施用不同氮肥對鹽堿地湖南稷子生產性能以及養分吸收的影響

賈曉輝，張峰舉，謝小偉，王 斌，王騰飛，倪 旺，陳月娟，許 興,3*

(1.寧夏大學農學院，寧夏 銀川 750021；2.寧夏草牧業工程技術研究中心，寧夏 銀川 750021；3.西北土地退化與生態恢復國家重點實驗室培育基地，寧夏 銀川 750021；4.西北退化生態系統恢復與重建教育部重點實驗室，寧夏 銀川 750021；5.寧夏大學生態環境學院，寧夏 銀川 750021；6.石嘴山市農業綜合開發中心，寧夏 石嘴山 753099)

溫室效應引起的全球性氣候變化加劇，導致干旱事件頻發，加速了土壤鹽分的積累過程，使得土地鹽堿化面積增加。目前，在鹽堿地治理及利用的長期研究中，生物改良措施因其“省水、低投入、環境可持續”等優良特性在當今提倡生態效益并重的前提下已成為鹽堿地改良的熱點[1-2]。湖南稷子(Echinochloafrumentacea)作為一年生禾本科牧草[3]，具有適應性廣、抗逆性強、產草量高等特點[4-6]。萬力生等[7]研究結果表明，湖南稷子能夠在含鹽量為0.6%、pH值為9.3的鹽堿地上正常發芽和生長，且保苗率高達92%。也有研究發現，在棄耕鹽堿荒地上種植湖南稷子2～3年后，土壤全鹽含量、pH值以及堿化度明顯降低，土壤物理性狀明顯改善[8]。近年來，寧夏北部鹽堿地已經占到總耕地面積的49%，造成了土地產能的下降，更引起了生態環境惡化[9]。種植湖南稷子成為當地改良鹽堿地的一項重要舉措，但在寧夏北部地區利用湖南稷子改良鹽堿地的過程中，發現種植兩個月后的湖南稷子長勢低矮，葉片泛黃，可能是不合理施肥所致。因此，研究施肥對鹽堿地湖南稷子生產性能以及養分吸收的影響，對于鹽堿地改良及優化飼草生產方式，提高資源利用效率，保障飼草生產具有重要意義。

在不同類型的土壤條件下，合理施用不同形態的氮肥有利于促進作物對氮素的吸收[10]，提高飼草產量。代新俊等[11]研究發現，酰胺態氮肥與銨態氮肥和硝態氮肥相比，在氮肥為150 kg·hm-2條件下能夠顯著提高小麥(Triticumaestivum)產量和籽粒含氮量。韓世潔等[12]研究指出，白羊草(Bothriochloaischaemum)通過施用尿素后其產量、營養品質和經濟效益整體優于硫酸銨。崔紀菡等[13]研究表明，銨態氮與硝態氮相比，更容易被谷子(Setariaitalica)利用，可促進谷子氮素積累，提高穗部產量。安霞等[14]研究認為，在施用酰胺態氮、硝態氮和銨態氮肥后，銨態氮肥更利于甘薯(Dioscoreaesculenta)高產。目前，不同形態氮肥的研究主要集中在對玉米(Zeamays)[15]、春小麥[16]和水稻(Oryzasativa)[17-18]產量及養分吸收等方面，鮮見不同形態氮肥對鹽堿地湖南稷子產量及養分吸收利用方面研究。鑒于此，本試驗通過設置尿素和硫酸銨兩種不同形態氮肥及三個施肥量的試驗，研究硫酸銨和尿素及不同施肥水平對湖南稷子生產性能以及不同器官養分吸收的影響，以確定適宜的氮肥和最佳的施肥量，為鹽堿地湖南稷子合理施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在寧夏石嘴山市平羅縣高莊鄉(105°57′ E，38°36′ N，海拔1 100 m)鹽堿地進行。該地位于銀川北部平原，屬于中溫帶半干旱荒漠性氣候，年平均氣溫9.4℃，日照充足，平均日照時數為3 008.6 h，年平均降水量173.2 mm，年平均蒸發量為1 825 mm，平均霜凍期為194.6 d，無霜期為171 d。追肥前0～20 cm土壤pH值為9.05，全鹽含量為1.07 g·kg-1，有機質含量為10.14 g·kg-1，全氮含量為0.72 g·kg-1，堿解氮含量為36.32 mg·kg-1，速效磷含量為7.52 mg·kg-1，速效鉀含量為197.12 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

