張?jiān)旅?,司煥森,?澄,孫志梅*,齊紅茹,馬文奇
(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河北 保定 071001;2.河北蠡縣農(nóng)業(yè)局,河北 保定 071400)
我國是世界蔬菜生產(chǎn)和出口第一大國,蔬菜種植面積和產(chǎn)量均居世界首位[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì),1978~2014年間,我國蔬菜播種面積增長了5.4倍,總產(chǎn)量增長了8.2倍[2],2015年蔬菜播種面積已超過0.21億hm2,總產(chǎn)量達(dá)7.85億t[3]。施肥是實(shí)現(xiàn)蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要措施,研究表明,蔬菜中的化肥施用量已占到整個(gè)農(nóng)作物施用總量的20%左右,并且呈現(xiàn)逐年升高的趨勢(shì)[4]。山東壽光設(shè)施番茄平均施氮量已達(dá)1.0 t/hm2,但氮肥利用率不足10%[5];楊凌日光溫室番茄化肥P2O5和K2O的施用量分別達(dá)720和759 kg/hm2,超出推薦用量157%和91%[6];新疆洋蔥N、P2O5、K2O最佳施用量分別為424.5、340.5、150 kg/hm2[7],而Kumar等[8]研究表明,當(dāng)N、P2O5、K2O用量分別為100、50、50 kg/hm2時(shí),洋蔥的經(jīng)濟(jì)效益最高。盲目過量投肥不僅不會(huì)帶來高產(chǎn)出和高效益,反而會(huì)抑制蔬菜的生長及品質(zhì)的提升。同時(shí),較低的肥料利用率還會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和環(huán)境污染[9]。Ramos等[10]研究表明,土壤氮磷流失與施肥量呈顯著正相關(guān)?,F(xiàn)階段,我國菜田地下水的硝酸鹽含量超標(biāo)率為糧田的3.3倍[11],92%的設(shè)施菜田0~20 cm土層中的Olsen-P含量已超過歐洲規(guī)定的磷環(huán)境閾值(60 mg/kg),而20~100 cm土層中的Olsen-P已發(fā)生明顯淋洗現(xiàn)象[12]。Richardson早在1907年就指出蔬菜中含有大量硝酸鹽,小青菜、杭白菜、莧菜等蔬菜的硝酸鹽含量與施氮量的相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到了84%、96%和97%[13]。因此,根據(jù)蔬菜的生長發(fā)育特性及對(duì)養(yǎng)分的需求特點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)合理施肥是保證蔬菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)和環(huán)境友好的重要措施。
山藥具有較高的食用和藥用價(jià)值,近年來被廣泛用作糧食、蔬菜、藥材、飼料和加工原料[14],隨著市場(chǎng)需求量劇增,山藥價(jià)格不斷上漲,種植面積也隨之迅速擴(kuò)大。蠡縣作為我國優(yōu)質(zhì)山藥生產(chǎn)基地,已有3 000多年種植歷史,因其適宜的土質(zhì)結(jié)構(gòu)和光熱條件,種植面積及產(chǎn)量穩(wěn)居全國前列,被譽(yù)為“中國山藥之鄉(xiāng)”。但目前有關(guān)山藥需肥特性方面的研究較少,多年來農(nóng)民只能依賴傳統(tǒng)種植經(jīng)驗(yàn),在水肥管理上存在“大水大肥”和“以肥促產(chǎn)”的現(xiàn)象。調(diào)查數(shù)據(jù)表明,河北省山藥主產(chǎn)區(qū)化學(xué)肥料氮、磷、鉀養(yǎng)分平均投入量分別達(dá)560、630和720 kg/hm2[15]。