施氮量对酿造高粱产量和氮素利用率的影响

摘要：为了实现酿造高粱氮肥合理高效利用，以晋杂22号为试验品种，研究了6种氮肥施用量(0，75，150，225，300，450 kg/hm2)对酿造高粱产量和氮素利用率的影响。结果表明，在施氮0～450 kg/hm2，施用氮肥有效地增加了高粱产量和净利润，但随着施氮量的增加产量先升高后降低，其关系可表示为y=-0.037x2+17.759x+5 874.41(R2=0.878 1)。随着施氮量的增加高粱氮肥偏生产力和氮肥利用率显著降低；氮素吸收效率逐渐降低；氮素利用效率大体呈下降趋势；当施氮量为225 kg/hm2时，高粱产量、净利润最大，极显著高于不施氮处理，增产率达37.64%；氮肥农学利用率和氮肥偏生产力分别为9.96，36.42 kg/kg，氮肥利用率可达到38.70%，且氮平衡为3.07，大体上满足氮素平衡。综合分析各项指标，施氮量为225 kg/hm2是酿造高粱晋杂22号实现高产、高效益、较高氮肥利用率的适宜氮量。

高粱(Sorghum bicolor L.Moench)属于C4作物，其具有光合效率高、生理优势强、抗旱、耐涝、耐盐碱、耐瘠薄的特性，因而，其在农业生产中占有重要的地位，是世界第五大谷类作物，其产量仅次于玉米、小麦、水稻和大麦，名列第五[1-2]。高粱主要用于食用、酿造、饲料和工业加工等，目前，我国生产的高粱2/3用来酿酒，高粱在酿制品中所起的质佳、味美的独特作用是玉米和其他原料所不能替代的，为我国酿造工业的重要原料[3]。酿造高粱专用品种以晋杂、辽粘、吉杂、龙杂、沪糯为代表，晋杂系列是山西省主要的酿造高粱品种。

氮肥是农业生产中需要量最大的化肥品种，它是影响作物生长发育和产量最敏感的因素之一[4-5]，氮肥施用过少或过多都会限制作物产量，影响氮肥的利用率。目前，我国的氮肥用量约占全世界氮肥总用量的1/3，但当季利用率仅为30%～35%，低于发达国家近20个百分点，氮肥利用率低下[5]。在酿酒高粱种植实践中，人们为了追求高产往往过度施用氮肥，不仅导致氮肥利用率低、养分资源浪费、生产成本增加，而且造成诸多环境问题，土壤结构被破坏。因此，如何合理施用氮肥是高粱高产、高效栽培的重要措施。有关氮肥对高粱生长发育[6-7]、经济效益[8-9]、产量[4，10-16]的影响研究甚多，有研究表明，氮肥的施用有利于产量的提高，且在一定氮肥用量范围内，高粱籽粒产量随着氮肥用量的增加而提高，超过这个水平，产量不再增加[11-14]。氮肥施用对玉米、小麦等禾谷类作物籽粒产量及氮素利用率的研究较多[17-22]，但在高粱上的研究甚少，杨婷婷等[23]对牧草高粱氮肥利用率的研究表明，随着施氮量的提高氮肥利用率逐渐降低。

本试验以山西省汾阳地区主要种植的酿造高粱品种晋杂22号为材料，通过研究不同氮肥施用量对酿造高粱生长、产量及氮肥利用率的影响，旨在寻求适宜该地区高粱种植的适宜氮量，为该地区酿造高粱氮肥合理、高效施用提供依据。

1 材料和方法

供试酿造高粱晋杂22号，由山西省农业科学院高粱研究所提供。

试验于2014年在山西省农业科学院经济作物研究所高粱试验田进行，供试土壤基本理化性质如表1所示。试验共设6个氮肥处理：N0、N75、N150、N225、N300、N450(下标表示纯氮用量，单位为kg/hm2)，氮肥为长效尿素，磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾(各处理均施用P2O5 75 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2)。试验小区面积为30 m2，小区长6 m，宽5 m，密度9万株/hm2，3次重复，完全随机区组排列，正常田间管理，成熟期去除两边行收获计产。

1.3 测定项目及方法

成熟期在每个小区选择具有代表性的植株10株，用卷尺测定其株高，用游标卡尺测定植株基部茎粗，用卷尺测量最大叶片的叶长和叶宽(单株最大叶面积=叶长×叶宽×0.75)。

