不同薏苡品種氮磷鉀養分吸收分配及需求特征

曾 濤， 魏 盛， 付敬鋒， 魏鵬程， 陳 杜， 鄭迎霞， 李 蕾， 韋海龍， 張 軍， 宋 碧

(1.貴州大學農學院，貴州貴陽 550025； 2.黔南州農業農村局，貴州都勻 558000)

薏苡(Coixlachryma-jobiL.)是我國古老的藥糧兼用作物，具有極高的藥用價值和營養價值[1-3]。貴州是我國薏苡主產區，近5年種植面積及產量均位居全國第一，種植面積達6.67萬hm2，年產量30萬t，占全國2/3左右[4]。氮(N)、磷(P)、鉀(K)是作物生長發育必需的三大營養元素，其吸收利用率直接影響作物生長發育，作物在不同生育階段對各營養元素的需求量不同，因此研究薏苡生長過程中營養元素含量的變化動態，根據各生育期的需肥特性進行合理施肥對實現薏苡高產穩產具有重要作用。目前，關于薏苡在種質資源、化學成分及藥理等方面的研究多有報道[5-6]。另外，在不同地區對薏苡栽培模式和優質高效生產[7-8]、肥料配比優化、光合生理特征等方面也不乏有益的探索和總結[9-12]。羅光瓊等的研究表明，密度對薏仁產量有較大影響，氮、磷、鉀3種營養元素缺乏或過量均會使薏苡產量大幅度降低[7]；鄒軍等研究提出密度為13.3萬株/hm2，氮肥、磷肥、鉀肥施用量分別為375、405、540 kg/hm2條件下薏苡可獲高產[8]；陳光能等的研究表明，當施氮量為 225 kg/hm2時，有利于薏苡千粒質量、結實率及群體產量的增加，過高或過低均不利于薏苡增產[13]；趙楊景等的研究表明，N、P、K營養元素對薏苡莖葉干質量的影響順序為N>P>K，而對根干質量的影響則表現為N>K>P，缺少N、P、K 3種營養元素中的任何一種，均使植株內相應的元素含量顯著降低[14]。目前，關于薏苡干物質積累及其養分吸收特性的研究甚少。本研究以3個薏苡品種為材料，分析其生長過程中N、P、K各養分積累、分配以及不同生育時期養分需求特性，以期為貴州省興仁市及同類地區不同薏苡品種大田生產中科學施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

本試驗于2020年4—10月在貴州省興仁市(36°56′N，105°15′E)下山鎮、巴鈴鎮、屯腳鎮、城北街道(8個試點)進行，試驗數據均為8個試點的平均值，各試點平均海拔1 200 m，屬亞熱帶濕潤季風氣候，供試土壤基本理化性質見表1。

表1 各試點土壤基本理化性質

1.2 試驗設計

采用隨機區組設計，供試品種共3個，分別為貴薏苡1號、師宗小黑殼和興仁小白殼，各試點3個品種，每個品種3次重復，小區面積60 m2(10 m×6 m)，采用等行距種植，種植密度為2.25萬穴/hm2，種肥施用復合肥300 kg/hm2，分蘗期追施尿素 300 kg/hm2，拔節、孕穗期施用復合肥600 kg/hm2。2020年4月1日播種，10月6日收貨，其他栽培措施同當地大田生產。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 生物量 薏苡于拔節期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、成熟期在各試點隨機選取3穴具有代表性的植株，按各器官(根、莖鞘、葉片、籽粒)分開后于 105 ℃ 殺青30 min，80 ℃烘干至恒質量后測定其干物質質量。樣品粉碎過篩待測。

1.3.2 養分含量 全氮、全磷、全鉀含量分別采用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法、火焰光度計法測定[15]。

1.3.3 相關參數計算

干物質凈積累量(kg/hm2)=某時期干物質積累量-上一時期干物質積累量；

養分強度比=生育期吸收某一養分的總量/該生育期生產的生物學產量×100%；

養分日吸收力[kg/(d·hm2)]=某生育期養分凈積累量/該生育期天數；

養分干物質生產量(kg/kg)=某生育時期干物質積累量/該時期某養分積累量；

百千克籽粒需肥量(kg)=成熟期某養分積累量/產量×100。

C/N、C/P、C/K是某生育時期干物質中碳(C)積累量與該時期N、P、K積累量之比。

1.4 數據分析

采用Microsoft Excel 2010進行數據整理，統計分析和差異顯著性檢驗采用DPS v7.05版數據處理系統。

2 結果與分析

2.1 不同薏苡品種各生育時期干物質積累與分配

由表2可知，通過比較3個薏苡品種各生育時期根、莖鞘、葉片、籽粒干物質積累量發現，師宗小黑殼各器官干物質積累量均顯著高于貴薏苡1號和興仁小白殼，差異達顯著水平(P<0.05)，但干物質分配比例差異大多不顯著。

