付麗軍, 黃 炎, 張 芊, 谷守國, 趙瑞玲, 周 禹2,

(1.唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院, 河北 唐山 063000; 2.唐山市功能性農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院, 河北 唐山 063000;3.唐山市食品藥品綜合檢驗檢測中心, 河北 唐山 063000)

水肥一體化是根據(jù)作物需求,對農(nóng)田水分和養(yǎng)分進(jìn)行綜合調(diào)控和一體化管理,以水促肥、以肥調(diào)水,實現(xiàn)水肥耦合,全面提升農(nóng)田水肥利用效率的一項新興現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)[1]。該技術(shù)可顯著提高作物的產(chǎn)量和水肥利用效率[2],杜社妮等[3]的研究中黃瓜水肥一體化較常規(guī)灌溉施肥節(jié)水31.4%,節(jié)肥58%。劉建英等[4]的研究中黃瓜產(chǎn)量和水分利用效率分別提高了32.95%和64.84%;杜文波等[5]研究指出,番茄水肥一體化較常規(guī)漫灌增產(chǎn)11.83%～14.41%。

生姜作為我國重要的調(diào)味蔬菜和中藥方劑組成,其投入高,產(chǎn)值大,近年來發(fā)展迅速,種植規(guī)模逐年擴大,已成為很多地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè),但是生姜屬于勞動密集型產(chǎn)業(yè),投入巨大,肥量投入占比達(dá)30%以上,姜農(nóng)為了追求高產(chǎn),不斷提高施肥上限,極大地推高了種植成本,然而產(chǎn)值沒有相應(yīng)的提升,如何科學(xué)施肥,用最低的肥料施用量產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益,成為當(dāng)下重要研究課題,本研究以微噴灌肥水一體化為切入點,研究它與常規(guī)灌溉施肥對土壤養(yǎng)分、水分和產(chǎn)量的影響,以期為生姜微噴灌肥水一體化技術(shù)推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗方案

試驗于2019年4月9日在河北省唐山市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地進(jìn)行,土壤為砂壤土,pH值7.0,有機質(zhì)含量1.28%,堿解氮含量 22.34 mg/kg,速效磷含量41.28 mg/kg,速效鉀含量127.63 mg/kg。供試品種為冀姜5號設(shè)置微噴灌和溝灌(ck)兩種處理,行距68 cm,株距20 cm,小區(qū)面積667 m2,3次重復(fù),10月5日收獲。微噴灌澆水方案:每 2 行鋪設(shè) 1 條管帶,微噴頭(濟南市中霖節(jié)水灌溉科技有限公司G型)設(shè)置間距 1.5 m,其工作壓力為0.15 MPa,流量50 L/h ,噴灑直徑5 m,溝灌長度為20 m。

微噴灌:幼苗期20 m3/667 m2,發(fā)棵期24 m3/667 m2,根莖膨大期29 m3/667 m2;溝灌(ck)澆水方案參照農(nóng)民常規(guī)灌溉,當(dāng)土壤含水量低于60%時進(jìn)行下一次灌溉。微噴灌和溝灌(ck)的基肥施用量一致,均為腐熟有機肥4 000 kg/667 m2(含N 2.05%,P2O51.64%,K2O 0.92%)。對照區(qū)采用農(nóng)民常規(guī)水肥管理,全生育期總施肥量400 kg/667 m2。處理區(qū)微噴灌水肥一體化施肥320 kg/667 m2。

1.2 試驗方法

土壤水分測定從生姜出齊苗后開始,每天10:00時取樣,取樣深度25 cm,取樣位置為地塊前中后3個位置,測定方法采用NY/T52-1987;在苗期、發(fā)棵期、根莖膨大期測定土壤有機質(zhì)、全鹽量、pH值、堿解氮、有效磷和速效鉀。有機質(zhì)、全鹽量和pH值測定采用NY/T1121-2006標(biāo)準(zhǔn);堿解氮測定采用DB51/T1975-2014標(biāo)準(zhǔn);有效磷測定采用NY/T1121.7-2014標(biāo)準(zhǔn);速效鉀測定采用NY/T889-2004標(biāo)準(zhǔn)。收獲按小區(qū)測產(chǎn),將生姜種植區(qū)分為三個小區(qū),每小區(qū)隨機抽取3個點,每點取10株,獲得最終生姜產(chǎn)量,然后計算水分生產(chǎn)效率和肥料偏生產(chǎn)力:

水分生產(chǎn)效率/%=(生姜產(chǎn)量/水分供應(yīng)總量)×100%;

肥料偏生產(chǎn)力(kg/kg)=生姜產(chǎn)量/肥料有效養(yǎng)分施用量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉方式對含水量和水分生產(chǎn)效率的影響

從圖1可以看出,撤棚前,微噴灌在第6天、第12天、第18天含水量降到60%,溝灌(ck)第7天和第17天降到60%,即微噴灌澆水次數(shù)比溝灌多一次;撤棚后,微噴灌在第8天和第16天澆水,溝灌在第7天和第17天澆水,澆水次數(shù)一樣。整個生育期微噴灌灌溉總次數(shù)高于溝灌,但是水分總消耗量卻遠(yuǎn)低于對照(見表1),微噴灌比ck節(jié)水15.94%,水分生產(chǎn)效率提高26.84%。微噴灌少量多次的灌水方式,使根際土壤保持較高的相對含水量,節(jié)水的同時促進(jìn)生姜根系生長。

圖1 不同灌溉方式土壤相對含水量變化

2.2 微噴灌水肥一體化技術(shù)對土壤養(yǎng)分和pH值的影響

由表2可知,水肥一體化處理土壤養(yǎng)分含量均高于對照。苗期水肥一體化技術(shù)處理土壤中有機質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量分別比對照高2.61%,15.45%,16.33%,2.70%,其中有效磷差異顯著,其余指標(biāo)差異不顯著。發(fā)棵期2個處理土壤中只有堿解氮和有效磷含量差異顯著,其他養(yǎng)分含量差異不明顯。根莖膨大期2個處理土壤中的堿解氮、有效磷、速效鉀含量差異顯著,水肥一體化處理分別比對照提高20.49%,21.06%,9.33%。對照中土壤中的全鹽含量在發(fā)棵期和根莖膨大期均明顯高于水肥一體化技術(shù)處理,分別比水肥一體化處理高23.96%,32.69%。2個處理不同時期的土壤pH值變化不大,無顯著差異。

表2 水肥一體化技術(shù)對生姜土壤養(yǎng)分和pH值的影響

2.3 微噴灌水肥一體化技術(shù)對生姜產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力的影響

如表3、表4所示,使用微噴灌水肥一體化技術(shù)平均產(chǎn)量5 778.59 kg/667 m2,較對照增產(chǎn)10.07%,增產(chǎn)效果顯著。生姜全生育期內(nèi),利用生姜微噴灌水肥一體化技術(shù)較對照節(jié)水15.94%,節(jié)肥20%,肥料偏生產(chǎn)力提高24.01%。

表3 不同施肥灌溉處理對生姜產(chǎn)量的影響

表4 不同施肥灌溉處理肥料偏生產(chǎn)力比較

3 討 論

3.1 不同灌溉方式對土壤含水量和水分生產(chǎn)效率的影響

水分在多數(shù)農(nóng)作物在生長過程中都發(fā)揮著重要作用,水分達(dá)不到平衡狀態(tài),作物的生長都會受到一定影響[6],本試驗中生姜微噴灌水肥一體化技術(shù)較對照節(jié)水15.94%,水分生產(chǎn)效率提高26.84%。相比較溝灌,微噴灌能精準(zhǔn)控制土壤含水量,使土壤長時間保持較高的濕度,減少因漫灌造成農(nóng)作物種植過程中出現(xiàn)的過澇現(xiàn)象,提高灌水均勻度以及縮短田間持水率的變化范圍[7],有利于緩解生姜對水分需求,達(dá)到節(jié)水效果,提高了水分生產(chǎn)效率,間接促進(jìn)了根部對其他營養(yǎng)成分的吸收。

