施用不同氮肥对盐碱地湖南稷子生产性能以及养分吸收的影响

贾晓辉，张峰举，谢小伟，王 斌，王腾飞，倪 旺，陈月娟，许 兴,3*

(1.宁夏大学农学院，宁夏 银川 750021；2.宁夏草牧业工程技术研究中心，宁夏 银川 750021；3.西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地，宁夏 银川 750021；4.西北退化生态系统恢复与重建教育部重点实验室，宁夏 银川 750021；5.宁夏大学生态环境学院，宁夏 银川 750021；6.石嘴山市农业综合开发中心，宁夏 石嘴山 753099)

温室效应引起的全球性气候变化加剧，导致干旱事件频发，加速了土壤盐分的积累过程，使得土地盐碱化面积增加。目前，在盐碱地治理及利用的长期研究中，生物改良措施因其“省水、低投入、环境可持续”等优良特性在当今提倡生态效益并重的前提下已成为盐碱地改良的热点[1-2]。湖南稷子(Echinochloafrumentacea)作为一年生禾本科牧草[3]，具有适应性广、抗逆性强、产草量高等特点[4-6]。万力生等[7]研究结果表明，湖南稷子能够在含盐量为0.6%、pH值为9.3的盐碱地上正常发芽和生长，且保苗率高达92%。也有研究发现，在弃耕盐碱荒地上种植湖南稷子2～3年后，土壤全盐含量、pH值以及碱化度明显降低，土壤物理性状明显改善[8]。近年来，宁夏北部盐碱地已经占到总耕地面积的49%，造成了土地产能的下降，更引起了生态环境恶化[9]。种植湖南稷子成为当地改良盐碱地的一项重要举措，但在宁夏北部地区利用湖南稷子改良盐碱地的过程中，发现种植两个月后的湖南稷子长势低矮，叶片泛黄，可能是不合理施肥所致。因此，研究施肥对盐碱地湖南稷子生产性能以及养分吸收的影响，对于盐碱地改良及优化饲草生产方式，提高资源利用效率，保障饲草生产具有重要意义。

在不同类型的土壤条件下，合理施用不同形态的氮肥有利于促进作物对氮素的吸收[10]，提高饲草产量。代新俊等[11]研究发现，酰胺态氮肥与铵态氮肥和硝态氮肥相比，在氮肥为150 kg·hm-2条件下能够显著提高小麦(Triticumaestivum)产量和籽粒含氮量。韩世洁等[12]研究指出，白羊草(Bothriochloaischaemum)通过施用尿素后其产量、营养品质和经济效益整体优于硫酸铵。崔纪菡等[13]研究表明，铵态氮与硝态氮相比，更容易被谷子(Setariaitalica)利用，可促进谷子氮素积累，提高穗部产量。安霞等[14]研究认为，在施用酰胺态氮、硝态氮和铵态氮肥后，铵态氮肥更利于甘薯(Dioscoreaesculenta)高产。目前，不同形态氮肥的研究主要集中在对玉米(Zeamays)[15]、春小麦[16]和水稻(Oryzasativa)[17-18]产量及养分吸收等方面，鲜见不同形态氮肥对盐碱地湖南稷子产量及养分吸收利用方面研究。鉴于此，本试验通过设置尿素和硫酸铵两种不同形态氮肥及三个施肥量的试验，研究硫酸铵和尿素及不同施肥水平对湖南稷子生产性能以及不同器官养分吸收的影响，以确定适宜的氮肥和最佳的施肥量，为盐碱地湖南稷子合理施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在宁夏石嘴山市平罗县高庄乡(105°57′ E，38°36′ N，海拔1 100 m)盐碱地进行。该地位于银川北部平原，属于中温带半干旱荒漠性气候，年平均气温9.4℃，日照充足，平均日照时数为3 008.6 h，年平均降水量173.2 mm，年平均蒸发量为1 825 mm，平均霜冻期为194.6 d，无霜期为171 d。追肥前0～20 cm土壤pH值为9.05，全盐含量为1.07 g·kg-1，有机质含量为10.14 g·kg-1，全氮含量为0.72 g·kg-1，碱解氮含量为36.32 mg·kg-1，速效磷含量为7.52 mg·kg-1，速效钾含量为197.12 mg·kg-1。

