施肥位置及施肥量對(duì)雜交谷子干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的影響

李永虎，曹夢(mèng)琳，杜慧玲，郭平毅，張海穎，郭美俊，原向陽

施肥位置及施肥量對(duì)雜交谷子干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的影響

李永虎1,2，曹夢(mèng)琳1，杜慧玲1，郭平毅1，張海穎1，郭美俊1，原向陽1

（1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，山西太谷 030801；2祁縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山西祁縣 030900）

【】研究氮、磷、鉀施肥量和施肥位置對(duì)雜交谷子干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)化和產(chǎn)量的影響，為雜交谷子高產(chǎn)高效種植和研發(fā)輕簡化栽培技術(shù)提供理論依據(jù)。試驗(yàn)于2016—2017年在山西中部太谷縣的山西農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新園區(qū)進(jìn)行，以張雜谷10號(hào)為試驗(yàn)材料，選擇氮、磷、鉀施用量、施肥水平距離和施肥深度5個(gè)因素，采用五因素五水平二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，進(jìn)行地膜覆蓋田間小區(qū)試驗(yàn)。所有肥料全部作為底肥，氮肥為含46%N的尿素，磷肥為含16%P2O5的過磷酸鈣，鉀肥為含50%K2O的硫酸鉀。在谷子拔節(jié)、抽穗、開花、成熟期取有代表性的3穴植株用于測定干物質(zhì)積累量，10月上旬收獲，脫粒風(fēng)干后稱重、計(jì)產(chǎn)，用以研究施肥量和施肥位置對(duì)谷子不同生育時(shí)期干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的影響。（1）較高的產(chǎn)量水平需要較高的氮、磷、鉀供肥水平，且磷鉀比例相對(duì)較高。（2）對(duì)谷子干物質(zhì)累積的影響依次為氮＞磷＞鉀＞施肥水平距離＞施肥深度；對(duì)谷子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響依次為鉀＞施肥深度＞磷＞氮＞施肥水平距離，對(duì)谷子產(chǎn)量的影響依次為氮＞磷＞鉀＞施肥深度＞施肥水平距離。（3）氮、磷對(duì)谷子各個(gè)時(shí)期干物質(zhì)累積均有極顯著影響，營養(yǎng)生長階段氮磷交互作用為負(fù)，生殖生長階段氮磷交互作用為正。（4）隨著生育時(shí)期的推移，鉀、施肥水平距離、施肥深度對(duì)干物質(zhì)累積的影響由負(fù)變正，且影響程度不斷增大，最佳施肥位置與播種位置的距離先增大后減小。（5）5個(gè)因素與不同生育時(shí)期干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的回歸關(guān)系極顯著，擬合程度較高，可用于實(shí)際生產(chǎn)預(yù)測。山西省中部地膜覆蓋條件下，張雜谷10號(hào)產(chǎn)量大于8 000 kg·hm-2的各因素取值的95%置信區(qū)間為施肥水平距離16.80—18.75 cm、施肥深度20.80—23.75 cm、施N 225 kg·hm-2、施P2O5136.35—153.63 kg·hm-2、施K2O 93.56—108.63 kg·hm-2。

