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秸稈還田及鉀肥減量對設(shè)施黃瓜鉀鈣鎂含量和土壤鉀形態(tài)的影響

2021-04-19 08:51王立革孫曉姝武愛蓮王勁松董二偉焦曉燕
山西農(nóng)業(yè)科學(xué) 2021年4期
關(guān)鍵詞:葉柄速效鉀肥

王立革,孫曉姝,王 媛,郭 珺,武愛蓮,王勁松,董二偉,韓 雄,焦曉燕

(1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所,山西太原030031;2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,山西太谷030801;3.山西大學(xué)生物工程學(xué)院,山西太原030006)

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)高產(chǎn)值和高收入[1],發(fā)展設(shè)施蔬菜已成為農(nóng)民增收和農(nóng)業(yè)增效的有效方式[2]。因過量施肥[3-4]和連續(xù)種植單一蔬菜種類[5-6]所引發(fā)的設(shè)施連作障礙成為設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。秸稈還田在改善土壤理化性狀的同時,對緩解連作障礙也有一定效果[7-9]。但秸稈含鉀量較高,鉀釋放速率和釋放量均大于氮、磷元素[10],因此,秸稈還田緩解連作障礙的同時也會提高土壤中鉀離子濃度。植物根系吸收鉀(K)、鈣(Ca)及鎂(Mg)時,其之間會產(chǎn)生拮抗作用,高量施鉀會增加植物對鉀的吸收而抑制了鈣、鎂的吸收[11-13]。Ca 和Mg 是蔬菜吸收累積量較高的2 個營養(yǎng)元素,Ca 對植物細(xì)胞壁的形成發(fā)揮重要作用[14],Mg 是植物葉綠體形成的重要元素,Ca、Mg 缺乏均會導(dǎo)致葉綠體的分解進(jìn)而影響光合作用[15-16]。低溫是越冬長茬設(shè)施蔬菜生產(chǎn)常見問題之一,土壤低溫會影響根系活力,也會影響除鉀以外其他元素(如Ca 和Mg)的吸收[17],秸稈還田不僅可提高土壤溫度,其在腐解過程中也會釋放一定量的鉀素,因此,秸稈還田下鉀肥合理施用及協(xié)調(diào)鉀、鈣、鎂養(yǎng)分之間的平衡關(guān)系意義重大。

有關(guān)秸稈還田下鉀肥管理已有報道,大多是以露地栽培的水稻、玉米和油菜作物[18-22]為主,而對于設(shè)施蔬菜栽培條件下的相關(guān)研究鮮見報道。鉀對作物的增產(chǎn)和改善品質(zhì)有著重要的作用[23],盡管大多蔬菜為喜鉀作物,在生產(chǎn)實(shí)踐中設(shè)施蔬菜盲目追求高產(chǎn),施鉀量高達(dá)1 200~2 000 kg/hm2,是蔬菜需鉀量的2.5~2.9 倍[24],過量的鉀肥投入,不僅造成鉀資源浪費(fèi),也會影響蔬菜生產(chǎn)中的養(yǎng)分協(xié)調(diào)與平衡,因此,建立秸稈還田條件下的鉀素養(yǎng)分資源管理對設(shè)施蔬菜生產(chǎn)尤為重要。

為了提高設(shè)施蔬菜秸稈還田條件下的鉀肥利用效率,本試驗(yàn)以設(shè)施越冬長茬黃瓜為研究對象,研究秸稈還田下鉀肥減量對設(shè)施黃瓜產(chǎn)量,不同器官中K、Ca、Mg 含量及土壤鉀形態(tài)的影響,為設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中秸稈還田合理減鉀提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試黃瓜品種為新科801,為白籽南瓜嫁接。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018—2019 年在山西省臨汾市曲沃縣磨盤嶺日光溫室園區(qū)進(jìn)行。該園區(qū)土壤類型為碳酸鹽褐土,種植模式多為越冬長茬,通常10 月定植,次年6—7 月拉秧后休閑。供試溫室于2005 年開始種植,該溫室于2015—2018 年連續(xù)3 a 在蔬菜定植前將粉碎的玉米秸稈撒施后旋耕還田,秸稈用量為18 t/hm2。供試土壤0~20 cm 養(yǎng)分為:全氮含量1.35 g/kg,有效磷含量156.2 mg/kg,速效鉀含量1 153.2 mg/kg,有機(jī)質(zhì)含量48.3 g/kg,pH 值7.73,EC值815 μS/cm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