成熟期实收测产，并选取有代表性的植株5株进行室内考种，测定穗长、穗粒质量、千粒质量；植株风干后测定其干物质量，并将秸秆、籽粒粉碎后保存，测定其含氮量。

氮素吸收利用相关指标计算参照文献[18-22，24]进行。氮肥偏生产力(NPFP，kg/kg)=施氮区籽粒产量/施氮量；氮肥农学利用率(NAE，kg/kg)=(施氮区籽粒产量-无氮区籽粒产量)/施氮量；氮收获指数(Nitrogen harvest index，NHI，%)=籽粒吸氮量/总吸氮量×100%；氮平衡=氮投入量-氮吸收量；氮肥利用率(Recovery of N fertilizer，RNF，%)=(施氮区地上部吸氮量-无氮区地上部吸氮量)/施氮量×100%；氮素吸收效率(Nitrogen uptake efficiency，NUPE，kg/kg)=植株吸氮量/施氮量；氮素利用效率(Nitrogen use efficiency，NUE，kg/kg)=籽粒产量/植株吸氮量。

数据统计分析、图表制作应用Microsoft Excel 2003和SPSS 18.0软件完成，用LSD最小显著差数法进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对高粱农艺性状的影响

施用氮肥对高粱生长具有一定的促进作用。由表2可知，施氮处理高粱茎粗、穗长、最大叶面积、穗粒质量都高于不施氮处理，但高粱茎粗、穗长各处理间差异不显著；与不施氮处理相比，施氮极显著增加了高粱的最大叶面积，增加幅度为9.46%～12.93%；N300、N450处理穗粒质量显著高于N0，但各施氮量处理间差异不显著；施用氮肥对高粱株高、千粒质量的增加效果不明显。由此可见，与不施氮相比，增施氮肥对高粱最大叶面积、穗粒质量影响较大。

注：同列不同小写字母表示在0.05水平显著，同列不同大写字母表示在0.01水平显著。表3-4同。

Note：Within the same column，different lowercase letters are significant at 0.05 level and different capital letters are significant at 0.01 level.The same as Tab.3-4.

2.2 施氮量对高粱产量、经济效益、农学效率的影响

由表3可知，与不施氮处理相比，施用氮肥有效地增加了高粱产量，且随着施氮量的增加高粱产量呈先升高后降低的趋势，增加幅度为733.33～2 241.12 kg/hm2，增产率为12.32%～37.64%；在施氮0～450 kg/hm2，N225处理高粱产量最大，为8 195.60 kg/hm2，比不施肥处理增产37.64%，其次为N150处理，高粱产量为7 991.15 kg/hm2，比不施肥处理增产34.20%。方差分析结果表明，N150、N225高粱产量极显著高于N0、N75，N300、N450处理极显著高于N0处理，N75处理产量与N0处理间差异不显著。表明增施一定量氮肥能显著增加高粱产量，但产量增加与施氮量不呈直线相关关系(图1)，经济产量与不同氮肥施用量之间的关系可表示为y=-0.037x2+17.759x+5 874.41(R2=0.878 1)；当施氮量>225 kg/hm2，高粱产量出现下降，说明过多地施用氮肥，并不能被作物籽粒充分吸收利用，从而提高产量。

从净利润来看(表3)，与不施氮处理相比，各施肥处理高粱净利润都有所增加。其中，N225处理每公顷净利润最高，为22 531.05 元/hm2，增收率为33.45%，其次为处理N150，净利润为22 276.20 元/hm2，增收率为31.94%；当施用氮肥450 kg/hm2时，增收率仅为14.51%，仅高于不施氮处理和N75处理。可见，适宜的施氮量有利于增加高粱效益，施肥不足或过量，均不能带来高收益，施氮量150～225 kg/hm2是高粱获得高产量、低成本、高效益的适宜施氮量。

注：各生产资料每千克分别按高粱3.00元，氮肥4.78元，P2O5 5.42元，K2O 7.65元计算。 Note：The production materials are calculated as 3.00 yuan/kg of sorghum，4.78 yuan/kg N fertilizer，5.42 yuan/kg of P2O5 and 7.65 yuan/kg of K2O.

