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控释氮肥一次性基施提高谷子产量和氮素利用率

关瑞 张民 诸葛玉平 娄燕宏 王会 潘红 韩飞 何伟

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控释氮肥一次性基施提高谷子产量和氮素利用率

    作者简介: 关瑞 E-mail:guanr1024@163.com;
    通讯作者: 诸葛玉平, E-mail:zhugeyp@sdau.edu.cn ; 娄燕宏, E-mail:yanhonglou@sdau.edu.cn

Single basal application of controlled release nitrogen fertilizer improve yield and nitrogen use efficiency of foxtail millet

    Corresponding author: Yu-ping ZHUGE, E-mail:zhugeyp@sdau.edu.cn ;Yan-hong LOU, E-mail:yanhonglou@sdau.edu.cn ;
  • 摘要: 【目的】探索控释氮肥一次性基施对谷子生长、产量和养分利用率的影响,建立高效的谷子一次性施肥技术,为谷子轻简化栽培提供技术支撑。【方法】2015—2016年连续两年在山东泰安,以谷子品种‘济谷16’为试验材料进行了大田试验。控释氮肥为硫包膜尿素 (SN) 和树脂包膜尿素 (RN)。试验以不施肥 (CK) 为对照,在氮素用量相同的前提下,设:常规施肥 (NPK);硫包膜尿素一次性基施 (SN1);2/3硫包膜尿素氮基施 + 1/3尿素氮追施 (SN2);树脂包膜尿素一次性基施 (RN1);2/3树脂包膜尿素氮基施 + 1/3尿素氮追施 (RN2)。分析调查了谷子的产量、养分吸收及农艺性状。【结果】SN1处理的产量两年均为最高,分别达到4190.2、4458.3 kg/hm2,与常规施肥处理相比,产量提高了20.1%~53.5%,氮肥利用率提高了46.0%~56.3%。在施用同种控释氮肥的条件下,控释氮肥一次性基施处理的谷子产量和氮肥利用率显著优于控释氮肥基施 + 追施尿素处理,其中产量增加了5.8%~7.3%,氮素积累量增加1.6%~7.9%,氮肥表观利用率增加了3.7%~19.9%,氮肥生理利用率增加了5.1%~10.1%,氮肥农学利用率增加了21.4%~33.4%。谷子成熟期,不同处理秸秆和籽粒中的全氮、全磷、全钾含量不同,表现为施用同种控释氮肥的条件下,一次性基施处理的籽粒和秸秆氮磷钾含量显著大于基施 + 追施尿素处理。【结论】在谷子种植中,一次性基施控释氮肥可以在节约施肥成本的同时提高谷子产量和氮肥利用率。
  • 图 1  不同施肥处理的叶绿素含量

    Figure 1.  Chlorophyll content in various fertilization treatments

    图 2  不同施肥处理的谷子秸秆和籽粒氮含量

    Figure 2.  Nitrogen contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

    图 3  不同施肥处理下谷子秸秆和籽粒磷含量

    Figure 3.  Phosphorus contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

    图 4  不同施肥处理下谷子秸秆和籽粒钾含量

    Figure 4.  Potassium contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

    表 1  不同施肥处理谷子农艺性状

    Table 1.  Agronomic traits of millet under different fertilization treatments

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    株高 (cm)
    Plant height
    茎粗 (cm)
    Stem diameter
    叶长 (cm)
    Leaf length
    叶宽 (cm)
    Leaf width
    2015 CK 95.6 b 0.8 c 35.1 d 2.7 d
    NPK 106.4 a 0.9 b 36.8 c 2.9 c
    SN2 106.7 a 1.0 a 41.7 b 3.2 a
    RN2 105.0 a 1.0 a 40.6 b 3.1 ab
    SN1 106.9 a 1.0 a 43.1 a 3.1 ab
    RN1 105.6 a 1.0 a 40.6 b 3.1 ab
    2016 CK 94.1 b 0.6 d 38.9 c 3.0 b
    NPK 105.8 a 0.8 c 41.9 ab 3.3 a
    SN2 98.4 ab 0.9 b 40.5 bc 3.1 ab
    RN2 105.4 a 0.9 b 41.9 ab 3.2 a
    SN1 105.2 a 1.0 a 43.3 a 3.3 a
    RN1 104.3 a 1.0 a 42.1 ab 3.2 a
    注(Note):同列数值后不同字母表示同一年不同处理间在 0.05 水平上差异显著 Values followed by different letters in the column indicate significantly difference among treatments in the same year at the 0.05 level.
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    表 2  不同施肥处理谷子产量及其构成因素

