不同薏苡品种氮磷钾养分吸收分配及需求特征

曾 涛， 魏 盛， 付敬锋， 魏鹏程， 陈 杜， 郑迎霞， 李 蕾， 韦海龙， 张 军， 宋 碧

(1.贵州大学农学院，贵州贵阳 550025； 2.黔南州农业农村局，贵州都匀 558000)

薏苡(Coixlachryma-jobiL.)是我国古老的药粮兼用作物，具有极高的药用价值和营养价值[1-3]。贵州是我国薏苡主产区，近5年种植面积及产量均位居全国第一，种植面积达6.67万hm2，年产量30万t，占全国2/3左右[4]。氮(N)、磷(P)、钾(K)是作物生长发育必需的三大营养元素，其吸收利用率直接影响作物生长发育，作物在不同生育阶段对各营养元素的需求量不同，因此研究薏苡生长过程中营养元素含量的变化动态，根据各生育期的需肥特性进行合理施肥对实现薏苡高产稳产具有重要作用。目前，关于薏苡在种质资源、化学成分及药理等方面的研究多有报道[5-6]。另外，在不同地区对薏苡栽培模式和优质高效生产[7-8]、肥料配比优化、光合生理特征等方面也不乏有益的探索和总结[9-12]。罗光琼等的研究表明，密度对薏仁产量有较大影响，氮、磷、钾3种营养元素缺乏或过量均会使薏苡产量大幅度降低[7]；邹军等研究提出密度为13.3万株/hm2，氮肥、磷肥、钾肥施用量分别为375、405、540 kg/hm2条件下薏苡可获高产[8]；陈光能等的研究表明，当施氮量为 225 kg/hm2时，有利于薏苡千粒质量、结实率及群体产量的增加，过高或过低均不利于薏苡增产[13]；赵杨景等的研究表明，N、P、K营养元素对薏苡茎叶干质量的影响顺序为N>P>K，而对根干质量的影响则表现为N>K>P，缺少N、P、K 3种营养元素中的任何一种，均使植株内相应的元素含量显著降低[14]。目前，关于薏苡干物质积累及其养分吸收特性的研究甚少。本研究以3个薏苡品种为材料，分析其生长过程中N、P、K各养分积累、分配以及不同生育时期养分需求特性，以期为贵州省兴仁市及同类地区不同薏苡品种大田生产中科学施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点

本试验于2020年4—10月在贵州省兴仁市(36°56′N，105°15′E)下山镇、巴铃镇、屯脚镇、城北街道(8个试点)进行，试验数据均为8个试点的平均值，各试点平均海拔1 200 m，属亚热带湿润季风气候，供试土壤基本理化性质见表1。

表1 各试点土壤基本理化性质

1.2 试验设计

采用随机区组设计，供试品种共3个，分别为贵薏苡1号、师宗小黑壳和兴仁小白壳，各试点3个品种，每个品种3次重复，小区面积60 m2(10 m×6 m)，采用等行距种植，种植密度为2.25万穴/hm2，种肥施用复合肥300 kg/hm2，分蘖期追施尿素 300 kg/hm2，拔节、孕穗期施用复合肥600 kg/hm2。2020年4月1日播种，10月6日收货，其他栽培措施同当地大田生产。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 生物量 薏苡于拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、成熟期在各试点随机选取3穴具有代表性的植株，按各器官(根、茎鞘、叶片、籽粒)分开后于 105 ℃ 杀青30 min，80 ℃烘干至恒质量后测定其干物质质量。样品粉碎过筛待测。

1.3.2 养分含量 全氮、全磷、全钾含量分别采用凯氏定氮法、钼锑抗比色法、火焰光度计法测定[15]。

1.3.3 相关参数计算

干物质净积累量(kg/hm2)=某时期干物质积累量-上一时期干物质积累量；

养分强度比=生育期吸收某一养分的总量/该生育期生产的生物学产量×100%；

养分日吸收力[kg/(d·hm2)]=某生育期养分净积累量/该生育期天数；

养分干物质生产量(kg/kg)=某生育时期干物质积累量/该时期某养分积累量；

百千克籽粒需肥量(kg)=成熟期某养分积累量/产量×100。

C/N、C/P、C/K是某生育时期干物质中碳(C)积累量与该时期N、P、K积累量之比。

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2010进行数据整理，统计分析和差异显著性检验采用DPS v7.05版数据处理系统。