選用湖南稷子(‘海子1號’)為作為試驗材料，由寧夏千葉青農業科技發展有限公司提供。試驗采用雙因素隨機區組設計，共設置兩種氮肥[尿素N1(總氮≥46.0%)，硫酸銨N2(總氮≥21%)]，三個氮肥梯度(F1：50 kg·hm-2，F2：100 kg·hm-2，F3：150 kg·hm-2)，將不追肥設為對照CK，共7個處理，3個重復，總計21個小區，小區面積40 m2(10 m×4 m)，相鄰小區間隔1 m并起梗。于2021年5月10日機械播種，播量為37.5 kg·hm-2，行距20 cm，施入磷酸二銨(300 kg·hm-2)和硫酸鉀(150 kg·hm-2)作為底肥，7月24日追施相同梯度的尿素或硫酸銨。施肥當天(7月24日)及8月31日共進行兩次灌水。在湖南稷子生育期內適時進行人工鋤草和害蟲防治，9月29日收獲。

1.3 測定指標及方法

以下各指標均在湖南稷子灌漿期測定。

株高：每個小區隨機選取10株湖南稷子測垂直高度，取平均值。

莖粗：每個小區隨機選取10株湖南稷子測倒數第二節莖粗，取平均值。

產量：按行隨機刈割成熟植株2 m，陰干后稱其干重，換算出每公頃產量。

植株氮含量：采用H2SO4-H2O2消化-凱氏定氮法測定[19]。

植株磷含量：采用H2SO4-H2O2消化-鉬銻抗比色法測定[19]。

植株鉀含量：采用H2SO4-H2O2消化-火焰光度計測定[19]。

氮(磷、鉀)素吸收量(kg·hm-2)=植株干物重×植株含氮(磷、鉀)量。

氮肥利用率(%)=[施肥區紫花苜蓿體上部氮素吸收量-無肥區作物體內該元素的吸收量]/所施肥料中氮素含量×100%。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2013軟件整理數據，利用SPSS Statistics 25.0軟件進行方差分析，LSD多重比較，并用Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 施用氮肥對鹽堿地湖南稷子株高、莖粗和干草產量的影響

如圖1所示，N1處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子株高、莖粗和干草產量呈上升趨勢。施用氮肥后湖南稷子株高、莖粗和干草產量均高于CK處理，除N1F1處理下干草產量外，均達到顯著差異(P<0.05)。其中在N1F3處理下株高(138.77 cm)、莖粗(6.69 mm)和干草產量(6 390.78 kg·hm-2)達到最高，分別比CK高86.17%，41.44%，200.00%。

圖1 不同追施氮肥處理對湖南稷子株高、莖粗和干草產量的影響

N2處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子株高、莖粗和干草產量呈上升趨勢。除N2F1處理外，施用氮肥后湖南稷子株高、莖粗和干草產量均顯著高于CK處理(P<0.05)。其中在N2F3處理下株高(141.16 cm)、莖粗(7.10 mm)和干草產量(7 923.08 kg·hm-2)達到最高，分別比CK高89.37%，50.11%,271.93%。整體來看，N2F3處理下湖南稷子株高、莖粗和干草產量均高于N1F3，但兩者之間均未達到顯著水平。

2.2 追施不同氮肥對鹽堿地湖南稷子養分吸收的影響

如圖2所示，N1處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子氮素和磷素吸收量不斷上升，鉀素吸收量呈先上升后下降的趨勢。施用氮肥后湖南稷子氮磷鉀元素吸收量均顯著高于CK處理(P<0.05)。其中在N1F3處理下氮素(43.25 kg·hm-2)和磷素(11.65 kg·hm-2)吸收量最高，分別比CK高86.17%，41.44%。在N1F2處理下鉀素(67.10 kg·hm-2)吸收量最高，與CK相差51.13 kg·hm-2。