采用裂區(qū)試驗(yàn),主處理為秸稈還田,副處理為生育期鉀肥追施量。共設(shè)6 個處理,即農(nóng)民習(xí)慣施鉀(K)、減鉀50%(K0.5)、不施鉀(K0)、秸稈還田農(nóng)民習(xí)慣施鉀(SK)、秸稈還田減鉀50%(SK0.5)、秸稈還田不施鉀(SK0)。小區(qū)面積為84 m2,每處理3 次重復(fù)。

整地和秸稈還田所有處理的有機(jī)肥和復(fù)合肥用量一致,其中,雞糞和牛糞用量分別為67 032.0、24 696.0 kg/hm2,復(fù)合肥(N、P2O5、K2O 均為18%)為441.2 kg/hm2;雞糞養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)444.0 g/kg、全氮24.69 g/kg、全磷4.03 g/kg、全鉀9.76 g/kg;牛糞養(yǎng)分含量為有機(jī)質(zhì)432.0 g/kg、全氮14.56 g/kg、全磷3.83 g/kg、全鉀10.67 g/kg。施入底肥旋耕細(xì)耙后沿種植行開寬20~25 cm、深20~30 cm 的溝,玉米整秸稈均勻鋪放溝內(nèi)后用土將其掩埋并壓實(shí),秸稈用量為7.5 t/hm2;在掩埋秸稈上方起梯形高壟:高20 cm,壟上寬45~50 cm、壟下寬65~70 cm。不施秸稈處理是以地平面為基準(zhǔn),沿種植行起梯形高壟。黃瓜于2018 年10 月23 日定植,栽培模式為寬窄行種植,寬、窄行距分別為80、40 cm,株距30 cm,全生育期采用水肥一體化進(jìn)行灌溉和追肥,黃瓜全生育期追氮(N)和追磷(P2O5)量分別為390、136.5 kg/hm2,K、K0.5和K0處理生育期追鉀(K2O)量分別為396、198、0 kg/hm2。

1.4 樣品采集

1.4.1 土壤樣品 在施肥整地前2018 年9 月20 日多點(diǎn)采集0~40 cm 基礎(chǔ)土壤混合;2019 年7 月2 日拉秧收獲,在每小區(qū)采集0~40 cm 土樣,每小區(qū)處理采集3 點(diǎn),混合成一個樣品;每20 cm 分層,風(fēng)干研磨后備用。

1.4.2 植株樣品 在盛瓜期2019 年2 月25 日,采集黃瓜果實(shí)和葉片樣品;每小區(qū)采集長勢均勻的成熟黃瓜果實(shí)5 根,用于品質(zhì)測定;按照上、中、下部采集葉片,每小區(qū)采集10 株,每部位葉片單獨(dú)裝袋,每處理3 次重復(fù)。

1.5 測定項(xiàng)目及方法

土壤速效鉀采用1 mol/L NH4Ac 浸提、酸溶性鉀用1 mol/L 沸HNO3浸提,火焰光度法測定,緩效鉀含量為酸溶性鉀含量減去速效鉀含量。用濃HClO4和濃HNO3按照1∶3 消煮,火焰光度法測定全鉀含量,原子吸收分光光度計測定鈣、鎂含量。黃瓜果實(shí)榨漿后過濾,手持折射儀測定白利糖度,采用2,6- 二氯靛酚滴定法測定維生素C(Vc)含量。

1.6 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理和作圖采用WPS 2019,數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Minitab 15.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

2.1.1 產(chǎn)量 由圖1 可知,農(nóng)民習(xí)慣施鉀(K)處理黃瓜產(chǎn)量為204.7 t/hm2,未施秸稈條件下的K0.5和K0處理分別為207.6、200.3 t/hm2,與K 處理間差異不顯著(P>0.05)。秸稈還田條件下,SK、SK0.5和SK0處理黃瓜產(chǎn)量分別為212.6、210.1、208.0 t/hm2,較K處理分別提高了3.86%、2.64%和1.65%,但差異均不顯著(P>0.05)。說明鉀肥減量或秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜產(chǎn)量無影響,但增施秸稈有提高黃瓜產(chǎn)量的趨勢。

