氮素調(diào)控對邊際土地甜高粱生長與微量元素吸收的影響

劉會玲+崔江慧

摘要： 以甜高粱為材料，通過田間試驗(yàn)研究氮素調(diào)控對甜高粱生長及微量元素吸收與積累的影響。結(jié)果表明，氮素調(diào)控能促進(jìn)甜高粱的生長，提高干物質(zhì)積累量。甜高粱干物質(zhì)在不同器官中的分配比例為莖稈>葉片、穗，莖桿干質(zhì)量占植株地上部總質(zhì)量的50%以上。不同品種甜高粱對氮素的響應(yīng)因品種而異，3個品種的最佳氮素施用量分別為165、158、357 kg/hm2，190111品種、cp090155品種的氮素需求較少；cp115品種的氮素需求較多，增產(chǎn)潛力較大。微量元素含量和吸收量高低依次順序均為Fe>Zn>Mn>Cu。植株不同時期的Fe-Cu、Fe-Mn、Mn-Cu之間含量、吸收量均存在極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系。氮素的施用，對甜高粱微量元素含量的影響因品種而異，表現(xiàn)出上升、下降或先上升后下降等多種趨勢；微量元素吸收量隨氮素施用量的增加呈先上升后下降的變化趨勢。

關(guān)鍵詞： 甜高粱；氮素控制；邊際土地；微量元素；干物質(zhì)積累量；分配

中圖分類號： S143.1；S514.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）22-0069-04

甜高粱[Sorghum bicolor（L.）Moench]是普通粒用高粱的一個變種，品種多、分布廣，具有抗逆性強(qiáng)、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，能夠在易旱、易澇、鹽堿、貧瘠土地上種植，生產(chǎn)潛力大、生物學(xué)產(chǎn)量高、糖分含量高，是高效能植物。甜高粱用途廣，可生食或用作糧食、飼料、釀造、生產(chǎn)燃料乙醇，可用于合成樹脂、橡膠、降解塑料，提取紅色素用于化妝品、食品工業(yè)，更是優(yōu)質(zhì)紙張和建材的綠色原材料[1]。

甜高粱在丘陵、山地等邊際土地生長良好，不與糧食作物爭地，能在生產(chǎn)條件較差的環(huán)境下獲得較好的經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)效益[2]。甜高粱對水分需要量較少，生產(chǎn)1 000 g干物質(zhì)僅耗水320 g，為小麥、大豆耗水量的1/2；甘蔗的1/3，比甜菜少[3]。種植甜高粱比種植玉米、大豆產(chǎn)值可提高20%左右。甜高粱乙醇轉(zhuǎn)化率高，是一種能替代糧食生產(chǎn)燃料乙醇的重要能源作物?？稍偕茉窗l(fā)展“十一五”和“十二五”規(guī)劃中明確指出，在東北、山東等劣質(zhì)土地資源豐富的地區(qū)，合理開發(fā)鹽堿地、荒草地、山坡地等邊際土地，集中種植甜高粱，發(fā)展以甜高粱莖稈為主要原料的燃料乙醇。合理種植甜高粱，具有增加植被、綠化荒坡、防風(fēng)固沙、降低鹽堿等作用，可減少水土流失，有利于水土保持[4]；同時可以減少二氧化碳、二氧化硫等有害氣體排放對環(huán)境造成的污染，對減少大氣污染、控制 溫室效應(yīng)、改善環(huán)境具有重大意義[1，3]。

