王 英，劉景輝*，武俊英，米俊珍，孫夢(mèng)媛，張?zhí)m英，馮學(xué)穎

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/內(nèi)蒙古雜糧工程技術(shù)研究中心，呼和浩特 010019；2.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014109）

0 引 言

【研究意義】糜子是我國(guó)北方旱作農(nóng)業(yè)區(qū)主要雜糧作物之一，具有生育期短、耐旱、耐瘠薄等特點(diǎn)，糜子籽粒營(yíng)養(yǎng)豐富，在北方黃土高原丘陵區(qū)種植業(yè)結(jié)構(gòu)和農(nóng)民生活中具有不可替代的作用[1-3]。黃土高原干旱、半干旱區(qū)是我國(guó)主要旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)集中化程度不高，為了簡(jiǎn)化施肥和節(jié)約勞動(dòng)力在糜子種植過(guò)程中普遍存在氮肥一次性基施等盲目施肥現(xiàn)象[4]。氮肥投入量大和施肥不合理導(dǎo)致該地區(qū)氮肥利用率較低，嚴(yán)重威脅當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境，同時(shí)易導(dǎo)致作物生長(zhǎng)后期氮肥供應(yīng)不足。因此，如何在黃土高原旱作區(qū)實(shí)施減肥增效受到了廣泛的關(guān)注?？蒯尩释ㄟ^(guò)尿素包膜等方式控制肥料的釋放時(shí)間，使尿素等傳統(tǒng)氮肥的肥效可以緩慢的釋放，較傳統(tǒng)氮肥有效養(yǎng)分供應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，肥料利用效率高，可按作物需求釋放養(yǎng)分的特點(diǎn)[5]。同時(shí)控釋氮肥在播種時(shí)一次施用，可簡(jiǎn)化施肥、降低施肥勞動(dòng)強(qiáng)度，有效控制種植成本[6]。緩釋氮肥相比傳統(tǒng)尿素利用率更高，因此在獲得同等肥效的情況下控釋氮肥可較傳統(tǒng)氮肥減量施用[7]。

【研究進(jìn)展】葉片葉綠素量（SPAD）和氮素平衡指數(shù)（NBI）可以較好地反映作物光合能力、診斷作物氮素營(yíng)養(yǎng)狀況[8]。施用控釋氮肥較普通尿素可提高冬小麥[9]、棉花[10]各生育期葉片葉綠素量。在水稻上的研究也證實(shí)控釋氮肥可使水稻劍葉葉綠素量顯著高于常規(guī)施氮，并促進(jìn)光合產(chǎn)物向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)[11]。施用控釋氮肥對(duì)煙草葉綠素量和凈光合速率也有較大影響，且在移栽后11 周時(shí)對(duì)葉綠素量和凈光合速率的提升效果最明顯[12]?？蒯尩士商岣咦魑锕夂夏芰?、干物質(zhì)積累量，進(jìn)而通過(guò)增加籽粒質(zhì)量來(lái)增加產(chǎn)量，控釋氮肥比普通尿素更有利于玉米吐絲后植株干物質(zhì)積累，從而提高成熟期干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量[13-14]。當(dāng)施用控釋氮肥時(shí)棉花有較高的氮素利用效率，更有利于棉花干物質(zhì)積累，進(jìn)而使群體干物質(zhì)積累量分配到生殖器官的比例增加，進(jìn)而有助于實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)[15]。