    Table 2.  Yield and yield components of foxtail millet under different treatments

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    穗长
    Spike length
    (cm)
    穗粗
    Spike width
    (cm)
    单穗重
    Weight
    (g/spike)
    产量
    Yield
    (kg/hm2)
    2015 CK 18.5 c 1.8 c 13.9 d 2911.5 d
    NPK 20.4 b 2.2 b 14.0 cd 3844.8 c
    SN2 21.4 ab 2.4 ab 14.9 abc 3965.2 bc
    RN2 21.0 ab 2.4 ab 14.3 bcd 3952.7 bc
    SN1 21.8 a 2.5 a 15.8 a 4190.2 a
    RN1 21.3 ab 2.5 a 15.1 ab 4065.2 ab
    2016 CK 20.1 b 1.8 c 20.7 c 2661.3 d
    NPK 21.6 ab 2.3 b 21.2 b 3710.6 c
    SN2 21.8 a 2.4 ab 21.5 ab 4153.7 b
    RN2 21.8 a 2.6 a 21.7 ab 4188.0 b
    SN1 22.4 a 2.5 ab 22.0 ab 4458.3 a
    RN1 22.2 a 2.5 a 21.8 ab 4429.6 a
    注(Note):同列数值后不同字母表示同一年不同处理间在 0.05 水平上差异显著 Values followed by different letters in the column indicate significant difference among treatments in the same year at the 0.05 level.
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    表 3  不同施肥处理的谷子地上部植株体内氮累积量及氮肥利用率

    Table 3.  Nitrogen accumulation and utlization efficiency of foxtail millet under different fertilization treatments

    年份
    Year
    处理
    Treatment
    NAC
    (kg/hm2)
    ANUE
    (kg/kg)
    PNUE
    (kg/kg)
    NRE
    (%)
    2015 CK 108.3 d
    NPK 150.9 c 10.8 e 29.3 c 28.4 c
    SN2 166.2 b 13.0 d 35.1 b 38.6 b
    RN2 169.1 ab 14.4 c 36.3 b 39.4 b
    SN1 175.2 a 18.4 b 43.6 a 44.5 a
    RN1 172.4 ab 18.8 a 44.9 a 45.5 a
    2016 CK 109.9 e
    NPK 150.9 d 9.9 c 26.3 d 27.3 c
    SN2 166.2 c 12.1 b 33.3 c 37.5 b
    RN2 172.5 b 13.5 b 34.4 b 41.7 b
    SN1 179.4 a 17.5 a 37.9 a 46.3 a
    RN1 180.1 a 17.8 a 38.2 a 46.7 a
    注(Note):NAC—氮素积累量 N accumulation;ANUE—氮素农学利用率 Agronomic nitrogen use efficiency; PNUE—氮素生理利用率 Physiological nitrogen use efficiency; NRE—氮素表观利用率 Nitrogen recovery efficiency; 同列数值后不同字母表示同一年不同处理间在 0.05 水平上差异显著 Values followed by different letters in the column indicate significant difference among treatments in the same year at the 0.05 level.
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-03
  • 刊出日期:  2019-04-01