雜交谷子；二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)；氮；磷；鉀；施肥位置；干物質(zhì)累積；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】增加生物產(chǎn)量是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵途徑之一[1-2]，礦質(zhì)營養(yǎng)的吸收、同化與轉(zhuǎn)運(yùn)直接影響著植株干物質(zhì)積累與分配，進(jìn)而影響產(chǎn)量[3-4]。氮[3-12]、磷[11-14]、鉀肥[3,15-16]對(duì)作物干物質(zhì)的累積和轉(zhuǎn)運(yùn)均有顯著影響。深施肥料可以提高水稻[17]、小麥[18-19]、玉米[20]、大豆[21]等作物的產(chǎn)量和肥料利用效率，降低環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)[22]。應(yīng)用“4R”養(yǎng)分管理策略[23]，在合理的施肥水平距離深施肥料，使肥料呈條帶狀施于耕層，利于小麥[19,24-25]、油菜[25]、大豆[21,26]、水稻[27-31]等根系吸收利用，可提高肥料利用率和產(chǎn)量。谷子是黃土高原的主要作物之一，雜交谷子干物質(zhì)積累量比普通谷子有明顯優(yōu)勢(shì)[32]，且經(jīng)濟(jì)系數(shù)較高[33]，推廣面積不斷增大。通過對(duì)雜交谷子不同生育時(shí)期干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的研究，確定最佳施肥位置、供肥強(qiáng)度及肥料配比，對(duì)于提高肥料利用效率、豐富谷子高產(chǎn)高效理論、研發(fā)輕簡化栽培技術(shù)均具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】古世祿等[34]研究谷子全生育期干物質(zhì)變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，總干物質(zhì)積累存在著緩慢增長期、直線增長期和復(fù)緩增長期3個(gè)階段。不同時(shí)期干物質(zhì)分配中心各異。在總干物質(zhì)中，開花前積累量占55%—60%，花前光合產(chǎn)物對(duì)穗粒貢獻(xiàn)率為8%—10%。劉鑫等[32]研究發(fā)現(xiàn)增加植株干物質(zhì)生產(chǎn)對(duì)谷穗干物重的提高有密切關(guān)系。張艾英等[35]研究確定常規(guī)春谷最佳施氮量為120 kg·hm-2，于亞軍等[36]認(rèn)為在純N 120 kg·hm-2、P2O5108 kg·hm-2時(shí)谷子水肥利用效率和產(chǎn)量較高。眾多研究表明，雜交谷子需肥量較大。張亞琦等[37]設(shè)定P2O5180 kg·hm-2、K2O 300 kg·hm-2，推薦純N 300 kg·hm-2為張雜谷5號(hào)的高產(chǎn)高效施肥量。在山西省太谷縣，楊艷君等[38]采用通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，確定張雜谷5號(hào)產(chǎn)量大于6 200 kg·hm-2的施肥組合為施純N 187—198 kg·hm-2、P2O590—97 kg·hm-2、K2O 55—59 kg·hm-2；馮志威等[39]則認(rèn)為張雜谷5號(hào)要達(dá)到最高產(chǎn)量水平（6 629 kg·hm-2），需要純N 175.0 kg·hm-2、P2O594.3 kg·hm-2、噴施6-BA 11.8 mg·L-1?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人結(jié)合施肥對(duì)雜交谷子干物質(zhì)累積與分配的影響規(guī)律研究較少，特別是以農(nóng)藝農(nóng)機(jī)融合為目的、綜合考慮施肥數(shù)量和位置開展的研究仍鮮見報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究選擇氮、磷、鉀施用量、施肥水平距離和施肥深度5個(gè)因素，采用五因素五水平二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，探索雜交谷子在不同氮、磷、鉀施用量、施肥水平距離和施肥深度下干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的變化規(guī)律，優(yōu)選出高產(chǎn)高效的肥料配方、肥料用量和施肥位置，明確雜交谷子高產(chǎn)高效的施肥管理技術(shù)，為谷子輕簡化栽培技術(shù)的進(jìn)一步研發(fā)提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2016—2017年在山西中部太谷縣的山西農(nóng)業(yè)大學(xué)創(chuàng)新園區(qū)（37°24′N，112°17′E）進(jìn)行，試驗(yàn)地前茬為玉米，土壤為石灰性褐土，有機(jī)質(zhì)含量19.47 g·kg-1，全氮1.126 g·kg-1，堿解氮85.25 mg·kg-1，有效磷19.67 mg·kg-1，速效鉀150.8 mg·kg-1，pH 7.78。供試品種為張雜谷10號(hào)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)施肥水平距離（1）、施肥深度（2）和氮肥（3）、磷肥（4）、鉀肥（5）施用量5個(gè)因素，每個(gè)因素5個(gè)水平（表1）。采用二次回歸正交旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計(jì)，共36個(gè)試驗(yàn)處理組合，小區(qū)面積21 m2（3.5 m×6 m），隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，周圍設(shè)保護(hù)行。所有肥料全部作為底肥，氮肥為尿素（含46%N）；磷肥為過磷酸鈣（含16%P2O5）；鉀肥為硫酸鉀（含50%K2O）。為保證出苗整齊一致，2016年5月13日補(bǔ)灌1次，灌水量為45 mm。2016年5月19日人工開溝，按方案中施肥水平距離、施肥深度將肥料均勻施入開好的溝內(nèi)，埋土墊平，覆蓋幅寬為80 cm的地膜。2016年5月21日破膜播種，統(tǒng)一行距50 cm、穴距22.5 cm。出苗后4—6葉期統(tǒng)一間苗，每穴留苗2株，各處理留苗密度一致，均為17.78萬株/hm2。期間不澆水不追肥，人工中耕除草2次，其他措施按照當(dāng)?shù)氐奶镩g管理進(jìn)行。2017年重復(fù)2016年試驗(yàn)，并選用2016年最優(yōu)組合進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)，5月22日播種，小區(qū)面積21 m2（3.5 m×6 m），驗(yàn)證試驗(yàn)6個(gè)小區(qū)。

表1 試驗(yàn)因素水平與編碼表

1.3 測定項(xiàng)目與測定方法

1.3.1 干物質(zhì)累積與轉(zhuǎn)運(yùn)測定 于6月下旬（拔節(jié)期）、7月下旬（抽穗期）、8月上旬（開花期）、9月下旬（成熟期）調(diào)查各處理的葉齡、莖蘗數(shù)，各處理選擇有代表性的3穴，測定形態(tài)指標(biāo)并采集植株樣品，其中拔節(jié)期取整株，抽穗期按葉、莖稈、葉鞘分樣，開花期按穗、葉、莖稈、葉鞘分樣，成熟期按穗軸+穎殼、葉、莖稈、葉鞘和籽粒分樣，105℃殺青30 min，70℃烘至恒重，稱干重并按以下公式計(jì)算：

孕穗期干物質(zhì)積累量（kg·hm-2）=抽穗期地上部干物質(zhì)積累量－拔節(jié)期地上部干物質(zhì)積累量；

抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量（kg·hm-2）=開花期地上部干物質(zhì)積累量－抽穗期地上部干物質(zhì)積累量；

籽粒形成期干物質(zhì)積累量（kg·hm-2）=成熟期地上部干物質(zhì)積累量－開花期地上部干物質(zhì)積累量；

干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量（kg·hm-2）=開花期地上部干物質(zhì)積累量－成熟期地上部營養(yǎng)器官干物質(zhì)積累量（穗軸＋穎殼＋葉＋莖稈＋葉鞘）。

1.3.2 成熟期籽粒產(chǎn)量的測定 谷子成熟后，調(diào)查每公頃成穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)收獲3 m×3行脫粒，自然風(fēng)干至籽粒含水量為12.5%左右時(shí)稱重，并折算成公頃產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓鹊脑囼?yàn)結(jié)果基本一致，主要以2017年的結(jié)果進(jìn)行分析（表2）。采用SAS9.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行相關(guān)分析，確定干物質(zhì)積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)量和產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)。通過回歸分析建立5個(gè)因素與各生育階段干物質(zhì)積累量、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、產(chǎn)量之間的回歸方程，對(duì)所建模型進(jìn)行主分量分析回歸診斷，迭代逐次逼近求解得出極大值及各極大值的措施組合。根據(jù)響應(yīng)面回歸分析結(jié)果，作單因素和交互作用效應(yīng)的等值線圖，將α定為0.10，對(duì)單因素和交互作用的效應(yīng)進(jìn)行分析。對(duì)所建產(chǎn)量模型進(jìn)行處理組合的模擬尋優(yōu)，用頻率分析及統(tǒng)計(jì)尋優(yōu)求得在95%的置信區(qū)間接近最高產(chǎn)量的措施組合。