【切入點(diǎn)】前人對(duì)控釋氮肥的研究多集中在玉米、小麥等作物上，關(guān)于控釋氮肥在黃土高原丘陵區(qū)糜子生產(chǎn)中是否具有減氮潛力的研究鮮見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究針對(duì)當(dāng)前糜子生產(chǎn)中存在的氮肥種類單一、肥料利用率低等問(wèn)題，探究控釋氮肥減量對(duì)糜子干物質(zhì)積累分配、光合特性及產(chǎn)量的影響，并進(jìn)一步明確各生育期NBI與糜子產(chǎn)量的關(guān)系。以期建立黃土高原旱作區(qū)糜子控釋氮肥高效施肥技術(shù)，為當(dāng)?shù)孛幼觾?yōu)化減量施氮提供理論依據(jù)及技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在內(nèi)蒙古清水河縣五良太鄉(xiāng)后腦包村（39°57′N，111°39′E）進(jìn)行，該地區(qū)是典型的長(zhǎng)城沿線旱作丘陵地區(qū)，丘陵山地占90%以上，平均海拔1 374 m。年平均氣溫7.1 ℃，≥10 ℃積溫2 370 ℃，無(wú)霜期140 d，年日照時(shí)間為2 914 h，年平均大風(fēng)（指瞬間風(fēng)速達(dá)17 m/s，即八級(jí)以上）日數(shù)達(dá)19 d，年總輻射量570.6 kJ/cm2，干燥度3.94，年蒸發(fā)量2 577 mm。試驗(yàn)地土壤類型為黃綿土，播前0～40 cm 耕層土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。該地區(qū)屬典型的中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，降水量偏少且春旱尤為嚴(yán)重，2018—2019 年降水量及氣溫見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)地2018、2019 年月降水量及月平均氣溫Fig.1 Monthly variation of rainfall and temperature in 2018 and 2019

表1 試驗(yàn)地耕層土壤理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of soil in the experimental site

表2 控釋氮肥減量對(duì)糜子成熟期干物質(zhì)分配的影響Table 2 Effect of controlled-release N fertilizer reduction on dry matter partitioning in proso millets at maturity

1.2 試驗(yàn)材料

供試糜子品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N“黑糜子”，由清水河農(nóng)業(yè)局提供。供試肥料：控釋氮肥為釋放期90 d的樹(shù)脂包衣尿素純氮量為44.5%，由寧夏榮和綠色科技有限公司提供純氮量為46%的尿素、含12% P2O5的過(guò)磷酸鈣、含51% K2O 的硫酸鉀。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，在當(dāng)?shù)厥┑?120 kg/hm2的基礎(chǔ)上設(shè)置不同控釋氮肥減量處理包括T0（不施氮肥）、TN（農(nóng)民常規(guī)施肥，普通尿素N，120 kg/hm2）、T1（等氮量控釋氮肥，N 120 kg/hm2）、T2（控釋氮肥減量10%，N 108 kg/hm2）、T3（控釋氮肥減量20%，N 96 kg/hm2）、T4（控釋氮肥減量30%，N 84 kg/hm2）、T5（控釋氮肥減量40%，N 72 kg/hm2）。各處理均于播種時(shí)一次性基施過(guò)磷酸鈣和硫酸鉀，用量為P2O580 kg/hm2、K2O 25 kg/hm2。試驗(yàn)采用機(jī)械條播，行距25 cm，種植密度60 萬(wàn)株/hm2，小區(qū)面積30 m2（6 m×5 m），每個(gè)處理3 次重復(fù)，于2018 年5月28 日播種，9 月27 日收獲；2019 年5 月31 日播種，9 月26 日收獲。

1.4 指標(biāo)測(cè)定與方法

于拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期每小區(qū)選擇10 株糜子，將植株按葉、莖鞘、穗等不同器官分別處理，置于105 ℃烘箱內(nèi)殺青30 min，然后于80 ℃烘至恒質(zhì)量，用電子天平稱量各器官干質(zhì)量，干物質(zhì)積累量為各器官干物質(zhì)量之和；于糜子苗期選擇生長(zhǎng)均勻的30 株掛牌，在拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期使用SPAD-502 型葉綠素儀測(cè)定糜子旗葉中部SPAD值，用Dualex-4 氮平衡指數(shù)儀測(cè)定糜子氮平衡指數(shù)；在糜子灌漿期選擇晴天09:00—11:00 在自然光下采用美國(guó)PP-System公司生產(chǎn)CIRAS-3型便攜式光合儀測(cè)定旗葉凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)（Ci）及蒸騰速率（Tr）；于成熟期取15 株糜子進(jìn)行考種，主穗長(zhǎng)為主莖穗第1 分枝基部到穗頭的長(zhǎng)度，并測(cè)定單株穗質(zhì)量和千粒質(zhì)量，計(jì)算其平均值，各小區(qū)中選擇1 m2晾曬風(fēng)干后脫粒稱質(zhì)量，然后折算成單位面積產(chǎn)量；經(jīng)濟(jì)效益是通過(guò)對(duì)比不同氮肥施用量下投入和產(chǎn)出的差值，從而確定經(jīng)濟(jì)效益最大的處理?？偼度胫饕ɑ屎吞镩g管理投入，其中尿素1.8 元/kg，控釋氮肥3.2 元/kg，硫酸鉀3.5 元/kg，過(guò)磷酸鈣0.62 元/kg，人工100 元/d，除肥料投入外田間管理費(fèi)用各處理均為2 100 元/hm2。產(chǎn)出糜子單價(jià)為3.1 元/kg。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2021 整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，用SAS 9.4 進(jìn)行（P＜0.05）方差分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 控釋氮肥減量對(duì)糜子干物質(zhì)積累量的影響