控释氮肥一次性基施提高谷子产量和氮素利用率

    作者简介:关瑞 E-mail:guanr1024@163.com
    通讯作者: 诸葛玉平, zhugeyp@sdau.edu.cn
    通讯作者: 娄燕宏, yanhonglou@sdau.edu.cn
  • 山东农业大学资源与环境学院/土壤与肥料资源有效利用国家工程实验室,山东泰安 271108

摘要: 目的探索控释氮肥一次性基施对谷子生长、产量和养分利用率的影响,建立高效的谷子一次性施肥技术,为谷子轻简化栽培提供技术支撑。方法2015—2016年连续两年在山东泰安,以谷子品种‘济谷16’为试验材料进行了大田试验。控释氮肥为硫包膜尿素 (SN) 和树脂包膜尿素 (RN)。试验以不施肥 (CK) 为对照,在氮素用量相同的前提下,设:常规施肥 (NPK);硫包膜尿素一次性基施 (SN1);2/3硫包膜尿素氮基施 + 1/3尿素氮追施 (SN2);树脂包膜尿素一次性基施 (RN1);2/3树脂包膜尿素氮基施 + 1/3尿素氮追施 (RN2)。分析调查了谷子的产量、养分吸收及农艺性状。结果SN1处理的产量两年均为最高,分别达到4190.2、4458.3 kg/hm2,与常规施肥处理相比,产量提高了20.1%~53.5%,氮肥利用率提高了46.0%~56.3%。在施用同种控释氮肥的条件下,控释氮肥一次性基施处理的谷子产量和氮肥利用率显著优于控释氮肥基施 + 追施尿素处理,其中产量增加了5.8%~7.3%,氮素积累量增加1.6%~7.9%,氮肥表观利用率增加了3.7%~19.9%,氮肥生理利用率增加了5.1%~10.1%,氮肥农学利用率增加了21.4%~33.4%。谷子成熟期,不同处理秸秆和籽粒中的全氮、全磷、全钾含量不同,表现为施用同种控释氮肥的条件下,一次性基施处理的籽粒和秸秆氮磷钾含量显著大于基施 + 追施尿素处理。结论在谷子种植中,一次性基施控释氮肥可以在节约施肥成本的同时提高谷子产量和氮肥利用率。

English Abstract

  • 谷子是我国最古老的粮食作物之一,被誉为“中华民族的哺育作物”[1],我国的种植面积约占世界谷子种植面积的80%,产量占世界谷子总产量的90%[2]。同时,谷子还被认为是应对未来水资源短缺的重要战略储备作物,在实现地区粮食安全和农民增收、农业增效、社会稳定等方面有着十分重要的作用。此外,随着人们饮食结构多样化的需求,以及谷子独特的营养价值和保健功能,市场的需求逐渐扩大,谷子产业的发展面临着新的机遇。

    谷子生长过程中需要从土壤中吸收大量的养分,因此,土壤是谷子生存的基础。不同的土壤,不同的施肥方式以及不同的肥料品种都会直接影响谷子的养分吸收量和元素间的比例[3],进而影响谷子的农艺性状、养分积累及其产量。研究表明,作物产量提高过程中肥料贡献率超过40%[4],不同施肥量对谷子产量影响显著[5]。宋淑贤等[6]指出施用氮肥能够显著改善谷子的产量性状、明显提高籽粒产量,单位面积有效穗数、穗粒重、生物产量、经济产量在一定范围内随施氮量的增加而增加。

    谷子生育期一般需施肥2~3次,以满足谷子不同生育阶段对养分的需求[7],但是,多次施肥导致了肥料过量施用和劳动力投入成本的增加。不可否认,长期以来随着农业生产的发展,肥料的施用量在迅速增加,过多的施用量不仅造成肥料利用率的下降,导致增肥不增产,同时也会引起严重的环境污染,进而威胁农业的可持续发展[89]。因此,提高肥料利用率,减少施肥不当带来的资源浪费和环境污染,是当今亟需解决的难题。优化施肥种类和方式是有效解决上述问题的措施之一,控释肥可以控制肥料养分释放速率,具有安全、长效、高效等特点,其氮素利用率较等量施用的普通肥料可提高59.6%~65.7%,在减量施用的情况下仍可保持稳产甚至增产[10]。控释肥一次性基施是提高肥料利用率、节约劳动成本的重要手段[11].