2.1.2 品質(zhì) Vc 和可溶性糖含量是果實(shí)品質(zhì)的重要指標(biāo)。由圖2 可知,農(nóng)民習(xí)慣施鉀(K)處理黃瓜果實(shí)Vc 含量為11.88 mg/100 g,未施秸稈條件下K0.5和K0處理分別為12.38、12.20 mg/100 g,與K 處理間差異不顯著;秸稈還田下,SK、SK0.5、SK0處理黃瓜果實(shí)Vc 含量分別為12.50、12.36、12.61 mg/100 g,與K 處理間差異也不顯著(P>0.05)。說明,鉀肥減量或秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜果實(shí)Vc 含量無影響。

由圖2 可知,農(nóng)民習(xí)慣施鉀(K)處理黃瓜果實(shí)白利糖含量為3.18%,未施秸稈條件下K0.5和K0處理分別為3.10%和3.26%;秸稈還田下SK、SK0.5和SK0處理黃瓜果實(shí)白利糖含量分別為3.52%、3.48%和3.37%,SK 和SK0.5處理顯著高于K 處理,分別提高了10.7%和9.4%(P<0.05),其他處理與K 處理間差異不顯著(P>0.05)。說明未施秸稈條件下,鉀肥減量對黃瓜白利糖含量無影響;秸稈還田可提高黃瓜白利糖含量,且隨著鉀肥用量的增加白利糖含量增加。

2.2 秸稈還田下鉀肥減量對土壤鉀形態(tài)的影響

從表1 可以看出,與農(nóng)民習(xí)慣施鉀(K)處理相比,SK 處理提高了0~40 cm 土壤速效鉀含量,當(dāng)鉀肥用量降低50%或100%,無論增施秸稈還是未施秸稈,均降低了土壤速效鉀含量。增施秸稈條件下,SK0.5和SK0處理0~20、20~40 cm 土壤速效鉀含量較K 處理分別降低了14.7%、18.6%和15.4%、12.4%;未施秸稈條件下,K0.5和K0處理0~20、20~40 cm 土壤速效鉀含量較K 處理分別降低了13.0%、19.2%和28.1%、29.4%。統(tǒng)計分析結(jié)果顯示,除K0處理與K 處理間差異顯著(P<0.05)外,K0.5、SK、SK0.5和SK0處理與K 處理間差異均不顯著(P>0.05)。說明在本試驗(yàn)條件下,黃瓜整個生育期內(nèi)不追施鉀,可明顯降低0~40 cm 土壤速效鉀含量,而在此基礎(chǔ)上增施一定量的秸稈(7.5 t/hm2)可降低0~40 cm土壤速效鉀虧缺的風(fēng)險。

表1 秸稈還田下鉀肥減量對設(shè)施土壤鉀含量的影響 mg/kg

由表1 可知,SK 處理較K 處理顯著增加了0~40 cm 土壤緩效鉀含量(P<0.05),而K0和SK0處理均降低了0~40 cm土壤緩效鉀含量(P>0.05)。K0.5處理0~40 cm 土壤緩效鉀含量均有所降低(P>0.05),但SK0.5處理提高了0~40 cm 土壤緩效鉀含量,且20~40 cm 土層較K 處理顯著提高了22.3%(P<0.05)。

2.3 秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜植株鉀含量的影響

由表2 可知,與農(nóng)民習(xí)慣施鉀(K)比較,SK 處理顯著提高了上、中部葉片鉀含量,分別提高了15.9%、13.6%(P<0.05),下部葉片雖高于K 處理,但差異不顯著(P>0.05)。其他各處理雖也提高了葉片鉀含量,但與K 處理間無顯著差異(P>0.05)。

由表2 可知,無論秸稈還田還是未施秸稈,減鉀100%處理顯著降低了中部葉柄中鉀含量,K0和SK0處理降幅分別為13.8%和14.8%(P<0.05),其他各處理與K 處理間無顯著差異(P>0.05)。不同處理對黃瓜果實(shí)中鉀含量與農(nóng)民習(xí)慣施鉀(K)處理相比,均無顯著差異(P>0.05)。

