施肥和覆盖对向日葵生长的影响

2022-11-22独亮亮张金霞任芳芳

农业工程 2022年2期

独亮亮，张金霞，任芳芳

(甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃兰州 730070)

0 引言

向日葵原产于北美，具有非常重要的食用价值、药用价值和经济价值[1]。向日葵在我国种植广泛，是我国目前4大油料作物之一，向日葵本身具有耐碱和耐干旱的特性，非常适合在我国北方地区种植，主要分布地为东北、华北、甘肃和新疆[1-4]。向日葵的经济价值较高，发展前景好，且其环境适应能力较强，种植范围广，当前我国向日葵产量居世界第6位[5-6]。

秸秆覆盖技术有利于增温、保墒，减少蒸发，提高水分的利用率，增加前期土壤中的水分，为后期作物生长提供水分条件，可改变土壤理化性质，提高土壤中微生物的含量，有利于作物生长。肥料作为植物生长的重要因素，合理施肥不仅能够提高作物的产量和品质，且能改善土壤理化性质，防止土壤盐碱化[7]。我国西北地区干旱少雨、土壤贫瘠、蒸发量大，无覆盖时种植产量低，因此做好覆盖及合理施肥对作物生长尤为重要。关于我国向日葵覆盖和合理施肥种植技术的综合评价较少，本文主要归纳总结覆盖及合理施肥对土壤水分、养分、温度、微生物含量，以及对向日葵品质及产量的影响。

1 土壤水热特性

1.1 土壤温度

秸秆覆盖技术作为一项地面覆盖技术，其操作难度相对较低，原料广泛且廉价，与地膜覆盖相比，最重要的优势是其独特的保温作用，秸秆覆盖能够使地温相对维持在一个稳定阶段，在一定程度上有利于作物的生长发育[8]。高义民等[8]研究表明，秸秆覆盖对于地温变化的抑制效果显著，可缩小土壤的昼夜温差，既减少水分消耗，也避免了植物根系受阳光曝晒，对植株生长有促进作用。近些年，节水技术快速发展，膜下滴灌技术解决了土壤蒸发强度大的问题，在降水量少的地区，改良了作物生长环境，从而提高作物产量[9]。施用化肥后，由于其在土壤中的分解过程会增加土壤的温度，为作物生长发育提供了适宜温度条件，因此，合理覆盖和适量施肥对于我国种植向日葵事业有着举足轻重的作用。

1.2 土壤水分含量

秸秆覆盖能增加作物产量，其主要原因在于能减少植物的蒸腾，提高作物的水分利用率，另外也能改变土壤的性状，提高土壤养分。在我国内蒙古盐碱化地区，梁建财等[10]研究了以不同的覆盖方式改良盐碱土，并种植向日葵，发现在向日葵整个生育期内，0～20 cm土壤土层的含水率：地膜覆盖>无覆盖，秸秆覆盖>无覆盖，但地膜覆盖与秸秆覆盖相差不显著，应选择9 kg/hm2的覆盖量更加有利于向日葵种植。高义民等[8]通过研究留茬秸秆覆盖对向日葵生长发育的影响，发现留茬秸秆覆盖效果最好，不同生育期的土壤含水率(播期、现蕾期、花期)较无覆盖的土壤分别提高了5.5%～5.7%、3.4%～3.9%、1.8%～3.0%；与无覆盖土层相比，0～20、20～40和40～60 cm土层的含水率分别提高了4.2%、3.9%、3.8%；秸秆覆盖的土壤表层保水效果比底层好。刘维进等[11]在河北种植向日葵时也得出与高义民相同的结论，在向日葵的播期、现蕾期、花期，其土壤含水率都有相似的结论。