1.2 试验设计

选用湖南稷子(‘海子1号’)为作为试验材料，由宁夏千叶青农业科技发展有限公司提供。试验采用双因素随机区组设计，共设置两种氮肥[尿素N1(总氮≥46.0%)，硫酸铵N2(总氮≥21%)]，三个氮肥梯度(F1：50 kg·hm-2，F2：100 kg·hm-2，F3：150 kg·hm-2)，将不追肥设为对照CK，共7个处理，3个重复，总计21个小区，小区面积40 m2(10 m×4 m)，相邻小区间隔1 m并起梗。于2021年5月10日机械播种，播量为37.5 kg·hm-2，行距20 cm，施入磷酸二铵(300 kg·hm-2)和硫酸钾(150 kg·hm-2)作为底肥，7月24日追施相同梯度的尿素或硫酸铵。施肥当天(7月24日)及8月31日共进行两次灌水。在湖南稷子生育期内适时进行人工锄草和害虫防治，9月29日收获。

1.3 测定指标及方法

以下各指标均在湖南稷子灌浆期测定。

株高：每个小区随机选取10株湖南稷子测垂直高度，取平均值。

茎粗：每个小区随机选取10株湖南稷子测倒数第二节茎粗，取平均值。

产量：按行随机刈割成熟植株2 m，阴干后称其干重，换算出每公顷产量。

植株氮含量：采用H2SO4-H2O2消化-凯氏定氮法测定[19]。

植株磷含量：采用H2SO4-H2O2消化-钼锑抗比色法测定[19]。

植株钾含量：采用H2SO4-H2O2消化-火焰光度计测定[19]。

氮(磷、钾)素吸收量(kg·hm-2)=植株干物重×植株含氮(磷、钾)量。

氮肥利用率(%)=[施肥区紫花苜蓿体上部氮素吸收量-无肥区作物体内该元素的吸收量]/所施肥料中氮素含量×100%。

1.4 数据统计分析

采用Excel 2013软件整理数据，利用SPSS Statistics 25.0软件进行方差分析，LSD多重比较，并用Origin 2018作图。

2 结果与分析

2.1 施用氮肥对盐碱地湖南稷子株高、茎粗和干草产量的影响

如图1所示，N1处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子株高、茎粗和干草产量呈上升趋势。施用氮肥后湖南稷子株高、茎粗和干草产量均高于CK处理，除N1F1处理下干草产量外，均达到显著差异(P<0.05)。其中在N1F3处理下株高(138.77 cm)、茎粗(6.69 mm)和干草产量(6 390.78 kg·hm-2)达到最高，分别比CK高86.17%，41.44%，200.00%。

图1 不同追施氮肥处理对湖南稷子株高、茎粗和干草产量的影响

N2处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子株高、茎粗和干草产量呈上升趋势。除N2F1处理外，施用氮肥后湖南稷子株高、茎粗和干草产量均显著高于CK处理(P<0.05)。其中在N2F3处理下株高(141.16 cm)、茎粗(7.10 mm)和干草产量(7 923.08 kg·hm-2)达到最高，分别比CK高89.37%，50.11%,271.93%。整体来看，N2F3处理下湖南稷子株高、茎粗和干草产量均高于N1F3，但两者之间均未达到显著水平。

2.2 追施不同氮肥对盐碱地湖南稷子养分吸收的影响

如图2所示，N1处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子氮素和磷素吸收量不断上升，钾素吸收量呈先上升后下降的趋势。施用氮肥后湖南稷子氮磷钾元素吸收量均显著高于CK处理(P<0.05)。其中在N1F3处理下氮素(43.25 kg·hm-2)和磷素(11.65 kg·hm-2)吸收量最高，分别比CK高86.17%，41.44%。在N1F2处理下钾素(67.10 kg·hm-2)吸收量最高，与CK相差51.13 kg·hm-2。

