不同类型肥料对糯高粱产量、品质及氮肥利用率的影响

张春兰 汪灿 高杰 徐建霞 徐燕

摘要：研究不同类型肥料对酱香型白酒用糯高粱产量、品质及氮肥利用率的影响，为贵州生态区糯高粱种植的施肥策略提供参考。以糯高粱品种红粱丰1号为材料，于2020年和2021年在贵州省安顺市山京畜牧场开展田间试验，采用完全随机区组设计，以不施肥（CK）为对照，设置农民习惯施肥（T1）、配方肥（T2）、控释掺混肥（T3）和稳定性长效缓释肥（T4）4种施肥处理，调查不同施肥处理间糯高粱产量、品质、氮肥利用效率及经济效益的变化。结果表明，不同施肥处理对糯高粱产量及重要农艺性状均有极显著影响；与T1处理相比，T2～T4处理增产2.61%～5.41%，糯高粱的株高、茎粗、穗长、单穗粒数和单穗粒质量均增加；T3处理下产量、茎粗、穗长、单穗粒数、单穗粒质量和千粒质量均最大。不同施肥处理对糯高粱氮肥利用率、氮肥农学利用率及氮肥偏生产力影响极显著；与T1处理相比，T2～T4处理的氮肥利用率、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力均增加，其中以T3处理增幅最大，较T1处理分别增加26.08%、34.62%、23.26%。不同施肥处理对单宁含量有极显著影响，对蛋白质、总淀粉和支链淀粉含量均有显著影响；与CK相比，T1～T4处理下糯高粱蛋白质、总淀粉和支链淀粉含量增加，而单宁含量降低，T2～T4处理下糯高粱各品质指标值与T1处理相比差异不显著，且T3处理下各品质指标值均大于T1处理。施用新型肥料T2～T4处理较CK、T1处理增加了糯高粱产值和净利润，其中T3处理下糯高粱产值和产投比最高、净利润最大。结果表明，在本试验条件下，T3处理（控释掺混肥）能更好地促进糯高粱植株的生长，改善穗结构，增加产量，提升品质，提高氮肥利用效率和经济效益。

关键词：肥料；糯高粱；产量；品质；氮肥利用率

中图分类号：S514.06  文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）24-0083-07

高粱［Sorghum bicolor （L.） Moench］是仅次于小麦、水稻、玉米和大麦的世界第五大作物［1］，根据用途不同，一般分为甜高粱、饲草高粱和粒用高粱 3 种类型，在粒用高粱中又将直链淀粉含量在 0～5%的称为糯高粱［2］。作为酿造贵州茅台酒等酱香型白酒的主要原料，糯高粱在贵州省区域经济发展中占有重要地位，近年来，随着酱香型白酒市场经济的发展和贵州种植业结构的调整，高粱已发展成为贵州省巩固脱贫攻坚成效和助推乡村振兴的重点优势产业之一［3］。然而，由于贵州多数地区在糯高粱种植过程中盲目施用化肥，导致其产量、品质及经济效益下降，严重制约了糯高粱产业的可持续发展［4-5］。因此，筛选适宜糯高粱生产的新型化肥产品，对于解决酒用原料安全及实现酒用糯高粱产业绿色可持续发展具有重要意义。目前有关缓/控释肥等新型肥料的研究主要集中在提高作物产量和品质、增加经济效益、节约资源、降低环境污染等方面［6-8］。大量研究表明，不同类型的缓/控释肥对水稻、玉米、小麦等粮食作物以及棉花、花生等经济作物均有一定的增产增效作用，能够减少施肥次数，降低施肥量，并在减量的情况下，实现稳产，甚至增产。如王强等在水稻上的研究表明，缓控释肥在氮肥减量10%～20%条件下，相较于常规施肥，水稻产量可持平或略增加，分蘖数、有效穗数、实粒数和千粒质量也有增加［9-11］。李亚朋研究发现，以农民习惯施肥为对照，缓控释肥料减施10%～25%条件下，玉米小幅增产，地上部分干物质积累和氮素积累增加，且提高了氮肥利用率［12-14］。安文博等对鲜食玉米研究发现，与常规施肥处理相比，缓控释肥减氮25%一次性施用鲜食玉米没有减产，且增加了籽粒维生素C、蛋白质和可溶性糖含量［15］。赵思远等的研究表明，与传统施肥处理相比，减氮20%施入缓/控释肥料，小麦吸氮量与产量分别增加 4.5%～10.6%和2.6%～5.2%，氮素利用率、氮肥农学效率（NAE）和氮肥偏生产力（NPFP）也显著提高［16］。宋亚栋对小麦的研究也表明，施用緩控释肥提高了小麦氮肥利用率，增加了小麦生长中后期的干物质积累，提高了产量，并改善了小麦籽粒品质［17］。郑曙峰等的研究表明，一次性减量施用控释肥能增加棉花单株成铃数及产量，减少氮肥投入量，提高肥料利用率［18］。郑国栋等对花生的研究表明，与常规施肥相比，施用缓/控释复合肥可显著增加麦套花生收获期叶面积指数和干物质积累量，显著增加花生单产及改善花生品质［19-20］。目前对缓控释肥的应用效果研究主要集中在水稻、玉米、小麦等粮食作物以及棉花、花生等经济作物上，而关于缓控释肥对酒用糯高粱产量、品质、肥料利用率方面的报道相对较少。本试验以不施肥为对照，研究不同类型肥料处理对酒用糯高粱产量、品质、氮肥利用率及经济效益的影响，为贵州糯高粱种植的高效施肥技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2020年和2021在贵州省安顺市山京畜牧场（26°18′N，106°19′E）进行。试验地海拔1 380 m，属亚热带湿润性季风气候，年平均气温14.5 ℃，年平均相对湿度80%，年均降水量1 320 mm，全年无霜期270 d，年日照时数1 373.2 h。试验地土壤为红壤土，2020年播种前10 cm土层含有机质 15.63 g/kg、全氮1.35 g/kg、全磷0.75 g/kg、全钾11.51 g/kg、碱解氮118.24 mg/kg、有效磷 83.35 mg/kg、速效钾131.27 mg/kg，pH值5.6。

