不同水分条件下缓释氮肥对饲用甜高粱生长和水氮利用效率的影响

doi:10.11686/cyxb2022489

草业学报 ›› 2023, Vol. 32 ›› Issue (10): 71-81.DOI: 10.11686/cyxb2022489

不同水分条件下缓释氮肥对饲用甜高粱生长和水氮利用效率的影响

马仁诗¹^,²(), 蒋丛泽¹^,², 高玮¹^,², 李中利¹^,², 沈禹颖¹^,², 杨宪龙¹^,²()

^1.兰州大学草地农业科技学院，兰州大学草种创新与草地农业生态系统全国重点实验室，甘肃兰州 730020
^2.甘肃庆阳草地农业生态系统国家野外科学观测研究站，甘肃庆阳 745004

收稿日期:2022-12-14 修回日期:2023-02-27 出版日期:2023-10-20 发布日期:2023-07-26
通讯作者: 杨宪龙
作者简介:E-mail： yangxianl@lzu.edu.cn
马仁诗（1997-），女，重庆人，在读硕士。E-mail： marsh21@lzu.edu.cn
基金资助:
国家重点研发计划课题(2021YFD1100501);国家牧草产业技术体系(CARS-34);甘肃省自然科学基金(21JR7RA488);兰州大学中央高校基本科研业务费专项资金(lzujbky-2021-14)

Effects of slow-release N fertilizer on growth and water- and N- use efficiencies of forage sweet sorghum under three different irrigation regimes

Ren-shi MA¹^,²(), Cong-ze JIANG¹^,², Wei GAO¹^,², Zhong-li LI¹^,², Yu-ying SHEN¹^,², Xian-long YANG¹^,²()

^1.College of Pastoral Agriculture Science and Technology，State Key Laboratory of Herbage Improvement and Grassland Agro-ecosystems，Lanzhou University，Lanzhou 730020，China
^2.National Field Scientific Observation and Research Station of Grassland Agro-ecosystems in Gansu Qingyang，Qingyang 745004，China

Received:2022-12-14 Revised:2023-02-27 Online:2023-10-20 Published:2023-07-26
Contact: Xian-long YANG

摘要/Abstract

摘要：

为探究饲用甜高粱节水丰产的灌溉与施氮栽培模式，采用温室自动称重式蒸渗仪研究了3个灌溉量［灌溉保持土壤水分为田间持水量的30%~50%（I₁）、50%~70%（I₂）、70%~90%（I₃）］和3个施氮模式［常规尿素施氮（以纯N计，下同）200 kg·hm^-2（U₂₀₀）、包膜尿素施氮160 kg·hm^-2（CU₁₆₀）、包膜尿素施氮120 kg·hm^-2（CU₁₂₀）］对饲用甜高粱生长、干物质产量、耗水规律及水氮利用效率的影响。结果表明，增加灌溉量显著促进了饲用甜高粱株高、茎粗的生长和单株总叶面积的增加，与I₁相比，I₂、I₃下株高平均值分别提高了9.5%、15.4%，茎粗分别提高了2.4%、27.6%，单株总叶面积分别提高了32.0%、76.0%。同一施氮模式下，饲用甜高粱茎、叶、地上部整株的鲜质量、干质量及茎叶比均随灌水量的增加而显著增大。与I₁相比，I₂、I₃下整株鲜质量平均值分别显著提高了61.7%、187.4%，整株干质量分别显著提高了55.7%、129.8%。施氮模式显著影响茎、叶、地上部整株的鲜质量和干质量。与U₂₀₀相比，CU₁₆₀下整株鲜重、干重平均值分别提高了13.9%、22.8%。随着灌溉量的增加，饲用甜高粱单株耗水量及水氮利用效率显著增加。与I₁相比，I₂、I₃下累积耗水量平均值分别显著提高了52.1%、108.4%，干物质水分利用效率分别提高了2.6%、11.3%，氮肥偏生产力分别提高了51.9%、128.3%。施氮模式显著影响水氮利用效率，与U₂₀₀相比，CU₁₆₀下干物质水分利用效率提高了22.4%，CU₁₆₀、CU₁₂₀下氮肥偏生产力分别提高了53.5%、80.0%。因此，适度灌溉并采用缓释肥减施氮素显著促进了甜高粱植株干物质量的积累和水氮利用效率的提升。

关键词: 饲用甜高粱, 灌溉量, 缓释氮肥, 生长特性, 耗水量, 水氮利用效率

Abstract:

