長期施用化肥對潮土甘薯生物量累積及養(yǎng)分吸收的影響

魏 猛,張愛君,李洪民,唐忠厚,陳曉光

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農業(yè)科學研究所/江蘇徐州甘薯研究中心,江蘇 徐州 221131)

合理施用化肥是作物持續(xù)增產(chǎn)的關鍵因素,在我國農業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了舉足輕重的作用[1],化肥對作物產(chǎn)量的貢獻率達35%～66%[2]。研究表明,長期施用化肥會對土壤物理、化學及其生物多樣性產(chǎn)生不利影響,導致農田養(yǎng)分不平衡和土壤退化,降低作物產(chǎn)量[3-4];相反,也有研究認為長期施用化肥可維持或提高土壤有機質含量,進而增加作物產(chǎn)量[5-6]。

甘薯是世界種植的主要塊根作物之一,被廣泛應用于食品工業(yè)、輕化工業(yè)及飼料工業(yè)[7]。關于施肥對甘薯產(chǎn)量的影響已有大量研究報道,化學氮磷鉀肥的施用對甘薯增產(chǎn)作用明顯,且其增產(chǎn)效果表現(xiàn)為NPK配施>N肥>K肥>P肥[8];氮肥用量在60 kg/hm2時甘薯產(chǎn)量及其品質性狀綜合評價最高[9];分期施用鉀肥能夠顯著提高甘薯的產(chǎn)量[10]。這些研究結果都是通過短期田間試驗獲得的,而基于長期施肥條件下的研究報道較少。通過長期定位試驗研究甘薯生物量累積及養(yǎng)分吸收的變化特征,具有常規(guī)短期試驗不可比擬的優(yōu)點,不僅具有重要的實踐價值,而且還具有更深遠的理論意義。本研究依托我國徐淮地區(qū)潮土長期定位試驗,分析了2002～2015年不同施肥模式下甘薯生物量及養(yǎng)分吸收的變化特征,揭示了長期不同化肥施用模式條件下甘薯養(yǎng)分平衡狀況,以期為潮土區(qū)甘薯栽培的養(yǎng)分管理提供技術支撐。

1　材料與方法

1.1　試驗區(qū)概況

試驗地位于江蘇徐淮地區(qū)徐州農業(yè)科學研究所試驗基地(N 34°16′,E 117°17′),土壤為砂壤質潮土。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤氣候區(qū),年平均氣溫14 ℃,平均年降水量為860 mm。試驗開始時(1980年)耕層土壤有機碳含量為6.26 g/kg,全氮為0.66 g/kg,全磷為0.74 g/kg,有效磷為12.00 mg/kg,速效鉀為63.00 mg/kg, pH值為8.01。

1.2　試驗設計

本研究設置4個施用化肥處理:不施肥(CK)、單施氮肥(N)、配施氮磷肥(NP)、配施氮磷鉀肥(NPK)。每個處理重復4次,隨機區(qū)組排列,小區(qū)面積為33.3 m2。氮、磷、鉀肥每年施用量分別為純N 300 kg/hm2、P2O5150 kg/hm2、K2O 225 kg/hm2。長期試驗開始于1980年秋季,在1981～2001年為小麥-玉米種植模式,2002年后改為小麥-甘薯種植模式。在小麥、玉米生產(chǎn)季，氮肥的基肥、追肥比例各為50%,基肥施用方式為施后翻地,追肥施用方式為表施。在甘薯生產(chǎn)季，氮、磷、鉀肥作為基肥一次性施用后翻地。每季作物收獲后將地上部秸稈移除,實施根茬還田；作物其它管理措施與大田生產(chǎn)一致。甘薯季各處理的施肥量如表1。

表1　甘薯季不同施肥處理的肥料用量 kg/hm2

在2002～2015年期間，甘薯在每年6月中旬起壟栽插,密度為4.95萬株/hm2,在10月中旬收獲。2015年甘薯土壤的基本養(yǎng)分狀況見表2。

表2 　2015年甘薯季不同施肥處理土壤的主要性狀

1.3　測定項目及方法

土壤基本養(yǎng)分測定:采用2.5∶1(水土比)pH計法測定pH值；采用重鉻酸鉀容量法測定有機碳含量；采用凱氏法測定全氮含量；采用硫酸-高氯酸消煮法測定全磷含量；采用氯化鉀浸提-流動分析儀法測定硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量；采用Olsen法測定速效鉀含量；采用醋酸銨浸提-火焰光度計法[11]測定有效磷含量。

