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滴灌施肥對溫室油桃產量及水肥利用效率的影響

2021-09-05 23:38:35張鵬曹紅霞張建鍇胡笑濤
人民黃河 2021年8期
關鍵詞:產量

張鵬 曹紅霞 張建鍇 胡笑濤

摘 要:以溫室油桃為試驗材料,探明滴灌施肥條件下,不同灌水和施肥水平對油桃產量及水肥利用的影響。試驗設置3個灌水水平,W1(90%θf)、W2(75%θf) 、W3(60%θf)(θf為田間持水量),當任一水分處理的土壤含水率達灌水下限50%θf時開始統一灌水;設置3個NPK施肥水平:F1(130%F2)、F2(N 200 kg/hm2+ P2O5 120 kg/hm2+ K2O 240 kg/hm2)、F3(70%F2),完全組合,并以當地灌水施肥方式為對照(CK)。結果表明:CK的產量較低,水肥利用效率低,滴灌施肥油桃產量、水分利用效率、偏肥料生產力受灌水和施肥水平及交互效應影響顯著(P<0.05)。低水低肥處理產量均較低,中水W2和中肥F2水平促進了產量的增加,而W1和F1水平增產效應不明顯,甚至出現負效應;水分利用效率隨灌水水平的提高先增后減,W1下各施肥水平的差異不明顯,W2下F2水平的值最高,F3最低,W3下2017年和2018年的變化規律不同;對于偏肥料生產力,在同一施肥水平下,均由W3到W2而變大,W1水平的效應不穩定,在同一灌水水平下,高肥F1的值最小。經非線性模型擬合,得出基于高產、節水、節肥的灌水和施肥量范圍分別為750~900 m3/hm2和510~610 kg/hm2。

關鍵詞:滴灌施肥;溫室油桃;產量;水肥利用效率;回歸擬合

中圖分類號:S274.1; S628 文獻標志碼:A

doi:10.3969/j.issn.1000-1379.2021.08.028

引用格式:張鵬,曹紅霞,張建鍇,等.滴灌施肥對溫室油桃產量及水肥利用效率的影響[J].人民黃河,2021,43(8):152-158.

Abstract: By using nectarine trees in greenhouse as experimental material, the effects of different irrigation and fertilization levels on nectarine yield, water and fertilizer utilization efficiency under drip fertigation were studied. Three irrigation levels were set in the experiment, W1 (90% θf), W2 (75% θf) and W3 (60% θf), irrigation event began together when the soil moisture content of any treatment approached the lower limit of 50% θf; three NPK fertilization levels were set: F1 (130% F2), F2 (N 200 kg/hm2+ P2O5 120 kg/hm2 + K2O 240 kg/hm2), F3 (70% F2), which were completely combined and the local irrigation and fertilization method (CK) was set as the contrast. The results show that the yield of CK is low and its using of water and fertilizer is also inefficient. The yield, water utilization efficiency and partial fertilizer productivity of nectarine under drip fertigation are significantly affected by irrigation and fertilization level and interaction effect (P<0.05). The treatments with low-water and fertilizer amount have lower fruit yield than others. The yield is increased with irrigation level W2 and fertilization level F2, but the increasing effects are not obvious with W1 and F1 level and even show negative effects. Water utilization efficiency is increased first and then decreased with the increase of irrigation level. There is no significant difference in fertilization levels under W1. Under W2 level, the value of F2 level is the highest and F3 is the lowest and the effect of W3 is different in the two years. For partial fertilizer productivity, it increases from W3 to W2 at the same fertilization level, while the effect of W1 level is unstable. At the same irrigation level, the value of high fertilization level F1 is the smallest. According to the fitting of non-linear model, the irrigation and fertilization ranges based on the target of high yield, the water and fertilizer saving are 750-900 m3/hm2 and 510-610 kg/hm2.

Key words: drip fertigation; greenhouse nectarine; yield; water and fertilizer utilization efficiency; regression fitting

桃是一種世界性大宗果品,具有重要的商業價值,我國的桃樹產量和種植面積均位居世界第一[1]。油桃作為一種口感濃甜且富有風味的水果,深受消費者喜愛[2]。陜北風沙區位于北緯36°57′—39°34′、東經107°28′—111°15′,年平均降水量為350~450 mm,且分布極不均勻[3-4]。近年來,隨著當地生活水平的提高,設施農業逐漸興起。目前,該地區的設施果樹大都采用大水漫灌和開溝施肥,水肥利用效率低。