圖2 為控釋氮肥減量對(duì)糜子單株干物質(zhì)積累的影響，圖中不同小寫字母表示同一時(shí)期不同處理間差異顯著（P<0.05），下同。由圖2 可知，隨著生育期推進(jìn)糜子干物質(zhì)積累量呈上升趨勢(shì)，施氮肥顯著提高了糜子各生育期干物質(zhì)積累量，2 a 中各生育期施肥處理糜子干物質(zhì)積累量均高于T0 處理，增幅為6.61%～31.59%。拔節(jié)期，2 a 中糜子干物質(zhì)積累量均以TN 處理最高，但與T1 處理差異不顯著。隨控釋氮肥減量糜子干物質(zhì)積累量呈降低趨勢(shì)，與TN 處理相比，各減氮處理干物質(zhì)積累量降幅為1.07%～17.94%，其中2 a 中T5 處理均顯著低于TN處理。抽穗期、灌漿期、成熟期，糜子干物質(zhì)積累量均以T1 處理最高，且在2018 年3 個(gè)生育期及2019年抽穗期顯著高于TN 處理，較TN 處理增幅達(dá)4.44%～8.77%，這表明施用控釋氮肥可以顯著提高糜子生育中后期干物質(zhì)積累量。隨著控釋氮肥減量，2 a中抽穗期、灌漿期和成熟期糜子干物質(zhì)積累量表現(xiàn)為T1 處理＞T2 處理＞T3 處理＞T4 處理＞T5 處理，其中2 a 中T2、T3 處理均與TN 處理差異不顯著，T5處理較TN 處理顯著降低7.34%～11.49%。

圖2 控釋氮肥減量對(duì)糜子單株干物質(zhì)積累量的影響Fig.2 Effect of controlled-release N fertilizer reduction on dry matter accumulation of proso millets

2.2 控釋氮肥減量對(duì)糜子成熟期干物質(zhì)分配的影響

施氮肥顯著提高了糜子干物質(zhì)向穗的轉(zhuǎn)運(yùn)量，2 a試驗(yàn)中各施氮處理干物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)到穗部的比例較T0 處理增加14.11%～30.53%，轉(zhuǎn)運(yùn)比例提高0.77%～4.26%。施氮肥降低了成熟期分配到糜子葉片和莖鞘中的干物質(zhì)量，分配比例分別降低0.31%～3.66%和2.01%～6.98%。與施用尿素處理相比，施用控釋氮肥在2018 年和2019年分別提高分配到穗中的干物質(zhì)比例1.43%和0.64%，其中2018 年TN 處理和T1 處理間差異達(dá)顯著水平，相應(yīng)的施用控釋氮肥處理成熟期分配到莖和葉中的干物質(zhì)減少。隨著控釋氮肥減量，糜子分配到穗中的干物質(zhì)量和分配比例呈降低趨勢(shì)，其中T2 處理穗中的干物質(zhì)分配比例2 a 平均較TN 處理提高0.39%，T3、T4、T5 處理穗中的干物質(zhì)分配比例2 a 平均較TN 處理分別降低0.52%、1.53%和2.40%?？蒯尩适┝拷档兔幼痈晌镔|(zhì)分配到莖鞘和葉中的干物質(zhì)分配比例呈增加趨勢(shì)。

