不同株高类型杂交高粱产量、养分吸收及品质对氮肥的响应_张艳慧.pdf

不同株高类型杂交高粱产量、养分吸收及品质对氮肥的响应不同株高类型杂交高粱产量、养分吸收及品质对氮肥的响应张艳慧1，董二伟1，王劲松1，武爱莲1，王媛1，刘秋霞1，姜艳喜2，焦晓燕1*（1山西农业大学资源环境学院，山西太原 030031；2黑龙江农业科学院作物资源研究所，黑龙江哈尔滨150086）摘要:【目的目的】生产中我国杂交高粱品种株型差异较大。研究不同株高类型高粱产量、品质和养分利用效率对氮肥的响应，为高粱优质高效生产提供理论依据。【方法方法】采用田间试验方法，供试作物为我国不同生态区具有代表性的不同年代育成的 40 个杂交高粱品种。根据株高将 40 个杂交高粱品种分为矮秆(1.6m)，每个品种均设置不施氮(N0)和施 N150kg/hm2(N150)两个处理。高粱成熟期调查地上部生物量、产量及产量构成，分析高粱地上部氮磷钾养分吸收量、氮吸收与利用效率，测定籽粒淀粉、蛋白质及单宁含量。【结果结果】随株高增加，高粱地上部干物质累积量和籽粒产量明显增加，但对收获指数没有显著影响。施氮显著提高了中秆和高秆高粱品种的产量和穗粒数，但降低了千粒重，而施氮对矮秆品种的产量及其构成没有显著影响。同一氮处理条件下，高秆和中秆品种的籽粒产量、穗粒数及地上部氮累积量没有显著差异。高秆品种的磷、钾累积量最高，矮秆最低，施氮提高了 3 个株高品种的磷钾累积量，特别是矮秆品种的磷钾累积量。3 个株高品种的氮吸收效率相当，为 25.5%30.4%，但高秆和中秆品种籽粒氮利用效率显著高于矮秆品种。株高与高粱籽粒淀粉含量呈正相关，与蛋白质含量呈负相关，与单宁含量无显著相关性。相同氮处理下，高秆和中秆品种籽粒淀粉、蛋白质和单宁含量相当。施氮降低了所有品种籽粒淀粉含量，提高了蛋白质含量，且对矮秆品种的影响大于中秆和高秆品种。【结论结论】不同株高类型杂交高粱品种的收获指数和氮吸收效率没有明显差别，高秆和中秆高粱品种具有较高的穗粒数、籽粒产量、淀粉含量及氮利用效率，中秆品种的氮磷钾养分需求量低于高秆品种。施氮降低了籽粒淀粉含量，提高了中秆和高秆品种的穗粒数进而提高产量，但矮秆高粱产量及其构成对氮不敏感。综合考虑产量、肥料利用效率和满足高粱机械化收获对株高的要求，建议生产中优先考虑株高为 1.31.6m 的杂交高粱品种。关键词:高粱；株高；产量；氮磷钾吸收；氮效率；品质Responses of yield,nutrient uptake,and quality of hybrid sorghum varietieswith different shoot heights to nitrogen fertilizer in ChinaZHANGYan-hui1,DONGEr-wei1,WANGJin-song1,WUAi-lian1,WANGYuan1,LIUQiu-xia1,JIANGYan-xi2,JIAOXiao-yan1*(1 College of Resources and Environment,Shanxi Agricultural University,Taiyuan,Shanxi 030031;2 Crop Resources Institute,Heilongjiang Academy of Agriculture Sciences,Harbin,Heilongjiang 150086)Abstract:【Objectives】Hybridsorghumvarietiesarequitedifferentinheighttomeetingspecificpurpose.Westudiedtheiryieldandnutrientutilizationresponsetonitrogenfertilizer,toprovidetechnicalsupportsforhighefficientsorghumproduction.【Methods】Fieldexperimentswerecarriedoutin2020and2021.FortyhybridswerecollectedacrossChina,andwereclassifiedintothreegroupsbasedonshootheight:short(1.6m)respectively.AllvarietiesweresubjectedtonoNapplication(N0)andN150kg/hm2(N150)treatment.Atharvest,sorghumgrainyield,grainnumberperear(GPE)and1000-grainweight(TGW),abovegroundbiomasswereinvestigated.ThecontentsofNPKinbothshootandgrainweredetermined.Grainstarch,proteinandtanniccontentwereanalyzedaswell.TheNuptakeefficiencyandNuse植物营养与肥料学报2023,29(1):6880doi:10.11674/zwyf.2022231JournalofPlantNutritionandFertilizershttp:/www.plantnutrifert.org收稿日期：20220428接受日期：20221008基金项目：山西省农业科学院农业科技创新研究课题（YCX2020417）；财政部和农业农村部国家现代农业产业技术体系项目（CARS-06-14.5-A20）；国家重点研发计划项目（2019YFD1001700）。联系方式：张艳慧E-mail:；*通信作者焦晓燕E-mail:xiaoyan_efficiency(grainyield/Nabsorption)werecalculated.