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        不同施肥措施對(duì)南方冬種馬鈴薯產(chǎn)量和肥料利用率的影響

        2021-11-13 01:27:26宋惠潔李大明柳開樓胡丹丹胡志華葉會(huì)財(cái)胡惠文余喜初
        湖南農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年8期
        關(guān)鍵詞:農(nóng)學(xué)磷肥鉀肥

        宋惠潔,李大明,柳開樓,胡丹丹,胡志華,葉會(huì)財(cái),胡惠文,余喜初

        (江西省紅壤研究所,江西省紅壤耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國(guó)家紅壤改良工程技術(shù)研究中心,江西 南昌 331717)

        馬鈴薯(Solanum tuberosumL.)是我國(guó)除小麥、水稻、玉米外的第四大主糧作物,種植面積大、高產(chǎn)、抗旱、耐寒力強(qiáng),且營(yíng)養(yǎng)豐富、食用方法多樣,深受人們的喜愛[1-2]。我國(guó)南方冬季水稻田閑置較多,這為馬鈴薯發(fā)展提供了很大空間[3],調(diào)查顯示,21 世紀(jì)以來,南方馬鈴薯種植面積和產(chǎn)量呈迅速上升趨勢(shì)。同時(shí),種植馬鈴薯可以避免冬季土地空閑造成的光、熱、土等自然資源的浪費(fèi),且新鮮馬鈴薯上市可以彌補(bǔ)冬季蔬菜市場(chǎng)空缺,獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益[4]。但在我國(guó)馬鈴薯生產(chǎn)中,為了獲得高產(chǎn),不合理施用化肥甚至濫用化肥[5-6]的現(xiàn)象普遍存在。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年至少消耗65.5 萬t 化肥用于馬鈴薯的種植,氮肥平均用量為164.2 kg/hm2、磷肥平均用量為100.3 kg/hm2、鉀肥平均用量為188.0 kg/hm2,施肥多以一次性基施為主,肥料利用率低[7-8]。馬鈴薯根系不發(fā)達(dá),其對(duì)養(yǎng)分需求量較大且對(duì)養(yǎng)分的供應(yīng)比較敏感[9-10],不合理施肥會(huì)嚴(yán)重影響馬鈴薯產(chǎn)量潛力的發(fā)揮和肥料利用率的提高,進(jìn)而降低馬鈴薯生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益。因此,在實(shí)際生產(chǎn)中,要充分考慮土壤養(yǎng)分狀況與馬鈴薯對(duì)養(yǎng)分的需求特點(diǎn),采用科學(xué)的方法進(jìn)行養(yǎng)分管理。

        較為成熟的馬鈴薯推薦施肥方法是測(cè)土配方施肥法[11-13],但是該方法要采集土壤樣品、測(cè)試分析后才能給出推薦施肥量,有一定的滯后性,且檢測(cè)要花費(fèi)大量的人力物力,很難在每一個(gè)生產(chǎn)主體上應(yīng)用[14-15]。另外,還有主要針對(duì)作物氮素營(yíng)養(yǎng)供給的硝酸鹽測(cè)試推薦法[16-17]、葉綠素診斷推薦法[18]、冠層氮肥營(yíng)養(yǎng)診斷法[19]等。近年來,一種新型的施肥措施--養(yǎng)分專家系統(tǒng)(Nutrient Expert,以下簡(jiǎn)稱 NE)推薦施肥開始應(yīng)用于農(nóng)田養(yǎng)分管理中,它是基于作物產(chǎn)量反應(yīng)和農(nóng)學(xué)效率,借助計(jì)算機(jī)技術(shù),形成智能化的、易操作的推薦施肥系統(tǒng)[20]。NE 根據(jù)給定地塊的土壤性狀、過去3~5 a 的產(chǎn)量水平和養(yǎng)分管理措施,就能給出合理的施肥建議,涵蓋氮、磷、鉀等大量元素及其他中微量元素的全面平衡。目前,該方法已在小麥[21]、玉米[22]、水稻[23]、大豆[24]等作物上開展了大量研究,均能夠有效增加作物產(chǎn)量。NE 在馬鈴薯上的應(yīng)用研究也有報(bào)道,但都集中在內(nèi)蒙古、吉林等北方地區(qū)[25-27],在南方地區(qū)的相關(guān)報(bào)道較少。因此,筆者研究了不同施肥措施下南方冬種馬鈴薯產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益、養(yǎng)分吸收利用的變化特征,以明確其增產(chǎn)增收效果,為建立南方馬鈴薯高產(chǎn)、高效、科學(xué)的施肥技術(shù)體系提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)地概況與供試品種

