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        水氮磷鉀耦合效應(yīng)對(duì)旱區(qū)馬鈴薯增產(chǎn)增效的研究

        2021-05-07 06:35:58郭媛姣高洪香李夢(mèng)剛
        節(jié)水灌溉 2021年4期
        關(guān)鍵詞:磷量氮量塊莖

        賈 帥,郭媛姣,高洪香,李夢(mèng)剛

        (1.寧夏職業(yè)技術(shù)學(xué)院(寧夏廣播電視大學(xué)),銀川750021;2.寧夏水文水資源監(jiān)測(cè)預(yù)警中心,銀川750002;3.寧夏水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,銀川750004)

        0 引 言

        寧夏中部干旱(區(qū))帶降雨稀少,蒸發(fā)量較大,是制約當(dāng)?shù)睾缔r(nóng)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素,而土壤肥力低下,抑制了有效灌溉水在生產(chǎn)潛力的發(fā)揮作用。通過(guò)優(yōu)化水、氮、磷、鉀組合進(jìn)行灌溉施肥,可有效改善作物生長(zhǎng)狀況,促進(jìn)作物增產(chǎn)增效,提高作物品質(zhì)和水肥利用效率[1]。

        目前有研究表明,水分和氮磷鉀對(duì)作物的影響有相似的臨界值,但影響的順序不同,依次為水、氮、磷、鉀[2];黃長(zhǎng)江等[3]對(duì)大白菜采用“3414”試驗(yàn)設(shè)計(jì),得出肥料對(duì)大白菜生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響依次為氮、磷、鉀;文玉能等[4]研究表明,氮、磷、鉀肥對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響為:磷肥>氮肥>鉀肥,氮、磷、鉀肥交互效應(yīng)均為正;說(shuō)明氮肥的施入量對(duì)作物生長(zhǎng)和提高產(chǎn)量影響較明顯。作物的產(chǎn)量與施肥量均呈拋物線形增長(zhǎng)[5],在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,為提高馬鈴薯的產(chǎn)量,投入大量的肥料使用量,使得土壤中的肥料偏高,導(dǎo)致土壤中出現(xiàn)肥料污染,也造成了環(huán)境的污染[6]。在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展中,作物對(duì)水肥的依賴性較強(qiáng),并且水肥之間的交互作用更加重要,灌水和施肥量的多少對(duì)作物品質(zhì)、產(chǎn)量以及經(jīng)濟(jì)效益都起著決定性作用。以往的研究主要集中在水肥耦合下對(duì)膜下滴灌馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的研究,肥料主要以氮肥施入為主,得出的結(jié)論也不盡相同。并且在研究水肥耦合過(guò)程中對(duì)水氮磷鉀交互作用研究較少。

        因此,針對(duì)寧夏干旱區(qū)膜下滴灌馬鈴薯的水肥管理,本文開(kāi)展水、氮、磷、鉀交互作用下馬鈴薯的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量、水分利用效率、肥料利用效率等研究,提出了馬鈴薯高產(chǎn)高效水肥管理的最優(yōu)組合,對(duì)提高馬鈴薯單產(chǎn)和肥料養(yǎng)分利用效率等方面具有十分重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

        田間試驗(yàn)于2019年在寧夏同心縣王團(tuán)鎮(zhèn)科技示范園區(qū)進(jìn)行。該地區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性氣候,全年干旱少雨,蒸發(fā)量大,年平均降水量272.6 mm,多年平均日照3 024 h,無(wú)霜期120~280 d,年平均氣溫8.6 ℃。試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì),試驗(yàn)區(qū)土壤為沙壤土,0~60 cm 土層田間持水率和土壤容重分別為22.25%和1.32 g∕cm3,具體如表1所示。

        表1 試驗(yàn)地土壤理化性質(zhì)概況Tab.1 Situation of soil physical and chemical properties in upper layer of test area