    目前,关于控释氮肥对农作物产量、养分累积和农艺性状的研究已有很多,王晓琪等[12]在水稻上的研究指出,与普通尿素相比,施用控释氮肥可增产4.1%~17.0%, 提高氮肥利用率7.1%~46.7%,每公顷水稻增收793.9~3582.9元;杨修一等[13]在对棉花的研究中发现,施用控释氮肥可以促进棉花的光合作用,促进棉花的干物质积累。但是控释氮肥在谷子上的应用效果鲜有研究,本研究通过两年的田间试验,比较两种包膜缓控释肥料的不同施肥方式对谷子产量、养分累积及其农艺性状的影响,以期获得谷子的最佳施肥方式,为谷子的轻简化栽培提供强有力的技术支撑。

    • 试验地位于山东省泰安市岱岳区山东农业大学马庄试验站,土地平整,灌溉排水条件较好,属暖温带半湿润大陆性季风气候,年平均气温13℃,年平均降水量为688.3 mm,日照时数2536.2 h,平均霜期172.9天。耕层土壤 (0—20 cm) 的主要理化性质为pH 7.2(水土比2.5∶1)、土壤有机质含量11.6 g/kg、土壤全氮0.75 g/kg、碱解氮72.3 mg/kg、有效磷21.3 mg/kg、速效钾78.6 mg/kg。

      供试谷子品种为济谷16,由山东省农科院作物研究所提供。供试肥料包括硫包膜尿素 (控释期三个月,含N 35%)、树脂包膜尿素 (控释期三个月,含N 43%)、尿素 (含N 46%)、过磷酸钙 (含P2O5 18%)、磷酸二铵 (含N 18%,含P2O5 46%)、硫酸钾 (含K2O 51%)。

    • 供试氮肥包括普通尿素,硫包膜和树脂包膜两种缓释氮肥。缓释氮肥施用均以2/3缓释氮素配合1/3普通尿素氮,以不施氮肥为对照 (CK)。在施氮总量均为225 kg/hm2基础上,设:常规施肥 (NPK,氮肥全为普通尿素,2/3尿素基施、1/3追施);硫包膜尿素追肥处理 (SN2,2/3硫包膜尿素基施,追施1/3普通尿素);树脂包膜尿素追肥处理 (RN2,2/3树脂包膜尿素基施,追施1/3普通尿素);硫包膜尿素一次性基施处理 (SN1,硫包膜尿素一次性基施,不追肥);树脂包膜尿素一次性基施处理 (RN1,树脂包膜尿素一次性基施,不追肥)。所有处理的磷肥和钾肥用量相同,均作基肥一次性施入,每个处理3次重复,小区面积27.5 m2(5.5m × 5m),随机区组排列。分别于2015年6月24日和2016年6月28日播种,行距为40 cm,用谷子精播机播种,播种量为7500 g/hm2,分别于2015年7月15日和2016年7月17日间苗,8月6日进行追肥,追肥后统一灌溉,9月29日收获。

    • 谷子成熟期调查株高、叶长、叶宽、茎粗、穗长、穗粗、单穗质量等农艺性状,测定叶绿素含量。采用人工摘穗的方式收获,实测小区产量和秸秆生物量。

      采集植株样品,杀青后,75℃烘干至恒重,分别将秸秆和谷粒粉碎、过筛,测定氮磷钾含量。植株全氮含量采用凯氏定氮法测定;植株全磷含量采用钒钼黄比色法;植株全钾含量采用火焰光度计法测定[14]

    • 氮肥利用效率的计算方法[15]

      氮肥农学效率 (ANUE,kg/kg) = (施氮区产量−对照区产量)/施氮量;

