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水肥一体化和覆盖地布等对木薯生长和土壤养分的影响

来源:知实学术 分类:农业论文 发布时间:2021-06-02 浏览:

  摘 要:本文通過大田试验,研究了水肥一体化和覆盖地布等对木薯生长和土壤养分的影响,试验设置地膜/地布,4个施肥量,3种灌溉量等13个处理。结果表明,水肥一体化能显著提高木薯产量(40.18 %~51.85 %),最高为处理12(地膜+减量施肥2+滴灌2)和处理13(地布+减量施肥2+滴灌2)。在无滴灌条件下,覆盖地布或者地膜也能显著提高木薯产量,但水肥一体化各处理间增产不明显;处理3(减量施肥1)和处理5(地布+减量施肥1)的氮肥、钾肥利用率比处理2(常规施肥)提高了4.18 %~10.32 %和12.65 %~22.66 %,而处理11(减量施肥2+滴灌2)和处理13则比处理2提高了23.32 %~36.58 %和37.48 %~45.72 %;处理8~13比处理2的速效磷增加了11.67 mg/kg~33.79 mg/kg,速效钾含量增加了24.9 mg/kg~70.2 mg/kg。在覆盖地布/地膜条件下,减量施肥+滴灌能明显提高氮、磷、钾肥料利用率;整体上滴灌处理的土壤速效磷和土壤速效钾含量有明显增加;综合考虑产量、节水、减肥和环保因素,处理13(地布+ N 75 kg/hm2、P2O5 37.5 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2+333.3 m3/hm2)为本研究最佳处理。

  关键词:水肥一体化 覆盖地布 木薯生长 土壤养分

  中图分类号:S889+.5 文献标识码:A

现代农业研究

  《现代农业研究》杂志创刊于1995年,是黑龙江省科学技术厅主管、黑龙江省科技技术情报研究院主办,面向国内外公开发行的综合性农业科技期刊,以宣传国家农业方针政策,刊载现代化农业发展的成果与经验,探索农业发展新方式,服务农业现代化为办刊宗旨,面向农业领域的广大工作者,搭建学术交流与科普宣传平台。

  Effects of Water-Fertilizer Integration and Ground Cloth Mulching on Cassava Growth and Soil Nutrients

  ZHOU Shiyi1,2, WEI Yundong1,2, CHEN Ruirui1,2, PAN Huan1,2,

  LI Jun1,2, ZHENG Hua1,2*, XU Chuan1,2,LUO Yanchun1,2

  (1 Guangxi Subtropical Crops Research Institute , Nanning, Guangxi 530001, China;

  2 Guangxi Cassava Research Institute, Nanning, Guangxi 530001, China)

  Abstract: Effects of water-fertilizer integration and ground cloth mulching on cassava growth and soil nutrients were studied in a field trial with 13 treatments, including ground cloth/plastic film mulching, 4 fertilization rates and 3 irrigation quantities. The results showed that the cassava yield significantly increased (40.18%~51.85%) under the conditions of water-fertilizer integration and ground cloth or plastic film mulching, reaching the highest level in T12 (plastic film mulching + fertilizer reduction 2 + drip irrigation 2) and T13(ground cloth mulching + fertilizer reduction 2+drip irrigation 2). The cassava yield also remarkably increased even under the conditions of ground cloth or plastic film mulching without drip irrigation. The yield increasing effect was not obvious among different treatments of water-fertilizer integration. The utilization rate of nitrogen and potassium in T3 (fertilizer reduction1), T5 (ground cloth mulching + fertilizer reduction1), T11 (fertilizer reduction 2 + drip irrigation 2) and T13 increased by 4.18%~10.32%, 12.65%~22.66%, 23.32%~36.58% and37.48%~45.72% respectively than that in T2 (conventional fertilization); the available phosphorus and potassium in T8-T13 increased by 11.67 mg/kg~33.79 mg/kg, 24.9 mg/kg~70.2 mg/kg respectively than that in T2. The utilization rate of nitrogen, phosphorus and potassium significantly increased under the condition of fertilization reduction + drip irrigation and ground cloth or plastic film mulching; the available phosphorus and potassium in soil increased under the drip irrigation; taking into account of yield, water saving, fertilization reduction and environmental protection, T13 (ground cloth mulching + N 75 kg/hm2, P2O5 37.5 kg/hm2 and K2O 75 kg/hm2 + 333.3 m3/hm2) is the best treatment.

