國世佳，段 玉，張 君，安 昊，張潤生

（1．內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018；

2．內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院資源環(huán)境與檢測技術(shù)研究所，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010031）

向日葵（Helianthus annuus）是重要的油料作物之一，2016年全球向日葵的播種面積約為2 692.3萬hm2，總產(chǎn)約為5 005萬 t，主要分布在俄羅斯、烏克蘭、阿根廷、美國、中國等國家［1］。我國向日葵播種面積為110萬hm2（全球∶中國=24∶1）左右，總產(chǎn)約為 270 萬 t（全球∶中國 =18∶1）左右［2］。國外以油葵種植為主，食葵面積不足10%。我國向日葵主要是食葵，占總面積的80%以上［3］。內(nèi)蒙古中西部是我國向日葵的集中產(chǎn)區(qū)，年播種面積近40萬hm2，其中90%是食用向日葵［4］。向日葵植株高大，生長迅速，吸收養(yǎng)分較多，只有均衡供應(yīng)養(yǎng)分才能保證向日葵產(chǎn)量和籽實(shí)的品質(zhì)。氮素是向日葵必須的養(yǎng)分三要素之一，每形成100 kg向日葵籽粒約需吸收氮（N）3.8～ 4.9 kg［5-8］。向日葵對(duì)氮素養(yǎng)分需求量大而土壤氮素往往最為缺乏，施用氮肥增產(chǎn)效果最好［9］。氮素供應(yīng)少會(huì)限制向日葵產(chǎn)量，氮素供應(yīng)過多，營養(yǎng)生長過旺，反而會(huì)減少產(chǎn)量，降低品質(zhì)，造成倒伏。氮肥投入過多會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)成本增加的同時(shí)降低氮肥的利用率，且氮素在土壤中殘留累積，提高氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)，造成水體富營養(yǎng)化［10-11］。由于氮肥的施用效果受氣候條件、水、有機(jī)物、淋失和反硝化作用的影響，使其在實(shí)踐應(yīng)用中預(yù)測用量具有一定的困難性［12］。有大量研究說明氮肥的投入量與產(chǎn)量的關(guān)系，而在減施氮肥對(duì)食用向日葵品質(zhì)、產(chǎn)量性狀間的相互影響報(bào)道較少，本研究綜合分析施氮量對(duì)向日葵的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，明確施氮量與品質(zhì)之間的關(guān)系。為此，在內(nèi)蒙古河套灌區(qū)的臨河區(qū)、烏蘭察布市集寧區(qū)和呼和浩特市武川縣進(jìn)行了向日葵氮肥不同用量試驗(yàn)，目的是為向日葵合理施用氮肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2017年在3個(gè)試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行，分別是：呼和浩特市武川縣（屬于陰山北麓；前茬作物為馬鈴薯，土壤為栗鈣土）、巴彥淖爾市臨河區(qū)（干旱少雨，屬于河套灌區(qū)；前茬作物為玉米，土壤為灌淤土）、烏蘭察布市集寧區(qū)（干旱冷涼，屬于陰山南麓，采用井水滴灌；前茬作物為馬鈴薯，土壤為栗鈣土）。播種整地前采集0～20 cm耕層土壤樣品，各試驗(yàn)點(diǎn)土壤基礎(chǔ)性狀見表1。

