氮·磷·鉀肥運籌對谷子品質(zhì)與產(chǎn)量的影響

郝科星， 李娜娜， 候富恩

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟研究所，山西太原 030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院旱地農(nóng)業(yè)研究中心,山西太原 030031)

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氮·磷·鉀肥運籌對谷子品質(zhì)與產(chǎn)量的影響

郝科星1， 李娜娜2， 候富恩1

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與經(jīng)濟研究所，山西太原 030031；2.山西省農(nóng)業(yè)科學院旱地農(nóng)業(yè)研究中心,山西太原 030031)

摘要[目的]探索谷子高產(chǎn)施肥中氮、磷、鉀肥的最佳施用方式。[方法]以谷子品種“張雜10”為材料，研究氮、磷、鉀肥運籌對谷子品質(zhì)與產(chǎn)量的影響。[結(jié)果]產(chǎn)量最高的處理為N4，氮肥施用量為225 kg/hm2，產(chǎn)量為7 443.55 kg/hm2。磷肥處理產(chǎn)量最高的是P5，磷肥施用量為240 kg/hm2,產(chǎn)量為6 800.45 kg/hm2。鉀肥處理產(chǎn)量最高的是K4，鉀肥施用量為90 kg/hm2，產(chǎn)量為7 180.16 kg/hm2。氮肥施用量的增加可以顯著提高產(chǎn)量、穗粒重、千粒重以及蛋白質(zhì)和碳水化合物的含量，但降低脂肪和纖維含量；磷肥施用量的增加有利于提高產(chǎn)量以及蛋白質(zhì)、纖維的含量，但降低脂肪含量；鉀肥施用量的增加有利于提高產(chǎn)量以及灰分、碳水化合物、脂肪、纖維的含量，但降低蛋白質(zhì)的含量。[結(jié)論]氮肥是提高產(chǎn)量的最主要決定性因素，磷肥和鉀肥只有與氮肥相互配施才能發(fā)揮增產(chǎn)的效用。

關鍵詞谷子；氮、磷、鉀肥；營養(yǎng)品質(zhì)；產(chǎn)量

谷子起源于中國,是我國最古老的糧食作物，在我國糧食作物的組成及人們的飲食結(jié)構(gòu)中占有重要地位[1-2]。其種植面積約占世界谷子種植面積的80%，產(chǎn)量約占世界谷子總產(chǎn)量的90%[3]。谷子抗旱、耐瘠,水肥利用效率很高,是典型的環(huán)境友好型作物[4]。但在我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于受不合理的施肥水平以及施肥方法的影響，谷子產(chǎn)量的提高受到限制，肥料的產(chǎn)投比以及利用效率降低，同時也加劇了環(huán)境污染[5-8]。有研究表明，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)中用于推廣的最佳施肥水平、施肥比例和施肥方法已在水稻、小麥、玉米和油菜等作物的田間試驗中得到廣泛應用[9-12]，而谷子在此方面的研究鮮為報道。鑒于此，筆者展開氮、磷、鉀肥不同施用量對谷子品質(zhì)及產(chǎn)量的影響研究，旨在為谷子高產(chǎn)施肥及優(yōu)質(zhì)栽培提供更科學的依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗地概況試驗于2015年在山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)作站進行。試驗地土壤為壤土，前茬為玉米，土壤有機質(zhì)含量為17.80 g/kg，全氮含量為0.93 g/kg，全磷含量為0.35 g/kg，速效磷含量為49 mg/kg，速效鉀含量為 95 mg/kg。

1.2試驗材料供試谷子品種為“張雜10”，由山西農(nóng)業(yè)大學谷子生理實驗室提供。

1.3試驗設計試驗設置15個施肥處理，氮、磷、鉀肥各設5個處理，以不施肥作對照(CK)，共16個小區(qū)，每個小區(qū)面積1.5 m2(1.0 m×1.5 m)，小區(qū)收獲面積共24.0 m2。各處理肥料用量見表1。肥料使用方法：氮肥的50%和全部磷、鉀肥作底肥基施，氮肥的50%分別于谷子拔節(jié)期和孕穗期2次追施，拔節(jié)期培土防倒伏。種植方式以及耕作管理按當?shù)亓晳T進行。田間調(diào)查及室內(nèi)檢測考種等均按國家谷子試驗統(tǒng)一標準進行。