        試驗(yàn)在江西省進(jìn)賢縣張公鎮(zhèn)進(jìn)行。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候區(qū),年均溫度16~17℃;年降雨量1 300~1 600 mm,且40%以上雨量集中在第二季度;年無霜期239~266 d。土壤類型為第四紀(jì)紅黏土母質(zhì)發(fā)育而來的紅壤土,供試土壤pH 值4.92,有機(jī)質(zhì)19.46 g/kg,堿解氮110.25 mg/kg,速效磷51.45 mg/kg,速效鉀65 mg/kg。

        供試馬鈴薯品種為荷蘭15 號(hào)。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        試驗(yàn)設(shè)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥(FP),基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥(NE),基于NE 的不施氮(NE-N)、不施磷(NE-P)、不施鉀(NE-K)和不施肥(CK)等6 個(gè)處理,不同處理的肥料用量詳見表1。氮肥(尿素)以3 ∶1 ∶1 的比例分別在播種期、苗期和花期作為基肥或追肥施入,磷肥(鈣鎂磷肥)全部作基肥一次性施入,鉀肥(氯化鉀)以1 ∶1 的比例分別在播種期和苗期做基肥和追肥施入。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),設(shè)重復(fù)3 次。小區(qū)面積為20 m2,種植株行距為30 cm×50 cm。

        表1 各處理的施肥量 (kg/hm2)

        1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

        收獲時(shí)稱取各小區(qū)馬鈴薯塊莖重量,記錄小區(qū)產(chǎn)量。同時(shí),每小區(qū)選3 穴有代表性的植株樣品,分莖葉、塊莖烘干,測(cè)定莖葉和塊莖干重;然后研磨過2 mm 篩,用H2SO4-H2O2消解后,分別用凱氏定氮法、鉬銻抗比色法和火焰風(fēng)光光度計(jì)法[28]測(cè)定氮、磷、鉀含量。

        1.4 數(shù)據(jù)處理和分析方法

        根據(jù)塊莖和莖葉的干重按公式(1)計(jì)算氮磷鉀養(yǎng)分積累量,然后按公式(2)~(6)分別計(jì)算肥料偏生產(chǎn)力、肥料農(nóng)學(xué)效率、肥料回收利用率、施肥收益和產(chǎn)投比。

        采用Excel 2007 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,采用SPSS 17 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同處理對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量的影響

        各施肥處理的馬鈴薯產(chǎn)量顯著增加,年均產(chǎn)量較不施肥處理(CK)增加29.28%~80.18%,產(chǎn)量從高到低依次表現(xiàn)為NE >FP >NE-P >NE-K >NE-N >CK。其中,與FP 處理相比,NE 年均產(chǎn)量增加8.25%,達(dá)到顯著水平;與NE 處理相比,年均產(chǎn)量NE-N 處理降低28.25%,NE-P 處理降低17.06%,NE-K 處理降低22.15%;基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥(NE),施氮年平均增產(chǎn)39.36%、施磷年平均增產(chǎn)20.58%、施鉀年平均增產(chǎn)28.45%(圖1)。

        圖1 各處理馬鈴薯的產(chǎn)量

        2.2 不同處理對(duì)馬鈴薯經(jīng)濟(jì)效益的影響

        經(jīng)濟(jì)效益以NE 處理最高,F(xiàn)P 處理次之,NE 處理較FP 處理的年均收益增加20.66%,且達(dá)到顯著水平?;陴B(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥(NE),年平均收益施氮增加7 611 元/hm2、施磷增加4 598 元/hm2、施鉀增加5 968 元/hm2;年平均產(chǎn)投比以NE、NE-P、FP較高,分別為9.03、8.26 和7.43,且NE 除與NE-P沒有顯著性差異外,均顯著高于其他處理??梢?,在馬鈴薯種植過程中,氮磷鉀肥平衡施用的經(jīng)濟(jì)效益較好、產(chǎn)投比較高,基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥(NE)較當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥(FP)的平均產(chǎn)投比顯著增加(見表2)。

        表2 各處理馬鈴薯的經(jīng)濟(jì)效益

        2.3 不同處理對(duì)馬鈴薯氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量的影響

        施肥能顯著提高馬鈴薯的養(yǎng)分積累量,其中氮素積累量較不施肥處理(CK)增加27.19%~113.44%(見圖2),磷素積累量較不施肥處理(CK)增加43.33%~114.91%(見圖3),鉀素積累量較不施肥處理(CK)增加53.79%~145.67%(見圖4)。氮、磷、鉀肥平衡施用時(shí),更有利于養(yǎng)分的積累,NE 處理的氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量均表現(xiàn)為最高,其次是FP 處理,NE 處理與FP 處理相比,氮、磷、鉀素積累量分別提高11.51%、2.25%和8.47%,其中氮、鉀素積累量的差異達(dá)到顯著水平。