表1 供試土壤基礎(chǔ)性狀

1.2 試驗(yàn)品種與肥料

供試品種：試驗(yàn)品種全部為食用向日葵：武川縣供試品種為“3638”，集寧區(qū)供試品種為“SH363”，臨河區(qū)供試品種為“SH361”。

供試肥料：氮肥用尿素（N 46%）；磷肥用磷酸二銨（N 18%，P2O546%），不施氮肥區(qū)用重過磷酸鈣（P2O546%）；鉀肥用氯化鉀（K2O 60%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)5個(gè)處理：在磷鉀肥基礎(chǔ)上施用氮肥；（1）0 kg/hm2；（2）100 kg/hm2；（3）150 kg/hm2；（4）200 kg/hm2；（5）300 kg/hm2。每個(gè)處理重復(fù) 3次，隨機(jī)區(qū)組排列。磷鉀肥用量為P2O5-K2O= 90-90 kg/hm2。試驗(yàn)小區(qū)長 7.5 m，寬 4.8 m，小區(qū)面積36 m2。試驗(yàn)采用大小壟覆膜種植，每膜2行，膜上行距 40 cm，膜外行距 80 cm，株距 50 cm，每行16～17株。

1.4 試驗(yàn)管理

磷鉀肥全部做基肥一次施用，氮肥30%做基肥，70%做追肥施用?；试诓シN行開溝條深施，深施覆土，覆蓋地膜，武川縣和集寧區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)采用滴灌，覆膜時(shí)在小行中間安裝滴灌管道，每小區(qū)安裝獨(dú)立的施肥罐。追肥分別在向日葵的現(xiàn)蕾期—小花形成期—盛花期以總氮肥量的28%-21%-21% 施用。臨河區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)采用黃河水灌溉，追肥在現(xiàn)蕾期進(jìn)行。武川和集寧于覆膜后在施肥溝旁穴播種子，臨河區(qū)覆膜后灌水，地能進(jìn)人時(shí)穴播種子。田間管理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣擇優(yōu)選用。

1.5 樣品采集與測定方法

收獲時(shí)每小區(qū)去掉邊行全區(qū)收獲測產(chǎn)。

收獲前每小區(qū)隨機(jī)取樣3株，測定株高、莖粗、花盤直徑、秕粒數(shù)、百粒重。分莖稈、葉片和花盤切碎烘干，測定各器官的干物質(zhì)產(chǎn)量和籽實(shí)產(chǎn)量，混勻后取樣250 g左右粉碎，分別測定莖稈、葉片、花盤和籽實(shí)的氮素養(yǎng)分含量。分別用索氏提取法與凱氏定氮法測定［13］籽實(shí)粗脂肪量及粗蛋白含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量對(duì)食用向日葵產(chǎn)量的影響

氮素（N）是向日葵生長發(fā)育和籽粒產(chǎn)量形成的最重要的營養(yǎng)元素，是影響向日葵種植盈利能力的主要化肥成本［5，15-16］。向日葵施用氮肥均有顯著的產(chǎn)量增加，產(chǎn)量增加平均為509.8～942.4kg/hm2，增產(chǎn)幅度13.4%～24.7%。在施氮量200 kg/hm2時(shí)的產(chǎn)量最高，為 942.4 kg/hm2，平均增產(chǎn)24.7%，其結(jié)果與2008～2010年在河套進(jìn)行的油葵肥效試驗(yàn)相近［5］。

表2 向日葵施用氮肥的增產(chǎn)效果

氮肥用量（x）與籽粒產(chǎn)量（y）有較好的二次多項(xiàng)式相關(guān)關(guān)系，可以用二次多項(xiàng)式進(jìn)行回歸模擬。不同氮肥用量對(duì)向日葵產(chǎn)量的影響見表3，由回歸方程求偏導(dǎo)數(shù)并令其為零算出獲得最高產(chǎn)量的施氮量（N），武川縣、集寧區(qū)和臨河區(qū)的最高產(chǎn)量施氮量分別為194、182.8和189.7 kg/hm2，產(chǎn)量達(dá)到最高，分別為 5 972. 7、4 744. 1 和 4 805. 2 kg/hm2。當(dāng)邊際產(chǎn)量等于邊際成本時(shí)，可以計(jì)算出經(jīng)濟(jì)最佳施肥量。武川縣、集寧區(qū)和臨河區(qū)的經(jīng)濟(jì)最佳施氮量分別為 157.4、148.5 和 154.3 kg/hm2，此時(shí)產(chǎn)量分別為 5 929. 1、4 714. 1 和 4 774. 2 kg/hm2。