        試驗(yàn)馬鈴薯采用“青薯168”,全生育期150 d 左右;特點(diǎn):幼苗生長(zhǎng)強(qiáng),成熟后形狀近似橢圓,表皮紅色,抗病性強(qiáng),植株耐旱。

        采用尿素提供N(46-0-0),磷酸二銨提供P(15-42-0),硫酸鉀復(fù)合提供K(15-15-15)。

        采用寧夏銀河鋼塑滴灌設(shè)備有限公司提供的φ16 PE 滴灌帶,滴水間距為300 mm,流量為2~4 L∕h。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)設(shè)灌水量、施氮量、施磷量、施鉀量4 因素3 水平的正交試驗(yàn),共9 個(gè)處理,每個(gè)處理3 次重復(fù),試驗(yàn)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2。

        表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)Tab.2 Experimental design

        試驗(yàn)小區(qū)采用單壟單條滴灌帶雙行種植模式,壟寬80 cm,壟高20 cm,行距40 cm,株距30 cm。小區(qū)長(zhǎng)6 m,寬5m,小區(qū)面積30 m2,小區(qū)間設(shè)1 m寬隔離帶,小區(qū)四周種植同品種馬鈴薯。馬鈴薯生育時(shí)期分苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期,按照不同時(shí)期需水量分10 次完成各處理的灌水量,每次灌水量用法蘭水表精確控制;根據(jù)馬鈴薯需肥規(guī)律,各處理均在馬鈴薯后3 個(gè)生育時(shí)期完成氮肥、鉀肥、磷肥的施入。

        試驗(yàn)種植前土地整理,于2019年5月12日人工撒施磷酸二胺(60 kg∕hm2)、硫酸鉀復(fù)合肥(90 kg∕hm2)和尿素(150 kg∕hm2)作為播種前基肥,與試驗(yàn)處理施入氮、磷、鉀肥分開(kāi),旋耕并平整土地。進(jìn)行小區(qū)劃分,人工起壟、鋪管、覆膜。于5月13日進(jìn)行播種;6月7日馬鈴薯出苗;2019年10月12日收獲;全生育時(shí)期共153 d,全生育期內(nèi)降雨量為212.6 mm,全生育時(shí)期內(nèi)每天的降雨情況如圖1所示。

        1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

        (1)作物生長(zhǎng)指標(biāo):作物生長(zhǎng)指標(biāo)內(nèi)容包括株高、莖粗、干物質(zhì)積累量等。莖粗采用精度為0.01 mm 的游標(biāo)卡尺通過(guò)十字交叉法測(cè)量;收獲時(shí)取馬鈴薯地上部分鮮物質(zhì),在105 ℃下殺青1 h,70 ℃下烘干至恒重,用電子天平稱重。

        (2)土壤含水率:采用傳統(tǒng)土鉆法在馬鈴薯各生育時(shí)期前后分別在各試驗(yàn)小區(qū)取3 個(gè)點(diǎn),分別對(duì)0~20、20~40、40~60 cm土層取樣,用烘干法測(cè)其土壤含水率。

        (3)產(chǎn)量Y:作物成熟后,按小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn),折合成每公頃產(chǎn)量。

        (4)商品薯率(%) =≥250 g;單薯個(gè)數(shù)∕馬鈴薯收獲個(gè)數(shù)×100%。

        (5)作物耗水量:采用水量平衡法計(jì)算,計(jì)算公式為:

        式中:ET0為耗水量,mm;P為生育期內(nèi)降雨量,mm;I為灌水量,mm;ΔW為生育期開(kāi)始時(shí)土壤貯水量與生育期結(jié)束時(shí)土壤貯水量之差,mm;R為地表徑流量,mm;D為耕層土壤水的滲漏量,mm。

        本試驗(yàn)條件下,地下水位在80 m 以下,每次灌溉量均未能產(chǎn)生徑流,R和D忽略不計(jì)。

        (6)水分利用效率:

        式中:WUE為水分利用效率,kg∕m3;Y為馬鈴薯產(chǎn)量,kg∕hm2。

        (7)肥料偏生產(chǎn)力(kg∕kg)=施肥區(qū)產(chǎn)量∕施肥量。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel 2010 和SPSS 17.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及方差分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同處理對(duì)馬鈴薯農(nóng)藝性狀的影響

        2.1.1 莖 粗

        不同水肥處理對(duì)馬鈴薯莖粗的影響如表3所示,各處理的馬鈴薯莖粗隨著生育時(shí)期延長(zhǎng)逐漸增大,苗期至塊莖膨大期莖粗的增幅較塊莖膨大期至塊莖膨大期、塊莖膨大期至淀粉積累期大,總體增幅表現(xiàn)為先增加后降低。隨著灌水量的增加各生育時(shí)期馬鈴薯莖粗逐漸增加,施氮量、施鉀量、施磷量的增加對(duì)馬鈴薯莖粗的變化無(wú)明顯規(guī)律;馬鈴薯各生育時(shí)期,水氮磷鉀耦合效應(yīng)組合均表現(xiàn)T9 處理最大,各生育時(shí)期分別為11.05(苗期)、18.35(塊莖形成期)、22.45(塊莖膨大期)、22.58 mm(淀粉積累期)。各處理馬鈴薯莖粗從苗期到塊莖形成期增幅最大T6 處理為7.61 mm,最小T3 處理為6.30 mm;從塊莖形成期至塊莖膨大期增幅最大T7處理為4.70 mm,最小T1 處理為1.72 mm;從塊莖膨大期到淀粉積累期增幅最大T4處理為1.58 mm,最小T7處理為0.13 mm;從苗期到淀粉積累期增幅增大T7處理為12.03,最小T1為10.05 mm。

        表3 不同水氮磷鉀耦合效應(yīng)對(duì)馬鈴薯莖粗的影響 mmTab.3 Effects of different water nitrogen,phosphorus and potassium coupling on potato stem thickness

        2.1.2 干物質(zhì)積累量

        不同水肥處理對(duì)馬鈴薯各生育時(shí)期干物質(zhì)積累量的影響如圖2所示。由圖2可以看出,馬鈴薯干物質(zhì)積累量增量在塊莖形成期最多,其次是苗期,塊莖膨大期增量較少。苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期均為T(mén)9 處理干物質(zhì)積累量最多,全生育時(shí)期內(nèi)各處理馬鈴薯干物質(zhì)積累量從大到小依次為T(mén)9>T5>T7>T6>T8>T3>T4>T3>T2>T1。T2 處理在塊莖膨大期增量最小為0.9 g∕株,T9 處理最大為15.63 g∕株,較T2 處理增加了14.73 g∕株。

        2.2 不同處理對(duì)馬鈴薯耗水量、產(chǎn)量、商品率、水分利用效率及肥料偏生產(chǎn)力的影響

        不同水肥處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、商品率、水分利用效率和肥料利用率的影響,如表4所示,可以看出,隨著灌水量的增加,耗水量逐漸增加。馬鈴薯產(chǎn)量表現(xiàn)T9 處理最大為30.21 t∕hm2,與其他處理均存在顯著差異(P<0.05),T1 處理產(chǎn)量最低為22.68 t∕hm2,比T9處理降低了5.87%。馬鈴薯商品率隨著灌水量的增加逐漸增大,T9 處理最高為68.76%,與其他處理均存在顯著差異(P<0.05)。水分利用效率T8、T7、T5處理最大,分別為11.06、11.05、11.00 kg∕m3,3 個(gè)處理之間無(wú)顯著差異(P>0.05),與其他處理均存在顯著差異(P<0.05),T7處理水分利用效率最低為9.95 kg∕m3。T8處理的產(chǎn)量較T7、T5處理高,存在顯著差異(P<0.05)。