To investigate the water-saving and high-yield cultivation conditions for forage sweet sorghum （Sorghum bicolor）， an auto-weighed lysimeter experiment under greenhouse conditions was conducted to determine the effects of different water and nitrogen （N） supply conditions on growth， yield， and water- and N- use efficiencies of forage sweet sorghum. Three irrigation and three N fertilization regimes were tested in this study： maintaining soil moisture content at 30%-50% （I₁）， 50%-70% （I₂）， and 70%-90% （I₃） of field capacity， and using conventional urea at 200 kg·ha^-1 elemental N （U₂₀₀）， coated urea at 160 kg·ha^-1 elemental N （CU₁₆₀）， and coated urea at 120 kg·ha^-1 elemental N （CU₁₂₀）. It was found that increasing the irrigation amount significantly promoted plant height and stem diameter， and increased the total leaf area per plant. Compared with I₁， I₂ and I₃ increased the plant height by 9.5% and 15.4%， and increased the stem diameter by 2.4% and 27.6%， and increased the total leaf area per plant by 32.0% and 76.0%， respectively. With increase in the irrigation level， the fresh and dry weight of stems， leaves， and of the whole plant were increased significantly， as well as the stem-leaf ratio. Compared with I₁， I₂ and I₃ increased the whole plant fresh weight by 61.7% and 187.4%， and the dry weight by 55.7% and 129.8%， respectively. The N fertilization regimes also significantly affected the fresh and dry weight of stems， leaves and the whole plant. Compared with U₂₀₀， CU₁₆₀ increased the whole plant fresh weight by 13.9%， and increased the dry weight by 22.8%， respectively. The cumulative water consumption per plant and water- and N- use efficiencies increased significantly with increase in irrigation level. Compared with I₁， I₂ and I₃ increased water consumption by 52.1% and 108.4%， and increased the dry matter water use efficiency by 2.6% and 11.3%， and increased partial-factor productivity by 51.9% and 128.3%， respectively. The N fertilization methods significantly affected water- and N- use efficiencies. Compared with U₂₀₀， CU₁₆₀ increased the dry matter water use efficiency by 22.4%， while CU₁₆₀ and CU₁₂₀ increased the partial-factor productivity by 53.5% and 80.0%， respectively. Therefore， moderate irrigation and use of slow-release fertilizer with at a lower N application rate significantly promoted the efficient production of forage sweet sorghum plants， and enhanced water- and N- use efficiencies， compared with the I₃-U₂₀₀ treatment combination.

Key words: forage sweet sorghum, irrigation amount, slow-release N fertilizer, growth characteristics, water consumption, water- and N- use efficiencies

马仁诗, 蒋丛泽, 高玮, 李中利, 沈禹颖, 杨宪龙. 不同水分条件下缓释氮肥对饲用甜高粱生长和水氮利用效率的影响[J]. 草业学报, 2023, 32(10): 71-81.

Ren-shi MA, Cong-ze JIANG, Wei GAO, Zhong-li LI, Yu-ying SHEN, Xian-long YANG. Effects of slow-release N fertilizer on growth and water- and N- use efficiencies of forage sweet sorghum under three different irrigation regimes[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(10): 71-81.

图/表 8

表1 试验土壤基本理化性质

Table 1 Physicochemical properties of the soil in the experiment

土壤容重

Bulk density

（g·cm^-3）

有机质

Organic matter

（g·kg^-1）

全氮

Total N

（g·kg^-1）

硝态氮

Nitrate N

（mg·kg^-1）

速效磷

Available P

（mg·kg^-1）

速效钾

Available K

（mg·kg^-1）

田间持水量

Field capacity

（%）

图1 自动称重式蒸渗仪

Fig.1 Auto-weighed lysimeters

图2 不同处理下饲用甜高粱株高（a）、茎粗（c）、单株总叶面积（e）动态及收获期株高（b）、茎粗（d）、单株总叶面积（f）数据为4次重复平均值±标准误；不同小写字母表示相同灌溉量下不同施氮模式之间差异显著，不同大写字母表示相同施氮模式下灌溉量之间差异显著（P<0.05）；I，N和I×N分别表示灌溉量，施氮模式以及灌溉量与施氮模式的交互作用；下同。动态图中，*表示处理之间差异显著（P<0.05）。The data are the mean±standard error； Different lowercase letters indicate significant differences among nitrogen fertilization methods at the same irrigation amount， and different uppercase letters indicate significant differences among irrigation amounts at the same nitrogen fertilization method （P<0.05）； I， N and I×N represent irrigation amount， nitrogen fertilization methods and the interaction between irrigation amount and nitrogen fertilization methods， respectively； The same below. In the dynamic charts （2a， c， e）， * indicates significant differences among treatments （P<0.05）.