灌水和施肥是除園藝措施外影響果實產量的主要因素,適宜的灌水施肥方式及灌水施肥量能夠在保證產量的前提下,節省肥料并減少田間無效水[5-6]。過多的水肥易造成土壤深層滲漏和肥料淋溶,且使營養過剩、生長過旺,水肥利用效率低,而水肥量過少又使得果實生長所需的水分和營養元素得不到滿足,造成果實品質和產量低下,經濟效益降低[7-8]。曹曉慶等[9]研究表明,櫻桃在適宜膜下滴灌施肥條件下的產量明顯優于畦灌沖施肥方式,其水分利用效率和偏肥料生產力明顯提高;袁宇霞等[10]對溫室番茄的研究表明,在同一灌水下限下,果實產量和施肥量正相關,但施肥量過高,產量反而下降;李光永等[11]的研究卻顯示,對桃樹進行適宜的虧缺灌溉可以在不影響產量的前提下減少枝條的生長量;馬忠明等[12]由甜瓜的水肥耦合試驗得出,氮肥施用量對產量影響最大,其次是灌水量,水肥耦合效應顯著。基于一定試驗結果,以高產和節水節肥為目標,確定適宜灌水和施肥量的研究較多。楊慧等[13]、邢英英等[14]利用空間分析法對溫室番茄的適宜水氮施用量進行了研究,得出了番茄品質和產量指標均大于等于95%最大值時的對應灌水和施肥量;張富倉等[15]利用最小二乘法對大田玉米的產量及水分利用效率和偏肥料生產力進行回歸分析,得出基于節水節肥目標的適宜水肥范圍;王振華等[16]通過歸一化處理擬合得出了基于果實凈收益的適宜水肥投入量。

目前關于灌水施肥對果實產量影響的研究較多,但對溫室果樹的水肥耦合研究較少,油桃更是鮮有涉及。“秦光6號”作為一種果實品質優異的特早熟油桃,經濟價值較高,且可以進行保護地栽培[17]。本研究旨在探明不同滴灌施肥量對油桃果實產量及其水肥利用效率的影響,以期對陜北風沙區設施油桃水肥制度的合理制定提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試驗設計

試驗于2017年2月5日至2018年6月15日在陜西省榆林市榆陽區魚河鎮金沙灣農業合作社溫室大棚內進行。該地位于北緯38°18′、東經109°43′,屬于溫帶半干旱大陸性季風氣候區。溫室為塑料膜拱棚,南北走向,內部光照、溫度及濕度條件較為一致,主要氣象條件見表1。棚內桃樹共8行、72列,于2014年4月2日移植,將栽種行開挖深80 cm、寬60 cm的深溝,在底層填置20 cm黃土以防止水肥滲漏,然后在其上堆放約5 cm厚的檸條枝作為有機肥料。試驗土壤為風沙土,1 m土層田間持水量為0.141 7(質量),土壤密度1.581 7 g/cm3,土壤有機質含量9.34 g/kg,速效磷含量19.74 mg/kg,速效鉀含量132.64 mg/kg,硝態氮含量32.85 mg/kg,銨態氮含量5.82 mg/kg。試驗用樹為4年生早熟油桃“秦光6號”,株距為1 m,行距為2.3 m。采用滴灌水肥一體化設備進行灌水,每行樹在距離樹干兩側垂直距離40 cm處各鋪設1根滴管,滴頭間距50 cm,額定流量4 L/h,計劃濕潤層厚度0.6 m,滴灌濕潤比0.5。

