王勁松，董二偉，武愛蓮，白文斌，王媛，焦曉燕

不同肥力條件下施肥對粒用高粱產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分吸收利用的影響

王勁松1，董二偉1，武愛蓮1，白文斌2，王媛1，焦曉燕1

（1山西省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，太原 030031；2山西省農(nóng)業(yè)科學院高粱研究所，山西晉中 030600）

【】研究土壤肥力、施肥及其互作對高粱產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分利用的影響，為不同肥力條件下高粱施肥提供理論依據(jù)。從連續(xù)6年長期定位試驗的不施肥、氮磷鉀配施、氮磷鉀結(jié)合有機肥和秸稈還田3個處理采集土壤，分別代表低肥力（LSF）、中肥力（MSF）和高肥力（HSF），每個肥力水平設(shè)不施肥（NF）和施肥（CF）2個處理，在溫室進行盆栽試驗。籽粒成熟后每盆單獨收獲測產(chǎn)，測定并計算地上部及籽粒的氮磷鉀養(yǎng)分含量、土壤氮磷鉀養(yǎng)分依存率及氮磷鉀肥養(yǎng)分利用效率，分析各處理對籽粒中淀粉、單寧及蛋白質(zhì)含量的影響。土壤基礎(chǔ)肥力顯著影響高粱地上部生物量和籽粒產(chǎn)量，但施肥后LSF、MSF和HSF 3個處理具有相同的生物量和產(chǎn)量。土壤基礎(chǔ)肥力對籽粒淀粉含量沒有顯著影響，不施肥時LSF、MSF及HSF籽粒淀粉含量為67.99%—69.33%；但施肥降低高粱籽粒淀粉含量，隨土壤基礎(chǔ)肥力的升高，影響更為明顯，HSF的CF處理淀粉含量僅為60.75%，比NF處理降低了九個百分點；土壤基礎(chǔ)肥力對直鏈淀粉和支鏈淀粉比值沒有影響。不施肥時LSF籽粒單寧含量最高，達13.69 g·kg-1，MSF和HSF的籽粒單寧含量分別為10.67和10.78 g·kg-1；施肥降低了LSF和HSF處理籽粒單寧含量，降幅達30%；盡管隨土壤基礎(chǔ)肥力提升籽粒蛋白質(zhì)含量增加，但不施肥處理蛋白質(zhì)含量較低，為50.98—68.54 g·kg-1；施肥顯著提高了籽粒蛋白質(zhì)含量，施肥后LSF、MSF和HSF處理的籽粒蛋白質(zhì)含量分別為108.13、118.13和117.19 g·kg-1。土壤基礎(chǔ)肥力顯著影響了土壤地力和肥料對籽粒產(chǎn)量貢獻率，LSF、MSF和HSF肥力下施肥對產(chǎn)量的貢獻率分別為90.2%、51.7%和8.5%。不施肥時隨土壤基礎(chǔ)肥力提升，籽粒和秸稈中氮磷鉀含量增加；與對應土壤基礎(chǔ)肥力比較，施肥提高了籽粒和秸稈中氮磷鉀養(yǎng)分吸收量，以HSF為例籽粒和秸稈中氮的吸收量分別由319.42和481.63 mg/盆增至597.11和924.92 mg/盆，造成了養(yǎng)分的奢侈吸收，降低了氮磷鉀的收獲指數(shù)，而在LSF和MSF情況下施肥提高了氮磷鉀的收獲指數(shù)。施肥能使低肥力土壤獲得最大產(chǎn)量潛力；土壤基礎(chǔ)肥力影響籽粒產(chǎn)量，但對籽粒淀粉、單寧和蛋白質(zhì)含量的影響遠遠小于施肥；低肥力不施肥籽粒淀粉和單寧含量最高，高肥力施肥明顯降低籽粒淀粉和單寧含量；施肥對籽粒蛋白質(zhì)含量的影響遠大于土壤肥力。施肥提高低土壤肥力植株氮磷鉀收獲指數(shù)，降低了高肥力養(yǎng)分收獲指數(shù)，低肥力土壤合理施肥能實現(xiàn)籽粒高粱產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同提高。