長期不科學(xué)的施肥必然導(dǎo)致土壤微生態(tài)環(huán)境的破壞,肥料利用效率低下以及環(huán)境污染的加劇,嚴(yán)重制約山藥產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。因此,探討山藥的生長發(fā)育特性以及養(yǎng)分需求特性,從而確定其合理的氮、磷、鉀肥施用量,推廣山藥定量、平衡施肥技術(shù),對(duì)該產(chǎn)業(yè)的長期、高效、優(yōu)質(zhì)發(fā)展具有重要意義。本研究以河北省山藥主產(chǎn)區(qū)蠡縣為研究區(qū)域,以麻山藥為供試品種,探討了不同氮磷鉀養(yǎng)分供應(yīng)水平下的山藥生長發(fā)育特性及產(chǎn)量效應(yīng),旨在為實(shí)現(xiàn)山藥生產(chǎn)中肥料的科學(xué)施用和高效利用提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。
試驗(yàn)分別于2013年在保定市蠡縣宋崗村、2015年在保定市蠡縣隨東村進(jìn)行,供試山藥品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N—麻山藥,供試土壤為砂質(zhì)壤土,土壤基本理化性質(zhì)見表1,以尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)和硫酸鉀(K2O 50%)為供試肥料。
表1 土壤基本理化性質(zhì)
兩個(gè)年份兩個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)相同,均為3因素4水平,各處理施肥量見表2,其中氮肥基追比為3∶7,磷肥一次性基施,鉀肥基追比為4∶6。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),小區(qū)面積分別為2.1 m×4 m=8.4 m2(2013年)和3 m×5 m=15 m2(2015年),各處理設(shè)置3次重復(fù)。小區(qū)內(nèi)麻山藥采用人工種植方式,播深3~4.5 cm,株距12 cm,行距50 cm。2013年宋崗村試驗(yàn)于4月26日播種,6月27日、7月24日、8月21日追肥,11月9日收獲;2015年隨東村試驗(yàn)于4月30日播種,6月20日、7月23日和8月20日追肥,10月30日收獲。田間灌水和病蟲害防治等栽培措施按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的栽培習(xí)慣進(jìn)行。
表2 不同處理的養(yǎng)分施用量 (kg/hm2)
2013年宋崗村試驗(yàn)分別在山藥播種后第60、90、120和195 d取樣;2015年隨東村試驗(yàn)則分別在山藥播種后第60、90、120和180 d取樣。每次每小區(qū)取5株山藥,分地上和地下兩部分,洗凈后稱重,記錄各處理鮮重,然后取部分樣品105℃殺青30 min,65℃烘干至恒重,記錄干重。收獲時(shí),每個(gè)小區(qū)實(shí)收測(cè)產(chǎn),然后折算每公頃產(chǎn)量。
生長速率[kg/(hm2·d)]=(后一生育期鮮重-前一生育期鮮重)/前后生育期相隔天數(shù)
干物質(zhì)累積速率[kg/(hm2·d)]=(后一生育期干重-前一生育期干重)/前后生育期相隔天數(shù)
采用Excel 2003和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。
2.1.1 對(duì)山藥生物量的影響