表2 設(shè)計(jì)方案及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與各生育階段干物質(zhì)積累量、轉(zhuǎn)運(yùn)量分析結(jié)果

2 結(jié)果

2.1 雜交谷子籽粒產(chǎn)量與各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量的相關(guān)性

計(jì)算谷子籽粒產(chǎn)量與干物質(zhì)拔節(jié)前積累量、孕穗期積累量、抽穗灌漿期積累量、籽粒形成期積累量、干物質(zhì)總量、轉(zhuǎn)運(yùn)量的相關(guān)系數(shù)分別為0.65、0.93、0.94、0.97、0.98和0.47，均為極顯著正相關(guān)，說明張雜谷10號(hào)較高的產(chǎn)量主要?dú)w因于總生物量上的優(yōu)勢(shì)以及較好的籽粒灌漿與結(jié)實(shí)性。籽粒產(chǎn)量與籽粒形成期干物質(zhì)累積量的相關(guān)系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于與轉(zhuǎn)運(yùn)量的相關(guān)系數(shù)，說明增加籽粒形成期的光合生產(chǎn)是提高作物籽粒產(chǎn)量的關(guān)鍵途徑。

2.2 拔節(jié)前干物質(zhì)累積與氮、磷、鉀施用量和施肥位置的關(guān)系

通過回歸分析，建立5個(gè)因素與張雜谷10號(hào)谷子拔節(jié)前干物質(zhì)積累量的回歸方程：=503.234028- 19.4041671-16.3708332+32.3791673+44.4458334-25.3291675-3.30104212-4.30104222-14.73854232-12.41354242-8.17604252+13.56875012+4.88125013-1.99375014+8.88125015+4.23125023- 8.89375024+2.00625025-19.10625034+1.79375035-12.88125045，模型值小于0.0001和決定系數(shù)為0.9198，失擬的值為0.8548，說明回歸有效。主分量回歸診斷，方差膨脹因子均表現(xiàn)為0＜VIF＜10，條件指數(shù)CIN(21)＜10，可認(rèn)為自變量間不相關(guān)，模型存在最大值和相應(yīng)的最佳處理。迭代逐次逼近求解得出張雜谷10號(hào)拔節(jié)前干物質(zhì)積累量最大的農(nóng)藝方案為1=-1.93、2=-1.98、3=-0.50、4=1.94和5=-1.94，即施肥水平距離5.45 cm、施肥深度10.52 cm、施N 82.70 kg·hm-2、施P2O5176.12 kg·hm-2、施K2O 1.09 kg·hm-2，此時(shí)拔節(jié)前干物質(zhì)積累量為790.62 kg·hm-2。

對(duì)拔節(jié)前干物質(zhì)累積的影響，單因素磷（＜0.0001）、氮（= 0.0004）、鉀（= 0.0074）極顯著，施肥水平距離（=0.0385）、施肥深度（=0.0708）達(dá)顯著水平。由圖1-a可以看出，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，固定其他4個(gè)因素在零水平時(shí)，拔節(jié)前地上部干物質(zhì)積累量隨施氮、施磷水平的提高而迅速增長，當(dāng)施氮、施磷水平超過一定值后開始緩慢下降；隨施肥水平距離、施肥深度、施鉀水平的增加，拔節(jié)前地上部干物質(zhì)積累量逐漸降低，且降低幅度逐步增加。

施肥水平距離與施肥深度（=0.0701）、氮與磷（=0.0150）、磷與鉀（=0.0839）的互作對(duì)拔節(jié)前干物質(zhì)累積有顯著影響（圖2-a），當(dāng)其他因素在零水平時(shí)，拔節(jié)期施肥水平距離與施肥深度的交互作用等高線的脊線夾角為銳角，可判斷該相互作用為正交互作用。隨施肥水平距離和施肥深度的增加，干物質(zhì)積累量呈逐漸減小的趨勢(shì)；施肥水平距離/施肥深度低水平時(shí)，隨施肥深度/施肥水平距離增加，干物質(zhì)積累量逐漸減??；施肥水平距離/施肥深度高水平時(shí)，隨施肥深度/施肥水平距離增加，干物質(zhì)積累量均先增加后減小。結(jié)果表明，在試驗(yàn)范圍內(nèi)隨施肥位置與播種位置距離的延伸，拔節(jié)前干物質(zhì)積累量逐漸減小。

在拔節(jié)前，當(dāng)其他因素在零水平時(shí)，隨磷與氮、鉀水平的提高，干物質(zhì)積累量呈先增后降的趨勢(shì)（圖2-b和圖2-c）?；プ鞯雀呔€的脊線夾角均為鈍角，可判斷2個(gè)相互作用為負(fù)。低磷/低氮水平下氮/磷對(duì)干物質(zhì)積累量的增加效應(yīng)更明顯，低磷高氮或高磷低氮，均可以提高干物質(zhì)積累量；高磷/低鉀水平下鉀/磷對(duì)干物質(zhì)積累量的增加效應(yīng)更明顯，高磷低鉀有利于提高干物質(zhì)積累量。說明拔節(jié)前，干物質(zhì)產(chǎn)量對(duì)磷肥較敏感，且應(yīng)適當(dāng)控氮降鉀。

