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不同追肥量對(duì)生姜產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和根區(qū)土壤的影響

2022-08-19 07:56柴志偉孫敏濤李衍素于賢昌賀超興
蔬菜 2022年8期
關(guān)鍵詞:生姜活性常規(guī)

柴志偉,閆 妍,孫敏濤,王 君,李衍素,于賢昌,賀超興

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所,北京 100081)

生姜(Rosc.)為姜科多年生草本植物,既是常用的調(diào)味品,又是一種可以用作多種藥物制作原材料的經(jīng)典藥材,亦是我國用于出口創(chuàng)匯的特色蔬菜。生姜是生長期長、設(shè)施及水肥投入大、產(chǎn)量效益高的蔬菜作物,在其產(chǎn)量形成過程中對(duì)氮、磷、鉀肥需求量均較大,每形成1 000 kg姜塊產(chǎn)量約需純N 6.34 kg、PO0.57 kg、KO 9.27 kg。生姜的產(chǎn)量和品質(zhì)受到氣候條件、品種、施肥、栽培管理措施等多種因素影響,其中施肥影響最大。在生姜生產(chǎn)中,追施化肥成為農(nóng)民實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)而普遍采取的手段。過量施肥不僅會(huì)導(dǎo)致肥料利用率降低,還會(huì)使生姜外觀形狀及風(fēng)味品質(zhì)下降,加重土壤次生鹽漬化、養(yǎng)分失衡等,并造成水體富營養(yǎng)化、土壤酸化等農(nóng)業(yè)面源污染問題,嚴(yán)重制約生姜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

農(nóng)產(chǎn)品地理標(biāo)志產(chǎn)品——昌邑大姜全部實(shí)行保護(hù)地栽培,通過推廣前期拱棚栽培、中期水肥一體化管理、病蟲害綠色防控、增施生物有機(jī)肥等綠色生產(chǎn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)了綠色生產(chǎn),但也存在不合理施肥問題;因此,針對(duì)生姜栽培過程中存在的過量施肥等問題,以山東昌邑生姜主產(chǎn)區(qū)的施肥方案為對(duì)照,研究比較不同施肥量對(duì)生姜植株生長和產(chǎn)量的影響,分析不同施肥處理的養(yǎng)分吸收情況及其對(duì)生姜根區(qū)土壤養(yǎng)分和土壤酶活性的影響,以期為生姜栽培的精準(zhǔn)施肥提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在北京市昌平區(qū)南口鎮(zhèn)馬坊村的中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院南口中試基地農(nóng)場的大田進(jìn)行,該地區(qū)屬暖溫帶氣候,土壤為砂壤土,土壤理化性質(zhì)為:pH值8.68,有機(jī)質(zhì)27.82 g/kg,全氮2.56 g/kg,全磷1.73 g/kg,全鉀23.55 g/kg,堿解氮831 mg/kg,有效磷236.7 mg/kg,速效鉀511 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試生姜品種為緬姜,由唐山旭通農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)專業(yè)合作社提供。基肥為石家莊市希星肥業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的精制有機(jī)肥,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)NY 525—2012,肥料登記證號(hào):冀農(nóng)肥(2009)準(zhǔn)字5129號(hào),技術(shù)指標(biāo)為:有機(jī)質(zhì)≥45%,氮+磷+鉀≥5%,微量元素≥10%,黃腐酸≥10%,腐植酸≥8%,氨基酸≥10%,有效活性菌≥0.2億個(gè)/g,每667 m基施精制有機(jī)肥1 000 kg。追肥為北京福特森農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)的全水溶性肥料,包括N-PO-KO為20-20-20和16-8-34兩種配方肥,執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)NY 1107—2011,登記證號(hào):農(nóng)肥(2013)臨字7489號(hào)。

1.3 試驗(yàn)方法

生姜姜種于4月8日播種,播種蓋土后澆定植水,然后搭建拱高0.5 m的塑料小拱棚,以保溫保濕;5月上旬在小拱棚上搭遮陽網(wǎng)遮光降溫,6月下旬撤去小拱棚膜,8月20日去除遮陽網(wǎng),11月3日采收測產(chǎn)。

