水氮對薯田土壤水分及馬鈴薯產(chǎn)量的影響

買自珍，楊彩玲，米治明(寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院，寧夏 固原 756000)

西北半干旱地區(qū)是我國馬鈴薯主要產(chǎn)區(qū),該地區(qū)水資源匱乏。寧夏地處西北半干旱地區(qū)，是我國最嚴(yán)重的缺水省份之一。買自珍等研究了滴灌條件下作物節(jié)水灌溉制度[1]。土壤水分含量的高低直接影響到土壤養(yǎng)分的有效性,也對作物吸收土壤養(yǎng)分、轉(zhuǎn)運(yùn)、轉(zhuǎn)化和同化有一定的影響[2，3]。水是植物重要的組成部分，是作物生長不可缺少的元素。氮素肥料在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要的地位，被稱作農(nóng)作物的“當(dāng)家肥”。作物產(chǎn)量的主要限制因子是水分,而水肥之間又有著明顯的交互作用[4，5]。水分和氮素是影響馬鈴薯產(chǎn)量的重要因子[8，14]。氮素營養(yǎng)與水分之間有著十分密切的關(guān)系,一方面水分影響氮素營養(yǎng)在土壤中的運(yùn)動和植物對氮素的吸收、利用和分配；另一方面適宜的氮素營養(yǎng)水平能夠在一定程度上提高植物對干旱的適應(yīng)性，達(dá)到“以肥調(diào)水”的目的。本試驗(yàn)以此為切入點(diǎn)，通過研究膜下滴灌不同滴灌量和施氮量對馬鈴薯產(chǎn)量及水分效應(yīng)的影響，為馬鈴薯旱作栽培最佳補(bǔ)灌量、施氮量的確定提供理論依據(jù)，為進(jìn)一步研究節(jié)水、高效的馬鈴薯生產(chǎn)實(shí)踐提供參考，為馬鈴薯生產(chǎn)上水、氮一體化提供可靠依據(jù)，對提高馬鈴薯產(chǎn)量和改善品質(zhì)具有重要意義。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2010-2011年在固原旱地進(jìn)行，海拔1 750 m，多年平均氣溫6.5 ℃，多年平均降水量360.5 mm，多年平均日照時數(shù)2 423 h，不小于10 ℃有效積溫2 000～2 500 ℃，無霜期120～150 d。試驗(yàn)區(qū)土質(zhì)黑壚土，前茬作物向日葵,土壤含有機(jī)質(zhì)12.08 g/kg，全氮0.813 g/kg，全磷0.96 g/kg，全鉀16.14 g/kg，堿解氮28.41 mg/kg，有效磷11.6 mg/kg，速效鉀120.32 mg/kg，pH值8.16。

2 試驗(yàn)設(shè)計與方法

2.1 試驗(yàn)設(shè)計

滴灌定額用W表示，設(shè)為①W1225 m3/hm2、②W2450 m3/hm2；施肥在P2O5120 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2和農(nóng)家肥2.25 萬kg/hm2的基礎(chǔ)上，氮肥施用量設(shè)為③N 175 kg/hm2、④N2150 kg/hm2、⑤N3225 kg/hm2、⑥N4300 kg/hm2和對照(ck)不施氮肥。重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積26.4 m2。除灌溉和氮不同施肥量外其他栽培措施一致。馬鈴薯供試品種冀張薯8號。灌水施肥實(shí)施方案為磷肥和農(nóng)家肥全部基施，氮、鉀肥60%基施、40%追施，于馬鈴薯現(xiàn)蕾期(水占20%、肥占30%)、塊莖形成期(水占30%、肥占20%)和塊莖膨大期(水肥各占50%)供給。

2.2 薯田水量平衡計算

(1)薯田土壤貯水量。馬鈴薯生育期每10 d測定0～200 cm土層土壤水分，計算土壤貯水量。

(1)

式中：W為土壤貯水量，mm；H為土層厚度，cm，土層深度200 cm，每20 cm為1個取樣土層；wi為第i層土壤重量含水量，%；γ為土壤平均密度，g/cm3。

(2)薯田作物耗水量。作物耗水量用農(nóng)田水分平衡法計算。本試驗(yàn)未產(chǎn)生水分下滲和徑流，因此，適用于計算本試驗(yàn)的作物田間耗水量(mm)的農(nóng)田水分平衡方程為：

ET=ΔW+P+I

(2)