2.3 控釋氮肥減量對(duì)糜子灌漿期旗葉光合特性的影響

不同氮肥處理對(duì)糜子旗葉光合特性的影響如表3所示，施氮可顯著提高糜子旗葉灌漿期凈光合速率，2018 年各施氮處理糜子凈光合速率較T0 處理提高8.79%～20.07%，2019 年較T0 處理提高11.19%～24.73%。隨著控釋氮肥施量降低糜子凈光合速率呈降低趨勢(shì)，2 a 間僅T1 處理和T2 處理高于TN 處理，2018 年T1處理和T2 處理分別較TN 處理增加2.71%和0.65%，2019 年T1 處理和T2 處理分別較TN 處理增加5.08%和0.82%。T3 處理糜子凈光合速率較TN 處理降低，但差異不顯著。T4 處理和T5 處理糜子凈光合速率顯著低于TN 處理，2018 年分別較TN 處理降低6.54%和6.93%，2019 年分別較TN 處理降低4.90%和6.31%。施氮可顯著提高糜子旗葉氣孔導(dǎo)度，各施氮處理氣孔導(dǎo)度2 a 平均較T0 處理增加12.71%～32.99%，除2019年T5 處理外其他各處理均顯著高于T0 處理。糜子氣孔導(dǎo)度隨控釋氮肥施量降低呈降低趨勢(shì)，2018 年T1處理和T2 處理較TN 處理分別升高6.38%和2.12%，2019 年較TN 處理分別升高6.51%和4.95%，2 a 中T3、T4、T5 處理糜子氣孔導(dǎo)度平均較TN 處理分別降低5.88%、7.64%和9.79%。2 a 中糜子旗葉胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)均以T0 處理最高，與T0 處理相比，各施肥處理顯著降低7.98%～14.81%。隨著控釋氮肥施量降低，糜子旗葉胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)呈增加趨勢(shì)，2 a 中T1、T2 處理胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)較TN 處理平均降低4.44%和0.33%，其中2019 年T1 處理顯著低于TN處理，T3、T4、T5處理較TN 處理2 a平均提高2.48%、5.32%和8.04%，但僅T5 處理顯著高于TN 處理。各施肥處理糜子蒸騰速率均顯著高于T0 處理；與T0 處理相比，各施氮處理蒸騰速率增幅在8.65%～20.63%之間。隨著控釋氮肥減量糜子蒸騰速率呈降低趨勢(shì)，2 a 中T1、T2、T3 處理平均較TN 處理增加4.19%、3.14%和0.33%，T4 處理和T5 處理較TN 處理降低1.37%和4.10%，但各控釋氮肥處理與TN處理差異均不顯著。

表3 控釋氮肥減量對(duì)糜子旗葉光合特性的影響Table 3 Effect of controlled-release N fertilizer reduction on photosynthetic characteristics of proso millets flag leaf

2.4 控釋氮肥減量對(duì)糜子旗葉SPAD 值的影響

由表4 可知，施氮可顯著提高糜子旗葉SPAD值；與T0 處理相比，各施肥處理拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期SPAD值分別提高4.39%～17.36%、7.87%～20.43%和6.63%～21.03%。拔節(jié)期，2018、2019 年糜子旗葉SPAD值以TN 處理最高分別達(dá)到32.90 和30.40，等量控釋氮肥處理SPAD值稍有降低但差異不顯著，隨著控釋氮肥減量糜子旗葉SPAD值呈降低趨勢(shì)，T1、T2、T3、T4、T5 處理較TN 處理分別降低1.62%、4.25%、5.28%、6.59%和9.51%。施用控釋氮肥可顯著提高糜子生育后期旗葉SPAD值，2018、2019 年抽穗期T1 處理SPAD值較TN 處理分別提高2.19%和3.14%，2018、2019年灌漿期分別較TN 處理顯著提高5.05%和3.81%。隨著控釋氮肥施量降低糜子旗葉SPAD值2 a均呈降低趨勢(shì)。其中2018、2019 年抽穗期T3、T4、T5 處理糜子旗葉SPAD值均低于TN 處理，且2018、2019 年T5處理SPAD值較TN 處理顯著降低了5.83%和6.64%。灌漿期T1 處理和T2 處理處理糜子旗葉SPAD值2 a平均較TN 處理增加4.43%和1.17%。T3、T4、T5 處理旗葉SPAD值2 a平均較TN 處理降低0.94%、4.03%、6.05%。其中T1 處理顯著高于TN 處理，2 a 中T5 處理SPAD值均顯著低于TN 處理。

