平衡施肥對高粱產量·效益及養分收支平衡的影響

劉 靜，曹 雄，李 婷, 黃敏佳，梁曉紅，張瑞棟

(山西省農業科學院經濟作物研究所，山西汾陽 032200)

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平衡施肥對高粱產量·效益及養分收支平衡的影響

劉 靜，曹 雄，李 婷, 黃敏佳，梁曉紅，張瑞棟

(山西省農業科學院經濟作物研究所，山西汾陽 032200)

[目的]探尋適合山西省中部高粱生產的最佳施肥方案。[方法]采用隨機區組設計，設置不同施肥水平，研究平衡施肥對高粱產量、效益及養分收支平衡的影響。[結果]平衡施肥對高粱產量和效益有明顯的正效應。農民習慣施肥處理較推薦施肥處理減產6.3%，收入減少376.05元/hm2。氮肥是影響當地高粱高產的主要限制因子，其次為磷肥和鉀肥。平衡施肥有利于高粱植株對養分的均衡吸收,與農民習慣施肥處理相比, 推薦施肥處理的高粱氮、磷、鉀吸收量平均增加了17.52、3.68、32.46 kg/hm2。225.00 kg/hm2的氮肥投入量基本能滿足當地高粱高產的需求， 75.00 kg/hm2的磷肥投入量高于需求量，而鉀肥用量不足。氮、磷、鉀肥利用率分別為25.0%、16.3%和55.8%。[結論]從土壤養分收支平衡及肥料利用率方面考慮，應該在推薦施肥處理基礎上適當提高鉀肥用量，減少磷肥用量，促使施肥方案不斷優化，達到高粱的高產、高效目的。

平衡施肥；養分平衡；高粱；產量

高粱(Sorghum)是世界第5大禾谷類作物，其具有抗逆性強、耐鹽堿、耐瘠薄的特性。作為人類主要的糧食作物、養殖飼料和工業原料，高粱在干旱、半干旱地區農業生產中具有產業優勢和巨大的發展空間。高粱作為我國傳統的釀造原料,具有其他作物不能替代的地位，近年來高粱的種植面積和需求量有增加趨勢[1-2]。高粱生產離不開土地和肥料的使用,研究土壤-作物系統的養分收支及平衡狀況既可為合理施肥提供理論基礎又可為農業生產提供實踐指導。然而,由于近些年來受“施肥越多,產量就越高”等傳統觀念的影響，不合理甚至盲目施肥現象相當普遍,這不但造成肥料資源的大量浪費,同時也嚴重影響作物產量的提高[3]。曹昌林等[4]研究認為合理施肥是提高高粱產量的重要措施。平衡施肥在大豆、玉米作物[5-7]中均有報道，N、P、K肥配施在高粱上也屢有報道[8-10]。這些研究有很強的地域性和土壤肥力針對性,但有關山西中部地區平衡施肥對高粱產量性狀及土壤—作物系統養分收支平衡影響的報道較少。鑒于此,筆者在前人研究的基礎上，探討了山西省中部地區平衡施肥對高粱產量以及土壤-作物系統中氮、磷、鉀3要素投入-產出平衡狀況的關系，以期為高粱生產中合理施肥提供科學的理論依據。

1　材料與方法

1.1試驗地概況試驗在山西省農業科學院經濟作物研究所試驗田進行。該地區年平均氣溫10.1 ℃，年平均無霜期185.8 d，年平均降雨量469.2 mm，其中高粱生育期內常年降雨量為350.4 mm。試驗地前茬作物為玉米，土壤類型為壤土，肥力狀況：pH 7.33，有機質含量16.60 g/kg，全氮含量1.10 g/kg，有效磷含量14.52 mg/kg，速效鉀含量129.71 mg/kg，電解質(ECMS/CM)0.47。

1.2試驗材料供試高粱品種為晉雜22號；供試氮肥為尿素(含氮46%)、磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)、鉀肥為硫酸鉀(含K2O 51%)。

1.3試驗設計試驗共設6個處理,分別為推薦施肥處理 (OPT)、減氮處理(OPT-N)、減磷處理 (OPT-P)、減鉀處理 (OPT-K)、農民習慣施肥處理(FP)、不施肥對照(CK)。每處理設3次重復,小區面積30 m2,隨機區組排列，試驗處理及養分用量見表1。于2015年5月15日播種,播種密度約6 000株/hm2。氮、磷、鉀肥全部作種肥一次施入。