3.2 微噴灌水肥一體化技術(shù)對土壤養(yǎng)分和pH值的影響

本試驗中,堿解氮、有效磷在發(fā)棵期和根莖膨大期均顯著高于對照,速效鉀只在根莖膨大期高于對照。水肥一體化處理的土壤養(yǎng)分含量均高于對照,一方面水肥一體化技術(shù)提高了養(yǎng)分利用率,間接減少對土壤養(yǎng)分的吸收;另一方面,大水漫灌可能也會導(dǎo)致土壤中養(yǎng)分流失。整個生長周期土壤全鹽含量對照均顯著高于水肥一體化技術(shù)處理,土壤pH值無明顯差異。這與曹壯壯和繆旻珉[8]的水肥一體化處理降低了土壤的EC值結(jié)論是一致,但與土壤pH值升高的結(jié)果不同。推測pH值不一致是因為大田和大棚種植環(huán)境的不同造成的差異。這表明水肥一體化技術(shù)能夠維持較高土壤養(yǎng)分水平,提高養(yǎng)分利用率,降低土壤鹽漬化。

3.3 微噴灌水肥一體化技術(shù)對生姜產(chǎn)量和肥料偏生產(chǎn)力的影響

水肥一體化技術(shù)不僅可以節(jié)水,節(jié)約肥料,還能提高產(chǎn)量。本試驗結(jié)果顯示,生姜微噴灌水肥一體化技術(shù)平均產(chǎn)量5 778.59 kg/667 m2,較對照增產(chǎn)10.07%,節(jié)水15.94%,節(jié)肥20%,肥料偏生產(chǎn)力提高24.01%,這與前人研究結(jié)果一致。許恩軍等[9]研究認(rèn)為,滴灌施肥較溝灌施肥的大棚蔬菜增產(chǎn)率達(dá)19.5%～36.0%。劉虎成等[10]試驗結(jié)果表明,滴灌施肥較常規(guī)溝灌施肥生姜根莖經(jīng)濟產(chǎn)量提高17.94%。生姜對養(yǎng)分需求量大[11-12],其產(chǎn)量與肥料利用率密切相關(guān),然而生姜根系卻極不發(fā)達(dá)[13],容易受傷,過澇和干旱都會阻礙根的分蘗生長,大水漫灌易造成生姜地上部的徒長,同時稀釋或帶走部分生姜根部周圍的養(yǎng)分,而微噴灌水肥一體化,能夠維持較高的土壤養(yǎng)分濃度,減少生姜植株地上莖葉徒長,增加分枝數(shù),有利于植株各器官的平衡生長[14],最終提升生姜產(chǎn)量?；实臏p量使用,會導(dǎo)致蛋白質(zhì)和硝酸鹽含量的降低[15-16]。生姜根莖膨大期對 N 和 K 的需求量較大,化肥用量的減少降低了N、P供給,影響了蛋白質(zhì)的合成,也降低了硝酸鹽合成,而硝酸鹽含量是無公害蔬菜品質(zhì)監(jiān)測的重要指標(biāo)[17],硝酸鹽含量的降低,有助于提高食品的安全性。

4 結(jié) 論

本研究表明,微噴灌水肥一體化較常規(guī)溝灌施肥節(jié)水15.94%,水分生產(chǎn)效率提高26.84%,土壤養(yǎng)分堿解氮、有效磷和速效鉀含量顯著高于常規(guī)灌溉施肥措施,pH值保持不變,生姜微噴灌水肥一體化技術(shù)平均產(chǎn)量5 778.59 kg/667 m2,較對照增產(chǎn)17.63%,節(jié)肥19.36%,肥料偏生產(chǎn)力提高24.01%。微噴灌水肥一體化技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)生姜的高效栽培,幫助農(nóng)民節(jié)本增效,同時改善生態(tài)環(huán)境。