      氮肥生理效率 (PNUE,kg/kg) = (施氮区产量−对照区产量)/(施氮区地上部吸氮量−对照区地上部吸氮量);

      氮肥表观效率 (NRE) = (施氮区地上部吸氮量−对照区地上部吸氮量)/施氮量 × 100%。

      用SPSS16.0软件进行统计分析,采用Microsoft Excel 2010软件进行图表制作。

    • 施用控释肥能显著改善谷子农艺性状 (表1),各施肥处理的农艺性状均显著优于CK处理。2015年施用SN2、RN2、SN1和RN1控释氮肥处理显著提高了谷子的茎粗、叶长和叶宽,各控释氮肥处理的茎粗、叶长和叶宽显著大于常规施肥(NPK)的,提高幅度为6.6%~11.0%、10.3%~17.1%和6.9%~10.3%,而株高差异未达显著水平。2016年施用SN2、RN2、SN1和RN1控释氮肥处理显著提高了谷子的茎粗,各控释氮肥处理的茎粗显著大于NPK,提高幅度为12.5%~25.0%,而株高、叶长和叶宽均未达显著水平。不同种类包膜尿素对株高、茎粗、叶长和叶宽的影响差异不显著,SN2、RN2、SN1和RN1控释氮肥处理间的株高和叶宽差异也不显著,而RN1处理的茎粗显著大于SN2和RN2处理,分别提高了13.2%和12.0%,SN1处理的叶长显著大于SN2处理,提高了7.0%。结果表明,施用控释氮肥提高了谷子的茎粗和叶长,其中以一次性基施效果最好。

      年份
      Year
      处理
      Treatment
      株高 (cm)
      Plant height
      茎粗 (cm)
      Stem diameter
      叶长 (cm)
      Leaf length
      叶宽 (cm)
      Leaf width
      2015 CK 95.6 b 0.8 c 35.1 d 2.7 d
      NPK 106.4 a 0.9 b 36.8 c 2.9 c
      SN2 106.7 a 1.0 a 41.7 b 3.2 a
      RN2 105.0 a 1.0 a 40.6 b 3.1 ab
      SN1 106.9 a 1.0 a 43.1 a 3.1 ab
      RN1 105.6 a 1.0 a 40.6 b 3.1 ab
      2016 CK 94.1 b 0.6 d 38.9 c 3.0 b
      NPK 105.8 a 0.8 c 41.9 ab 3.3 a
      SN2 98.4 ab 0.9 b 40.5 bc 3.1 ab
      RN2 105.4 a 0.9 b 41.9 ab 3.2 a
      SN1 105.2 a 1.0 a 43.3 a 3.3 a
      RN1 104.3 a 1.0 a 42.1 ab 3.2 a
      注(Note):同列数值后不同字母表示同一年不同处理间在 0.05 水平上差异显著 Values followed by different letters in the column indicate significantly difference among treatments in the same year at the 0.05 level.

      表 1  不同施肥处理谷子农艺性状

      Table 1.  Agronomic traits of millet under different fertilization treatments

    • 叶绿素含量不仅是衡量植物叶片光合性能的重要指标,而且对于作物的产量形成十分重要,SPAD值是衡量植物叶片叶绿素含量的重要参数。施肥显著提高了谷子叶片SPAD值 (图1),控释氮肥SN1的叶片SPAD值在2015年和2016年均最大,与CK相比分别提高了22.9%和24.4%。对于树脂包膜尿素处理来说,RN2和RN1处理的叶绿素SPAD值差异未达显著水平。2016年各施肥处理间的叶片SPAD值差异也较大,与NPK处理相比,控释氮肥SN1处理的叶片SPAD值显著提高了17.6%。并且一次性基施硫包膜控释氮肥处理的叶片SPAD值显著大于硫包膜控释氮肥后期追肥的处理,提高了8.8%。表明一次性基施硫包膜控释氮肥可以促进谷子叶片的叶绿素合成和光合作用。

