不同肥料對谷子農藝性狀及產量的影響

趙 芳，魏 瑋，張曉磊，趙治海

(張家口市農業科學院/國家谷子改良中心張家口雜交谷子分中心/河北省雜交谷子工程技術研究中心，河北 張家口 075000)

谷子(Setarialitalica(L.)Beauv.)，又稱粟，屬禾本科狗尾草屬，因其基因組小(500 Mb)、2倍體(2 n=2 x=18)、自花授粉和生長周期短等特點使其成為C4光合作用研究的模式植物[1,2]。谷子原產于我國，是我國古老的栽培作物之一，具有耐旱、耐貧瘠、籽粒營養豐富，谷草品質優良的特點，在農業生產中有糧、飼兼用等多用途，在可持續農業發展中具有不可替代的作用。中國谷子種植面積常年維持在200萬hm2左右，約占全球的80%，并隨著農業種植結構的調整其種植面積在逐年擴大，年總產量在350萬t左右[3]。由張家口市農業科學院谷子所研發的張雜谷系列品種是由谷子雄性不育兩系法研制而成，在河北省張家口地區表現出顯著的增產增收優勢[4-8]。施肥是促進谷子生長發育、提高產量及改善其品質的重要調控措施。通過合理施肥能有效改善谷子植株養分吸收, 顯著增強谷子光合作用、干物質積累和產量形成能力[9-10]。前人對谷子生育特性和產量形成能力的調控效應中施肥種類、數量、時期的研究已有較多報道[11-14]，對指導谷子生產實踐發揮了重要的促進作用。

植物營養著重考察養分和水分的協調供應，合理施用肥料可提高水分利用率[15,16]。谷子是我國傳統的優勢雜糧作物，在植物多樣性、穩定糧食生產以及膳食結構多樣性等方面有不可或缺的作用[17,18]。谷子的根系比較發達，保水能力強[19]。在現有栽培水平條件下，如何進一步提高谷子產量、增加經濟效益是目前面臨的又一新課題。但現在農民偏施氮磷肥，少施有機肥，不施或者少施鉀肥，造成土壤中氮磷含量不均、鉀素大量消耗。作物品質下降、產量降低的主要原因就是土壤中氮、磷、鉀含量的失衡[20-22]。施肥技術直接影響谷子干物質的積累和分配，進而影響產量[23-25]。

本試驗以張雜谷5號為材料，在大田條件下，分析了普通化肥、腐殖酸和微生物菌肥對谷子產量形成及養分積累動態的影響，以期探明新型肥料的增產增效機理、提高谷子產量。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與栽培管理概況

以張雜谷系列張雜谷5號為試驗材料，于2016年5月20播種，拔節期7月15日，抽穗期8月9號，成熟期10月1 日，全生育期134 d。

肥料種類為三元復合肥(磷酸二胺N含量12%，磷含量53%)、尿素(N含量46.3%)、腐殖酸分子式為C9H9NO6，分子量為227.17 kDa、微生物菌肥(底肥N含量20%，磷含量10%，鉀含量10%；追肥N含量25%，磷含量0%，鉀含量5%)。

試驗采用單因素隨機區組設計，設置10個處理：

A：不施氮肥(對照)；

B：播種前用腐殖酸(100 mg/L)浸泡種子處理；

C：播前以磷酸二銨(0.375 t/hm2)作為底肥，拔節期追施尿素(0.225 t/hm2)；

D：播種前用腐殖酸(100 mg/L)浸泡種子，播前以磷酸二銨(0.375 t/hm2)作為底肥，拔節期追施尿素(0.225 t/hm2)；

E：播前以磷酸二銨(0.75 t/hm2)作為底肥，以后不再施肥；

F：播種前用腐殖酸(100 mg/L)浸泡種子處理，播前以磷酸二銨(0.75 t/hm2)作為底肥，以后不再施肥；

G：播前以生物菌肥(0.75 t/hm2)作為底肥，以后不再施肥；

H：播前以生物菌肥(0.375 t/hm2)作為底肥，拔節期追施生物菌劑(0.225 t/hm2)；

J：播前以生物菌肥(0.285 t/hm2)作為底肥，拔節期追施生物菌劑(0.165 t/hm2)；

K：播前以生物菌肥(0.57 t/hm2)作為底肥，拔節期追施生物菌劑(0.33 t/hm2)。每個處理3次重復，小區面積16 m2(4 m×4 m)。小區間作梗隔離，保證單獨排灌。株行距為20 cm×33 cm。其它按常規高產栽培要求防止病蟲害。

