曹 雄,黃敏佳,梁曉紅,張瑞棟,劉 靜,李占林
(山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所,山西汾陽(yáng)032200)
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覆膜與氮肥對(duì)高粱生育時(shí)期、水分消耗及產(chǎn)量的影響
曹 雄,黃敏佳,梁曉紅,張瑞棟,劉 靜,李占林
(山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所,山西汾陽(yáng)032200)
為了探討不同高粱品種覆膜與施氮肥條件下各生育時(shí)期的土壤含水量、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響,試驗(yàn)以2個(gè)高粱品種‘晉雜34號(hào)’和‘晉雜35號(hào)’為試驗(yàn)材料,在山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所試驗(yàn)田研究了不同栽培措施(B1:覆膜,B2:不覆膜),不同施氮梯度(C1:0 kg/hm2N,C2:225 kg/hm2N,C3:450 kg/hm2N)下高粱各生育時(shí)期土壤含水量、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的變化。結(jié)果表明:‘晉雜34號(hào)’、‘晉雜35號(hào)’以覆膜,施氮225 kg/hm2為合理的栽培措施。覆膜處理顯著地縮短了高粱品種的生育期,高粱的生育期隨氮肥施用量的增加呈先縮短后延長(zhǎng)的變化趨勢(shì),覆膜栽培顯著的提高了高粱的穗粒重和產(chǎn)量。高粱全生育期0~20 cm土層的土壤耗水較多;增施氮肥加大了土壤0~20 cm、20~40 cm土層的耗水量。該試驗(yàn)獲得了高粱在覆膜和氮肥處理下生育特性、土壤水分,產(chǎn)量性狀的變化規(guī)律,為旱作高粱的研究提供參考。
高粱;生育時(shí)期;水分消耗;產(chǎn)量
高粱[Sorghum bicolor(L.)Moench]是中國(guó)最古老的栽培作物之一,具有抗旱、耐澇、耐鹽堿、適應(yīng)性強(qiáng)、光合效能及生產(chǎn)潛力大等特點(diǎn),它是春旱秋澇和鹽堿地區(qū)高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)作物[1]。高粱的營(yíng)養(yǎng)豐富、用途廣泛,主要用于釀造業(yè)[2]、飼料加工業(yè)和生物質(zhì)能源[3]等領(lǐng)域。隨著國(guó)家對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,中國(guó)高粱的種植面積在在近幾年的發(fā)展中穩(wěn)中有增。
高粱的產(chǎn)量取決于高粱的生長(zhǎng)發(fā)育狀態(tài),氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育的必需養(yǎng)分,氮肥缺失會(huì)造成植株生長(zhǎng)發(fā)育延緩[4],植株矮小[5],光合能力下降[6],顯著影響作物的產(chǎn)量。關(guān)于氮肥在高粱上的研究,國(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多報(bào)道,在一定的范圍之內(nèi),高粱產(chǎn)量隨氮施用量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)[7-8],王勁松等[9]研究表明高粱不施氮肥要比不施磷肥和不施鉀肥對(duì)高粱性狀和產(chǎn)量造成的影響要大。曹昌林等[10]研究表明,高氮低磷的施肥,有助于高粱支鏈淀粉含量的增加。
地膜覆蓋栽培技術(shù)是20世紀(jì)70年代從日本引進(jìn),由于其顯著的增溫、保墑、壓鹽作用[11],目前已成為中國(guó)北方干旱、半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要增產(chǎn)措施[12]。關(guān)于地膜在高粱上的應(yīng)用,目前已做了一些研究,陳奇恩等研究表明地膜覆蓋具有提高土壤溫度,降低田間水分蒸發(fā),促進(jìn)土壤微生物活動(dòng)、促進(jìn)根系發(fā)育、提高肥料利用效率和作物產(chǎn)量等作用[13-14]。崔福柱等研究表明,滲水地膜覆蓋的高粱比露地栽培的高粱能顯著的提高高粱的產(chǎn)量[15];李士敏等[16]研究表明,采用起壟覆膜壟上栽培,比露地栽培的高粱產(chǎn)量提高30.7%。
