追氮時(shí)期及次數(shù)對馬鈴薯氮素吸收和土壤硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/h1>

2019-12-04 03:47:20王祥植李星星苑志強(qiáng)張志軍

北方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)訂閱 2019年5期 收藏

關(guān)鍵詞：硝態(tài)塊莖氮素

王祥植，張 勝，李星星，高 翔，苑志強(qiáng)，張志軍，董 璞

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.包頭市種子管理站，內(nèi)蒙古 包頭 014010；3.達(dá)爾罕茂明安聯(lián)合旗農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，內(nèi)蒙古 百靈廟 014500）

內(nèi)蒙古自治區(qū)是我國馬鈴薯的優(yōu)勢種植區(qū)，種植面積和總產(chǎn)均位于前列，馬鈴薯在全區(qū)糧食生產(chǎn)中的地位愈加重要[1]。氮肥對糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率達(dá)30%～50%，但不合理的氮肥運(yùn)籌導(dǎo)致氮肥對作物的增產(chǎn)效果降低，對環(huán)境的污染加劇[2]。據(jù)估算，世界氮肥的平均利用率為40%～60%，而我國僅為30%～35%[3]。我國馬鈴薯氮素利用率主要在35%～50%，部分地區(qū)僅20%左右[4-5]。在馬鈴薯生產(chǎn)中，種植戶“高投入高產(chǎn)出”的施肥觀念根深蒂固，并且習(xí)慣“一炮轟”將氮肥全部基施，這種做法不僅會(huì)增加種植成本，還導(dǎo)致土壤中硝態(tài)氮?dú)埩?，且損失的氮肥中大約有85%以硝態(tài)氮形式淋洗到地下水中[6-7]。

分期施氮可滿足作物不同生育時(shí)期對氮素的需求，提高產(chǎn)量[8-10]?；魰蕴m等[11]將2/3 氮肥基施，剩余1/3 氮肥于馬鈴薯現(xiàn)蕾期追施使塊莖產(chǎn)量提高。范香全等[12]研究表明，在基施氮肥基礎(chǔ)上，現(xiàn)蕾期和盛花期追氮能增加馬鈴薯的氮素吸收積累量及氮肥利用效率。井濤等[13]將氮肥分3 次施入，在不降低塊莖產(chǎn)量的前提下，減少了收獲后土壤硝態(tài)氮的積累量和向下運(yùn)移程度。分期施氮既能夠提高作物產(chǎn)量和氮肥利用率，又可以減少硝態(tài)氮淋失，防控農(nóng)田面源污染。

