氮素調(diào)控對邊際土地甜高粱養(yǎng)分吸收和效益的影響

劉會玲，崔江慧，常金華

(河北農(nóng)業(yè)大學/河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點實驗室，河北保定071001)

高粱［Sorghum bicolor(L.)Moench］具有較高的經(jīng)濟和食用價值，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占重要地位。由于其抗旱、耐澇、耐鹽堿，適應性強，世界高粱播種面積和總產(chǎn)量僅次于小麥、水稻、玉米、大麥，居第5位。高粱用途廣，籽粒除食用外，還是淀粉、制醋、釀酒的重要原料;成熟前的莖葉可做青貯飼料;成熟后的莖稈是造紙的好原料，又可用于支架、建材、板材、燃料、編織;莖葉還可提取醫(yī)用氯化鉀;脫粒后的穗蕘可做笤帚、炊帚，高粱殼可提取色素。在水土流失多發(fā)的丘陵地區(qū)，合理種植高粱，能有效減少雨水對土壤的直接侵蝕，對水土保持具有重要意義［1］。甜高粱是普通粒用高粱的一個變種，除具有高粱的優(yōu)良特性外，還具備生產(chǎn)潛力大、生物學產(chǎn)量高、糖分含量高等特點，主要用作糖料、飼料和能源作物［2］;且不與糧食作物爭地，在丘陵、山地等邊際土地生長良好。作為青貯飼料，與玉米相比，甜高粱適應的區(qū)域較廣，尤其是干旱和鹽堿地區(qū)［3］。甜高粱可以替代糧食生產(chǎn)燃料乙醇，用其生產(chǎn)乙醇轉(zhuǎn)化率高、成本低，有利于保護環(huán)境。

近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術的進步，甜高粱的優(yōu)良特性和利用價值日益受到重視。《可再生能源發(fā)展“十一五”規(guī)劃》中明確指出，在東北、山東等劣質(zhì)土地資源豐富的地區(qū)，合理開發(fā)鹽堿地、荒草地、山坡地等邊際土地，集中種植甜高粱。合理發(fā)展甜高粱生產(chǎn)，尤其是在邊際土地上種植甜高粱，不僅促進邊際土地的高效利用，還有利于保障糧食生產(chǎn)、緩解能源緊張、減少環(huán)境污染、增加農(nóng)民收入。關于甜高粱的研究很多，已有研究表明，甜高粱具有耐貧瘠、節(jié)肥的優(yōu)良特性，在肥力良好的土壤上，不建議施用氮肥，有利于減少能源作物生產(chǎn)投入［4］。但是對邊際土地甜高粱的研究較少［5－7］，而邊際土地的特性限制了其生產(chǎn)投入。鑒于此，本研究通過田間試驗，研究氮素調(diào)控對邊際土地甜高粱養(yǎng)分吸收和效益的影響，為邊際土地資源開發(fā)利用和甜高粱高效生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試甜高粱品種3個，分別為品種1(090111)、品種2(cp090155)、品種3(cp115)。

1.2 試驗設計

試驗于2013年6—10月在河北農(nóng)業(yè)大學三分廠進行，試驗地為貧瘠撂荒地，沙壤質(zhì)潮土，土壤pH值8.00，有機質(zhì)含量為 10.4 g/kg，全氮含量為 0.59 g/kg，速效磷含量為8.0 mg/kg，速效鉀含量為83.2 mg/kg。共設4個處理:N0不施氮肥，N1施純氮(N)75 kg/hm2，N2施純氮(N)150 kg/hm2，N3施純氮(N)225 kg/hm2;氮肥40%底施，60%拔節(jié)期追施。每個處理重復3次，隨機排列。6月25日播種，行距0.6 m，株距0.2 m。小區(qū)面積6 m×3 m，適時間苗、中耕、除草、灌溉、防病、治蟲，10月21日收獲。

1.3 取樣與分析測定

在收獲期，每個處理分別選取代表性植株3株，帶回實驗室，分莖稈、葉片(包括葉鞘)和穗裝在紙袋里，105℃殺青0.5 h，70℃烘干后稱質(zhì)量。樣品經(jīng)粉碎混勻后，用硫酸－雙氧水法消煮，常規(guī)農(nóng)化分析方法測定氮、磷、鉀含量［8］。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素調(diào)控對甜高粱鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積的影響

由圖1可見，在完全不施肥的情況下，品種1的鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積量較大，其次是品種2，品種3較小，說明品種之間存在鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積差異。3個品種的植株鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積量均表現(xiàn)為施用氮素的處理較N0處理有所提高，品種1鮮質(zhì)量提高12.38% ～19.20%，干物質(zhì)累積量提高15.39% ～17.96%;品種2 鮮質(zhì)量提高 6.65% ～13.08%，干物質(zhì)累積量提高17.05% ～36.18%;品種3鮮質(zhì)量提高43.95% ～70.38%，干物質(zhì)累積量提高 23.12% ～43.51%。說明氮素的施用，提高了植株鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積量;氮素對品種3的增產(chǎn)作用最大。品種1和品種2的鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積量隨氮素用量的增加先上升后下降，品種3的鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積量呈持續(xù)上升趨勢。可見氮素對甜高粱具有增產(chǎn)作用，不同的甜高粱品種對氮素的需求和響應是不同的。