        圖2 各處理馬鈴薯的氮素積累量

        圖3 各處理馬鈴薯的磷素積累量

        圖4 各處理馬鈴薯的鉀素積累量

        2.4 不同處理對(duì)馬鈴薯肥料利用效率的影響

        磷肥偏生產(chǎn)力以NE 處理最高,顯著高于其他處理,NE 處理較NE-N、NE-K 處理分別高39.37%和28.45%,較FP 處理高63.21%;氮肥和鉀肥偏生產(chǎn)力以FP 處理最高,NE 次之,F(xiàn)P 處理較NE 處理分別高27.12%和10.47%,這與該地區(qū)FP 處理的磷肥施用量較NE 處理平均高50.77%,氮肥和鉀肥施用量較NE 處理平均低27.33%和16.38%有關(guān)。NE 處理的磷肥、鉀肥農(nóng)學(xué)效率和回收利用率均顯著高于FP處理,氮肥農(nóng)學(xué)效率和回收利用率較FP 處理沒有顯著差異(見表3)。因此,基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥 (NE)較當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥(FR)能明顯提高肥料利用效率。其中,NE 處理的磷肥偏生產(chǎn)力較FP 處理顯著提高160.56 kg/kg;磷、鉀肥農(nóng)學(xué)效率較FP 處理分別提高44.78 和11.09 kg/kg,磷、鉀肥回收利用率較FP 處理分別提高9.35 和4.15 個(gè)百分點(diǎn),均達(dá)顯著水平;而氮、鉀肥偏生產(chǎn)力較FP 處理分別降低48.73 和24.33 kg/kg,這與NE 處理的氮、鉀肥施用量增加有關(guān)。

        3 討論與結(jié)論

        科學(xué)施肥不僅是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)的關(guān)鍵,而且還能降低生產(chǎn)成本、提高肥料利用率、緩解當(dāng)前因農(nóng)業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的環(huán)境污染問題[29-31]。梁俊梅等[25]研究發(fā)現(xiàn),在內(nèi)蒙古馬鈴薯主產(chǎn)區(qū),采用養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥較農(nóng)民習(xí)慣施肥增產(chǎn)4.22%~11.98%。這與筆者采用基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥(NE)較當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥(FP)增產(chǎn)8.25%的結(jié)果一致。筆者的研究結(jié)果還表明,增施氮肥的增產(chǎn)幅度最大(年平均增產(chǎn)39.36%),說明氮肥是馬鈴薯增產(chǎn)的主要限制因子;氮、磷、鉀肥平衡施用增產(chǎn)效果較好,這與李璐等[4]和宋蝶等[23]的研究結(jié)果一致。徐亞新等[6]研究了我國(guó)馬鈴薯不同種植區(qū)優(yōu)化施肥的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和養(yǎng)分回收率特征,結(jié)果表明長(zhǎng)江中下游地區(qū)馬鈴薯的氮、磷、鉀肥的農(nóng)學(xué)效率平均分別為40.0、53.6 和27.5 kg/kg,氮、磷、鉀肥的偏生產(chǎn)力平均分別為224.7、370.5 和149.4 kg/kg,氮、磷、鉀肥的回收利用率平均分別為29.4%、18.9%和20.2%。筆者研究中氮、磷、鉀肥的回收利用率與上述結(jié)果相比偏低,可能是因?yàn)樵囼?yàn)區(qū)雨水多,而砂質(zhì)土壤的保水保肥力差,容易造成肥料揮發(fā)或淋溶;且磷肥施用量低,易于與土壤中的鐵離子和鋁離子結(jié)合形成沉淀固定在土壤中[32]。但與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥(FP)相比,基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥(NE)可明顯提高肥料利用率。

        與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥(FP)相比,基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥(NE)對(duì)南方冬種馬鈴薯具有顯著增產(chǎn)增收效果,年均增產(chǎn)為8.25%,年均增收為20.66%;氮、磷、鉀養(yǎng)分積累量分別提高11.51%、2.25%、8.47%,其中氮、鉀素積累量的差異達(dá)到顯著水平;氮、磷、鉀偏生產(chǎn)力分別為179.65、414.57 和232.30 kg/kg,氮、磷、鉀農(nóng)學(xué)效率分別為50.74、70.75 和51.45 kg/kg,其中磷肥偏生產(chǎn)力提高63.21%,達(dá)顯著水平;氮、磷、鉀回收利用率分別為15.15%、10.19%和9.37%。因此,基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)的施肥(NE)既保證了馬鈴薯產(chǎn)量和效益的增加,又促進(jìn)了作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用、提高了肥料利用率,在南方冬作區(qū)有良好的應(yīng)用效果,可以推廣應(yīng)用。

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