圖1表明,各處理地上部生物量隨山藥的生長發(fā)育呈先增加后降低的趨勢(shì),120 d時(shí)達(dá)到峰值;且與N0相比,各施氮處理的地上部生物量均顯著增加。對(duì)2013年宋崗村不同施氮水平之間進(jìn)行比較可以看出,除120 d時(shí)N1和N2顯著高于N3外,其他各采樣時(shí)期的生物量差異均不顯著;但在2015年隨東村播種60 d后開始,N2、N3處理的生物量即顯著高于N1處理;90~120 d期間,N2、N3處理之間差異不顯著,但收獲時(shí)地上部生物量表現(xiàn)出了隨施肥水平的提高而增加的趨勢(shì),與N0相比,N1、N2和N3的生物量分別提高了63.58%、116.66%和159.82%。
圖1 不同施氮水平的山藥地上部鮮重
與地上部生物量變化趨勢(shì)不同,地下部生物量表現(xiàn)出隨播種天數(shù)的增加而逐漸增加的趨勢(shì)(圖2)。相較于N0,各施氮處理在60 d后的產(chǎn)量即顯著提高,且隨著山藥的生長發(fā)育差異逐漸增大。2013年宋崗村的3個(gè)施氮處理之間的地下部生物量差異均不顯著,但分別比N0提高了60.26%、69.97%和51.02%;而在2015年隨東村,3個(gè)施氮處理在60~90 d的地下部生物量差異也不顯著,90 d以后,N2、N3處理則顯著高于N1,分別提高了32.83%~33.95%和20.74%~28.87%,但N2和N3產(chǎn)量差異不大。
圖2 不同施氮水平的山藥地下部鮮重
2.1.2 對(duì)山藥干物質(zhì)累積量的影響
山藥生長發(fā)育過程中干物質(zhì)累積量隨生育期的變化趨勢(shì)與鮮生物量相似,各施氮處理在山藥整個(gè)生育期內(nèi)均顯著高于N0(圖3)。宋崗村山藥播種60 d時(shí)N3顯著高于N1,120 d時(shí)N2干物質(zhì)累積量顯著高于N1和N3,但收獲時(shí)基本相當(dāng)。在2015年隨東村,從山藥播種60 d后直至收獲,N2和N3處理顯著高于N1,且N3在收獲時(shí)顯著高于N2。
圖3 不同施氮水平的山藥地上部干重
對(duì)地下部干物質(zhì)累積量的分析(圖4)發(fā)現(xiàn),與N0相比,增施氮肥可顯著提高山藥地下部干物質(zhì)累積量。宋崗村的3個(gè)施氮處理60、90和195 d時(shí)差異均不顯著,120 d時(shí)N1、N3處理顯著高于N0和N2;隨東村的N2和N3干物質(zhì)累積量在播種90 d后差異不大,但均顯著高于N0和N1,120 d時(shí)的增幅分別為76.96%、32.83%和69.91%、27.54%,而180 d時(shí)的增幅則分別為69.98%、33.95%和63.49%、28.84%。
圖4 不同施氮水平的山藥地下部干重
2.1.3 對(duì)山藥生長發(fā)育速率和干物質(zhì)累積速率的影響
對(duì)2015年隨東村不同氮水平下的生長速率和干物質(zhì)累積速率進(jìn)行分析,結(jié)果(表3)表明,在播種后的前4個(gè)月,山藥地上部生長速率隨時(shí)間延長逐漸提高,各施氮處理地上部生長速率顯著高于N0,且N2和N3顯著高于N1;播種120 d后,山藥地上部生長速率即表現(xiàn)為負(fù)增長,但此時(shí)N3生長速率下降幅度明顯低于其他處理。不同施氮水平下地下部生長速率120 d之前逐漸增加,90~120 d時(shí)達(dá)到峰值,與地上部達(dá)到最大生長速率時(shí)間同步。在山藥整個(gè)生育期內(nèi),與其他處理相比,N2和N3處理地下部生長速率均表現(xiàn)出了較高的水平。
表3 不同施氮處理對(duì)山藥生長速率和干物質(zhì)累積速率的影響 [kg/(hm2·d)]
注:表中同一列數(shù)據(jù)后不同小寫字母代表差異達(dá)0.05顯著水平(Duncan法)。下同。
不同施氮處理地上部和地下部的干物質(zhì)累積速率與生長速率變化趨勢(shì)一致,播種后的90~120 d也為山藥干物質(zhì)累積最快階段。N2、N3處理的地上部干物質(zhì)累積速率在0~120 d均顯著高于N0和N1,且N2、N3的地下部干物質(zhì)累積速率也表現(xiàn)出了一定優(yōu)勢(shì),說明適量氮肥的施用有加速山藥干物質(zhì)累積的作用。