2 结果与分析

2.1 不同薏苡品种各生育时期干物质积累与分配

由表2可知，通过比较3个薏苡品种各生育时期根、茎鞘、叶片、籽粒干物质积累量发现，师宗小黑壳各器官干物质积累量均显著高于贵薏苡1号和兴仁小白壳，差异达显著水平(P<0.05)，但干物质分配比例差异大多不显著。

表2 不同品种薏苡各生育时期不同器官干物质积累与分配

各品种茎鞘、叶片干物质积累量和分配比例与生育时期呈二次曲线关系，茎鞘积累量均在灌浆期达到峰值，分别为4 510.8、7 561.9、5 318.4 kg/hm2，茎鞘干物质分配比例均在抽穗期达最大值，分别为70.3%、71.2%、72.3%，三者差异不显著；叶片干物质积累量中，贵薏苡1号和兴仁小白壳在孕穗期达到最大值，分别为1 296.4、1 248.5 kg/hm2，师宗小黑壳在抽穗期达最大值，为2 001.0 kg/hm2，显著高于前2个品种，3个品种叶片干物质分配比例均在拔节期达到最大值，随着生育进程延长分配比例逐步降低。在籽粒干物质积累中，3个品种均在抽穗期开始结实，成熟期达到最大值，分别为1 803.0、3 266.8、2 383.9 kg/hm2，三者差异达到显著水平。

成熟期3个品种各器官分配比例一致，即茎鞘>籽粒>叶片>根。师宗小黑壳茎鞘、叶片、籽粒干物质积累量都显著高于贵薏苡1号和兴仁小白壳，且差异达到显著水平(P<0.05)，兴仁小白壳的茎鞘和籽粒干物质积累量显著高于贵薏苡1号，而两者叶片干物质积累量差异不显著。由图1可知，在全株干物质积累量中，3个品种积累量与播种后天数呈显著二次曲线关系，拔节期3个品种的总干物质积累量差异不显著，孕穗、抽穗、灌浆、成熟期小黑壳总积累量均显著高于兴仁小白壳和贵薏苡1号，其中孕穗期分别高出2 410.8 kg/hm2(56.2%)和 1 831.1 kg/hm2(37.6%)，抽穗期分别高出 3 369.8 kg/hm2(49.1%)和4 522.8 kg/hm2(78.1%)，灌浆期分别高出3 473.6 kg/hm2(50.2%)和5 297.9 kg/hm2(78.2%)，成熟期分别高出3 644.8 kg/hm2(52.6%)和5 339.4 kg/hm2(73.9%)。

2.2 不同薏苡品种各生育时期养分积累

由表3可知，3个品种(贵薏苡1号、师宗小黑壳和兴仁小白壳)的茎鞘N素积累量均在抽穗期达到最大值，分别为39.72、47.85、47.13 kg/hm2，且贵薏苡1号显著低于其他2个品种，叶片积累量均在孕穗期达到最大值，分别为32.80、36.43、31.56 kg/hm2，师宗小黑壳显著高于其他2个品种。在P素积累中，师宗小黑壳和兴仁小白壳茎鞘积累量在抽穗期达到最大值，分别为15.40、8.31 kg/hm2，贵薏苡1号在灌浆期达到最大值，为9.42 kg/hm2，3个品种叶片积累量均在孕穗期达到最大值，分别为7.03、4.72、4.62 kg/hm2。在K素积累中，师宗小黑壳茎鞘在抽穗期达到最大值，为89.01 kg/hm2，叶片在灌浆期达到最大值，为46.32 kg/hm2，贵薏苡1号和兴仁小白壳茎鞘在灌浆期达到最大值，分别为97.25、98.55 kg/hm2，叶片在孕穗期达最大值，分别为26.63、26.78 kg/hm2。各品种籽粒养分积累量均是成熟期达到最大值，且师宗小黑壳养分积累量均显著高于其他2个品种。

表3 不同薏苡品种各生育时期养分积累量

在全株N、P、K养分积累量中，随着生育进程延长其养分积累量逐步增加，净积累量在逐步降低，于成熟期达到最大值。其中，师宗小黑壳N、P、K养分积累量在生育后期均大于贵薏苡1号和兴仁小白壳，且差异达显著水平，在成熟期，兴仁小白壳的N、K积累量均显著高于贵薏苡1号，而P积累量没有显著差异。

