穆俊祥,曹興明,劉拴成(集寧師范學(xué)院 生物系,內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000)

保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)和水肥利用的影響

穆俊祥,曹興明,劉拴成
(集寧師范學(xué)院 生物系,內(nèi)蒙古 烏蘭察布 012000)

為探討烏蘭察布地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中節(jié)水抗旱和水肥高效利用模式,通過(guò)田間試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)保水劑水平(0、45 kg/hm2)、5個(gè)氮素水平(0、120、140、160、180 kg/hm2)共10個(gè)處理,研究保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)和水肥利用的影響。結(jié)果表明:同一施氮水平下,總體上施用保水劑處理馬鈴薯冠幅、總生物量、土壤貯水量、馬鈴薯產(chǎn)量、商品率、水分利用效率、水分產(chǎn)出效率和氮素農(nóng)學(xué)利用率均顯著增加;同一保水劑用量水平下,總體上馬鈴薯冠幅和生物量隨著氮肥用量的增加而增加,但馬鈴薯產(chǎn)量、商品薯產(chǎn)量、商品率、水分利用效率、水分產(chǎn)出效率、氮素農(nóng)學(xué)利用率總體均隨著氮肥用量的增加先增加后降低,均以保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2處理最高,分別為19 083 kg/hm2、16 290 kg/hm2、85.4%、24.6 kg/(mm·hm2)、69.0 kg/(mm·hm2)、19.5 kg/kg，分別較對(duì)照(不施氮肥和保水劑處理)提高33.8%、102.0%、51.2%、49.1%、38.0%。綜合考慮，該處理是烏蘭察布地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中最適宜的保水劑與氮素配施組合。

保水劑; 氮肥; 馬鈴薯; 水分利用效率; 氮素農(nóng)學(xué)利用率

烏蘭察布市地處內(nèi)蒙古高原,由于其特有的地理位置和氣候條件,非常適宜馬鈴薯種植。目前,該地區(qū)馬鈴薯種植面積和總產(chǎn)量在全國(guó)地級(jí)市排名第一,已成為全國(guó)重要的種薯、商品薯和加工專用薯基地[1]。2015年12月,“烏蘭察布馬鈴薯”地理標(biāo)志產(chǎn)品成功入選中國(guó)品牌價(jià)值評(píng)價(jià)信息榜,在初級(jí)農(nóng)產(chǎn)品類地理標(biāo)志產(chǎn)品中排名17位,品牌價(jià)值105.66億元,馬鈴薯產(chǎn)業(yè)已成為推動(dòng)該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。但該地區(qū)為干旱半干旱地區(qū),水資源虧缺且土壤貧瘠,嚴(yán)重限制了區(qū)內(nèi)馬鈴薯的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。因此,充分利用有限的水資源和節(jié)水保肥技術(shù)是提高該地區(qū)馬鈴薯產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的重要途徑。

研究表明,保水劑可調(diào)節(jié)降水的季節(jié)分配,改善土壤水分狀況,提高作物產(chǎn)量和水分利用效率(WUE),同時(shí)保水劑可促進(jìn)植株對(duì)氮、磷、鉀等養(yǎng)分的吸收[2-5];適宜氮素可提高植物葉片光合作用,增加干物質(zhì)積累,顯著提高作物產(chǎn)量及水分利用效率[6-25];保水劑和氮肥合理配施不但可以顯著提高小麥的千粒質(zhì)量、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率[26],還可大幅提高肥料利用率,降低肥料損失[27]。目前,在馬鈴薯生產(chǎn)中有關(guān)保水劑和氮肥配施的研究非常少。俞滿源等[28]研究發(fā)現(xiàn),保水劑與施肥的交互作用增加馬鈴薯花期生物積累量,延長(zhǎng)莖葉生育期,且增產(chǎn)效果顯著。而有關(guān)保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯整個(gè)生育期生長(zhǎng)狀況、節(jié)水節(jié)肥效果的研究卻未見報(bào)道。為此,研究保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)狀況和水肥利用的影響,旨在為烏蘭察布地區(qū)馬鈴薯生產(chǎn)中保水劑與氮肥的合理應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于集寧師范學(xué)院園藝實(shí)訓(xùn)基地,地處陰山山脈灰騰梁南麓,海拔高度1 417 m,年平均氣溫4.4 ℃,年日照時(shí)間為3 130 h,近10 a平均降水量約360 mm,無(wú)霜期130 d。試驗(yàn)地土壤類型為砂壤土,土壤理化性質(zhì)為:有機(jī)質(zhì)9.10 g/kg、堿解氮 93.16 mg/kg、速效磷23.23 mg/kg、速效鉀183.65 mg/kg、pH值7.09、0～80 cm土層土壤容重1.34 g/cm3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試馬鈴薯品種為烏蘭察布主栽品種克新1號(hào)(烏蘭察布種子管理站提供)。試驗(yàn)設(shè)置保水劑用量和氮素用量2個(gè)因素,結(jié)合劉殿紅等[29]研究結(jié)果,保水劑用量設(shè)2個(gè)水平:0、45 kg/hm2;結(jié)合穆俊祥等[30]研究結(jié)果,氮素(純N)用量設(shè)5個(gè)水平:0、120、140、160、180 kg/hm2,以不施氮肥和保水劑處理為對(duì)照,共10個(gè)處理,每個(gè)處理3次重復(fù),隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),小區(qū)面積為20 m2。保水劑為任丘市廣匯化工有限公司購(gòu)買的白色晶體(主要成分為丙烯酸鹽聚合交聯(lián)物和丙烯酰胺-丙烯酸鹽共聚交聯(lián)物)。根據(jù)茍春林等[31]研究結(jié)果,保水劑和尿素配施節(jié)水保肥效果優(yōu)于其他氮肥,故本試驗(yàn)選用尿素作為氮肥。保水劑于馬鈴薯出齊苗時(shí)(7月2日)在幼苗周圍5 cm挖深15 cm穴撒入;尿素一半作為基肥,和有機(jī)肥(腐熟羊糞,含N 0.61%、P2O50.42%、K2O 0.22%)20 000 kg/hm2、磷酸二銨(含N 18%、P2O546%)240 kg/hm2、硫酸鉀(含K2O 50%)220 kg/hm2混合一起施入,另一半于塊莖形成期作為追肥施入。