生物量測定:收獲時去除保護行后,將測產(chǎn)區(qū)內的甘薯全部收獲,分別測定地上部和塊根生物量,以小區(qū)為單位稱重；同時取4個重復地上部和塊根樣品，在105 ℃下殺青30 min,在60 ℃下烘干至恒重,測定干率,并計算各處理地上部和塊根的干物質生物量。

1.4　數(shù)據(jù)分析

對試驗數(shù)據(jù)采用DPS軟件進行方差分析；采用Excel 2007繪制圖表。

2　結果與分析

2.1　不同施肥處理對甘薯生長特性的影響

從表3可以看出：與CK相比,N、NP和NPK處理的蔓長均顯著增加,平均增加幅度分別為63.3%、58.8%和77.4%;NP和NPK處理的分枝數(shù)顯著增多,平均增加幅度分別為21.3%和31.9%,說明施肥尤其是平衡施肥有利于甘薯地上部的生長。

表3　不同施肥處理下甘薯的生長特性

注:同列數(shù)據(jù)后附不同小寫字母表示差異達0.05顯著水平。下同。

2.2　不同施肥處理對甘薯生物量的影響

不僅甘薯的塊根生物量累積受到不同施肥方式的影響,而且甘薯的地上部生物量累積也受到其影響(表4)。從2002～2015年甘薯生物量平均值來看,與CK相比,NP、NPK處理的地上部、塊根和總生物量均顯著增加,增加幅度分別為51.4%和107.3%、30.1%和92.5%、37.6%和97.8%,均以處理NPK提高幅度最為顯著。N處理與CK間甘薯生物量的差異均未達到顯著水平,這表明長期單施氮肥的施肥模式對甘薯干物質累積的影響不顯著。

表4　不同施肥處理下甘薯的生物量(干重) kg/hm2

2.3　不同施肥處理對甘薯養(yǎng)分含量的影響

長期不同施肥方式下甘薯養(yǎng)分含量的變化如圖1所示。從2002～2015年甘薯植株氮磷鉀養(yǎng)分的平均值可以看出,地上部N、K含量高于塊根,而塊根P含量高于地上部,這說明氮、鉀元素最易在地上部中富集,而磷元素主要富集在塊根中。與CK相比,N、NP和NPK處理顯著提高了地上部N含量,提高幅度分別為21.2%、14.6%和29.7%;NPK處理顯著提高了地上部K含量,提高幅度為23.2%；所有處理間的地上部P含量差異不顯著。另外，與CK相比,N、NP和NPK處理顯著提高了甘薯塊根N、P含量;NPK處理顯著提高了甘薯塊根K含量,提高幅度為34.4%;而各施肥處理間甘薯塊根P含量差異均不顯著。

圖 1　不同施肥處理下甘薯的養(yǎng)分含量

2.4　不同施肥處理對甘薯養(yǎng)分吸收與分配的影響

由表5可見，長期不同施肥處理甘薯地上部和塊根的氮磷鉀養(yǎng)分吸收量均表現(xiàn)為NPK> NP > N> CK。甘薯地上部N吸收量占總N吸收量的48.5%～55.1%,塊根的吸N比例為44.9%～51.5%。與CK相比,NP和NPK處理甘薯對N的吸收量顯著提高,以NPK處理最為顯著,地上部分和塊根提高幅度分別為168.1%和169.3%,說明磷鉀肥施用有利于促進甘薯對氮肥的吸收。甘薯地上部對P的吸收比例達到了33.1%～38.5%,塊根的吸P比例為61.4%～66.9%,因此甘薯對P的吸收主要集中在塊根當中。與CK相比,NP和NPK處理顯著提高了甘薯對P的吸收量,以NPK處理提高幅度最大,地上部分和塊根提高幅度分別為154.8%和147.3%；而N處理的提高幅度不顯著。甘薯地上部吸收K的比例為54.1%～57.2%,甘薯對K的吸收主要集中在地上部中。與CK相比,NP和NPK處理顯著提高了地上部、塊根對鉀的吸收量,以NPK處理的提高幅度最大。從總吸收量來看,不同處理甘薯對K的吸收量略低于對N的吸收量,但明顯高于對P的吸收量。

