施肥對高粱生長、干物質積累與養分吸收分配的影響

董二偉，王勁松，韓鵬遠，王立革，丁玉川，焦曉燕

（山西省農業科學院農業環境與資源研究所，山西太原030006）

高粱（Sorghum bicolor（L.）Moench）是具有食用、釀造、飼料、工業加工等多種用途的禾谷類作物[1]，其具有抗旱、耐澇、抗鹽堿、耐貧瘠、耐高溫等特點[2]。多年來，由于種植粗放、施肥不合理，高粱產量低而不穩，難以滿足日益增長的市場需求。合理施用N，P，K 肥是提高高粱產量和改善品質的一項重要措施。高粱植株養分吸收利用和干物質積累是高粱產量形成的基礎，是合理施肥的重要依據。有關高粱施肥研究國內已有大量報道[3-5]，但對高粱養分的吸收及其分配規律的研究報道較少[6]。“3414”肥效試驗為我國測土配方施肥項目重要的技術方法，其利用14 個處理能夠有效反映出試驗土壤的最高產量施肥量、最佳經濟施肥量及營養元素間的交互作用等大量施肥信息[7]。“3414”試驗設計具有回歸最優設計、處理少和效率高的優點[8-9]，近年來，有關“3414”肥效試驗已有大量報道[10-13]。

本研究在大田試驗條件下，采用“3414”試驗設計，研究了施肥對雜交高粱生長、干物質積累與養分吸收分配的影響，以期為雜交高粱高產、優質、高效施肥提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 供試材料

試驗于2009 年5 月20 日至10 月16 日在山西省農業科學院高粱研究所修文試驗地進行。供試土壤類型為石灰性褐土，耕層（0～20 cm）土壤有機質含量8.73 g/kg，全N 含量0.71 g/kg，有效P 含量8.92 mg/kg，速效K 含量117.9 mg/kg。供試作物為高粱，品種為晉雜12 號。

1.2 試驗設計及樣品采集

試驗采用“3414”設計方法，設N，P，K 共3 個因素、4 個水平，共14 個處理，分別為N0P0K0，N0P2K2，N1P2K2，N2P0K2，N2P1K2，N2P2K2，N2P3K2，N2P2K0，N2P2K1，N2P2K3，N3P2K2，N1P1K2，N1P2K1，N2P1K1，其中，N1，N2，N3的施肥水平分別為97.5，195.0，292.5 kg/hm2，P1，P2，P3的施肥水平分別為37.5，75.0，112.5 kg/hm2，K1，K2，K3的施肥水平分別為30.0，60.0，90.0 kg/hm2，N0，P0，K0分別表示不施N，P，K；P 和K 作為基肥播前一次性施入，N 肥分別在播前（1/4）、拔節期（1/2）和抽穗期（1/4）施入。小區面積35 m2，重復3 次。2009 年5 月20 日播種，5 月27 日出苗，6 月8 日進行間苗，間苗后行距40 cm，株距20 cm，密度為115 500 株/hm2。為了明確高粱養分累積的影響，分別于播種后的20（6 月8 日），29（6 月17日），48（7 月10 日），65（7 月23 日），83（8 月10日），152 d（10 月18 日）對N0P0K0（對照）和N2P2K2（施肥）2 個處理的植株進行采樣調查。

1.3 測定項目與方法

所采植株分地上部、根系和穗部，清洗干凈后烘干以獲得高粱植株各部位干物質生物量。植物樣品中N，P，K 測定均采用H2SO4-H2O 消化法，N 含量用蒸餾自動分析儀測定，P 含量用鉬銻抗比色法，K 含量用火焰光度計法[14]。作物根系則將以高粱莖基部為中心周圍30 cm 根系帶土取出，沖洗干凈后將根系表面水分吸干凈，用排水法測定根系體積[15]。試驗數據采用Mintable 15軟件進行方差分析，采用Excel 作圖。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對高粱生長和產量的影響

與N0P0K0相比，N0P2K2，N2P0K2和N2P2K0處理在播種后29 d 顯著地促進了高粱株高和根系生長，N0P0K0處理高粱株高為8.64 cm，施肥處理株高則介于12.5～16.1 cm 之間；不施肥處理根系體積為12.3 cm3，施肥處理根系體積為17.2～25.7 cm3（圖1 和圖2），這表明在供給N，P，K 其中2 種養分情況下，另外1 種養分供給與否對高粱苗期生長沒有顯著影響。

由表1 可知，N0P0K0處理產量最低，N2P1K1，N2P2K2處理產量較高，達到9 000 kg/hm2左右。通過對3 因素中任2 因素為設計最佳施用量時分析，一元二次模型的N，P，K 均有較好的擬合性（圖3）。在P2K2水平時，產量N2＞N1＞N3＞N0，產量對N 施用量擬合方程為：y＝-0.026 1x2＋8.566 2x＋8 352.7；在N2K2水平時，產量P2＞P3＞P1＞P0，產量對P 施用量擬合方程為：y＝－0.172 6x2＋27.753x＋7 742.3；在N2P2水平時，產量K2＞K0＞K1＞K3，產量對K 施用量的擬合方程為：y＝-0.319 4x2＋19.41x＋8 610.3。圖3 和擬合方程一次項的系數表明，從不施肥到低施肥量增產效果表現為P＞N＞K，表明在該區域施用P 肥具有較好的增產效果，而施K 肥沒有增產效果。