      图  1  不同施肥处理的叶绿素含量

      Figure 1.  Chlorophyll content in various fertilization treatments

    • 不同施肥处理间谷子产量及产量构成因素存在不同程度的差异 (表2),各施肥处理的穗粗、单穗重、穗长均显著大于CK处理。2015年的试验数据表明,控释氮肥SN1和RN1处理的谷子穗粗显著高于NPK处理,提高幅度为10.7%~11.6%,但穗长和单穗重的差异均未达显著水平,2016年除CK外的其它施肥处理间产量构成因素无显著差异。

      年份
      Year
      处理
      Treatment
      穗长
      Spike length
      (cm)
      穗粗
      Spike width
      (cm)
      单穗重
      Weight
      (g/spike)
      产量
      Yield
      (kg/hm2)
      2015 CK 18.5 c 1.8 c 13.9 d 2911.5 d
      NPK 20.4 b 2.2 b 14.0 cd 3844.8 c
      SN2 21.4 ab 2.4 ab 14.9 abc 3965.2 bc
      RN2 21.0 ab 2.4 ab 14.3 bcd 3952.7 bc
      SN1 21.8 a 2.5 a 15.8 a 4190.2 a
      RN1 21.3 ab 2.5 a 15.1 ab 4065.2 ab
      2016 CK 20.1 b 1.8 c 20.7 c 2661.3 d
      NPK 21.6 ab 2.3 b 21.2 b 3710.6 c
      SN2 21.8 a 2.4 ab 21.5 ab 4153.7 b
      RN2 21.8 a 2.6 a 21.7 ab 4188.0 b
      SN1 22.4 a 2.5 ab 22.0 ab 4458.3 a
      RN1 22.2 a 2.5 a 21.8 ab 4429.6 a
      注(Note):同列数值后不同字母表示同一年不同处理间在 0.05 水平上差异显著 Values followed by different letters in the column indicate significant difference among treatments in the same year at the 0.05 level.

      表 2  不同施肥处理谷子产量及其构成因素

      Table 2.  Yield and yield components of foxtail millet under different treatments

      各控释氮肥处理的谷子产量显著大于NPK处理,在2015和2016年提高幅度分别为2.8%~9.0%和11.9%~20.2%,此外,一次性基施控释氮肥处理的谷子产量均显著大于施用同种控释氮肥的追肥处理,其中硫包膜尿素处理提高了5.7%~7.3%,树脂包膜尿素处理提高了2.8%~5.8%。不管是一次性施肥还是控释肥的基肥追肥处理 (SN2和RN2、SN1和RN1),两种包膜类型控释肥处理间的谷子产量差异不显著。

    • 植株体内氮磷钾含量是衡量植株生长状况的重要指标,与籽粒产量呈显著正相关[16]。谷子秸秆和籽粒中的氮含量可表征氮素在植物体内的运移 (图2)。与常规施肥处理相比,一次性控释氮肥处理显著提高了秸秆氮含量,在2015、2016年提高幅度分别为11.7%~13.0%、9.7%~10.6%,但控释肥的追肥处理与常规施肥处理的秸秆氮含量差异并不显著,同时,一次性基施树脂包膜尿素和硫包膜尿素处理间的秸秆氮含量无显著性差异。谷子籽粒氮含量呈现出了同样的规律,只有控释氮肥RN1和SN1处理显著高于NPK处理,两年的提高幅度分别为9.7%~10.6%、5.8%~7.0%,而其它施肥各处理间差异均不显著。同样,一次性基施树脂包膜和硫包膜尿素处理的籽粒氮含量无显著性差异。