表5　不同施肥處理下甘薯養(yǎng)分吸收與分配 kg/hm2

2.5　不同施肥處理對土壤養(yǎng)分表觀平衡的影響

從甘薯季土壤養(yǎng)分的收支情況(表6)可以看出,施肥和作物吸收養(yǎng)分的差異導致土壤中氮磷鉀素收支不同。CK的土壤養(yǎng)分表現(xiàn)出虧缺,氮、磷、鉀在甘薯季的虧缺量分別為41.36、18.12和46.13 kg/hm2;N處理的土壤磷、鉀素在甘薯季出現(xiàn)虧缺,土壤氮素出現(xiàn)盈余(86.64 kg/hm2),表現(xiàn)出環(huán)境污染危險;NP處理土壤的鉀素虧缺67.00 kg/hm2,氮、磷素均呈現(xiàn)盈余;NPK處理土壤的氮、磷、鉀元素均表現(xiàn)出盈余,盈余量分別為38.89、29.72和3.93 kg/hm2。

表6　不同施肥處理下甘薯季土壤養(yǎng)分表觀平衡情況 kg/hm2

3　討論

施肥有利于養(yǎng)分的快速供應,是調控農作物生產(chǎn)力的重要手段,而甘薯具有耐貧瘠等特性,其養(yǎng)分管理長期不受重視[12-13]。合理施肥有利于作物干物質累積,但不合理施肥和養(yǎng)分比例不當?shù)热菀自斐筛适懋a(chǎn)量降低[14]。本研究結果表明：N處理甘薯地上部和塊根生物量均未有顯著變化,NP和NPK處理能顯著增加甘薯的蔓長、分枝數(shù)、地上部生物量及塊根產(chǎn)量,均以NPK處理的增加幅度最顯著,說明施肥特別是平衡施肥有利于甘薯地上部的生長及干物質積累,因此均衡施肥是甘薯高產(chǎn)的重要保證。

施肥的直接目的是使作物增產(chǎn),但通過施肥實現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時,還要兼顧養(yǎng)分資源的優(yōu)化管理及養(yǎng)分高效利用。本研究結果表明,氮磷鉀配施有利于提高甘薯氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量,這與前人研究得出的結論“長期施用化肥能極顯著地促進作物對氮、磷、鉀的吸收”[15-16]相一致。無論施肥與否,本研究4個施肥模式的甘薯地上部和塊根的氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量均表現(xiàn)為NPK> NP > N> CK,這進一步表明長期均衡施肥不僅能維持甘薯較高的產(chǎn)量,還對作物養(yǎng)分吸收具有促進作用。

農田養(yǎng)分平衡的本質就是養(yǎng)分被作物消耗和施肥投入之間的平衡[17-18]。本研究結果表明,NP處理出現(xiàn)鉀素虧缺,但氮、磷素呈現(xiàn)盈余;NPK處理土壤的氮、磷、鉀素均表現(xiàn)出盈余。缺施鉀肥的NP處理甘薯的蔓長、生物量和氮、磷吸收量均大幅高于不施肥處理,但又顯著低于NPK平衡施肥處理,表明即使是在原先富鉀的潮土中,施用鉀肥對于維持土壤生產(chǎn)力也是不可缺少的。與N處理相比,NP和NPK處理甘薯地上部及塊根生物量均有顯著提高,說明磷鉀肥對促進甘薯干物質積累有顯著效果。CK土壤的氮磷鉀均表現(xiàn)出虧缺,而N處理土壤的氮素有盈余；而且2015年N處理的土壤硝態(tài)氮含量(26.60 mg/kg)明顯高于NPK處理的(15.36 mg/kg),因此單施氮肥處理的氮素會殘留在土壤中，給環(huán)境安全帶來很大壓力,生產(chǎn)中應當重視氮磷鉀肥的配合施用。