  Key words: Water-fertilizer integration; ground cloth mulching; cassava growth; soil nutrients

  合理施肥能显著提高作物产量和品质,但过分追求产量而无节制施用化肥,造成土壤严重板结、有机质含量减少、作物产量和品质下降等问题日益突出,这与国家可持续发展战略相背而行,因此减少化肥施用,提高肥料利用率,成为了农业生产中亟须解决的问题。

  广西木薯主产区多年平均降雨量为1445.38 mm,木薯生育期内有效降雨量656.90 mm,苗期、块根形成期、块根膨大期、块根成熟期分别占全生育期有效降雨量15.41 %、25.92 %、52.00 %、6.67 %[1],可见木薯苗期和成熟期容易遭遇气候性干旱。近年来,随着水肥一体化技术的不断成熟,该技术逐渐被应用于木薯栽培,并且能够有效解决木薯常年只能依靠降雨和土壤存水维持生长等现状。研究表明,木薯苗期和块根膨大期是木薯需水关键期,灌溉可以大幅增加木薯块根产量[2-5];灌溉能改善木薯农艺性状,如增加单株绿叶数、增加株高、茎粗等[6];相比微喷灌溉和不灌溉,微滴灌溉既能提高水分利用率,增強木薯抗旱性,又能提高木薯光合效率和木薯产量[7]。樊吴静等研究发现,膜下滴灌条件下增加灌溉定额,可有效改善土壤理化性状,提高木薯产量和经济效益,3种灌溉定额以1200 m3/hm2 效果最佳[8];郑厚贵等对不同灌水量对木薯需水量及产量的影响进行研究,结果发现木薯需水量在1969.88 mm~2160.74 mm产量表现最佳,灌水量过高或者过低,均会影响木薯产量的增加[9]。蒋建华等研究表明,木薯生育期最佳灌水量为3600 t/hm2,最佳施肥搭配为N 70 kg/hm2、K2O 105 kg/hm2[10]。

  因此,如何科学利用水肥一体化,提高肥料利用率,进而提高木薯产量,近年来成为了许多研究工作者的研究方向之一。本试验于2018年在广西壮族自治区亚热带作物研究所木薯种植基地,研究了水肥一体化及地布覆盖下滴灌减量施肥对木薯生长和土壤养分的影响,以期为木薯水肥一体化技术在更大范围内的推广和发展提供科学基础。

  1 材料与方法

  1.1 试验材料

  试验所用化肥:尿素(N 46.4 %,重庆建峰化工股份有限公司)、复合肥(N∶P2O5∶K2O比例为15∶15∶15,欧洲化学安特卫谱公司)、氯化钾(K2O 60 %,中化化肥有限公司)、磷酸二氢钾(P2O5≥51.5 %,K2O≥33.9 %,什邡市康龙化工有限责任公司)、硝酸钾(硝态氮≥13.5 %,K2O≥46 %,什邡市康龙化工有限责任公司)。地膜为市购白色地膜,地布为市购黑色园艺地布。

  供试木薯品种为桂热10号(GR10),是广西壮族自治区亚热带作物研究所从广西防城港市防城区平旺乡横过村采集的地方糯米木薯种质,原名糯米糍,经多年田间观测及评价,培育繁育而成。

  1.2 试验方法

  1.2.1 试验设计

  试验在广西壮族自治区亚热带作物研究所木薯试验基地(N 22°54′02.56″,E 108°20′05.42″)进行。试验处理包括不施肥(处理1)、常规施肥(处理2、4、6)、减量施肥1(处理3、5、7)、以及减量施肥2配合滴灌、地布、地膜等共13个处理(见表1)。其中处理2~7为施肥方式为穴施固体肥料,处理8~13为滴灌。

  木薯起垄种植,垄宽约1.3 m,垄沟约0.5 m,每垄种2行,行距0.9 m,株距1 m。每个小区设置6×6=36株,试验设置3次重复,随机区组排列。

  2019年4月18日种植木薯, 4月20~22日按处理要求设置滴灌系统,每株木薯设置一个滴头,均设置在垄内距离木薯约20 cm处(上下2株错开方向)。滴头流速为2 L/h,每个试验小区设有一个独立水表。4月23日按处理要求覆盖地膜或者地布。

  2019年5月18日(植后30 d)处理2、4、6以复合肥,处理3、5、7以复合肥、尿素、氯化钾的形式施用100 %的化肥。同日处理8~13尿素和磷酸二氢钾的形式溶解于水,通过4 %的肥液浓度滴灌,施入N 17.5 %,P2O5 50 %,K 17.0 %。2019年6月17日(植后60 d)同30 d在处理8~13滴灌施入水肥;7月25日(植后90 d)以尿素和硝酸钾的形式滴灌施入N 50 %,K2O 25 %;8月5日(植后109 d)以尿素和硝酸钾的形式滴灌施入N 15 %,K2O 41 %。