表4 控釋氮肥減量對(duì)糜子旗葉SPAD 值的影響Table 4 Effect of controlled-release N fertilizer reduction on SPAD values of proso millets flag leaves

2.5 控釋氮肥減量對(duì)糜子旗葉氮平衡指數(shù)（NBI）的影響

由表5 可知，施氮可顯著提高糜子NBI，2 a 中施氮處理NBI較T0 處理增加9.45%～44.51%。拔節(jié)期，糜子NBI以TN 處理最高，但與T1 處理差異不顯著，各控釋氮肥處理NBI較TN 處理降低2.41%～20.07%。與施用普通尿素處理相比，施用控釋氮肥可顯著提高糜子生育后期旗葉NBI，抽穗期和灌漿期糜子NBI在2 a中均以T1處理最高，較TN處理增加2.66%～8.34%。隨著控釋氮肥施量降低糜子NBI呈降低趨勢(shì)，2 a 中T1 處理和T2 處理均與TN 處理差異不顯著，T5 處理均顯著低于TN 處理。以2018 年灌漿期為例，T1 處理和T2 處理糜子旗葉NBI較TN 處理增加8.34%和3.88%，T3、T4、T5 處理較TN 處理分別降低4.11%、7.20%、10.86%，其中T1、T4、T5 處理與TN 處理差異顯著。

表5 控釋氮肥減量對(duì)糜子氮平衡指數(shù)的影響Table 5 Effect of controlled-release nitrogen fertilizer reduction on the nitrogen balance index of proso millets

2.6 控釋氮肥減量對(duì)糜子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

由表6 可知，施氮可顯著提高糜子籽粒產(chǎn)量，2 a中TN、T1、T2、T3、T4、T5 處理產(chǎn)量平均較T0 處理增加36.88%、42.92%、40.75%、35.39%、32.29%、30.31%。各施氮肥處理糜子產(chǎn)量2 a 中均以T1 處理最高，其中2018、2019 年T1 處理產(chǎn)量分別達(dá)4 400.01、4 198.43 kg/hm2；與普通尿素相比，施用等量控釋氮肥可顯著提高糜子產(chǎn)量，2018、2019 年產(chǎn)量分別增加4.97%和3.88%。隨著控釋氮肥施量降低糜子產(chǎn)量呈降低趨勢(shì)，其中T1 處理糜子產(chǎn)量2 a 均顯著高于TN 處理，T2、T3 處理與TN 處理差異不顯著，T4、T5 處理顯著低于TN 處理，這表明控釋氮肥減量20%以上時(shí)肥效較普通尿素差。穗長(zhǎng)是糜子產(chǎn)量構(gòu)成的重要因素，2 a 中T1、T2、T3 處理糜子穗長(zhǎng)均與TN 處理差異不顯著，2018 年T5 處理顯著低于TN 處理。施氮顯著提高了糜子千粒質(zhì)量，但施用控釋氮肥處理糜子千粒質(zhì)量與施用普通尿素處理差異不顯著。穗數(shù)和穗質(zhì)量是影響糜子產(chǎn)量的主要因素，隨著控釋氮肥施量降低糜子穗數(shù)呈降低趨勢(shì)，其中2 a 中T1、T2、T3 處理均與TN 處理差異不顯著，2018 年T4 處理和T5 處理顯著低于TN 處理，降幅為0.40%～5.75%。糜子穗質(zhì)量受氮肥施用量影響顯著，2 a 中T1、T2 處理糜子穗質(zhì)量平均較TN 處理提高4.44%和1.86%，2 a中T3、T4、T5 處理糜子穗質(zhì)量平均較TN 處理降低2.19%、7.64%、9.22%。