4　結論

NP和NPK處理可以顯著增加甘薯的蔓長和分枝數(shù),以NPK處理的提升幅度最顯著,說明施肥特別是平衡施肥有利于甘薯地上部的生長。NP和NPK處理顯著增加了甘薯地上部和塊根的生物量,以NPK處理的提升幅度最顯著;甘薯地上部和塊根氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量均表現(xiàn)為NPK>NP>N>CK,表明長期均衡施肥不僅能維持甘薯較高的產(chǎn)量,還對作物養(yǎng)分吸收具有促進作用。在富鉀的潮土中,施用鉀肥對于維持土壤生產(chǎn)力也是不可缺少的。長期單施氮肥方式的氮盈余量最高,生產(chǎn)中應當重視肥料的配合施用。

參考文獻：

[1] 朱兆良,金繼運.保障我國糧食安全的肥料問題[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2013,19(2):259-273.

[2] 奚振邦.關于化肥對作物產(chǎn)量貢獻的評估問題[J].磷肥與復肥,2004,19(3):68-71.

[3] 魯艷紅,廖育林,周興,等.長期不同施肥對紅壤性水稻土產(chǎn)量及基礎地力的影響[J].土壤學報,2015,52(3):129-138.

[4] Cui Z L, Chen X P, Li J L, et al. Effect of N fertilization on grain yield of winter wheat and apparent N losses [J]. Pedosphere, 2006, 16(6): 806-812.

[5] Shen J, Li R, Zhang F, et al. Crop yields, soil fertility and phosphorus fractions in response to long-term fertilization under the rice monoculture system on a calcareous soil [J]. Field Crops Research, 2004, 86(2): 225-238.

[6] Miglierina A M, Iglesias J O, Landriscini M R, et al. The effects of crop rotation and fertilization on wheat productivity in the Pampean semiarid region of Argentina: 1. Soil physical and chemical properties [J]. Soil and Tillage Research, 2000, 53(2): 129-135.

[7] 馬代夫,李強,曹清河,等.中國甘薯產(chǎn)業(yè)及產(chǎn)業(yè)技術的發(fā)展與展望[J].江蘇農業(yè)學報,2012,28(5):969-973.

[8] 王凌云,賈崢嶸,李江輝,等.不同氮磷鉀肥施用量對甘薯產(chǎn)量及養(yǎng)分利用率的影響[J].山西農業(yè)科學,2016,44(6):790-793.

[9] 陳曉光,丁艷鋒,唐忠厚,等.氮肥施用量對甘薯產(chǎn)量和品質性狀的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報,2015,21(4):979-986.

[10] 陳曉光,史春余,李洪民,等.施鉀時期對食用甘薯光合特性和塊根淀粉積累的影響[J].應用生態(tài)學報,2013,24(3):759-763.

[11] 鮑士旦.土壤農業(yè)化學分析[M].北京:中國農業(yè)出版社,2000:25-172.

[12] 任麗花,劉文靜.甘薯氮肥效應研究[J].福建農業(yè)科技,2013(8):59-61.

[13] 宗學鳳,張建奎.甘薯品種光合生理指標與薯干產(chǎn)量之間關系的初步研究[J].西南農業(yè)大學學報,2001,23(3):216-218.

[14] 董月,安霞,張輝,等.不同品種甘薯的生物量累積、養(yǎng)分吸收和分配規(guī)律[J].江蘇農業(yè)學報,2016,32(2):313-318.

[15] 陳磊,郝明德,張少民.黃土高原長期施肥對小麥產(chǎn)量及肥料利用率的影響[J].麥類作物學報,2006,26(5):101-105.

[16] 冀建華,劉秀梅,李祖章,等.長期施肥對黃泥田碳和氮及氮素利用的影響[J].中國農業(yè)科學,2011,44(12):2484-2494.

[17] 郭達偉.施氮量對高淀粉甘薯品種龍薯24號產(chǎn)量的影響[J].江西農業(yè)學報,2017,29(5):62-65.

[18] 劉芬,王小英,趙業(yè)婷,等.渭北旱塬土壤養(yǎng)分時空變異與養(yǎng)分平衡現(xiàn)狀分析[J].農業(yè)機械學報,2015,46(2):110-119.