图2 不同追施氮肥处理对湖南稷子氮磷钾元素吸收量的影响

N2处理下湖南稷子氮磷钾元素吸收量变化趋势与N1处理下一致。施用氮肥后湖南稷子钾元素吸收量均显著高于CK处理(P<0.05)，除N2F1处理外，氮、磷元素吸收量均显著高于CK处理(P<0.05)。其中在N2F3处理下氮素(58.75 kg·hm-2)和磷素(13.75 kg·hm-2)吸收量最高，分别比CK高333.31%，108.79%。在N2F2处理下钾素(87.66 kg·hm-2)吸收量最高，与CK相差71.68 kg·hm-2。整体来看，N2F3处理下氮素和磷素吸收量与N1F3相比分别提高了35.83%，17.97%，且两者之间的差异均达到显著水平(P<0.05)。

2.3 追施不同氮肥对盐碱地湖南稷子不同部位养分含量的影响

如图3A所示，所有处理下湖南稷子不同部位氮含量由高到低依次为穗>叶>茎。N1处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子茎叶穗中氮含量均呈现先下降后上升的趋势。施用氮肥后N1F1和N1F2处理下茎杆中氮含量均显著低于CK处理(P<0.05)，N1F1和N1F3处理下叶片中氮含量均显著高于CK处理(P<0.05)，所有处理下穗中氮含量均显著低于CK处理(P<0.05)。除CK处理外，N1处理下湖南稷子下茎(4.46 g·kg-1)叶(8.49 g·kg-1)穗(9.79 g·kg-1)中氮含量均在N1F3下处理达到最高。

N2处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子茎叶穗中氮含量不断上升。施用氮肥后N2F2和N2F3处理下茎杆和叶片中氮含量均显著高于CK处理(P<0.05)，N2F1处理下叶片中氮含量均显著高于CK处理(P<0.05)，所有处理下穗中氮含量均显著低于CK处理(P<0.05)。除CK处理外，N2处理下湖南稷子下茎(4.89 g·kg-1)叶(9.52 g·kg-1)穗(11.28 g·kg-1)中氮含量在N2F3处理下达到最高。N2F3处理下湖南稷子茎叶穗中氮含量较N1F3分别提高了9.63%，12.05%，15.28%。

如图3B所示，磷素主要分布在穗中。N1处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子茎中磷含量均呈现先下降后上升的趋势，湖南稷子叶片和穗中磷含量均不断下降。施用氮肥后N1F1和N1F2处理下茎杆中磷含量均显著低于CK处理(P<0.05)，所有处理下叶片和穗中磷含量均显著低于CK处理(P<0.05)。除CK处理外，N1处理下湖南稷子茎、叶、穗中磷含量最高的处理分别是N1F3(1.05 g·kg-1),N1F1(1.09 g·kg-1),N1F1(8.94 g·kg-1)，最低的分别是N1F2(0.71 g·kg-1),N1F3(0.63 g·kg-1),N1F3(6.03 g·kg-1)。

N2处理下湖南稷子随着施肥量的增加茎杆和叶片中磷含量变化趋势与N1处理下一致，穗中磷含量呈先上升后下降的趋势。施用氮肥后N2F2处理下茎杆中磷含量显著低于CK处理(P<0.05)，N2F1和N2F2处理下叶片中磷含量均显著低于CK处理(P<0.05)，所有处理下穗中磷含量均显著低于CK处理(P<0.05)。除CK处理外，N2处理下湖南稷子茎、叶、穗中磷含量最高的处理分别是N2F3(1.08 g·kg-1),N2F1(1.24 g·kg-1),N2F2(7.57 g·kg-1)，最低的分别是N2F2(0.58 g·kg-1),N2F3(0.46 g·kg-1),N2F3(5.67g·kg-1)。

如图3C所示，钾素主要分布在植物茎杆中。N1处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子叶片中钾含量均呈现先上升后下降的趋势，湖南稷子茎杆中钾含量不断上升。施用氮肥后所有处理下茎杆中钾含量均显著高于CK处理(P<0.05)，N1F3处理穗中钾含量显著低于CK处理(P<0.05)。除CK处理外，N1处理下湖南稷子茎、叶、穗中钾含量最高的处理分别是N1F2(25.62 g·kg-1),N1F3(7.29 g·kg-1),N1F2(6.97 g·kg-1)，最低的分别是N1F3(15.55 g·kg-1),N1F1(4.91 g·kg-1),N1F3(4.29 g·kg-1)。

