薏苡氮磷鉀養(yǎng)分吸收分配及利用特征

李祥棟，戴 燚，潘 虹，陸秀娟，魏心元，石 明，蘇 躍

（1貴州黔西南喀斯特區(qū)域發(fā)展研究院，貴州興義562400；2貴州省薏苡工程技術(shù)研究中心，貴州興義562400；3貴州農(nóng)業(yè)職業(yè)學院，貴陽551400）

0 引言

薏苡為禾本科薏苡屬(CoixL.)作物，與高粱、玉米互為近緣物種，同時也是C4作物，有效挖掘薏苡的高產(chǎn)潛力，提高單產(chǎn)并增加總產(chǎn)量對薏苡生產(chǎn)的提質(zhì)增效具有重要意義。薏苡作為重要的“藥（醫(yī)）食同源”作物之一，其根、莖、葉、籽粒均可入藥，薏苡仁具有促進新陳代謝、抗腫瘤、鎮(zhèn)痛、利尿、降血糖、防止皮膚粗糙與美容等功效[1-2]。然而長期以來，薏苡這一作物并未被足夠重視，基本上處于野生或半野生狀態(tài)。薏苡籽粒整體單產(chǎn)水平約為2250～4500 kg/hm2，單產(chǎn)水平不高，未能如所預期的那樣突破產(chǎn)量瓶頸實現(xiàn)高產(chǎn)或超高產(chǎn)。目前，薏苡的生產(chǎn)也表現(xiàn)出極強的區(qū)域性，主產(chǎn)區(qū)分布在貴州、云南、廣西、福建等地，浙江、湖南、中國臺灣、河北、遼寧、山東、安徽等省份僅有零星種植[3]。目前，關(guān)于薏苡研究在種質(zhì)資源[4-7]、化學成分及藥理[2,8]等方面多有報道。另外，在不同地區(qū)對薏苡栽培模式和優(yōu)質(zhì)高效生產(chǎn)[9-10]、栽培因子[11-13]和肥料配比優(yōu)化[14]、光合生理特征[15-17]等方面也不乏有益探索和總結(jié)。氮、磷、鉀元素作為薏苡生長發(fā)育必不可少的營養(yǎng)元素，任何一種元素缺乏均會引發(fā)植株相應的不良反應。趙楊景等[18]初步研究了氮、磷、鉀元素對薏苡干物累積及養(yǎng)分含量的影響，并總結(jié)了其缺素的主要癥狀。姜文婷等[19]則以盆栽試驗的方式，初步探明了2個薏苡品種的生長及養(yǎng)分吸收特征。馬馳宇等[20]采用配方施肥方法確立了貴州興仁地區(qū)的推薦施肥量。郭欣慰等[21]有效分析了航天搭載誘變品種‘太空1號’的產(chǎn)量組成并優(yōu)化了其氮、磷、鉀最佳施肥量。迄今為止，前人有關(guān)薏苡N、P、K養(yǎng)分的吸收和利用等方面的研究僅見零星報道，多停留在施肥水平、栽培因子的優(yōu)化層面。提高作物肥料利用效率是提高作物產(chǎn)量的重要途徑之一，而闡明其養(yǎng)分吸收累積規(guī)律、分配特征及利用效率等生理機制則是解決問題的關(guān)鍵。本研究有效解析了薏苡在不同生長發(fā)育時期氮、磷、鉀元素的累積、分配及吸收利用特征，以期為薏苡的科學施肥及高產(chǎn)潛力挖掘提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為4個薏苡品系，均為貴州省薏苡工程技術(shù)研究中心自選品系。具體見表1。