高粱；土壤肥力；籽粒品質(zhì)；養(yǎng)分吸收

0 引言

【研究意義】土壤培肥對保障作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)非常重要[1-2]，但土壤肥力的提升是一個長期的過程[3]；高粱（(L.)Moench）是僅次于小麥、水稻、玉米和大麥的世界第五大作物，具有較強的抗旱性，廣泛種植在干旱和半干旱地區(qū)[4]。釀造業(yè)和飼料業(yè)的快速發(fā)展加劇了中國高粱的需求，2011—2015年，高粱進口量從8.4萬噸增至1 000萬噸，對進口高粱的依存度高達60%—90%[5]；為了滿足需求，2018年全國高粱種植面積急劇增加，種植土壤肥力高低不一。通常認為高粱具有較強的耐瘠性，對土壤肥力響應程度相對較小[6]。明確不同地力條件下施肥對高粱產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分利用效率的影響有助于針對不同土壤肥力進行養(yǎng)分管理，實現(xiàn)不同肥力條件下高粱生產(chǎn)的養(yǎng)分高效利用，對減少養(yǎng)分資源浪費具有重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】在中國，土壤肥力貢獻率呈現(xiàn)下降的趨勢[7]，養(yǎng)分管理模式影響土壤肥力[8-9]，長期施用無機肥或無機肥與有機肥秸稈配施能提高土壤基礎(chǔ)肥力[10]。通過對中國典型農(nóng)田21個長期肥料試驗數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，長期不施肥或使用化肥對玉米和小麥而言，土壤生產(chǎn)能力下降，但對水稻產(chǎn)量不明顯[9]。土壤肥力水平不僅影響作物的生產(chǎn)潛力，也影響肥料利用效率，與高肥力土壤比較，施肥能夠明顯提升低肥力土壤的增產(chǎn)效果，提高肥料養(yǎng)分的利用效率[1, 11-13]。施肥也調(diào)控作物品質(zhì)，增施氮提高小麥和玉米籽粒蛋白質(zhì)含量[14-15]，適量氮肥提高高粱籽粒的淀粉含量[16-17]，施肥時期也影響小麥籽粒的硬度和蛋白的含量[18]，在保證作物產(chǎn)量和品質(zhì)情況下，降低施肥量對經(jīng)濟效益和生態(tài)效益具有重要意義[19]?！颈狙芯壳腥朦c】中國高粱主要用于釀造業(yè)，籽粒中淀粉含量直接影響出酒（醋）率，單寧含量影響釀造產(chǎn)品的風味；中國高粱施肥管理粗放，不同土壤肥力條件、施肥及其互作對高粱籽粒產(chǎn)量、籽粒淀粉和單寧的影響鮮有報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以2011—2016年施肥定位試驗中不施肥（low soil fertility，LSF）、氮磷鉀配施（medium soil fertility，MSF）、氮磷鉀配施有機肥和秸稈還田（high soil fertility，HSF）形成的不同土壤肥力水平，研究不同肥力條件及其施肥對高粱籽粒產(chǎn)量、養(yǎng)分利用及籽粒品質(zhì)的影響，為干旱及半干旱區(qū)不同肥力條件下獲得高粱產(chǎn)量和品質(zhì)雙贏的養(yǎng)分管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

自2011年，在山西晉中市東陽鎮(zhèn)山西省農(nóng)業(yè)科學院試驗基地進行了不同施肥處理的長期定位施肥試驗。供試土壤采自該定位試驗處理3個不同土壤肥力水平，分別為：不施肥（LSF）、氮磷鉀化肥配施（MSF）、氮磷鉀化肥配施有機肥和秸稈還田（HSF）；2011—2016年，MSF和HSF處理每年施入氮肥（N）225 kg·hm-2、磷肥（P2O5）75 kg·hm-2、鉀肥（K2O）75 kg·hm-2，且HSF處理每年另外施入45 m3·hm-2有機肥（折合養(yǎng)分N 99.68 kg·hm-2、P2O555.90 kg·hm-2、K2O 69.15 kg·hm-2）、秸稈6 150 kg·hm-2（折合養(yǎng)分N 49.20 kg·hm-2、P2O511.27 kg·hm-2、K2O 139.16 kg·hm-2），3個肥力處理的土壤機械組成一致，土壤養(yǎng)分狀況見表1。

表1 供試土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況

LSF：低肥力；MSF：中肥力；HSF：高肥力。下同

LSF: Low soil fertility; MSF: Medium soil fertility; HSF: high soil fertility. The same as below