2.3 谷子孕穗期干物質(zhì)累積與施用量和施肥位置的關(guān)系

通過回歸分析，建立5個(gè)因素與張雜谷10號(hào)谷子孕穗期干物質(zhì)積累量的回歸方程：=5974.338194+ 101.9458331+54.7958332+868.2625003+598.9625004-27.1541675-169.71979212-140.38229222-359.54479232-196.31979242-106.10729252+108.30625012-6.85625013-75.60625014-43.01875015+4.85625023-37.56875024-19.93125025-185.65625034-36.44375035-71.543750045，模型值小于0.0001和決定系數(shù)為0.9566，失擬的值為0.7077，說明回歸有效。主分量回歸診斷多重共線性較弱，模型存在最大值和相應(yīng)的最佳處理。迭代逐次逼近求解得出張雜谷10號(hào)孕穗期干物質(zhì)積累量最大的農(nóng)藝方案為1=0.17、2=0.18、3=0.94、4=1.17、5=-0.73，即施肥水平距離15.86 cm、施肥深度20.90 cm、施N 220.83 kg·hm-2、施P2O5142.55 kg·hm-2、施K2O 58.56 kg·hm-2，此時(shí)孕穗期干物質(zhì)積累量為6 577.85 kg·hm-2。

對(duì)孕穗期干物質(zhì)積累量的影響，單因素氮（＜0.0001）、磷（＜0.0001）極顯著，施肥水平距離（=0.0886）達(dá)顯著水平。由圖1-b可以看出，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，固定其他4個(gè)因素在零水平時(shí)，施肥水平距離、施肥深度、氮、磷、鉀施用量對(duì)孕穗期干物質(zhì)積累量的影響均呈拋物線狀，即隨各單因素水平的提高，孕穗期干物質(zhì)積累量均先逐漸增加至一定值后開始下降，其中氮、磷的變化幅度較大。

氮與磷的互作對(duì)孕穗期干物質(zhì)累積的影響顯著（=0.0383）。圖2-d可以看出，當(dāng)其他因素在零水平時(shí)，孕穗期氮與磷交互作用為負(fù)，隨氮與磷水平的增加，干物質(zhì)積累量呈先增后降的趨勢(shì)。低磷/低氮水平下氮/磷對(duì)干物質(zhì)積累量的增加效應(yīng)更明顯，說明低磷高氮/高磷低氮，均可以提高干物質(zhì)積累量，即氮和磷對(duì)孕穗期干物質(zhì)累積有替代效應(yīng)，以中高水平的磷和氮獲得的干物質(zhì)產(chǎn)量最高。

2.4 谷子抽穗灌漿期干物質(zhì)積累與施用量和施肥位置的關(guān)系

通過回歸分析，建立5個(gè)因素與張雜谷10號(hào)谷子抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量的回歸方程：=2247.130556 +88.4416671+65.7416672+270.2083333+219.9166674+41.1833335-41.45833312-26.24583322-121.37083332-101.54583342-124.65833352+17.86250012-24.63750013+9.22500014-26.96250015-9.65000023-18.33750024-19.60000025+31.66250034-41.20000035+49.88750045，模型值小于0.0001和決定系數(shù)為0.9877，失擬的值為0.7276，說明回歸有效。主分量回歸診斷多重共線性較弱，模型存在最大值和相應(yīng)的最佳處理。迭代逐次逼近求解得出張雜谷10號(hào)抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量最大的農(nóng)藝方案為施肥水平距離22.02 cm、施肥深度27.19 cm、施N 227.19 kg·hm-2、施P2O5139.24 kg·hm-2、施K2O 84.76 kg·hm-2，此時(shí)抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量為2 623.53 kg·hm-2。

對(duì)抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量的影響，施肥水平距離（＜0.0001）、施肥深度（=0.0022）、氮（＜0.0001）、磷（＜0.0001）、鉀（＜0.0001）均極顯著。由圖1-c可以看出，固定其他4個(gè)因素在零水平時(shí)，施肥水平距離、施肥深度、氮、磷、鉀施用量對(duì)抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量的影響均呈拋物線狀，即隨各單因素水平的提高，抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量均先逐漸增加至一定值后開始下降。

對(duì)抽穗灌漿期干物質(zhì)累積的影響，磷與鉀（=0.0063）的互作極顯著，氮與磷（=0.0621）、氮與鉀（=0.0192）的互作顯著（圖2-e—圖2-g），當(dāng)其他因素在零水平時(shí)，在抽穗灌漿期，隨氮與磷、氮與鉀、磷與鉀的增加，干物質(zhì)積累量均呈先增后降的趨勢(shì)，3個(gè)交互作用分別為正、負(fù)、正。說明在抽穗灌漿期，干物質(zhì)產(chǎn)量對(duì)磷與鉀的比例更敏感，氮、磷、鉀都不能過量施用，獲得最高干物質(zhì)產(chǎn)量需要中高水平的氮和磷、中等水平的鉀。

2.5 谷子籽粒形成期干物質(zhì)積累與氮、磷、鉀施用量和施肥位置的關(guān)系

通過回歸分析，建立5個(gè)因素與張雜谷10號(hào)谷子孕穗期干物質(zhì)積累量的回歸方程：=6035.152778+ 265.8916671+269.5833332+876.8500003+615.0000004+180.1083335-177.16666712-157.39166722-479.94166732-336.92916742-305.60416752-49.72500012+33.50000013+70.61250014+49.82500015+51.06250023+89.72500024+33.38750025+193.40000034+134.61250035-50.27500045，模型值小于0.0001和決定系數(shù)為0.9850，失擬的值為0.9080，說明回歸有效。主分量回歸診斷多重共線性較弱，模型存在最大值和相應(yīng)的最佳處理。迭代逐次逼近求解得出張雜谷10號(hào)孕穗期干物質(zhì)積累量最大的農(nóng)藝方案為施肥水平距離20.45 cm、施肥深度27.31 cm、施N 258.29 kg·hm-2、施P2O5161.67 kg·hm-2、施K2O 119.43 kg·hm-2，此時(shí)孕穗期干物質(zhì)積累量為7 549.32 kg·hm-2。