2 土壤理化性质

秸秆覆盖技术影响土壤的理化性质，进而影响作物产量，包括土壤容重、养分状况、酶活性、有机质含量；施肥同样会影响土壤的理化性质，从而影响作物的生长。郭宇等[12]研究表明，不同的施氮方式会影响土壤中氮元素的分布，硝态氮和铵态氮的土层分布也有所区别。刘德平等[13]研究氮磷钾平衡使用对土壤硝态氮在土壤中残留的影响，发现硝态氮主要集中在0～20 cm的土壤中，主要原因在于作物根系的聚集作用使氮更加有利于被植物根系吸收。研究表明，无论是秸秆覆盖还是施用化肥，都比无任何处理的土壤拥有更高的肥力，土壤中各种有机质的含量大大增加，可提高向日葵产量。

3 向日葵产量

3.1 覆盖对向日葵产量的影响

梁建财等[10]在内蒙古的研究表明，覆盖确实能够提高向日葵的产量。与无覆盖相比，地膜覆盖产量提高了69.0%，碎玉米秸秆覆盖也增产50%左右，两种覆盖方式，增产效果都较为显著。李小牛[14]在山西研究盐碱地不同玉米秸秆量对向日葵生长发育的影响时发现，玉米秸秆覆盖量为0.6 kg/m2时，向日葵平均百粒质量达到19.1 g，花盘平均质量达到120 g/个，其产量达到3 796.2 kg/hm2，比无秸秆覆盖情况下的产量提高了14.5%。刘宁等[15]在新疆研究向日葵种植时发现，覆盖与各种不同还田方式相结合，较无覆盖增产显著，地膜覆盖增产10%左右，秸秆覆盖增产8%左右。谷杰等[16]在陕西省研究施肥和秸秆覆盖对小麦和春向日葵的水分利用效率时发现，秸秆覆盖可使春向日葵的耗水量减少37.2～44.2 mm，产量提高513.0～555.0 kg/m2，水分利用效率提高35%左右。张金霞等[17]在甘肃民勤的研究表明，碎麦秸垫膜覆盖下，其出苗率较秸秆覆盖提高了49.5%，说明探究一种新型覆盖方式尤为重要。

3.2 施肥对向日葵产量的影响

我国西北内陆地区干旱少雨，土壤干燥而贫瘠，想要种出高产且品质较高的作物，合理施肥必不可少。国世佳等[18]在内蒙古研究施氮量对向日葵产量和品质的影响时发现，施氮量和向日葵产量的关系为“抛物线”，施氮量为150 kg/hm2左右时，可以得到较高的产量，且施氮量和向日葵籽实蛋白质含量成正相关，与向日葵籽实脂肪含量成负相关。安玉麟等[19]的研究表明，向日葵产量因氮磷钾的不同用量而发生变化，一般呈正态分布，这与前面国世佳等[18]的研究结论相似。段玉等[20]的研究表明，氮磷钾3种肥料对向日葵的产量有很大影响，影响产量的排序为氮>钾>磷。生产100 kg向日葵需要的肥量：N，4.9 kg；K2O，6.7 kg；P2O5，1.7 kg。陈萍等[21]在宁夏的研究表明，氮磷钾的不同配比也会影响种植向日葵的产量，其中当氮磷钾比为10∶5∶3时得到最大产量；当氮磷钾比为7∶4∶3时可达到最佳经济产量。大量研究表明，影响向日葵产量和品质的主要因素是氮磷钾肥的合理使用，且土壤中的微量元素也影响向日葵生长。张君等[22]在内蒙古发现，锌肥的用量对向日葵干物质的积累和籽粒灌浆有重要影响，在不同锌肥的用量下，不同生长期向日葵干物质的积累速度依次为苗期>灌浆>现蕾>花期，呈S型增长曲线，当锌肥为30 kg/hm2时，向日葵干物质积累量最大，为4 583.4～5 840.4 kg/hm2。李晓慧等[23]在宁夏研究了向日葵不同生育时期吸收氮磷钾等养分特点，发现油用向日葵和食用向日葵，其干物质的积累量都随着施肥量的变化而变化，一般都呈现S型的增长曲线，与不施肥相比，食用向日葵产量增加10.4%，干物质积累量增加51.2%，油用向日葵分别增加了40.9%和59.9%。由此可证实，在不同的地区种植向日葵，其土壤肥力对植株生长的影响相似。