試驗于2017年在山西省農(nóng)業(yè)科學院溫室進行。春季施肥前采集LSF、MSF、HSF 3個處理的耕層土壤（0—20 cm）進行盆栽，在3個肥力（處理）的基礎(chǔ)上設(shè)不施肥（NF）和施肥（CF），共6個處理，每個處理10次重復。試驗采用盆高20.0 cm，上部和底部直徑分別為23.5和17.0 cm的容器進行盆栽，供試土壤風干過5 mm篩后，混合均勻，每盆裝土6 kg，CF處理N、P2O5和K2O施用量分別為0.2、0.15和0.15 g·kg-1，以尿素、磷酸二氫鉀和硝酸鉀形式施入，3月18日播種，每盆播種20粒，出苗后22 d間苗，每盆留苗4株，出苗后39 d每盆定苗2株直至8月7日收獲。生育期內(nèi)試驗盆栽隨機排列，每3天挪動避免邊際效應。

1.2 樣品采集與測定

籽粒成熟后每盆單獨收獲測產(chǎn)，同時將采集的地上部植株樣洗凈，105℃殺青30 min后，65℃烘干至恒重測定生物量，粉碎后用于測定植株和籽粒氮磷鉀養(yǎng)分。H2SO4消煮凱氏定氮儀測定氮含量；濃HClO4和濃HNO3按照1﹕3消煮，紫外可見分光光度計比色測定磷的含量，火焰光度計測定鉀的含量[20]。粉碎的籽粒避光保存，用75%二甲基甲酰胺溶液浸提，紫外可見分光光度計比色法測定籽粒單寧含量[21]，氯化鈣溶液為分散劑，旋光法測定總淀粉含量[22]，碘試劑顯色法紫外可見分光光度計比色測定直鏈淀粉含量[23]，用籽粒氮含量折算蛋白質(zhì)含量[20]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用以下公式計算相關(guān)參數(shù)[10, 24]：

土壤肥力貢獻率（%）（contribution of soil fertility to yield）=不施肥處理籽粒產(chǎn)量（g/pot）/施肥處理籽粒產(chǎn)量（g/pot）×100

肥料貢獻率（%）（contribution of fertilizer）=[施肥處理籽粒產(chǎn)量（g/pot）-不施肥處理籽粒產(chǎn)量（g/pot）]/施肥處理籽粒產(chǎn)量（g/pot）×100

籽粒養(yǎng)分吸收量（mg/pot）（nutrition accumulation by grain）=籽粒產(chǎn)量（g/pot）×1000×籽粒養(yǎng)分含量（%）

地上部養(yǎng)分總吸收量（mg/pot）（total nutrition accumulation）=籽粒產(chǎn)量（g/pot）×1000×籽粒養(yǎng)分含量（%）+秸稈產(chǎn)量（g/pot）×1000×秸稈養(yǎng)分含量（%）

氮（磷、鉀）素收獲指數(shù)（%）（nitrogen (phosphorus , potassium) harvest index）=籽粒吸收氮（磷、鉀）量（mg/pot）/地上部吸收氮（磷、鉀）量（mg/pot）×100

土壤氮（磷、鉀）依存率（%）（soil nitrogen ( phosphorus、potassium) dependent rate ]=不施肥處理地上部吸氮（磷、鉀）量（mg/pot）/施肥處理地上部吸收氮（磷、鉀）量（mg/pot）×100

肥料回收利用率（%）（fertilizer recovery efficiency）=（施肥處理地上部養(yǎng)分吸收量（g/pot）-不施肥處理地上部養(yǎng)分吸收量（g/pot））/施肥量（g/pot）×100

氮（磷、鉀）偏生產(chǎn)力（g·g-1）（partial factor productivity of fertilizer）=施肥處理籽粒產(chǎn)量（g/pot）/施氮（磷、鉀）量（g/pot）

籽粒氮（磷、鉀）利用效率（g·g-1）（nitrogen (phosphorus, potassium）use efficiency of grain）=籽粒產(chǎn)量（g/pot）/成熟期地上部氮（磷、鉀）吸收量（g/pot）