1.2 试验材料

供试糯高粱品种为红粱丰1号，供试肥料为普通复合肥（N、P2O5、K2O含量均为15%，贵州西洋肥业有限公司）、尿素（含N 46%，达州玖源新材料有限公司）、配方肥（基肥：N、P2O5、K2O含量分别为20%、8%、12%，追肥：N、P2O5、K2O含量分别为15%、5%、18%，贵州卓豪农业科技股份有限公司）、控释掺混肥（N、P2O5、K2O含量分别为26%、12%、13%，安徽茂施农业科技有限公司）、稳定性长效缓释肥（N、P2O5、K2O含量分别为24%、6%、10%，贵州天宝丰原生态农业科技有限公司）。

1.3 试验设计

试验采用完全随机区组设计，以不施肥（CK）为对照，设置农民习惯施肥（T1）、配方肥（T2）、控释掺混肥（T3）和稳定性长效缓释肥（T4）4个不同类型肥料处理，各处理施肥情况详见表1。每个处理3次重复，小区长5 m、宽6 m，面积30 m2，种植10行，行距60 cm、穴距25 cm，每穴留苗2株，小区间及区组间间隔1 m，种植行与区组走向垂直，试验地四周播种3行糯高粱作为保护行。糯高粱分别于2020年4月14日和2021年4月15日播种，2020年9月2日和2021年9月4日收获，常规田间管理。

1.4 测定指标与方法

1.4.1 氮肥利用参数

于糯高粱成熟期在各小区中间条带选择具有代表性的植株3株，分为茎、叶、鞘、穗和籽粒5个部分，放置于105 ℃鼓风干燥箱杀青30 min，再于65 ℃烘干至恒质量，称取干物质质量。将称质量后的植株各部分粉碎并过1 mm筛，用浓H2SO4-H2O2消煮后采用凯氏定氮法测定各器官全氮含量。参照相关文献计算如下参数：

氮肥利用率（NRE，%）=（施氮区氮素积累量-不施氮区氮素积累量）/施氮量×100%［21-22］；

氮肥农学效率（NAE，kg/kg）=（施氮区产量-不施氮区产量）/施氮量［21-22］；

氮肥偏生产力（NPFP，kg/kg）=施氮区产量/施氮量［21-22］。

1.4.2 产量和品质 于糯高粱成熟期收获前3 d，在各小区中间条带选择具有代表性的植株10株，测定株高、茎粗、穗长、穗粒数和千粒质量，每小区收取中间4行测产（按照14%含水量折算）。待高粱籽粒晾晒2周后，用福斯XDS快速成分分析仪测定总淀粉、支链淀粉、单宁和蛋白质含量。

1.4.3 经济效益 产投比=施肥增产收益/生产成本。

净利润（元/hm2）=产值-肥料成本-追肥用工成本-其他生产成本。

1.5 数据统计与分析

用Microsoft Excel 2016软件整理数据。采用DPS 7.05软件进行统计分析，用LSD法进行差异显著性检测（α=0.05），用SigmaPlot 12.5软件作图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对糯高粱产量及重要农艺性状的影响

由表2可以看出，不同施肥处理对糯高粱产量及重要农艺性状均有极显著影响。2年平均值，糯高粱产量表现为T3＞T2＞T4＞T1＞CK，3种新型肥料T2～T4处理与不施肥（CK）、农民习惯施肥（T1）处理相比均增产，且显著高于CK和T1处理，比CK处理增产59.46%～63.80%，比T1处理增产 2.61%～5.41%。其中T3处理下产量最高，达 5 568.47 kg/hm2，T2处理次之。