2.2 氮素調(diào)控對甜高粱養(yǎng)分吸收的影響

2.2.1 對氮吸收的影響 由圖2可以看出，在完全不施肥的情況下，品種1的氮吸收量較大，品種2、3較小，說明品種之間氮含量和吸收量存在個體差異。3個品種的氮含量和吸收量均表現(xiàn)為施用氮素的處理較N0高，說明氮素的施用提高了植株氮含量和吸收量。隨著施氮量的增加，品種1的氮含量和吸收量先上升后下降，品種2和品種3的氮含量和吸收量呈持續(xù)上升趨勢。可見氮素對不同甜高粱品種的氮含量和吸收量的影響是不同的。不同器官的氮吸收量大致表現(xiàn)為葉片＞莖桿、穗。

2.2.2 對磷吸收量的影響 由圖3可以看出，在完全不施肥的情況下，品種2的磷含量和吸收量較高，品種3較低，說明品種之間磷含量和吸收量存在個體差異。3個品種不同處理的磷含量和吸收量表現(xiàn)為處理N0較高;隨施氮量的增加，3個品種磷含量和吸收量出現(xiàn)了下降的趨勢。施用氮肥后，不同器官的磷吸收量為葉片＞莖桿、穗。

2.2.3 對鉀吸收量的影響 由圖4可以看出，在完全不施肥的情況下，品種1的鉀吸收量較大，品種2、3較小，鉀含量比較接近，說明品種之間鉀吸收量存在個體差異。3個品種的鉀吸收量均表現(xiàn)為施用鉀素的處理較N0高，說明氮素的施用，提高了植株鉀吸收量，對鉀含量的影響各不相同。隨著施氮量的增加，3個品種甜高粱鉀含量和吸收量出現(xiàn)較一致的變化趨勢，鉀含量和吸收量隨氮素用量的增加先上升后下降。不同器官的鉀吸收量為莖桿＞葉片＞穗，莖桿的鉀吸收量約占植株鉀吸收量的60% ～70%，葉片占20% ～30%，穗占10%左右。說明植株吸收的鉀主要貯存在莖桿中。

2.3 氮素調(diào)控的效益分析

從表1可見，隨著氮素用量的增加，氮肥利用率降低。品種1和品種2的經(jīng)濟效益隨著氮素的投入先上升后下降，品種3則成一直上升趨勢，經(jīng)濟效益可能還有上升空間。不計其他成本，品種間進行比較，在相同的氮素投入下，品種3的施肥經(jīng)濟效益最高，可增加收入高達3 930元/hm2;品種2的經(jīng)濟效益較低，收入增加較少，N3處理甚至出現(xiàn)了收入負增長;品種1的經(jīng)濟效益居中。品種1的4個處理中，N1處理經(jīng)濟效益最高，氮肥利用率也最高;品種2的4個處理中，N2處理經(jīng)濟效益最高，氮肥利用率較高;品種3的4個處理N3處理經(jīng)濟效益最高，氮肥利用率較低。說明在氮素投入相同時，肥料利用率和經(jīng)濟效益因品種而異。兼顧效益和產(chǎn)量的最佳施肥量，品種1以N1水平為宜，品種2以N2水平為宜，品種3還有待于進一步研究。品種3經(jīng)濟效益較好，增產(chǎn)潛力也較大，適宜在生產(chǎn)上推廣;品種2施肥效益較差，施肥增加的收入較少，無氮素投入也可獲得一定的經(jīng)濟效益，因此可以不施肥，適宜在氮素資源緊缺或經(jīng)濟水平較低地區(qū)應用。

表1 氮素調(diào)控的效益分析

3 討論

3.1 氮素調(diào)控與甜高粱生物產(chǎn)量和干物質(zhì)累積

限制甜高粱產(chǎn)量的肥料因子依次是氮肥、磷肥、鉀肥［6］，氮肥對甜高粱生物量、產(chǎn)量和效益影響最大，施氮肥顯著提高甜高粱葉、莖、穗及總干質(zhì)量［9－14］。甜高粱產(chǎn)量對氮肥比較敏感［15］，氮磷鉀肥單施，氮肥增產(chǎn)效果最好［16］。氮肥適量才能提高產(chǎn)量，過量反而會降低產(chǎn)量。甜高粱拔節(jié)到抽穗階段地上部干物質(zhì)積累量和生物產(chǎn)量呈極顯著的正相關關系，甜高粱生物產(chǎn)量主要取決于拔節(jié)后特別是拔節(jié)至抽穗期干物質(zhì)的積累量［5］。本試驗將追肥時期安排在拔節(jié)期，為獲得較高的生物產(chǎn)量奠定了基礎。由于地域和種質(zhì)資源的不同，不同品種甜高粱生物量存在很大差異［17］，本試驗中的3個品種甜高粱之間鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積量的差異也說明了這一點。