图3 不同追施氮肥处理对湖南稷子不同部位氮磷钾含量的影响

N2处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子茎杆和叶片中钾含量呈先上升后下降的趋势，穗中钾含量不断上升。施用氮肥后所有处理下茎杆中钾含量显著高于CK处理(P<0.05)，N2F1和N2F2处理下叶片中钾含量均显著高于CK处理(P<0.05)。除CK处理外，N2处理下湖南稷子茎、叶、穗中钾含量最高的处理分别是N2F2(21.20 g·kg-1),N2F2(10.57 g·kg-1),N2F3(5.19 g·kg-1)，最低的分别是N2F3(15.43 g·kg-1),N2F3(6.04 g·kg-1),N2F1(5.02 g·kg-1)。

2.4 追施不同氮肥对盐碱地湖南稷子氮肥利用率的影响

如图4所示，随着施肥量的增加，N1处理下湖南稷子氮肥利用率呈先下降后上升的趋势，在N1F3处理下氮肥利用率为19.71%，达到最高，其次分别为N1F1，N1F2，不同处理间差异均达到显著水平(P<0.05)。N2处理下，随着施肥量的增加，湖南稷子氮肥利用率不断上升，N2F2和N2F3处理下湖南稷子的氮肥利用率达到28.53%和29.45%，二者无显著差异，但均显著高于N2F1处理(P<0.05)。N1F3处理下湖南稷子氮肥利用率与N2F3相差8.74%，差异显著(P<0.05)。

图4 不同追施氮肥处理对湖南稷子氮肥利用率的影响

3 讨论

3.1 追施不同氮肥对盐碱地湖南稷子生产性能的影响

科学合理的施肥能够显著提高饲草生产性能。陶梦等[20]研究发现，当施氮量为225 kg·hm-2时，施用硫酸铵对柳枝稷(PanicumvirgatumL.)的增产效果显著优于尿素，且施用硫酸铵后株高和茎粗均与施氮量呈正比。马红红等[21]研究表明，施用硫酸铵能够显著增加饲料玉米产量。王飞等[15]研究证明在滴灌条件下施用硫酸铵后玉米产量相比施用等量尿素提升了14.9%。在本试验中，增施氮肥能够显著提高盐碱地湖南稷子产量，最高可达到7 923 kg·hm-2，且本研究得出追施硫酸铵比尿素更有利于湖南稷子增产的结果，与前人研究结果相似，表明了在相同施氮量下，施用硫酸铵较尿素更有助于提升作物的生产性能。然而，罗小仁等[18]在施用不同类型氮肥对超级稻的研究中得出相反的观点，主要原因可能是在不同土壤条件下施用不同形态氮肥存在差异，对作物的生长有影响。因此，我们在生产实践中应该提前测定土壤肥力，确定适宜的氮肥种类以及施肥量，进而提高饲草生产性能。

3.2 追施不同氮肥对盐碱地湖南稷子养分吸收的影响

有学者研究发现，适量施氮能够促进作物对养分的吸收[22]。也有研究表明，不同形态氮肥显著影响作物对氮、磷、钾养分的吸收[23]。陶梦等[20]研究发现柳枝稷的吸氮量在施用硫酸铵时随着施氮量的增加逐渐增加，但施用尿素时柳枝稷吸氮量呈先上升后下降趋势。曹卫东等[24]研究发现，北方石灰性土壤上硫酸铵配合施用速效磷肥时春小麦成熟期全株吸磷量高于尿素。本研究表明，在追施氮肥后增加了湖南稷子对养分的吸收，且追施硫酸铵的效果优于尿素，同一施氮浓度下，追施硫酸铵后湖南稷子地上部吸氮量均高于尿素，等量施氮条件下，植株全氮含量可以反映作物吸氮能力的强弱，由此可以看出，硫酸铵显著增加了湖南稷子对氮素的吸收。这与陶梦等[20]的研究结果不同，可能与施氮量有关，在尿素施氮量150 kg·hm-2时柳枝稷吸氮量达到峰值。陈远学等[25]对饲用玉米施氮量的研究中发现，施氮显著提高了氮含量和氮磷吸收量，但对钾吸收量无明显影响，武燕[16]在春小麦的研究中也得出了类似的结论。范钦桢[26]研究表明，铵会使土壤原有钾素的释放受到抑制，尿素和硫酸铵水解后都会以铵的形式存在于土壤中，从而抑制土壤钾的释放，影响植物对土壤钾的利用。Acquaye等[27]研究表明单施铵肥会降低燕麦(AvenasativaL.)对钾的吸收。于飞等[28]在不同类型氮肥对油菜(BrassicacampestrisL.)的研究中也得出相同结论。本试验中，在施氮100和150 kg·hm-2水平下，湖南稷子地上部氮、磷、钾的吸收量均为硫酸铵大于尿素。同时随着施氮量的增加，湖南稷子地上部钾吸收量显著高于对照和50 kg·hm-2施氮水平处理，呈现出先上升后下降的趋势。结合前人研究与本试验结果，表明合理追施氮肥有利于促进湖南稷子对养分的吸收，但过量施氮会产生抑制作用。