試驗于2016年在河北省張家口市宣化區沙嶺子試驗基地進行，基地屬中溫帶亞干旱氣候，年降水量300～400 mm，無霜期110～140 d，年均溫7.7 ℃。土壤類型為栗鈣土，pH=7.75、含有機質11.053 g/kg、堿解氮77 mg/kg、有效磷12.13 mg/kg、速效鉀129 mg/kg。

1.2 測定項目

1.2.1莖蘗動態

每小區定3個觀察點，每點3株，拔節期前記錄莖蘗數，拔節后每7天依次記錄莖蘗數。

1.2.2葉面積和干物重

于拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟期，按每小區莖蘗數的平均值取5穴測定葉面積和干物重。按長寬系數法測定葉面積。將樣株按器官放在105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重，測定干物重。

1.2.3產 量

成熟期調查每小區6穴，計算有效穗數、穗粒重、碼數、碼粒數和測定千粒重及理論產量；每小區按實際面積收割，晾曬后脫粒，并稱重。

1.3 數據處理

運用Microsoft Excel軟件處理數據，用DPS軟件統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤養分含量

由表1可知，在張雜谷5號收獲后對小區土壤進行測定，與對照相比，土壤中速效鉀的含量隨施肥量增加呈現出下降的趨勢，其中以G處理和K處理下降最為明顯，分別比對照下降了29.21%和54.67%。堿解氮的含量隨施肥量的增加，C、D、E、J、H和G等6個處理呈出上升趨勢，其中以C、D和J等3個處理最好，分別比對照增加了76.41%、23.53%和33.56%。有效磷含量總體表現為上升趨勢，只有G處理下降，其中以E、F和K 3個處理最好，分別比對照提高了115.88%、132.04%和58.26%。有機質含量隨施肥量的變化不明顯，只有K處理表現出下降趨勢，與對照相比下降了32.44%。試驗各處理中pH值沒有明顯變化。

表1 土壤養分含量

2.2 關鍵生育時期的莖孽動態

由表2可知，在拔節期時隨著施肥量的變化莖蘗數總體呈上升趨勢。與對照相比，施肥處理谷子莖蘗數增長53.23%～210.17%。以C處理最高、F處理次之、J處理第三，三者差異不明顯。在抽穗期隨著施肥量的變化莖蘗數總體呈上升趨勢。與對照相比，施肥處理谷子莖蘗數增長79.32%～183.79%。以C處理最高、F處理次之、K處理第三。到成熟期隨著施肥量的變化莖蘗數總體變化不明顯。以C處理最高(4.97%)，J處理次之(9.2%)，D處理第三(1.9%)。

表2 關鍵生育時期的莖蘗數

總體看來，在拔節期、抽穗期和成熟期各處理的莖蘗數與對照相比均有增加，其中以C和J處理表現最好，施用腐殖酸的處理中變化較大，相較而言，F處理表現較好。

2.3 關鍵生育時期的葉面積指數和株高

由表3可知，在拔節期隨著施肥量的變化谷子葉面積指數和株高總體呈上升趨勢。與對照相比，施肥處理谷子葉面積指數增長15.63%～117.34%。以C處理最高，F處理次之，J處理第三，三者差異明顯。與對照相比，施肥處理谷子株高增長39.28%～2.98%。以C處理最高，F處理次之，J處理第三，三者差異明顯。在抽穗期隨著施肥量的變化葉面積指數總體呈上升趨勢。與對照A相比，施肥處理谷子葉面積指數增長178.76%～66.52%。以C處理最高，F處理次之，J處理第三。株高在常規施肥和腐殖酸施肥處理呈上升趨勢，施用微生物肥處理表現不明顯，以C處理最高(8.14%)，F處理次之(6.38%)，J處理第三(3.82%)。到成熟期隨著施肥量的變化葉面積指數和株高總體變化不明顯。與對照A 相比，在各個處理中葉面積指數最高的是C處理(62.85%)，D處理次之(60.68%)，J處理第三(35.74%)。與對照A的株高相比，以C處理最高(16.35%)，J處理次之(4.41%)，F處理第三(5.27%)。