表1 供試材料信息

1.2 試驗設(shè)計

田間試驗于2018—2019年在貴州省興義市木賈試驗基地進行，數(shù)據(jù)以2019年為主，2018年土壤有機質(zhì)含量62.8 g/kg，速效氮94.2 mg/kg，速效磷20.7 mg/kg，速效鉀120.1 mg/kg；2019年土壤有機質(zhì)含量73.1 g/kg，速效氮101.0 mg/kg，速效磷17.4 mg/kg，速效鉀112.3 mg/kg。田間試驗采取隨機區(qū)組試驗設(shè)計，試驗設(shè)4個處理，分別對應4個品系，每小區(qū)3次重復。小區(qū)面積50 m2。采用直播法種植，基肥按施用硫酸鉀復合肥(N:P2O5:K2O=15:15:15)600 kg/hm2，拔節(jié)期追施尿素（含N量46.3%）和硫酸鉀復合肥各150 kg/hm2。4葉期定苗，每窩2株，密度12萬株/hm2。施肥、除草等田間管理措施一致。

1.3 試驗方法

1.3.1 干物質(zhì)重測定及測產(chǎn) 選取生長發(fā)育一致的植株，掛牌標記，于抽穗期、揚花期和成熟期定期取樣，每次5窩，按根、莖、葉和籽粒對植株進行分離。將分離的根、莖、葉、籽粒分別裝入紙袋，于105℃殺青30 min，60℃恒溫烘干稱重。成熟期每小區(qū)單打單收，并折合公頃籽粒產(chǎn)量。

1.3.2 N、P、K含量的測定 將稱重后的干物質(zhì)粉碎，分別檢測不同植株部位中N、P、K養(yǎng)分元素的含量。凱氏定氮法測量全N，釩鉬黃法紫外分光光度計測定全P，火焰光度計法測定全K。

1.3.3 計算 計算公式分別見式(1)、(2)、(3)、(4)、(5)。

1.4 統(tǒng)計與分析

Excel 2003進行數(shù)據(jù)計算和作圖，SPSS 19.0進行方差分析。

植株氮（磷、鉀）元素吸收量(kg/hm2)=該時期植株全部生物量×含氮（磷、鉀）率=根干重×含氮（磷、鉀）率+莖鞘干重×含氮（磷、鉀）率+葉片干重×含氮（磷、鉀）率+籽粒干重×含氮（磷、鉀）率……………………………………………………………………………………………………………… (1)

地上部分氮（磷、鉀）元素吸收量(kg/hm2)=該時期植株地上部分生物量×含氮（磷、鉀）率=莖鞘干重×含氮（磷、鉀）率+葉片干重×含氮（磷、鉀）率+籽粒干重×含氮（磷、鉀）率……………………………………………………………………………………………………………… (2)

2 結(jié)果與分析

2.1 薏苡產(chǎn)量及生物量

4個薏苡品系在2018—2019產(chǎn)量變化基本一致，兩年平均每公頃籽粒產(chǎn)量為1969.2～3109.1 kg，其大小順序均表現(xiàn)為‘薏珠4號’＞‘薏珠2號’＞‘薏珠1號’＞‘薏珠3號’，‘薏珠4號’與其他3個品系差異顯著，其余3個品系之間差異不顯著（圖1）。2年平均每公頃地上部分生物量干重在18.4～22.6 t之間，平均每公頃全株生物量干重為20.5～24.7 t，其大小順序均為為‘薏珠2號’＞‘薏珠3號’＞‘薏珠1號’＞‘薏珠4號’，而且4個品系間生物量差異不顯著（圖2）。

圖1 4個薏苡品系籽粒產(chǎn)量

圖2 4個薏苡品系干物質(zhì)重量

2.2 薏苡N、P、K元素的累積與分配特征

4個薏苡品系在不同生育時期N素積累和分配比例均有變化（表2）。抽穗期整個植株N素積累量為1.079～1.414 g/株，根、莖鞘和葉片部位N素積累所占的比例分別7.88%～8.64%、43.37%～44.84%、46.59%～48.75%、地上部分積累量占整株累積量的91.36%～91.12%；揚花期整個植株N素積累量為1.202～1.564g/株，根、莖鞘、葉片和籽粒部位N素積累量所占的比例分別11.89%～14.56%、32.08%～61.23%、21.38%～51.92%、2.91%～5.69%、地上部分占整株生物量的85.44%～88.11%；成熟期整個植株N素積累量為1.300～1.655g/株，根、莖鞘、葉片和籽粒部位N素積累量所占的比例分別7.98%～12.54% 、21.77% ～37.08% 、15.53% ～21.83% 、30.85%～48.01%，地上部分占整株生物量的87.46%～91.96%。從抽穗期期至成熟期，整株和地上部分N素的累積量均有增加，莖鞘、葉片和地上部分N素所占比例則基本上呈現(xiàn)出下降態(tài)勢，籽粒中的氮素積累則大幅度增加；根中N素所占比例在揚花期較高，成熟后則有所下降。成熟期籽粒中N素所占比例均高于其他部位。