對(duì)籽粒形成期干物質(zhì)積累量的影響，施肥水平距離（=0.0002）、施肥深度（=0.0002）、氮（＜0.0001）、磷（＜0.0001）、鉀（＜0.0001）均極顯著。由圖1-d可以看出，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，固定其他4個(gè)因素在零水平時(shí)，施肥水平距離、施肥深度、氮、磷、鉀施用量對(duì)籽粒形成期干物質(zhì)積累量的影響均呈拋物線狀，即隨各單因素水平的提高，籽粒形成期干物質(zhì)積累量均先逐漸增加至一定值后開始下降。

對(duì)籽粒形成期干物質(zhì)累積的影響，氮與磷（=0.0034）的互作極顯著、氮與鉀（=0.0286）的互作顯著（圖2-h—圖2-i），當(dāng)其他因素在零水平時(shí)，在籽粒形成期，隨氮與磷、氮與鉀的增加，干物質(zhì)積累量均呈先增后降的趨勢(shì)，2個(gè)交互作用均為正。圖2-h中低磷/低氮或高磷/高氮水平下氮/磷對(duì)干物質(zhì)積累量均先增加后減小，圖2-i也表現(xiàn)出相似趨勢(shì)。說明在籽粒形成期，干物質(zhì)產(chǎn)量對(duì)氮與磷的比例更敏感，氮、磷、鉀都不能過量施用，中高水平的氮和磷、中等水平的鉀易獲得較高的干物質(zhì)積累量。

2.6 谷子總干物重與氮、磷、鉀施用量和施肥位置的關(guān)系

通過回歸分析，建立5個(gè)因素與張雜谷10號(hào)谷子干物質(zhì)積累總量的回歸方程：=14760+436.8750001+ 373.7500002+2047.7000003+1478.3250004+168.8083335-391.64583312-328.32083322-975.59583332-647.20833342-544.54583352+90.01250012+6.88750013+2.23750014-11.27500015+50.50000023+24.92500024-4.13750025+20.30000034+58.76250035-84.81250045，模型值小于0.0001和決定系數(shù)為0.9856，失擬的值為0.9517，說明回歸有效。主分量回歸診斷多重共線性較弱，模型存在最大值和相應(yīng)的最佳處理。迭代逐次逼近求解得出張雜谷10號(hào)干物質(zhì)積累總量最大的農(nóng)藝方案為施肥水平距離18.37 cm、施肥深度24.01 cm、施N 231.27 kg·hm-2、施P2O5142.45 kg·hm-2、施K2O 94.29 kg·hm-2，此時(shí)谷子干物質(zhì)積累總量為17 036 kg·hm-2。

對(duì)谷子干物質(zhì)積累總量的影響，施肥水平距離（=0.0008）、施肥深度（=0.0039）、氮（＜0.0001）、磷（＜0.0001）、鉀（=0.0006）均極顯著。由圖1-e可以看出，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，固定其他4個(gè)因素在零水平時(shí)，施肥水平距離、施肥深度、氮、磷、鉀施用量對(duì)谷子干物質(zhì)積累總量的影響均呈拋物線狀，即隨各單因素水平的提高，干物質(zhì)積累總量均先逐漸增加至一定值后開始下降。

2.7 谷子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)與氮、磷、鉀施用量和施肥位置的關(guān)系

通過回歸分析，建立5個(gè)因素與張雜谷10號(hào)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量的回歸方程：=1397.445139-115.1458331- 130.7041672+87.1791673+129.2375004-139.1875005-37.49270812-68.66770822-90.45520832-36.60520842-37.05520852+14.36875012+20.20625013-41.43125014-62.99375015+2.69375023-52.11875024-34.65625025-48.23125034+49.25625035-53.60625045，模型值和決定系數(shù)分別為0.0145和0.8060，失擬的值為0.8137，說明回歸有效。主分量回歸診斷多重共線性較弱，模型存在最大值和相應(yīng)的最佳處理。迭代逐次逼近求解得出張雜谷10號(hào)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量最大的農(nóng)藝方案為施肥水平距離7.93 cm、施肥深度12.99 cm、施N 114.45 kg·hm-2、施P2O5179.68 kg·hm-2、施K2O 9.1 kg·hm-2，此時(shí)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量為2 052.85 kg·hm-2。

對(duì)谷子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量的影響，施肥深度（= 0.0704）、磷（=0.0809）、鉀（=0.0559）達(dá)顯著水平。由圖1-f可以看出，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，固定其他4個(gè)因素在零水平時(shí)，施肥水平距離、施肥深度、氮對(duì)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量的影響呈拋物線狀；隨磷的增加，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量逐漸增加，但增加幅度逐步減小；隨鉀的增加，干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量逐漸減少，且減少幅度逐步增大。