表3 關鍵生育時期的葉面積指數和株高

總體看來，在拔節期、抽穗期和成熟期各處理的葉面積指數和株高與對照相比均有增加，其中以C處理表現最好。

2.4 關鍵生育時期的干物重及階段干物重積累量

在不同生育時期，谷子地上部分干物重(生物量)和干物質積累量因施肥量的變化如表4所示。拔節期谷子總生物量較低，變化范圍在7.11～15.6 g之間，處理間差異不明顯(p>0.05)。抽穗期谷子生物量大幅增加，以C處理最高(102.16%)，F處理次之(93.37%)，J處理第三(61.75%)。成熟期谷子生物量進一步提高，與對照A相比，施肥處理生物量增長61.78%～12.9%，處理間差異顯著(p<0.05)，以C處理的生物量最大，但G處理和K 處理出現負增長，可能是由于施肥量不合理出現負效應。

表4 關鍵生育時期的干物重及階段干物重積累量 (單位：t/hm2)

在谷子不同生育期，按生物量計算的干物質積累量差異不顯著(p>0.05)。與對照相比，在拔節至抽穗期以C、F和J三個處理最好，分別為85.78%、77.92%和89.78%。在抽穗至成熟期也以C、D兩個處理最好，分別為39.63%和30.66%。

2.5 產量及其構成因素

由表5可知，不同的肥料處理對雜交谷子后期收獲產量影響不同。在收獲期時隨著施用腐殖酸的變化谷子穗粒重、千粒重和籽粒產量呈先上升后下降趨勢，與對照A相比，施用腐殖酸后穗粒重沒有明顯效果，而且比對照偏低；在D處理中千粒重比對照A處理增加9%；與對照A相比，B處理和D處理的實際產量增加2%和8%。在收獲期隨著施用常規肥料量的變化谷子穗粒重、千粒重和籽粒產量呈下降趨勢，與對照A相比，施用常規肥料后C處理穗粒重增加3.48%，千粒重增加3.33%，產量增加10%。施用微生物肥后變化不規律，與對照A相比，J處理的穗粒重增加2.42%，K處理的千粒重增加2%，J處理產量增加3%。總體看來，在成熟期各處理的穗粒重、千粒重和產量與對照相比均有增加，其中以C處理表現最好。

表5 產量及其構成因素

3 討 論

通常認為谷子是一種省肥作物，將其種植在山地、丘陵、河灘地等土壤貧瘠的地方，造成谷子產量長期處于低水平狀態，谷子也逐漸演變為一種“低產作物”，越來越不受到重視。近年來，隨著人們生活水平的提高，對健康的重視，雜糧尤其是小米又回到了餐桌，所以必須探索一條提高谷子產量、改善谷子品質的途徑，以滿足對谷子產量和品質的要求[26]。

本研究采用的谷子品種張雜谷5號是由河北省張家口市農業科學院選育成功的谷子兩系雜交種。該品種表現適應性強，抗旱、抗倒，高產穩產，米質特優適口性好。從谷子對氮、磷、鉀元素的吸收量看，以氮、鉀較多，磷較低，這與解文艷等[27]的研究結果基本一致。從本研究結果看，植物對氮、磷、鉀養分的吸收率微生物肥料>腐殖酸>常規肥料。營養元素的收獲指數在不同肥料處理間差異未達到顯著水平。張亞琦等研究發現，施用氮素可以促進雜交谷子的生長發育[28]。本試驗中在河北張家口地區不同施肥處理的莖蘗數、葉面積指數、株高、穗粒重、千粒重和產量均高于不施肥處理，不同施肥處理對莖蘗數和千粒重的影響不同，部分性狀的差異達到了極顯著水平。C、D和J處理的籽粒產量最高，分別為12.06 t/hm2、11.82 t/hm2和11.16 t/hm2，但處理間差異不顯著。谷世祿等研究表明，谷子生育期間總干物質積累存在緩慢、直線和復緩慢增長期三個階段[29]。馮夢喜等研究表明，谷子干物質積累主要時期在生長中后期，抽穗至灌漿期干物質積累量占整個生育時期地上部分干物質積累量總量49.24%；灌漿至成熟期積累量占生育期積累總量33.74%[24]；張玉娜等研究表明，谷子總干物重積累成先緩慢增長在直線增長后基于平穩的“S”型變化趨勢[30]。本研究表明，谷子總干物質積累量也呈現基于平穩的“S”型變化趨勢，在抽穗期谷子生物量達到最高，以C、F和J 3個處理最好，分別比對照增加了85.78%、77.92%和89.78%。

由于本試驗是在特定條件下進行的，對施肥效果有一定的影響。但是，對3種肥料而言，通過對比土壤礦物質含量、谷子農藝性狀與干物質積累量來研究肥料的增產作用和機理是可行的。因此本試驗條件下，推薦C處理(常規用量：底肥復合肥0.375 t/hm2，追肥尿素0.225 t/hm2)為兼顧產量和效益的施肥方案。