物量与株高的变化情况，以利于谷子获得较好农艺、产量及品质性状。