      图  2  不同施肥处理的谷子秸秆和籽粒氮含量

      Figure 2.  Nitrogen contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

      谷子秸秆和籽粒磷含量与氮含量趋势一致 (图3)。除NPK外,其它各施肥处理的秸秆和籽粒磷含量较CK均显著提高。控释氮肥SN1和RN1处理的秸秆和籽粒磷含量均显著大于NPK处理,其中SN1处理的秸秆和籽粒磷含量在2015年分别提高了5.1%、12.2%,RN1提高了4.8%、10.9%;在2016年,SN1处理的秸秆和籽粒磷含量分别提高了38.0%、10.9%,RN1提高了22.7%、9.4%。另外,SN2和RN2的秸秆和籽粒磷含量与NPK处理差异均不显著。

      图  3  不同施肥处理下谷子秸秆和籽粒磷含量

      Figure 3.  Phosphorus contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

      2015年和2016年各施肥处理的秸秆和籽粒钾含量较CK均显著提高 (图4),2015年一次性施用硫包膜控释尿素处理的秸秆和籽粒钾含量显著大于硫包膜尿素追肥处理,分别提高了12.2%和2.2%。而同种树脂包膜控释尿素处理秸秆和籽粒钾含量差异不显著。2016年一次性基施控释氮肥处理的秸秆和籽粒钾含量均显著大于追肥处理,其中硫包膜尿素处理提高了19.7%和20.6%,树脂包膜尿素处理提高了10.2%和10.3%;但控释氮肥处理SN1和RN1的谷子秸秆和籽粒钾含量差异不显著。

      图  4  不同施肥处理下谷子秸秆和籽粒钾含量

      Figure 4.  Potassium contents in straw and grain of foxtail millet under different fertilization treatments

    • 肥料利用率主要取决于作物的吸收能力和土壤、肥料供应养分的能力[17]。不同施肥处理间的氮肥利用率差异显著 (表3),2015年和2016年控释氮肥处理 (SN2、RN2、SN1、RN1) 的谷子地上部氮素积累量均显著高于NPK处理,提高幅度分别为12.1%~13.9%和10.1%~19.3%。而两种不同类型的控释氮肥在一次性施肥时其谷子地上部氮素累积量差异不显著。与NPK处理相比,控释氮肥处理的氮肥农学利用效率两年提高幅度分别为20.4%~74.1%和22.2%~76.8%。与NPK相比,控释氮肥处理的氮肥生理利用效率分别提高了19.7%~53.2%和26.6%~49.0%;控释氮肥处理的氮肥表观利用效率两年提高幅度分别25.9%~60.2%和37.4%~71.1%。2015年控释氮肥处理SN1的谷子地上部氮素累积量显著大于控释氮肥处理SN2,提高了5.4%。2016年一次性基施树脂包膜和硫包膜尿素处理的谷子地上部氮素累积量均显著大于控释氮肥的基肥追肥处理,分别提高了4.4%和7.9%。此外,一次性基施控释氮肥处理的各项利用率指标均高于控释氮肥的基肥追肥处理。

      年份
      Year
      处理
      Treatment
      NAC
      (kg/hm2)
      ANUE
      (kg/kg)
      PNUE
      (kg/kg)
      NRE
      (%)
      2015 CK 108.3 d
      NPK 150.9 c 10.8 e 29.3 c 28.4 c
      SN2 166.2 b 13.0 d 35.1 b 38.6 b
      RN2 169.1 ab 14.4 c 36.3 b 39.4 b
      SN1 175.2 a 18.4 b 43.6 a 44.5 a
      RN1 172.4 ab 18.8 a 44.9 a 45.5 a
      2016 CK 109.9 e
      NPK 150.9 d 9.9 c 26.3 d 27.3 c
      SN2 166.2 c 12.1 b 33.3 c 37.5 b
      RN2 172.5 b 13.5 b 34.4 b 41.7 b
      SN1 179.4 a 17.5 a 37.9 a 46.3 a
      RN1 180.1 a 17.8 a 38.2 a 46.7 a
      注(Note):NAC—氮素积累量 N accumulation;ANUE—氮素农学利用率 Agronomic nitrogen use efficiency; PNUE—氮素生理利用率 Physiological nitrogen use efficiency; NRE—氮素表观利用率 Nitrogen recovery efficiency; 同列数值后不同字母表示同一年不同处理间在 0.05 水平上差异显著 Values followed by different letters in the column indicate significant difference among treatments in the same year at the 0.05 level.