試驗設置3個灌水水平,按灌水梯度由高到低分別為W1、W2、W3,灌水上限分別為90% θf(θf為田間持水量)、75% θf 、60% θf[18-20],以實際土壤含水率和灌水上限進行灌水量計算,計算公式為M=(θ1-θ2)·γ·s·h·p/η(M為灌水量,m3;θ1為灌水上限,θ2為實際含水率;γ為土壤容重,取1.581 7 g/cm3;s為灌水面積;h為計劃濕潤層厚度,取0.6 m;p為滴灌濕潤比,取0.5;η為水分利用效率,取100%)。當3個水分處理中任一個0~60 cm土層的平均土壤含水率接近灌水下限50%θf即開始統一灌水。不同灌水處理設計見圖1。施肥量設置3個水平:以N 200 kg/hm2+ P2O5 120 kg/hm2+ K2O 240 kg/hm2(F2)為基準[21-22],以30%F2施肥量為梯度,設置F1(130%F2,即N 260 kg/hm2+ P2O5 156 kg/hm2+K2O 312 kg/hm2)、F3(70%F2,即N 140 kg/hm2+ P2O5 84 kg/hm2+ K2O 168 kg/hm2)。肥料種類為尿素(N-46%)、磷酸二氫氨(N-P2O5-K2O-11%-52%-0%)、硫酸鉀(K2O-51%)。總施肥量分5次滴施完畢:萌芽期,N 40% + P2O5 60%+ K2O 20%(2次均量);花后肥,N 30%;果實第一膨大期,K2O 20%;果實第二膨大期,N 30% + P2O5 40%+ K2O 60%(2次均量)。以當地漫灌溝施肥處理(CK)作為試驗對照,灌水和施肥均參照當地同年的方式,分別在開花期前、果實第一膨大期中段以及果實第二膨大期中后段進行漫灌;施肥量為 N 300 kg/hm2+ P2O5 180 kg/hm2+ K2O 280 kg/hm2,氮肥和磷肥一次性在花期后10 d溝施完畢,鉀肥在掛果約30 d后全部溝施,所有處理在10月溝施15 m3/hm2羊糞作為基肥。2017年和2018年生育期各處理的總灌水量和施肥量見表2。

試驗共計10個處理(W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3、W3F1、W3F2、W3F3、CK),滴灌施肥處理為兩因素完全隨機設計。依處理劃分10個小區,每個小區6列橫跨8行共48棵樹;以外側2列樹為保護行,選取內側4列長勢較為一致的6棵樹作為產量觀測樹。

由實際觀測得出各生育期所對應的年天數,2017年:萌芽期(46~68 d)、花期(69~88 d)、果實生長初期(89~131 d)、硬核期(132~144 d)、果實第二膨大期(145~152 d)、成熟采摘期(153~159 d);2018年:萌芽期(59~77 d)、花期(78~93 d)、果實生長初期(94~129 d)、硬核期(130~141 d)、果實第二膨大期(142~160 d)、成熟采摘期(161~166 d)[1]。

1.2 測定項目與方法

各處理隨機選取6棵樹測定果實總質量和單株果個數。利用各小區的平均單果重和單株果個數計算果實產量。

水分利用效率(Water utilization efficiency,WUE)和偏肥料生產力(Production efficiency of partial fertilizer,PFP)的計算公式如下:

WUE=Y/I, PFP= Y/F

式中:Y為產量;I為總灌水量;F為總化肥施用量。

采用非線性最小二乘法(麥夸特法[23],Marquardt)進行兩年試驗數據的統一回歸分析。其基本原理為:基于一定的專業知識,輸入待求方程公式;利用迭代算法,初步設定各因子的初始方程系數,首次計算產生初始參數點;經多次迭代使得未解釋離差平方和滿足允許誤差,求出方程系數。

1.3 數據處理

利用DPS進行ANOVA分析及方程擬合(α=0.05),采用LSD法進行多重比較,運用Excel 和Origin9.6進行數據處理和繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同水肥處理的果實產量

不同灌水和施肥處理對油桃果實產量影響顯著,各處理年均產量2017年為25 549.8 kg/hm2、2018年為20 195.6 kg/hm2,

2018年較2017年平均減產5 354.2 kg/hm2,減產率20.96%(見表3)。

2017年,W2F2的產量顯著大于其他處理,而W3F3最小,CK為W2F2的71.7%。W1F2、W3F1的果實產量顯著高于其他處理(W2F2除外),而W1F3及W3F3顯著低于其他處理。對比不同滴灌施肥處理,灌水和施肥水平對果實產量產生極顯著影響,且水肥耦合效應影響顯著。W1、W2、W3的產量均值分別為24 577.3、29 424.9、22 565.1 kg/hm2,中度灌水水平的產量較高,低水處理W3的平均產量最低;在F2和F3施肥水平下,W2灌水水平下的產量均最高。不同施肥水平F1、F2、F3的產量均值分別為26 242.3、29 378.0、20 946.9 kg/hm2,F2平均產量最高,F3最低;在W1和W2灌水水平下,F2的產量最高,F3最低。

2018年,W1F1、W1F2、W1F3的果實產量顯著高于其他處理(W2F2除外),而CK、W3F1及W3F3顯著低于其他處理,產量變化范圍為12 891.3~24 446.8 kg/hm2,變化幅度189.64%。對比不同滴灌施肥處理,灌水和施肥水平及水肥耦合效應對產量產生顯著影響。W1、W2、W3的均值分別為24 333.6、21 497.5、16 161.9 kg/hm2,F1、F2、F3的均值分別為20 160.7、23 003.0、20 072.5 kg/hm2;不同施肥水平的產量變化規律為W1>W2>W3;對不同灌水水平,W1的產量規律為F1≈F2≈F3,W2的為F2>F3>F1,W3的為F2>F1>F3。

