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施用有機肥對谷子產量、品質及經濟效益的影響

2023-10-04 06:27:35夏凡李翠芳王志剛王超宋曉彥孫晶京穆婷婷楊武德馮美臣
山西農業科學 2023年3期
關鍵詞:經濟效益產量

夏凡 李翠芳 王志剛 王超 宋曉彥 孫晶京 穆婷婷 楊武德 馮美臣

摘要:為研究有機肥對谷子產量、品質及經濟效益的影響,采用大田試驗,以晉谷57 為試驗材料,設置不施肥(T0,為對照)、化肥(常規施氮量180 kg/hm2,T1)、有機肥6 250 kg/hm2 (T2)、有機肥8 750 kg/hm2 (T3)和有機肥11 250 kg/hm2 (T4)共5 個處理,對比分析不同處理下谷子的產量及產量構成因素、品質和生物活性物質,并進行成本和效益核算,以期為谷子合理施用有機肥和發展有機旱作農業提供技術支撐。結果表明,不同處理下谷子產量為3 025.25~6 265.20 kg/hm2,其中,T3 處理產量為6 265.20 kg/hm2,較T0 處理顯著提高。Pearson 相關分析法分析產量與產量構成因素發現,產量與穗長、穗粗、單穗粒質量、單穗質量、千粒質量和出谷率呈極顯著正相關。從谷子籽粒品質來看,T1~T4 處理均可以改善籽粒品質,T3 處理下的蛋白質、脂肪和淀粉含量增幅最高,分別較對照增加1.74%、0.76% 和7.28%;T3 處理還顯著提高了籽粒中多酚、黃酮和葉酸含量。由于肥料投入較低,T2 處理下的經濟效益最高,與T0 處理相比提高8 157.80 元/hm2。施用有機肥對提高谷子產量、改善籽粒品質和提高籽粒生物活性物質含量均有一定的促進作用,8 750 kg/hm2有機肥對谷子產量、籽粒品質和生物活性物質效果最佳,可作為有機肥推薦使用量。

關鍵詞:谷子;有機肥;產量;品質;經濟效益

中圖分類號:S515 文獻標識碼:A 文章編號:1002?2481(2023)03?0278?07

谷子(Setaria italica(L.) Beauv.)又稱粟,是我國最古老的栽培作物之一[1],其籽粒含有蛋白質、淀粉、脂肪、多酚和黃酮類物質等多種營養成分。除營養方面外,谷子作為一種無麩質谷物,對于控制糖尿病和降低血糖具有重要作用[2]。同時谷子具有抗旱性強、對水分利用率高和耐瘠薄等特點,被譽為“鐵桿莊稼”,是旱作農業中重要作物,在旱作農業和維持膳食結構多樣性等方面發揮著重要作用[3-4]。但在谷子種植過程中,為追求經濟效益,盲目過量施用化肥和噴藥,造成資源浪費和環境污染等問題,而且導致土壤理化性質變差,降低谷子產量和品質[5]。因此,提高土壤有機質含量,改善土壤環境,對于我國谷子產業發展和綠色農業可持續發展具有重要意義。

有機肥具有肥效長久、營養全面、有機質豐富等特點,能夠改善土壤肥力,同時也減少了化肥的施用,為農業可持續發展提供有力保障[6-7]。增施有機肥可以為作物生長提供營養,提高作物抗病能力,從而增加作物產量和收入[8]。目前,國內外學者對有機肥改善作物產量和品質方面進行了大量研究。王曉娟等[9]對旱地玉米施用不同用量的有機肥,發現有機肥處理可提高玉米產量,增加收益,同時對土壤蓄水保墑效果也較明顯。張尚沛等[10]研究發現,施用不同來源的腐熟有機肥對糜子的產量、生物產量和葉面積指數均有顯著影響。楊軍學等[1]研究發現,不同有機肥均可提高谷子產量,改善品質,但各類有機肥的增產效果不同。韓飛等[11]探究不同施肥模式對鹽堿地谷子生長的影響,結果表明,施用有機肥可增加谷子產量。楊永青等[12]對谷子進行連續3 a 的施肥試驗,結果表明,施用有機肥對谷子產量、品質和經濟效益均有所提高。何嬌等[13]研究施用有機肥對甜玉米品質的影響,發現施用有機肥后可提高玉米籽粒淀粉、可溶性糖和蛋白質含量。王樹瓊等[14]用有機肥替代化肥,研究小麥產量和經濟效益的差異,結果表明,有機肥替代化肥可提高小麥產量,增加凈收益??梢?,目前有機肥研究主要集中在增施有機肥對土壤養分和肥力及作物生長情況方面,如土壤理化性質、土壤酶活性、作物生物性狀和產量等,而針對有機肥的施用量對谷子產量、品質、生物活性物質及經濟效益的綜合研究較少。

