微噴灌水肥一體化技術對土壤理化性質及生姜產量的影響

付麗軍, 黃 炎, 張 芊, 谷守國, 趙瑞玲, 周 禹2,

(1.唐山市農業科學研究院, 河北 唐山 063000; 2.唐山市功能性農產品產業技術研究院, 河北 唐山 063000;3.唐山市食品藥品綜合檢驗檢測中心, 河北 唐山 063000)

水肥一體化是根據作物需求,對農田水分和養分進行綜合調控和一體化管理,以水促肥、以肥調水,實現水肥耦合,全面提升農田水肥利用效率的一項新興現代農業技術[1]。該技術可顯著提高作物的產量和水肥利用效率[2],杜社妮等[3]的研究中黃瓜水肥一體化較常規灌溉施肥節水31.4%,節肥58%。劉建英等[4]的研究中黃瓜產量和水分利用效率分別提高了32.95%和64.84%;杜文波等[5]研究指出,番茄水肥一體化較常規漫灌增產11.83%～14.41%。

生姜作為我國重要的調味蔬菜和中藥方劑組成,其投入高,產值大,近年來發展迅速,種植規模逐年擴大,已成為很多地區的支柱產業,但是生姜屬于勞動密集型產業,投入巨大,肥量投入占比達30%以上,姜農為了追求高產,不斷提高施肥上限,極大地推高了種植成本,然而產值沒有相應的提升,如何科學施肥,用最低的肥料施用量產生最大的經濟效益,成為當下重要研究課題,本研究以微噴灌肥水一體化為切入點,研究它與常規灌溉施肥對土壤養分、水分和產量的影響,以期為生姜微噴灌肥水一體化技術推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗方案

試驗于2019年4月9日在河北省唐山市農業科學院試驗基地進行,土壤為砂壤土,pH值7.0,有機質含量1.28%,堿解氮含量 22.34 mg/kg,速效磷含量41.28 mg/kg,速效鉀含量127.63 mg/kg。供試品種為冀姜5號設置微噴灌和溝灌(ck)兩種處理,行距68 cm,株距20 cm,小區面積667 m2,3次重復,10月5日收獲。微噴灌澆水方案:每 2 行鋪設 1 條管帶,微噴頭(濟南市中霖節水灌溉科技有限公司G型)設置間距 1.5 m,其工作壓力為0.15 MPa,流量50 L/h ,噴灑直徑5 m,溝灌長度為20 m。

微噴灌:幼苗期20 m3/667 m2,發棵期24 m3/667 m2,根莖膨大期29 m3/667 m2;溝灌(ck)澆水方案參照農民常規灌溉,當土壤含水量低于60%時進行下一次灌溉。微噴灌和溝灌(ck)的基肥施用量一致,均為腐熟有機肥4 000 kg/667 m2(含N 2.05%,P2O51.64%,K2O 0.92%)。對照區采用農民常規水肥管理,全生育期總施肥量400 kg/667 m2。處理區微噴灌水肥一體化施肥320 kg/667 m2。

1.2 試驗方法

土壤水分測定從生姜出齊苗后開始,每天10:00時取樣,取樣深度25 cm,取樣位置為地塊前中后3個位置,測定方法采用NY/T52-1987;在苗期、發棵期、根莖膨大期測定土壤有機質、全鹽量、pH值、堿解氮、有效磷和速效鉀。有機質、全鹽量和pH值測定采用NY/T1121-2006標準;堿解氮測定采用DB51/T1975-2014標準;有效磷測定采用NY/T1121.7-2014標準;速效鉀測定采用NY/T889-2004標準。收獲按小區測產,將生姜種植區分為三個小區,每小區隨機抽取3個點,每點取10株,獲得最終生姜產量,然后計算水分生產效率和肥料偏生產力:

水分生產效率/%=(生姜產量/水分供應總量)×100%;

肥料偏生產力(kg/kg)=生姜產量/肥料有效養分施用量。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉方式對含水量和水分生產效率的影響

從圖1可以看出,撤棚前,微噴灌在第6天、第12天、第18天含水量降到60%,溝灌(ck)第7天和第17天降到60%,即微噴灌澆水次數比溝灌多一次;撤棚后,微噴灌在第8天和第16天澆水,溝灌在第7天和第17天澆水,澆水次數一樣。整個生育期微噴灌灌溉總次數高于溝灌,但是水分總消耗量卻遠低于對照(見表1),微噴灌比ck節水15.94%,水分生產效率提高26.84%。微噴灌少量多次的灌水方式,使根際土壤保持較高的相對含水量,節水的同時促進生姜根系生長。