Fig.2 Dynamics in plant height （a）， stem diameter （c）， total leaf area per plant （e） and plant height （b）， stem diameter （d）， total leaf area per plant （f） at harvest of forage sweet sorghum under different treatments

表2 不同处理下饲用甜高粱地上部鲜质量、干质量与茎叶比

Table 2 Aboveground fresh weight， dry weight and stem-leaf ratio of forage sweet sorghum under different treatments

灌溉量 Irrigation amount	施氮模式 N fertilization methods	鲜质量 Fresh weight （g·plant^-1）			干质量 Dry weight （g·plant^-1）			茎叶比 Stem-leaf ratio
灌溉量 Irrigation amount	施氮模式 N fertilization methods	叶 Leaf	茎 Stem	地上部 Aboveground	叶 Leaf	茎 Stem	地上部 Aboveground	茎叶比 Stem-leaf ratio
I₁	U₂₀₀	193.6±1.3Ba	294.5±22.6Ca	488.1±22.4Ca	50.6±0.7Ba	46.5±2.7Ba	97.1±2.0Cb	0.9±0.1Ca
	CU₁₆₀	190.7±8.7Ca	321.2±8.4Ca	511.8±15.3Ca	52.1±1.4Ca	53.9±1.5Ca	106.0±2.8Cab	1.0±0.0Ba
	CU₁₂₀	209.9±12.1Ba	326.9±28.3Ca	536.7±33.6Ca	55.5±2.0Ba	54.3±3.3Ca	109.8±4.1Ca	1.0±0.1Ba
I₂	U₂₀₀	209.8±17.2Bc	607.1±41.6Ba	817.0±58.1Ba	55.0±7.1Bb	94.0±12.2Aa	148.9±19.0Ba	1.7±0.1Aa
	CU₁₆₀	316.8±5.0Ba	606.0±66.5Ba	922.9±69.0Ba	82.5±2.4Ba	97.0±6.4Ba	179.6±8.2Ba	1.2±0.1Bb
	CU₁₂₀	261.9±13.6Bb	493.8±29.9Ba	755.7±41.3Ba	68.5±1.8Bab	93.7±8.9Ba	162.2±7.7Ba	1.4±0.2Aab
I₃	U₂₀₀	395.6±15.9Aab	939.8±37.0Ab	1335.5±52.9Ab	92.4±4.8Aa	117.3±6.0Ab	209.7±10.8Ab	1.3±0.0Ba
	CU₁₆₀	467.9±14.6Aa	1267.8±21.6Aa	1735.8±36.1Aa	104.3±6.7Aa	197.7±6.7Aa	302.0±13.5Aa	1.9±0.1Aa
	CU₁₂₀	365.7±26.2Ab	1026.3±56.9Ab	1392.0±81.5Ab	85.4±8.3Aa	133.9±14.9Ab	219.3±15.5Ab	1.6±0.3Aa
灌溉量平均 Average over irrigation amount	I₁	198.4±5.4C	316.0±11.7C	514.4±14.3C	52.9±1.0C	52.0±1.7C	105.0±2.3C	1.0±0.0B
	I₂	262.8±14.8B	569.0±30.0B	831.8±36.4B	68.6±4.1B	94.9±5.0B	163.5±7.6B	1.4±0.1A
	I₃	405.4±16.7A	1072.8±46.1A	1478.2±61.0A	93.2±4.3A	148.1±11.5A	241.3±14.0A	1.6±0.1A
施氮模式平均 Average over N fertilization methods	U₂₀₀	260.7±27.9b	613.2±78.2a	873.9±103.9b	64.9±6.1b	86.7±9.6b	151.6±15.0b	1.3±0.1a
	CU₁₆₀	312.2±33.5a	682.9±116.6a	995.1±149.2a	77.4±6.6a	108.8±17.6a	186.2±23.9a	1.3±0.1a
	CU₁₂₀	279.2±21.8b	615.6±92.4a	894.8±113.2b	69.8±4.5ab	94.0±11.1b	163.8±14.5b	1.3±0.1a
I		P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05
N		P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P>0.05
I×N		P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05

表2 不同处理下饲用甜高粱地上部鲜质量、干质量与茎叶比

Table 2 Aboveground fresh weight， dry weight and stem-leaf ratio of forage sweet sorghum under different treatments