氮肥农学利用率和氮肥偏生产力是用来表示氮肥利用率的常用定量指标。由表3可知，氮肥农学利用率随着施氮量的增加呈先升高后降低的趋势。其中，N150处理氮肥农学利用率最高，为13.58 kg/kg，高产量、高效益N225处理农学利用率为9.96 kg/kg；当施氮量≥300 kg/hm2时，氮肥农学利用率低于5 kg/kg，极显著低于N150处理。氮肥偏生产力随着施氮量的增加显著降低，当施氮量≥300 kg/hm2，氮肥的偏生产力显著低于其他处理，N75处理氮肥偏生产力最大，但产量、产值极显著低于N150、N225处理。高产量、高效益N150、N225处理氮肥偏生产力分别为53.27，36.42 kg/kg，居第二、第三；可见，高施氮量的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力普遍较低，施氮量为150～225 kg/hm2处理在保证高粱高产的前提下有利于提高氮素利用效率，可减轻氮素污染。

综合考虑高粱产量、净收益、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力可知，施氮量150，225 kg/hm2处理是高粱获得高产、高效益、较高氮素利用率的适宜施氮量；当施氮量≥300 kg/hm2或施氮量≤75 kg/hm2时，不利于高粱产量的提高，也不利于氮素利用率的提高。

2.3 施氮量对高粱氮素养分吸收，氮肥利用率的影响

由表4可知，与不施氮处理相比，增施氮肥增加了高粱籽粒、秸秆的含氮量和氮吸收量，但随着施氮量的增加高粱籽粒、秸秆的含氮量和氮吸收量增加不明显。高产量、高收益N225处理和N150处理籽粒氮吸收量比不施氮肥处理分别增加了49.76，52.55 kg/hm2，增加率为79.59%，84.05%，秸秆氮吸收量比不施氮肥处理分别增加了37.32，15.55 kg/hm2，增加率为51.60%，21.50%。可见，氮肥籽粒氮吸收量增加远大于秸秆，说明增施氮肥更有利籽粒的发育，利于高粱产量的提高。

氮吸收总量是指地上部分籽粒和秸秆中氮的总量，不包括植株根系中的氮。从施氮量对氮吸收总量影响可以看出，随着施氮量的增加氮吸收总量大体呈增加趋势，但当施氮量超过225 kg/hm2时，氮吸收总量增加减缓，甚至下降。与不施氮处理相比，N150、N225处理氮吸收总量增加率分别为50.50%，64.58%，而N300、N450处理增加率分别为47.09%，65.45%。可见，高施氮量植株氮总吸收量并不能显著增加，过量施用氮肥并不能使植株更多地吸收，而是导致了更多的氮流失。

就氮收获指数而言，施氮处理较不施氮处理都有所提高，其中，N150处理氮收获指数最高，为56.70%。从氮平衡来看，高产量、高效益N225处理大体上满足氮素平衡，当施氮量<225 kg/hm2时，氮素平衡处于亏损状态；当施氮量>225 kg/hm2时，氮素平衡则处于盈余状态；当施氮量为450 kg/hm2时，氮素平衡盈余226.89 kg/hm2。

氮肥利用率、氮素利用效率和氮素吸收效率3个指标从不同侧面反映了施入的氮肥被作物吸收利用的效率。由表4可知，随着施氮量的增加氮肥利用率显著降低，N75处理氮肥利用率最高，达86.12%，但此施氮处理产量、收益、氮收获指数都较低，氮平衡也亏缺严重；高产量、高效益N150、N225处理的氮肥利用率分别为45.40%，38.70%，处于较高水平。随着施氮量增加氮素吸收效率逐渐降低，而氮素利用效率大体上也呈下降的趋势。进一步说明，过量的氮肥并不能使作物更多地吸收，合适的施氮量才是作物获得高产、高效益、较高氮肥利用率的关键。

综合以上分析，N225处理可以实现高产、高效益以及较高的氮肥利用率，且氮素平衡。因此，在本试验条件下，每公顷施用225 kg氮肥较为适宜。

3 结论与讨论

本试验研究结果表明，在配施磷肥、钾肥的基础上，施用氮肥对高粱生长有一定促进作用，但各施氮量对高粱农艺性状、千粒质量影响不明显。各处理间高粱茎粗、穗长、千粒质量差异不显著。与不施氮处理相比，施氮极显著增加了高粱的最大叶面积，高施氮量(施氮≥300 kg/hm2)显著增加了高粱穗粒质量；但不同施氮量处理间最大叶面积、穗粒质量差异不显著。

与不施氮处理相比，施用氮肥有效地增加了高粱产量；高施氮量(施氮≥300 kg/hm2)的氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均较低。随着施氮量的增加，高粱产量、氮肥农学利用率先升高后降低；氮肥偏生产力和氮肥利用率显著降低；氮吸收总量大体呈增加趋势；氮素吸收效率逐渐降低；氮素利用效率大体呈下降趋势。高粱产量与不同施氮量之间关系可表示为y=-0.037x2+17.759x+5 874.41(R2=0.878 1)。