處理采用東西向排列,南北向做畦,畦長7.0 m、寬0.7 m,生姜單行栽培,行距0.7 cm,株距0.25 m,每個(gè)處理重復(fù)5次。設(shè)置4個(gè)肥料用量水平,以常規(guī)追肥(667 m追肥N 17.4 kg、PO10.2 kg、KO 33.6 kg)為對(duì)照(100%),其余處理按常規(guī)追肥量進(jìn)行增減,分別為:T—120%,較常規(guī)追肥增施20%;T—100%,常規(guī)追肥,作為對(duì)照(CK);T—80%,較常規(guī)追肥減施20%;T—60%,較常規(guī)追肥減施40%。各處理在生姜不同發(fā)育期的追肥量見表1,具體如下:在6—7月生姜三叉期追施水溶肥(20-20-20),追肥采用少量多次的原則,每隔1周追肥1次,共追肥5次;在8月生姜旺盛期和9月生姜膨大期追施水溶肥(16-8-34),2個(gè)時(shí)期分別追肥2次,每次間隔2周;追肥均采用滴灌隨水沖施。

表1 各處理主要生長發(fā)育期的667 m2追肥量安排 kg

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 生姜姜塊與植株莖葉的生物量及其氮、磷、鉀含量測定

生姜采收時(shí)調(diào)查植株生長數(shù)據(jù),每處理隨機(jī)選擇5株,統(tǒng)計(jì)株高、分枝數(shù)、地上部莖葉鮮質(zhì)量和地下部姜塊鮮質(zhì)量,并計(jì)算出生姜鮮質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù),生姜鮮質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)=地下部姜塊鮮質(zhì)量/(地上部莖葉鮮質(zhì)量+地下部姜塊鮮質(zhì)量)。每株隨機(jī)選取部分莖葉和姜塊稱量并記錄鮮質(zhì)量,再在烘箱中105 ℃殺青30 min后,于85 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量,計(jì)算地上部和地下部干物質(zhì)含量,并計(jì)算干物質(zhì)經(jīng)濟(jì)系數(shù)(地下部干質(zhì)量/總干質(zhì)量)。生姜地上部和地下部氮、磷、鉀的含量按照NY/T 2017—2011的標(biāo)準(zhǔn)測定。

1.4.2 生姜根區(qū)土壤理化性質(zhì)及土壤酶活性測定

生姜采收后,在每個(gè)處理中間3壟采集地表0~20 cm的土壤樣品,每壟采集5點(diǎn),混合均勻后自然風(fēng)干,再粉碎過篩,用于土壤理化性質(zhì)和酶活性的測定。

土壤pH值測定采用土∶水=1.0∶2.5(質(zhì)量∶體積)法,將10 g自然通風(fēng)陰干的土壤樣品與25 mL去離子水混合,然后用pH計(jì)來測定土壤的pH值;通過重鉻酸鹽氧化-外部加熱法測定土壤有機(jī)質(zhì)含量;分別采用半微量凱氏定氮法及堿水解擴(kuò)散法測定全氮及堿解氮含量;通過氫氧化鈉熔融鉬比色法和鉬反相比色法測定全磷和有效磷含量;用火焰光度計(jì)法和乙酸銨萃取/火焰光度計(jì)法測定土壤全鉀和速效鉀含量。

土壤蔗糖酶的測定使用3,5-二硝基水楊酸比色法;土壤脲酶的測定使用苯酚鈉-次氯酸鈉比色法;土壤硝酸還原酶的測定采用試劑盒;土壤過氧化氫酶的測定使用高錳酸鉀滴定法;土壤堿性磷酸酶的測定使用磷酸苯二鈉比色法。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件處理數(shù)據(jù)和作圖,利用SPSS 17.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析,并運(yùn)用Duncan檢驗(yàn)法對(duì)顯著性差異(<0.05)進(jìn)行多重比較。圖表中數(shù)據(jù)均為平均值±SD(標(biāo)準(zhǔn)差)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同追肥量對(duì)生姜植株生長及產(chǎn)量的影響

由表2可知,除地上部莖葉鮮質(zhì)量外,其他5個(gè)指標(biāo)均以T處理最高,說明較常規(guī)追肥減施20%對(duì)植株生長有一定的促進(jìn)作用,且有利于增產(chǎn);T處理除分枝數(shù)外,其他指標(biāo)均較CK低,且株高表現(xiàn)出了顯著差異,說明較常規(guī)追肥減施40%不利于植株生長和增產(chǎn);而T處理的株高、分枝數(shù)、地上部莖葉鮮質(zhì)量均高于CK,而其他3個(gè)指標(biāo)均低于CK,說明較常規(guī)追肥增施20%對(duì)植株生長有一定的促進(jìn)作用,但不有利于增產(chǎn)。綜合來看,過量追肥不利于增產(chǎn),適量減施追肥量卻有利于增產(chǎn)增效。