      表 3  不同施肥处理的谷子地上部植株体内氮累积量及氮肥利用率

      Table 3.  Nitrogen accumulation and utlization efficiency of foxtail millet under different fertilization treatments

    • 氮肥的合理运筹是追求作物高产、优质的重要措施,氮素的供应水平会直接影响谷子的农艺性状、产量[18]。谷子常规施肥中主要以施用尿素为主,尿素氮的损失主要有反硝化损失、地表径流损失、硝态氮淋失、氨挥发损失等几种途径。本试验谷子生长季为6月下旬到9月下旬,为华北平原地区的炎热多雨期,在此期间极易发生硝态氮淋失和地表径流,还会加剧硝酸盐的反硝化作用[19],高温还会导致氨挥发速率加快[20],造成氮素的损失。而控释氮肥由于氮素释放缓慢,可以大大减少土壤中的氨挥发和氮素淋溶,保证谷子生育期的土壤氮含量,促进作物对氮素的吸收。本试验中,两种缓释尿素一次性基施 (SN1、RN1) 处理的谷子地上部氮素累积量显著高于其他处理,第二年试验结果更好 (表3)。而两种缓释尿素基施配合尿素追施的 (SN2、RN2) 效果在本试验中普遍低于一次性基施处理 (表2),这是由于控释尿素在谷子苗期提供的速效氮素不能满足谷子苗期营养需要,影响谷子苗期生长,进而影响后期谷子的产量。向春阳等[21]在玉米的试验也有类似的结果。说明一次性基施控释氮肥和普通尿素,可以减少施肥次数,达到节约劳动力成本和提高产量的目的。

      氮肥的农学利用率 (ANUE)、生理利用率 (PNUE)、表观利用率 (NRE) 是反映作物对肥料中氮素吸收利用效果的重要指标[22]。关于控释氮肥对氮肥利用率的影响前人已做了大量研究,且已证实与普通尿素相比,控释氮肥可以提高氮肥利用率。本试验中,与常规施肥相比,一次性基施控释氮肥处理的氮肥农学利用效率、生理利用效率、表观利用率分别提高54.9%~57.4%、12.4%~57.4%、56.3%~57.6%,这与Zheng[23]、Shoji等[24]、Geng等[25]在小麦、玉米、棉花等作物上的研究结果一致。控释氮肥与普通尿素配合一次性基施还可以提高作物叶绿素及可溶性蛋白含量,促进作物的干物质积累[26]。此外,在本试验中,施用控释氮肥的处理谷子的秸秆和籽粒中除氮含量较高外,磷钾的含量也有显著提高。纪德智等[27]在其对玉米的研究中也指出,施用控释氮肥为作物提供了充足的氮素,促进了作物根系生长,进而提高了作物对磷钾的吸收,这与本研究结果一致。

      本试验中施用硫包膜尿素的处理产量略高于树脂包膜尿素处理,但在谷子产量和氮素利用效率方面差异不显著,表明其效果是相当的。在有选择余地的时候,可选择价格较低的缓释肥与尿素配合,达到节省成本的目的。

    • 施用控释氮肥可以促进谷子的叶绿素合成及植株氮素累积,与传统施肥方式相比,施用控释氮肥处理的氮肥表观利用率提高了29.2%~57.7%,产量增加了2.8%~20.2%,且控释氮肥一次性基施的效果优于追肥处理,氮肥表观利用率提高了12.0%~23.5%,产量增加了2.8%~7.5%,但不同控释氮肥种类在相同施肥方式的情况下没有显著差异。因此,在谷子生产中推广控释氮肥的一次性基施具有重要的实践意义,然而在“减肥增效”的背景下,减量施用控释氮肥能否保持谷子稳产,还有待更深入地研究。

参考文献 (27)

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