分析2017年和2018年各處理產量均值,W2F2的值顯著大于其他處理(W1F2除外)。W1、W2、W3的產量均值分別為24 439.0、25 252.6、19 363.5 kg/hm2,F1、F2、F3的產量均值分別為23 041.5、26 022.7、20 466.0 kg/hm2,灌水和施肥水平對產量的影響規律為W1≈W2>W3,F2>F1>F3。在F2下,W1、W2、W3的產量變化規律為W2>W1>W3,在F1、F3下,W1≈W2>W3;不同灌水水平下,各施肥水平的產量變化規律為F2>F1>F3。

2.2 不同水肥處理對水分利用效率和偏肥料生產力的影響

對比不同處理的水分利用效率,當地漫灌溝施肥處理CK的值在兩年中均最低(見表4)。2017年,W2F2和W3F2顯著大于其他處理,而2018年的 W3水平處理顯著大于其他處理。對滴灌施肥處理,灌水施肥水平及水肥耦合效應在兩年試驗中均對水分利用效率產生顯著或極顯著影響(見表5)。2017年和2018年不同灌水水平W1、W2、W3的WUE均值分別為11.9、25.0、40.7 kg/m3和12.8、19.6、34.0 kg/m3,隨灌水量的增加,水分利用效率明顯降低;2017年和2018年不同施肥水平F1、F2、F3的WUE均值分別為27.9、28.5、21.2 kg/m3和20.2、24.7、18.7 kg/m3,其變化規律為F2>F1>F3。在不同施肥水平F1、F2、F3下,兩年不同灌水水平的WUE變化情況均為W1F1>F3和F2>F1≈F3。

對于偏肥料生產力,2017年W2F2顯著大于其他處理(W2F3除外),而W1F1、W3F1及CK的值均較小;2018年W1F3、W2F3顯著大于其他處理,而W3F1及CK顯著小于其他處理。對比不同滴灌施肥處理,灌水和施肥水平對其產生極顯著影響,但水肥交互作用的顯著效應僅發生在2018年。不同灌水水平W1、W2、W3在2017年和2018年的PFP均值分別為46.1、54.4、41.5和46.4、42.3、30.1,適度灌水提高了肥料的生產能力;不同施肥水平F1、F2、F3的PFP均值分別為30.6、52.5、53.4和27.7、41.1、51.2,過高的施肥量使得偏肥料生產力下降。W1下不同施肥量的PFP變化規律為F3>F2>F1,W2和W3下F1的偏肥料生產力最小,而F2和F3在兩年表現出相反的規律。對不同灌水水平的PFP變化規律,2017年F1下為W2>W3>W1,F2和F3下為W2>W1>W3;2018年各施肥水平下均為W1>W2>W3。

對不同處理的2 a均值分析可知,W3F2和W3F1的WUE顯著大于其他處理,而CK的水分利用效率顯著小于其他處理;對于偏肥料生產力,W1F3、W2F1和W2F2(W1F2除外)顯著大于其他處理,而CK和W3F1的值最小,水肥耦合效應對于PFP影響并不顯著。整體來看,2018年較2017年的水分利用效率減小3.5 kg/m3,偏肥料生產力下降8.4。

2.3 不同水肥施用量與果實產量及WUE、PFP的回歸關系

鑒于滴灌試驗處理個數的有限性,并不能直接得出滿足高產和節水、節肥目標的適宜灌水和施肥量范圍。基于試驗所得的產量和水分利用效率及偏肥料生產力數據,通過回歸擬合尋優的方法來確定相應的適宜灌水和施肥量范圍。基于滴灌施肥條件下灌水施肥量和果實產量及WUE、PFP的回歸方程見表6。 基于回歸方程的果實產量、WUE、PFP最大值及對應灌水施肥量見表7。

由表6中的回歸方程可知,基于2017年、2018年試驗數據,以滴灌施肥條件的灌水施肥量為自變量,能夠得到較優的水分利用效率和偏肥料生產力回歸方程,而產量回歸方程的決定系數R2則相對較小,但也達到顯著性水平(P<0.05)。由圖2可以得出灌水施肥量和產量、水分利用效率及偏肥料生產力的關系:產量隨灌水量和施肥量的增加先增后減;水分利用效率和灌水量負相關,且隨施肥量的增加先增大后減小;偏肥料生產力隨灌水量的增大先增后減,隨施肥量的增加不斷減小。