氮肥對(duì)高粱生長(zhǎng)發(fā)育的影響已有一定的研究,但是盲目的施氮,會(huì)造成肥料的大量浪費(fèi)和環(huán)境污染。如何提高氮肥利用率,提高氮肥的農(nóng)學(xué)效率是當(dāng)前農(nóng)業(yè)急需解決的問(wèn)題。李強(qiáng)等[17]研究表明,減氮覆膜能明顯提高氮肥的利用率,提高氮肥的偏生產(chǎn)力,羅付香等[18]研究表明覆膜可顯著降低酰胺態(tài)氮肥和緩控釋肥的氮素流失,提高玉米產(chǎn)量和氮肥效率,但是在氮肥和覆膜配合施用在玉米、小麥上都已取得了很好的效果,但是高粱上還未見(jiàn)報(bào)道。因此,筆者在前人研究基礎(chǔ)上,通過(guò)氮肥和覆膜的綜合栽培技術(shù)研究,旨在提高氮肥在高粱生產(chǎn)中的利用效率,為高粱的高效、高產(chǎn)栽培提供參考。
1.1供試材料
試驗(yàn)品種為目前高粱生產(chǎn)中推廣的機(jī)械化品種‘晉雜34號(hào)'、‘晉雜35號(hào)',由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所提供。試驗(yàn)所需肥料氮肥為長(zhǎng)效尿素(含氮46%),磷肥為過(guò)磷酸鈣(含五氧化磷12%),鉀肥為硫酸鉀(含氧化鉀51%)。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
為了研究地膜覆蓋和氮肥對(duì)高粱的影響,試驗(yàn)采用再裂區(qū)設(shè)計(jì),以品種‘晉雜34號(hào)'(A1)、‘晉雜35號(hào)'(A2)為主區(qū),覆膜(B1)與不覆膜(B2)為副區(qū)、氮肥梯度為再裂區(qū),氮肥設(shè)置3個(gè)梯度(C1:0 kg/hm2、C2:225 kg/hm2、C3:450 kg/hm2),試驗(yàn)于2015年在山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所試驗(yàn)田進(jìn)行,土壤(0~20 cm)肥力基礎(chǔ)(見(jiàn)表1)。
表1 田間試驗(yàn)土壤的基本理化性質(zhì)
1.3數(shù)據(jù)分析
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和DPS 7.05進(jìn)行分析,采用Microsoft Excel 2003和Origin 8進(jìn)行作圖。
2.1不同處理對(duì)高粱生育時(shí)期的影響
覆膜處理促進(jìn)高粱種子萌發(fā)和生長(zhǎng)發(fā)育。由表2可知,‘晉雜34號(hào)'出苗提前2天,抽穗期提前2~6天,成熟期提前4~6天?!畷x雜35號(hào)'出苗提前0~2天,抽穗期提前了4~5天,成熟期提前5~8天。
方差分析表明,覆膜處理顯著縮短了2個(gè)高粱品種出苗—抽穗、抽穗—成熟、播種—成熟的生育時(shí)期(圖1),‘晉雜34號(hào)'覆膜處理比露地處理播種-成熟提前4~8天,‘晉雜35號(hào)'覆膜處理比露地處理提前5~8天。
從氮肥對(duì)生育時(shí)期的影響看(圖2),方差分析表明氮肥對(duì)高粱的生育時(shí)期影響不顯著。從變化的趨勢(shì)上看,高粱的生育期隨氮肥的增加呈先縮短后延長(zhǎng)的變化趨勢(shì)。C3處理(施氮450 kg/hm2)的平均生育期比C1(施氮0 kg/hm2)、C2(施氮225 kg/hm2)處理下的平均生育期均長(zhǎng)。
2.2不同處理對(duì)高粱產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響
表3分析表明:‘晉雜34號(hào)'、‘晉雜35號(hào)'2個(gè)品種在B1(覆膜)、C2(施氮225 kg/hm2)處理下,產(chǎn)量、穗粒重最高,‘晉雜34號(hào)'的產(chǎn)量達(dá)551.83 kg/hm2,穗粒重為55.00 g,‘晉雜35號(hào)'的產(chǎn)量達(dá)490.02 kg/hm2,穗粒重為80.93 g。從千粒重上看,2個(gè)品種在B1(覆膜)、C1(施氮0 kg/hm2)處理下,千粒重最高,但差異不顯著。
產(chǎn)量構(gòu)成因素方差分析表明:處理A(品種)、處理C(氮肥)對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)到顯著水平,處理B(覆膜)、處理B(覆膜)與處理C(氮肥)的交互作用對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著水平(表4)。