2.2.1 對(duì)山藥生物量的影響
兩年試驗(yàn)結(jié)果(圖5)均表明,增施磷肥可以顯著提高90 d之后的地上部生物量,但2013年宋崗村3個(gè)施磷水平之間的差異沒有達(dá)到顯著水平;而2015年隨東村試驗(yàn)則表明,60~90 d時(shí)P1處理地上部生物量顯著高于P0、P2和P3,且P2與P3之間差異不顯著,180 d時(shí)P2處理莖葉生物量最高,較P0、P1和P3分別提高了99.95%、18.35%和36.98%。
圖6結(jié)果表明,P0處理地下部生物量僅在2013年宋崗村收獲期顯著低于各施磷處理,且3個(gè)施磷水平在山藥整個(gè)生育期內(nèi)差異均不顯著。而在2015年隨東村的試驗(yàn)中,各施磷處理地下部生物量在60 d后顯著高于P0,但P1、P2和P3之間差異均不顯著。由兩年收獲時(shí)的地下部生物量結(jié)果看,增施磷肥的山藥產(chǎn)量可以提高25.02%~35.26%。
圖5 不同施磷水平的山藥地上部鮮重
圖6 不同施磷水平的山藥地下部鮮重
2.2.2 對(duì)山藥干物質(zhì)累積量的影響
山藥干物質(zhì)累積量在不同施磷水平下的變化趨勢(shì)與鮮生物量表現(xiàn)基本一致(圖7、圖8)。2013年宋崗村各處理地上部干重在90 d時(shí)表現(xiàn)為P1﹥P3﹥P2﹥P0,不同處理之間差異顯著;而在90 d后,各施磷水平之間差異不大,但均顯著高于P0(圖7);2015年隨東村各磷處理地上部干重在90 d時(shí)表現(xiàn)為P1﹥P2﹥P3﹥P0,90 d后則表現(xiàn)為P2﹥P1﹥P3﹥P0,且各處理之間在收獲期差異均達(dá)顯著水平。
地下部干物質(zhì)累積量如圖8所示,2013年宋崗村P1處理地下部干物質(zhì)累積量在90 d后表現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì),但各施磷處理在整個(gè)生育期內(nèi)的差異并不顯著,僅在195 d時(shí)顯著高于P0;2015年在隨東村山藥播后60~90 d時(shí)P3處理干物質(zhì)累積量最高,120~180 d時(shí)則為P2最高,但在整個(gè)生育期內(nèi),3個(gè)施磷處理之間差異均未達(dá)顯著水平,90~180 d則顯著高于P0。
圖7 不同施磷水平的山藥地上部干重
圖8 不同施磷水平的山藥地下部干重
2.2.3 對(duì)山藥生長發(fā)育速率和干物質(zhì)累積速率的影響
以2015年隨東村試驗(yàn)結(jié)果(表4)為例,施磷對(duì)山藥生長速率和干物質(zhì)累積速率的影響與氮相似,生長速率最快階段和下降階段亦分別出現(xiàn)在播后90~120 d和120 d以后;自播種后90 d始,P2處理地上部生長速率和干物質(zhì)累積速率均顯著高于其他處理,且在山藥整個(gè)生育期中,P2處理的生長速率和干物質(zhì)累積速率均顯著高于P0。相較于P0,P1和P3處理的地上部生長發(fā)育優(yōu)勢(shì)分別表現(xiàn)在播后0~120 d和60~120 d,而P2、P3的地下部優(yōu)勢(shì)則表現(xiàn)在整個(gè)生育期內(nèi)。
表4 不同施磷處理對(duì)山藥生長速率和干物質(zhì)累積速率的影響 [kg/(hm2·d)]
2.3.1 對(duì)山藥生物量的影響
2013年宋崗村試驗(yàn)結(jié)果(圖9)表明,K2、K3處理地上部鮮重僅在收獲期表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì),與K0和K1處理相比分別提高了54.77%、20.75%和63.23%、27.36%;而2015年隨東村試驗(yàn)結(jié)果表明,K2、K3處理在山藥整個(gè)生育期內(nèi)均顯著高于K0和K1,但K2、K3之間差異不大。
