魏 猛,張愛君,李洪民,唐忠厚,陳曉光

(江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)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(guān)鍵因素,在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了舉足輕重的作用[1],化肥對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率達(dá)35%～66%[2]。研究表明,長(zhǎng)期施用化肥會(huì)對(duì)土壤物理、化學(xué)及其生物多樣性產(chǎn)生不利影響,導(dǎo)致農(nóng)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(rèn)為長(zhǎng)期施用化肥可維持或提高土壤有機(jī)質(zhì)含量,進(jìn)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(yīng)用于食品工業(yè)、輕化工業(yè)及飼料工業(yè)[7]。關(guān)于施肥對(duì)甘薯產(chǎn)量的影響已有大量研究報(bào)道,化學(xué)氮磷鉀肥的施用對(duì)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(shí)甘薯產(chǎn)量及其品質(zhì)性狀綜合評(píng)價(jià)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(jié)果都是通過短期田間試驗(yàn)獲得的,而基于長(zhǎng)期施肥條件下的研究報(bào)道較少。通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)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(yàn)不可比擬的優(yōu)點(diǎn),不僅具有重要的實(shí)踐價(jià)值,而且還具有更深遠(yuǎn)的理論意義。本研究依托我國(guó)徐淮地區(qū)潮土長(zhǎng)期定位試驗(yàn),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(zhǎng)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(shù)支撐。

1　材料與方法

1.1　試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地位于江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地(N 34°16′,E 117°17′),土壤為砂壤質(zhì)潮土。該區(qū)屬暖溫帶半濕潤(rùn)氣候區(qū),年平均氣溫14 ℃,平均年降水量為860 mm。試驗(yàn)開始時(shí)(1980年)耕層土壤有機(jī)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(yàn)設(shè)計(jì)

本研究設(shè)置4個(gè)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(gè)處理重復(fù)4次,隨機(jī)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(zhǎng)期試驗(yàn)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(shí)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(cè)定項(xiàng)目及方法

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

生物量測(cè)定:收獲時(shí)去除保護(hù)行后,將測(cè)產(chǎn)區(qū)內(nèi)的甘薯全部收獲,分別測(cè)定地上部和塊根生物量,以小區(qū)為單位稱重；同時(shí)取4個(gè)重復(fù)地上部和塊根樣品，在105 ℃下殺青30 min,在60 ℃下烘干至恒重,測(cè)定干率,并計(jì)算各處理地上部和塊根的干物質(zhì)生物量。

1.4　數(shù)據(jù)分析

對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用DPS軟件進(jìn)行方差分析；采用Excel 2007繪制圖表。

2　結(jié)果與分析

2.1　不同施肥處理對(duì)甘薯生長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)。

表3　不同施肥處理下甘薯的生長(zhǎng)特性

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

2.2　不同施肥處理對(duì)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(dá)到顯著水平,這表明長(zhǎng)期單施氮肥的施肥模式對(duì)甘薯干物質(zhì)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(duì)甘薯養(yǎng)分含量的影響

長(zhǎng)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(duì)甘薯養(yǎng)分吸收與分配的影響

由表5可見，長(zhǎng)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(duì)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(jìn)甘薯對(duì)氮肥的吸收。甘薯地上部對(duì)P的吸收比例達(dá)到了33.1%～38.5%,塊根的吸P比例為61.4%～66.9%,因此甘薯對(duì)P的吸收主要集中在塊根當(dāng)中。與CK相比,NP和NPK處理顯著提高了甘薯對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)K的吸收量略低于對(duì)N的吸收量,但明顯高于對(duì)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(duì)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(dǎo)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(xiǎn);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(yīng),是調(diào)控農(nóng)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(zhǎng)期不受重視[12-13]。合理施肥有利于作物干物質(zhì)累積,但不合理施肥和養(yǎng)分比例不當(dāng)?shù)热菀自斐筛适懋a(chǎn)量降低[14]。本研究結(jié)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(zhǎng)、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(zhǎng)及干物質(zhì)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(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí),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(jié)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(jié)論“長(zhǎng)期施用化肥能極顯著地促進(jìn)作物對(duì)氮、磷、鉀的吸收”[15-16]相一致。無論施肥與否,本研究4個(gè)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(jìn)一步表明長(zhǎng)期均衡施肥不僅能維持甘薯較高的產(chǎn)量,還對(duì)作物養(yǎng)分吸收具有促進(jìn)作用。

農(nóng)田養(yǎng)分平衡的本質(zhì)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(jié)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(zhǎng)、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(duì)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(duì)促進(jìn)甘薯干物質(zhì)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(huì)殘留在土壤中，給環(huán)境安全帶來很大壓力,生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)重視氮磷鉀肥的配合施用。

4　結(jié)論

NP和NPK處理可以顯著增加甘薯的蔓長(zhǎng)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(zhǎng)。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(zhǎng)期均衡施肥不僅能維持甘薯較高的產(chǎn)量,還對(duì)作物養(yǎng)分吸收具有促進(jìn)作用。在富鉀的潮土中,施用鉀肥對(duì)于維持土壤生產(chǎn)力也是不可缺少的。長(zhǎng)期單施氮肥方式的氮盈余量最高,生產(chǎn)中應(yīng)當(dāng)重視肥料的配合施用。

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