氮肥是限制作物生长的主要因子之一，氮元素是作物生长发育过程中许多重要有机化合物（如核酸、蛋白质、酶、叶绿素、激素和生物碱等）的组分^[1]。然而，土壤中的氮素含量难以满足作物的正常需求，因此氮肥施用就成了补充土壤营养、促进作物生长的重要途径。氮是谷子生长发育和产量形成的主要元素^[2-3]。合理施用氮肥会协调植株水氮代谢，促进光合作用，延缓叶片衰老，有利于籽粒营养成分和光合产物的积累，是提高谷子产量和品质的重要措施^[4-5]。关瑞等^[6]研究表明，播种期一次性基施氮肥可显著提高谷子产量和氮素利用率。夏光利等^[7]研究表明，施氮处理干物质积累量显著大于不施氮处理，自拔节期开始差异逐渐加大，至开花期差异达到最大值。李永虎等^[8]通过施肥位置及施肥量对杂交谷子干物质累积、转运和产量的影响研究也证明，对谷子干物质累积及产量影响最大的是氮。陈二影等^[9]研究表明，在谷子中等地力水平下，氮肥增产效果最好，应提高氮肥用量和比例。郝科星等^[10]研究表明，谷子推荐施肥中，氮肥是提高谷子产量决定性因素，磷、钾肥只有与氮肥相互配施才能发挥增产效用，以上研究均证明了氮肥对谷子的重要作用。谷子拔节孕穗期是营养生长和生殖生长并进时期，也是生长最快时期^[11-12]，秦娜等^[13]研究表明，拔节期施氮是品质、产量和氮素利用效率兼顾最佳时期，因此，本试验在拔节后期追肥1次。其他作物上研究^[14-15]也证明氮肥过量施用不仅会导致生产成本增加、品质下降、环境污染，还会促进倒伏发生，俗话说“谷倒一把草”，倒伏对谷子产量影响巨大。本研究在保证磷、钾肥满足谷子正常生长的条件下，将氮肥在播种期和拔节期按7:3比例施入土壤中，分析不同氮肥施用量对谷子不同生育时期形态性状和经济性状的影响，阐明在不同施用氮肥条件下百公斤籽粒吸氮量和氮肥当季利用率变化规律，同时研究氮素对谷子倒伏的效应，确定沧州地区旱薄地谷子高产、抗倒伏最适施氮量，为谷子优质高效栽培提供理论依据。

试验于2021-2022年在河北省沧州市农林科学院前营试验站（116°44'3″ E，38°14'23″ N）进行，此地属暖温带半湿润大陆性季风气候，土壤为壤土，含有机质10.48 g/kg、全氮0.975 g/kg、碱解氮69.46 mg/kg、有效磷16.44 mg/kg、有效钾70.22 mg/kg、全盐0.59 g/kg，pH 8.53。选择在夏谷区种植较广且抗倒性有差异的品种为试验材料。高抗品种豫谷18号由河南省安阳市农业科学院培育的国鉴谷子品种，为华北夏谷区公认对照品种；中抗品种沧谷6号和沧谷7号为沧州市农林科学院培育的国鉴谷子品种；抗倒性弱的品种沧谷8号为沧州市农林科学院培育的省审品种。尿素含N 46.4%；过磷酸钙含12% P₂O₅；硫酸钾含51% K₂O。试验地磷肥及钾肥用量：P₂O₅ 150 kg/hm²，K₂O75 kg/hm²，播种前作为基肥全部施入土壤。

试验采用裂区设计方法，以施氮量为主区，品种为副区。施氮量设4个处理，不施氮肥为对照（N0），N1~N3施氮量分别为80、180、280 kg/hm²，施氮量的70%作为基肥，播种前施入，30%在谷子拔节期后追施，3个重复，共12个主区，48个副区，每个品种种植8行，行距40 cm，留苗密度60万/hm²（株距3.7 cm）。试验播种前多点取样（取样深度0~40 cm），测其基础N、P、K养分含量，成熟期每个小区取0~40 cm土样，测定土壤养分（N、P、K），其中2行在拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆中期、成熟期随机选择能代表整个小区谷子长势的植株样本10株，其中5株测量株高、叶绿素（叶绿素测定仪SPAD-502 plus测定植株倒2叶）含量、生物产量和氮养分含量，其余5株测定植株倒伏相关性状和产量性状，收获中间4行进行小区（9.5 m²）测产，其中产量是由小区产量折合为亩产。在谷子蜡熟期随机选择能代表整个小区谷子长势的植株样本5株测定倒伏系数相关性状，将整个植株用铁锹带根（0~40 cm）取出，根部用水冲洗干净，根部剪下烘干，茎秆抗折力是固定基部茎节两端，用浙江托普仪器有限公司生产的茎秆强度测定仪YYD-1均匀、缓慢地对茎秆中部用力，茎秆折断瞬间抗折力计显示的读数即为茎秆抗折力（kg）。