        表4 不同水氮磷鉀耦合效應(yīng)對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和商品率的影響Tab.4 Effects of different water nitrogen,phosphorus and potassium coupling effects on potato yield and commodity rate

        T7 處理氮肥偏生產(chǎn)力最高為228.67 kg∕kg,與其他處理均存在顯著差異(P<0.05),T3 處理最低為97.38 kg∕kg,隨著氮肥施入量的增加,氮肥偏生產(chǎn)力逐漸降低;T8 處理磷肥偏生產(chǎn)力最大為319.56 kg∕kg,與T6 無(wú)顯著差異(P>0.05),與其他處理存在顯著差異(P<0.05),T3 處理最低為111.29 kg∕kg,隨著磷肥施入量的增加,磷肥偏生產(chǎn)力逐漸降低;T9 處理鉀肥偏生產(chǎn)力最大為335.67 kg∕kg,與其他處理均存在顯著差異(P<0.05),T3 處理最低為155.80,隨著鉀肥施入量的增加,鉀肥偏生產(chǎn)力逐漸降低;氮磷鉀肥的偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為灌水量大,肥料偏生產(chǎn)力高。

        2.3 各因素對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用效率的影響

        對(duì)各處理馬鈴薯的產(chǎn)量、水分利用效率數(shù)據(jù)與灌水量、施氮量、施磷量、施鉀量4 因素進(jìn)行方差分析如表5所示,灌水量單因素對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響達(dá)到極顯著(P<0.01),施氮量、施磷量、施鉀量3因素分別對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量影響不顯著(P>0.05);4 個(gè)因素均對(duì)馬鈴薯水分利用效率影響不顯著(P>0.05)。并且對(duì)4 個(gè)因素產(chǎn)量和水分利用效率進(jìn)行極差R分析,可以得出,馬鈴薯產(chǎn)量在4 個(gè)因素下極差R(灌水量)>R(施氮量)>R(施磷量)>R(施鉀量),馬鈴薯水分利用效率在4個(gè)因素下極差R(施氮量)>R(施磷量)>R(施鉀量)>R(灌水量);則灌水量是影響馬鈴薯產(chǎn)量的主要因素,施氮量是影響馬鈴薯水分利用效率的主要因素。

        表5 馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率與4因素關(guān)系的方差分析Tab.5 Variance analysis of the relationship between new shoot length and three factors

        圖3為4 個(gè)因素對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量、水分利用效率的曲線效應(yīng),可以看出,馬鈴薯產(chǎn)量隨著灌水量和施氮量的增加逐漸增加,灌水量增加幅度較施氮量大;馬鈴薯產(chǎn)量隨著施磷量和施鉀量的增加逐漸降低。馬鈴薯水分利用效率隨著灌水量和施氮量的增加先增加后降低,灌水量增加過(guò)程低于施氮量增加過(guò)程,但水分利用效率降低過(guò)程大于施氮量;馬鈴薯水分利用效率隨著施磷量和施鉀量的增加先降低后增加,施磷量對(duì)馬鈴薯水分利用效率降低幅度大于增加幅度,施鉀量對(duì)馬鈴薯水分利用效率降低幅度與增加幅度接近。

        3 討 論

        膜下滴灌是寧夏旱區(qū)眾多有限補(bǔ)灌技術(shù)中應(yīng)用較廣的高效節(jié)水灌溉方式,通過(guò)將有限的水資源充分利用,極大地降低了水分的無(wú)效消耗;適量的氮、磷、鉀肥的供應(yīng)有利于作物營(yíng)養(yǎng)器官(根、莖、葉等)的發(fā)育和植株群體指標(biāo)的協(xié)調(diào)發(fā)展,可增加作物農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)的積累,減少產(chǎn)量損失,提高水肥利用效率[7]。本研究采用膜下滴灌的方式,通過(guò)水氮磷鉀正交組合試驗(yàn)得出,隨著灌水量的增加,馬鈴薯的農(nóng)藝性狀較優(yōu),產(chǎn)量逐漸增加且有顯著差異,并與P S Kashyap 和EI-Gindy A M 學(xué)者研究結(jié)果一致[8,9];適宜的水肥配比保障了作物在不減產(chǎn)的前提下,更能有效提高水肥利用效率[10],本研究T6處理為中水灌溉,與T8處理產(chǎn)量和水分利用效率無(wú)顯著差異,并且水分利用效率最高。