1.4測定項目與方法高粱成熟時每小區采5點,每點2 m2,測量各處理高粱農藝性狀值、籽粒產量、秸稈產量，對籽粒和秸稈中全N、全P、全K進行檢測，計算各養分吸收量和平衡系數。

1.5數據分析與計算方法試驗數據采用Excel 2003軟件進行整理和分析。計算公式：

平衡系數=養分投入量/養分支出量

(1)

N利用率=[OPT吸氮量-(OPT-N)吸氮量]/施氮量×100%

(2)

P利用率=[OPT吸磷量-(OPT-P)吸磷量]/施磷量×100%

(3)

K利用率=[OPT吸鉀量-(OPT-K)吸鉀量]/施鉀量×100%

(4)

2　結果與分析

2.1平衡施肥對高粱產量和經濟效益的影響由表2可以看出，推薦施肥處理高粱產量最高，農民習慣施肥處理及其他減素處理較推薦施肥處理均有不同程度的減產，說明該試驗中施肥處理設計較為合理。與推薦施肥處理相比，不施肥處理和減氮處理減產最為嚴重，分別減產21.1%和17.4%，經濟收入分別減少1 566.60和2 341.38元/hm2；減磷處理減產7.1%，經濟收入減少958.39元/hm2；農民習慣施肥處理減產6.3%，經濟收入減少376.05元/hm2；減鉀處理減產幅度最小，為5.7%，經濟收入減少532.10元/hm2。可見氮肥是影響該地區高粱產量的主要限制因子，其次為磷肥和鉀肥。

2.2平衡施肥對養分收支平衡的影響由表3可知，在推薦施肥處理的基礎上不施氮肥(OPT-N)不僅會降低高粱對氮素的吸收，而且還會降低對磷素的吸收，減少量分別為56.29和5.19 kg/hm2,對鉀的吸收不影響；在推薦施肥處理的基礎上不施磷肥(OPT-P)不僅會降低高粱對磷素的吸收(減少量為12.22 kg/hm2)，而且還會降低對氮和鉀的吸收，減少量分別為33.76和65.12 kg/hm2；在推薦施肥處理的基礎上不施鉀肥(OPT-K)不僅會降低高粱對鉀肥的吸收(減少量為41.88 kg/hm2)，而且也會降低對氮素和磷素的吸收，減少量分別為22.86和4.09 kg/hm2。與農民習慣施肥處理相比, 推薦施肥處理的高粱氮、磷、鉀吸收量平均增加了17.52、3.68、32.46 kg/hm2。結果表明，氮、磷、鉀3種元素中任一元素的缺失都會影響到高粱對其他元素的吸收和利用，說明平衡施肥對高粱養分的均衡吸收利用至關重要。由表3還可看出，推薦施肥處理、減磷處理、減鉀處理的氮平衡系數為1.01～1.12，說明該試驗中225.00 kg/hm2的氮素投入量基本能滿足高粱生產的需要；磷的平衡系數均﹥1.00，說明75.00 kg/hm2的磷素投入量高于高粱正常生長所需要的量，且連年施用量過高(90.00 kg/hm2),導致土壤中磷素富集較多，從經濟效益和環境效益2個方面考慮，應在推薦施肥的基礎上適當減少磷肥的施用量；鉀的平衡系數均<1.00，說明75.00 kg/hm2的鉀素投入量不能滿足高粱高產的需要，應在推薦施肥的基礎上增加鉀素的施用量。

表2　不同施肥處理對高粱產量及經濟效益的影響

注：同列不同小寫字母表示處理間在0.05水平差異顯著；不同大寫字母表示處理間在0.01水平差異顯著。高粱按2.30元/kg、氮肥按2 200.00元/t、磷肥按700.00元/t、鉀肥按4 000.00元/t計。

Note: Different small letters in the same column denote significant difference at 0.05 level; different capital letters denote significant difference at 0.01 level. For sorghum, it is calculated as per 2.30 yuan/kg, N fertilizer as per 2 200.00 yuan/t, P fertilizer as per 700.00 yuan/t, and K fertilizer as per 4 000.00 yuan/t.