不同薏苡品系在不同生育時期P素積累和分配比例見表3。抽穗期整個植株P(guān)素積累量為0.162～0.227g/株，根、莖鞘和葉片部位P素積累所占的比例分別9.79%～18.06%、44.44%～57.58%、29.07%～37.65%、地上部分積累量占整株累積量的81.94%～90.21%；揚花期整個植株P(guān)素積累量為0.296～0.465 g/株，根、莖鞘、葉片和籽粒部位P素積累量所占的比例分別11.40%～26.01%、38.18%～72.69%、10.37%～20.95%、2.88%～15.20%、地上部分占整株生物量的74.32%～88.82%；成熟期整個植株P(guān)素積累量為0.410～0.660 g/株，根、莖鞘、葉片和籽粒部位P素積累量所占的比例分別8.39%～11.22%、42.52%～60.24%、4.39%～7.66%、21.71%～41.42%，地上部分占整株生物量的88.54%～91.61%。從抽穗期期至成熟期，整株和地上部分P素的累積量均有增加，莖鞘、葉片和地上部分P素所占比例則基本上呈現(xiàn)出下降態(tài)勢，籽粒中的氮素積累則大幅度增加；根中P素所占比例在揚花期較高，成熟后則有所下降。抽穗期至成熟期莖鞘中P素所占比例均高于其他部位。

表3 薏苡P元素積累及其分配

由表4可知，抽穗期整個植株K素積累量為2.107～2.967 g/株，根、莖鞘和葉片部位K素積累所占的比例分別7.89%～14.43%、69.44%～75.78%、14.68%～20.97%、地上部分積累量占整株累積量的85.57%～92.11%；揚花期整個植株K素積累量為2.187～3.650g/株，根、莖鞘、葉片和籽粒部位K素積累量所占的比例分別13.62% ～16.25% 、60.38% ～76.08% 、8.19%～18.87% 、2.11%～4.98%、地上部分占整株生物量的83.75%～86.38%，根中K素積累量及分配比例比抽穗期略有增加，莖鞘、葉片和地上部分積累量與抽穗期相比基本一致。成熟期整個植株K素積累量為2.353～2.942 g/株，根、莖鞘、葉片和籽粒部位K素積累量所占的比例分別9.72%～16.02%、65.43%～77.19%、3.15%～6.62%、6.41%～11.93%，地上部分占整株生物量的83.98%～90.24%，此時根、葉片中K素累積量及分配比例比揚花期均有所下降，籽粒中K元素迅速增加，植株地上部分的累積也略有增加。從抽穗期期至成熟期，莖鞘中K素積累量及分配比例均高于其他部位。

表4 薏苡K元素積累及其分配

綜上所述，從薏苡抽穗、揚花至籽粒成熟，整個植株其對N、P、K元素的吸收和累積均有增加；但是隨著揚花結(jié)束，根、莖鞘、葉片中的N、P、K元素累積量及分配比例均有所下降，并驅(qū)動養(yǎng)分向籽粒轉(zhuǎn)移。從元素的分配比例來看，N元素在抽穗至揚花期主要分布在莖鞘和葉片，至完全成熟籽粒中N素積累及分配高于其他部位，而P、K元素則主要分配在莖鞘部位。在成熟期，薏苡整個植株及地上部分對3種元素的累積順序為K＞N＞P，而薏苡籽粒N素積累量最大，K素次之，P素最少。