3.3 追施不同氮肥对盐碱地湖南稷子不同部位养分含量的影响

植物中氮、磷、钾的含量因作物种类和器官而异。氮作为影响植物生长发育的重要营养元素，是许多次生代谢产物的重要组成成分[29]。本研究结果表明，追施氮肥后湖南稷子不同部位氮含量由高到低依次为穗>叶>茎，穗中的磷含量显著高于茎杆，这与段庆波等[30]研究结果吻合。随着施氮量的增加，湖南稷子茎、叶、穗中的氮含量不断上升；叶片和穗中的磷含量不断下降，茎杆中磷含量虽然呈上升的趋势，但均低于对照。表明追施氮肥一定程度上促进了湖南稷子的生长。有研究发现施氮对小麦植株茎叶磷含量变化较复杂，但整体趋势是前期含量较高，后期逐渐降低[31]。本试验中，同一施氮量下，N2F2和N2F3处理下湖南稷子茎叶穗中氮含量均高于N1F2和N1F3，磷含量均低于尿素，表明合理施用硫酸铵更有利于促进盐碱地湖南稷子的生长。徐富贤等[32]研究发现，施氮后73%～75%的钾被分配到茎叶中。本研究发现追施氮肥后湖南稷子不同部位钾含量由高到低依次为茎>叶>穗，随着施氮量的提升，除N1处理下叶片中钾含量和N2处理下穗中钾含量外，追施氮肥后湖南稷子茎、叶、穗中的钾含量均呈先上升后下降的趋势，这与李玉鹏等[33]在水稻施肥的研究结果相似。在相同施氮量下，追施硫酸铵能够显著提升盐碱地湖南稷子茎杆中的钾含量，有利于促进植株对钾的吸收。

3.4 追施不同氮肥对盐碱地湖南稷子氮肥利用率的影响

盐碱地种植湖南稷子对不同形态氮肥的利用率存在显著差异。李娜等[34]研究发现，不同形态氮肥对小麦的氮肥利用率有显著影响，且晚期施用处理间差别更大。在本试验中，在N2F2，N2F3处理下湖南稷子氮肥利用率分别达到28.53%，29.45%，显著高于同水平尿素处理，其氮肥利用率分别提升了44.77%，43.36%。说明盐碱地湖南稷子对铵态氮的利用率高于酰胺态氮，这与陶梦[20]在柳枝稷方面的研究结果一致。然而，在施氮50 kg·hm-2水平下，N2F1处理下湖南稷子氮肥利用率仅4.63%，这与安志超等[35]研究结果相似，可能与较低的施氮量有关。

4 结论

追施氮肥量为100和150 kg·hm-2时能够显著提高盐碱地湖南稷子产量，其中在等量水平下，硫酸铵较尿素更有利于湖南稷子增产；施氮量的增加促进了湖南稷子对氮和磷的吸收，但过量施氮不利于湖南稷子对钾的吸收。此外，氮肥追施量为100和150 kg·hm-2时，追施硫酸铵后湖南稷子氮、磷、钾吸收量及氮素利用率均显著高于尿素。综上，盐碱地湖南稷子的施氮应选用硫酸铵，最佳施肥量为150 kg·hm-2。