馬鈴薯于2014年5月9日播種,株、行距為40 cm×50 cm,基本苗為50 000株/hm2,于9月25日收獲。全生育期不灌水,利用自然降水,試驗(yàn)?zāi)攴蓠R鈴薯生育期內(nèi)該地區(qū)降水量為288 mm，且降水量主要集中于7、8、9月，總體上與近10 a該地區(qū)降水量平均數(shù)(287 mm)相當(dāng)，其中8月份降水量略低于近10 a平均數(shù)，9月份降水量略高于近10 a平均數(shù)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 生長(zhǎng)發(fā)育指標(biāo) 在馬鈴薯苗期(7月5日)、塊莖形成期(7月23日)、塊莖膨大期(8月15日)、淀粉積累期(9月10日)和收獲期(9月25日),每小區(qū)取樣3株,分別測(cè)定其蔓延南北、東西距離并計(jì)算冠幅(南北距離乘東西距離),后取回實(shí)驗(yàn)室用自來(lái)水沖洗,濾紙吸水,按葉片、地上莖、地下莖、塊莖將各器官分開,取樣于105 ℃殺青30 min,然后80 ℃烘干至恒質(zhì)量,稱質(zhì)量,計(jì)算單位面積總生物量。

1.3.2 馬鈴薯產(chǎn)量和商品率 按小區(qū)實(shí)收計(jì)算馬鈴薯塊莖鮮產(chǎn)量,并計(jì)算氮素農(nóng)學(xué)利用率[32],氮素農(nóng)學(xué)利用率=(施氮區(qū)產(chǎn)量-不施氮區(qū)產(chǎn)量)/施氮量;并進(jìn)行商品薯(薯塊質(zhì)量≥60 g)分級(jí)，計(jì)算商品率和商品薯產(chǎn)量。

1.3.3 土壤貯水量、田間耗水量和水分利用及產(chǎn)出效率 在馬鈴薯播種和收獲時(shí)每小區(qū)按20 cm土層分層取樣,測(cè)定0～80 cm土層土壤含水量,并根據(jù)不同土層土壤容重計(jì)算不同土層土壤貯水量(W)[33]:W=h×a×b×10,式中h為土層深度,a為土壤容重,b為土壤含水量。0～80 cm土層土壤貯水量為0～20、20～40、40～60、60～80 cm土層土壤貯水量之和。

馬鈴薯田間耗水量(ET)計(jì)算公式[3]為:ET=P+W1-W2,式中P為生育期內(nèi)降雨量,W1為播種時(shí)土壤貯水量,W2為收獲后土壤貯水量。

水分利用效率(WUE)計(jì)算公式[3]為:WUE=B/ET,式中B為總生物量。

水分產(chǎn)出效率(A)計(jì)算公式[3]為:A=Y/ET,式中Y為塊莖產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 19.0和Excel 2003進(jìn)行處理分析,方差分析采用單因素方差分析,多重比較采用Duncan氏新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響