表2 不同處理生姜植株生長及產(chǎn)量情況

2.2 不同追肥量對(duì)生姜植株、姜塊干物質(zhì)含量及其營養(yǎng)元素含量的影響

由表3結(jié)果可知,生姜地上部莖葉的干物質(zhì)含量為10.18%~12.79%,地下部姜塊的干物質(zhì)含量為7.28%~8.22%,生姜地下部姜塊干物質(zhì)含量在各處理間雖然無顯著差異,但地上部莖葉干物質(zhì)含量明顯要高于姜塊干物質(zhì)含量,以較常規(guī)追肥減施20%的T處理的地下部姜塊干物質(zhì)含量最高,但其干質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)低于鮮質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù),因?yàn)榈叵虏拷獕K干物質(zhì)含量低于地上部莖葉干物質(zhì)含量。干質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)、單株干質(zhì)量、地下部姜塊干物質(zhì)含量均以T處理最高,說明較常規(guī)追肥減施20%有利于物質(zhì)積累。

表3 不同處理生姜的地上、地下部干物質(zhì)含量比較

由表4可知,不同施肥處理的生姜地上部植株和地下部姜塊的N元素含量雖有差異,但差異均不顯著,生姜地上部的N含量高于地下部,地上部植株N含量以T最高,地下部則以T最高。生姜P元素含量除T為地上部分高于地下部分外,其他處理均表現(xiàn)為地上部含量低于地下部含量,可見不同追肥量影響到了營養(yǎng)元素的運(yùn)移,適量追肥提高了磷元素的運(yùn)輸,影響到植株同化物的分配。對(duì)生姜的鉀含量分析可見,地上部植株以追肥量最多的T處理的植株鉀含量最高,顯著高于其他處理,且高于地下部的鉀含量;地下部姜塊鉀含量以T最高,T顯著高于T,但與T差異不顯著。

表4 生姜不同部位各處理的N、P、K含量分析

2.3 不同追肥量對(duì)生姜根區(qū)土壤pH值和養(yǎng)分含量的影響

由表5可知,處理T的土壤pH值最低,而T和T的土壤pH值均顯著高于對(duì)照T和T。對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的分析可見,追肥量高的T處理有機(jī)質(zhì)含量也最高,而追肥量最低的T處理有機(jī)質(zhì)含量也最低,二者差異達(dá)顯著水平,表明生姜根區(qū)既可以利用化肥,亦可利用有機(jī)肥;另外,T與T、T差異不顯著。追肥增施的處理T會(huì)抑制微生物生長,減少有機(jī)質(zhì)分解利用,因而其土壤有機(jī)質(zhì)增高,而追肥減施更有利于根區(qū)微生物活動(dòng),促進(jìn)有機(jī)質(zhì)的降解利用,因此T處理的有機(jī)質(zhì)含量最低,可見較常規(guī)追肥增施20%可促進(jìn)根區(qū)營養(yǎng)物質(zhì)積累,提高地力。對(duì)土壤全氮、全磷、全鉀的含量分析與有機(jī)質(zhì)有類似趨勢,其含量水平與追肥量密切相關(guān),以較常規(guī)追肥增施20%的T處理的土壤中氮、磷、鉀含量最高,且較常規(guī)追肥增施20%提高了土壤堿解氮、有效磷、速效鉀含量。綜合來看,除pH值外,其他7個(gè)指標(biāo)均表現(xiàn)為T與CK無顯著差異,而減施化肥會(huì)減少土壤營養(yǎng)元素含量和有機(jī)質(zhì)含量,可適當(dāng)增施有機(jī)肥改善根區(qū)環(huán)境。

表5 生姜根區(qū)土壤pH值和養(yǎng)分元素含量分析

2.4 不同追肥量對(duì)生姜根區(qū)土壤酶活性的影響

由表6可知,在蔗糖酶活性方面,以T處理最高,顯著高于T和T處理,表明減少追肥量有利于其活性提高;而土壤脲酶活性表現(xiàn)則相反,表現(xiàn)為T處理顯著高于其他處理,且T與CK無顯著差異,說明增加追肥量有利于其活性提高。土壤硝酸還原酶活性表現(xiàn)為T和T顯著高于T和T處理。土壤中的堿性磷酸酶和過氧化氫酶可以反映土壤微生物活動(dòng)的強(qiáng)度,各處理間沒有表現(xiàn)出顯著差異,表明其受追肥量影響較小。

表6 不同施肥處理對(duì)相關(guān)土壤酶活性的影響

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

在本試驗(yàn)中,較常規(guī)追肥減施20%有利于植株生長和增產(chǎn),而較常規(guī)追肥增施20%有利于植株生長,但無增產(chǎn)效果。而有研究表明,在減施化肥時(shí),增加生物炭肥料、農(nóng)家肥等有機(jī)肥料,不僅不會(huì)影響生姜產(chǎn)量而且還能改善品質(zhì)。