表2 不同品種薏苡各生育時期不同器官干物質積累與分配

各品種莖鞘、葉片干物質積累量和分配比例與生育時期呈二次曲線關系，莖鞘積累量均在灌漿期達到峰值，分別為4 510.8、7 561.9、5 318.4 kg/hm2，莖鞘干物質分配比例均在抽穗期達最大值，分別為70.3%、71.2%、72.3%，三者差異不顯著；葉片干物質積累量中，貴薏苡1號和興仁小白殼在孕穗期達到最大值，分別為1 296.4、1 248.5 kg/hm2，師宗小黑殼在抽穗期達最大值，為2 001.0 kg/hm2，顯著高于前2個品種，3個品種葉片干物質分配比例均在拔節期達到最大值，隨著生育進程延長分配比例逐步降低。在籽粒干物質積累中，3個品種均在抽穗期開始結實，成熟期達到最大值，分別為1 803.0、3 266.8、2 383.9 kg/hm2，三者差異達到顯著水平。

成熟期3個品種各器官分配比例一致，即莖鞘>籽粒>葉片>根。師宗小黑殼莖鞘、葉片、籽粒干物質積累量都顯著高于貴薏苡1號和興仁小白殼，且差異達到顯著水平(P<0.05)，興仁小白殼的莖鞘和籽粒干物質積累量顯著高于貴薏苡1號，而兩者葉片干物質積累量差異不顯著。由圖1可知，在全株干物質積累量中，3個品種積累量與播種后天數呈顯著二次曲線關系，拔節期3個品種的總干物質積累量差異不顯著，孕穗、抽穗、灌漿、成熟期小黑殼總積累量均顯著高于興仁小白殼和貴薏苡1號，其中孕穗期分別高出2 410.8 kg/hm2(56.2%)和 1 831.1 kg/hm2(37.6%)，抽穗期分別高出 3 369.8 kg/hm2(49.1%)和4 522.8 kg/hm2(78.1%)，灌漿期分別高出3 473.6 kg/hm2(50.2%)和5 297.9 kg/hm2(78.2%)，成熟期分別高出3 644.8 kg/hm2(52.6%)和5 339.4 kg/hm2(73.9%)。

2.2 不同薏苡品種各生育時期養分積累

由表3可知，3個品種(貴薏苡1號、師宗小黑殼和興仁小白殼)的莖鞘N素積累量均在抽穗期達到最大值，分別為39.72、47.85、47.13 kg/hm2，且貴薏苡1號顯著低于其他2個品種，葉片積累量均在孕穗期達到最大值，分別為32.80、36.43、31.56 kg/hm2，師宗小黑殼顯著高于其他2個品種。在P素積累中，師宗小黑殼和興仁小白殼莖鞘積累量在抽穗期達到最大值，分別為15.40、8.31 kg/hm2，貴薏苡1號在灌漿期達到最大值，為9.42 kg/hm2，3個品種葉片積累量均在孕穗期達到最大值，分別為7.03、4.72、4.62 kg/hm2。在K素積累中，師宗小黑殼莖鞘在抽穗期達到最大值，為89.01 kg/hm2，葉片在灌漿期達到最大值，為46.32 kg/hm2，貴薏苡1號和興仁小白殼莖鞘在灌漿期達到最大值，分別為97.25、98.55 kg/hm2，葉片在孕穗期達最大值，分別為26.63、26.78 kg/hm2。各品種籽粒養分積累量均是成熟期達到最大值，且師宗小黑殼養分積累量均顯著高于其他2個品種。

表3 不同薏苡品種各生育時期養分積累量

在全株N、P、K養分積累量中，隨著生育進程延長其養分積累量逐步增加，凈積累量在逐步降低，于成熟期達到最大值。其中，師宗小黑殼N、P、K養分積累量在生育后期均大于貴薏苡1號和興仁小白殼，且差異達顯著水平，在成熟期，興仁小白殼的N、K積累量均顯著高于貴薏苡1號，而P積累量沒有顯著差異。