灌溉量 Irrigation amount	施氮模式 N fertilization methods	鲜质量 Fresh weight （g·plant^-1）			干质量 Dry weight （g·plant^-1）			茎叶比 Stem-leaf ratio
灌溉量 Irrigation amount	施氮模式 N fertilization methods	叶 Leaf	茎 Stem	地上部 Aboveground	叶 Leaf	茎 Stem	地上部 Aboveground	茎叶比 Stem-leaf ratio
I₁	U₂₀₀	193.6±1.3Ba	294.5±22.6Ca	488.1±22.4Ca	50.6±0.7Ba	46.5±2.7Ba	97.1±2.0Cb	0.9±0.1Ca
	CU₁₆₀	190.7±8.7Ca	321.2±8.4Ca	511.8±15.3Ca	52.1±1.4Ca	53.9±1.5Ca	106.0±2.8Cab	1.0±0.0Ba
	CU₁₂₀	209.9±12.1Ba	326.9±28.3Ca	536.7±33.6Ca	55.5±2.0Ba	54.3±3.3Ca	109.8±4.1Ca	1.0±0.1Ba
I₂	U₂₀₀	209.8±17.2Bc	607.1±41.6Ba	817.0±58.1Ba	55.0±7.1Bb	94.0±12.2Aa	148.9±19.0Ba	1.7±0.1Aa
	CU₁₆₀	316.8±5.0Ba	606.0±66.5Ba	922.9±69.0Ba	82.5±2.4Ba	97.0±6.4Ba	179.6±8.2Ba	1.2±0.1Bb
	CU₁₂₀	261.9±13.6Bb	493.8±29.9Ba	755.7±41.3Ba	68.5±1.8Bab	93.7±8.9Ba	162.2±7.7Ba	1.4±0.2Aab
I₃	U₂₀₀	395.6±15.9Aab	939.8±37.0Ab	1335.5±52.9Ab	92.4±4.8Aa	117.3±6.0Ab	209.7±10.8Ab	1.3±0.0Ba
	CU₁₆₀	467.9±14.6Aa	1267.8±21.6Aa	1735.8±36.1Aa	104.3±6.7Aa	197.7±6.7Aa	302.0±13.5Aa	1.9±0.1Aa
	CU₁₂₀	365.7±26.2Ab	1026.3±56.9Ab	1392.0±81.5Ab	85.4±8.3Aa	133.9±14.9Ab	219.3±15.5Ab	1.6±0.3Aa
灌溉量平均 Average over irrigation amount	I₁	198.4±5.4C	316.0±11.7C	514.4±14.3C	52.9±1.0C	52.0±1.7C	105.0±2.3C	1.0±0.0B
	I₂	262.8±14.8B	569.0±30.0B	831.8±36.4B	68.6±4.1B	94.9±5.0B	163.5±7.6B	1.4±0.1A
	I₃	405.4±16.7A	1072.8±46.1A	1478.2±61.0A	93.2±4.3A	148.1±11.5A	241.3±14.0A	1.6±0.1A
施氮模式平均 Average over N fertilization methods	U₂₀₀	260.7±27.9b	613.2±78.2a	873.9±103.9b	64.9±6.1b	86.7±9.6b	151.6±15.0b	1.3±0.1a
	CU₁₆₀	312.2±33.5a	682.9±116.6a	995.1±149.2a	77.4±6.6a	108.8±17.6a	186.2±23.9a	1.3±0.1a
	CU₁₂₀	279.2±21.8b	615.6±92.4a	894.8±113.2b	69.8±4.5ab	94.0±11.1b	163.8±14.5b	1.3±0.1a
I		P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05
N		P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P>0.05
I×N		P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05	P<0.05

图3 监测期内不同处理下饲用甜高粱单株日蒸腾速率

Fig.3 Daily transpiration rate of forage sweet sorghum on individual scale under different treatments during the monitoring period

图4 不同处理下饲用甜高粱累积耗水量

Fig.4 Cumulative water consumption rate of forage sweet sorghum under different treatments

图5 不同处理下饲用甜高粱干物质水分利用效率

Fig.5 Dry matter water use efficiency of forage sweet sorghum under different treatments

图6 不同处理下饲用甜高粱氮肥偏生产力

Fig.6 Partial-factor productivity of forage sweet sorghum under different treatments

参考文献 32

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不同水分条件下缓释氮肥对饲用甜高粱生长和水氮利用效率的影响

Effects of slow-release N fertilizer on growth and water- and N- use efficiencies of forage sweet sorghum under three different irrigation regimes

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