本研究通過開展有機肥的施用對谷子產量、籽粒品質和生物活性物質的效應研究,在保證谷子生長發育及經濟效益的基礎上,探求適合山西谷子種植的施肥量,減少化肥的使用,以期為谷子合理施用有機肥和發展有機旱作農業提供技術支撐。

1材料和方法

1.1 試驗材料

供試谷子品種為晉谷57,由山西農業大學經濟作物研究所提供。供試有機肥為復合微生物菌劑,有效活菌數≥2.0 億個/g,有機質≥60%,含氮(N)1.6%,氮(N)+磷(P2O5)+鉀(K2O)為5%。化肥為尿素(46%N),中國石油天然氣股份有限公司生產。

1.2 試驗地概況

試驗于2020—2021 年在山西省晉中市太谷區山西農業大學申奉試驗站(37?25 ′N,112?35 ′E)進行。供試土壤為灰褐土,2020 年0~20 cm 土層pH 值為7.67,有機質含量為17.86 g/kg,全氮含量為2.38 g/kg,速效磷含量為9.49 mg/kg,速效鉀含量為167.46 mg/kg。2021 年0~20 cm 土層pH值為7.54,有機質含量為18.86 g/kg,全氮含量為2.68 g/kg,速效磷含量為10.69 mg/kg,速效鉀含量為186.46 mg/kg。

1.3 試驗設計

試驗采用單因素完全隨機區組設計,共設置5 個施肥處理:T0(不施肥,為對照)、T1(化肥,常規施N 量180 kg/hm2)、T2(有機肥,6 250 kg/hm2)、T3(有機肥,8 750 kg/hm2)、T4(有機肥,11 250 kg/hm2),各處理重復3 次,小區面積為3 m×5 m,四周設置保護行,行距60 cm,株距10 cm。在每年的5 月播種,同年10 月收獲,田間管理與當地農戶常規田間管理相同。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 產量及產量構成因素的測定 于谷子成熟期,每個小區取1 m2長勢均勻的谷子進行測產。每個小區隨機取10 株長勢均勻的植株測定穗長、單穗質量、穗粗、單穗粒質量和千粒質量,計算出谷率。

出谷率= 糙米粒質量/穗質量× 100% (1)

1.4.2 籽粒品質的測定 蛋白質含量采用凱氏定氮法測定,含氮量乘以系數6.25 為蛋白質含量[15]。脂肪含量利用SZF-06C 脂肪測量儀進行測定[16]。淀粉含量使用蒽酮比色法測定[17]。

1.4.3 籽粒生物活性物質的測定 多酚的提取及測定:利用超聲波輔助提取籽粒多酚[18],采用Folin-Ciocalteu(FC)比色法進行測定,以沒食子酸為標準樣品[19]。黃酮的提取及測定參考文獻[20]進行。葉酸的提取及測定參考文獻[21]進行,用北京冬歌博業生物科技有限公司生產的ELISA 葉酸檢測試劑盒進行檢測。

1.4.4 經濟效益分析 根據當年谷子的實際產量與收購價格,計算產出值;根據當年種子、肥料、農藥、人工、農機作業等投入,計算生產成本費用;產出值減去生產成本費用即為經濟效益。

產出值=籽粒產量×谷子單價(2)

生產成本費用(元)=種子成本+肥料成本+農藥成本+人工成本+農業作業費(3)