如表1所示,與對(duì)照相比,施用保水劑和氮肥對(duì)馬鈴薯各生育時(shí)期總生物量和除苗期以外其他生育時(shí)期冠幅均有顯著影響。與不施保水劑處理相比,施用保水劑后馬鈴薯苗期、塊莖形成期、塊莖膨大期、淀粉積累期的平均冠幅和總生物量分別增加2.15%、11.07%、14.62%、14.25%和5.22%、11.43%、15.57%、25.49%,總體上隨著生育期的推進(jìn),保水劑對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)的影響越來(lái)越明顯;在相同的施氮水平下,總體上除苗期外施用保水劑均顯著提高了馬鈴薯的冠幅和總生物量。在同一保水劑施用水平下,在塊莖形成期、塊莖膨大期和淀粉積累期,在施氮量為0～160 kg/hm2時(shí)馬鈴薯冠幅及總生物量總體上均隨著氮肥用量的增加顯著增加,且施用保水劑處理比不施用保水劑處理的增幅大；但當(dāng)?shù)赜昧砍^(guò)160 kg/hm2時(shí)，冠幅和總生物量增加不顯著,甚至降低。這說(shuō)明保水劑和適宜用量的氮肥更有利于促進(jìn)馬鈴薯的生長(zhǎng),氮肥用量過(guò)大對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)促進(jìn)作用不大甚至起到抑制作用。在苗期馬鈴薯冠幅和總生物量變化不顯著是由于馬鈴薯苗期的生長(zhǎng)主要依賴種薯內(nèi)部的水分和養(yǎng)分,保水劑和氮肥的作用還未體現(xiàn)所致。綜合考慮,保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2處理最有利于馬鈴薯生長(zhǎng)。

表1 保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育的影響

注:同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05),下同。

2.2 保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和商品率的影響

從表2可以看出,和對(duì)照相比,施用保水劑和氮肥后馬鈴薯產(chǎn)量、商品薯產(chǎn)量、商品率和收獲時(shí)總生物量都顯著增加。在相同施氮水平下,施用保水劑處理的產(chǎn)量、商品薯產(chǎn)量、商品率和收獲時(shí)總生物量都顯著高于不施保水劑處理。在相同保水劑用量條件下,馬鈴薯產(chǎn)量和總生物量在施氮量為0～160 kg/hm2時(shí)隨著施氮量的增加顯著增加,但施氮量超出160 kg/hm2時(shí)馬鈴薯產(chǎn)量和總生物量增加不顯著;馬鈴薯商品薯產(chǎn)量和商品率在施氮量為0～160 kg/hm2時(shí)隨著施氮量的增加也顯著增加,當(dāng)施氮量增加到180 kg/hm2時(shí)反而顯著降低,說(shuō)明適宜用量的氮肥更有利于促進(jìn)馬鈴薯商品薯產(chǎn)量和商品率的增加,當(dāng)?shù)剡^(guò)量時(shí)地上部分營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)剩,地下塊莖的生長(zhǎng)減弱從而導(dǎo)致商品薯產(chǎn)量和商品率下降。綜合考慮,保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2組合處理最佳,其馬鈴薯產(chǎn)量、商品薯產(chǎn)量和商品率分別比對(duì)照增加33.8%、102.0%和51.2%。

表2 保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和商品率的影響

2.3 保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯收獲期土壤含水量的影響

在馬鈴薯收獲期對(duì)0～80 cm土層土壤含水量進(jìn)行分析(表3)發(fā)現(xiàn),總體來(lái)看, 在相同施氮水平下,由于保水劑的吸水、保水功能,施用保水劑處理0～80 cm土層土壤含水量顯著高于未施保水劑處理。同一處理，不同土層間土壤含水量差異明顯,20～40 cm和40～60 cm土層土壤含水量高于0～20 cm和60～80 cm土層含水量,這是由于地表蒸發(fā)量較大，且自然降水量少故其只能下滲到20～60 cm土層處。在未施保水劑處理中,總體上隨著施氮量的增加各土層土壤含水量降低,這是由于未施保水劑處理土壤水分較為缺乏，同時(shí)氮肥的溶解需要吸收水分，從而導(dǎo)致土壤含水量下降；但在施用保水劑處理中，各土層土壤含水量在施氮量0～160 kg/hm2時(shí)隨著施氮量增加而增加, 施氮量160 kg/hm2時(shí)最高，之后當(dāng)施氮量增加到180 kg/hm2時(shí)土壤含水量降低,這可能是因?yàn)楸Ｋ畡┪蛰^高濃度的氮肥之后水分吸收減少,導(dǎo)致提供給植株的氮肥和水分同時(shí)降低[27]。綜上,在保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2組合處理下20～60 cm土層土壤含水量最高,有利于馬鈴薯水分利用。