  2019年4月22日进行灌溉,滴灌1灌溉量为6 L/株,滴灌2灌溉量为4 L/株;分别于8月30日、9月15日、10月10日进行灌溉,滴灌1(处理8、9)灌溉量为10 L/株/次,滴灌2(处理10~13)灌溉量为6 L/株/次。加上施肥用水量,滴灌1灌溉总量为44 L/株,滴灌2为30 L/株,折算成降雨量分别为488.9 m3/hm2和333.3 m3/hm2。

  1.2.2 测定项目与方法

  株高、茎粗、鲜薯产量、淀粉含量测定:每个小区内部株选取16株植株,株高采用塔尺测定,茎粗采用游标卡尺测定;用电子秤测定鲜薯产量,用雷蒙秤法测定淀粉含量;

  植株地上部、地下部鲜重与干重测定:采集处理1、2、3、5、11、13的木薯植株样(每个小区3株),分别用电子秤测定地上部和地下部鲜重,105 ℃杀青20 min,85 ℃烘干至恒重称干重;

  全量养分(氮/磷/钾)测定:植物样品经H2SO4-H2O2消煮后,全氮采用半微量凯氏定氮法测定、全磷采用钼锑抗比色法测定、全钾采用火焰光度计法测定;

  土壤速效养分(氮/磷/钾)测定:速效氮(碱解氮)采用碱解扩散法测定、速效采用磷碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定、速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度计法测定[11];

  木薯干物质率(%)=干重/鲜重×100;

  作物体内元素吸收量(kg/hm2)=木薯干重(t/hm2)× 养分含量(g/kg);

  肥料利用率(%)=(施肥区作物体内元素吸收量-不施肥区作物体内元素吸收量)/肥料中该元素的总量。

  1.3 数据处理与分析

  运用Microsoft office/Excel 2013软件对试验数据进行整理统计,方差分析采用RStudio version 1.1.463(基于R Version 3.5.2)中的ANOVA进行,多重比较采用SSR法。

  2 结果与分析

  2.1 木薯收获期株高、茎粗比较

  从表2可以看出,处理13木薯株高最大,其次是处理12、2,3个处理均显著大于处理5,但是与正常施肥相比较,减量施肥的所有处理株高几乎没有显著差异,而处理1株高最小,即不施肥处理(CK),说明施肥能促进株高增长。茎粗最大值为处理13,为27.44 mm,显著大于处理7、9、12、5,且处理6显著大于处理5,处理1(CK)最低。说明施肥增加了木薯茎粗;在减量施肥2的情况下,使用地布比地膜能明显增加木薯茎粗。

  木薯株高和莖粗有极显著(P<0.01)的线性相关(图1),决定系数为0.5636。

  2.2 鲜薯产量、淀粉含量、淀粉产量比较

  鲜薯产量最高为处理12(41.38 t/hm2),其次为处理13、8、9、10、11,最低为处理1(表2)。处理12和处理13显著高于处理1~7,说明在覆盖地膜或者地布的情况下,滴灌2+减量施肥2可比不灌溉的情况下显著提高木薯产量;但在有滴灌的条件下(处理8~13),覆盖地膜/地布并未显著增产。处理2和处理3的鲜薯产量均显著低于处理4~7,表明在无灌溉的情况下,覆盖地布和地膜能显著提高木薯产量。

  在施肥和灌溉相同条件下,地膜和地布对木薯产量、淀粉含量、淀粉产量没有显著影响。处理1(CK)的鲜薯产量低于其他处理(表2),说明施肥比不施肥增加了木薯产量;但处理1的淀粉含量最高,说明不施肥导致木薯光合同化物积累在相对少的块根中,导致淀粉含量相对偏高,而淀粉产量却最低。

  2.3 木薯生物量、干物质率、养分含量、肥料利用率比较

  木薯地上部、地下部和全株生物量均表现为不施肥处理(处理1)最低(表3),说明施肥增加了木薯生物量。地上部干物质率在24.4%±0.8~25.3%±0.4之间,处理间差异不显著;处理间地下部干物质率差异也不显著。各观测处理间的木薯全株的氮和钾含量差异不显著,但处理5磷含量最低,显著低于处理13,说明地布+减量施肥2+滴灌2比地布+减量施肥1+不灌溉显著提高了木薯植株磷含量。

  木薯体内的氮和钾吸收量规律一致,均表现为处理1最小,显著低于其他处理(表4),说明施肥显著促进了木薯体内氮和钾的吸收;磷吸收量也为处理1最小,同时与处理13有显著差异,表明地布+减量施肥2+滴灌2比不施肥显著提高了植物体内磷吸收。