由表5可知,‘晉雜34號(hào)'的產(chǎn)量顯著高于‘晉雜35號(hào)';覆膜處理極顯著提高了高粱產(chǎn)量,覆膜處理的產(chǎn)量比露地處理產(chǎn)量提高12.02%;隨施氮量的增加產(chǎn)量呈先增加后降低的趨勢(shì),C2處理(施氮225 kg/hm2)的產(chǎn)量顯極著高于其他處理。
處理A(品種)對(duì)千粒重、穗粒重的影響均達(dá)到顯著水平;覆膜和施肥處理對(duì)高粱的千粒重、穗粒重的影響不顯著;處理B(覆膜)對(duì)穗重的影響達(dá)到顯著水平(表4)。由表6可知,A2處理(‘晉雜35號(hào)')比A1處理(‘晉雜34號(hào)')的千粒重高17.34%,差異達(dá)到顯著水平,而且‘晉雜35號(hào)'比晉雜34號(hào)'的穗粒重高52.07%,差異達(dá)到極顯著水平。這說(shuō)明‘晉雜35號(hào)'的籽粒要比‘晉雜34號(hào)'大,千粒重、穗粒重因品種特性而異。
表2 不同處理生育時(shí)期及生育階段比較
圖1 覆膜處理高粱生育時(shí)期的比較
圖2 不同氮肥處理高粱生育時(shí)期的比較
2.3不同氮肥處理土壤含水量變化
由圖3和表7可知,高粱全生育期0~20 cm的土壤耗水較多;在0~20、20~40 cm土層,土壤的耗水量隨氮肥的施用量的增加而增加,以苗期到拔節(jié)期的變化最大;不同氮肥處理下,20~40 cm的土壤耗水差異較大;在40~60 cm土層,土壤的耗水量隨施氮量的增加呈減少趨勢(shì),以C1處理在灌漿到成熟階段的耗水最多。
表3 覆膜與氮肥試驗(yàn)對(duì)高粱產(chǎn)量相關(guān)因素的多重比較
表4 覆膜與氮肥試驗(yàn)對(duì)高粱產(chǎn)量構(gòu)成因素的方差分析
表5 各因素對(duì)高粱產(chǎn)量的影響
表6 不同品種對(duì)高粱千粒重和穗粒重的影響 g
2.4不同品種、不同時(shí)期土壤含水量的變化
從圖4可以看出,在苗期‘晉雜34號(hào)'的土壤含水量高于‘晉雜35號(hào)'的土壤含水量,露地栽培條件下‘晉雜34號(hào)'土壤含水量比‘晉雜35號(hào)'的土壤含水量高6.21%、覆膜情況下‘晉雜34號(hào)'土壤含水量比‘晉雜35號(hào)'的土壤含水量高3.80%;從圖5可以看出,在拔節(jié)期‘晉雜34號(hào)'的土壤含水量高于‘晉雜35號(hào)'的土壤含水量,露地條件下‘晉雜34號(hào)'土壤含水量比‘晉雜35號(hào)'高2.38%、覆膜條件下‘晉雜34號(hào)'土壤含水量比‘晉雜35號(hào)'高6.35%。
圖3 不同N肥處理下不同土層土壤含水量變化
表7 不同處理全生育時(shí)期土壤含水量比較 %
由表7可知:從苗期到拔節(jié)期露地條件下,‘晉雜34號(hào)'的耗水量高于‘晉雜35號(hào)',覆膜條件下,‘晉雜34號(hào)'和‘晉雜35號(hào)'的耗水量基本相同。
2.5不同品種、不同土層土壤含水量的變化
從圖6可以以看出‘晉雜34號(hào)'苗期0~20、20~40、40~60 cm土層的土壤含水量比‘晉雜35號(hào)'的土壤含水量高1.60%、8.13%、8.49%;從圖7可以以看出‘晉雜35號(hào)'拔節(jié)期0~20 cm土層的土壤含水量比‘晉雜34 號(hào)'的土壤含水量高2.51%,而到了20~40、40~60 cm土層時(shí),‘晉雜34號(hào)'的土壤含水量要比‘晉雜35號(hào)'的土壤含水量高2.19%、18.09%。
從表7可知:苗期到拔節(jié)期露地與覆膜條件下‘晉雜34號(hào)'主要利用的是0~20、20~40 cm的表層土壤水分,‘晉雜35號(hào)'0~20、20~40、40~60 cm 3個(gè)土層的水分利用趨于平衡,說(shuō)明‘晉雜35號(hào)'的根系較為發(fā)達(dá),有利于利用土壤深層水分。
圖4 苗期不同品種土壤含水量變化
圖5 拔節(jié)期不同品種土壤含水量變化
圖6 苗期不同深度土壤含水量的比較
圖7 拔節(jié)期不同深度土壤含水量的比較
覆膜處理可以縮短高粱的生育期4~8天,這與已有報(bào)道[19]相一致;氮肥施用量在225 kg/hm2以下時(shí),高粱的生育期隨氮肥施用量的增加而縮短,在225~450 kg/hm2時(shí),隨氮肥施用量的增加而延長(zhǎng),這與劉天朋等研究結(jié)果基本一致[20]。品種、覆膜、氮肥均對(duì)高粱的產(chǎn)量有不同程度的影響;品種、氮肥對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)到顯著水平,覆膜、覆膜與氮肥的交互作用對(duì)產(chǎn)量的影響達(dá)到極顯著水平。穗粒重、千粒重主要受品種影響較大,與遺傳特性有關(guān);產(chǎn)量主要受品種和覆膜2個(gè)因素的影響。‘晉雜34號(hào)'‘晉雜35號(hào)'露地種植和覆膜栽培條件下,氮(純N)的施用量均應(yīng)225 kg/hm2為宜。