圖2 不同追施氮肥處理對湖南稷子氮磷鉀元素吸收量的影響

N2處理下湖南稷子氮磷鉀元素吸收量變化趨勢與N1處理下一致。施用氮肥后湖南稷子鉀元素吸收量均顯著高于CK處理(P<0.05)，除N2F1處理外，氮、磷元素吸收量均顯著高于CK處理(P<0.05)。其中在N2F3處理下氮素(58.75 kg·hm-2)和磷素(13.75 kg·hm-2)吸收量最高，分別比CK高333.31%，108.79%。在N2F2處理下鉀素(87.66 kg·hm-2)吸收量最高，與CK相差71.68 kg·hm-2。整體來看，N2F3處理下氮素和磷素吸收量與N1F3相比分別提高了35.83%，17.97%，且兩者之間的差異均達到顯著水平(P<0.05)。

2.3 追施不同氮肥對鹽堿地湖南稷子不同部位養分含量的影響

如圖3A所示，所有處理下湖南稷子不同部位氮含量由高到低依次為穗>葉>莖。N1處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子莖葉穗中氮含量均呈現先下降后上升的趨勢。施用氮肥后N1F1和N1F2處理下莖桿中氮含量均顯著低于CK處理(P<0.05)，N1F1和N1F3處理下葉片中氮含量均顯著高于CK處理(P<0.05)，所有處理下穗中氮含量均顯著低于CK處理(P<0.05)。除CK處理外，N1處理下湖南稷子下莖(4.46 g·kg-1)葉(8.49 g·kg-1)穗(9.79 g·kg-1)中氮含量均在N1F3下處理達到最高。

N2處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子莖葉穗中氮含量不斷上升。施用氮肥后N2F2和N2F3處理下莖桿和葉片中氮含量均顯著高于CK處理(P<0.05)，N2F1處理下葉片中氮含量均顯著高于CK處理(P<0.05)，所有處理下穗中氮含量均顯著低于CK處理(P<0.05)。除CK處理外，N2處理下湖南稷子下莖(4.89 g·kg-1)葉(9.52 g·kg-1)穗(11.28 g·kg-1)中氮含量在N2F3處理下達到最高。N2F3處理下湖南稷子莖葉穗中氮含量較N1F3分別提高了9.63%，12.05%，15.28%。

如圖3B所示，磷素主要分布在穗中。N1處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子莖中磷含量均呈現先下降后上升的趨勢，湖南稷子葉片和穗中磷含量均不斷下降。施用氮肥后N1F1和N1F2處理下莖桿中磷含量均顯著低于CK處理(P<0.05)，所有處理下葉片和穗中磷含量均顯著低于CK處理(P<0.05)。除CK處理外，N1處理下湖南稷子莖、葉、穗中磷含量最高的處理分別是N1F3(1.05 g·kg-1),N1F1(1.09 g·kg-1),N1F1(8.94 g·kg-1)，最低的分別是N1F2(0.71 g·kg-1),N1F3(0.63 g·kg-1),N1F3(6.03 g·kg-1)。

N2處理下湖南稷子隨著施肥量的增加莖桿和葉片中磷含量變化趨勢與N1處理下一致，穗中磷含量呈先上升后下降的趨勢。施用氮肥后N2F2處理下莖桿中磷含量顯著低于CK處理(P<0.05)，N2F1和N2F2處理下葉片中磷含量均顯著低于CK處理(P<0.05)，所有處理下穗中磷含量均顯著低于CK處理(P<0.05)。除CK處理外，N2處理下湖南稷子莖、葉、穗中磷含量最高的處理分別是N2F3(1.08 g·kg-1),N2F1(1.24 g·kg-1),N2F2(7.57 g·kg-1)，最低的分別是N2F2(0.58 g·kg-1),N2F3(0.46 g·kg-1),N2F3(5.67g·kg-1)。

如圖3C所示，鉀素主要分布在植物莖桿中。N1處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子葉片中鉀含量均呈現先上升后下降的趨勢，湖南稷子莖桿中鉀含量不斷上升。施用氮肥后所有處理下莖桿中鉀含量均顯著高于CK處理(P<0.05)，N1F3處理穗中鉀含量顯著低于CK處理(P<0.05)。除CK處理外，N1處理下湖南稷子莖、葉、穗中鉀含量最高的處理分別是N1F2(25.62 g·kg-1),N1F3(7.29 g·kg-1),N1F2(6.97 g·kg-1)，最低的分別是N1F3(15.55 g·kg-1),N1F1(4.91 g·kg-1),N1F3(4.29 g·kg-1)。