2.3 不同薏苡品种各生育时期养分强度比与吸收力

由表4可知，不同品种干物质净积累量、日积累量及养分净积累量与播种后天数呈显著二次曲线关系，且3个品种(贵薏苡1号、师宗小黑壳、兴仁小白壳)均在拔节期—孕穗期(105 d)达到最大值，其中各品种干物质净积累量分别为4 133.84、5 721.31、3 714.01 kg/hm2，三者差异达显著水平，日积累量分别为125.26、173.37、112.54 kg/hm2，说明在该阶段薏苡生长最为迅速。成熟期比较各品种养分净积累量发现，N素净积累量最大的是贵薏苡1号和兴仁小白壳，分别为22.36、23.25 kg/hm2，两者差异不显著，师宗小黑壳净积累量最小；P素和K素净积累量最大的均是师宗小黑壳，分别为5.07、9.36 kg/hm2，而贵薏苡1号和兴仁小白壳差异不显著。3个薏苡品种养分净积累量均在灌浆—成熟期达到最大值，且均明显大于其他时期，师宗小黑壳和兴仁小白壳的N素强度比在孕穗—抽穗期为最小值，而贵薏苡1号在拔节—孕穗期最小；3个薏苡品种P素强度比均在拔节—孕穗期达到最小值，K素强度比在抽穗—灌浆期达到最小值。比较灌浆—成熟期发现，兴仁小白壳N、P、K养分强度比均最大。通过养分强度比分析，3个品种N、P、K营养临界期均在灌浆期，师宗小黑壳和兴仁小白壳N素最大效率期在孕穗期，贵薏苡1号在拔节期，3个品种的P素最大效率期均在拔节期，K素最大效率期均在抽穗期。

表4 不同薏苡品种各生育期养分强度比及养分吸收力

2.4 不同品种薏苡干物质生产量及养分需求特征

表5可知，3个薏苡品种(贵薏苡1号、师宗小黑壳、兴仁小白壳)N素干物质生产量在各生育时期均呈现单峰趋势，即在拔节期最小，随着生育时期进行，于抽穗期达到最大值，分别为84.29、110.50、83.55 kg/kg，而后又逐渐减小。在P素干物质生产量中贵薏苡1号在孕穗期达到最大值，为495.16 kg/kg，而师宗小黑壳和兴仁小白壳在拔节期达到最大值，分别为558.40、455.32 kg/kg，最小值均在成熟期。3个品种K素干物质生产量均在拔节期最小，其中贵薏苡1号在抽穗期最大，而师宗小黑壳和兴仁小白壳在灌浆期最大。通过比较成熟期3个品种各养分干物质生产量发现，师宗小黑壳的N、K素干物质生产量均显著大于其他2个品种，P素干物质生产量最大的是兴仁小白壳。

表5 不同薏苡品种各生育时期干物质生产量及百千克籽粒需肥量

成熟期比较3个品种百千克籽粒需肥量发现，需肥量最大的是师宗小黑壳，N、P、K养分吸收量分别为4.04、1.08、4.41 kg，兴仁小白壳次之，分别为3.25、0.68、3.72 kg，贵薏苡1号最小，分别为2.67、0.59、3.06 kg，师宗小黑壳百千克籽粒需肥量显著高于贵薏苡1号和兴仁小白壳，而贵薏苡1号和兴仁小白壳需P和需K量差异不显著。

2.5 不同品种薏苡各生育时期的C/N、C/P、C/K及 C、N、P、K积累的相关性

在薏苡产量形成过程中， 光合同化固定的C是其产量形成的基础，也是吸收其他养分的基本构架，薏苡生长过程固定的C、N、P和K比例合适与否将直接影响植株生长发育。由表6可知，3个薏苡品种C/N在各个生育时期变化趋势相同，即在拔节期最小，随着生育时期的进行，C/N不断增加，其中，贵薏苡1号在孕穗期达到最大值，而师宗小黑壳和兴仁小白壳在抽穗期均达到峰值，而后又逐渐降低。师宗小黑壳和兴仁小白壳，C/P变化规律一致，即在拔节期最大，随着生育进程的延长逐步减小，在成熟期达到最小值，而贵薏苡1号在孕穗期达到最大值。3个品种C/K随生育时期的进行呈单峰趋势，即在拔节期最小，灌浆期达到最大值，到成熟期又逐渐降低。

表6 不同品种薏苡各生育时期的C/N、C/P、C/K

成熟期比较3个品种的C/N、C/P、C/K，其中在C/N方面中，师宗小黑壳最大，为87.34，显著高于其他2个品种， 而贵薏苡1号(63.56)和兴仁小白壳(69.32)差异不显著；C/P中，师宗小黑壳(327.06)和兴仁小白壳(331.41)差异不显著，贵薏苡1号(285.35)最小，显著低于前面2个品种；在C/K中，师宗小黑壳(80.19)显著大于其他2个品种，贵薏苡1号(55.39)和兴仁小白壳(60.50)差异不显著。