表6 控釋氮肥減量對(duì)糜子產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Table 6 Effect of controlled-release N fertilizer reduction on proso millets yield and its constituent factors

2.7 各生育期旗葉SPAD 值、NBI 與產(chǎn)量的相關(guān)性

葉片SPAD值和NBI可用來(lái)反映作物氮素營(yíng)養(yǎng)及產(chǎn)量水平，糜子各生育期旗葉SPAD值、NBI與產(chǎn)量等指標(biāo)的相關(guān)性見(jiàn)表7。糜子3 個(gè)生育期旗葉SPAD值和NBI與干物質(zhì)積累、凈光合速率和產(chǎn)量均呈正相關(guān)關(guān)系。干物質(zhì)積累與灌漿期SPAD值、拔節(jié)期NBI極顯著正相關(guān)，與抽穗期和灌漿期NBI顯著正相關(guān)；凈光合速率分別與拔節(jié)期和灌漿期SPAD值和NBI極顯著正相關(guān)，與抽穗期SPAD值顯著正相關(guān)；糜子產(chǎn)量與灌漿期SPAD值和NBI、拔節(jié)期NBI極顯著正相關(guān)，與拔節(jié)期SPAD值顯著正相關(guān)。這表明拔節(jié)期和灌漿期的SPAD值及NBI均能在一定程度上反映糜子光合及干物質(zhì)積累能力強(qiáng)弱，但與SPAD值相比，NBI與干物質(zhì)積累相關(guān)性更高，在反映糜子產(chǎn)量上潛力更大。

表7 旗葉SPAD 值、氮平衡指數(shù)與產(chǎn)量的相關(guān)性Table 7 Correlation of SPAD, nitrogen balance index of flag leaf and yield

2.8 控釋氮肥減量對(duì)糜子經(jīng)濟(jì)效益的影響

不同氮肥處理對(duì)糜子經(jīng)濟(jì)效益的影響見(jiàn)表8。控釋氮肥價(jià)格是尿素的1.78 倍，T1 處理投入最高達(dá)3 522.70 元/hm2，T1、T2、T3、T4、T5 處理投入較TN 處理分別高10.37%、8.19%、5.91%、3.51%、0.98%。施氮可提高糜子產(chǎn)出，各施氮處理產(chǎn)出較T0 處理增幅達(dá)30.28%～42.89%。2 a 中各施氮處理糜子產(chǎn)出均以T1 處理最高，且T1 處理和T2 處理產(chǎn)出分別較TN處理增加4.96%～3.88%和3.54%～2.12%。2 a 中各處理凈收益以T1 處理和T2 處理最高，與TN 處理相比，2018 年T1 處理和T2 處理增收分別達(dá)280.02 元/hm2和179.14 元/hm2，2019 年僅T1 處理經(jīng)濟(jì)效益增加121.15 元/hm2，T2 處理經(jīng)濟(jì)效益降低14.95 元/hm2。隨著控釋氮肥施量降低，2 a 中T3、T4、T5 處理平均經(jīng)濟(jì)效益較TN 處理降低332.45、525.86、641.69元/hm2。

表8 控釋氮肥減量對(duì)糜子經(jīng)濟(jì)效益的影響Table 8 Effect of controlled-release N fertilizer reduction on economic efficiency of proso millets