表3 氮肥用量對(duì)向日葵籽粒產(chǎn)量的影響

2.2 不同施氮量對(duì)向日葵產(chǎn)量性狀的影響

株高、莖粗、盤徑和百粒重是影響向日葵生長較大的性狀指標(biāo)，分析表明（表4），向日葵的百粒重與籽實(shí)產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.858；向日葵花盤直徑與向日葵籽實(shí)產(chǎn)量也達(dá)極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.658；株高與向日葵籽實(shí)產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.516，莖粗主要通過盤徑影響產(chǎn)量，莖粗與盤徑有較顯著的相關(guān)關(guān)系（r=0.593）。由此認(rèn)為：百粒重是向日葵產(chǎn)量的主要因素，其次是盤徑。在食用向日葵生長期間通過施用氮肥來增加百粒重和花盤直徑提高向日葵產(chǎn)量，為豐產(chǎn)打下基礎(chǔ)。

表4 不同氮素用量對(duì)向日葵產(chǎn)量性狀的影響

2.3 不同施氮量對(duì)莖稈、葉片和花盤產(chǎn)量的影響

由表5看出，施用氮肥顯著提高向日葵營養(yǎng)器官莖稈、葉片和花盤的產(chǎn)量，施氮量與各器官的產(chǎn)量之間基本是拋物線型關(guān)系，即隨著施氮量的增加向日葵莖稈、葉片和花盤表現(xiàn)為增加，達(dá)到最高峰后開始下降，最高峰出現(xiàn)在施氮量150～200 kg/hm2。

表5 不同氮素用量對(duì)向日葵產(chǎn)量的影響

從收獲時(shí)平均各器官干物質(zhì)分配比例來看，籽實(shí)的干物質(zhì)分配比例（即經(jīng)濟(jì)系數(shù)）最高，占0.354～0.372之間，不施氮和施氮量200 kg/hm2的經(jīng)濟(jì)系數(shù)相對(duì)較高；莖稈干物質(zhì)占總重比例僅次于籽實(shí)，占比0.344～0.372，以施氮量150 kg/hm2的占比較高；收獲時(shí)葉片的干物質(zhì)量占植株總干物質(zhì)量的0.145～0.166，隨著施氮的增加而增加；空花盤干物質(zhì)分配量最低，為0.121～0.136。

2.4 不同施氮量對(duì)向日葵各器官氮濃度的影響

不同施氮處理莖稈、葉片、花盤和籽實(shí)的全氮含量有一定差異，總的趨勢是，隨著施氮量的增加植株的全氮含量也相應(yīng)增加。從表6可以看出：植株各器官全氮含量：籽實(shí)＞空盤＞葉＞莖。

各地區(qū)由于氣候、土壤和品種等的差異，器官中的氮素含量有所差異，臨河試驗(yàn)點(diǎn)的莖、葉和籽實(shí)的含氮量高于武川和集寧的莖、葉和籽實(shí)的含氮量，而空花盤的含氮量武川試驗(yàn)點(diǎn)略高于其他2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)?？偟内厔菔请S著施氮量的增加各器官的氮素含量也相應(yīng)增加。

表6 施用氮肥對(duì)向日葵各器官全氮含量的影響

2.5 施氮量對(duì)向日葵氮素吸收利用的影響

收獲時(shí)莖、葉和花盤積累的氮素大量向籽實(shí)轉(zhuǎn)移，收獲時(shí)氮素積累量：籽實(shí)＞莖稈＞空盤＞葉片（圖1），由于產(chǎn)量的差異氮素積累量各處理均表現(xiàn)為：臨河＞集寧＞武川。隨著施氮量增加，植株吸氮量呈拋物線增加，施氮量200 kg/hm2的吸收量最高，與不施氮肥處理有顯著性差異。各試驗(yàn)區(qū)均以施氮量200 kg/hm2時(shí)氮素積累量最大，營養(yǎng)狀況最好，與產(chǎn)量結(jié)果保持一致。說明作物吸氮主要依賴于氮肥投入，而過多的增施氮肥反而會(huì)降低吸氮量。