1.5 數據分析

試驗使用Microsoft Excel 2010 整理數據,Origin 2019 進行繪圖,SPSS 26.0 軟件進行數據統計分析,采用Duncan 法進行差異顯著性分析。

2結果與分析

2.1 不同處理對谷子產量及產量構成因素的影響

由表1 可知,與T0 處理相比,化肥和有機肥處理顯著提高了產量,穗長、穗粗、單穗粒質量、單穗質量、千粒質量及出谷率也顯著提高,T1 較T0 處理分別增加53.68%、9.72%、5.87%、19.39%、11.47%、4.12%和7.01%。與化肥T1處理相比,有機肥T2~T4處理下的產量與產量構成因素均有所提高,隨著有機肥用量的增加,產量及穗長、穗粗、單穗粒質量、單穗質量、千粒質量、出谷率均先增加后減少。其中,T3處理對谷子產量及穗長、穗粗、單穗粒質量、千粒質量、出谷率影響較大,較T1 處理分別提高34.76%、5.67%、10.60%、11.42%、7.70%、15.02% 和3.60%,且與T0 和T1 處理間差異顯著(P<0.05)。

2.2 產量與產量構成因素的相關性分析

采用Pearson 相關分析法分析產量與產量構成因素的相關性結果如表2 所示。

由表2 可知,谷子產量與穗長、穗粗、單穗粒質量、單穗質量、千粒質量和出谷率均呈極顯著正相關(P<0.01),其相關系數分別為0.939、0.955、0.960、0.949、0.653 和0.695;穗長與單穗質量、穗粗、單穗粒質量和出谷率均呈極顯著正相關,穗長與千粒質量存在顯著正相關;單穗質量與穗粗、單穗粒質量呈極顯著正相關,穗粗與單穗粒質量、出谷率呈極顯著正相關;出谷率與單穗質量和單穗粒質量呈極顯著正相關,因此,提高單穗質量與穗粒質量可提高出谷率。

2.3 不同處理對谷子籽粒品質的影響

谷子籽粒蛋白質、脂肪和淀粉含量是衡量其品質的重要指標。不同施肥量對谷子籽粒品質的影響如圖1 所示。

由圖1 可知,隨著有機肥施用量的增加,蛋白質、脂肪和淀粉含量均先增加后減少。蛋白質和淀粉含量由高到低排序為T3>T2>T1>T4>T0,T1~T3 處理間差異不顯著,說明化肥處理與有機肥處理均能提高籽粒蛋白質和淀粉含量,但有機肥T3 處理對籽粒蛋白質和淀粉含量提高幅度更大。有機肥處理下的籽粒脂肪含量與化肥處理間差異顯著(P<0.05),且T3 處理下最大,表明適量施用有機肥可改善谷子籽粒品質。

2.4 不同處理對谷子籽粒生物活性物質的影響

從圖2 可以看出,對谷子施肥后能明顯提高其籽粒生物活性物質,隨著有機肥施用量增加,多酚、黃酮和葉酸含量隨著提高,當達到一定范圍后不再增加。其中,T3 處理對多酚、黃酮和葉酸含量影響最明顯,分別為53.80、16.06 mg/100 g 和2.50 μg/g。與T0 處理相比,T3 處理的多酚、黃酮和葉酸含量分別提高7.4%、8.0% 和33.0%。

2.5 不同處理下谷子經濟效益分析

谷子以4.4 元/kg,農機費以900 元/hm2,種子費以40 元/kg(播種量22.5 kg/hm2),尿素以2.7 元/kg,有機肥以800 元/t 計算。

從表3 可以看出,T0、T1、T2、T3 和T4 處理的年凈收益分別為11 511.10、17 599.46、19 668.90、18 766.88、13 334.04 元/hm2。其中,T2 處理下的年凈收益最大,其次為T3 處理,而T0 處理的年凈收益最低。從經濟角度看,施用有機肥處理(6 250 kg/hm2)獲得的年凈收益最高,T4 處理生產成本最高,但經濟效益高于T0 處理,在發展可持續農業中仍具有推廣價值。