表1 不同施肥處理對高粱千粒質量和產量的影響

2.2 施肥對高粱干物質積累與分配的影響

以不施肥處理（N0P0K0）和N，P，K 中量施肥處理（N2P2K2）為例，系統地研究高粱干物質積累、養分吸收及其分配規律。由表2 可知，苗期高粱干物質積累較少，拔節期到抽穗期干物質積累明顯加快，到成熟期干物質積累達最高。與不施肥處理（N0P0K0）相比，施肥處理（N2P2K2）高粱干物質積累從苗期到成熟期都高于不施肥處理。從干物質分配比例情況看，干物質主要分配到莖葉中，在拔節到抽穗期比例最大。施肥與不施肥的積累規律基本一致。表明施肥有利于高粱干物質積累量的增加，而對干物質分配比例沒有明顯的影響。

表2 施肥對不同生育期高粱干物質積累與分配的影響

續表2

2.3 施肥對高粱N，P，K 養分吸收與分配的影響

2.3.1 施肥對不同生育期高粱N 吸收與分配的影響 試驗結果（表3）表明，施肥高粱莖葉、根和穗部吸N 量在各生育時期均高于對照。莖葉在灌漿期N 吸收量達到最大值，施肥比對照提高40.0%。對照根系在灌漿期N 吸收量達到最大值，而施肥高粱根系N 吸收量最大值在成熟期，表明施肥能維持后期根系的吸收功能，促進根系對N 的吸收。在成熟期，施肥高粱穗部N 吸收量比對照提高24.2%。N 在莖葉的分配除在抽穗期低于對照外，各生育時期都高于對照。根部N 在苗期和拔節期的分配低于對照，之后均高于對照。N 在穗部的分配略低于對照。

表3 施肥對不同生育期高粱N 吸收與分配的影響

2.3.2 施肥對不同生育期高粱P 吸收與分配的影響 從表4 可以看出，各生育時期施肥高粱莖葉、根、穗部的吸P 量均高于對照。在灌漿期，高粱莖葉和根部P 的吸收均達到最大值，施肥比對照分別提高38.3%和71.4%。穗部的P 吸收量在成熟期達到最大，施肥比對照提高32.9%。在苗期和拔節期，施肥高粱莖葉P 分配比例高于對照，而根系相反，施肥根系P 的分配比例低于對照，這表明施肥提高了P 從根系向地上部的轉運率。抽穗后由于P 向穗部轉移，所以，在莖葉和根部P 的比例明顯下降，特別是對照P 的比例下降更加明顯。到成熟期，穗部P 的比例達到70%以上，表明P 積累主要集中在穗部，施肥對P 的分配比例沒有明顯影響。

表4 施肥對不同生育期高粱P 吸收與分配的影響

2.3.3 施肥對不同生育期高粱K 的吸收與分配的影響 由表5 可知，施肥對高粱K 的吸收有一定程度的影響，施肥高粱莖葉、根和穗部的K吸收量在生育期內均高于對照，但是差異不明顯，說明土壤中原有的有效性K 含量比較高，或者高粱品種本身對低K 的吸收能力較強。高粱對K 吸收的最大值在成熟期，表明在高粱生長后期仍需要一定量的K 素供應。從K 的分配比例來看，施肥作用不明顯。K 的積累主要集中在高粱莖葉中，穗部中K 的比例也不高。

表5 施肥對不同生育期高粱K 的吸收與分配的影響

2.3.4 施肥對不同生育期高粱養分吸收量與吸收比例的影響 高粱在苗期對N，P，K 的吸收相對較少，進入拔節期后，其速度明顯加快，到抽穗期吸收速率達到最大，從抽穗到成熟期，雖養分吸收仍在增加，但吸收速率明顯下降。施肥高粱在不同生育期對N，P，K 的吸收量均高于對照。從養分吸收量看，高粱養分吸收量最大的是K，其次是N，最低的是P。從養分吸收比例看，高粱不同生育期對N，P，K 養分的吸收比例除在苗期N＞K＞P外，其他生育時期均為K＞N＞P。從生育進程看，P，K 的吸收比例呈現增加趨勢。施肥高粱在不同生育期對N，P，K 吸收比例與對照相似（表6）。

表6 施肥對不同生育期高粱養分吸收量與吸收比例的影響

3 結論

（1）本試驗條件下，不施用N，P，K 時，高粱根系和地上部生長及產量均較低，施用任意2 種養分均會明顯促進高粱生長；施用P 肥具有較好的增產效果，施K 沒有增產效果。（2）高粱干物質積累主要集中在拔節到抽穗期，成熟期干物質積累量達到最大。施肥高粱在不同生育時期干物質積累均高于對照。高粱干物質主要分配到莖葉部分，生育后期由于穗部干物質的積累，莖葉分配比例略有下降。與對照相比，施肥對高粱干物質分配比例沒有明顯的影響。（3）N，P 養分吸收高峰在抽穗至灌漿期，而K 的吸收高峰一直延續到成熟期。施肥高粱莖葉、根和穗部的N，P，K養分吸收量在各生育時期均高于對照。N，P，K 養分主要分配在莖葉上，穗部中養分分配比例大小依次為P＞N＞K。（4）高粱N，P，K 養分吸收量和分配比例最大的是K，其次是N，最低的是P。不同生育期高粱N，P，K 養分吸收量和分配比例表現不同，P 和K 的吸收比例隨生育進程呈現增加的趨勢，成熟期高粱吸收N，P2O5，K2O 的比例為1∶0.32∶2.22。施肥高粱在不同生育期對N，P2O5，K2O 吸收比例與對照相似。

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