表1　試驗設計

1.4測定項目與方法待谷子成熟后，在各小區(qū)分別選取長勢均勻的5株植株，測定其株高、穗長、穗粒重、千粒重、產(chǎn)量。采用DA 7200近紅外分析儀測定谷子籽粒蛋白質(zhì)、灰分、碳水化合物、脂肪、纖維的含量。

2結(jié)果與分析

2.1氮、磷、鉀肥施用量對谷子品質(zhì)的影響

2.1.1氮肥對谷子品質(zhì)的影響。從表2可以看出，在磷、鉀肥施用量固定的條件下，氮肥對蛋白質(zhì)、碳水化合物、脂肪、纖維含量的影響差異達到極顯著水平，而對灰分含量的影響不顯著。蛋白質(zhì)含量最高處理為N4，即氮肥施用量為225 kg/hm2，最低處理為N1(不施氮肥)；碳水化合物含量最高處理為N5，即氮肥施用量為300 kg/hm2，最低處理為N1(不施氮肥)；蛋白質(zhì)、碳水化合物含量隨著氮肥用量的增加而增加，當增加到一定程度(氮肥施用量為225 kg/hm2)時，會出現(xiàn)增加緩慢或下降的趨勢。脂肪和纖維含量隨著氮肥用量的增加而減少；灰分品質(zhì)性狀沒有明顯變化。從蛋白質(zhì)和碳水化合物角度來看，合理增施氮肥有利于提高谷子品質(zhì)。

表2　氮肥施用量對谷子品質(zhì)的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05); different capital letters stand for extremely significant difference(P<0.01).

2.1.2磷肥對谷子品質(zhì)的影響。從表3可以看出，在氮、鉀肥施用量固定的條件下，磷肥對蛋白質(zhì)、脂肪、纖維含量的影響差異達到極顯著水平，而對灰分、碳水化合物含量的影響不顯著。蛋白質(zhì)含量最高處理為P4，即磷肥施用量為180 kg/hm2，最低處理為P1(不施磷肥)；脂肪含量最高處理為P1(不施磷肥)，最低處理為P5，即磷肥施用量為240 kg/hm2；纖維含量最高處理為P5，即磷肥施用量240 kg/hm2，最低處理為P1(不施磷肥)；蛋白質(zhì)、纖維含量隨著磷肥用量的增加而增加，當增加到一定程度(磷肥施用量180 kg/hm2)時，會出現(xiàn)增加緩慢或下降的趨勢。脂肪含量隨著磷肥用量的增加而減少；灰分和碳水化合物品質(zhì)性狀沒有明顯變化。從蛋白質(zhì)和纖維角度來看，合理增施磷肥有利于提高谷子品質(zhì)。

表3　磷肥施用量對谷子品質(zhì)的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05); different capital letters stand for extremely significant difference(P<0.01).

2.1.3鉀肥對谷子品質(zhì)的影響。從表4可以看出，在氮、磷肥施用量固定的條件下，鉀肥對蛋白質(zhì)、灰分、碳水化合物、脂肪、纖維含量的影響差異達到極顯著水平。蛋白質(zhì)含量最高處理為K1(不施鉀肥)，最低處理為K5，即鉀肥施用量為120 kg/hm2；灰分含量最高處理為K4，即鉀肥施用量為90 kg/hm2，最低處理為K1(不施鉀肥)；碳水化合物含量最高處理為K5，即鉀肥施用量為120 kg/hm2，最低處理為K3，即鉀肥施用量為60 kg/hm2；脂肪含量最高處理為K5，即鉀肥施用量為120 kg/hm2，最低處理為K1(不施鉀肥)；纖維含量最高處理為K5，即鉀肥施用量為120 kg/hm2，最低處理為K1(不施鉀肥)。灰分、碳水化合物、脂肪、纖維含量隨著鉀肥用量的增加而增加，當增加到一定程度(鉀肥施用量為90 kg/hm2)時，會出現(xiàn)增加緩慢或下降的趨勢；蛋白質(zhì)隨著鉀肥用量的增加而含量減少。從灰分、碳水化合物、脂肪、纖維角度看，合理增施鉀肥有利于提高谷子品質(zhì)。