微量元素與人和動物健康密切相關(guān)。鐵缺乏可導(dǎo)致缺鐵性貧血；缺銅會影響鐵的吸收，從而引起貧血；缺鋅可導(dǎo)致味覺嗅覺障礙、生長發(fā)育障礙、神經(jīng)精神障礙、傷口愈合不良等，缺鋅病人常伴隨鐵缺乏；錳缺乏可致骨骼畸形、動脈硬化等[5-6]。甜高粱富含多種微量元素，其莖稈汁液是一種營養(yǎng)全面的天然飲料，不僅礦物質(zhì)和氨基酸、維生素含量豐富，而且容易被人體吸收[7]。甜高粱作為飼料，營養(yǎng)價值高，適口性好，易消化，且種植簡便，生物產(chǎn)量比玉米高出0.5～1.0倍，用甜高粱青貯喂奶牛比喂玉米的產(chǎn)鮮奶量日增產(chǎn)850～1 850 g/頭[1]。甜高粱作為新興的糖料、飼料和能源作物，越來越受到人們重視。目前，甜高粱施肥研究多集中于施肥對產(chǎn)量和糖含量的影響[4，8-12]，邊際土地上施肥對甜高粱微量元素吸收的影響尚未見報道。通過田間試驗(yàn)，探討氮素調(diào)控對甜高粱微量元素吸收、積累的影響，為邊際土地利用和甜高粱生產(chǎn)服務(wù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試甜高粱品種有3個，分別為品種1（090111）、品種2（cp090155）、品種3（cp115）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2013年6—10月在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)三分廠進(jìn)行，試驗(yàn)地為撂荒地，沙質(zhì)壤土，肥力較低，土壤pH 值8.00，有機(jī)質(zhì)含量10.4 g/kg，全氮含量0.59 g/kg，速效磷含量8.0 mg/kg，速效鉀含量83.2 mg/kg。試驗(yàn)共設(shè)4個處理，分別為N0不施氮肥、N1施純氮75 kg/hm2、N2施純氮150 kg/hm2、N3施純氮225 kg/hm2；氮肥40%底施，60%追施拔節(jié)期。每個處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。6月25日播種，小區(qū)面積 18 m2，行距0.6 m，株距0.2 m。適時間苗、中耕、除草、灌溉、防病、治蟲，10月21日收獲。

1.3 取樣與分析測定

7月20日苗期、8月5日拔節(jié)期、8月20日孕穗期、9月5日抽穗期、9月25日灌漿期、10月21日收獲期，每個處理分別選取代表性植株3 株，帶回實(shí)驗(yàn)室。分莖稈、葉片（包括葉鞘）、穗裝在紙袋里，105 ℃殺青30 min，然后70 ℃烘干后稱質(zhì)量。2014年3—5月進(jìn)行樣品處理和微量元素測定。樣品經(jīng)粉碎混勻后，于550 ℃干灰化，用1 ∶ 1硝酸溶解后定容至50 mL，過濾，用島津AA-6300測定微量元素含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮素對甜高粱干物質(zhì)積累與分配的影響

從圖1可以看出，3個品種不同時期的植株干物質(zhì)積累量均表現(xiàn)為施用氮素的處理干物質(zhì)積累量較N0處理高，表明氮素的施用，促進(jìn)了甜高粱的生長，提高了各生育時期植株干物質(zhì)積累量。氮素施用，使品種1收獲期干物質(zhì)積累量較N0處理提高了15%～18%，品種2提高了6%～24%，品種3提高了23%～43%。不同品種干物質(zhì)積累量總體趨勢大致相同，干物質(zhì)累積量均隨生育期的推進(jìn)而增加；不同品種干物質(zhì)積累量略有差異，苗期差異不大，拔節(jié)期之后，差異逐漸增大；在完全不施肥的情況下，品種1的干物質(zhì)積累量較大，其次是品種2，品種3較小。收獲期甜高粱干物質(zhì)在不同器官的分配比例為莖稈>葉片、穗、莖桿干質(zhì)量占植株地上部總質(zhì)量的50%以上（圖2）。

品種1、品種2的干物質(zhì)累積量隨氮素用量的呈增加先上升后下降趨勢，品種3干物質(zhì)累積量呈持續(xù)上升趨勢。對收獲期的甜高粱干物質(zhì)積累量與氮素施用量進(jìn)行分析，結(jié)果3個品種的植株干物質(zhì)累積量與氮素施用量之間關(guān)系可以用方程進(jìn)行擬合：品種1，y=-0.001 3x2+0.438 6x+20493；品種2，y=-0.001 3x2+0.419 8x+163.57；品種3，y =-0.000 6x2+0.395 8x+151.37。根據(jù)以上方程得出3個品種的最佳氮素施用量，分別為165、158、357 kg/hm2。表明不同甜高粱品種對氮素需求和響應(yīng)不同。品種2、品種1氮素需求較少，品種3氮素需求較多，氮素增產(chǎn)潛力較大。