用Microsoft Excel 2003作圖，Minitab 15進行數(shù)據(jù)分析，方差分析差異顯著時進行多重比較。

2 結(jié)果

2.1 土壤肥力及施肥對高粱地上部生物量和籽粒產(chǎn)量的影響

基礎(chǔ)肥力（NF）對地上部生物量和籽粒產(chǎn)量有顯著影響（＜0.05），基礎(chǔ)肥力生物量和籽粒產(chǎn)量均表現(xiàn)HSF>MSF>LSF：與LSF處理比較，MSF和HSF基礎(chǔ)肥力生物量分別提高207.5%和385.9%，籽粒產(chǎn)量分別提高了403.4%和878.9%。施肥對不同肥力條件下高粱地上部生物量和籽粒產(chǎn)量具有顯著的提升效應（＜0.05），但施肥對3種肥力地上部生物量和產(chǎn)量影響不同：與NF處理比較，CF處理低肥力（LSF）的生物量和籽粒產(chǎn)量分別提高了387.9%和919.3%，中肥力（MSF）分別增加了98.1%和68.6%，高肥力（HSF）分別增加了8.4%和9.3%；3個肥力條件下CF處理的生物量和籽粒產(chǎn)量沒有顯著差異（＞0.05）（圖1）。

2.2 土壤肥力及施肥對高粱籽粒品質(zhì)的影響

方差分析表明，土壤肥力和施肥對高粱籽粒淀粉含量分別有顯著（＜0.05）和極顯著（＜0.01）的影響；多重比較表明，不施肥肥力水平對淀粉含量沒有顯著影響，淀粉含量為69.33%—69.70%；但隨肥力水平的提升，施肥降低了籽粒淀粉含量，低肥力（LSF）的CF籽粒淀粉含量為67.99%，MSF和HSF籽粒淀粉含量則分別為65.50%和60.75%；雖肥力水平和施肥對直鏈淀粉和支鏈淀粉與總淀粉的比例沒有顯著影響（＞0.05），但提高肥力和施肥均提升了直鏈淀粉含量，降低了支鏈淀粉含量（表2）。土壤肥力和施肥及其交互效應顯著影響單寧含量（＜0.05）；不施肥時，土壤肥力提升，單寧含量降低，LSF的NF處理籽粒單寧含量高達13.69 g·kg-1，而CF處理單寧含量僅為10.53 g·kg-1；MSF時施肥對籽粒單寧含量沒有影響；高肥力時，CF降低了籽粒單寧含量，僅為LSF的NF處理單寧含量的56%（表2）。土壤肥力、施肥及其交互對籽粒蛋白質(zhì)含量具顯著影響（＜0.01），LSF、MSF和HSF不施肥時籽粒中蛋白質(zhì)含量分別為50.98、51.75和68.54 g·kg-1，對應地各肥力施肥后籽粒蛋白質(zhì)含量分別增至108.13、118.13和117.19 g·kg-1（表2）。為此無論土壤肥力如何，當季施肥能提高籽粒中蛋白質(zhì)含量。

LSF：低肥力；MSF：中肥力；HSF：高肥力；NF：不施肥；CF：施氮磷鉀肥；不同小寫字母表示不同處理間在0.05水平上差異顯著。下同

表2 不同肥力條件下施肥對籽粒品質(zhì)的影響

NF：不施肥；CF：施氮磷鉀肥；同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理在0.05水平上差異顯著；*和**分別表示在0.05和0.01水平上有顯著影響。下同

NF: Without fertilization; CF: With fertilization. Different lowercase letters in the same column indicates significant differences at 0.05 level. * and ** mean significant differences at 0.05 and 0.01 level, respectively. The same as below

2.3 土壤肥力及施肥對肥料貢獻率的影響

土壤肥力顯著影響土壤本身對高粱籽粒產(chǎn)量的貢獻和施肥對產(chǎn)量的貢獻，LSF、MSF和HSF土壤肥力貢獻率分別為9.8%、48.3%和91.5%（圖2），3種肥力條件下施肥對產(chǎn)量的貢獻有顯著差異（＜0.05），貢獻率分別為90.2%、51.7%和8.5%，施肥對高粱產(chǎn)量的貢獻率隨土壤肥力的提高而降低。