3.2 氮素調(diào)控與甜高粱養(yǎng)分吸收

蘇富源等的試驗結(jié)果表明，隨著施氮量的增加，甜高粱干物質(zhì)積累量、氮磷鉀養(yǎng)分含量和吸收量先上升再下降，與不施氮肥相比，干物質(zhì)積累量、氮磷鉀養(yǎng)分含量和吸收量均有所提高，不同部位養(yǎng)分吸收量的大小順序，氮為葉片＞莖桿＞籽粒，磷和鉀為莖桿＞葉片＞籽粒［16］。本試驗中，施用氮素提高了甜高粱的植株鮮質(zhì)量、干物質(zhì)累積量、鉀吸收量、氮含量和吸收量，鉀含量的變化出現(xiàn)了一致的結(jié)果;氮、磷吸收量均為葉片＞莖桿、穗;鉀吸收量為莖桿＞葉片＞穗，說明甜高粱植株吸收的氮主要貯存在葉片中，鉀主要貯存在莖桿中。

郭彥軍等的試驗結(jié)果顯示，在底施氮磷鉀肥，第1茬和第2茬施用氮肥的情況下，共刈割3茬，第1茬莖桿和第3茬葉片的磷含量出現(xiàn)了比不施肥降低的情況，鉀含量則有升有降［15］。本試驗中，施用氮素后，植株磷含量和吸收量也出現(xiàn)了下降趨勢，說明施用氮肥對不同地區(qū)、不同品種的養(yǎng)分含量和吸收的影響是有差異的，對氮、鉀含量和吸收量的影響大致相同，對磷含量和吸收的影響差異較大。

3.2 氮素調(diào)控的效益

肥料利用率一直是我國學術界關注和研究的焦點。我國主要糧食作物水稻、小麥和玉米的氮肥利用率是較低的，且不同地區(qū)氮肥利用率差異很大，最低值為0.3%，最高值為88.9%;氮肥利用率＜30%的占總樣本的60%以上，水稻和玉米的氮肥利用率大部分為20%～30%，小麥為10% ～20%，水稻、小麥和玉米的平均利用率分別為28.3%、28.2%、26.1%［18］。本 試 驗 甜 高 粱 的 氮 肥 利 用 率 為 17.38% ～56.77%，說明不同品種甜高粱對氮素的響應不同，在氮素利用方面存在極大差異。

氮肥利用率低的部分原因可能是施氮量過高、施用方法不合理造成的［19］。氮肥單獨施用能顯著增加甜高粱的經(jīng)濟效益［16］。生產(chǎn)氮肥要消耗大量的能源，而且肥料施用后，容易通過氨揮發(fā)和硝態(tài)氮淋失等途徑損失，肥料利用率低、浪費嚴重，甚至會有負面的環(huán)境效應。生產(chǎn)中應根據(jù)不同的甜高粱品種進行肥效試驗，確定適宜的用量進行合理氮素調(diào)控，以免盲目施肥造成肥料浪費或施肥不足，不能完全發(fā)揮作物的增產(chǎn)潛力，從而實現(xiàn)以適宜的投入獲得較高的產(chǎn)出。兼顧效益和產(chǎn)量的最佳施肥量，品種1以N1水平為宜，品種3還有待于進一步研究，品種2以N2水平為宜，但是與不施氮肥相比，其增加的收入甚少，所以品種2可以不施肥。因此，在節(jié)約資源、保護環(huán)境、經(jīng)濟高效的前提下，不同品種甜高粱氮素調(diào)控的適宜范圍還有待于進一步研究。

4 結(jié)論

甜高粱品種之間存在個體差異，對氮素的需求和響應不同。本研究得出以下結(jié)論:(1)氮素的施用提高了甜高粱的植株鮮質(zhì)量和干物質(zhì)累積量，對品種3的增產(chǎn)作用最大。(2)氮素的施用提高了甜高粱植株氮含量和吸收量，不同器官的氮吸收量大致表現(xiàn)為葉片＞莖桿、穗，植株吸收的氮主要貯存在葉片中。(3)隨著施氮量的增加，甜高粱植株磷含量和吸收量出現(xiàn)了下降的趨勢，從總體上看，不同器官的磷吸收量為葉片＞莖桿、穗。(4)氮素的施用提高了甜高粱植株鉀吸收量，不同器官的鉀吸收量為莖桿＞葉片＞穗，莖桿的鉀吸收量占植株鉀吸收量的60% ～70%，葉片占20% ～30%，穗占10%左右。(5)隨著氮素用量增加，氮肥利用率降低。在相同氮素投入下，品種2的施肥效益較低，適宜在氮素資源緊缺地區(qū)應用;品種3的經(jīng)濟效益最高，增產(chǎn)潛力也較大，適宜在生產(chǎn)上推廣。兼顧效益和產(chǎn)量的最佳施肥量，品種1以N1水平為宜，品種2可以不施肥，品種3還有待于進一步研究。