圖1 不同氮肥用量對(duì)器官氮素吸收量的影響

從表7中可以看出，隨著施氮量的增加氮素肥料利用率降低，施氮量100 kg/hm2的氮肥利用率平均為38.8%；施氮量200 kg/hm2的利用率平均為32.1%；施氮量300 kg/hm2的利用率平均為16.2%。從高產(chǎn)和高效來看，施氮量150 kg/hm2是比較適宜的施肥量，此時(shí)的氮肥利用率為34.7%。

施用氮肥的農(nóng)學(xué)效率平均為1.70～ 5.59 kg/kg，隨著施氮量的增加農(nóng)學(xué)效率降低，施氮量150 kg/hm2的氮素農(nóng)學(xué)效率平均為5.38 kg/kg。通過比對(duì)不同地區(qū)的農(nóng)學(xué)效率進(jìn)行分析，以武川試驗(yàn)點(diǎn)的綜合表現(xiàn)較好，與武川的土壤肥力較低有關(guān)，施氮的農(nóng)學(xué)效率較高，屬于肥料施用高效區(qū)，臨河試驗(yàn)點(diǎn)和集寧試驗(yàn)點(diǎn)由于土壤肥力相對(duì)較高，施肥肥效較差。

表7 施用氮肥對(duì)向日葵氮素吸收利用的影響

隨著氮肥用量的增加每百千克籽實(shí)吸收氮量也增加，說明生產(chǎn)百千克向日葵籽實(shí)吸收N量（吸氮系數(shù)）也與氮肥用量相關(guān)，施氮量150 kg/hm2時(shí)吸氮系數(shù)為 4.45 ～ 4.65 kg/kg，平均為 4.57 kg/kg，過量施氮肥會(huì)增加百千克籽實(shí)吸氮量，并不能達(dá)到很好的增產(chǎn)效果，會(huì)造成氮肥的浪費(fèi)。

2.6 施氮量對(duì)籽實(shí)粗脂肪和粗蛋白含量的影響

向日葵籽實(shí)品質(zhì)的好壞主要表現(xiàn)在粗脂肪和粗蛋白含量的多少。從圖2可以看出，各施氮肥處理的籽粒粗脂肪含量和粗蛋白含量均存在顯著性差異（P＜0.05）。粗蛋白含量與粗脂肪含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（粗蛋白含量高，粗脂肪含量反而較低）。隨著施氮量的增加，籽粒粗蛋白含量也增加，施氮量與粗蛋白含量之間呈直線正相關(guān)關(guān)系，其回歸方程為y=0.005 2 x+17.686，R2=0.985 2*，由此方程可以計(jì)算出在經(jīng)濟(jì)最佳施氮量150 kg/hm2時(shí)的粗蛋白含量為18.5%。隨著施氮量的增加，籽粒粗脂肪含量有下降趨勢，呈直線負(fù)相關(guān)關(guān)系，其回歸方程為y=-0.009 8 x+28.055，R2=0.986 9*，由此方程可以計(jì)算出在經(jīng)濟(jì)最佳施氮量150 kg/hm2時(shí)的粗脂肪含量為26.6%。