综合考虑高粱产量、氮肥农学利用率、氮肥偏生产力、氮肥利用率、氮素吸收利用效率和氮平衡各项指标，在本试验条件下，施氮225 kg/hm2是酿造高粱晋杂22号实现高产、高效益、较高氮肥利用率且达到氮平衡的适宜氮量。

在本试验中，施用氮肥有效地增加了高粱产量，随着施氮量的增加高粱产量先升高后降低，当施氮量超过225 kg/hm2时，高粱产量出现下降，这与尹新华等[11]、辛宗绪等[12]的研究结果相一致。大田高粱籽粒产量的形成是穗数、穗粒质量和千粒质量共同作用的结果。本试验中，各施肥处理间高粱千粒质量差异不显著，与不施氮处理相比，高施氮量(施氮量≥300 kg/hm2)显著增加高粱穗粒质量，施氮75～450 kg/hm2内高粱穗粒质量差异也不显著。但是，高粱产量随着氮肥用量的增加先升高后降低，产量高的穗粒质量和千粒质量并不高，说明高粱增产的主要原因是有效穗数的增加。但是，随着施氮量的增加，高粱后期有效穗数的形成并未增加，这可能是由于过量施用氮肥造成了高粱营养生长的延长，不利于高粱籽粒的形成。本试验未对高粱有效穗数这一指标进行研究，对于施氮量、高粱有效穗数以及产量间的相互关系，还有待进一步研究。

施氮量的多少不仅对产量有影响，而且对植株的生长、氮肥的利用及环境均造成一定影响。氮肥施用不足，植株生长缓慢，产量降低，收益降低，在本试验条件下，N0、N75处理正是如此；氮肥施用过量，叶片过大，成熟推迟，影响产量，收益降低，资源浪费，造成氮素污染，本试验条件下N300、N450处理正是如此。本研究结果表明，当施氮量≥300 kg/hm2时，产量、利润出现下降，氮肥农学利用率和氮肥偏生产力均较低，氮吸收总量增加减缓，氮肥利用率和氮素吸收效率明显降低。过量的氮肥并不能使作物更多地吸收，不仅不利于高粱产量的提高，而且造成了过多的氮流失和氮素污染。表明随着施氮量的增加氮肥利用率显著降低，这与杨婷婷等[23]对牧草高粱的研究结果相一致。

本试验只是在特定区域对酿造高粱品种晋杂22号进行的大田试验，不同栽培区域、不同高粱品种获得高产、高收益、较高氮肥利用率所需的适宜氮量是有差异的，因此，对于其他区域和其他高粱品种的适宜氮量还有待进一步研究，本试验结果仅供参考。

[1] Xin Z，Aiken R，Bruke J.Genetic diversity of transpiration efficiency in sorghum[J].Field Crop Research，2009，111：74-80.

[2] 邹剑秋.中国高粱生产与前景展望[M]//柴岩，万福世.中国小杂粮发展报告.北京：中国农业科学技术出版社，2007：44-51.

[3] 程庆军，张福耀，田承华，等.高淀粉高粱杂交种晋杂23号的选育[J].作物杂志，2010(5)：97-98.

[4] 呼瑞梅，崔凤娟，王振国，等.不同施氮量、种植密度及灌水时期对高粱产量的影响[J].现代农业科技，2012(4)：62-63.

[5] 王宏庭，赵萍萍，郭军玲，等.不同施氮运筹对夏玉米产量、净收益及氮肥利用率的影响[J].山西农业科学，2010，38(10)：30-33，47.

[6] 赵益强，徐晓峰，吕智敏.不同施肥水平对高粱性状影响的初步研究[J].西昌农业高等专科学校学报，2003，17(4)：12-15.

[7] 董二伟，王劲松，韩鹏远，等.施肥对高粱生长、干物质积累与养分吸收分配的影响[J].山西农业科学，2012，40(6)：645-650.

[8] 陈富忠，吴永红，郑邦元.氮磷钾肥对高粱产量和效益的影响试验初报[J].南方农业，2014，8(31)：18-19.

[9] 曹雄，梁晓红，黄敏佳，等.酿造高粱肥料高效利用研究[J].中国农学通报，2015，31(27)：99-103.

[10] 刘天朋，赵甘霖，倪先林，等.播期和施氮量对杂交糯高粱生育期及产量的影响[J].湖北农业科学，2013，52(15)：3498-3500.

[11] 尹新华，曹草玉，史瑞和.不同施氮水平对夏高粱产量和品质的影响[J].南京农业大学学报，1990，13(4)：126-128.