2.2 氮素對甜高粱微量元素含量的影響

從圖3可以看出，不同品種甜高粱的微量元素含量，均表現(xiàn)為Fe>Zn>Mn>Cu。綜合分析植株不同時期的微量元素含量發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e-Cu、Fe-Zn、Fe-Mn、Mn-Cu之間存在極顯著的線性正相關(guān)關(guān)系。氮素施用對甜高粱不同品種微量元素含量影響各不相同。品種1中Fe、Mn、Cu含量隨氮素的施用呈先上升后下降的趨勢，Zn含量隨氮素的用量增加而降低；品種2的Fe、Cu含量隨氮素的增加而上升；品種3的 Zn、Cu含量隨氮素的施用呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，F(xiàn)e、Mn含量隨氮素的用量增加而降低。

2.3 氮素對甜高粱微量元素吸收的影響

從圖4可以看出，甜高粱微量元素吸收量表現(xiàn)出與其含量相似的趨勢，均為Fe>Zn>Mn>Cu，鐵吸收量較多，其次是鋅、錳，銅最少。氮素施用， 提高了甜高粱對鐵、錳、銅的吸收量，對鋅吸收量的影響因品種而異。綜合分析植株不同時期的微量元素吸收量發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e-Cu、Fe-Mn、Mn-Cu之間存在極顯著的線性正相關(guān)。隨著氮素施用量的增加，微量元素吸收量呈先上升后下降的變化趨勢。不同品種的微量元素吸收量不同，品種1在N1水平下吸收量最高，品種3在N2水平下吸收量最高。

3 討論與結(jié)論

3.1 甜高粱干物質(zhì)積累與分配

甜高粱具有較大的遺傳多樣性和變異性，由于地域和種質(zhì)資源的不同，不同品種的生育期、含糖量和生物量都存在很大差異，籽粒、秸稈產(chǎn)量的變異系數(shù)分別為42.1%、505%[13]。本試驗(yàn)中3個甜高粱的干物質(zhì)積累量存在差異，收獲期變異系數(shù)為9.82%～17.78%之間，說明甜高粱品種存在遺傳差異性。高產(chǎn)型甜高粱品種成熟期物質(zhì)分配比例為莖稈>葉片>穗，有利于獲得較高的秸稈產(chǎn)量，同時保障葉源量大、葉片光合同化物供應(yīng)能力較強(qiáng)[14]。本試驗(yàn)中3個甜高粱收獲期的干物質(zhì)積累量與分配比例總體表現(xiàn)為莖稈>葉片、穗，莖桿干質(zhì)量占植株地上部總質(zhì)量的50%以上，能獲得較高的莖稈生物量。

3.2 氮素調(diào)控與甜高粱生長

氮是限制植物生長和產(chǎn)量形成的首要因素，氮肥對甜高粱草產(chǎn)量和效益影響最大[15]。遼寧撫順污灌區(qū)試驗(yàn)表明，氮磷鉀三要素中，氮對提高甜高粱總糖和生物量作用最大[16]。江蘇大豐市金海農(nóng)場鹽堿地試驗(yàn)結(jié)果顯示，限制甜高粱產(chǎn)量的肥料因子依次是氮肥、磷肥、鉀肥[17]。施肥對甜高粱的產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，施氮肥顯著提高甜高粱葉、莖及總干物質(zhì)、穗質(zhì)量、穗長[18]。但是在肥力良好的土壤上，甜高粱施用氮肥產(chǎn)量效益和氮素利用效率低，增產(chǎn)效果不顯著，不建議施用氮肥，這是甜高粱節(jié)肥的優(yōu)良特性，有利于減少能源作物生產(chǎn)投入[12]。