高粱全生育期0~20 cm的土壤耗水較多;從氮肥對(duì)高粱耗水的影響上看,在0~20、20~40 cm土層,土壤的耗水量隨氮肥的施用量的增加而增加;在40~60 cm土層,土壤的耗水量隨施氮量的增加呈減少趨勢(shì),說(shuō)明增施氮肥加大了土壤0~20、20~40 cm土層的耗水量。
從苗期到拔節(jié)期露地條件下,‘晉雜34號(hào)'的耗水量高于‘晉雜35號(hào)';覆膜條件下,‘晉雜34號(hào)'和‘晉雜35號(hào)'的耗水量基本相同。苗期到拔節(jié)期露地與覆膜條件下‘晉雜34號(hào)'主要利用的是0~20、20~40 cm的表層土壤水分,‘晉雜35號(hào)'0~20、20~40、40~60 cm 3個(gè)土層的水分利用趨于平衡,說(shuō)明‘晉雜35號(hào)'的根系較為發(fā)達(dá),有利于利用土壤深層水分。
覆膜能夠提高地溫、減少水分蒸發(fā)、加快土壤微循環(huán)、加速高粱的生長(zhǎng)和分化,使得高粱的生育時(shí)期縮短。在旱作條件下覆膜處理對(duì)高粱穗粒重、產(chǎn)量都有顯著的提高。但水肥條件好的地塊,覆膜會(huì)造成貪青晚熟,甚至倒伏,因此不建議覆膜。
隨著氮肥施用量的增加,高粱的生育期表現(xiàn)為縮短的趨勢(shì),這可能是氮肥過(guò)多造成了高粱營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的延長(zhǎng),貪青晚熟,在無(wú)霜期短的地方尤其要引起重視。
氮肥施用量增加,植株生長(zhǎng)旺盛,加大了土壤0~20、20~40 cm土層的耗水量,同時(shí)造成植株根冠比降低,容易倒伏,對(duì)于植株生長(zhǎng)后期耐旱性不利,而較低的氮肥施用量,限制了植株地上部分的生長(zhǎng),增加了高粱的根冠比,有利于高粱植株利用深層次土壤水分,提高高粱的耐旱性。本試驗(yàn)初步探討了在不同氮肥水平下覆膜與露地栽培條件對(duì)高粱各生育時(shí)期土壤含水量的影響,但氮肥、覆膜及兩者互作對(duì)土壤水分利用率的影響機(jī)理還有待進(jìn)一步的研究。
[1]Nawaz K,Iqra A T,Hussain K,et al.Induction of salt tolerance in two cultivars of sorghum (Sorghum bicolor L.)by exogenous application of proline at seedling stage[J].World Applied Sciences Journal,2010,10(1):93-99.
[2] 李潮海,劉奎,周蘇正,等.不同氮肥條件下夏玉米光合對(duì)生理生態(tài)的影響[J].作物學(xué)報(bào),2002,28(2):256-269.
[3] 盧慶善,鄒劍秋,朱凱,等.試論中國(guó)高粱產(chǎn)業(yè)發(fā)展——論全國(guó)高粱生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)區(qū)[J].雜糧作物,2009,29(2):78-80.
[4]Sher A,Barbanti L,Ansar M,et al.Growth response and plant water status in forage sorghum (Sorghum bicolor L.Moench)cultivars subjected to decreasing levels of soil moisture[J].Aust J Crop Sci,2013,7:801-808.
[5] 王宜倫,李潮海,何萍,等.超高產(chǎn)夏玉米養(yǎng)分限制因子及養(yǎng)分吸收積累規(guī)律研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2010,16:559-566.
[6] 黃建國(guó).植物營(yíng)養(yǎng)學(xué)[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2003:170.
[7] 尹新華,曹草玉,史瑞和.不同施氮水平對(duì)夏高粱產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1990,13(4):126-128.
[8] 辛宗緒,趙術(shù)偉,孔凡信,等.氮肥施入量對(duì)高粱生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2014(8):11-12.