王紹輝等研究表明,不同遮陽處理的萊蕪片姜經(jīng)濟(jì)系數(shù)在0.52~0.58,其最高產(chǎn)量的經(jīng)濟(jì)系數(shù)為0.55,而本研究中采收期生姜的鮮質(zhì)量經(jīng)濟(jì)系數(shù)高達(dá)0.651,明顯較高的可能原因除了品種不同外,本試驗(yàn)栽培期較長,營養(yǎng)轉(zhuǎn)移地下儲(chǔ)存器官較多;此外,栽培后期的生姜采收前遭遇了霜降天氣,低溫使生姜莖葉部分失水干枯和營養(yǎng)物質(zhì)向根莖轉(zhuǎn)移運(yùn)輸,從而使姜塊部分生物量增加。對(duì)生姜的植株和姜塊干物質(zhì)含量測定結(jié)果表明,采收期生姜地上的干物質(zhì)含量在10.18%~12.79%,而姜塊的干物質(zhì)含量僅在7.28%~8.22%。

氮(N)、磷(P)和鉀(K)是蔬菜吸收最多的大量營養(yǎng)元素和主要化肥元素,在植物代謝的許多方面起著至關(guān)重要的作用,其中鉀元素是植物體內(nèi)的一種可移動(dòng)元素,是鉀離子通道和輔酶因子的組成成分,在根系吸收鉀、氣孔運(yùn)動(dòng)、光合作用和調(diào)控光合產(chǎn)物分配等過程中發(fā)揮著重要作用,且在促進(jìn)植物產(chǎn)品器官的膨大上作用顯著,而生姜對(duì)鉀元素最為敏感。本研究測定的生姜植株N、P、K比例為7.37∶1.00∶13.69,姜塊N、P、K含量比例為3.59∶1.00∶7.61。由此可見,生姜植株?duì)I養(yǎng)元素吸收量順序?yàn)镵>N>P,其中N和K元素在生姜莖葉中含量較高,P元素在姜塊中含量較高,與前人研究結(jié)果相一致。

早期研究曾發(fā)現(xiàn),施化肥會(huì)降低土壤pH值,造成土壤酸化,這一現(xiàn)象本研究中也有發(fā)現(xiàn),對(duì)生姜增施化肥,土壤pH值則下降。土壤酶介導(dǎo)了土壤有機(jī)質(zhì)的分解、轉(zhuǎn)化和礦化,在土壤分解和養(yǎng)分循環(huán)中起著關(guān)鍵作用,是反映土壤有機(jī)質(zhì)分解和養(yǎng)分循環(huán)的良好指標(biāo)。本研究中,施肥量越多,土壤有機(jī)質(zhì)含量越高,土壤中參與有機(jī)質(zhì)分解的蔗糖酶活性越低;反之亦然,表明施用化肥滿足了植物生長需要的同時(shí),會(huì)抑制土壤中微生物對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解作用。

此外,采收期的土壤全氮和堿解氮含量均低于生姜種植前,且追肥量較高的處理中參與氮素循環(huán)的土壤脲酶和硝酸還原酶活性相對(duì)較高,表明過量投入的氮肥并沒有被植物吸收利用或在土壤中累積,很可能是通過淋溶和反硝化作用減少了,而在較常規(guī)追肥增施20%的條件下,土壤中的全磷、全鉀、有效磷和速效鉀的含量相比于種植前的含量有所上升。生姜植株對(duì)磷元素的吸收量較低,且各處理的土壤堿性磷酸酶活性沒有顯著差異。生姜植株各部位鉀含量隨施肥量的增大而增加,表明生姜對(duì)鉀肥需求量較大,但120%的過量施肥處理,因投入的鉀肥過多,超出了生姜生長的需求,導(dǎo)致其在土壤中累積。

3.2 結(jié)論

本研究表明,在生姜生產(chǎn)中,較常規(guī)追肥減施20%有利于植株生長和增產(chǎn)。生姜對(duì)鉀肥吸收量大,適當(dāng)增施鉀肥,有助于生姜植株的鉀元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。過量施肥會(huì)導(dǎo)致土壤pH值下降和土壤蔗糖酶活性降低,抑制土壤有機(jī)質(zhì)的分解。過量施氮肥既沒有被植物吸收,也沒有在土壤中累積,很可能通過淋溶和反硝化作用而流失,但過量施用的磷、鉀肥則會(huì)在土壤中富集。

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