滴灌施肥条件下马铃薯水肥高效利用机制研究

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:nishiwangba
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马铃薯同玉米、小麦、水稻并列为全球的四大粮食作物,其营养价值丰富,深受人们喜爱。滴灌与施肥相结合能够将作物生长所需要的水分和养分直接运送到其根区,有利于提高其水肥利用效率,同时兼具节省水肥、管理方便等优点。本研究以马铃薯(紫花白)为试验材料,于2016-2019年5-9月在陕北榆林西北农林科技大学马铃薯试验站进行。2016-2017年,试验设滴灌频率、滴灌水量和施肥量3个因素。滴灌频率分别设置为4天一灌(D4)、8天一灌(D8)和10天一灌(D10);滴灌水量根据作物蒸发蒸腾量(Crop evapotranspiration,ETC)分别设置为60%ETC(W1)、80%ETC(W2)和100%ETC(W3);施肥量(N-P2O5-K2O)分别设置为100-40-150 kg/ha(F1)、150-60-225 kg/ha(F2)和200-80-300 kg/ha(F3),共27个处理,N、P2O5以及K2O的比例为1:0.4:1.5。2018-2019年于2016-2017试验基础上,在滴灌频率D8条件下,进行了滴灌水量和施肥量2因素试验,滴灌水量仍设三个水平;施肥量增设0 kg/ha(F0)和250-100-375 kg/ha(F4),共15个处理。研究了不同供水供肥模式对滴灌马铃薯生长、生理、产量、品质、水肥吸收利用以及根区土壤水分养分迁移分布的影响,主要结果如下:(1)揭示了滴灌施肥条件下,不同灌水频率、灌水量和施肥量三者互作对马铃薯生长、产量、品质以及水肥生产效率的影响规律。当施肥水平相同时,马铃薯的株高、叶面积指数、干物质累积量、块茎产量、单株产量、商品薯、淀粉含量、维C含量、灌溉水利用效率以及肥料偏生产力均在亏缺灌溉W1和W2条件下随着灌水频率的增加而增加,但在充分灌水水平W3下,随灌水频率的增加先增大后减小。当灌水频率和施肥量相同时,除灌溉水利用效率以外均随灌水量的增加而增加。当灌水频率和灌水量相同时,随着施肥量的增大,产量和灌溉水分利用效率均变大,但肥料偏生产力变小;在充分灌溉条件下,随着施肥量的增加,淀粉含量和维生素C含量先增大后减小,还原性糖含量变化规律与淀粉和维生素的变化相左。利用理想点法(TOPSIS)发现陕北马铃薯最佳的灌溉施肥组合为灌水频率8天(D8),灌水水平为充分灌溉(W3),施肥水平为F3;灌水频率D10不利于综合效益的获得。(2)探明了不同滴灌施肥条件下,灌水量和施肥量互作对马铃薯叶面积指数、干物质累积量、产量、品质以及经济效益的变化规律的影响。随着生育期的推进,马铃薯的叶面积指数先增大后减小,呈单峰曲线变化,净同化率(NAR)呈指数降低变化,干物质量呈S型曲线变化,干物质最大生长速率在2018年介于播种后64.85-73.75 d,在2019年介于播种后64.45-70.54d;当施肥量相同时,马铃薯的叶面积持续时间(LAD)、SPAD值和净收益均随灌水量的增加而增加。当灌水量相同时,净收益均随着施肥量的增加而增加。在2018和2019年,处理W3F2的淀粉含量和维生素C含量最高,还原性糖含量最低;产量最高处理为W3F4,分别为51740 kg/ha和51335 kg/ha,但在充分灌水水平W3条件下,施肥水平F3和F4之间的产量及其构成要素、净收益和SPAD值均无显著性差异。主成分分析发现低灌溉水平W1的品质最差,当灌溉水平相同时,施肥F3处理的品质最优,不施肥F0处理的最差。(3)明确了不同滴灌施肥水平下,马铃薯各器官氮、磷、钾吸收、转运及利用规律。马铃薯生育前期,叶片中的氮、磷、钾含量最高,随着生育期的推进,氮磷钾累积吸收量呈现慢-快-慢“S”型曲线生长变化规律,在播种后大约60-70 d增长速率最大;在收获期,氮、磷、钾主要集中在块茎中,块茎中氮素含量占比超过60%,磷素超过70%,钾素大于50%。马铃薯各器官的氮磷钾累积量和肥料利用效率均随着灌水量的增加而增加。而各处理之间的肥料农学效率无显著性差异;磷素利用效率显著高于氮素和钾素;在同一灌水水平下,随着施肥量的增加,肥料偏生产力呈指数递减,而肥料利用效率呈先增大后减小变化趋势,与施肥量呈二次抛物线性关系,当施肥水平为F3时最大。(4)阐明了不同滴灌施肥水平下,马铃薯根区土壤养分运移特征。在0-100 cm土层内,当施肥水平相同时,由于流失和植物吸收,硝态氮、速效磷、速效钾含量随着灌水量的增加而减小,在垂直深度上,随着灌水量的增加硝态氮、速效磷、速效钾向下运移;当灌水水平相同时,硝态氮、速效磷、速效钾累积量随着施肥量的增大而增大;与不施肥相比,施肥水平的硝态氮、速效磷、速效钾含量分布随着水平距离的增大而减小,滴头下0 cm处的硝态氮、速效磷、速效钾含量最高。高肥处理获得高产的同时增大了养分残留与流失的风险,对环境效益不利。(5)揭示了不同滴灌施肥水平下,马铃薯根区水分运移特征以及耗水量和水分利用效率的变化规律。土壤含水量在40 cm以下普遍低于上层。在马铃薯全生育期,低灌水水平W1的底层50 cm和70 cm处土壤含水量变化幅度较小,灌水水平W3的底层50 cm和70 cm处土壤含水量变化幅度较大。各土层含水量随着灌水量的增加而增加,在块茎形成期和膨大期水分消耗最快,并且土壤含水量大体上随着施肥量的增加而减小。当施肥量一样时,灌水量变大,马铃薯耗水量变大,但灌溉水分利用效率降低,水分利用效率随着灌水量的增大先增大后减小。当灌水水平相同时,马铃薯的耗水量、水分利用效率和灌溉水分利用效率均随着施肥量的增加而增加,但在充分灌水水平W3条件下,施肥水平F3和F4之间的水分利用效率和灌溉水分利用效率无显著性差异;马铃薯的水分-产量响应系数ky为1.726。(6)提出了陕北风沙区马铃薯高产、优质、高效和环保等综合效益最佳的灌溉施肥策略。基于层次分析法与模糊综合评价相结合对陕北榆林风沙区马铃薯的经济效益、品质、水肥利用效率以及土壤环境效益进行了综合评价,发现在陕北风沙区处理中水高肥W2F4,高水中肥W3F2和W3F3以及高水高肥W3F4均表现优异,进一步评分排名发现马铃薯高产、优质、高效和环保等综合效益最佳的灌溉施肥组合为充分灌水W3(100%ETC),施肥量(N-P2O5-K2O)F3(200-80-300 kg/ha)。
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