茎秆机械强度=茎秆抗折力×节长/2。

倒伏系数=株高×单茎鲜重/（根干重×茎秆机械强度）。

百公斤籽粒吸氮量（kg）=植株氮素积累量/籽粒产量。

氮肥当季利用率（%）=（施肥区植株氮积累量-无肥区植株氮积累量）/施氮量×100。

采用Microsoft Excel进行数据统计分析，用SAS 8.0和DPS 7.05软件进行方差分析及作图。

由表1可见，5个生育时期施氮量各处理株高、叶绿素、叶鲜重、叶干重、茎鲜重、茎干重、植株鲜重、穗鲜重和穗干重均高于N0处理，N2处理下谷子各生育时期（除抽穗期）植株生长最好。成熟期N2处理穗鲜重25.15 g，N0、N1、N3处理较N2分别降低6.40、2.66、0.33 g，穗干重为17.70 g，N0、N1、N3处理较N2分别降低4.40、1.92、0.47 g，按照谷子常规种植密度每亩4万株计算，N0、N1、N3每亩穗干重较N2降低176.0、76.8、18.8 kg。N1与N0处理相比穗干重增加2.48 g，亩穗干重增加99.2 kg，N1、N2、N3处理较N0处理平均每亩施1 kg氮亩干穗重分别增加18.61、14.67、8.42 kg。由此表明，氮肥施用能促进谷子产量增加，超过一定的合理施用量增产能力降低。成熟期N2、N3处理各性状测量值均显著高于N0，表明在磷肥和钾肥满足正常生长条件下施入氮肥，有增加穗重和促进植株生长的作用。成熟期N3处理叶绿素含量较N0、N1、N2处理分别增多8.53、3.04、0.65，N3单株鲜重比N2处理增加3.76 kg，N3处理穗干重却较N2处理减少0.47 kg，表明过量施用氮肥，植株疯长，有贪青晚熟趋势，且不利于籽粒发育。

豫谷18号、沧谷6号、沧谷7号、沧谷8号施肥处理产量均显著高于N0（表2），各处理下豫谷18号产量提高78.6~98.7 kg，沧谷6号产量提高117.4~131.9 kg，沧谷7号产量提高72.3~134.3 kg，沧谷8号产量提高64.8~90.5 kg，氮肥能显著提高谷子产量，N2处理下各品种及品种平均产量均达到最大值，N3处理产量降低18.9 kg，3个施肥处理间产量差异未达显著水平。氮肥施用使谷子株高增幅4.2~9.0 cm，鲜重增幅11.19~19.26 g，叶绿素含量增幅5.49~8.53，叶干重增加0.52~1.24 g，茎干重增加1.34~2.51 g，穗鲜重增加3.74~6.40 g，穗干重增加2.48~4.40 g，千粒重增加0.05~0.07 g，产量提高85.0~113.9 kg，氮肥有增加谷子株高、单株鲜重、叶绿素、叶干重、穗鲜重、茎干重、穗干重、千粒重和产量的作用。

N2处理下豫谷18号、沧谷6号、沧谷7号、沧谷8号及品种平均增产率最大（图1），位于雷达图最外层。豫谷18号、沧谷6号、沧谷7号及品种平均增产率排序均为N2>N3>N1，沧谷8号增产率排序为N2>N1>N3，氮素施用过量下沧谷8号大幅减产。N1处理下沧谷6号增产率与其他品种差异明显，N1处理增产率较N2仅少4.48%，表明沧谷6号在低氮条件下也能保持较高产量水平，为耐低氮胁迫品种，稳产性较强。