2.3 薏苡N、P、K元素需求及吸收比例

在成熟期，4個薏苡品系植株總N吸收量為155.97～198.56 kg/hm2，平均183.93 kg/hm2；總P吸收量為49.15～79.19 kg/hm2，平均62.57 kg/hm2；總K吸收量282.40～353.00 kg/hm2，平均320.56 kg/hm2，植株總N、P、K元素的平均吸收比例為N:P:K=2.94:1:5.12，不同品系間差異不顯著。植株地上部分對N元素的吸收量為136.46～175.73 kg/hm2，平均165.51 kg/hm2；P元素吸收量為43.62～72.26 kg/hm2，平均56.71 kg/hm2；K元素吸收量為251.12～318.64 kg/hm2，平均280.19 kg/hm2，地上部分對N、P、K元素的平均吸收比例為N:P:K=2.92:1:4.94，而且不同品系之間差異也不顯著（表5）。

表5 薏苡成熟期N、P、K元素的吸收

2.4 薏苡N、P、K元素生產(chǎn)效率、收獲指數(shù)及利用

薏苡N、P、K元素生產(chǎn)效率分別為19.5～26.2 kg/kg、58.4～86.2 kg/kg、9.6～17.2 kg/kg，元素收獲指數(shù)分別為37.1%～52.5%、24.3%～46.0%、8.5%～12.3%，而且不同品系之間差異均不顯著。每100 kg籽粒養(yǎng)分需求量常作為作物養(yǎng)分需求和高產(chǎn)栽培定量指標，薏苡對N、P、K元素的每100 kg籽粒養(yǎng)分需求量分別為5.6～7.3 kg，1.7～2.4 kg，8.0～15.0 kg，而且不同品系之間差異不顯著（表6）。

表6 N、P、K元素生產(chǎn)效率、收獲指數(shù)及吸收利用

3 討論

3.1 薏苡N、P、K肥料配比與產(chǎn)量關(guān)系

養(yǎng)分吸收是生物量積累的基礎(chǔ)，也是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。已有研究表明，氮、磷、鉀等無機肥配伍施用或無機肥與有機肥配伍施用，在分蘗初期和分蘗末期均能明顯提高薏苡葉片葉綠素含量，有利于葉片全氮、全磷、全鉀等養(yǎng)分的積累，能促進薏苡的生長發(fā)育和提高薏苡的生物產(chǎn)量[14]。馬馳宇等[20]研究則提出，最佳氮、磷、鉀施肥量分別為N 246.75 kg/hm2、P2O5142.95 kg/hm2、K2O 217.35 kg/hm2可作為興仁地區(qū)薏苡高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的推薦施肥。郭欣慰等[21]認為薏苡品系‘太空I號’施用氮肥225 kg/hm2、磷肥750 kg/hm2、鉀肥300 kg為最佳施肥配方，在北京地區(qū)的單產(chǎn)可達4200 kg/hm2以上。本研究表明，4個薏苡品系植株總N、總P、總K的平均吸收量分別為183.93 kg/hm2、62.57 kg/hm2、平均320.56 kg/hm2，植株總N、P、K元素的吸收比例平均為N:P:K=2.94:1:5.12；植株地上部分對N元素的吸收量平均為165.51 kg/hm2、56.71 kg/hm2、280.19 kg/hm2，地上部分對N、P、K元素的吸收比例平均為N:P:K=2.92:1:4.94，說明薏苡對K元素的吸收量最大，其次為N元素，P元素最少，在配方施肥中可根據(jù)其吸收比例調(diào)整施肥用量，以達到高效生產(chǎn)的目的。