前人對于玉米、小麥等糧食作物追氮時(shí)期和次數(shù)的研究報(bào)道較多[14-16]，但關(guān)于馬鈴薯在膜下滴灌條件下氮肥追施時(shí)期及次數(shù)的研究報(bào)道較少。為了配合近年來在內(nèi)蒙古地區(qū)推廣的膜下滴灌節(jié)水灌水技術(shù)，確定馬鈴薯追氮的適宜時(shí)期，本研究在相同施氮量條件下，通過設(shè)置不同追氮時(shí)期及次數(shù)，探究不同追氮時(shí)期對馬鈴薯產(chǎn)量和馬鈴薯-土壤系統(tǒng)氮素分布規(guī)律的影響，進(jìn)而確定有利于提高氮肥利用率及減少農(nóng)田面源污染的最佳追氮時(shí)期，旨在為膜下滴灌馬鈴薯高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的氮肥管理策略提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)于2018年5—9月在內(nèi)蒙古達(dá)茂旗烏克忽洞鎮(zhèn)元房子村進(jìn)行，試驗(yàn)地氣候?qū)贉貛Ц珊蛋敫珊殿愋?，平均年降水?56 mm，蒸發(fā)量2 752 mm，無霜期105 d，10 ℃的有效積溫2 205 ℃。試驗(yàn)地土壤為沙壤土，上一年休閑，基礎(chǔ)地力pH 值為8.12，有機(jī)質(zhì)11.1 g/kg、全氮0.9 g/kg、有效磷6.6 mg/kg、速效鉀140.0 mg/kg、堿解氮115.0 mg/kg，0～20，20～40，40～60，60～80 cm 土壤容重分別為1.44，1.25，1.42，1.54 g/cm3，硝態(tài)氮含量分別為15.95，9.84，5.46，3.34 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試馬鈴薯品種為冀張薯12 脫毒原種；供試肥料為磷酸二銨（N：18%，P2O5：46%），重過磷酸鈣（P2O5：46%），普通尿素（N：46%），液體尿素（N：28%），硫酸鉀（K2O：50%）；供試地膜為厚度0.008 mm，幅寬90 cm 的黑色聚乙烯吹塑地膜；滴灌施肥設(shè)備為文丘里施肥器；滴灌帶為內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，管徑16 mm，頭流量為2.7 L/h，滴頭間距為0.3 m。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在總灌水量1 725 m3/hm2，氮、磷、鉀肥用量分別為N 315 kg/hm2、P2O5195 kg/hm2、K2O 375 kg/hm2，將43%的氮肥、60%的鉀肥及全部磷肥隨播種1 次施入，其余40%鉀肥于塊莖形成期至塊莖膨大期分3 次隨灌水追施，57%的氮肥按表1用量于馬鈴薯出苗后15 d（苗期）、27 d（塊莖形成初期）、36 d（塊莖形成末期）、45 d（塊莖膨大初期）、56 d（塊莖膨大中期）分1、2、3 次追施，以不施肥為對照（CK），共13 個(gè)處理，除CK 不施氮肥外，各處理的總施肥量、灌水量及灌水次數(shù)均完全一致。氮肥采用水肥一體化方式追施，前1/4 時(shí)段灌清水，中間1/2 時(shí)段施氮，后1/4 時(shí)段灌清水[17]。試驗(yàn)處理及追氮方案見表1。

試驗(yàn)采用大區(qū)試驗(yàn)，高壟覆膜雙行種植，壟底寬120 cm，壟高40 cm，每壟種植2 行，行距25 cm，株距30 cm，密度5.56×104株/hm2，大區(qū)面積480 m2，每個(gè)大區(qū)種植6 壟。留中間4 壟取樣和測產(chǎn)，各處理均按3 次重復(fù)進(jìn)行取樣測定。5月17日播種，6月10日出苗，9月19日收獲。

1.4 測定內(nèi)容與方法

植株樣：分別于馬鈴薯出苗后50 d（塊莖膨大初期）、69 d（塊莖膨大末期）、78 d（淀粉積累期）和101 d（收獲期）取植株樣測量形態(tài)指標(biāo)與含氮量。選擇長勢均一的9 株植株，剪掉根，植株洗凈用吸水紙吸干表面水分后，按葉片、地上莖、塊莖分別稱鮮重，各器官切碎混勻后，留100 g 鮮樣置于烘箱內(nèi)，105 ℃殺青30 min，后70 ℃烘干至恒重，稱干重后，粉碎過0.5 mm 篩，裝袋備用。

土樣：播前用土鉆以棋盤式取0～20 cm 的土樣15 份，每份土樣由3 個(gè)樣點(diǎn)混合而成，pH 值、有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、堿解氮等土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分按鮑士旦[18]編著的《土壤農(nóng)化分析》中的方法進(jìn)行測定，土壤容重用環(huán)刀法測定，硝態(tài)氮含量按比色法測定。收獲后在各大區(qū)于植株之間的滴頭正下方用土鉆取0～80 cm 土層，每20 cm 分1 層，同層充分混勻迅速裝入塑封袋，新鮮土樣在24 h 內(nèi)測定硝態(tài)氮含量。