2.4 土壤肥力及施肥對高粱養(yǎng)分吸收利用的影響

2.4.1 土壤肥力及施肥對氮磷鉀養(yǎng)分吸收、收獲指數(shù)的影響 土壤肥力、施肥及其交互對籽粒和地上部氮磷鉀吸收量均有極顯著影響（＜0.01）（表3），無論施肥與否高粱籽粒及地上部氮磷鉀吸收量均表現(xiàn)為HSF>MSF>LSF。不施肥時肥力對籽粒和地上部氮磷鉀影響較大，施肥后雖然肥力對籽粒和地上部氮磷鉀吸收量有顯著影響，但其影響遠遠小于肥力的影響，籽粒和地上部氮磷鉀的吸收量分別為524.87—597.11、76.43—90.04、100.13—116.60 g/盆和731.26—924.92、84.74—113.15和731.99—1167.32 g/盆。

養(yǎng)分收獲指數(shù)表明養(yǎng)分在籽粒和營養(yǎng)器官的分配狀況。土壤肥力、施肥及其交互效應極顯著地影響了氮和鉀的收獲指數(shù)（＜0.01）（表3），不施肥時土壤肥力提升，氮鉀收獲指數(shù)增加，LSF、MSF HSF處理氮收獲指數(shù)分別為41.76%、59.63%和66.31%，LSF、MSF、HSF鉀的收獲指數(shù)為6.48%、11.31%和10.08%；施肥后隨土壤肥力提升氮鉀的收獲指數(shù)均顯著下降（＜0.05）；土壤肥力對磷的收獲指數(shù)沒有顯著影響（＞0.05），但施肥及肥力與施肥的交互效應對磷收獲指數(shù)有極顯著影響（＜0.01）；不施肥時3個肥力磷收獲指數(shù)分別為74.90%、82.49%和87.05%，施肥后磷收獲指數(shù)分別提升至90.14%、88.50%和79.59%，整體表現(xiàn)出土壤肥力過低或過量施肥均會降低氮磷鉀的收獲指數(shù)。

圖2 土壤肥力及施肥對肥料貢獻率的影響

2.4.2 土壤肥力及施肥對高粱氮磷鉀利用效率的影響 圖3表明隨土壤肥力的提高，植株氮磷鉀累積量對土壤的依懶性顯著增加（＜0.05），LSF植株氮磷鉀含量對土壤養(yǎng)分的依存率分別為7.96%、11.36%和19.69%，HSF植株氮含量對土壤依存率為52.14%，而磷鉀的依存率達到82.98%和88.49%。隨土壤肥力的提升，氮磷鉀肥料回收利用率下降，LSF、MSF和HSF的氮回收利用率分別為56.08%、54.52%和36.94%，磷回收利用率為8.36%、6.53%和2.14%，鉀回收利用率為65.23%、60.81%和14.91%（圖3）。土壤肥力對氮磷鉀肥料偏生產(chǎn)力沒有顯著影響（＞0.05）。

圖4表明肥力顯著影響高粱籽粒氮磷鉀利用效率（＜0.05）。與NF比較，CF處理降低了各肥力的籽粒氮利用效率，MSF的NF處理氮利用效率最高；與NF處理比較，LSF、MSF和HSF施肥引起氮利用效率降低18.81%、52.25%和44.68%。施肥提高了低肥力時籽粒磷和鉀利用效率，但降低了MSF和HSF磷和鉀利用效率（圖4）。

圖3 土壤肥力對高粱土壤養(yǎng)分依賴性、肥料回收利用率和肥料偏生產(chǎn)力的影響

3 討論

3.1 土壤肥力及施肥對高粱產(chǎn)量的影響

土壤地力受土壤肥力、土壤物理特性及水分等因素影響[10,25]，本研究采用機械組成一致的土壤進行試驗，能夠較好地反映土壤肥力對高粱生長的影響。土壤肥力影響作物產(chǎn)量，且隨基礎(chǔ)肥力提升，施肥對產(chǎn)量的影響降低[7-8]，盡管相同施肥條件下地力影響作物產(chǎn)量[2,8,13,26]，但本試驗施肥能夠保證不同肥力當季獲得相同籽粒產(chǎn)量（圖1），低肥力肥料貢獻率高達90%左右（圖2），這表明施肥能使瘠薄土壤獲得預期高粱產(chǎn)量，高肥力土壤減施氮亦可獲得較高產(chǎn)量。