表2 秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜植株不同器官K 含量的影響 %

2.4 秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜植株鈣含量的影響

鈣在植株體內(nèi)移動性較差,無論是葉片還是葉柄,均表現(xiàn)出下部器官的鈣含量最高,所以,植株出現(xiàn)缺鈣癥狀首先表現(xiàn)在中上部器官。由表3 可知,不同處理對葉柄鈣含量有一定影響,而對葉片和果實(shí)中的鈣含量無影響。秸稈還田下不同鉀肥用量處理均不同程度降低了葉柄中鈣含量,與K 處理相比,SK 處理顯著降低了上、中、下部葉柄中鈣含量,分別降低了19.8%、39.9%和28.3%(P<0.05);SK0.5處理顯著降低了上、下部葉柄中鈣含量,分別降低了21.0%和34.0%(P<0.05),中部葉柄鈣含量雖然也低于K 處理,但差異不顯著(P>0.05);SK0處理的上、中、下部葉柄中鈣含量較K 處理分別降低了12.1%、20.8%和18.8%,但只有中、下部差異顯著(P<0.05)。未施秸稈條件下,K0.5和K0處理對葉柄中鈣含量無影響(P>0.05)。

表3 秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜植株不同器官Ca 含量的影響 %

2.5 秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜植株鎂含量的影響

鉀肥減量對黃瓜葉片、葉柄和果實(shí)中的鎂含量均有一定影響(表4),與農(nóng)民習(xí)慣施鉀(K)相比,K0.5處理顯著提高了上、中部葉片中鎂含量,分別提高了17.1%和52.2%(P<0.05),而對下部葉片無影響(P>0.05)。與K 處理相比,K0處理顯著提高了中部葉片和果實(shí)中鎂含量,分別提高了38.0%和13.2%(P<0.05),但顯著降低了中部葉柄中鎂含量,降低了8.5%(P<0.05),而對上、下部葉片和上、下部葉柄鎂含量無影響(P>0.05)。秸稈還田下,SK 處理對葉片鎂含量無影響(P>0.05);SK0.5處理顯著提高了下部葉片中鎂含量,較K 處理提高了10.9%(P<0.05),而對上部和中部葉片無影響(P>0.05);SK0處理對上部葉片鎂含量無影響(P>0.05),但顯著提高了中、下部葉片中鎂含量,較K 處理分別提高了42.2%和10.4%(P<0.05)。

表4 秸稈還田下鉀肥減量對黃瓜植株不同器官M(fèi)g 含量的影響 %

與K 處理相比,各處理均不同程度降低了葉柄中鎂含量。未施秸稈條件下,K0處理顯著降低了中部葉柄中鎂含量,降幅為8.5%(P<0.05);秸稈還田下SK 處理也顯著降低了中部葉柄中鎂含量,降幅為18.7%(P<0.05);SK0.5處理顯著降低了下部葉柄中鎂含量,降幅為37.4%(P<0.05);SK0處理葉柄中鎂含量與K 處理間無差異(P>0.05)。

相比K 處理,K0.5、K0處理果實(shí)中鎂含量分別提高了18.9%和13.2%(P<0.05);秸稈還田下3 種鉀用量處理,黃瓜果實(shí)中鎂含量雖高于K 處理,但差異均不顯著(P>0.05)。

3 結(jié)論與討論

合理施肥可改善番茄品質(zhì)及提高產(chǎn)量[25]。楊陽等[23]研究表明,在土壤速效鉀含量為103.65 mg/kg時,施鉀(K2O)720 kg/hm2的黃瓜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益最高。李晨等[26]研究結(jié)果表明,土壤速效鉀含量為745.6 mg/kg 時,施鉀(K2O)202.5~277.8 kg/hm2對番茄產(chǎn)量提升和品質(zhì)改善作用明顯。本試驗(yàn)是在土壤速效鉀含量為1 153.2 mg/kg 條件下,減鉀50%處理施鉀(K2O)量為198.0 kg/hm2,較農(nóng)民習(xí)慣施鉀處理的黃瓜產(chǎn)量相對提高了1.4%,即使在完全不施鉀條件下(減鉀100%),黃瓜產(chǎn)量也未顯著降低;而在秸稈還田條件下,不同鉀肥用量處理的黃瓜產(chǎn)量雖高于農(nóng)民習(xí)慣施鉀處理,但差異不顯著,而且減鉀后,黃瓜品質(zhì)與農(nóng)民習(xí)慣施鉀也無顯著差異。李繼福等[18]研究結(jié)果表明,短期秸稈還田條件下,高鉀和中鉀土壤田塊,秸稈還田鉀素可不同程度地替代部分化學(xué)鉀肥施用。因此推斷,在設(shè)施栽培實(shí)際生產(chǎn)中,可根據(jù)土壤速效鉀含量適當(dāng)?shù)亟档外浄视昧?,蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)不會受到影響。