2.8 谷子籽粒產(chǎn)量與氮、磷、鉀施用量和施肥位置的關(guān)系

通過回歸分析，建立5個(gè)因素與張雜谷10號(hào)谷子孕穗期干物質(zhì)積累量的回歸方程：17=7432.597917+ 150.7458331+138.8791672+964.029167x+744.2375004+40.9208335-214.65937512-226.05937522-570.39687532-373.53437542-342.65937552-35.35625012+53.70625013+29.18125014-13.16875015+53.75625023+37.60625024-1.26875025+145.16875034+183.86875035-103.88125045，模型值小于0.0001和決定系數(shù)為0.9847，失擬的值為0.9796，說明回歸有效。主分量回歸診斷多重共線性較弱，模型存在最大值和相應(yīng)的最佳處理。迭代逐次逼近求解得出2017年地膜覆蓋張雜谷10號(hào)每公頃籽粒產(chǎn)量最大的農(nóng)藝方案為施肥水平距離17.62 cm、施肥深度22.48 cm、施N 230.53 kg·hm-2、施P2O5145.32 kg·hm-2、施K2O 96.77 kg·hm-2，此時(shí)產(chǎn)量8 484.59 kg·hm-2。使產(chǎn)量大于8 000 kg·hm-2的優(yōu)化因素取值的95%的置信區(qū)間為施肥水平距離15.80—18.75 cm、施肥深度20.80—23.75 cm、施N 225 kg·hm-2、施P2O5135.45—159.12 kg·hm-2、施K2O 93.56—119.16 kg·hm-2，N﹕P2O5﹕K2O比例約為2.12﹕1.38﹕1。

對(duì)谷子籽粒產(chǎn)量的影響，施肥水平距離（= 0.0029）、施肥深度（=0.0024）、氮（＜0.0001）、磷（＜0.0001）、鉀（＜0.0001）均極顯著。由圖1-g可以看出，在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，固定其他4個(gè)因素在零水平時(shí)，施肥水平距離、施肥深度、氮、磷、鉀施用量對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響均呈拋物線狀，即隨各單因素水平的提高，籽粒產(chǎn)量均先逐漸增加至一定值后開始下降。

氮與磷（=0.0335）、氮與鉀（=0.0097）的互作對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響顯著（圖2-j—圖2-k），當(dāng)其他因素在零水平時(shí)，隨氮與磷、鉀的增加，谷子籽粒產(chǎn)量均呈先增后降的趨勢(shì)，2個(gè)交互作用均為正。圖2-j中低磷/低氮或高磷/高氮水平下增加氮/磷，籽粒產(chǎn)量均先增加后減?。粓D2-k中低鉀/低氮或高鉀/高氮水平下增加氮/鉀，籽粒產(chǎn)量均先增加后減?。徽f明形成籽粒產(chǎn)量過程中，對(duì)氮、磷、鉀的比例較敏感，都不能過量施用。獲得較高的產(chǎn)量，需要中高水平的N、中高水平的P2O5和中水平的K2O的組合。

圖1 單因素對(duì)張雜谷10號(hào)各生育期干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)運(yùn)及產(chǎn)量的影響

a：施肥水平距離×施肥深度之于拔節(jié)前干物質(zhì)積累；b：N×P2O5之于拔節(jié)前干物質(zhì)積累；c：P2O5×K2O之于拔節(jié)前干物質(zhì)積累；d：N×P2O5之于孕穗期干物質(zhì)積累；e：N×P2O5之于抽穗灌漿期干物質(zhì)積累；f：N×K2O之于抽穗灌漿期干物質(zhì)積累；g：P2O5×K2O之于抽穗灌漿期干物質(zhì)積累；h：N×P2O5之于籽粒形成期干物質(zhì)積累；i：N×K2O之于籽粒形成期干物質(zhì)積累；j：N×P2O5之于產(chǎn)量；k：N×K2O之于產(chǎn)量

3 討論

3.1 N、P、K在谷子干物質(zhì)產(chǎn)量累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量形成中的作用

本研究表明，增加干物質(zhì)產(chǎn)量特別是籽粒形成期干物質(zhì)積累量是提高作物籽粒產(chǎn)量的關(guān)鍵途徑，該結(jié)果與前人對(duì)水稻[1]、玉米[2,16]、小麥[6]等的研究結(jié)論相吻合。本研究對(duì)干物質(zhì)積累總量及籽粒形成期干物質(zhì)累積的影響依次為氮＞磷＞鉀，對(duì)谷子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響依次為鉀＞磷＞氮，這表明氮和磷對(duì)谷子各個(gè)生育時(shí)期干物質(zhì)積累、總干物重、籽粒產(chǎn)量均有極顯著影響，且氮與磷的互作對(duì)各生育時(shí)期干物質(zhì)的積累、籽粒產(chǎn)量也有顯著影響。該結(jié)果與前人[35-39]對(duì)谷子最佳施肥組合的研究結(jié)果基本一致，也與前人對(duì)小麥[10]、玉米[14]等禾谷類作物的研究結(jié)論相吻合。本研究中，隨著施氮量的增加，各個(gè)生育時(shí)期干物積累量、總干物重、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、籽粒產(chǎn)量均呈先升后降的趨勢(shì)；隨著施磷量的增加，孕穗期干物質(zhì)積累量、抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量、籽粒形成期干物質(zhì)積累量、總干物重、籽粒產(chǎn)量均呈先升后降的趨勢(shì)，而拔節(jié)前干物質(zhì)積累量和干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量一直上升。

對(duì)同類雜交谷子的研究，楊艷君等[38]研究認(rèn)為氮對(duì)產(chǎn)量的影響最大，而馮志威等[39]認(rèn)為磷對(duì)產(chǎn)量的影響最大。本研究表明對(duì)籽粒產(chǎn)量的影響氮＞磷，但對(duì)谷子干物質(zhì)累積的影響，隨生育時(shí)期的推進(jìn)而不同。谷子拔節(jié)前，對(duì)谷子干物質(zhì)積累量的影響磷＞氮，且谷子抽穗之前，二者交互作用為負(fù)，低磷高氮或高磷低氮，均可以獲得較高的干物質(zhì)積累量，二者對(duì)谷子干物質(zhì)累積有替代作用。抽穗灌漿期、籽粒形成期二者交互作用為正，氮和磷均為中高水平才能獲得較高的干物質(zhì)產(chǎn)量，且此階段對(duì)干物質(zhì)累積的影響氮＞磷，對(duì)干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響磷＞0.1＞氮，說明在生殖生長階段，中高水平的氮有利于維持較高的干物質(zhì)生產(chǎn)水平，中高水平的磷有利于干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)，二者協(xié)同促進(jìn)谷子干物質(zhì)產(chǎn)量累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的形成。