圖9 不同施鉀水平的山藥地上部鮮重
圖10結(jié)果表明,K2處理地下部鮮重在宋崗村播種90 d后顯著高于其他處理,收獲時(shí),較K0、K1和K3分別提高了51.19%、43.68%和35.91%;隨東村各施鉀處理的顯著差異同樣表現(xiàn)在90 d以后,K2和K3顯著高于K0和K1,且K1顯著高于K0。
圖10 不同施鉀水平的山藥地下部鮮重
2.3.2 對(duì)山藥干物質(zhì)累積量的影響
圖11結(jié)果表明,2013年宋崗村K2和K3處理的地上部干重在90 d之后顯著高于K0和K1,但K2和K3處理之間差異不顯著。而2015年隨東村試驗(yàn)結(jié)果則在種植山藥的60 d后即表現(xiàn)出了與2013年90 d之后相似的趨勢(shì)。地下部干物重的分析結(jié)果(圖12)表明,2013年K2處理90 d之后顯著高于其他處理,而在2015年,120~180 d時(shí)3個(gè)施鉀處理均顯著高于K0,且K2和K3處理均顯著高于K1。
圖11 不同施鉀水平的山藥地上部干重
圖12 不同施鉀水平的山藥地下部干重
2.3.3 對(duì)山藥生長發(fā)育速率和干物質(zhì)累積速率的影響
施鉀對(duì)山藥生長速率和干物質(zhì)累積速率的影響如表5所示(以2015年隨東村為例)。K3處理的地上部生長速率和干物質(zhì)累積速率在山藥生育期間均顯著高于K0,而K2處理在0~90 d和120 d后均為最高。K2、K3地下部生長速率和干物質(zhì)累積速率在播種后60~120 d均顯著高于K0、K1,并在收獲期仍表現(xiàn)出一定優(yōu)勢(shì)。
表5 不同施鉀處理對(duì)山藥生長速率和干物質(zhì)累積速率的影響 [kg/(hm2·d)]
對(duì)山藥產(chǎn)量與氮肥用量進(jìn)行回歸擬合(圖13),結(jié)果表明,2013年宋崗村山藥產(chǎn)量與施氮量間呈現(xiàn)明顯的報(bào)酬遞減規(guī)律(R2=0.995 2*),據(jù)此可計(jì)算出獲得最高產(chǎn)量時(shí)的施N量為302.2 kg/hm2。而2015年隨東村山藥產(chǎn)量對(duì)氮素供應(yīng)水平的反應(yīng)可用線性加平臺(tái)模型進(jìn)行描述,據(jù)此計(jì)算出獲得最高產(chǎn)量時(shí)的施氮量為300 kg/hm2。
2013年宋崗村山藥產(chǎn)量與施磷量之間也符合報(bào)酬遞減規(guī)律(圖14,R2=0.918 9*),產(chǎn)量最高可達(dá)42.5 t/hm2,此時(shí)P2O5用量為181.8 kg/hm2。根據(jù)2015年隨東村磷肥用量與產(chǎn)量之間的線性加平臺(tái)關(guān)系可計(jì)算出兩個(gè)直線方程交叉處的磷素供應(yīng)水平為150 kg/hm2,此時(shí)山藥最高產(chǎn)量達(dá)40.65 t/hm2。
圖13 施氮量與山藥產(chǎn)量的相關(guān)性
圖14 施磷量與山藥產(chǎn)量的相關(guān)性
2013年宋崗村鉀肥用量與產(chǎn)量之間的關(guān)系未達(dá)顯著水平(圖15),2015年隨東村鉀肥用量與產(chǎn)量之間仍可以用線性加平臺(tái)的相關(guān)關(guān)系來描述,由此計(jì)算出當(dāng)施鉀量達(dá)300 kg/hm2時(shí)可獲得山藥最高產(chǎn)量40.76 t/hm2。
圖15 施鉀量與山藥產(chǎn)量的相關(guān)性