圖2 氮素用量與籽粒粗蛋白和粗脂肪的相關(guān)關(guān)系

3 結(jié)論與討論

氮肥用量與向日葵產(chǎn)量呈一元二次拋物線相關(guān)，氮肥用量（x）與籽粒產(chǎn)量（y）可用二次多項(xiàng)式進(jìn)行回歸模擬，經(jīng)濟(jì)最佳施氮量應(yīng)為148.5 ～ 157.4 kg/hm2，與安玉麟等［17］、閆禮等［18］試驗(yàn)結(jié)果基本一致。本試驗(yàn)中以武川試驗(yàn)點(diǎn)（有機(jī)質(zhì)含量最低，表1）的綜合表現(xiàn)較為突出，增產(chǎn)效果最明顯，屬于氮肥施用高效區(qū)。各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的產(chǎn)量數(shù)據(jù)基本持衡，這可能是由于保持了田間持水量的一致（保證相同的灌水量），促進(jìn)了氮肥的吸收，改善了當(dāng)季土壤貧瘠的缺點(diǎn)，改進(jìn)了地力環(huán)境，所需元素通過水分大量進(jìn)入植株，使試驗(yàn)點(diǎn)籽實(shí)產(chǎn)量的差異減少。因此，綜合產(chǎn)量與氮素吸收量、經(jīng)濟(jì)效益來看，施氮量以150 kg/hm2最佳。

向日葵生育期可分為營養(yǎng)生長與生殖生長，分別找出限制其生長階段的指標(biāo)及其指標(biāo)之間的轉(zhuǎn)化機(jī)理，能夠使向日葵在施用氮肥乃至其他肥料時(shí)更好的達(dá)到增產(chǎn)的效果。禹慶奎等［19］表示，株高、莖粗與產(chǎn)量的關(guān)系密切，本文研究發(fā)現(xiàn)，株高是營養(yǎng)生長期間與高產(chǎn)密切相關(guān)的生育指標(biāo)，百粒重和盤徑是生殖生長期間與高產(chǎn)密切相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性狀指標(biāo)。在相同條件下株高增加，表示向日葵生長旺盛，可保證后期籽粒灌漿能力，增加百粒重。

植株各器官氮濃度：籽實(shí)＞空盤＞葉＞莖，隨著施氮量增加植株各器官的氮濃度也相應(yīng)增加，但不同施氮量間無顯著性差異，說明施氮肥對(duì)植株氮濃度的影響較低。氮素吸收量：籽實(shí)＞莖＞空盤＞葉；形成籽粒時(shí)，氮素開始大量由營養(yǎng)器官向籽實(shí)轉(zhuǎn)移，施氮處理與不施氮處理有顯著性差異。徐苗等［20］認(rèn)為，籽粒形成期氮素從莖、葉中大量向籽粒中轉(zhuǎn)移積累，籽實(shí)中氮素的含量遠(yuǎn)高于其他部分。這與本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。

各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均表現(xiàn)為隨著施肥量的增加肥料利用率和農(nóng)學(xué)效率降低，符合報(bào)酬遞減規(guī)律，說明向日葵吸收的氮素主要依賴于人工氮肥的投入，過多的氮肥投入會(huì)降低氮肥利用率。在經(jīng)濟(jì)最佳施氮量情況下，內(nèi)蒙古中西部施用氮肥的利用率平均為34.7%，氮肥的農(nóng)學(xué)效率為5.38 kg/kg，每生產(chǎn) 100 kg向日葵籽實(shí)吸收氮素為 4.57 kg。

隨著施氮量的增加，籽粒粗蛋白含量也增加，籽粒粗脂肪含量有下降趨勢，施氮量與粗蛋白含量之間呈直線正相關(guān)關(guān)系，施氮量與粗脂肪含量呈直線負(fù)相關(guān)關(guān)系，在經(jīng)濟(jì)最佳施氮量150 kg/hm2時(shí)的粗蛋白含量為18.5%，粗脂肪含量為26.6%，與于海峰［21］的研究相一致。王燕飛等［22］研究表明，籽粒蛋白受氣候因素影響較大，這應(yīng)是向日葵籽粒建成期時(shí)的外界環(huán)境因素導(dǎo)致的。在今后試驗(yàn)中需加以監(jiān)測氣候指標(biāo)，如積溫、降雨量、空氣相對(duì)濕度等。