氮含量測定：凱氏定氮法，海能K1100 全自動(dòng)定氮儀測定。

測產(chǎn)：在各大區(qū)未取樣的兩壟中各選定連續(xù)的6 m 長度出苗較為齊全的區(qū)段，記載馬鈴薯總株數(shù)后，人工翻挖測產(chǎn)，各處理重復(fù)3 次。將全部塊莖按照重量75 g 以下為小薯，75～150 g 為中薯，150 g 以上為大薯的標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)計(jì)大、中、小薯數(shù)量及重量，以收獲面積實(shí)際產(chǎn)量換算總產(chǎn)量。

硝態(tài)氮含量測定：稱取過2 mm 篩后相當(dāng)于5 g烘干土的新鮮土樣，加2 mol/L KCl 溶液浸提，振蕩30 min 過濾后用比色法測定浸提液中硝態(tài)氮含量。

有關(guān)公式計(jì)算：

土壤硝態(tài)氮積累量、氮素平衡等按井濤等[13]的方法計(jì)算。

1.5 數(shù)據(jù)處理

使用Origin 2018 軟件作圖，Excel 2016、SPSS 25.0 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對馬鈴薯氮素吸收利用的影響

2.1.1 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對馬鈴薯氮素吸收積累量的影響 由表2可以看出，塊莖膨大初期各處理地上部氮素吸收積累量達(dá)最大值，表現(xiàn)為C1＞A2＞B1＞B2＞C2＞A3＞B3＞A1＞B4＞C3＞C4＞A4＞CK。塊莖膨大末期，地上部氮素吸收積累量除A4 外均出現(xiàn)下降趨勢，直到收獲期降至最低，1、2、3 次4 個(gè)不同追氮時(shí)期組合處理為55.12～83.41，72.99～82.34，65.38～76.95 kg/hm2，平均比CK 高1.59 倍，2.04 倍，1.84 倍，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05），A3 處理的值最大，為83.41 kg/hm2，整體表現(xiàn)為A3＞B2＞B3＞C1＞B1＞C2＞B4＞C3＞C4＞A2＞A4＞A1＞CK。

施氮區(qū)塊莖膨大初期至收獲期塊莖吸收積累的氮素達(dá)到整個(gè)生育期的72.1%～88.0%。塊莖膨大末期，各處理塊莖氮素吸收積累量整體表現(xiàn)B3＞A1＞C3＞C2＞C1＞A3＞C4＞A2＞B2＞B1＞B4＞CK＞A4。淀粉積累期，A1、A2、CK 的塊莖氮素吸收積累量小于其他處理，說明追氮過早肥效不能滿足植株后期生長對氮素的需求。收獲期時(shí)，1、2、3 次追氮處理塊莖氮吸收積累量為121.47～146.67，131.30～161.23，145.79～160.92 kg/hm2，平均比CK 高1.61 倍，1.91 倍，1.98 倍，2、3 次追氮處理較1 次追氮處理平均提高18.53%和22.82%，B3 處理的值最高，為161.23 kg/hm2，表現(xiàn)為B3＞C3＞B2＞C1＞C2＞B1＞A3＞C4＞A4＞B4＞A2＞A1＞CK。

表2 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對馬鈴薯氮素吸收積累量的影響kg/hm2

2.1.2 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對馬鈴薯產(chǎn)量及氮肥利用率的影響 由表3可知，追氮時(shí)期及次數(shù)明顯影響了馬鈴薯塊莖產(chǎn)量，表現(xiàn)為B3＞C3＞B2＞B1＞C2＞C1＞C4＞B4＞A3＞A4＞A2＞A1＞CK，1、2、3 次追氮平均產(chǎn)量分別為35.59，42.98，41.93 t/hm2，較CK 增產(chǎn)率分別為55.70%，87.99%，83.40%，2、3 次追氮處理產(chǎn)量顯著優(yōu)于1 次追氮處理，較之提高了20.75%，17.80%。其中，A3、B3、C3 在相同追氮次數(shù)處理中產(chǎn)量表現(xiàn)最優(yōu)，分別為38.50，46.98，44.55 t/hm2。同樣是在塊莖形成期至膨大中期分次追氮，但C3 產(chǎn)量低于B3，其原因可能是塊莖形成期C3 追氮比例低，未能使植株的光合形態(tài)及時(shí)建成，且后期比例大，造成了植株的貪青晚熟，導(dǎo)致產(chǎn)量表現(xiàn)低于B3 處理。