3.2 N、P、K養(yǎng)分吸收利用與作物產(chǎn)量形成

作物籽粒產(chǎn)量取決于光合生產(chǎn)能力和光合產(chǎn)物的運轉(zhuǎn)和分配，而氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收和分配直接或間接影響物質(zhì)生產(chǎn)和產(chǎn)量形成。明確作物品種產(chǎn)量差異與產(chǎn)量構(gòu)成、氮磷鉀吸收利用的關(guān)系，確定高產(chǎn)精確定量施肥參數(shù)并進一步優(yōu)化養(yǎng)分管理和栽培措施，也是縮小產(chǎn)量差、提高單產(chǎn)的關(guān)鍵要素。目前，相對高效的肥料轉(zhuǎn)化利用效率在水稻、玉米、小麥等作物的高產(chǎn)栽培中體現(xiàn)較為明顯。于林惠等[22]研究表明，機插粳稻產(chǎn)量提高源自抽穗后氮素積累量和比例上升，磷鉀吸收量增加，但比例卻有下降的趨勢，成熟期氮收獲指數(shù)在0.51～0.61之間，磷收獲指數(shù)在0.75左右，鉀收獲指數(shù)接近0.20。高產(chǎn)機插粳稻百千克籽粒需氮量為2.0～2.1 kg/hm2。景立權(quán)等[23]研究發(fā)現(xiàn)，增大玉米灌漿期植株氮積累量及葉片氮轉(zhuǎn)移速率，促使成熟期籽粒氮磷較大積累量，利于超高產(chǎn)玉米群體的形成。程乙等[24]則發(fā)現(xiàn)，在當前黃淮海區(qū)域現(xiàn)代玉米品種籽粒產(chǎn)量為大約8.91 t/hm2的產(chǎn)量水平下，生產(chǎn)100 kg籽粒的N素、P素和K素平均需求量分別為1.95 kg、0.97 kg和1.89 kg，氮磷鉀需求量隨產(chǎn)量的提高而增加，但每生產(chǎn)100 kg籽粒產(chǎn)量的氮素、磷素和鉀素需求量隨著產(chǎn)量升高而下降。黃寧等[25]則研究發(fā)現(xiàn)，在中國主要麥區(qū)地上部生物量和收獲指數(shù)仍是高產(chǎn)的關(guān)鍵，同時提高地上部養(yǎng)分吸收利用和養(yǎng)分收獲指數(shù)，才能提高生理效率，降低養(yǎng)分需求量，實現(xiàn)小麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。本研究表明，薏苡作為C4作物已經(jīng)具備相當高的生物產(chǎn)量，4個品系地上部分生物量干重在18.4～22.6 t/hm2之間，平均每公頃全株生物量干重為20.5～24.7 t/hm2，但是籽粒產(chǎn)量卻相對較低僅為1969.2～3109.1 kg，籽粒干物質(zhì)分配比例不高；另外，薏苡N、P、K元素籽粒生產(chǎn)效率分別為19.5～26.2 kg/kg、58.4～86.2 kg/kg、9.6～17.2 kg/kg，N、P、K元素收獲指數(shù)分別為37.1%～52.5%、24.3%～46.0%、8.5%～12.3%；每100 kg籽粒薏苡對N、P、K養(yǎng)分需求量分別為5.6～7.3 kg、1.7～2.4 kg、8.0～15.0 kg。薏苡與水稻、玉米和小麥作物相比，其籽粒N、P、K元素生產(chǎn)效率、元素收獲指數(shù)均較為低下，每100 kg籽粒元素需求量也更高，進一步揭示出薏苡籽粒對肥料（N、P、K元素）的轉(zhuǎn)化利用及分配效率不高，這也是其生物產(chǎn)量巨大而籽粒產(chǎn)量不高的重要原因之一。

4 結(jié)論

從薏苡抽穗、揚花至籽粒成熟，整個植株其對N、P、K元素的吸收和積累量均有增加。成熟期籽粒中N素積累及分配均高于其他部位，而P、K元素則主要分配在莖鞘部位。薏苡植株總N、P、K的吸收量平均為183.93 kg/hm2、62.57 kg/hm2和 320.56 kg/hm2，平均吸收比例為N:P:K=2.94:1:5.12。薏苡每100 kg籽粒對N、P、K養(yǎng)分需求量分別為5.6～7.3 kg、1.7～2.4 kg、8.0～15.0 kg。薏苡整體生物量產(chǎn)出較高，全株總生物量干重為20.5～24.7 t/hm2，地上部分生物產(chǎn)量18.4～22.6 t/hm2之間，但籽粒對N、P、K吸收分配效率較低，通過有效優(yōu)化N、P、K肥料的吸收利用效率的方式提升薏苡產(chǎn)量仍然具有很大空間。