表3　不同施肥處理對高粱養分收支平衡的影響

2.3肥料利用率該試驗中氮、磷、鉀肥的利用率分別為25.0%、16.3%和55.8%，從利用率來看，氮肥和磷肥的用量較高，但利用率較低。

3　討論

(1)試驗結果表明，該試驗條件下高粱生產中以推薦施肥處理產量和效益最高，其他減素處理均有不同程度的減產，說明推薦施肥處理設計較為合理。與其他減素處理相比，減氮處理減產最為嚴重，達17.4%，經濟收入減少2 341.38元/hm2。說明氮肥是影響當地高粱高產的主要限制因子，這與曹雄等[11]、董二偉等[12]的研究結果基本一致，因此在當地高粱生產中，需采取平衡施肥措施促使氮、磷、鉀比例協調，否則這3種元素的缺乏或供給不平衡將嚴重影響高粱產量和經濟效益。

(2)試驗結果表明，高粱生產中氮、磷、鉀3種元素之間具有相互制約關系，其中任一元素的缺失都會影響到高粱對其他元素的吸收和利用，說明平衡施肥對高粱養分的均衡吸收利用至關重要，這與許多研究結果相一致。

(3)氮、磷、鉀的平衡系數結果表明：225.00 kg/hm2的氮素投入量基本能滿足高粱生產的需求，75.00 kg/hm2的磷素投入量高于高粱正常生長所需要的量，75.00 kg/hm2的鉀素投入量不能滿足高粱高產的需要。因此，從經濟效益和環境效益2個方面考慮，當地的高粱生產中應在推薦施肥的基礎上適當減少磷肥的施用量并增加鉀素的施用量。

(4)1998年李慶逵等[13]在總結大量田間試驗的基礎上指出,我國主要糧食作物的氮肥利用率為30%～35%,磷肥利用率為15%～20%,鉀肥利用率為35%～50%；而張福鎖等[3]2000～2005年對我國水稻、小麥、玉米進行不同區域試驗后發現,目前我國主要糧食作物中肥料利用率呈逐漸下降趨勢。而該試驗中氮、磷、鉀肥的利用率分別為25.0%、16.3%和55.8%，氮肥利用率較低于李慶逵等[13]研究得出的全國氮肥利用率范圍，而磷肥并未表現出降低趨勢,尤其是鉀肥的利用率反而略高于全國平均水平。因此,需進一步優化平衡施肥措施,增加鉀肥用量,調整氮、磷、鉀比例[14],在保證作物高產、穩產的前提下最大限度地提高肥料利用率。

由于高粱產量、土壤養分收支狀況、肥料的利用率還受土壤類型、氣候、施肥及品種等因素的影響,因此不同地區、不同品種之間肥料用量具有一定的差異性,可進一步研究。

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Effect of Balanced Fertilization on Yield, Economic Benefits of Sorghum and Nutrient Balance

LIU Jing, CAO Xiong, LI Ting et al

(The Industrial Crop Institute of Shanxi Academy Agricultural Sciences, Fenyang, Shanxi 032200)

[Objective] To explore the optimal fertilization scheme for sorghum in central Shanxi Province. [Methods] Randomized block design was adopted and different fertilization levels were arranged. [Results] Balanced fertilization exerted significant positive effect on yield and benefit of sorghum. In comparison, farmers’ conventional fertilization treatment suffered yield drop for 6.3% and income reduction of 376.05 yuan/hm2. Nitrogen fertilizer was the major restricting factor influencing yield of local sorghum, followed by phosphorus and potash fertilizer. Balanced fertilization is favorable for uniform absorption of nutrients. Compared with conventional fertilization treatment, the recommended treatment of N, P and K fertilizer increased about 17.52, 3.68, and 32.46 kg/hm2. 225.00 kg/hm2nitrogen fertilizer basically could meet demands of high yield of local sorghum, 75.00 kg/hm2phosphorus fertilizer input was higher than the demand, while the potash fertilizer application was not sufficient. The utilization efficiency of N, P, and K fertilizer was 25.0%, 16.4% and 55.8% respectively. [Conclusions] It is required to increase the application of K fertilizer on the basis of recommended application, reduce P fertilizer, and promote optimization of fertilization and reach the objective of high yield and benefit.

Balanced fertilization; Nutrient balance; Sorghum; Yield

國家現代農業產業技術體系高粱產業技術體系汾陽試驗站資金資助項目(CARS-06-04-06)；國家科技支撐計劃課題 (2014BAD07B02)。

劉靜(1982- )，女，山西太谷人，助理研究員，從事高粱遺傳育種與栽培技術研究。

2016-05-30

S 506.2

A

0517-6611(2016)19-128-02