式中：ET為作物生育期耗水量，mm；ΔW為某一時段農(nóng)田土壤貯水變化量，mm；ΔW為W播前土壤基礎(chǔ)貯水量減去W作物收獲后土壤遺留貯水量；P為生育期降水量；I為滴灌量，mm。

(3)水分利用效率。

(3)

式中：WUE為水分利用效率，kg/(hm2·mm)；yd為單位面積馬鈴薯經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，kg/hm2；ET為薯田蒸散量，mm。

2.3 氮素生產(chǎn)效率

(4)

2.4 試驗(yàn)取樣與考種

按小區(qū)實(shí)收計產(chǎn)。每處理取樣20株,計大于150 g大薯數(shù)、小于75 g小薯數(shù)，并稱大小薯重,計算單株產(chǎn)量及商品率。

2.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析

數(shù)據(jù)用Microsoft Excel2003制圖,用DPS7.05處理軟件進(jìn)行方差分析及Duncan's新復(fù)極差檢驗(yàn)(P<0.05)。

3 結(jié)果與分析

3.1 膜下滴灌不同滴灌量及施氮量薯田土壤水分動態(tài)變化

(1)膜下滴灌不同滴灌量薯田土壤水分動態(tài)變化。不同滴灌量薯田0～40 cm剖面土壤水分動態(tài)變化，如圖1所示，膜下滴灌可明顯提高0～40 cm土壤水分，土壤水分變化趨勢是膜下滴灌450 m3/hm2處理明顯高于225 m3/hm2。當(dāng)?shù)适┯昧?5 kg/hm2時，滴灌450 m3/hm2處理馬鈴薯各生育階段土壤水分變化幅度10.03%～16.08%，225 m3/hm2處理土壤水分9.11%～12.77%，較225 m3/hm2處理增加1.19%～5.95%；150 kg/hm2時，450 m3/hm2處理土壤水分11.60%～15.12%，225 m3/hm2處理土壤水分10.24%～14.32%，較225 m3/hm2處理土壤水分增加0.8%～3.92%；225 kg/hm2時，450 m3/hm2處理土壤水分11.1%～17.97%，225 m3/hm2處理土壤水分8.27%～10.3%，較225 m3/hm2處理增加2.83%～7.67%；300 kg/hm2時，450 m3/hm2處理土壤水分11.35%～13.09%，225 m3/hm2處理土壤水分9.05%～11.63%，增加1.7%～4.04%。

圖1 不同滴灌量馬鈴薯薯田土壤水分變化Fig.1 Change of water in soil under different irrigation

(2)膜下滴灌氮肥不同施用量薯田土壤水分動態(tài)變化。氮肥不同施用量薯田0～40 cm剖面土壤水分動態(tài)變化，如圖2所示，馬鈴薯各生育階段0～40 cm土層土壤水分隨著滴灌土壤水分增加，且變化趨勢一致。滴灌225 m3/hm2時，施氮肥量75、150、225、300 kg/hm2處理馬鈴薯各生育階段土壤水分平均11.61%、12.08%、10.10%、10.84%；滴灌450 m3/hm2時，土壤水分依次為13.37%、13.36%、13.01%、12.43%。隨著施氮量變化，土壤水分變化不明顯。

圖2 同一滴灌量氮肥不同用量土壤水分變化Fig.2 The change of water in soil under same irrigation and different nitrogen

3.2 膜下滴灌不同滴灌量及施氮量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響

膜下滴灌、施氮肥具有顯著地增產(chǎn)作用。膜下滴灌225 m3/hm2時，氮肥不同用量馬鈴薯產(chǎn)量1.919 415～2.573 235 萬kg/hm2，較無氮肥處理增產(chǎn)7.69%～36.95%；450 m3/hm2時，馬鈴薯產(chǎn)量2.068 290～2.630 175 萬kg/hm2，較無氮肥處理增產(chǎn)3.62%～38.92%。450 m3/hm2處理較225 m3/hm2增產(chǎn)2.85%(見表1)。經(jīng)方差分析，不同滴灌量、施氮量處理間產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，新復(fù)極差多重分析比較，W1、W2處理間產(chǎn)量差異不顯著，施氮量N3與N2、N4、N1、N0處理間產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，N2、N4差異不顯著，與N1、N0差異達(dá)極顯著水平。滴灌225 m3/hm2條件下，施氮肥N3與N4、N2、N1、N0和N4、N2與N1、N0處理間產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，N4與N2和N1與N0差異不顯著；450 m3/hm2施氮肥N3與N2、N4、N1、N0產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，N2與N4差異不顯著，與N1和N0產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平，N1與N0產(chǎn)量差異達(dá)極顯著水平。

