种植密度与氮肥对纳米比亚中北部珍珠粟（Pennisetum glaucum L.）产量及产量构成因子的影响

《Discover Agriculture》：Effects of plant population and nitrogen fertilizer on yield and yield components of pearl millet (Pennisetum glaucum L.) in North-Central Namibia

　　

珍珠粟（Pearl millet）是纳米比亚中北部半干旱地区众多小农户的主要粮食作物，当地生产以雨养农业（rainfed agriculture）为主， Grain yield（籽粒产量）长期处于较低水平，部分原因在于农艺管理信息有限。本研究在纳米比亚大学Ogongo校区田间条件下，评估了氮肥施用量与种植密度对珍珠粟产量构成因子及籽粒产量的影响。试验采用裂区设计（split-plot design），重复3次。主区设置2个氮肥水平：0和60 kg N ha^-1；副区设置9个种植密度水平，范围为22,222至133,333 plants ha^-1REP 。产量构成因子与籽粒产量数据采用参数方差分析（parametric analysis of variance）进行处理。氮肥与种植密度的交互作用对穗重（panicle weight）具有显著影响。60 kg N ha^-1与133,333 plants ha^-1组合产生最高穗重2.25 t ha^-1，而0 kg N ha^-1与44,444 plants ha^-1组合记录到最低值0.39 t ha^-1。在施用氮肥条件下，籽粒产量与穗重及地上部生物量（shoot biomass）呈正相关，表明营养生长与生殖生长的改善共同促进了产量提升。研究结果表明，在纳米比亚中北部地区，施用60 kg N ha^-1并结合133,333 plants ha^-1的种植密度可能改善农户的珍珠粟生产力。

珍珠粟（Pennisetum glaucum L.）作为全球干旱易发区与半干旱热带地区重要的粮食与营养安全作物，其产量提升一直是农业研究的核心议题。该论文发表于《Discover Agriculture》，聚焦于纳米比亚中北部半干旱地区珍珠粟生产面临的现实困境。当前，该地区珍珠粟生产以雨养农业为主，平均籽粒产量仅为0.3 t ha^-1，远低于全球1.4 t ha^-1的平均水平。产量低下的主要原因包括：农艺管理措施粗放、种植密度偏低、灌溉设施不足、氮素营养匮乏以及气候条件恶劣等多重因素叠加。尤为突出的是，关于种植密度与氮肥协同调控对珍珠粟产量影响的研究信息极度匮乏，现有研究多集中于播期、基因型、耕作方式等单一因素，且全球范围内关于氮素与种植密度的研究主要针对高粱、荞麦、水稻、玉米等其他作物，针对珍珠粟的研究则较为罕见且密度梯度设置狭窄。因此，优化现有农艺管理措施、明确适宜种植密度与氮肥施用量的组合，成为提升该地区珍珠粟生产力的关键切入点。

研究人员于2021年12月至4月 cropping season（生长季）期间，在纳米比亚大学Ogongo校区作物科学系试验田开展了田间试验。该试验田位于纳米比亚Omusati地区，地处半干旱气候区，年均温超过22 °C，年降雨量450–500 mm，土壤以砂质土为主，砂粒含量高达93.5%，有机碳、氮素及有效磷含量均处于低水平，土壤肥力贫瘠。供试材料为Okashana-2品种（SDMV 92032），该品种由ICRISAT（国际热带半干旱地区作物研究所）选育，属于早熟、耐旱型品种，适宜南部非洲半干旱地区种植。研究人员采用裂区设计，主区为2个氮肥水平（0和60 kg N ha^-1），副区为9个种植密度水平（22,222、26,666、37,037、40,000、44,444、66,666、74,074、88,888和133,333 plants ha^-1），通过3种行距（0.50、0.75、0.90 m）与3株距（0.15、0.30、0.50 m）的组合实现，重复3次。氮肥处理于播前基施30 kg N ha^-1、45 kg P₂O₅ ha<sup>-1和30 kg K₂O ha-1，并于出苗后30天追施尿素30 kg N ha-1。试验于2021年2月25日人工播种，田间管理包括间苗、除草和驱鸟，作物完全依赖降雨，无灌溉。收获时从每小区随机选取5株测定产量构成因子，籽粒产量按14%水分含量校正。数据分析采用R软件（version 4.5.1）进行Shapiro-Wilk正态性检验、Levene方差齐性检验、Fisher方差分析及LSD多重比较，并计算Pearson相关系数。

研究结果部分涵盖以下内容。天气条件方面，试验期间平均太阳辐射19.2 MJ m-2 day-1，平均气温23.7 °C，总降雨量193.9 mm，降雨集中于出苗后12–28天，抽穗至成熟阶段几乎无降雨，存在明显的季节性干旱。