圖3 不同追施氮肥處理對湖南稷子不同部位氮磷鉀含量的影響

N2處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子莖桿和葉片中鉀含量呈先上升后下降的趨勢，穗中鉀含量不斷上升。施用氮肥后所有處理下莖桿中鉀含量顯著高于CK處理(P<0.05)，N2F1和N2F2處理下葉片中鉀含量均顯著高于CK處理(P<0.05)。除CK處理外，N2處理下湖南稷子莖、葉、穗中鉀含量最高的處理分別是N2F2(21.20 g·kg-1),N2F2(10.57 g·kg-1),N2F3(5.19 g·kg-1)，最低的分別是N2F3(15.43 g·kg-1),N2F3(6.04 g·kg-1),N2F1(5.02 g·kg-1)。

2.4 追施不同氮肥對鹽堿地湖南稷子氮肥利用率的影響

如圖4所示，隨著施肥量的增加，N1處理下湖南稷子氮肥利用率呈先下降后上升的趨勢，在N1F3處理下氮肥利用率為19.71%，達到最高，其次分別為N1F1，N1F2，不同處理間差異均達到顯著水平(P<0.05)。N2處理下，隨著施肥量的增加，湖南稷子氮肥利用率不斷上升，N2F2和N2F3處理下湖南稷子的氮肥利用率達到28.53%和29.45%，二者無顯著差異，但均顯著高于N2F1處理(P<0.05)。N1F3處理下湖南稷子氮肥利用率與N2F3相差8.74%，差異顯著(P<0.05)。

圖4 不同追施氮肥處理對湖南稷子氮肥利用率的影響

3 討論

3.1 追施不同氮肥對鹽堿地湖南稷子生產性能的影響

科學合理的施肥能夠顯著提高飼草生產性能。陶夢等[20]研究發現，當施氮量為225 kg·hm-2時，施用硫酸銨對柳枝稷(PanicumvirgatumL.)的增產效果顯著優于尿素，且施用硫酸銨后株高和莖粗均與施氮量呈正比。馬紅紅等[21]研究表明，施用硫酸銨能夠顯著增加飼料玉米產量。王飛等[15]研究證明在滴灌條件下施用硫酸銨后玉米產量相比施用等量尿素提升了14.9%。在本試驗中，增施氮肥能夠顯著提高鹽堿地湖南稷子產量，最高可達到7 923 kg·hm-2，且本研究得出追施硫酸銨比尿素更有利于湖南稷子增產的結果，與前人研究結果相似，表明了在相同施氮量下，施用硫酸銨較尿素更有助于提升作物的生產性能。然而，羅小仁等[18]在施用不同類型氮肥對超級稻的研究中得出相反的觀點，主要原因可能是在不同土壤條件下施用不同形態氮肥存在差異，對作物的生長有影響。因此，我們在生產實踐中應該提前測定土壤肥力，確定適宜的氮肥種類以及施肥量，進而提高飼草生產性能。

3.2 追施不同氮肥對鹽堿地湖南稷子養分吸收的影響

有學者研究發現，適量施氮能夠促進作物對養分的吸收[22]。也有研究表明，不同形態氮肥顯著影響作物對氮、磷、鉀養分的吸收[23]。陶夢等[20]研究發現柳枝稷的吸氮量在施用硫酸銨時隨著施氮量的增加逐漸增加，但施用尿素時柳枝稷吸氮量呈先上升后下降趨勢。曹衛東等[24]研究發現，北方石灰性土壤上硫酸銨配合施用速效磷肥時春小麥成熟期全株吸磷量高于尿素。本研究表明，在追施氮肥后增加了湖南稷子對養分的吸收，且追施硫酸銨的效果優于尿素，同一施氮濃度下，追施硫酸銨后湖南稷子地上部吸氮量均高于尿素，等量施氮條件下，植株全氮含量可以反映作物吸氮能力的強弱，由此可以看出，硫酸銨顯著增加了湖南稷子對氮素的吸收。這與陶夢等[20]的研究結果不同，可能與施氮量有關，在尿素施氮量150 kg·hm-2時柳枝稷吸氮量達到峰值。陳遠學等[25]對飼用玉米施氮量的研究中發現，施氮顯著提高了氮含量和氮磷吸收量，但對鉀吸收量無明顯影響，武燕[16]在春小麥的研究中也得出了類似的結論。范欽楨[26]研究表明，銨會使土壤原有鉀素的釋放受到抑制，尿素和硫酸銨水解后都會以銨的形式存在于土壤中，從而抑制土壤鉀的釋放，影響植物對土壤鉀的利用。Acquaye等[27]研究表明單施銨肥會降低燕麥(AvenasativaL.)對鉀的吸收。于飛等[28]在不同類型氮肥對油菜(BrassicacampestrisL.)的研究中也得出相同結論。本試驗中，在施氮100和150 kg·hm-2水平下，湖南稷子地上部氮、磷、鉀的吸收量均為硫酸銨大于尿素。同時隨著施氮量的增加，湖南稷子地上部鉀吸收量顯著高于對照和50 kg·hm-2施氮水平處理，呈現出先上升后下降的趨勢。結合前人研究與本試驗結果，表明合理追施氮肥有利于促進湖南稷子對養分的吸收，但過量施氮會產生抑制作用。

