不同氮素水平对谷子农艺性状和氮素利用效率的影响

张 姼， 柴晓娇， 沈轶男， 付 颖， 白晓雷， 王显瑞

(内蒙古赤峰市农牧科学研究所，内蒙古赤峰 024031)

谷子(Beauv.)属禾本科，是北方地区重要的旱地粮食作物，具有用途广泛、适应性强、抗逆性强的特点，也是内蒙古自治区赤峰市第一大特色杂粮。随着谷子生产地位的不断提高，进一步提高产量成为产业发展的主要因素之一。农户传统生产中普遍依靠大量追肥求得高产，但现实情况下常规追施尿素已经无法进一步提高谷子产量，且氮肥投入过多导致倒伏风险增加，过量施氮还会导致土壤酸化和有机氮的溶解，造成土壤板结和环境问题。因此，如何在改善滥用化肥、减轻环境污染的情况下，提高水肥利用效率同时提高作物产量，协调解决作物高产与环境保护的问题十分必要。生物菌剂是生产上已经被认可的新型肥料，研究结果表明，多种作物生产上施用微生物菌剂，不仅能够提高产量、改善品质，同时还能改良土壤理化性状、减少环境污染。相关研究表明，谷子施用微生物菌剂，能显著提高产量，有效改善谷子农艺性状，增加叶面积，提高光合效率，有利于干物质积累。水溶肥能够实现水肥一体化，应用前景广阔，但水溶肥在谷子的应用鲜有报道。关于二者配施，前人的研究主要集中在对作物病害防控方面，对水溶肥配施微生物菌剂对谷子农艺性状及氮素利用方面的研究尚少，无相关理论为实际生产指导。本试验通过微生物菌剂肥配施水溶肥处理，研究不同处理对谷子主要农艺性状及产量和氮素利用特性的影响，以期明确水溶肥与微生物菌剂的最佳配施方式，为大力发展谷子生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本地区主推抗除草剂谷子品种赤优金苗1号。肥料采用水溶肥[氮(N)≥15%，磷(PO)≥5%，钾(KO)≥16%]，微生物菌剂(有效活菌数≥2.0亿/g)。

1.2 试验地概况

试验于2020年在内蒙古赤峰市喀喇沁旗西桥镇赤峰市农牧科学研究所试验地进行，该地海拔545 m，119°6′24″E，41°51′40″N，平均气温8 ℃，降水主要集中在6—8月，雨热同季，年平均降水量 500 mm，属于温带半干旱大陆性季风气候区。试验地前茬作物为玉米，全氮含量0.70 g/kg、速效氮含量52.5 mg/kg、速效磷含量17.5 mg/kg、速效钾含量95.0 mg/kg、有机质含量13.1 g/kg、pH值7.9。

1.3 试验设计

采用随机区组排列设计，共11个处理，3次重复，小区面积30 m，种植密度为37.5万株/hm，行距为0.5 m，周围设置1 m保护行，采用浅埋滴灌大小垄种植模式，大垄宽60 cm，小垄宽40 cm，在小垄开沟，将滴灌带埋入沟下2～4 cm土层，将滴灌带与地上支管连接，前期不施肥，拔节期施肥，试验处理及肥料用量见表1。

表1 试验处理编号和肥料用量

1.4 调查项目及测定方法

1.4.1 主要农艺性状调查 选取每小区长势基本一致的5株植株进行标记，在不同生长发育阶段观察记载株高；记载出苗期、抽穗期、成熟期；成熟时，室内测定穗长、穗粒质量、千粒质量等；小区实收测产。

1.4.2 干物质积累动态变化的测定 拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期，每个小区随机取代表性植株5株，取地上部分洗干净，105 ℃下杀青30 min，然后在80 ℃下烘48 h至恒质量称质量。

1.5 数据处理及分析

主要计算公式：

氮素农艺效率(kg/kg)=(施氮区处理干物质积累量-施氮区对照干物质积累量)/施氮量；

氮肥农学利用率(kg/kg)=(施氮区处理产量-不施氮区对照产量)/施氮量；

氮肥偏生产力(kg/kg)=施氮区产量/施氮量。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对谷子生育期的影响

T5处理谷子抽穗到成熟的天数最少，比CK1少3 d，比CK2少0.4 d，比其他处理少0.7～2.7 d。所有处理谷子的生育期在115.0～120.7 d之间，T8、T9、T1处理为120 d左右，与CK1差异不显著，显著大于CK2和其他处理。分析结果表明施氮量过低和过高均表现出抽穗至成熟天数增加，生育期偏长(表2)。

表2 不同处理生育期比较

2.2 不同施肥处理对谷子株高的影响

从图1可以看出，不同处理在不同生长时期的株高表现不同，施肥处理各时期均显著高于CK1。其中，T5、T6处理与CK2差异显著，T5、T6处理的株高拔节期增加1.1～1.2 cm，抽穗期增加2.4 cm，成熟期增加2.2～2.3 cm。

2.3 不同施肥处理对谷子主要农艺性状的影响

从图2可以看出，所有处理穗长均显著高于CK1，T3与T6差异显著，其余各处理间无显著差异。从图3可以看出，随着水溶肥用量增加，穗粒质量上升达峰值后不再增加，T5、T6处理显著高于CK1和CK2，其中T5处理比CK1、CK2增加17.98%、6.06%，T1、T2、T3处理显著低于CK2。