本研究表明，鉀對(duì)谷子干物質(zhì)積累量的影響主要在拔節(jié)前和生育后期。隨著作物生育時(shí)期的推移，鉀對(duì)谷子干物質(zhì)累積的影響由負(fù)變正且其影響程度不斷增大。拔節(jié)之前，隨施鉀量的增加，干物積累量逐漸減少；拔節(jié)之后，隨施鉀量的增加，各生育時(shí)期干物積累量、總干物重、籽粒產(chǎn)量均呈先升后降的趨勢(shì)。鉀對(duì)谷子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響大于氮和磷，鉀與氮、磷的互作，對(duì)抽穗灌漿期、籽粒形成期干物質(zhì)積累量、籽粒產(chǎn)量有顯著影響，且鉀與氮的互作方向從抽穗灌漿期到籽粒形成期由負(fù)轉(zhuǎn)正，說明施鉀不但可以提高雜交谷子干物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)率，還能協(xié)調(diào)氮、磷的積累和分配，有助于增加生育后期特別是籽粒形成期干物質(zhì)積累量，該結(jié)果與李文娟等[15]在玉米上的研究結(jié)論相吻合。

3.2 高產(chǎn)谷子最佳施肥水平及比例

張亞琦[37]等推薦純N 300 kg·hm-2、P2O5180 kg·hm-2、K2O 300 kg·hm-2為張雜谷5號(hào)的高產(chǎn)高效施肥量，產(chǎn)量為8 202 kg·hm-2。楊艷君等[38]等研究確定張雜谷5號(hào)產(chǎn)量大于6 200 kg·hm-2的施肥組合為施純N 187—198 kg·hm-2、P2O590—97 kg·hm-2、K2O 55—59 kg·hm-2。馮志威等[39]研究認(rèn)為張雜谷5號(hào)要達(dá)到最高產(chǎn)量水平（6 629 kg·hm-2），需要N 175. 0 kg·hm-2、P2O594.3 kg·hm-2、噴施6-BA 11. 8 mg·L-1。本研究中，張雜谷10號(hào)產(chǎn)量大于8 000 kg·hm-2的施肥方案為施N 225 kg·hm-2、施P2O5136.35—153.63 kg·hm-2、施K2O 93.56—108.63 kg·hm-2。該產(chǎn)量水平和N、P2O5、K2O施用量均高于同一試驗(yàn)區(qū)域楊艷君等[38]和馮志威等[39]在同類品種上試驗(yàn)得出的研究結(jié)果；同時(shí)該產(chǎn)量水平與張亞琦等[37]同類品種試驗(yàn)的產(chǎn)量結(jié)果相當(dāng)，但肥料施用量低于張亞琦等[37]的結(jié)論，可能與地域及品種差異有關(guān)。結(jié)果表明，追求雜交谷子更高產(chǎn)量，需要更高的氮磷鉀供肥水平，且磷鉀比例相對(duì)提高；氮磷鉀最佳施肥水平及比例因地域和品種有所不同，因地制宜選擇不同品種可以在較低的供肥水平條件下獲得較高的產(chǎn)量。

3.3 施肥位置對(duì)谷子干物質(zhì)產(chǎn)量累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量的影響

前人[17-22]關(guān)于施肥深度的研究結(jié)果表明，合適的施肥位置有利于作物地上部干物質(zhì)積累量的提高，尤其促進(jìn)開花后干物質(zhì)的積累，但結(jié)合施肥水平距離研究施肥位置對(duì)干物質(zhì)累積影響的成果較少。本試驗(yàn)結(jié)果中，對(duì)干物質(zhì)累積的影響，施肥水平距離＞施肥深度，對(duì)谷子干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，施肥深度＞施肥水平距離。隨著作物生育時(shí)期的推移，施肥位置對(duì)干物質(zhì)累積的影響由負(fù)變正且其程度先減小后增大，同時(shí)最佳施肥位置與播種位置的距離先增大后減小。隨施肥水平距離的增加，拔節(jié)前干物質(zhì)積累量逐漸減少，孕穗期干物質(zhì)積累量、抽穗灌漿期干物質(zhì)積累量、總干物重、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、籽粒產(chǎn)量均先升后降，籽粒形成期干物質(zhì)積累量逐漸增加；隨施肥深度的增加，拔節(jié)前干物質(zhì)積累量逐漸減少，孕穗期、抽穗灌漿期、籽粒形成期干物質(zhì)積累量和總干物重、干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)量、籽粒產(chǎn)量均先升后降；施肥水平距離與施肥深度的互作對(duì)拔節(jié)前干物質(zhì)累積的影響達(dá)到顯著水平，且作用為正。說明在一定范圍內(nèi)隨施肥水平距離和施肥深度增加，雜交谷營養(yǎng)生長階段干物質(zhì)積累量減少，但生殖生長階段干物質(zhì)積累量和籽粒產(chǎn)量有一定程度的提高。該結(jié)果與溫櫻等[19]在研究冬小麥干物質(zhì)積累量和產(chǎn)量時(shí)認(rèn)為“底肥單層條施時(shí)，在一定范圍內(nèi)隨施肥深度增加，冬小麥分蘗和成穗數(shù)減少，但穗粒數(shù)顯著增加，開花后干物質(zhì)同化量提高，籽粒產(chǎn)量仍有一定程度的提高”的結(jié)論相吻合。