方差分析结果显示，氮肥对穗重、地上部生物量和籽粒产量有极显著影响（P<0.001），对穗长影响显著（P<0.01），对总穗数影响达到显著水平（P<0.05）；种植密度对穗重、地上部生物量和籽粒产量影响极显著（P<0.001），对穗长影响显著（P<0.05），但对总穗数无显著影响；氮肥与种植密度的交互作用仅对穗重有极显著影响（P<0.001）。

主效应分析表明，60 kg N ha-1处理较无氮对照显著提高了穗长、穗重、地上部生物量和籽粒产量，其中地上部生物量增加0.8 t，籽粒产量增加0.47 t。随着种植密度增加，总穗数、穗长、穗重、地上部生物量和籽粒产量总体呈上升趋势：总穗数从22,222 plants ha-1的2.1穗 m-2增至133,333 plants ha-1的3.1穗 m-2；穗重最低为37,037 plants ha-1的0.54 t ha-1，最高为133,333 plants ha-1的1.71 t ha-1；地上部生物量最低值在低密度区为1.32–1.96 t ha-1，最高值在133,333 plants ha-1达2.90 t ha-1；籽粒产量最低为40,000和44,444 plants ha-1的0.51和0.49 t ha-1，最高为133,333 plants ha-1的1.19 t ha-1。

交互效应分析聚焦穗重这一指标。氮肥与种植密度对穗重的交互效应显著，其中60 kg N ha-1与133,333 plants ha-1组合产生最大穗重2.25 t ha-1，而0 kg N ha-1与37,037 plants ha-1组合产生最小穗重0.35 t ha-1，表明高氮高密组合最有利于穗重形成。

相关性分析揭示，在无氮条件下，籽粒产量与穗重（r=0.72）、地上部生物量（r=0.21）正相关；在施氮条件下，籽粒产量与穗重（r=0.61）、地上部生物量（r=0.34）正相关。无氮处理中穗重与籽粒产量的关联性强于地上部生物量，而施氮处理中地上部生物量与多数变量的相关性增强。

讨论部分深入阐释了上述结果的生物学与农学内涵。研究人员首先论述了种植密度在协调作物群体与个体矛盾中的核心作用，指出133,333 plants ha-1的密度实现了资源获取与种内竞争之间的最优平衡，尽管存在对光、水、养分的竞争，但未达到限制产量的临界水平，反而因冠层发育改善、光截获和辐射利用效率提高而实现增产，这一结果与其他研究者关于高密度提高干物质和籽粒产量的发现一致。针对半干旱地区水分限制问题，研究人员认为该密度有效利用了有限土壤水分，避免了更高密度下水分快速耗竭的风险，且氮素供应促进了叶绿素合成、叶片扩展及氮同化相关酶活性，二者的协同效应显著。

关于氮肥效应，研究人员指出氮素是珍珠粟生产中最关键的营养元素，缺氮会显著抑制植株生长和籽粒产量。纳米比亚当前缺乏针对小农户的标准化施肥推荐，传统农家肥施用因干旱导致牲畜死亡而日益减少，化学肥料因价格高昂难以普及，但30–60 kg N ha-1的施氮量对低投入珍珠粟系统具有普遍适用性。交互效应仅对穗重显著而对籽粒产量不显著的原因在于：氮密组合虽促进了营养生长和早期生殖生长，但生殖后期严重干旱限制了籽粒灌浆和充实，抽穗至灌浆期几乎无降雨导致土壤水分胁迫，最终削弱了交互效应在籽粒产量上的表达。这一发现与终端干旱胁迫下作物灌浆受制的普遍规律相符。

相关性分析结果进一步印证了穗重作为产量关键决定因子以及地上部生物量作为物质生产基础的重要地位，提示育种中可据此筛选高穗重、高生物量材料，并强调优化密度与氮肥组合对提升产量构成因子表达的必要性。

研究结论部分明确指出：施用60 kg N ha-1并保持133,333 plants ha-1的种植密度，可显著改善纳米比亚中北部半干旱条件下珍珠粟的产量表现。鉴于珍珠粟在纳米比亚主食作物中的战略地位，优化田间管理以提高籽粒产量将有助于国家粮食安全和公民社会经济发展。因此，肥料技术推广方案应纳入最优种植密度的宣传内容，帮助农户实现高产稳产。但需注意，上述结论基于单季试验结果，半干旱区降雨年际变异可能影响结果稳定性。未来研究应在多个生长季和不同农业生态区验证上述响应的一致性，并评估更高施氮量及综合养分管理措施的效应。从实践角度，研究结果支持将优化种植密度与中等氮肥投入作为低成本策略加以推广，以提升小农生产系统的生产力和家庭粮食安全，但该推荐具有情境特定性，仅适用于降雨模式和土壤肥力状况类似的其他半干旱地区。</sup>