對圖2進行降維處理,可得出各指標相互關系。為同時獲得較高的產量及水肥利用效率,必須對各指標選取適當范圍。圖3中(a)(b)(c)分別為以產量最大值的95%和PFP最大值的90%、產量最大值的90%和WUE最大值的70%、產量最大值的85% 和PFP最大值的75%及WUE最大值的75% 為范圍的等值線。由各灌水施肥量范圍可知,各區間均有相交。最終得出基于高產節肥目標的較優灌水和施肥量范圍分別為1 320~1 670 m3/hm2和530~550 kg/hm2,對應的產量、PFP范圍分別為29 096~29 500 kg/hm2、53.7~55.7;基于高產節水目標的較優灌水和施肥量范圍分別為870~990 m3/hm2和525~660 kg/hm2,對應的產量、WUE范圍分別為26 618~276 000 kg/hm2、29.4~31.9 kg/m3;基于高產節水、節肥目標的較優灌水和施肥量范圍分別為750~900 m3/hm2和510~610 kg/hm2,對應產量、WUE、PFP范圍分別為25 139~26 760 kg/hm2、31.5~34.4 kg/m3、44.8~48.2。

3 討 論

對溫室作物來說,其所吸收的水分和大部分營養元素均需人工施入,水肥施入量以及施用時間都顯著影響果實產量。在本研究中,漫灌溝施肥方式下的果實產量在2017年、2018年試驗中均較低,且水肥利用效率低。究其原因,主要是試驗土壤為沙壤土,漏水漏肥嚴重[24],當地的灌水施肥方式并不利于果實的良好生長。漫灌對土壤的沖刷作用加劇了肥料的滲漏,且肥料均是一次性施入,在果實發育的某些階段,營養元素無法得到充分滿足[1]。分析漫灌的灌水量及時間,雖然單次灌水量較大,但整個生育期僅灌水3次左右,尤其是在果實第二膨大期,桃樹需水強烈,而灌水時間并不十分適宜,明顯影響果實的膨大,進而影響單果重及產量[25]。此外,由于年際效應的存在,2018年的產量整體較2017年下降了20.96%,部分原因可能是兩年不同的氣候條件導致大棚內溫度的差異,進而影響花芽和葉芽的萌發率[1]。

對比不同滴灌施肥處理,本研究表明:適宜的灌水水平促進了產量的增加,進而提高水分利用效率,而灌水量過大的增產效應不明顯甚至會降低果實產量,灌水量過小則明顯造成減產,這與周罕覓等[26-28]的研究結果相似。在一定灌水量下,適度施肥水平的果實產量最高,因而偏肥料生產力也較大,過大或過小的施肥量都造成產量下降,這與張興國等[29-30]的研究結果一致。另外,水和肥的耦合作用也對產量產生了顯著影響,這與王振華等[16]

對于棗樹的研究結果一致。究其原因,主要是果個數和單果重決定了桃樹的產量。當灌水量過小時,樹體生長發育受到抑制,坐果率會降低,單果重變小,果實生殖生長受限;而適度的水分虧缺可以增加單果重。施肥量過小使得樹體營養不足,造成落果及結果枝變少,而過量的肥料投入造成營養過剩,生理落果加重[1,31-32]。通過對實測數據的回歸擬合,得出了基于滴灌不同灌水施肥量下產量、水分利用效率和偏肥料生產力的變化規律,并得出節水節肥和高產目標下較為合理的灌水和施肥量范圍。

4 結 論

(1)基于不同水肥處理的試驗結果可知,適宜的滴灌施肥處理明顯優于當地的漫灌溝施肥處理,適度的灌水施肥量在提高產量的同時,明顯提升水分利用效率和偏肥料生產力。其中W2F2試驗處理在2017年和2018年均保持較高的產量,平均產量、水分利用效率、偏肥料生產力分別為29 633.8 kg/hm2、26.46 kg/m3、52.92,是比較適宜的滴灌施肥制度。

(2)利用非線性最小二乘法對試驗結果進行擬合尋優,得出基于高產和節水節肥條件的適宜滴灌灌水量、施肥量分別為750~900 m3/hm2、510~610 kg/hm2,對應產量、WUE、PFP范圍分別為25 139~26 760 kg/hm2、31.5~34.4 kg/m3、44.8~48.2。由于實際果實產量的影響因素較多,模型模擬的偏差難以避免,因此與試驗結果存在差異,需要進一步開展研究。

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【責任編輯 許立新】

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