表3 土壤肥力及施肥對高粱養(yǎng)分吸收量及養(yǎng)分收獲指數(shù)的影響

圖4 土壤肥力與施肥對籽粒氮磷鉀養(yǎng)分利用效率的影響

3.2 土壤肥力及施肥對養(yǎng)分吸收吸收的影響

植物體內(nèi)足夠的養(yǎng)分是作物生長和籽粒形成的基礎(chǔ)。無論土壤肥力高低，施肥不同程度提高了植物體內(nèi)氮磷鉀養(yǎng)分吸收（表3），施肥后土壤肥力對生物量和籽粒產(chǎn)量沒有影響，但顯著提高了籽粒和地上部養(yǎng)分累積；其次土壤肥力高時施肥與否對生物量和籽粒產(chǎn)量沒有影響，但施肥提高了籽粒和地上部養(yǎng)分累積（圖1和表3），故施肥顯著提高低肥力籽粒的養(yǎng)分利用效率（圖4）；通常養(yǎng)分脅迫條件下籽粒養(yǎng)分利用效率提高[27]，本研究說明根據(jù)土壤肥力合理施肥，不僅能夠達到預期產(chǎn)量，也能提高籽粒養(yǎng)分利用效率。

3.3 土壤肥力及施肥對養(yǎng)分在籽粒中分配的影響

土壤肥力和施肥影響氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，并調(diào)控在籽粒中分配[28]，同理本研究發(fā)現(xiàn)土壤肥力和施肥調(diào)控高粱養(yǎng)分收獲指數(shù)（表3）。不施肥時隨土壤肥力提高氮磷鉀養(yǎng)分收獲指數(shù)提高，既利用單位數(shù)量的氮磷鉀形成更多的籽粒產(chǎn)量；在陜西關(guān)中小麥上表現(xiàn)出隨施肥水平提高，養(yǎng)分利用效率降低[29]；但本試驗在中低肥力條件下施肥提高了養(yǎng)分收獲指數(shù)，高肥力條件下施肥降低了養(yǎng)分收獲指數(shù)，這表明養(yǎng)分供給過剩會阻礙養(yǎng)分在籽粒中的分配。

3.4 土壤肥力及施肥對高粱籽粒淀粉和單寧含量的影響

高粱籽粒淀粉含量達60%—77%[30]，淀粉含量影響釀造出酒率和飼料能量的提供[31-32]，蛋白質(zhì)及單寧等品質(zhì)性狀影響酒的品質(zhì)[33]。施氮能夠提高小麥和水稻的總淀粉含量和調(diào)節(jié)直鏈淀粉/支鏈淀粉比例[34-35]，但玉米施氮量從100 kg·hm-2增至300 kg·hm-2時淀粉含量從71.83%降至65.60%[36]；水分狀況影響施氮對高粱籽粒淀粉含量的調(diào)控，水脅迫時施氮提高高粱籽粒淀粉含量[37]；本盆栽試驗是在水分條件較好的情況下進行的，表現(xiàn)出無論土壤肥力高低，施肥會降低總淀粉含量，土壤肥力越高，對淀粉含量影響越大；高土壤肥力施肥，籽粒淀粉含量降低九個百分點，降幅達13%，但不施肥土壤肥力本身對淀粉含量沒有顯著影響，淀粉含量達69.3%—69.7%（表2）；施肥影響玉米直鏈淀粉/支鏈淀粉比例[36]，但本試驗未發(fā)現(xiàn)土壤肥力和施肥影響高粱籽粒直鏈與支鏈淀粉比例。與以前研究結(jié)果一致[38]，隨土壤肥力的提高，籽粒蛋白質(zhì)含量增加，但土壤肥力對籽粒蛋白質(zhì)含量的影響遠遠小于施肥對其的影響，施肥后籽粒蛋白質(zhì)含量幾乎是同等土壤肥力不施肥處理的2倍。與施肥比較土壤養(yǎng)分供給（包括高肥力土壤養(yǎng)分供給）相對是一個緩慢的過程[38]，這可能說明養(yǎng)分供給強度調(diào)控籽粒中碳水化合物的運轉(zhuǎn)或累積。脅迫條件會抑制光合產(chǎn)物合成和轉(zhuǎn)化，促進單寧的累積[37,40-41]，施肥能夠緩解水脅迫誘導的高粱單寧累積，而在水分條件適宜時施肥卻抑制了單寧含量[37]，本研究在土壤肥力低、不施肥脅迫下會造成單寧的過量累積，土壤肥力高且施肥降低了籽粒單寧含量。鑒于單寧與蛋白質(zhì)結(jié)合會影響高粱籽粒碳水化合物的酒精轉(zhuǎn)化[42]，有必要土壤肥力低時通過施肥提高淀粉含量并控制單寧的累積。