从图4可以看出，T5、T6处理千粒质量显著高于CK1，其他不同处理间差异不显著。

2.4 不同施肥处理对谷子产量的影响

从图5可以看出，所有施肥处理均显著高于CK1，同时T5、T6、T8、T9处理显著高于CK2，其他各处理产量均低于CK2。 其中，T5处理比CK1增加29.45%，比CK2增加10.11%，比其他各处理产量增加0.30%～18.24%。随着水溶肥用量的增加，产量达到峰值后不再增加。

2.5 不同施肥处理对谷子干物质质量的影响

从表3可以看出，同一水溶肥处理，随着微生物菌剂的增加，谷子各时期干物质质量显著增加至极值后不再变化，拔节期至抽穗期、抽穗期至灌浆期、灌浆期至成熟期3个时期干物质质量的增加逐渐降低。其中，T5、T6、T8、T9处理显著高于CK1，T6处理在拔节期到抽穗期增加最多，为19.96 g，比T5、T6、T9处理增加2.15%～15.78%；T8处理在抽穗期至灌浆期干物质质量增加最多，为16.93 g，比T5、T8、T9处理增加5.14%～29.71%；T5处理在灌浆期至成熟期干物质质量增加最多，为6.34 g，比T6、T8、T9处理增加38.49%～76.34%。

表3 不同施肥处理下谷子不同生育时期干物质质量比较

2.6 不同施肥处理的氮肥利用率分析

从表4可以看出，随着水溶肥的增加，氮素农艺效率呈抛物线型，其中T5处理与CK2的差异达极显著水平；表明过量的氮素会使干物质质量下降；同一水溶肥处理，氮肥农学利用率随着微生物菌剂的增加而提高，其中，T5、T6、T8处理与CK2的差异达到极显著水平，说明微生物菌剂促进了氮素的吸收；同一微生物菌剂处理，氮肥偏生产力随着水溶肥的增加而降低，T1、T2、T4、T5、T7处理均显著高于CK2，T8、T9处理显著低于CK2。结合产量结果，T5处理的氮肥利用效率最高。

表4 不同施肥处理下谷子氮肥利用率等相关指标方差分析

3 讨论与结论

3.1 不同施肥处理对谷子主要农艺性状及产量的影响

不同处理对谷子生育期的各阶段均产生影响，本试验结果表明，施N量过大或过小均表现为生育期延长，氮素过多导致贪青晚熟，氮素过少导致养分匮乏，营养生长的时间挤占了生殖生长导致生长期延长、抽穗晚、结实率低。

水溶肥≥75 kg/hm+微生物菌剂≥150 kg/hm时，谷子从拔节期至成熟期株高高于对照，说明在这2个施肥限值以下株高无变化，超过限值株高增高，株高前值范围内株高越高，产量越高。株高可以代表一定程度上谷子营养生长状况的优劣，通过合理施肥以及采取一定的栽培管理措施达到合适土壤营养环境可以保证谷子在生殖生长时提供足够的营养物质。株高维持在合理的范围内，保证源、库、流的协调。

本试验中，施肥处理穗长均大于不施肥处理，与常规处理差异不显著，不施肥的土壤环境会明显影响穗长发育。同一微生物菌剂处理，随着水溶肥的增加，穗粒质量、产量上升达峰值后不再显著增长，各处理千粒质量和穗长差异不显著。这是因为穗粒质量对土壤营养环境的变化较为敏感，直接体现与产量的联动；千粒质量受品种特性影响较大，对环境变化不敏感，与相关的研究结果一致。

植物对土壤营养的吸收利用呈抛物线状，随着营养成分的丰富，产量随之上升至限值后不再增加，其中，施用75 kg/hm水溶肥和150 kg/hm微生物菌剂产量最高，为6 304.5 kg/hm，比不追肥增产29.45%，比常规追肥增产10.11%。在保证产量的前提下，合理适量施肥是避免过度施肥的最佳途径，微生物菌剂中的有效活菌提高了土壤的生物活性以及根系的活力，二者配施，减少了水溶肥的用量，同时提高了谷子的产量。

3.2 不同施肥处理对谷子干物质质量和氮素利用的影响

氮肥是作物需求最多的营养元素。研究表明，氮肥过量时，叶绿素含量增加从而贪青晚熟，不利于产量增加。适量氮素对作物鲜干质量以及产量和品质都有显著影响，相同肥力不同处理下，土壤供氮量、氮肥利用率以及小麦吸氮量随施氮量的增加呈先增加后降低的趋势。本试验结果表明，同一水溶肥处理，随着微生物菌剂的增加，谷子各生育时期干物质质量显著增加至极值后不再变化，过量氮素不再使干物质增加；氮素农艺效率呈抛物线形，氮肥农学利用率随着微生物菌剂的增加而增大，氮肥偏生产力随着水溶肥的增加而降低。研究结果表明，施用75 kg/hm水溶肥配施微生物菌剂150 kg/hm时，氮肥利用效率最高，且显著高于常规施肥，均有利于提高谷子整个生长期干物质质量；前期生长旺盛、干物质积累多，后期分配到籽粒的干物质比例较高，与古世禄等的研究结果一致。

内蒙古东部≥10 ℃有效积温2 600 ℃以上的干旱半干旱地区种植谷子，5月下旬采用浅埋滴灌大小垄方式，密度37.5万株/hm，拔节后7～10 d配施75 kg/hm水溶肥和150 kg/hm微生物菌剂，生育期适中，株高合理，穗粒数增加明显，氮素利用效率最高，谷子增产明显，较常规施肥增产6.6%～10.11%，可减少氮肥使用量150 kg/hm。