氮肥適量才能提高甜高粱產(chǎn)量，過量反而會降低產(chǎn)量。本試驗(yàn)設(shè)定了4個氮素水平，N2為指導(dǎo)最佳施肥量，N3為過量施肥水平。眾多研究表明[9，12，15，17-18]，將氮素指導(dǎo)最佳施肥量確定為150 kg/hm2。本試驗(yàn)中3個品種的最佳氮素施用量分別為165、158、357 kg/hm2；其中品種1、品種2最佳用量非常接近試驗(yàn)中指導(dǎo)最佳施肥量，品種3最佳用量則超出了試驗(yàn)用量最高水平。說明不同品種甜高粱對氮素的響應(yīng)不同，在氮素利用方面存在較大差異。生產(chǎn)氮肥要消耗大量能源，而且肥料施用后，容易通過氨揮發(fā)和硝態(tài)氮淋失等途徑損失，肥料利用率低、浪費(fèi)嚴(yán)重，甚至?xí)胸?fù)面的環(huán)境效應(yīng)。目前，許多學(xué)者都在進(jìn)行肥料減施增效研究。生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)不同甜高粱品種進(jìn)行肥效試驗(yàn)，確定適宜用量進(jìn)行合理氮素調(diào)控，以免盲目施肥造成肥料浪費(fèi)或施肥不足不能完全發(fā)揮作物的增產(chǎn)潛力，實(shí)現(xiàn)以適宜投入獲得較高的產(chǎn)出。因此，在節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境前提下，不同品種甜高粱氮素調(diào)控的適宜范圍還有待于進(jìn)一步研究。

3.3 氮素調(diào)控與甜高粱微量元素含量

微量元素含量受作物自身遺傳性狀控制和人為栽培措施的影響，因植物種類、植株部位、成熟狀況、土壤條件等因素而異[19-20]。大多數(shù)植物的含鐵量在100～300 mg/kg（干質(zhì)量），含銅量在5～25 mg/kg，含鋅量為25～150 mg/kg，微量元素含量順序大致為Fe>Zn>Cu[21]。水稻糙米、小麥籽粒微量元素含量趨勢均為Fe>Mn>Zn>Cu[22-23]；中國不同產(chǎn)區(qū)大豆Fe、Zn、Mn、Cu含量地區(qū)間差異較大，含量高低順序依次為 Fe>Zn>Mn>Cu[24]。水稻糙米微量元素含量Zn-Mn、Fe-Cu、Zn-Cu間呈極顯著正相關(guān)[22]。大豆Zn-Cu含量存在極顯著正相關(guān)[24]。本試驗(yàn)中，甜高粱微量元素含量趨勢為Fe>Zn>Mn>Cu，不同時期Fe-Cu、Fe-Zn、Fe-Mn、Mn-Cu間含量也表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)關(guān)系。

施用氮肥，影響作物的微量元素含量；小麥籽粒銅含量提高，鐵含量降低[23]。菜用大豆籽粒中的Mn、Fe含量，稻米中Fe、Zn、Cu、Mn含量均隨著施氮量增加先上升后下降[25-26]；本試驗(yàn)中，氮素用量對甜高粱微量元素影響各不相同，有的元素含量隨氮素用量增加呈現(xiàn)上升或先上升后下降的趨勢，有元素含量隨氮素的用量增加而降低。

3.4 氮素調(diào)控與甜高粱微量元素吸收

干旱條件下表施尿素，在N用量為150～270 kg/hm2范圍內(nèi)，隨氮素用量增加，耕層有效鐵含量降低，銅、鋅、錳含量提高，在一定程度上改變了土壤中Fe、Mn、Cu、Zn等元素的有效性，從而影響作物對微量元素的吸收[27]。施用N肥，小麥籽粒Fe、Mn、Cu、Zn吸收量顯著增加[23]；菜用大豆籽粒的Mn、Fe吸收量隨施氮量的增加先上升再下降[26]。在本試驗(yàn)中，甜高粱微量元素吸收量隨著氮素施用量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢；不同品種的微量元素吸收量為Fe>Zn>Mn>Cu，與微量元素含量趨勢一致。

[HS2][HT8.5H]參考文獻(xiàn)：

[1] 劉曉輝，高士杰，楊 明，等. 淺談甜高粱的利用價值[J]. 種子，2006，25（9）：98-99.

[2]謝延臣，王春虎，尹學(xué)惠，等. 甜高粱在循環(huán)產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用[J]. 河南科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2012，40（2）：9-13.

[3]竟麗麗，孫學(xué)永，高正良，等. 安徽省發(fā)展高能作物甜高粱的必要性與可行性分析[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011，39（13）：7632-7634.

[4]鄭桂萍，劉沐江，汪秀志，等. 不同種植方式及肥密因素下飼用甜高粱的產(chǎn)量表現(xiàn)[J]. 水土保持通報，2009，29（3）：25-28.