[12] 辛宗绪，赵术伟，孔凡信，等.氮肥施入量对高粱生长发育和产量的影响[J].现代农业科技，2014(8)：11-12.

[13] 董红霞.有机肥与氮肥不同施用量对高粱产量的影响[J].现代农村科技，2009(7)：40-41.

[14] 曹雄，梁晓红，黄敏佳，等.不同栽培措施对高粱产量的影响[J].中国农学通报，2015，31(3)：126-132.

[15] 贾东海，王兆林，林萍，等.不同种植密度和施肥量对新高粱3号产量及含糖量的影响[J].新疆农业科学，2010，47(1)：47-53.

[16] 刘天朋，赵甘霖，倪先林，等.不同种植密度和施氮量对泸糯8号产量的影响[J].中国农学通报，2013，29(30)：112-117.

[17] 赵萍萍，王宏庭，郭军玲，等.氮肥用量对夏玉米产量、效益、农学效率及氮肥利用率的影响[J].山西农业科学，2010，38(11)：43-46，80.

[18] 吕丽华，陶洪斌，王璞，等.施氮量对夏玉米碳、氮代谢和氮利用效率的影响[J].植物营养与肥料学报，2008，14(4)：630-637.

[19] 张总正，秦淑俊，李娜，等.深松和施氮对夏玉米产量及氮素吸收利用的影响[J].植物营养与肥料学报，2013，19(4)：790-798.

[20] 张丽丽，王璞，陶洪斌.氮肥运筹对夏玉米生长发育及氮素利用的影响[J].华北农学报，2010，25(S1)：177-181.

[21] 刘欢，陈苗苗，孙志梅，等.氮肥调控对小麦/玉米产量、氮素利用及农田氮素平衡的影响[J].华北农学报，2016，31(1)：232-238.

[22] 马迎辉，王玲敏，黄玉芳，等.氮肥运筹对冬小麦干物质积累、产量及氮素吸收利用的影响[J].华北农学报，2013，28(1)：187-192.

[23] 杨婷婷，平俊爱，杜志宏，等.施氮量对不同牧草高粱品种产量和氮肥利用率的影响[J].农业科技通讯，2014(2)：54-56.

[24] 曹昌林，董良利，宋旭东，等.交替隔沟灌溉下施肥方式对高粱产量及氮素利用率影响[J].山西农业科学，2012，40(4)：361-364.

Effects of Nitrogen Application Rate on Yield of Brewing Sorghum and Nitrogen Use Efficiency

(Institute of Economic Crops，Shanxi Academy of Agricultural Sciences，Fenyang 032200，China)

Abstract：To realize rational and effective use of N fertilizer in brewing sorghum，a field trial with a brewing sorghum variety Jinza 22 was conducted to study the effects of different N fertilizer rates(0，75，150，225，300，450 kg/ha)on yield of brewing sorghum and nitrogen use efficiency.The results showed that nitrogen application increased effectively grain yield and net profit of sorghum in the range of 0-450 kg/ha N applied，but grain yield increased and then decreased with the increased of nitrogen application.The relationship between yield and N fertilizer rates could be expressed asy=-0.037x2+17.759x+5 874.41(R2=0.878 1).With the increased of N application，N partial factor productivity and N fertilizer use efficiency significantly decreased，N absorption efficiency gradually reduced and N use efficiency had a largely down trend.The highest yield and net profit were obtained by the N treatment of 225 kg/ha(N225).Compared with the treatment of no nitrogen application，yield of N225 was increased extremely significantly with the rate of yield increased of 37.64%，N agronomic efficiency of 9.96 kg/kg，N partial factor productivity of 36.42 kg/kg，N fertilizer use efficiency of 38.70% and N balance of 3.07 which kept roughly the N balance.Comprehensive analysis of the indicators，N fertilizer application rate of 225 kg/ha is the optimum level for high-yield，high-income and relative high-N use efficiency of sorghum variety Jinza 22 under the experimental condition.

Key words：Brewing sorghum；Nitrogen application rate；Yield；Nitrogen use efficiency

基金项目：国家现代农业产业技术体系高粱产业技术体系汾阳试验站资金资助项目(CARS-06-04-06)；国家科技支撑计划课题 (2014BAD07B00)

作者简介：梁晓红(1982-)，女，山西柳林人，助理研究员，硕士，主要从事高粱高产高效栽培研究。

通讯作者：曹雄(1969-)，男，山西石楼人，副研究员，主要从事高粱遗传育种与栽培研究。