本研究結(jié)果表明,山藥地上部的鮮、干生物量均隨山藥的生長發(fā)育呈先增加后降低的趨勢(shì),120 d時(shí)達(dá)最大值,且鮮、干生物量的最快累積階段均出現(xiàn)在90~120 d;而地下部鮮、干生物量則呈現(xiàn)出持續(xù)增加的趨勢(shì),收獲期達(dá)最大值,其最快累積階段均出現(xiàn)在90~120 d。兩年試驗(yàn)結(jié)果均表明,氮磷鉀肥施用量的提高可顯著促進(jìn)山藥地上部和地下部鮮、干生物量的累積,但各處理在不同生育期內(nèi)的變化不同。2013年宋崗村試驗(yàn)各施氮處理地下部生物量和各施磷處理地上部生物量在山藥整個(gè)生育期內(nèi)差異均不顯著,而在2015年120~180 d時(shí),N2、N3處理地下部生物量顯著高于N1,各施磷處理地上部生物量在60 d時(shí)也出現(xiàn)顯著差異,且其地下部生物量顯著高于P0的時(shí)期也相對(duì)提前;2013年不同施鉀處理的地上部生物量出現(xiàn)差異的時(shí)期較2015年滯后。兩年試驗(yàn)結(jié)果的差異可能與兩個(gè)試驗(yàn)?zāi)甓韧寥罈l件及光照、溫度、降雨等氣候條件的不同有關(guān)。根冠比(R/S)可作為施肥是否合適的一個(gè)重要指標(biāo)[16],2015年隨東村試驗(yàn)結(jié)果表明,收獲時(shí),N3處理地上部的鮮、干生物量顯著高于其他處理,而N2處理的地下部鮮、干生物量則最高,此時(shí)N2、N3處理的根冠比分別為7.31和6.02;同時(shí)N2處理的根冠比和產(chǎn)量在2013年試驗(yàn)中也均大于N3。說明施用氮肥能夠促進(jìn)山藥地上部和地下部的生長,但地上部生長過于旺盛,導(dǎo)致較低的根冠比,則不利于產(chǎn)量形成。
山藥適宜生長在土質(zhì)疏松、土層深厚的砂質(zhì)壤土或砂土中,且需肥量大,而砂質(zhì)壤土和砂土的總體肥力水平較低,且保水保肥性能普遍較差。因此,科學(xué)施肥對(duì)保證山藥足夠的養(yǎng)分供應(yīng)及提高肥料利用率意義重大。對(duì)不同氮磷鉀施用水平下山藥產(chǎn)量的響應(yīng)進(jìn)行分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn),不施氮肥可以使收獲期山藥產(chǎn)量下降21.19%~41.17%,不施磷肥使山藥減產(chǎn)20.01%~26.07%,而不施鉀肥則使山藥減產(chǎn)4.97%~33.86%。由此可見,3種元素對(duì)山藥產(chǎn)量形成的影響程度為氮最大,鉀其次,磷最小。而馬康誼[17]的研究表明,鉀肥對(duì)山藥產(chǎn)量的影響大于氮肥。這可能與供試山藥品種及種植區(qū)域的土壤肥力水平差異有關(guān)。在實(shí)際生產(chǎn)中,應(yīng)以山藥平衡施肥為前提,并注重氮肥和鉀肥對(duì)山藥產(chǎn)量的調(diào)控作用和山藥在各個(gè)生育期對(duì)養(yǎng)分的需求特性。
氮磷鉀最佳用量試驗(yàn)結(jié)果表明,山藥產(chǎn)量在2013年與氮、磷施用量呈報(bào)酬遞減規(guī)律,而鉀肥施用量與產(chǎn)量之間則未出現(xiàn)顯著相關(guān);最高產(chǎn)量對(duì)應(yīng)的N和P2O5用量分別為302.2和181.8 kg/hm2。而在2015年隨東村試驗(yàn)中,山藥產(chǎn)量與氮、磷、鉀用量之間的關(guān)系則符合線性加平臺(tái)的變化規(guī)律,當(dāng)?shù)⒘?、鉀施用量分別達(dá)300、150和300 kg/hm2時(shí),可獲得山藥最高產(chǎn)量。結(jié)合當(dāng)?shù)赝寥婪柿λ胶蜕剿庰B(yǎng)分需求特性,本研究認(rèn)為,達(dá)到40 t/hm2左右產(chǎn)量的最佳施肥量推薦為N 301.1 kg/hm2、P2O5165.9 kg/hm2和K2O 290.3 kg/hm2,根據(jù)磷肥施入土壤中移動(dòng)性較差且肥效期較長的特點(diǎn),推薦其以基施為主,氮、鉀肥則根據(jù)適種山藥的土壤特性和山藥的生長發(fā)育特性遵循底肥輕施、追肥重施、分次施用的原則。