[9] 王勁松,焦曉燕,丁玉川,等.粒用高粱養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量及品質(zhì)對(duì)氮磷鉀營(yíng)養(yǎng)的響應(yīng)[J].作物學(xué)報(bào),2015,41(8):1269-1278.
[10]曹昌林,董良利,宋旭東,等.交替隔溝灌溉下施肥方式對(duì)高粱產(chǎn)量及氮素利用率影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(4):361-364.
[11]殷志剛.土壤鹽堿改良的對(duì)比分析研究[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2002,39 (3):157-160.
[12]邢勝利,魏延安,李思訓(xùn).陜西省農(nóng)作物地膜栽培發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2002,20(1):10-13.
[13]陳奇恩.中國(guó)塑料薄膜覆蓋農(nóng)業(yè)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)工程科學(xué),2002,4(4): 12-15.
[14]Cook H F,Valdes Gerardo S B,Lee H C.Mulch effects on rainfall interaction,soil physical characteristics and temperature under Zea mays L[J].Soil Res,2006,91:227-235.
[15]崔福柱,郭秀卿,郝建平,等.滲水地膜覆蓋對(duì)高粱生育期及產(chǎn)量的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué),2007,35(8):59-61.
[16]李士敏,胡朝風(fēng),李靜,等.不同覆膜方式對(duì)高粱生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響[J].耕作與栽培,2015(3):33-34.
[17]李強(qiáng),王朝輝,李富翠,等.氮肥管理與地膜覆蓋對(duì)旱地冬小麥產(chǎn)量和氮素利用效率的影響[J].作物學(xué)報(bào),2014,40:93-100.
[18]羅付香,林超文,涂仕華,等.氮肥形態(tài)和地膜覆蓋對(duì)坡耕地玉米產(chǎn)量和土壤氮素流失的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2012,26(6):11-16.
[19]Liu Y,Yang S J,Li S Q,et al.Growth and development of maize Zea mays L.in response to different field water management practices:resourcecaptureanduseefficiency[J].AgricFor Meteorol,2010,150:606-613.
[20]劉天朋,趙甘霖,倪先林,等.播期和施氮量對(duì)雜交糯高粱生育期及產(chǎn)量的影響[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2013,52:3498-3450.
Effects of Film Mulching and Nitrogen Application on Growth Period,Water Consumption and Yield of Sorghum
Cao Xiong,Huang Minjia,Liang Xiaohong,Zhang Ruidong,Liu Jing,Li Zhanlin
(The Industrial Crop Institute of Shanxi Academy of Agricultural Sciences,F(xiàn)enyang 032200,Shanxi,China)
In order to explore the effects of film mulching and nitrogen application on soil moisture content,yield and yield component at every growth stage of different sorghum varieties,two sorghum varieties‘JinZa No.34'and‘JinZa No.35'were used as materials.The variations of soil moisture content,yield and yield component at every growth stage were studied with different cultivation measures(B1:film mulching and B2no film mulching)and different nitrogen levels(C1:0 kg/hm2N,C2:225 kg/hm2N,C3:450 kg/hm2N)in the experimental plot of the Industrial Crop Institute of Shanxi Academy of Agricultural Sciences.The results showed that film mulching with N fertilizer application amount of 225 kg/hm2was the reasonable cultivation measure for‘JinZa No.34'and‘JinZa No.35'.The growth period of sorghum was significantly shortened by the film mulching treatment,and the growth period was firstly shortened and then lengthened with the increase of N fertilizer application.Film mulching significantly increased the spike grain weight and yield of sorghum. The water consumption of 0-20 cm soil layer was more during the whole growth period of sorghum and increasing N fertilizer application enhanced water consumption of 0-20 cm and 20-40 cm soil layers.The change law of growth and development characteristics,soil moisture and yield trait of sorghum under the film mulching and nitrogen application obtained by the experiment would provide a reference for the study on dryland sorghum.
Sorghum;Growth Stage;Water Consumption;Yield
S514,S-3
A論文編號(hào):cjas16010021
國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系汾陽(yáng)試驗(yàn)站資金資助(CARS-06-04-06);國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“優(yōu)質(zhì)高粱高效生產(chǎn)技術(shù)研究與示范”(2014BAD07B02)。
曹雄,男,1969年出生,山西石樓人,副研究員,本科,主要從事高粱遺傳育種與栽培研究。通信地址:032200山西省汾陽(yáng)市小南關(guān)外山西省農(nóng)科院經(jīng)濟(jì)作物研究所,Tel:0358-3320091,E-mail:cxxp1969@163.com。
2016-01-28,
2016-04-20。