1、2、3 次追氮處理氮肥回收利用率平均為38.96%，47.49%，47.01%，表現(xiàn)為B2＞B3＞C3＞C1＞A3＞C2＞B1＞C4＞B4＞A4＞A2＞A1；氮肥偏生產(chǎn)力平均為112.99，136.43，133.10 kg/kg，表現(xiàn)為B3＞C3＞B2＞B1＞C2＞C1＞C4＞B4＞A3＞A4＞A2＞A1。氮肥農(nóng)學(xué)效率平均為40.42，63.86，60.53 kg/kg，表現(xiàn)為B3＞C3＞B2＞B1＞C2＞C1＞C4＞B4＞A3＞A4＞A2＞A1。2、3 次追氮處理的NRE、NPFP、NAE 分別比1 次追氮處理高21.89%，20.74%，57.98%和20.66%，17.80%，49.75%。各處理的NRE、NPFP、NAE 均以B3 最高，分別為51.32%、149.14 kg/kg 和76.57 kg/kg。

表3 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對馬鈴薯產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

2.2 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對土壤硝態(tài)氮時(shí)空分布的影響

2.2.1 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對0～80 cm 土層硝態(tài)氮積累量的影響 由圖1可知，收獲后各土層硝態(tài)氮積累量均以CK 最低，1、2、3 次追氮處理的0～80 cm土層硝態(tài)氮積累量較CK 平均增加了211.36%，197.03%，135.11%，差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。中晚熟馬鈴薯的根系一般分布于0～60 cm[19]，因此，對60 cm 以下土層中的硝態(tài)氮鮮有吸收。A1 在60～80 cm土層硝態(tài)氮有明顯富集，占總積累量31.22%?？傮w上看，硝態(tài)氮積累深度隨施入氮肥時(shí)期的推遲而增加，3 次追氮處理的60～80 cm 土層硝態(tài)氮積累量顯著低于1、2 次追氮處理，可見適時(shí)分次追氮可以一定程度上控制硝態(tài)氮下移，降低農(nóng)田面源污染的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對馬鈴薯-土壤氮素平衡的影響 在土壤氮素平衡計(jì)算過程中，土壤殘留無機(jī)氮以硝態(tài)氮含量作為計(jì)算依據(jù)，不考慮降水輸入氮素以及氮肥的激發(fā)效應(yīng)。從馬鈴薯收獲期氮素平衡結(jié)果（表4）可以看出，在氮輸入量相同的情況下，氮輸出項(xiàng)中的馬鈴薯作物攜出量、硝態(tài)氮?dú)埩袅?、氮素表觀損失量有差異。硝態(tài)氮土壤剖面損失量隨著追氮時(shí)期的后移而減小，其中，CK 的硝態(tài)氮土壤剖面損失量最大，A3、A4 土壤剖面氮素出現(xiàn)盈余，表明單次追氮時(shí)期過晚不利于氮肥的有效利用，增加了硝態(tài)氮污染風(fēng)險(xiǎn)。分3 次追氮處理在馬鈴薯生育中后期持續(xù)、有效的供氮延緩了植株的衰老，增加了植株對土壤氮素的吸收，使得施入的氮素能夠被植株及時(shí)利用，土壤中硝態(tài)氮?dú)埩糨^少，因此土壤氮素剖面損失量較大。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