不同肥料处理下糯高粱株高表现为T4＞T2＞T3＞T1＞CK，茎粗、单穗粒数和单穗粒质量均表现为T3＞T2＞T4＞T1＞CK，穗长表现为T3＞T4＞T2＞T1＞CK，千粒质量表现为T3＞T2＞T1＞T4＞CK。與CK相比，T1～T4处理的株高、茎粗、穗长、单穗粒数、单穗粒质量和千粒质量均显著增加。与T1处理相比，T2～T4处理的株高、茎粗、穗长、单穗粒数、单穗粒质量均增加，株高分别增加3.30%、2.43%和3.69%，茎粗分别增加4.91%、6.58%、3.34%，穗长分别增加6.10%、7.67%、7.23%，单穗粒数分别增加8.95%、11.79%和7.75%，单穗粒质量分别增加9.98%、15.24%和5.63%；T2、T3处理的千粒质量分别增加0.78%、2.86%，T4处理的千粒质量下降2.37%。其中T4处理的株高最高，为259.59 cm，但与T2、T3处理差异不显著；T3处理的茎粗、穗长、单穗粒数、单穗粒质量和千粒质量均最大，分别为11.50 mm、31.59 cm、2 725.92粒、57.76 g、21.23 g。

2.2 不同施肥处理对糯高粱氮肥利用率的影响

2年结果（表3、图1）表明，不同施肥处理对糯高粱氮肥利用率（NRE）、氮肥农学效率（NAE）和氮肥偏生产力（NPFP）影响极显著，糯高粱NRE、NAE和NPFP均表现为T3＞T2＞T4＞T1。2年平均值，与T1处理相比，T2～T4处理的NRE提高15.05%～26.08%，NAE提高25.54%～34.62%，NPFP提高19.98%～23.26%；其中以T3处理增幅最大，T3处理的NRE、NAE和NPFP分别为37.95%、11.12 kg/kg 和28.56 kg/kg。

2.3 不同施肥处理对糯高粱品质的影响

由表4可知，不同施肥处理对糯高粱单宁含量有极显著影响，对蛋白质、总淀粉和支链淀粉含量均有显著影响。2年平均值，不同施肥处理间糯高粱蛋白质含量表现为T3＞T4＞T2＞T1＞CK，总淀粉含量表现为T3＞T1＞T4＞T2＞CK，支链淀粉含量表现为T3＞T2＞T1＞T4＞CK，单宁含量表现为CK＞T2＞T3＞T1＞T4。与CK处理相比，T1～T4处理下糯高粱蛋白质含量、总淀粉含量、支链淀粉含量均增加，单宁含量降低；T2～T4处理下糯高粱蛋白质、总淀粉、单宁含量与T1处理相比差异不显著，且T3处理下蛋白质含量（11.42%）、总淀粉含量（66.67%）、支链淀粉含量（94.04%）、单宁含量（1.26%）均大于T1处理。

2.4 不同施肥处理对糯高粱经济效益的影响

由表5可知，不同施肥处理下糯高粱产值、产投比和净利润差异显著。因栽培措施相同，各处理间的总成本差距主要在于肥料成本和追肥用工成本。T3和T4处理是缓控释肥料，单价比普通肥料略高，但是用量少，且不需要追肥，可节省追肥用工成本；而T1、T2处理的肥料用量大，肥料成本略高于T3和T4处理，并且需要追肥，因此，总生产成本表现为T2＞T1＞T4＞T3＞CK，产值和净利润均表现为T3＞T2＞T4＞T1＞CK，产投比表现为T3＞T4＞T2＞T1。与CK、T1处理相比，T2～T4处理下糯高粱产值和净利润均显著增加；其中T3处理的产值与净利润均最高，分别为38 979.23元/hm2和 30 354.23元/hm2，净利润较T1处理增收 2 676.18元/hm2、增效9.67%；其次为T2处理，但T2和T4处理无显著差异。总体而言，T3处理产投比最高（1.76），不仅减少了肥料和劳动力投入，节约成本，而且增加了产量，进而提高了经济效益。