表3 保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯收獲期0～80 cm土層土壤含水量的影響

保水劑用量/(kg/hm2)氮素用量/(kg/hm2)土壤含水量/%0～20cm20～40cm40～60cm60～80cm0011．79e13．30d13．78cd11．67b12011．96de13．37d13．48e11．09c14011．42f13．20d12．74f10．98c16011．06g12．88e12．38g10．66d18010．72h12．47f12．04h10．68d45012．09d13．37d13．85c12．10a12012．38c13．67c14．15b12．22a14012．72ab14．02ab14．21b12．22a16012．89a14．19a14．47a12．26a18012．56bc13．89bc13．61de11．75b

2.4 保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯水肥利用效率的影響

由表4可知,同一施氮水平下,收獲時(shí)施用保水劑處理的土壤貯水量顯著高于未施保水劑處理;未施保水劑處理田間土壤貯水量隨氮素用量的增加而減少,施用保水劑處理田間貯水量隨氮素用量的增加先增加后減少,以保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2組合處理最高。同一施氮水平下,馬鈴薯全生育期田間耗水量表現(xiàn)為未施保水劑處理顯著高于施用保水劑處理;未施保水劑處理田間耗水量隨氮素用量的增加而增加,施用保水劑處理田間耗水量隨氮素用量的增加先降低后增加,以保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2組合處理最低。

同一施氮水平下,施用保水劑處理馬鈴薯水分利用效率和水分產(chǎn)出效率均顯著高于不施保水劑處理,在氮素用量0、120、140、160、180 kg/hm2條件下,施用保水劑處理水分利用效率和水分產(chǎn)出效率分別比未施保水劑處理顯著提高21.8%、25.1%、25.6%、28.1%、24.5%和13.2%、15.3%、16.8%、18.6%、19.9%;同一保水劑用量條件下,總體上馬鈴薯水分利用效率和水分產(chǎn)出效率均隨著施氮量的增加先增加后降低,均以保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2組合處理最高,分別比對(duì)照提高49.1%和38.0%。

同一施氮水平下,施用保水劑處理馬鈴薯氮素農(nóng)學(xué)利用率總體上均顯著高于未施保水劑處理, 在氮素用量120、140、160、180 kg/hm2條件下,施用保水劑處理氮素農(nóng)學(xué)利用率分別比未施保水劑處理提高43.1%、20.7%、20.4%、21.3%;同一保水劑用量條件下,馬鈴薯氮素農(nóng)學(xué)利用率隨著氮素用量增加先增加而后降低,以保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2組合處理氮素農(nóng)學(xué)利用率最高,為19.5 kg/kg。

表4 保水劑和氮肥配施對(duì)馬鈴薯水肥利用效率的影響

3 結(jié)論與討論

氮素是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育最重要的因素之一,在適度范圍內(nèi)增施氮肥可促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育并提高馬鈴薯產(chǎn)量、品質(zhì)和商品率[30，34]。保水劑具有吸水、保水和保肥的功能,可改善土壤水分和養(yǎng)分環(huán)境,促進(jìn)作物生長(zhǎng)[6,29,35]。本研究結(jié)果表明,在氮素用量為0～160 kg/hm2時(shí)，總體上隨著氮肥用量增加馬鈴薯冠幅、總生物量、產(chǎn)量、商品薯產(chǎn)量和商品率均顯著增加,同時(shí)在保水劑的配合下，上述指標(biāo)較不施保水劑處理顯著增加,這與前人[3-6,29]研究結(jié)果相符；但當(dāng)?shù)赜昧砍^(guò)160 kg/hm2時(shí),產(chǎn)量、總生物量無(wú)顯著變化,商品薯產(chǎn)量和商品率顯著下降,這說(shuō)明保水劑和氮肥配施表現(xiàn)出水分和養(yǎng)分間較好的協(xié)同和疊加效應(yīng),從而更能促進(jìn)馬鈴薯生長(zhǎng)發(fā)育,這與徐剛等[27]、俞滿源等[28]、耿宏焯等[36]在辣椒、馬鈴薯、咖啡等作物上的研究結(jié)果類似,這一結(jié)論對(duì)保水劑和氮素肥料合理配施實(shí)現(xiàn)水肥同步、提高作物產(chǎn)量具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