4 結(jié)論

施肥能使高粱在瘠薄土壤上獲得較高籽粒產(chǎn)量；土壤肥力對高粱籽粒淀粉含量沒有影響，土壤肥力高時施肥反而會抑制籽粒淀粉形成和降低淀粉含量；養(yǎng)分脅迫提高單寧含量，土壤肥力高時施肥明顯降低籽粒單寧含量；根據(jù)土壤肥力合理施肥可實現(xiàn)高粱產(chǎn)量和淀粉含量雙高的效果。

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Responses of Fertilization on Sorghum Grain Yield, Quality and Nutrient utilization to Soil Fertility

WANG JinSong1, DONG ErWei1, WU AiLian1, BAI WenBin2, WANG Yuan1, JIAO XiaoYan1

(1Institute of Agricultural Environment and Resources, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Taiyuan 030031;2Institute of Sorghum, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Jinzhong 030600, Shanxi)

Responses of sorghum grain yield , quality and NPK utilization to inherent soil fertility, and their interaction were explored to provide theoretical basis for best nutrient management according to soil fertility.Pot experiment was conducted in greenhouse. Soil was collected from three treatments of long-term fertilizer application experiment for 6 years, which were without fertilizer, NPK application and NPK application along with animal manure and straw returning to field, respectively. They were termed as low soil fertility (LSF), medium soil fertility (MSF) and high soil fertility (HSF), correspondingly. For each soil fertility, there were two treatments for pot experiment: without fertilizer (NF) and fertilizer application (CF). Plant and grain of sorghum were harvested after maturity. NPK accumulation in plant above ground and grain were calculated according to NPK concentration and biomass of each part of plant. The contents of starch, tannic and protein of grain were determined.For LSF, MSF and HSF, a similar biomass and yield were gained if fertilizer was applied. They were significantly affected by inherent soil fertility if fertilizer was withdrawn. Soil fertility did not affect starch content of grain, which was 67.99%-69.33%, if fertilizer was not applied. However, HSF combined with fertilizer application resulted in 60.75% starch content in grain. For all treatments, the highest of tannin content was observed in grain of LSF without fertilizer. Fertilizer application significantly decreased tannin content of grain when sorghum was cultivated with LSF and HSF, only 70% of that was produced by LSF combined with NF. Protein content was promoted with the increase of inherent soil fertility, and was doubled by fertilizer application whatever soil fertility was. When fertilizer was applied, the contributions of soil fertility to yield were 90.25%, 51.75% and 8.5% for LSF, MSF and HSF, respectively. NPK accumulation of both grain and plant aboveground was regulated by inherent soil fertility. Fertilizer enhanced NPK absorption for all soil fertility treatments. For example, N accumulation in grain and plant, induced by fertilizer application, were 1.8 and 1.9 times of those when fertilizer was withdrawn under conditions of HSL. NPK harvest indices were enhanced by fertilizer application if soil fertility was either low or medium; whereas diminished NPK harvest indices were noticed with high soil fertility.The potential sorghum grain yield can be gained for low soil fertility by means of fertilizer application. Without fertilizer, inherent soil fertility has a significant effect on grain yield. However its impacts on content of starch, tannin and protein can be neglected. Low soil fertility, combined withdrawn fertilizer, promotes starch and tannin accumulation in grain. Fertilizer application has relative more influence on grain protein content than soil fertility does. Fertilizer application diminishes nutrient harvest index and nutrient use efficiency if inherent soil fertility is high.

sorghum; inherent soil fertility; grain quality; nutrient accumulation

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.22.020

2019-05-31；

2019-07-01

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目（CARS-06-13.5-A20）、山西省重點研發(fā)計劃重點項目（201703D211010）

王勁松，E-mail：jinsong＿wang@126.com。通信作者焦曉燕，E-mail：jiaoxiaoyan@sxagri.ac.cn

（責任編輯 李莉）