3 討 論

氮肥運(yùn)籌是提高作物肥料利用率，獲得高產(chǎn)的基礎(chǔ)，控釋氮肥可與作物需肥規(guī)律相匹配，最終達(dá)到增加作物產(chǎn)量的目的[16]。較高的干物質(zhì)積累量有利于作物產(chǎn)量形成[17]。施氮可顯著提高作物干物質(zhì)積累量，本試驗(yàn)中各施氮處理糜子干物質(zhì)積累量較T0 處理提高4.84%～31.58%。尹彩俠等[18]研究表明，在春玉米連作條件下控釋氮肥較農(nóng)民習(xí)慣施肥量減氮25%仍可提高玉米干物質(zhì)積累量7.70%?？蒯尩嗜渴┯煤蜏p量 25% 可提高玉米成熟期干物質(zhì)積累4.78%～10.43%[19]。本研究表明，施用控釋氮肥處理較施用尿素處理可提高糜子生育中后期干物質(zhì)積累量8.77%，隨著控釋氮肥施量降低糜子干物質(zhì)積累量呈下降趨勢(shì)，在減氮10%時(shí)糜子干物質(zhì)積累較施用尿素處理提高1.37%～4.88%，減量20%時(shí)干物質(zhì)積累與TN 處理差異不顯著。這表明控釋氮肥能更好匹配糜子全生育期對(duì)氮素的需求，從而滿足作物減肥高效生產(chǎn)，這與前人[20]研究結(jié)果一致。合理施用氮肥有利于糜子源庫(kù)比例協(xié)調(diào)，可以在提高作物干物質(zhì)積累的同時(shí)促進(jìn)其地上部干物質(zhì)向穗部的分配比例進(jìn)而增加產(chǎn)量[21-22]。與施用普通肥料相比，施用控釋氮肥后玉米成熟期干物質(zhì)向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)提高1.94%[23]。本試驗(yàn)中，施用控釋氮肥可以提高糜子成熟期干物質(zhì)向穗的轉(zhuǎn)運(yùn)。適量減少控釋氮肥用量不影響植株干物質(zhì)向籽粒中轉(zhuǎn)移，并能提高植株氮素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力[18]。本試驗(yàn)中，隨著控釋氮肥施量降低糜子分配到穗中的干物質(zhì)量并未提高，這可能與作物類型和控釋氮肥施用量有關(guān)。施用尿素處理氮素在糜子生育前期釋放較多，提高了拔節(jié)期糜子干物質(zhì)積累，但控釋氮肥在作物生育期內(nèi)均勻釋放，表現(xiàn)為在作物生育中后期維持了較高的干物質(zhì)積累?？偟膩?lái)說(shuō)，控釋氮肥在糜子生育后期仍能提供較好的氮素供應(yīng)，促進(jìn)其干物質(zhì)積累，為產(chǎn)量提高奠定基礎(chǔ)。

氮素是作物生長(zhǎng)發(fā)育中需求量最大的礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素，灌漿中后期適宜的土壤氮素水平有利于作物葉片光合能力和碳代謝水平的提高，能明顯延緩葉片的衰老速度，顯著提高作物灌漿期的凈光合速率，增強(qiáng)作物源器官生育后期的同化物輸出能力[24-25]。隨著土壤供氮能力的提升小麥葉片葉綠素量呈上升趨勢(shì)[26]。相同施氮量下控釋氮肥可顯著提高玉米葉片葉綠素量及凈光合速率，且在控釋氮肥減量25%時(shí)凈光合速率降低不顯著[27-28]。與施用普通尿素處理相比，控釋氮肥一次性基施下減量50%仍可保持玉米和小麥葉片葉綠素量不變[29]。本研究發(fā)現(xiàn)，施用控釋氮肥能提高糜子生育后期旗葉SPAD值，較 TN 處理增加2.19%～5.50%，但隨著控釋氮肥施量降低糜子旗葉SPAD及凈光合速率均呈降低趨勢(shì)，在減氮20%時(shí)與TN 處理差異不顯著。這表明在黃土高原丘陵區(qū)施用控釋氮肥及適量減氮并不會(huì)影響糜子光合能力，在一定程度上也能降低糜子生育前期生長(zhǎng)過(guò)盛，后期光合能力受抑制的風(fēng)險(xiǎn)[25]。本試驗(yàn)中施用控釋氮肥及適量減氮對(duì)糜子光合性能的提升較前人[29]研究結(jié)果偏小，這可能是因?yàn)樽魑?、土壤水熱條件及氮肥類型等不同導(dǎo)致的。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著控釋氮肥減量糜子氣孔導(dǎo)度呈降低趨勢(shì)，胞間CO2摩爾分?jǐn)?shù)呈升高趨勢(shì)，這表明適量的控釋氮肥對(duì)凈光合速率的提升一方面通過(guò)增加氣孔導(dǎo)度，促進(jìn)旗葉吸收更多的CO2，另一方面提高細(xì)胞對(duì)CO2的利用率，增強(qiáng)碳代謝能力[30]。NBI和SPAD值與植株含氮量顯著相關(guān)，可作為實(shí)時(shí)快速診斷作物氮素營(yíng)養(yǎng)的指標(biāo)，且NBI在不同水分條件下均能較好地反映施氮水平，更適合在黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)中應(yīng)用[31-32]。本試驗(yàn)中，糜子旗葉NBI表現(xiàn)出隨施肥量降低而下降的趨勢(shì)。Tremblay 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，NBI較SPAD值可以更好得反映水稻產(chǎn)量。在馬鈴薯上的研究[34]也表明，葉片NBI和SPAD值與施氮量正相關(guān)，且塊莖膨大期NBI更能較好地預(yù)測(cè)產(chǎn)量。這與本研究結(jié)果相同，即拔節(jié)期和灌漿期糜子旗葉NBI與產(chǎn)量極顯著正相關(guān)，表現(xiàn)出更大的預(yù)測(cè)糜子產(chǎn)量的潛力。