通过对3个薏苡品种各生育时期C、N、P 和 K积累量进行相关性分析可知，薏苡生长过程吸收固定的C、N、P 和 K之间均存在极显著正相关关系(表7)，表明在薏苡栽培时须合理施肥，以确保薏苡正常生长，为实现高产奠定基础。

表7 不同品种薏苡 C、N、P和 K积累量的相关性

3 讨论

3.1 不同薏苡品种干物质及养分积累特征

干物质积累是作物产量形成的基础，一定程度上决定着产量的高低，而氮、磷、钾养分是制约作物生长发育的首要因素， 二者相互作用对作物的产量形成至关重要[16-17]。赵杨景等初步研究了氮、磷、钾元素对薏苡干物累积及养分含量的影响，结果表明，氮磷钾营养元素对薏苡茎叶干质量的影响顺序为N>P>K，而对根干质量的影响顺序为N>K>P[14]。李祥栋等的研究结果表明，随着生育时期进行，薏苡干物质积累量在不断增加，成熟期达到最大值，在抽穗扬花至成熟期，整个植株其对N、 P、K元素的吸收和积累量均有增加，植株N、P、K的吸收量平均为183.93、62.57、320.56 kg/hm2，整体表现为K>N>P[18]。本研究发现，3个薏苡品种各生育时期干物质积累与养分积累变化规律呈极显著相关性，即随着生育进程，积累量均表现为“S”形曲线，在拔节期最小，成熟期最大。且养分积累顺序为K>N>P。本研究还发现，植株在整个生育时期的N、P、K平均吸收量分别为128.61、30.19、144.71 kg/hm2，吸收量整体表现为K>N>P，这与李祥栋等的研究结果[18]一致，但在养分吸收量上略小，这可能是由于品种以及种植密度的差异造成的。

3.2 不同薏苡品种养分强度比与吸收力

养分强度比指作物在某一生育期吸收某一养分的总量与该生育期生产的生物学产量的百分比，某生育时期养分强度比越大，说明该生育期达到其生物学产量标准所需要的养分量愈大。养分吸收力指单位面积作物根系在不同生育期1 d内所吸收的养分数量。养分吸收力愈大，说明该时期薏苡根系每日从土壤中吸收养分的数量愈多。通常将养分强度比与养分吸收力综合考虑来确定养分最大效率期的追肥时期[19-20]。吴国梁等通过对小麦需肥特性研究发现，其氮素日吸收力出现2个高峰，分别在分蘖期和孕穗期，呈“M”形，磷素和钾素日吸收力较为平稳，且峰值均出现在拔节—孕穗期[21]。本研究发现，3个薏苡品种各生育时期养分强度比变化规律基本一致，各品种N、P、K营养临界期均在灌浆期，师宗小黑壳和兴仁小白壳的N素最大效率期在孕穗期，贵薏苡1号在拔节期，3个品种的P素最大效率期均在拔节期，K素最大效率期均在抽穗期。本研究还发现，3个薏苡品种N、P、K养分日吸收力变化规律相似，在整个生育期内随着播种天数增加，各养分日吸收力出现2个高峰，养分吸收力在播种—拔节期最小，在拔节—孕穗期达到最大值，而后又在灌浆—成熟期达到一个小高峰，养分日吸收力与干物质日增长量变化规律相吻合，在播种—拔节期吸收力小的原因可能是由于该期间日均气温较低，根系活力较小而致。日吸收力大的时期吸收养分最多，是薏苡吸收养分最大的时期，此期与养分最大效率期相重合或部分重合。需肥量大，是施肥的关键时期，对薏苡科学施肥具有重要的生产意义。

本试验结果初步阐明了薏苡各品种养分积累与吸收特性以及后期科学合理追肥的关键时期，对薏苡高产栽培具有重要的理论基础，但不同薏苡品种各时期合理的施肥量以及施肥配比有待进一步研究。

4 结论

薏苡每100 kg籽粒N、P、K养分需求量分别为2.67～4.04、0.59～1.08、3.06～4.41 kg，平均吸收比例为4.34 ∶1 ∶4.91。经养分强度比和吸收力综合分析，各品种的N素吸收在孕穗期和灌浆期均出现2个高峰，而在苗期和成熟期吸收量相对较低，即N素吸收规律呈现“M”形。3个品种的P、K素吸收量在拔节—孕穗期均出现了1个高峰，但P素在各生育时期吸收量相对平稳，K素在拔节—孕穗期显著高于其他时期，说明在孕穗期保证N肥供应的前提下P肥采用前后均匀补施，孕穗期着重追施K肥。