【Results】Grainyieldandabovegroundbiomassincreasedsignificantlywithsorghumshootheight;whereastheharvestindexdidnotvaryamongvarieties.TallandmoderatevarietieshadsimilargrainyieldandGPE.N150increasedGPEwhereasdecreasedTGWoftallandmoderatevarietiesbuthadnosignificanteffectonthoseofshortvarieties.TheabovegroundN,P,andKaccumulationsofsorghumincreasedlinearlywithshootheight.TallandmoderatevarietieshadsimilarNaccumulation.ThethreevarietygroupshadsimilarNuptakeefficiency,25.5%30.4%,whereastallandmoderatevarietieshadsignificantlyhighergrainNuseefficiencythanshortvarieties.Plantheighthadsignificantandpositivecorrelationwithgrainstarchcontent,butnegativecorrelationwithproteincontent.ComparedtoN0,N150decreasedstarchcontentbutincreasedproteincontent,however,tanniccontentforallthethreevarietygroupswasnotaffected.【Conclusions】ThetestedhybridsorghumvarietieshavesimilarharvestindexandNuptakeefficiency.Tallandmoderatesorghumvarietieshavehighergrainnumberperear,yield,grainstarchcontentandnitrogengrainuseefficiency,andaremoresensitivethanshortvarietiesinresponsetonitrogenfertilizer.ModeratevarietiesrequirelowerNPKratethantallvarieties.Comprehensivelyconsideringyieldandfertilizerefficiency,andthedemandofmechanizedharvest,hybridsorghumvarietieswithshootheightof1.31.6marerecommendedforadoption.Key words:sorghum;plantheight;yield;nitrogenphosphorusandpotassiumuptake;nitrogenefficiency;quality氮是形成作物产量最重要的矿质营养元素之一。目前我国化肥年施用量高达 6000 万 t，消耗了全球 1/3 的肥料但仅生产了全球 19%的粮食。过量施肥降低了肥料利用效率、浪费了资源，加剧了农业生产温室气体排放1，造成面源污染和富营养化23。尽管我国高粱单产与世界水平相当，但与小麦、水稻及玉米等作物比较，高粱施肥管理粗放、随意性强，单位面积最高施氮量高达最低施氮量的数十倍，平均施氮量为 174.5kg/hm2。利用新型缓效肥4、土壤管理、灌溉及农艺措施提高氮肥利用效率的同时57，氮高效品种和耐瘠品种的选育也是提高氮肥利用效率的重要举措2。75 年来英国大麦品种氮利用效率(籽粒产量/施氮量)每年提高 1.0%1.2%8，我国玉米和小麦也实现了产量与氮利用效率(籽粒产量/吸氮量)同步提升9，籽粒产量和氮肥农学利用率(施氮与不施氮产量差值/施氮量)有明显提高的趋势10。为此有必要明确作物品种演替过程中的养分需求特征，以便实现养分高效利用。高粱具有耐瘠、耐旱、耐盐碱等特点1113，在不良环境下具有较高的生产潜力。高粱主要种植在非洲、亚洲、中东、美国中部及北部、澳大利亚等干旱和半干旱区域14，种植面积及产量均位居世界第五大谷类作物15，据统计全球 2021 年高粱产量为6162 万 t16。高粱富含淀粉和多酚抗氧化物质17，是饲料、生物质能源和工业酿造的重要原料，对保障全球粮食安全、提供功能食品具有重要意义。在我国，2021 年全国高粱产量 355 万 t，位居世界第七16，高粱也由主粮转变为酿造工业原料18，对国民经济发展具有重要意义，为此十分重视高产高效品种的选育。几十年来，高粱品种经历了高秆农家品种到杂交品种的演变19；株高矮化是适应高粱机械化生产的重要表型性状，国外籽粒高粱株高一般为0.61.2m15。我国也创制了一批具有 Dw1Dw4 矮秆基因的新材料2021，矮秆品种的应用推动了高粱机械化生产22，但株高各异的杂交品种仍在大面积应用19；李嵩博等19分析了几十年来我国杂交高粱品质的演变特征，有关不同株高类型杂交高粱品种的养分需求及对氮肥响应的报道较为鲜见。为此，以株高为典型表型指标，研究不同表型高粱氮磷钾养分吸收利用效率的差异，为我国杂交高粱的养分管理提供理论依据。1 材料与方法1.1 试验材料从我国不同生态区选择具有代表性的不同年代育成的 40 个杂交高粱品种，根据在山西省中晚熟区域的株高划分习惯，将株高1.6m 高粱品种分为矮秆、中秆和高秆 3 种类型，供试品种的株高和栽培密度见表 1。1.2 试验设计2020 和 2021 年连续两年在山西农业大学东阳示范基地(3733N,11240E,海拔高 800m)进行田间试验，该区属温带大陆性气候，供试土壤为石灰性1期张艳慧，等：不同株高类型