控釋氮肥可以提高作物光合特性，促進(jìn)干物質(zhì)累積能力進(jìn)而增加產(chǎn)量，且應(yīng)用在質(zhì)地較輕、產(chǎn)量水平中等偏下田塊效果更佳[35-37]。施用控釋氮肥較等氮量尿素處理冬小麥2 a 平均增產(chǎn)9.2%，與傳統(tǒng)施肥處理相比，控釋氮肥在降低23%的施氮量時(shí)產(chǎn)量無(wú)顯著差異[38]。適量減少控釋氮肥用量并未顯著改變干物質(zhì)向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)量，較農(nóng)民習(xí)慣施肥減氮25%時(shí)，玉米產(chǎn)量、干物質(zhì)及氮素累積量并未顯著降低，且2 a 平均增產(chǎn)4.5%[18]。本試驗(yàn)中，施用等量控釋氮肥處理較施用尿素處理2 a 增產(chǎn)4.97%和3.88%，且控釋氮肥減量20%時(shí)其產(chǎn)量未顯著降低，這與前人[37,39]研究結(jié)果相似。產(chǎn)量增減幅度差異可能與肥料類型、氮肥施用量及土壤肥力、溫度、含水率等生態(tài)環(huán)境不同影響了樹(shù)脂包膜控釋氮肥養(yǎng)分釋放有關(guān)[40]。

4 結(jié) 論

1）拔節(jié)期和灌漿期，糜子旗葉SPAD值及NBI與干物質(zhì)積累、凈光合速率及產(chǎn)量均呈正相關(guān)關(guān)系，其中拔節(jié)期和灌漿期糜子旗葉NBI與凈光合速率及產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)，有更好的預(yù)測(cè)糜子產(chǎn)量的潛力。

2）施用控釋氮肥較尿素可促進(jìn)糜子旗葉SPAD值、NBI及凈光合速率的提高，增加糜子生育中后期干物質(zhì)積累量并提高干物質(zhì)分配到穗部的比例，最終使糜子增產(chǎn)3.88%～4.97%，經(jīng)濟(jì)效益增加121～280 元/hm2。隨著控釋氮肥施量降低糜子各生理指標(biāo)呈降低趨勢(shì)，減氮20%以上時(shí)糜子光合能力顯著下降，干物質(zhì)積累量及產(chǎn)量均顯著低于TN 處理。綜上所述，在黃土高原丘陵區(qū)糜子生產(chǎn)中控釋氮肥一次性基施肥效優(yōu)于尿素，表現(xiàn)出較大的減肥潛力。

（作者聲明本文無(wú)實(shí)際或潛在的利益沖突）