2.3 不同薏苡品種各生育時期養分強度比與吸收力

由表4可知，不同品種干物質凈積累量、日積累量及養分凈積累量與播種后天數呈顯著二次曲線關系，且3個品種(貴薏苡1號、師宗小黑殼、興仁小白殼)均在拔節期—孕穗期(105 d)達到最大值，其中各品種干物質凈積累量分別為4 133.84、5 721.31、3 714.01 kg/hm2，三者差異達顯著水平，日積累量分別為125.26、173.37、112.54 kg/hm2，說明在該階段薏苡生長最為迅速。成熟期比較各品種養分凈積累量發現，N素凈積累量最大的是貴薏苡1號和興仁小白殼，分別為22.36、23.25 kg/hm2，兩者差異不顯著，師宗小黑殼凈積累量最小；P素和K素凈積累量最大的均是師宗小黑殼，分別為5.07、9.36 kg/hm2，而貴薏苡1號和興仁小白殼差異不顯著。3個薏苡品種養分凈積累量均在灌漿—成熟期達到最大值，且均明顯大于其他時期，師宗小黑殼和興仁小白殼的N素強度比在孕穗—抽穗期為最小值，而貴薏苡1號在拔節—孕穗期最小；3個薏苡品種P素強度比均在拔節—孕穗期達到最小值，K素強度比在抽穗—灌漿期達到最小值。比較灌漿—成熟期發現，興仁小白殼N、P、K養分強度比均最大。通過養分強度比分析，3個品種N、P、K營養臨界期均在灌漿期，師宗小黑殼和興仁小白殼N素最大效率期在孕穗期，貴薏苡1號在拔節期，3個品種的P素最大效率期均在拔節期，K素最大效率期均在抽穗期。

表4 不同薏苡品種各生育期養分強度比及養分吸收力

2.4 不同品種薏苡干物質生產量及養分需求特征

表5可知，3個薏苡品種(貴薏苡1號、師宗小黑殼、興仁小白殼)N素干物質生產量在各生育時期均呈現單峰趨勢，即在拔節期最小，隨著生育時期進行，于抽穗期達到最大值，分別為84.29、110.50、83.55 kg/kg，而后又逐漸減小。在P素干物質生產量中貴薏苡1號在孕穗期達到最大值，為495.16 kg/kg，而師宗小黑殼和興仁小白殼在拔節期達到最大值，分別為558.40、455.32 kg/kg，最小值均在成熟期。3個品種K素干物質生產量均在拔節期最小，其中貴薏苡1號在抽穗期最大，而師宗小黑殼和興仁小白殼在灌漿期最大。通過比較成熟期3個品種各養分干物質生產量發現，師宗小黑殼的N、K素干物質生產量均顯著大于其他2個品種，P素干物質生產量最大的是興仁小白殼。

表5 不同薏苡品種各生育時期干物質生產量及百千克籽粒需肥量

成熟期比較3個品種百千克籽粒需肥量發現，需肥量最大的是師宗小黑殼，N、P、K養分吸收量分別為4.04、1.08、4.41 kg，興仁小白殼次之，分別為3.25、0.68、3.72 kg，貴薏苡1號最小，分別為2.67、0.59、3.06 kg，師宗小黑殼百千克籽粒需肥量顯著高于貴薏苡1號和興仁小白殼，而貴薏苡1號和興仁小白殼需P和需K量差異不顯著。

2.5 不同品種薏苡各生育時期的C/N、C/P、C/K及 C、N、P、K積累的相關性

在薏苡產量形成過程中， 光合同化固定的C是其產量形成的基礎，也是吸收其他養分的基本構架，薏苡生長過程固定的C、N、P和K比例合適與否將直接影響植株生長發育。由表6可知，3個薏苡品種C/N在各個生育時期變化趨勢相同，即在拔節期最小，隨著生育時期的進行，C/N不斷增加，其中，貴薏苡1號在孕穗期達到最大值，而師宗小黑殼和興仁小白殼在抽穗期均達到峰值，而后又逐漸降低。師宗小黑殼和興仁小白殼，C/P變化規律一致，即在拔節期最大，隨著生育進程的延長逐步減小，在成熟期達到最小值，而貴薏苡1號在孕穗期達到最大值。3個品種C/K隨生育時期的進行呈單峰趨勢，即在拔節期最小，灌漿期達到最大值，到成熟期又逐漸降低。

表6 不同品種薏苡各生育時期的C/N、C/P、C/K

成熟期比較3個品種的C/N、C/P、C/K，其中在C/N方面中，師宗小黑殼最大，為87.34，顯著高于其他2個品種， 而貴薏苡1號(63.56)和興仁小白殼(69.32)差異不顯著；C/P中，師宗小黑殼(327.06)和興仁小白殼(331.41)差異不顯著，貴薏苡1號(285.35)最小，顯著低于前面2個品種；在C/K中，師宗小黑殼(80.19)顯著大于其他2個品種，貴薏苡1號(55.39)和興仁小白殼(60.50)差異不顯著。