2.2氮、磷、鉀肥施用量對谷子產(chǎn)量的影響

2.2.1氮肥對谷子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。從表5可以看出，氮肥施用量對產(chǎn)量的影響達顯著水平，產(chǎn)量以N4處理最高，為7 443.55 kg/hm2，以N1處理最低，為4 787.32 kg/hm2；產(chǎn)量在各處理間的變異極差為2 656.15，變異系數(shù)為18.69%。各處理產(chǎn)量與對照(CK)相比，增幅依次為2.29%、17.59%、44.12%、59.04%、59.00%。氮肥施用量對穗粒重的影響達顯著水平，穗粒重以N3處理最高，為18.32 g，以N1處理最低，為17.11 g；穗粒重在各處理間的變異極差為1.21，變異系數(shù)為2.37%；各處理穗粒重與對照(CK)相比，增幅依次為0.23%、2.87%、7.32%、5.51%、2.64%。氮肥施用量對千粒重的影響達顯著水平，千粒重以N4處理達最高，為1.756 g，以N1處理最低，為1.581 g；千粒重在各處理間的變異極差為0.175，變異系數(shù)為4.01%；各處理千粒重與對照(CK)相比，增幅依次為0.57%、1.97%、8.91%、11.70%、8.21%。 株高隨著氮肥施用量的增加而有增加的趨勢，但增加不明顯。隨著氮肥施用量的增加，穗長增加不明顯，但是繼續(xù)施肥略有增加的趨勢，到一定程度(氮肥施用量為225 kg/hm2)以后反而會下降。

表4　鉀肥用量對谷子品質(zhì)的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05);不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05); different capital letters stand for extremely significant difference(P<0.01).

表5　氮肥對谷子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05).

2.2.2磷肥對谷子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。從表6可以看出，磷肥施用量對產(chǎn)量的影響達顯著水平，產(chǎn)量以P5處理最高，為6 800.45 kg/hm2，以P2處理最低，為6 600.12 kg/hm2；產(chǎn)量在各處理間的變異極差為200.33，變異系數(shù)為1.09%；各處理產(chǎn)量與對照(CK)相比，增幅依次為44.08%、41.02%、42.89%、45.22%、45.30%。磷肥施用量對株高的影響達顯著水平，株高以P5處理最高，為178.54 cm，以P1處理最低，為175.21 cm；株高在各處理間的變異極差為3.33，變異系數(shù)為0.68%；各處理株高與對照(CK)相比，增幅依次為0.02%、0.65%、1.17%、1.68%、1.92%。磷肥施用量對穗粒重的影響達顯著水平，穗粒重以P5處理最高，為19.72 g，以P1處理最低，為17.13 g；穗粒重在各處理間的變異極差為2.59，變異系數(shù)為5.30%；各處理穗粒重與對照(CK)相比，增幅依次為0.35%、2.75%、7.56%、12.54%、15.52%。磷肥施用量對千粒重的影響達顯著水平，千粒重以P3處理最高，為1.833 g，以P5處理最低，為1.553 g；千粒重在各處理間的變異極差為0.28，變異系數(shù)為5.95%；各處理千粒重與對照(CK)相比，增幅依次為0.83%、7.82%、16.60%、5.09%、-1.21%。隨著磷肥施用量的增加，穗長增加不明顯。

表6　磷肥對谷子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05).

2.2.3鉀肥對谷子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響。從表7可以看出，鉀肥施用量對產(chǎn)量的影響達顯著水平，產(chǎn)量以K4處理最高，為7 180.16 kg/hm2，以K1處理最低，為6 790.32 kg/hm2；產(chǎn)量在各處理間的變異極差為389.84，變異系數(shù)為2.04%；各處理產(chǎn)量與對照(CK)相比，增幅依次為45.08%、45.68%、49.52%、53.41%、49.58%。鉀肥施用量對穗粒重的影響達顯著水平，穗粒重以K4處理最高，為20.51 g，以K1處理最低，為17.15 g；穗粒重在各處理間的變異極差為3.36，變異系數(shù)為5.96%；各處理穗粒重與對照(CK)相比，增幅依次為0.47%、15.11%、16.40%、20.15%、11.48%。鉀肥施用量對千粒重的影響達顯著水平，千粒重以K4處理最高，為1.621 g，以K1處理最低，為1.575 g；千粒重在各處理間的變異極差為0.046，變異系數(shù)為1.18%；各處理千粒重與對照(CK)相比，增幅依次為0.19%、0.70%、1.84%、3.12%、2.99%。隨著氮肥施用量的增加，株高、穗長增加不明顯。

表7　鉀肥對谷子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)。

Note： Different lowercases in the same column stand for significant difference(P<0.05).