本研究所確定的拔節(jié)前干物質(zhì)積累量最大的農(nóng)藝方案中施肥深度和施肥水平距離與前人研發(fā)的小麥[24-25]、油菜[25]、大豆[26]、水稻[27-31]側(cè)深施肥播種機(jī)配置較接近，但最佳農(nóng)藝方案中施肥水平距離和施肥深度均有所增加。除了作物品種差異之外，可能在于前人研發(fā)的側(cè)深施肥播種機(jī)主要用于水地或水澆地施種肥。而本研究著眼于旱作谷子，全部肥料一次性底施，施肥位置應(yīng)與需肥量較大的抽穗灌漿期、籽粒形成期谷子根系生長發(fā)育及需肥規(guī)律相匹配，因此，最佳施肥位置與播種位置的距離較遠(yuǎn)。

4 結(jié)論

氮、磷、鉀施用量及其配比、施肥水平距離和施肥深度均對(duì)張雜谷10號(hào)干物質(zhì)累積、轉(zhuǎn)運(yùn)和產(chǎn)量有顯著影響。各生育時(shí)期中，最佳施肥水平距離的最大值出現(xiàn)在抽穗灌漿期，最佳施肥深度、氮、磷、鉀施用量的最大值均出現(xiàn)在籽粒形成期。干物質(zhì)累積總量和產(chǎn)量的最優(yōu)農(nóng)藝組合中各個(gè)因素的數(shù)值居于抽穗灌漿期和籽粒形成期的數(shù)值之間，雜交谷子要取得較高的干物質(zhì)積累和產(chǎn)量，施肥位置和施肥量運(yùn)籌管理的重點(diǎn)應(yīng)考慮生育后期需求。推薦張雜谷10號(hào)的最佳農(nóng)藝方案為施肥水平距離16.80—18.75 cm、施肥深度20.80—23.75 cm、施N 225 kg·hm-2、施P2O5136.35—153.63 kg·hm-2、施K2O 93.56—108.63 kg·hm-2。

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Effect of Fertilization Location and Amount on Dry Matter Accumulation, Translocation and Yield of Hybrid Millet

LI YongHu1,2, CAO MengLin1, DU HuiLing1, GUO PingYi1, ZHANG HaiYing1, GUO MeiJun1, YUAN XiangYang1

(1College of Agronomy, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, Shanxi;2Qixian Agricultural and Rural Bureau, Qixian 030900, Shanxi)

This study was to probe the effects of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer amount and location on dry matter accumulation, translocation and yield of hybrid millet, provide theoretical basis for high yield and efficient planting and development of light simplified cultivation techniques.Taking hybrid millet ()cultivar of Zhangzagu10 as the tested material, a field experiment, cultivated with plastic film mulching, was conducted during 2016-2017 at the Innovation Zone of Shanxi Agricultural University by quadratic regression orthogonal rotation combination design. These 5 factors included nitrogen, phosphorus, potassium fertilizer rates, the horizontal distance to seed and depth of application, and each factor had 5 levels. All the fertilizers were basal applied in the designed rate and position, Nitrogen fertilizer is urea containing 46%N, phosphate fertilizer is superphosphate containing 16%P2O5, and potassium is sulfate containing 50%K2O. At elongation, heading, flowering, maturity, 3 clumps of millet plants were taken to examine dry matter accumulation. Harvested in early October, weighted and calculated the yield after threshing and drying, to study the effects of fertilization amount and fertilization position on dry matter accumulation, transport and yield in different growth stages of millet. The correlation between the tested index with the fertilizer rate and position were established using multivariate linear regression model(1) Higher yield levels requires higher supply levels of N, P and K, and the ratio of P and K increase relatively. (2) The order in the response degree on dry matter accumulation was nitrogen＞phosphorus＞potassium＞fertilization horizontal distance＞fertilization application depth; the order in the response degree on dry matter translocation was potassium＞fertilization application depth＞phosphorus＞nitrogen＞fertilization horizontal distance; the order in the response degree on yield was nitrogen＞phosphorus＞potassium＞fertilization application depth＞fertilization horizontal distance. (3) Nitrogen, phosphorus had an extremely significant effect on dry matter accumulation in main growth periods. The interaction between nitrogen and phosphorus in vegetative growth stage was negative, while in reproductive growth stage was positive. (4) As crop growth period goes on, the effects of potassium, fertilizer horizontal distance，and fertilizer application depth on dry matter accumulation change from negative to positive, and the degree of effect increases. The distance between the best fertilization location and the sowing location increased first and then decreased. (5) The regression between five factors and dry matter accumulation and translocation was extremely significant, and the fitting degree was higher. Therefore, it can be used in the actual production forecast.Under the conditions of this experiment, the optimal scheme for Zhangzagu 10 was 16.80-18.75 cm of fertilization horizontal distance, 20.80-23.75 cm of fertilization application depth, 225 kg·hm-2of N, 136.35-153.63 kg·hm-2of P2O5, 93.56-108.63 kg·hm-2of K2O.

hybrid millet; quadratic regression orthogonal rotation combination design; nitrogen; phosphorus; potassium; location; dry matter accumulation; yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.021

2019-06-11；

2019-09-03

國家谷子高粱產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS-06-13.5-A28）、國家自然科學(xué)基金（31301269）、山西省農(nóng)業(yè)科技攻關(guān)項(xiàng)目（20150311016-2）、山西省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目（2015-TN-09）、山西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（一般項(xiàng)目）（201603D221003-2）、山西省重點(diǎn)研發(fā)（農(nóng)業(yè)）項(xiàng)目（201603D221007-2）、山西省應(yīng)用基礎(chǔ)研究計(jì)劃（201701D121099）

李永虎，Tel：15035621350；E-mail：sxqxnwlyh@163.com。通信作者杜慧玲，Tel：13663441812；E-mail：duhuiling66@163.com。原向陽，Tel：13593100936；E-mail：yuanxiangyang200@163.com

（責(zé)任編輯 李莉）