通過對3個薏苡品種各生育時期C、N、P 和 K積累量進行相關性分析可知，薏苡生長過程吸收固定的C、N、P 和 K之間均存在極顯著正相關關系(表7)，表明在薏苡栽培時須合理施肥，以確保薏苡正常生長，為實現高產奠定基礎。

表7 不同品種薏苡 C、N、P和 K積累量的相關性

3 討論

3.1 不同薏苡品種干物質及養分積累特征

干物質積累是作物產量形成的基礎，一定程度上決定著產量的高低，而氮、磷、鉀養分是制約作物生長發育的首要因素， 二者相互作用對作物的產量形成至關重要[16-17]。趙楊景等初步研究了氮、磷、鉀元素對薏苡干物累積及養分含量的影響，結果表明，氮磷鉀營養元素對薏苡莖葉干質量的影響順序為N>P>K，而對根干質量的影響順序為N>K>P[14]。李祥棟等的研究結果表明，隨著生育時期進行，薏苡干物質積累量在不斷增加，成熟期達到最大值，在抽穗揚花至成熟期，整個植株其對N、 P、K元素的吸收和積累量均有增加，植株N、P、K的吸收量平均為183.93、62.57、320.56 kg/hm2，整體表現為K>N>P[18]。本研究發現，3個薏苡品種各生育時期干物質積累與養分積累變化規律呈極顯著相關性，即隨著生育進程，積累量均表現為“S”形曲線，在拔節期最小，成熟期最大。且養分積累順序為K>N>P。本研究還發現，植株在整個生育時期的N、P、K平均吸收量分別為128.61、30.19、144.71 kg/hm2，吸收量整體表現為K>N>P，這與李祥棟等的研究結果[18]一致，但在養分吸收量上略小，這可能是由于品種以及種植密度的差異造成的。

3.2 不同薏苡品種養分強度比與吸收力

養分強度比指作物在某一生育期吸收某一養分的總量與該生育期生產的生物學產量的百分比，某生育時期養分強度比越大，說明該生育期達到其生物學產量標準所需要的養分量愈大。養分吸收力指單位面積作物根系在不同生育期1 d內所吸收的養分數量。養分吸收力愈大，說明該時期薏苡根系每日從土壤中吸收養分的數量愈多。通常將養分強度比與養分吸收力綜合考慮來確定養分最大效率期的追肥時期[19-20]。吳國梁等通過對小麥需肥特性研究發現，其氮素日吸收力出現2個高峰，分別在分蘗期和孕穗期，呈“M”形，磷素和鉀素日吸收力較為平穩，且峰值均出現在拔節—孕穗期[21]。本研究發現，3個薏苡品種各生育時期養分強度比變化規律基本一致，各品種N、P、K營養臨界期均在灌漿期，師宗小黑殼和興仁小白殼的N素最大效率期在孕穗期，貴薏苡1號在拔節期，3個品種的P素最大效率期均在拔節期，K素最大效率期均在抽穗期。本研究還發現，3個薏苡品種N、P、K養分日吸收力變化規律相似，在整個生育期內隨著播種天數增加，各養分日吸收力出現2個高峰，養分吸收力在播種—拔節期最小，在拔節—孕穗期達到最大值，而后又在灌漿—成熟期達到一個小高峰，養分日吸收力與干物質日增長量變化規律相吻合，在播種—拔節期吸收力小的原因可能是由于該期間日均氣溫較低，根系活力較小而致。日吸收力大的時期吸收養分最多，是薏苡吸收養分最大的時期，此期與養分最大效率期相重合或部分重合。需肥量大，是施肥的關鍵時期，對薏苡科學施肥具有重要的生產意義。

本試驗結果初步闡明了薏苡各品種養分積累與吸收特性以及后期科學合理追肥的關鍵時期，對薏苡高產栽培具有重要的理論基礎，但不同薏苡品種各時期合理的施肥量以及施肥配比有待進一步研究。

4 結論

薏苡每100 kg籽粒N、P、K養分需求量分別為2.67～4.04、0.59～1.08、3.06～4.41 kg，平均吸收比例為4.34 ∶1 ∶4.91。經養分強度比和吸收力綜合分析，各品種的N素吸收在孕穗期和灌漿期均出現2個高峰，而在苗期和成熟期吸收量相對較低，即N素吸收規律呈現“M”形。3個品種的P、K素吸收量在拔節—孕穗期均出現了1個高峰，但P素在各生育時期吸收量相對平穩，K素在拔節—孕穗期顯著高于其他時期，說明在孕穗期保證N肥供應的前提下P肥采用前后均勻補施，孕穗期著重追施K肥。