[5]霍軍生. 營養(yǎng)學(xué)[M]. 北京：中國林業(yè)出版社，2008：43-57.

[6]周 明. 動物營養(yǎng)學(xué)教程[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2014：126-131.

[7]石太淵，于 淼，李莉峰. 甜高粱莖稈汁營養(yǎng)成分分析及飲料制備工藝研究[J]. 食品工業(yè)，2011（3）：73-74.

[8]再吐尼古麗·庫爾班，陳維維，葉 凱. 施肥方式對甜高粱秸稈產(chǎn)量和糖分含量以及酶活性的影響[J]. 西北植物學(xué)報，2012，32（11）：2305-2312.

[9]王艷秋，鄒劍秋，張志鵬，等. 密度及氮、磷、鉀配比對甜高粱生物產(chǎn)量和莖稈含糖錘度的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，17（6）：103-110.

[10] 陸曉燕，沈益新. 有機(jī)肥施用量對甜高梁飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 草地學(xué)報，2011，19（2）：269-272.

[11]Ramos T B，Castanheiiza N L，Goncialues M C，et al. Effect of combined use of brackish water and nitrogen fertilizer on biomass and sugar yield of sweet sorghum[J]. Pedosphere，2012，22（6）：785-794.

[12]Ceotto E，Castelli F，Moschella A，et al. It is not worthwhile to fertilize sweet sorghum （Sorghum bicolor L. Moench） with cattle slurry：productivity and nitrogen-use efficiency[J]. Industrial Crops & Products，2014，62：380-386.

[13]韓立樸，馬鳳嬌，謝光輝，等. 甜高粱生產(chǎn)要素特征、成本及能源效率分析[J]. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，17（6）：56-69.

[14]吳秋平，袁翠平，姜文順，等. 30個甜高粱品種糖產(chǎn)量與氮素利用特性[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（12）：4055-4062.

[15]鄭慶福，楊恒山，劉 晶，等. N、P、K肥配施對雜交高粱草產(chǎn)量及效益的影響[J]. 中國草地學(xué)報，2007，29（2）：65-69.

[16]孫 清，梁成華，袁振宏，等. 氮磷鉀配施對甜高粱總糖和生物量的影響[J]. 太陽能學(xué)報，2008，29（2）：252-255.

[17]王志春，王永慧，陳建平，等. 氮磷鉀肥配施對鹽堿地甜高粱產(chǎn)量及干物質(zhì)積累的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，41（11）：80-81.

[18]Almodares A，Taheri R，Hadi M R，et al. The effect of nitrgen and potassium fertilizers on the growth parameters and the yield components of two sweet sorghum cultivars[J]. Pakistan Journal of Biological Science，2006，9（12）：2350-2352.

[19]牛 艷，王曉菁，王彩艷，等. 鐵、銅配施對寧夏構(gòu)杞中有效成分、微量元素積累的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（1）：228-230.

[20]張文娥，潘學(xué)軍. 不同生育期芭蕉芋微量元素的吸收積累與轉(zhuǎn)運(yùn)分配特征[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（7）：262-265.

[21]陸景陵. 植物營養(yǎng)學(xué)[M]. 2版.北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社，2010：77-95.

[22]董華夏. 水稻種質(zhì)資源糙米礦質(zhì)元素含量的分析[D]. 武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2014.

[23]李 峰，田霄鴻，陳 玲，等. 栽培模式、施氮量和播種密度對小麥子粒中鋅、鐵、錳、銅含量和攜出量的影響[J]. 土壤肥料，2006（2）：42-46.

[24]虞曉凡，蔣高明. 中國大豆主要礦質(zhì)元素含量特征與分析評價[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，47（1）：21-25.

[25]袁繼超，劉叢軍，俄勝哲，等. 施氮量和穗粒肥比例對稻米營養(yǎng)品質(zhì)及中微量元素含量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2006，12（2）：183-187，200.

[26]張國正，周 琴，何小紅，等. 氮、磷和鉀肥對菜用大豆籽粒產(chǎn)量和主要礦質(zhì)元素積累的影響[J]. 大豆科學(xué)，2009，28（6）：1034-1039.

[27]張淑香，王小彬，金 柯，等. 干旱條件下氮、磷水平對土壤鋅、銅、錳、鐵有效性的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報，2001，7（4）：391-396.