3結論與討論

有機肥在農業生產中應用較多,有機肥不僅含有作物生長發育所需的有機、無機營養成分,而且能夠改善土壤中的微量元素結構,調節土壤酸堿度,使植物能夠正常生長發育并提高產量[22]。有研究表明,施用有機肥對作物產量有增產效果[23-27]。

本研究中,發現施用化肥和有機肥均可以提高谷子產量,與對照相比,8 750 kg/hm2的有機肥增產幅度最大,這與杜鳳霞等[28]研究結果相似。原因可能在于化肥屬于速效養分,植物可以快速吸收并利用,營養生長期快速生長并消耗大量養分,導致生殖生長期養分不足;有機肥屬于緩效養分,植物吸收慢,營養生長期養分消耗慢,生殖生長期養分充足,加快籽粒的形成,提高產量[29]。而且有機肥中含有作物所需元素和大量微生物等活性物質,不僅為作物提供營養物質,又可以促進土壤中其他營養成分的分解,以供作物生長利用[30-31]。但過量施用有機肥不能達到明顯增產的效果,導致年凈收益降低,這可能是因為過量施用有機肥時伴隨著土壤致病微生物數量的增加[32],土壤養分流失,谷子不能完全吸收,不利于谷子的營養生長。增產的實質是提高穗長、單穗質量、單穗粒質量和出谷率,產量與構成因素相關性分析表明,穗長、單穗質量、單穗粒質量和出谷率對谷子產量有影響作用,增加穗粒質量和穗質量可提高出谷率,這與張霞等[33]的研究結果一致。

籽粒品質形成的生理代謝過程復雜,環境條件如光、溫、水、肥和病害等均對籽粒品質的形成產生重要影響。而施肥是谷子生產管理的重要環節,有機肥在分解過程中,不僅釋放養分有利于植物吸收,還可產生多種激素,促進作物光合作用,促進光合產物的產生,增強光合作用產物向籽粒運輸的能力,使胚乳中存有充足的蛋白質、脂肪和淀粉等物質,從而賦予籽粒優良的品質[34]。ZHANG 等[35]研究表明,施用有機肥不僅提高水稻產量,對于品質也有改善作用。本研究中施用有機肥的谷子籽粒蛋白質、脂肪和淀粉含量與對照相比,有明顯差異,且大于對照處理。其中,施用8 750 kg/hm2 的有機肥效果明顯較好。同時高量有機肥(11 250 kg/hm2)的施用降低了蛋白質、脂肪和淀粉含量,這可能是因為施用高量有機肥易影響土壤酸堿環境,這必然引起谷子品質的改變[36]。說明在適量有機肥條件下谷子吸收養分的能力和光合作用的提高,有利于改善籽粒品質。

本研究結果表明,適量有機肥的施用不僅提高谷子籽粒蛋白質、脂肪和淀粉含量,對籽粒多酚、黃酮和葉酸形成也具有促進作用,顯著增加多酚、黃酮和葉酸含量,這與前人結果一致[37]。這可能是與有機肥中含有大量的腐殖質、有機質養分及多種激素等生長調節物質有關,它們在植物代謝過程中起到重要作用。此外,有機肥中含有大量鉀元素,鉀能增強植物光合作用,促進碳水化合物的合成、運輸和貯存,促進植物生長發育[38],進而增強合成活性物質的次生代謝過程,有利于植物體內有效成分的合成與積累[39]。但有機肥對谷子籽粒生物活性物質合成的影響機制研究較少,未來還有待探究。從產量和品質角度看,施用8 750 kg/hm2 的有機肥對增加產量和改善品質效果明顯較好。但從經濟效益方面分析,本試驗中,各處理經濟效益存在差異,施用6 250 kg/hm2 的有機肥年凈收益最高,施用11 250 kg/hm2的有機肥年凈收益僅高于化肥處理,與沈金林[40]的研究結果相似。因此,在谷子生產中要因地制宜,合理施肥才能達到增產和增收的效果;在追求高產的過程要切合實際,使效益增收達到最優。

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