3 讨论与结论

3.1 不同类型肥料对糯高粱产量、农艺性状及肥料利用率的影响

在农业绿色发展背景下，加快对新型肥料的研发，对于提高肥料利用率，保证农业生产沿着高产高效的方向发展具有重要作用［6］。大量研究表明，在达到相同或相近作物产量水平下，缓/控释肥施用量相较于农民习惯施肥可减少用量10%～40%［23］。本研究显示，与农民习惯施肥相比，3种新型肥料在减氮14.47%施用条件下，糯高粱产量提高2.61%～5.41%，氮肥利用率提高15.05%～26.08%，且氮肥农学利用率和氮肥偏生产力显著提高。缓控释肥在减量施用情况下，糯高粱增产幅度与前人对水稻［9-11］、玉米［12-15］、小麦［16-17］等的研究结果接近，但氮肥利用率增幅差异较大，可能与作物不同有关。本研究中控释掺混肥处理下糯高粱的产量、肥料利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力均最高，该肥料中控释氮占总氮比例为50%，并且控释氮中控释60 d和控释90 d各占一半，说明控释掺混肥的施用协调了高粱整个生育期的养分供应，生育后期仍能促进高粱对养分的吸收利用，有利于籽粒灌浆而提高产量，这与隋虹杰等的研究结果［24］不一致，可能与试验用缓控释肥及作物品种等不一致有关。2年间糯高粱产量趋势一致，可见新型肥料适当减氮施用不影响高粱籽粒形成，糯高粱产量不减产或略有增产，这与前人的研究结果一致。

作物的农艺性状是衡量作物生长发育状况的重要指标，合理的肥料运筹能有效优化作物农艺性状［25］。李艳杰等研究发现，新型肥料处理较常规施肥处理使高粱株高明显增高，穗长和单穗粒质量增加［26-27］。王睿等对水稻的研究表明，施用缓控释肥后水稻的有效穗数和单穗粒数增加，从而引起群体产量的大幅提升，但同时部分农艺性状指标较对照无显著差异［25，28］。杜成喜等研究发现，与普通肥料相比，施用控释肥料后小麦的株高、旗叶长、穗长、结实率、穗粒数、千粒质量增加，穗数略有减少［29］。宋俏姮等研究表明，与传统施肥相比，缓控释肥可以显著提高玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数和百鲜粒质量，显著降低秃尖长［30］。郑国栋等研究发现，施用不同缓控释肥均有利于增加花生单株结果数和单株果质量［19］。本研究中新型肥料的施用增加了糯高粱的株高、茎粗、穗长、单穗粒数、单穗粒质量，这与前人研究结果基本一致，说明新型肥料施用能促进糯高粱植株的生长，改进穗结构从而提高产量。

3.2 不同类型肥料对糯高粱品质的影响

大量研究表明，施用缓/控释肥等新型肥料能够改善水稻［31-33］、玉米［15，34］、小麦［17］、花生［19-20］等作物的品质。蛋白质、总淀粉、支链淀粉和单宁含量是酱香型白酒用糯高粱原料的重要评价指标［35］，而目前关于缓/控释肥施用对酱香型白酒用糯高粱品质相关指标的研究鲜见相关报道。本研究中，不同施肥处理对糯高粱蛋白质含量、总淀粉含量和支链淀粉含量均有显著影响，对单宁含量有极显著影响；与CK处理相比，T1～T4处理下糯高粱蛋白质含量、总淀粉含量和支链淀粉含量增加，单宁含量降低，说明在不施肥的情况下增加了糯高粱单宁含量的积累，这与王劲松等的研究结果［36］一致；T3处理下各品质指标值均大于T1处理，说明施用控释掺混肥能够提升糯高粱品质。

3.3 不同类型肥料对糯高粱经济效益的影响

缓/控释肥是一次性施肥技术的重要载体，已成为我国新型肥料发展的主导方向，它具有环境友好、养分高效、省时省工等特点，符合我国低碳农业的发展需求，是农业生产实现化肥“零增长”的重要途径之一，也是适应当前农村农业领域劳动力短缺的现实需要［7-8］。本试验中，糯高粱产值和净利润均表现为T3＞T2＞T4＞T1＞CK，T3处理最大，比T1处理增收2 676.18元/hm2，增效9.67%，T3处理高粱产值和产投比最高，净利润最大。T3处理肥料单价虽然最高，但是施用量少且不需要追肥，减量减次施肥方式节约了肥料成本和劳动力成本，从而降低了生产成本，进而提高了经济效益，与傅丽青等在水稻上施用不同缓/控释肥得出的结论［28，37］一致。综上所述，适量减氮一次性施用缓控释肥可以实现糯高粱稳产提质，节本增效。

综上所述，与农民习惯施肥处理相比，3种不同新型肥料在减氮14.47%施用条件下，均提高了糯高粱产量、干物质积累量、氮肥利用率、氮肥农学效率及氮肥偏生产力，优化了农艺性状指标且品质指标没有显著差异；其中T3处理下糯高粱产量、肥料利用率、产投比均最大，比T1处理增产5.41%、氮肥利用率提高7.86%、产投比高达1.76，且农艺性状指标值和品质指标值均大于T1处理。因此，T3处理（控释掺混肥）能更好地促进糯高粱植株的生长，改善穗结构，增加产量，提升品质，提高氮肥利用效率和经济效益。在本试验条件下，控释掺混肥是最优的新型肥料。

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