2.3氮、磷、鉀肥施用量與產(chǎn)量的關系

2.3.1氮肥施用量與產(chǎn)量的關系。從圖1可以看出，氮肥用量與產(chǎn)量呈二次曲線關系，可用方程y=-162.86x2+1 732x+3 039.8來描述，氮肥施用量低于225 kg/hm2時，隨氮肥用量的增加，產(chǎn)量明顯提高，施肥量超過225 kg/hm2產(chǎn)量呈下降趨勢。在該試驗條件下，適宜的氮肥施用量為225 kg/hm2，最高施肥量為300 kg/hm2。說明谷子產(chǎn)量在一定條件下會隨著氮肥施用量的增加而增加，但過高的氮肥反而會使谷子產(chǎn)量降低。

圖1　氮肥施用量與產(chǎn)量的關系Fig.1　The relationship between N fertilizer application amount and yield

圖2　磷肥施用量與產(chǎn)量的關系Fig.2　The relationship between P fertilizer application amount and yield

2.3.2磷肥施用量與產(chǎn)量的關系。從圖2可以看出，磷肥施用量與產(chǎn)量呈二次曲線關系，可用方程y=22.551x2-104.23x+6 790.3來描述，磷肥施用量低于120 kg/hm2時，產(chǎn)量差異較小，而磷肥施用量高于120 kg/hm2時，隨磷肥用量的增加，產(chǎn)量明顯提高，施肥量超過180 kg/hm2產(chǎn)量增加緩慢或呈下降趨勢。在該試驗條件下，適宜的磷肥施用量為180 kg/hm2，最高施肥量為240 kg/hm2。說明在該試驗條件下，適當增加磷肥用量有利于提高產(chǎn)量。

圖3　鉀肥施用量與產(chǎn)量的關系Fig.3　The relationship between K fertilizer application amount and yield

2.3.3鉀肥施用量與產(chǎn)量的關系。從圖3可以看出，鉀肥用量與產(chǎn)量呈二次曲線關系，可用方程y=-29.484x2+255.17x+6 516.3來描述，鉀肥施用量低于90 kg/hm2時，隨鉀肥施用量的增加，產(chǎn)量明顯提高，施肥量超過90 kg/hm2時產(chǎn)量呈下降趨勢。在該試驗條件下，適宜的鉀肥施用量為90 kg/hm2，最高施肥量為120 kg/hm2。說明谷子產(chǎn)量在一定條件下會隨著鉀肥施用量的增加而增加，但過高的鉀肥反而會使谷子產(chǎn)量降低。

綜合產(chǎn)量表現(xiàn)來看，產(chǎn)量最高的處理為N4，氮肥施用量為225 kg/hm2，產(chǎn)量為7 443.55 kg/hm2。磷肥處理產(chǎn)量最高的是P5，磷肥施用量240 kg/hm2,產(chǎn)量為6 800.45 kg/hm2。鉀肥處理產(chǎn)量最高的是K4，鉀肥施用量為90 kg/hm2，產(chǎn)量為7 180.16 kg/hm2。綜合來看，3種肥料處理最適宜的用量為氮肥225 kg/hm2、磷肥180 kg/hm2、鉀肥90 kg/hm2。通過分析推斷出，氮肥是提高產(chǎn)量的最主要決定性因素，磷肥和鉀肥只有與氮肥相互配施才能發(fā)揮增產(chǎn)的效用。

2.4品質(zhì)、產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量間的關系從表8可以看出，產(chǎn)量與碳水化合物呈極顯著正相關關系，與株高、穗長、千粒重、蛋白質(zhì)、灰分呈正相關關系，與穗粒重、脂肪、纖維呈負相關關系。說明株高、穗長、千粒重較大，碳水化合物、蛋白質(zhì)、灰分含量較高，穗粒重較小，脂肪、纖維含量較低時有利于提高谷子產(chǎn)量，進而說明提高谷子產(chǎn)量與改善品質(zhì)不會矛盾，可同時進行。

表8　品質(zhì)、產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的相關性分析

注：*、* *分別表示在0.05和0.01顯著性水平下顯著相關。

Note： *, ** stand for significant correlation at 0.05 and 0.01 level respectively.