圖1 不同灌溉方式土壤相對含水量變化

2.2 微噴灌水肥一體化技術對土壤養分和pH值的影響

由表2可知,水肥一體化處理土壤養分含量均高于對照。苗期水肥一體化技術處理土壤中有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀的含量分別比對照高2.61%,15.45%,16.33%,2.70%,其中有效磷差異顯著,其余指標差異不顯著。發棵期2個處理土壤中只有堿解氮和有效磷含量差異顯著,其他養分含量差異不明顯。根莖膨大期2個處理土壤中的堿解氮、有效磷、速效鉀含量差異顯著,水肥一體化處理分別比對照提高20.49%,21.06%,9.33%。對照中土壤中的全鹽含量在發棵期和根莖膨大期均明顯高于水肥一體化技術處理,分別比水肥一體化處理高23.96%,32.69%。2個處理不同時期的土壤pH值變化不大,無顯著差異。

表2 水肥一體化技術對生姜土壤養分和pH值的影響

2.3 微噴灌水肥一體化技術對生姜產量和肥料偏生產力的影響

如表3、表4所示,使用微噴灌水肥一體化技術平均產量5 778.59 kg/667 m2,較對照增產10.07%,增產效果顯著。生姜全生育期內,利用生姜微噴灌水肥一體化技術較對照節水15.94%,節肥20%,肥料偏生產力提高24.01%。

表3 不同施肥灌溉處理對生姜產量的影響

表4 不同施肥灌溉處理肥料偏生產力比較

3 討 論

3.1 不同灌溉方式對土壤含水量和水分生產效率的影響

水分在多數農作物在生長過程中都發揮著重要作用,水分達不到平衡狀態,作物的生長都會受到一定影響[6],本試驗中生姜微噴灌水肥一體化技術較對照節水15.94%,水分生產效率提高26.84%。相比較溝灌,微噴灌能精準控制土壤含水量,使土壤長時間保持較高的濕度,減少因漫灌造成農作物種植過程中出現的過澇現象,提高灌水均勻度以及縮短田間持水率的變化范圍[7],有利于緩解生姜對水分需求,達到節水效果,提高了水分生產效率,間接促進了根部對其他營養成分的吸收。

3.2 微噴灌水肥一體化技術對土壤養分和pH值的影響

本試驗中,堿解氮、有效磷在發棵期和根莖膨大期均顯著高于對照,速效鉀只在根莖膨大期高于對照。水肥一體化處理的土壤養分含量均高于對照,一方面水肥一體化技術提高了養分利用率,間接減少對土壤養分的吸收;另一方面,大水漫灌可能也會導致土壤中養分流失。整個生長周期土壤全鹽含量對照均顯著高于水肥一體化技術處理,土壤pH值無明顯差異。這與曹壯壯和繆旻珉[8]的水肥一體化處理降低了土壤的EC值結論是一致,但與土壤pH值升高的結果不同。推測pH值不一致是因為大田和大棚種植環境的不同造成的差異。這表明水肥一體化技術能夠維持較高土壤養分水平,提高養分利用率,降低土壤鹽漬化。

3.3 微噴灌水肥一體化技術對生姜產量和肥料偏生產力的影響

水肥一體化技術不僅可以節水,節約肥料,還能提高產量。本試驗結果顯示,生姜微噴灌水肥一體化技術平均產量5 778.59 kg/667 m2,較對照增產10.07%,節水15.94%,節肥20%,肥料偏生產力提高24.01%,這與前人研究結果一致。許恩軍等[9]研究認為,滴灌施肥較溝灌施肥的大棚蔬菜增產率達19.5%～36.0%。劉虎成等[10]試驗結果表明,滴灌施肥較常規溝灌施肥生姜根莖經濟產量提高17.94%。生姜對養分需求量大[11-12],其產量與肥料利用率密切相關,然而生姜根系卻極不發達[13],容易受傷,過澇和干旱都會阻礙根的分蘗生長,大水漫灌易造成生姜地上部的徒長,同時稀釋或帶走部分生姜根部周圍的養分,而微噴灌水肥一體化,能夠維持較高的土壤養分濃度,減少生姜植株地上莖葉徒長,增加分枝數,有利于植株各器官的平衡生長[14],最終提升生姜產量。化肥的減量使用,會導致蛋白質和硝酸鹽含量的降低[15-16]。生姜根莖膨大期對 N 和 K 的需求量較大,化肥用量的減少降低了N、P供給,影響了蛋白質的合成,也降低了硝酸鹽合成,而硝酸鹽含量是無公害蔬菜品質監測的重要指標[17],硝酸鹽含量的降低,有助于提高食品的安全性。

4 結 論

本研究表明,微噴灌水肥一體化較常規溝灌施肥節水15.94%,水分生產效率提高26.84%,土壤養分堿解氮、有效磷和速效鉀含量顯著高于常規灌溉施肥措施,pH值保持不變,生姜微噴灌水肥一體化技術平均產量5 778.59 kg/667 m2,較對照增產17.63%,節肥19.36%,肥料偏生產力提高24.01%。微噴灌水肥一體化技術能夠實現生姜的高效栽培,幫助農民節本增效,同時改善生態環境。