研究表明，施用保水劑可改善土壤結(jié)構(gòu),提高土壤含水量和水分利用效率[3,6,37]。本研究結(jié)果表明，同時(shí)施用保水劑和適量氮肥后土壤貯水量、水分利用效率和水分產(chǎn)出效率較僅施氮肥不施保水劑處理顯著提高,說(shuō)明保水劑與適宜氮肥配施更有利于馬鈴薯對(duì)水分的吸收與利用,可獲得較高的產(chǎn)量和生物量,其水分利用效率和水分產(chǎn)出效率也相應(yīng)提高,這與張揚(yáng)等[3]研究結(jié)果基本一致,但本研究中有關(guān)土壤貯水量的變化和楊永輝等[26]研究的結(jié)果不一致,這可能是由于降水時(shí)間和土壤含水量測(cè)定時(shí)間差異造成,還需進(jìn)一步研究。同時(shí)施氮量過(guò)高總體上水分利用效率和水分產(chǎn)出效率反而下降,這也與徐剛等[27]、楊永輝等[26]和牛曉麗等[38]在辣椒、冬小麥和番茄上的研究結(jié)果類似,這是因?yàn)榈乜筛淖兏珊禇l件下作物根系的生長(zhǎng)行為,降低根源ABA濃度,提高作物吸水能力,但當(dāng)施氮量過(guò)高時(shí),滲透調(diào)節(jié)作用下降,膜透性增大,進(jìn)而導(dǎo)致水分利用效率下降[39]。

在本試驗(yàn)條件下,保水劑和氮肥配施顯著提高了馬鈴薯產(chǎn)量,相應(yīng)地提高了馬鈴薯氮素農(nóng)學(xué)利用率,并且所有處理中保水劑45 kg/hm2和氮素用量160 kg/hm2配施處理最高,這說(shuō)明采用保水劑與適量氮肥配施的方式可顯著提高氮肥利用率,但氮素用量過(guò)大時(shí)由于保水劑吸收較高濃度的氮肥之后水分吸收減少,因此供給植株的氮肥量降低,從而降低氮肥利用率[27]。所以,保水劑與氮肥配施,不但可以提高肥料養(yǎng)分利用率,更重要的是可減少肥料過(guò)度使用、降低環(huán)境污染。綜上，在烏蘭察布地區(qū)以保水劑45 kg/hm2+氮素160 kg/hm2處理更有利于馬鈴薯生長(zhǎng)和水肥利用。

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Effects of Combined Application of Water-retaining Agent and Nitrogen Fertilizer on Growth and Water and Fertilizer Utilization of Potato

MU Junxiang,CAO Xingming,LIU Shuancheng
(Department of Biology,Jining Normal University,Wulanchabu 012000,China)

In order to explore the optimal mode of water-saving,drought resistance and efficient use of water and fertilizer for potato in Wulanchabu,a field experiment was carried out to study the effect of the combined application of water-retaining agent and nitrogen fertilizer on the growth and water and fertilizer utilization of potato.There were ten treatments,including two water-retaining agent levels (0,45 kg/ha) and five nitrogen levels (0,120,140,160,180 kg/ha).The results indicated that on the whole,potato crown width,biomass,soil moisture content,yields,commodity rate,water use efficiency,water production rate and agronomic nitrogen use efficiency of treatments with water-retaining agent increased significantly,compared with the treatment without water-retaining agent with the same nitrogen amount;at the same level of the water-retaining agent,with the increase of nitrogen dosage,potato crown width and biomass increased but potato yield,commodity potato yields,commodity rate,water utilization efficiency, agronomic nitrogen use efficiency and water production rate were first increased and then reduced,and reached the highest value under the treatment with water-retaining agent of 45 kg/ha and nitrogen application of 160 kg/ha,which were 19 083 kg/ha,16 290 kg/ha,85.4%,24.6 kg/(mm·ha),69.0 kg/(mm·ha),19.5 kg/kg,respectively,and increased by 33.8%,102.0%,51.2%,49.1%,38.0% compared with CK without water-retaining agent and nitrogen fertilizer,respectively.In consideration of the comprehensive performance of the parameters,the treatment with water-retaining agent of 45 kg/ha and nitrogen application of 160 kg/ha was the best for the production of potato in Wulanchabu.

water-retaining agent; nitrogen fertilizer; potato; water utilization efficiency; agronomic nitrogen use efficiency

2016-03-20

內(nèi)蒙古自治區(qū)高等學(xué)校科研項(xiàng)目(NJZY14301)

穆俊祥(1978-)，男，內(nèi)蒙古四子王旗人，副教授，碩士，主要從事園藝植物栽培及土壤肥料等方面研究。 E-mail:tlmjx@sina.com

S143.1;S482.99;S532

A

1004-3268(2016)09-0035-06