3結(jié)論與討論

從試驗結(jié)果可以得出，產(chǎn)量最高處理的氮肥施用量為225 kg/hm2，產(chǎn)量為7 443.55 kg/hm2；氮肥施用量的增加可以顯著提高產(chǎn)量、穗粒重、千粒重以及蛋白質(zhì)和碳水化合物的含量，但降低脂肪和纖維含量。磷肥處理產(chǎn)量最高的磷肥施用量為240 kg/hm2,產(chǎn)量為6 800.45 kg/hm2；磷肥施用量的增加有利于提高產(chǎn)量以及蛋白質(zhì)、纖維的含量，但降低脂肪含量。鉀肥處理產(chǎn)量最高的鉀肥施用量為90 kg/hm2，產(chǎn)量為7 180.16 kg/hm2；鉀肥施用量的增加有利于提高產(chǎn)量以及灰分、碳水化合物、脂肪、纖維的含量，但降低蛋白質(zhì)的含量。

綜合試驗結(jié)果可以得出，無論是提高產(chǎn)量，還是改善品質(zhì)，氮肥都是提高產(chǎn)量的最主要決定性因素，磷肥和鉀肥處理效果均不如氮肥，從品質(zhì)、產(chǎn)量構(gòu)成因素與產(chǎn)量的相關分析可知，氮、磷、鉀肥運籌可以同時提高谷子產(chǎn)量和改善谷子品質(zhì)。長期以來，受傳統(tǒng)經(jīng)驗的影響，谷子生產(chǎn)中重施氮肥、輕施磷肥和鉀肥等不合理施肥現(xiàn)象較為突出，這不僅造成肥料資源的浪費，而且還易導致土壤中單一元素的缺乏，進而影響谷子品質(zhì)與產(chǎn)量。從該試驗可得出，無論是氮肥與磷肥配合、還是氮肥與鉀肥配合，磷肥與鉀肥配合，其產(chǎn)量均不如氮、磷、鉀3種肥料配合的產(chǎn)量高。因此只有氮、磷、鉀肥相互配施才能更大程度上發(fā)揮增產(chǎn)的效用。

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作者簡介郝科星(1982- )，男，山西平遙人，助理研究員，碩士，從事谷子栽培及化學調(diào)控研究。

收稿日期2016-04-08

中圖分類號S 506.2

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)13-051-05

Effect of N, P, K Fertilizer Management on the Quality and Yield of Millet

HAO Ke-xing1, LI Na-na2, HOU Fu-en1

(1. Agricultural Resource and Economy Institute, Shanxi Academy of Agricultural Science, Taiyuan, Shanxi 030031; 2. Arid Farming Research Center, Shanxi Academy of Agricultural Science, Taiyuan, Shanxi 030031)

Abstract[Objective] The aim was to explore the optimal fertilization way of N, P and K in high yield production of millet. [Method] With Zhangza 10 as material, effects of N, P and K fertilizer management on the quality and yield of millet were studied. [Result] The results showed that the highest yield of N was in N4 treatment, N fertilizer application amount was 225 kg/hm2, yield was 7 443.55 kg/hm2. The highest yield of P was in P5 treatment, P fertilizer dosage was 240 kg/hm2, yield was 6 800.45 kg/hm2. The highest yield of K was in K4 treatment, K fertilizer application amount was 90 kg/hm2, yield was 7 180.16 kg/hm2. Increasing the amount of N fertilizer can significantly improve the yield, grain weight per spike, 1 000-grain weight and the content of protein and carbohydrate, decrease fat and fiber content. Increasing the amount of P fertilizer can help to improve yield and protein, fiber content and decrease fat content. Increasing the amount of K fertilizer can improve yield and ash, carbohydrates, fat and fiber content, reduce protein content. [Conclusion] N fertilizer is the most important factor, combined application of P, K and N fertilizer can increase the yield.

Key wordsMillet; N, P and K fertilizer; Nutritional quality; Yield