        合理的水肥配比,可達(dá)到“以肥調(diào)水、以水促肥、肥水協(xié)調(diào)”目的,對(duì)作物產(chǎn)量、水分利用效率、肥料偏生產(chǎn)力均有提高。大量水氮磷鉀交互作用下作物生長(zhǎng)研究,主要集中探索適宜的水肥配比是否能促使作物根系效應(yīng),促進(jìn)植物的根系生長(zhǎng)發(fā)育,提高植吸水能力,增強(qiáng)忍耐干旱能力,提高水肥利用效率,有研究已表明[11,12],氮磷鉀肥是馬鈴薯生長(zhǎng)所需的主要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),合理配比的氮磷鉀肥的施入能夠有效提高馬鈴薯產(chǎn)量。梁錦秀等[5,13,14]認(rèn)為氮、磷、鉀肥耦合馬鈴薯的產(chǎn)量呈拋物線增長(zhǎng)方式,施氮量對(duì)增產(chǎn)效果最明顯,其次為磷肥、鉀肥;合理的水氮磷鉀組合可促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育,減少田間無(wú)效蒸發(fā),提高水分的利用效率和肥料利用率;本研究結(jié)果中,從單因素方差分析氮磷鉀肥對(duì)產(chǎn)量和水分利用效率的影響因素依次為施氮量>施磷量>施鉀量,T8 處理為高水中氮低磷高鉀組合,水分利用效率和磷肥偏生產(chǎn)力最高。因此,T8處理可作為干旱地區(qū)馬鈴薯高產(chǎn)高效水肥管理組合。

        4 結(jié) 論

        本文以不同灌水量和氮、磷、鉀肥施用量交互作用對(duì)旱地馬鈴薯農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量及水、肥利用率的影響進(jìn)行研究,得出以下結(jié)果:

        (1)在干旱地區(qū)采用膜下滴灌的補(bǔ)水方式,馬鈴薯的莖粗和干物質(zhì)積累量均隨著灌水量的增加逐漸增大,中水量下,中氮高磷低鉀組合下有利于馬鈴薯農(nóng)藝性狀的增加。氮磷鉀肥料的不同施入量對(duì)馬鈴薯的莖粗和干物質(zhì)積累量影響規(guī)律不明顯。

        (2)合理的水肥組合有利于提高馬鈴薯產(chǎn)量、商品率、水分利用效率和肥料偏生產(chǎn)力;高水條件下,高氮中磷低鉀組合下產(chǎn)量和商品率最高,與其他處理均存在顯著差異(P<0.05)。適宜的水肥組合有利于提高馬鈴薯水分利用效率,T5、T6、T8處理的水分利用效率之間無(wú)顯著差異(P>0.05);氮磷鉀施入量越低,灌溉量越大,肥料偏生產(chǎn)力越高;綜合考慮產(chǎn)量、肥料偏生產(chǎn)力和水肥利用效率,T8處理較優(yōu)。

        (3)灌水量和施氮量單因素對(duì)產(chǎn)量的影響呈增加趨勢(shì),施磷量和施鉀量單因素對(duì)產(chǎn)量的影響呈遞減趨勢(shì);灌水量和施氮量單因素對(duì)水分利用效率的影響呈先增加后降低趨勢(shì),施磷量和施鉀量單因素對(duì)水分利用效率的影響呈先降低后增加趨勢(shì);4 個(gè)因素對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響依次為灌水量、施氮量、施磷量、施鉀量,對(duì)水分利用效率依次為施氮量、施磷量、施鉀量、灌水量。

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