根据目标产量将不同谷子品种划分为高产型（>6000 kg/hm²）、中产型（5250~6000 kg/hm²）、低产型（<5250 kg/hm²）3类，研究不同谷子品种高产条件下吸氮参数。表3统计数代表同一品种不同施氮处理下12个试验小区产量隶属于不同群体类型的个数，高产、中产、低产型的小区统计数表明氮肥能促使谷子产量由低产型转变为中产或高产型，其中沧谷6号、沧谷7号、沧谷8号高产型群体较大，对氮肥比较敏感，豫谷18号高、中产群体相当。高产型籽粒产量沧谷6号最高（6885.87 kg/hm²），豫谷18号最低（6518.75 kg/hm²）；中产型籽粒产量沧谷7号最高（5816.08 kg/hm²），沧谷6号最低（5505.54 kg/hm²）；低产型籽粒产量沧谷8号最高（4937.09 kg/hm²），豫谷18号最低（4210.74 kg/hm²）。

谷子百公斤籽粒吸氮量与品种平均籽粒产量之间呈抛物线型关系（图2），且呈显著正相关（r= 0.70^**），表4结合图2表明谷子吸氮量对产量有重要影响，要实现相应目标产量，不同品种百公斤籽粒吸氮量存在差异。豫谷18号实现籽粒产量大于6000 kg/hm²，百公斤籽粒吸氮量适宜值为3.35 kg，中产型为3.32 kg，低产型为2.79 kg，高产与低产之间差异显著，与中产不显著，中产与低产之间差异显著；沧谷6号实现籽粒产量6000 kg/hm²以上，吸氮量为3.49 kg，显著高于中产型（2.80 kg）和低产型（2.82 kg），中产与低产型差异不显著；沧谷7号实现籽粒产量6000 kg/hm²以上，百公斤籽粒吸氮量为3.55 kg，显著高于中产型（2.48 kg）和低产型（2.74 kg）。沧谷8号实现籽粒产量6000 kg/hm²以上，百公斤籽粒吸氮量为3.05 kg，低于中产型，显著高于低产型。以平均数表示，高产型百公斤籽粒吸氮量在3.36 kg左右，中产型在2.97 kg左右，低产型在2.73 kg左右。

低产型群体来源于N0处理，氮肥当季利用率为0，氮肥使谷子由低产型转变为中产型和高产型。表5中沧谷6号高产型氮肥当季利用率为56.41%，沧谷8号为53.52%，沧谷7号为50.38%，豫谷18最低，为47.85%。豫谷18号高产型与中产型相比差异显著，沧谷6号、沧谷8号高产型与中产型之间差异显著，沧谷7号高产型高于中产型。不同谷子品种籽粒产量与其氮肥当季利用率相关系数为0.91，充分证明氮肥当季利用率对谷子产量有重要影响，不同谷子品种要实现相应目标产量，氮肥当季利用率数值存在差异。前人^{[16⇓⇓-19]}研究发现，作物不同品种对氮肥响应存在一定差异。以品种平均数表示，高产型谷子氮肥当季利用率为51.97%左右，中产型谷子氮肥当季利用率为41.09%左右。

Tian等^[20]证明利用倒伏系数对谷子抗倒伏性进行评价比较客观准确，可作为评价谷子品种抗倒性指标，倒伏系数越小，抗倒伏能力越强。将表6中谷子品种在不同氮肥处理下倒伏系数最小值、最大值进行比较，结果均是高抗品种豫谷18号（77.17、100.27）<中抗品种沧谷6号（79.31、118.23）、沧谷7号（79.26、113.70）<抗倒性弱的品种沧谷8号（88.36、138.70），测量结果与品种实际抗倒能力一致。豫谷18号、沧谷7号的倒伏系数均在N2处理下最小，抗倒伏能力最强；沧谷6号、沧谷8号倒伏系数在N1处理下最小，抗倒伏能力最强，且沧谷8号倒伏系数N2、N1处理间差异不显著，沧谷6号N2、N1处理间差异显著，表明不同谷子品种最强抗倒潜力的氮肥施用量存在一定差异，沧谷8号施氮量由N1增加至N2，不会明显降低其抗倒能力，但沧谷6号这种耐低氮品种施氮量由N1增加至N2，抗倒能力明显降低，但倒伏系数仍在100以内，抗倒能力仍较强；不同处理水平下所有品种倒伏系数的平均值N2处理最小，抗倒伏能力最强。表7表明，氮水平P值为0.0148，代表施氮量与谷子倒伏系数间差异显著，氮肥显著影响谷子抗倒性；不同谷子品种P值为0.1751，代表品种间倒伏系数差异不显著。氮肥施入后所有品种倒伏系数均呈现先降低后增加趋势，表明适量施入氮肥后能促进谷子生长，增加谷子品种抗倒伏能力，过量施用后，茎叶疯长柔嫩，倒伏系数增大，易造成谷子倒伏和贪青晚熟而减产，综合4个谷子品种抗倒性表现，最适施氮量为N2处理（180 kg/hm²）。