3.1.1 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對馬鈴薯產(chǎn)量及氮肥利用率的影響 本試驗(yàn)表明，在43%氮肥基施的基礎(chǔ)上，于塊莖形成期和膨大中期分2 次追氮處理塊莖產(chǎn)量最高，在塊莖形成期至膨大中期之間分次追氮能夠提高馬鈴薯的氮肥回收利用率、偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)利用效率，與焦婉如[20]的研究結(jié)果相近，與王弘[21]、孫磊等[22]的研究結(jié)論有一定出入，可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)追氮時(shí)期較晚，且東北試驗(yàn)地土壤肥力較高，即使后期不追氮土壤仍能保持相當(dāng)?shù)墓┑骄S持植株生長，加之基追比例及前茬作物的差異，導(dǎo)致最終得出不同的結(jié)論。分期追氮既能滿足光合形態(tài)建成的需求，也能促進(jìn)源庫協(xié)調(diào)，平衡莖葉與塊莖之間對養(yǎng)分的競爭，在保持一定源強(qiáng)的基礎(chǔ)上保證庫的充實(shí)，進(jìn)而提高產(chǎn)量。

圖1 不同追氮時(shí)期及次數(shù)對土壤硝態(tài)氮積累量的影響

表4 不同處理0～80 cm 土壤氮素平衡kg/hm2

3.1.2 追氮時(shí)期對土壤硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊?氮素需要分解才能使植株吸收利用，肥效發(fā)揮存在一定的滯后性，分次追氮減少了硝態(tài)氮在土壤深層的殘留量，這與李哲[23]和井濤[24]的研究結(jié)果相近。硝態(tài)氮是北方半干旱地區(qū)堿性土壤中作物主要吸收的氮素形式，土壤中積累的氮素容易淋失到深層，加大地下水污染風(fēng)險(xiǎn)。填閑作物能夠通過根系網(wǎng)絡(luò)的橫向攔截作用與植株吸氮的縱向提升作用，減少硝態(tài)氮下移[25]。但由于內(nèi)蒙古自然條件的限制，能夠通過復(fù)種減少硝態(tài)氮淋失的地域有限，因此，通過減量分期追氮來調(diào)控土壤中硝態(tài)氮的分布是可行性最高的措施[26]。在本試驗(yàn)中，3 次追氮處理在0～60 cm 土層積累量處于低位，60～80 cm 土層的積累量與CK 相近，可能是因?yàn)榍捌诠┑^少，控制了地上部的長勢，促進(jìn)了根系下扎，起到了控上促下的作用，且后期供氮均勻，延長了源器官工作時(shí)間，提高了植株對各土層硝態(tài)氮的吸收利用。

3.2 結(jié)論

氮肥適時(shí)、分次追施是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵。1、2、3 次追氮平均產(chǎn)量分別為35.59，42.98，41.93 t/hm2，2、3 次追氮處理產(chǎn)量較1 次追氮處理提高了20.75%和17.80%，B3（塊莖形成期+膨大中期2 次追施）處理產(chǎn)量表現(xiàn)最優(yōu)。本試驗(yàn)表明，在基施43%氮肥的基礎(chǔ)上，剩余氮肥的22.8%和34.2%于塊莖形成期和膨大中期分2 次追施效果最佳。塊莖膨大初期至收獲期的塊莖氮素積累量占整個(gè)生育期的72.1%～88.0%。收獲時(shí)，2、3 追氮處理的塊莖氮素吸收積累量較1 次追氮提高18.53%和22.82%。分次追氮的氮肥利用效率顯著高于單次追氮，氮肥回收利用率、氮肥偏生產(chǎn)力、氮肥農(nóng)學(xué)效率均以B3 處理最高，分別為51.32%、149.14 kg/kg 和76.57 kg/kg。分3 次追氮處理的60～80 cm 土層硝態(tài)氮積累量顯著低于1、2 次分期追氮處理。

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