速效鉀被作物當(dāng)季吸收利用,而緩效鉀作為土壤速效鉀的貯備,當(dāng)土壤溶液中鉀濃度降低時,可逐步向溶液中釋放,作為土壤供鉀能力的重要指標(biāo)。未施秸稈條件下,K0.5和K0處理下0~40 cm 土壤速效鉀、緩效鉀均呈下降趨勢,但差異不顯著,說明在未施秸稈條件下鉀肥減量或不施鉀,蔬菜對鉀的吸收會造成土壤鉀耗竭的風(fēng)險,長期減鉀或不施鉀是否會引起設(shè)施土壤鉀素虧缺,還需做進(jìn)一步的研究。秸稈還田在腐解過程中會釋放一定的鉀元素,改變土壤鉀素平衡[27],提高土壤速效鉀含量[28],而且秸稈腐解時所產(chǎn)生的有機(jī)酸也加速了礦物鉀的釋放[29]。本研究結(jié)果表明,秸稈還田條件下3 種施鉀處理雖然對0~40 cm 土壤速效鉀沒影響,但都高于未施秸稈條件下的減鉀處理,這可能是因?yàn)槎唐诮斩掃€田釋放的鉀素很快被植物吸收利用所致。且20~40 cm 土壤緩效鉀含量均高于農(nóng)民習(xí)慣施鉀處理,說明增施秸稈可有效調(diào)節(jié)土壤鉀素的平衡,從而保證作物的需鉀量,這與前人研究的結(jié)果一致[30-31]。

作物對鉀鈣鎂的吸收與離子間的拮抗作用有關(guān)[32]。有研究表明,增施鉀肥可降低黃瓜果實(shí)中鈣、鎂含量[13]。也有研究表明,鉀、鈣、鎂拮抗與土壤溶液中離子濃度有關(guān)[11]。作物缺鈣首先是在上部葉片受損,本研究結(jié)果表明,減鉀50%處理的上部葉片中鈣含量高于農(nóng)民習(xí)慣施鉀,其他處理與農(nóng)民習(xí)慣施鉀差異均不顯著,說明鉀肥減量或秸稈還田下鉀肥減量,不會影響到黃瓜葉片對鈣的吸收;且在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn),各處理黃瓜植株在整個生育期內(nèi)并未出現(xiàn)缺鈣的癥狀。植物缺鎂一般是中下部葉片表現(xiàn)出葉脈間黃化癥狀。本研究結(jié)果表明,無論是秸稈還田還是未施秸稈,與農(nóng)民習(xí)慣施鉀處理相比,減鉀處理均顯著提高了中部葉片鎂含量;而秸稈還田下施全量鉀(SK)與農(nóng)民習(xí)慣相比差異不顯著。從果實(shí)中鎂含量可以看出,只有在未施秸稈條件下,減鉀50%或減鉀100%均能顯著提高果實(shí)中鎂含量,由此說明,高鉀條件下抑制黃瓜果實(shí)對鎂的吸收,而鉀肥減量后促進(jìn)了黃瓜果實(shí)對鎂的吸收,該結(jié)果與閆波等[12]的研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)條件下,僅鉀肥減量對黃瓜產(chǎn)量、果實(shí)Vc 含量、葉片中鉀鈣含量及土壤速效鉀含量無影響,但增施秸稈后鉀肥減量可提高黃瓜果實(shí)白利糖含量、下部葉片鎂含量及土壤緩效鉀含量,其中,秸稈還田下鉀肥減量50%效果最佳。因此,建議當(dāng)設(shè)施土壤速效鉀含量較高(≥1 100 mg/kg)時,以增施秸稈量為7.5 t/hm2且蔬菜生育期內(nèi)鉀肥追施量以198.0 kg/hm2為宜。

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