3.3 追施不同氮肥對鹽堿地湖南稷子不同部位養分含量的影響

植物中氮、磷、鉀的含量因作物種類和器官而異。氮作為影響植物生長發育的重要營養元素，是許多次生代謝產物的重要組成成分[29]。本研究結果表明，追施氮肥后湖南稷子不同部位氮含量由高到低依次為穗>葉>莖，穗中的磷含量顯著高于莖桿，這與段慶波等[30]研究結果吻合。隨著施氮量的增加，湖南稷子莖、葉、穗中的氮含量不斷上升；葉片和穗中的磷含量不斷下降，莖桿中磷含量雖然呈上升的趨勢，但均低于對照。表明追施氮肥一定程度上促進了湖南稷子的生長。有研究發現施氮對小麥植株莖葉磷含量變化較復雜，但整體趨勢是前期含量較高，后期逐漸降低[31]。本試驗中，同一施氮量下，N2F2和N2F3處理下湖南稷子莖葉穗中氮含量均高于N1F2和N1F3，磷含量均低于尿素，表明合理施用硫酸銨更有利于促進鹽堿地湖南稷子的生長。徐富賢等[32]研究發現，施氮后73%～75%的鉀被分配到莖葉中。本研究發現追施氮肥后湖南稷子不同部位鉀含量由高到低依次為莖>葉>穗，隨著施氮量的提升，除N1處理下葉片中鉀含量和N2處理下穗中鉀含量外，追施氮肥后湖南稷子莖、葉、穗中的鉀含量均呈先上升后下降的趨勢，這與李玉鵬等[33]在水稻施肥的研究結果相似。在相同施氮量下，追施硫酸銨能夠顯著提升鹽堿地湖南稷子莖桿中的鉀含量，有利于促進植株對鉀的吸收。

3.4 追施不同氮肥對鹽堿地湖南稷子氮肥利用率的影響

鹽堿地種植湖南稷子對不同形態氮肥的利用率存在顯著差異。李娜等[34]研究發現，不同形態氮肥對小麥的氮肥利用率有顯著影響，且晚期施用處理間差別更大。在本試驗中，在N2F2，N2F3處理下湖南稷子氮肥利用率分別達到28.53%，29.45%，顯著高于同水平尿素處理，其氮肥利用率分別提升了44.77%，43.36%。說明鹽堿地湖南稷子對銨態氮的利用率高于酰胺態氮，這與陶夢[20]在柳枝稷方面的研究結果一致。然而，在施氮50 kg·hm-2水平下，N2F1處理下湖南稷子氮肥利用率僅4.63%，這與安志超等[35]研究結果相似，可能與較低的施氮量有關。

4 結論

追施氮肥量為100和150 kg·hm-2時能夠顯著提高鹽堿地湖南稷子產量，其中在等量水平下，硫酸銨較尿素更有利于湖南稷子增產；施氮量的增加促進了湖南稷子對氮和磷的吸收，但過量施氮不利于湖南稷子對鉀的吸收。此外，氮肥追施量為100和150 kg·hm-2時，追施硫酸銨后湖南稷子氮、磷、鉀吸收量及氮素利用率均顯著高于尿素。綜上，鹽堿地湖南稷子的施氮應選用硫酸銨，最佳施肥量為150 kg·hm-2。