  处理3和处理5的氮肥、钾肥利用率比常规施肥处理2提高了4.18 %~10.32 %和12.65 %~22.66 %,这说明在覆盖地布+不灌溉+减量施肥1的条件下氮和钾的肥料利用率进一步提高;而处理11和处理13比处理2的氮肥利用率提高了23.32 %~36.58 %,钾肥提高了37.48 %~45.72 %,磷肥提高了10.53 %~14.65 %,这说明在减肥条件下,灌溉能提高氮磷钾肥料利用率。处理13的氮肥利用率比处理11提高了13.26 %,但钾肥利用率却降低了8.24 %,这说明在减肥2+滴灌2条件下,覆盖地布促进了氮肥被吸收利用。

  2.4 土壤速效养分比较

  由表5可知,处理8和处理12的土壤速效氮与处理1有显著差异,与其他处理差异不显著;处理8的速效磷最高,为42.34 mg/kg,与处理12和处理13无显著差异,但三者均与处理1~7差异达显著水平,处理8~13比常规施肥处理2的速效磷增加了11.67 mg/kg~33.79 mg/kg,并且处理8、11~13与处理1~4、6~7差异达显著水平,这说明灌溉能有效增加土壤速效磷含量;处理12的土壤速效钾含量最高,处理11~13显著高于处理5~7,滴灌处理的速效钾含量比常规施肥增加了24.9 mg/kg~70.2 mg/kg,说明在减量施肥的条件下滴灌依然能提高土壤速效钾含量。

  3 讨论与结论

  在本试验中,施肥促进了木薯株高和茎粗增加,提高木薯产量及生物量,但是滴灌各处理与常规施肥并没有显著差异,这与张耀华等研究结果不一致[6],可能是灌溉方式和木薯品种特性不同导致的;在一定减施化肥范围内,减施和滴灌条件下的木薯产量显著高于常规施肥,原因是滴灌喷头能将水肥直接施到根系附近,缩短了水肥在土壤中的运输距离,提高根系对水肥的吸收效率和利用率[12]。处理1木薯淀粉含量最高(28.5 %),原因是不施肥导致光合同化物积累在相对少的块根中,导致淀粉含量相对偏高,而淀粉产量却最低。各观测处理间的木薯全株的氮和钾含量差异不显著,但处理5磷含量最低,显著低于处理13,原因是灌溉条件下促进了植株对磷的吸收和积累。

  在灌溉条件下,减量施肥2(75∶37.5∶75)处理对氮磷钾的利用率明显高于常规施肥,处理8~13提高了土壤速效钾和速效磷的含量,这是由于水肥一体化促进根系对肥料的吸收,同时也减少了肥料的淋失和被土壤的固定,提高了肥料的利用率[12]。在无灌溉和减量施肥1(100∶50∶100)的条件下,覆盖地布和地膜相比常规施肥能显著提高木薯产量,这是因为覆盖地布和地膜后能有效减少水肥流失,提高土温,减少杂草生长,促进木薯生长。在相同条件下,地膜与地布对木薯产量、淀粉含量、淀粉产量并无显著差异,但根据田间观察,覆盖地布的防草效果比较好,而且几乎没有塑料污染,生态环保,是一种值得推荐的木薯栽培技术。

  试验结果表明,水肥一体化能显著提高木薯产量(40.18 %~51.85 %),最高为处理12(地膜+减量施肥2+滴灌2)和处理13(地布+减量施肥2+滴灌2)。在无滴灌条件下,覆盖地布或者地膜也能显著提高木薯产量,但水肥一体化各处理间增产不明显;处理3(减量施肥1)和处理5(地布+减量施肥1)的氮肥、钾肥利用率比处理2(常规施肥)提高了4.18 %~10.32 %和12.65 %~22.66 %,而处理11(减量施肥2+滴灌2)和处理13则比处理2提高了23.32 %~36.58 %和37.48 %~45.72 %;处理8~13比常规施肥处理2的速效磷增加了11.67 mg/kg~33.79 mg/kg,速效钾含量增加了24.9 mg/kg~70.2 mg/kg。在覆盖地布/地膜条件下,减量施肥+滴灌能明显提高氮、磷、钾肥料利用率;整体上滴灌处理的土壤速效磷和土壤速效钾含量有明显增加;综合考虑产量、节水、减肥和环保因素,处理13(地布+ N 75 kg/hm2、P2O5 37.5 kg/hm2、K2O 75 kg/hm2+333.3 m3/hm2)为本研究最佳处理。

  参考文献

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  [11] 鲍士旦. 土壤农化分析(第三版)[M].北京: 中国农业出版社, 2000.

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文章名称:水肥一体化和覆盖地布等对木薯生长和土壤养分的影响

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