氮肥对谷子生长各生育期均有不同程度影响，5个生育时期施氮处理株高、叶绿素、叶干重、茎干重、单株鲜重、穗鲜重、穗干重均高于N0处理。代小冬等^[21]研究证明，谷子品种在施肥处理下株高、穗长、穗粗、叶绿素含量、单穗质量、产量均高于不施肥处理。本研究中，不施氮（N0）处理谷子叶色缺绿发黄，穗短小，籽粒不饱满，过量施用氮肥（N3）时，成熟期叶绿素含量增多，鲜重持续增加，呈现贪青晚熟趋势，袁蕊等^[22]对黄化突变体谷子叶面喷施氮肥结果表明，喷施氮肥后黄化叶片总叶绿素含量增加，光合作用增强。本研究中灌浆期、成熟期穗重及产量在N2处理下达最大值，随后出现下降趋势，表明氮肥对谷子产量增加有重大作用，这与秦岭等^[23]研究结果相似，氮肥量超过一定限值，会起反作用。

本研究在大田生长条件下分析谷子氮肥精确施用参数差异及其与谷子产量的关系，谷子百公斤籽粒吸氮量和氮肥当季利用率受品种影响较大。高产型谷子百公斤籽粒吸氮量为3.36 kg，中产型为2.97 kg，低产型为2.73 kg。不同谷子品种氮肥当季利用率高产群体均比中产群体高，高产型谷子氮肥当季利用率为51.97%，中产型为41.09%。不同谷子品种要实现籽粒产量大于6000 kg/hm²，百公斤籽粒吸氮量范围存在一定差异，但均在3.0 kg以上。朱新开等^[24]对不同类型专用小麦氮肥施用参数研究表明，不同类型专用小麦要实现籽粒目标产量，氮肥当季利用率和百公斤籽粒吸氮量适宜范围不同，且受品种、栽培条件和生态影响较大。秦娜等^[13]研究表明，拔节期是品质、产量和氮素利用效率兼顾最佳施氮时期。本研究将氮肥在播种期和拔节期以7:3施入土壤中，提高了谷子氮素利用率，提出了谷子高产精确施氮参数，为谷子氮素营养性状遗传改良、氮高效谷子品种筛选培育及谷子优质高效栽培技术提供了科学依据。

抗倒性不同谷子品种，施入适量氮肥能增加谷子品种抗倒伏能力，过量施用易造成茎叶疯长柔嫩，增加谷子倒伏风险。施氮量对谷子抗倒性有显著影响，沧谷6号和沧谷8号在N1处理条件下倒伏系数最小，抗倒能力最强，在N2处理下倒伏系数稍增加，抗倒性仍较强。豫谷18号和沧谷7号在N2处理条件下倒伏系数最小，抗倒性最强。代小冬等^[21]研究表明，不同谷子品种对施肥水平反应不一致，个别品种提高水肥有增加倒伏的风险，另一些喜肥品种产量和抗倒伏力均有所增加。以平均数分析，本试验中所有品种倒伏系数平均值在N2处理下最小，抗倒性达到最大，综上所述谷子在N2处理（180 kg/hm²）下抗倒性较强。

氮肥能促进不同谷子品种各生育时期形态性状的生长发育，不施氮肥造成谷子发育不良，氮肥施入过量使谷子贪青晚熟，产量降低。在N2处理（180 kg/hm²）下谷子产量最高，不同谷子品种百公斤籽粒吸氮量及氮肥当季利用率存在差异，谷子百公斤籽粒吸氮量高产型在3.36 kg左右，中产型在2.97 kg左右，低产型在2.73 kg左右。谷子氮肥当季利用率高产型在51.97%左右，中产型在41.09%左右。适量施入氮肥能增加谷子品种抗倒伏能力，但施用过量后会增加谷子倒伏风险，施氮量为180 kg/hm²的条件下谷子抗倒伏能力较强，推荐河北沧州地区旱薄地谷子氮肥最适用量为180 kg/hm²。