氮素調控對邊際土地甜高粱養分吸收和效益的影響

劉會玲，崔江慧，常金華

(河北農業大學/河北省農田生態環境重點實驗室，河北保定071001)

高粱［Sorghum bicolor(L.)Moench］具有較高的經濟和食用價值，在農業生產中占重要地位。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。在水土流失多發的丘陵地區，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，除具有高粱的優良特性外，還具備生產潛力大、生物學產量高、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，甜高粱適應的區域較廣，尤其是干旱和鹽堿地區［3］。甜高粱可以替代糧食生產燃料乙醇，用其生產乙醇轉化率高、成本低，有利于保護環境。

近年來，隨著社會經濟的發展和科學技術的進步，甜高粱的優良特性和利用價值日益受到重視。《可再生能源發展“十一五”規劃》中明確指出，在東北、山東等劣質土地資源豐富的地區，合理開發鹽堿地、荒草地、山坡地等邊際土地，集中種植甜高粱。合理發展甜高粱生產，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、緩解能源緊張、減少環境污染、增加農民收入。關于甜高粱的研究很多，已有研究表明，甜高粱具有耐貧瘠、節肥的優良特性，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投入。鑒于此，本研究通過田間試驗，研究氮素調控對邊際土地甜高粱養分吸收和效益的影響，為邊際土地資源開發利用和甜高粱高效生產提供依據。

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月在河北農業大學三分廠進行，試驗地為貧瘠撂荒地，沙壤質潮土，土壤pH值8.00，有機質含量為 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℃烘干后稱質量。樣品經粉碎混勻后，用硫酸－雙氧水法消煮，常規農化分析方法測定氮、磷、鉀含量［8］。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進行數據處理與分析。

2 結果與分析

2.1 氮素調控對甜高粱鮮質量和干物質累積的影響

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

2.2 氮素調控對甜高粱養分吸收的影響

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的施肥經濟效益最高，可增加收入高達3 930元/hm2;品種2的經濟效益較低，收入增加較少，N3處理甚至出現了收入負增長;品種1的經濟效益居中。品種1的4個處理中，N1處理經濟效益最高，氮肥利用率也最高;品種2的4個處理中，N2處理經濟效益最高，氮肥利用率較高;品種3的4個處理N3處理經濟效益最高，氮肥利用率較低。說明在氮素投入相同時，肥料利用率和經濟效益因品種而異。兼顧效益和產量的最佳施肥量，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經濟效益較好，增產潛力也較大，適宜在生產上推廣;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濟效益，因此可以不施肥，適宜在氮素資源緊缺或經濟水平較低地區應用。

表1 氮素調控的效益分析

3 討論

3.1 氮素調控與甜高粱生物產量和干物質累積

限制甜高粱產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、穗及總干質量［9－14］。甜高粱產量對氮肥比較敏感［15］，氮磷鉀肥單施，氮肥增產效果最好［16］。氮肥適量才能提高產量，過量反而會降低產量。甜高粱拔節到抽穗階段地上部干物質積累量和生物產量呈極顯著的正相關關系，甜高粱生物產量主要取決于拔節后特別是拔節至抽穗期干物質的積累量［5］。本試驗將追肥時期安排在拔節期，為獲得較高的生物產量奠定了基礎。由于地域和種質資源的不同，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量和干物質累積量的差異也說明了這一點。

3.2 氮素調控與甜高粱養分吸收

蘇富源等的試驗結果表明，隨著施氮量的增加，甜高粱干物質積累量、氮磷鉀養分含量和吸收量先上升再下降，與不施氮肥相比，干物質積累量、氮磷鉀養分含量和吸收量均有所提高，不同部位養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量、干物質累積量、鉀吸收量、氮含量和吸收量，鉀含量的變化出現了一致的結果;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了下降趨勢，說明施用氮肥對不同地區、不同品種的養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濟效益［16］。生產氮肥要消耗大量的能源，而且肥料施用后，容易通過氨揮發和硝態氮淋失等途徑損失，肥料利用率低、浪費嚴重，甚至會有負面的環境效應。生產中應根據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控，以免盲目施肥造成肥料浪費或施肥不足，不能完全發揮作物的增產潛力，從而實現以適宜的投入獲得較高的產出。兼顧效益和產量的最佳施肥量，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，在節約資源、保護環境、經濟高效的前提下，不同品種甜高粱氮素調控的適宜范圍還有待于進一步研究。

4 結論

甜高粱品種之間存在個體差異，對氮素的需求和響應不同。本研究得出以下結論:(1)氮素的施用提高了甜高粱的植株鮮質量和干物質累積量，對品種3的增產作用最大。(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應用;品種3的經濟效益最高，增產潛力也較大，適宜在生產上推廣。兼顧效益和產量的最佳施肥量，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。