(1)膜下滴灌不同滴灌量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響。同一施氮水平下，不同滴灌量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響，從表1可看出，N175、N2150、N3225和N4300 kg/hm2，膜下滴灌450 m3/hm2較225 m3/hm2馬鈴薯產(chǎn)量增產(chǎn)1 488.75、303.0、569.4和124.95 kg，依次增產(chǎn)7.76%、1.27%、2.21%和0.52%。

(2)氮肥不同施用量對馬鈴薯產(chǎn)量的影響。同一滴灌量條件下隨著氮肥施用量的增加，馬鈴薯產(chǎn)量逐漸增加，低氮增產(chǎn)幅度大，高氮增產(chǎn)幅度小，當(dāng)施氮量超過225 kg/hm2時，馬鈴薯產(chǎn)量呈下降趨勢。由表1可以看出，膜下滴灌225 m3/hm2時，不同施氮量馬鈴薯產(chǎn)量1.919 415、2.383 830、2.573 235和2.386 485 萬kg/hm2，依次較無氮肥處理增產(chǎn)3.62%、28.69%、38.92%和28.83%，滴灌450 m3/hm2時，增產(chǎn)7.69%、25.7%、36.95%和24.91%。

3.3 不同滴灌量、施氮量的水氮生產(chǎn)效率變化

由表2可以看出，同一滴灌量條件下，施氮水平由75 kg/hm2增至150 kg/hm2，馬鈴薯氮素生產(chǎn)效率呈逐漸增加的趨勢，施氮量225～300 kg/hm2時，氮素生產(chǎn)效率下降。W1N2處理氮素生產(chǎn)效率最高35.43，W1N3處理氮素生產(chǎn)效率32.04，W2N2氮素生產(chǎn)效率32.91，W2N3氮素生產(chǎn)效率31.54。W1和W2處理下，各施氮水平的氮素生產(chǎn)效率為N0

表1 馬鈴薯不同滴灌量、施氮肥量產(chǎn)量結(jié)果Tab.1 Potato production under different amount of irrigation and nitrogen

表2 不同滴灌量、施氮量馬鈴薯薯氮素利用率和水分生產(chǎn)效率結(jié)果Tab.2 The result of nitrogen utilization rate and water production efficiency under different irrigation and nitrogen

4 結(jié) 語

目前，國內(nèi)外學(xué)者對馬鈴薯施肥或灌溉方面的研究比較多，而在滴灌量與施氮量對馬鈴薯產(chǎn)量及水分效應(yīng)的影響等方面的研究很少，通過多年的生產(chǎn)試驗(yàn)研究和應(yīng)用,滴灌技術(shù)與其他灌溉方式相比被認(rèn)為是最具經(jīng)濟(jì)效益的灌溉方式[6-18]。周娜娜等學(xué)者2004年曾研究過“不同滴灌量和施氮量對馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響”[15]，研究表明在小水量多次灌水的灌溉方式下,馬鈴薯在低氮水平就能達(dá)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，與本研究結(jié)果一致。宋娜等“水氮耦合對膜下滴灌馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用的影響”研究表明較高水分條件有利于塊莖品質(zhì)的積累[19]，與本研究結(jié)果基本一致。

本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，膜下滴灌能使0～40 cm土層土壤水分增加，而馬鈴薯根系主要分布在0～40 cm范圍，滴灌滿足了馬鈴薯生長對土壤水分的要求；氮肥溶于水，以肥液狀態(tài)下一體化根據(jù)馬鈴薯需水規(guī)律適時、適量供給，為馬鈴薯生長發(fā)育創(chuàng)造了適宜的水肥條件，使其在水肥最佳狀態(tài)環(huán)境下生長發(fā)育；地膜覆蓋提高土壤水分，增加土壤溫度，有利于馬鈴薯養(yǎng)分的吸收利用，最大限度地提高水肥的利用；起壟栽培使馬鈴薯塊莖區(qū)域土層變厚，塊莖生長發(fā)育在土壤疏松的環(huán)境下有利于塊莖膨大。膜下滴灌馬鈴薯大薯多，大薯率高，提高商品率，增加了產(chǎn)量。這也與[17]的研究結(jié)果一致。

綜合考慮氮素和水分利用效率，優(yōu)化出馬鈴薯膜下滴灌定額450 m3/hm2、施氮150～225 kg/hm2水肥一體化栽培模式，該模式經(jīng)大田生產(chǎn)應(yīng)用節(jié)水、節(jié)肥效果顯著。

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