4 向日葵生长发育及光合特性

覆盖处理能够保持土壤水分，增加土壤温度，从而间接影响向日葵的生长发育和光合特性。赵沛义等[24]在内蒙古的研究表明，地膜覆盖对土壤环境和向日葵的生长发育有一定的影响，向日葵的株高、茎粗、叶面积指数、花盘质量、籽实产量都显著高于无覆盖下的产量。高义民等[8]在陕西研究留茬秸秆覆盖对向日葵生长发育时发现，与无覆盖相比，留茬秸秆覆盖能够使向日葵的花盘直径增大30.7%，千粒质量增加11%，根质量增加14%，叶宽增加4 cm。王璐等[25]在我国河西绿洲地区的研究表明，地膜覆盖结合调亏灌溉对向日葵的阶段耗水量、日耗水强度、气孔导度和蒸腾速率都有较大的影响；不同程度的水分亏缺，可使作物的蒸腾速率减慢，叶面积总数下降，叶绿素的含量降低，严重影响作物的生长发育；我国西北地区干旱缺水，作物忍受一定程度的水分亏缺后，反而有利于作物后期的生长发育，从而达到增产的目的。

秸秆覆盖有利于土壤的保墒保温，为作物提供适宜的水分及适当的温度，促进植物的光和作用；施肥也是影响作物光和作用的重要手段。赵小霞等[26]研究了施肥对向日葵光和特性的影响，发现在CO2浓度一定的情况下，各施肥处理中向日葵的净光和速率随着光和通量的增加而增加；施肥种类对向日葵净光和速率影响的大小依次为氮>磷>钾。施肥也对植株的CO2转换速率有很大的影响，影响大小依次为氮肥>磷肥>钾肥。田德龙等[27]的研究表明，在水肥耦合条件下，向日葵确实会提高作物的净光和速率，同时发现施用氮肥可降低向日葵成熟期光和作用下降的趋势，也可避免向日葵后期气孔导度下降，提高光和速率，这与赵小霞等[26]的研究结论基本一致。

5 多元化覆盖

随着农业技术的发展，目前在我国已形成多种多样的种植模式和多元化农田覆盖方式，如在干旱少雨地区实行覆膜双垄沟种植、地膜结合秸秆的二元覆盖、碎麦秸秆垫膜覆盖[28]。惠施佳等[29]和郭小龙等[30]在武威民勤地区的研究表明，与无覆盖相比，秸秆覆盖和碎麦秸秆覆盖的土壤含水率大约提升10%，大大增加了食用向日葵的出苗率。

6 存在的问题

虽然农田覆盖与施肥相结合的研究取得了可观的成效，但也存在许多不足。

(1)秸秆覆盖种植对土壤有保温、隔热及保水的作用，但也有一定的缺点。冬季消融后，由于秸秆的覆盖作用使得土壤表层温度回升很慢，严重影响作物的出苗。在微生物的氧化分解之后，秸秆会产生大量的真菌和细菌，加重作物病害，增加防治病害的成本，不利于作物生长。

(2)施肥确实解决了我国西北地区土地贫瘠而无法种植的问题，但不合理使用化肥会造成土壤盐碱化加重而导致无法种植，需要探寻因地制宜、合理施肥种植的技术路径，有效保护土地，实现可持续发展。

(3)N、P、K影响向日葵产量，但是N、P、K配比对产量的影响研究尚不深入；大量研究也未和向日葵的生理、生长特性结合起来，需要开展这方面的研究，防止盲目使用肥料造成浪费，也可减弱土壤盐碱化程度。相关研究表明，合理施肥能够提高和改善向日葵的产量和品质，但过度使用会造成土壤盐渍化，并污染环境，严重危害我国农业事业的发展，因此寻求一种合理的施肥方法尤为重要[30-32]。

(4)现阶段我国西北地区农田覆盖方式主要有秸秆覆盖和地膜覆盖，多数农民使用的是不可降解的地膜，会产生大量的白色污染，所以当前我国西北地区应大力发展秸秆覆盖，降低地膜覆盖对环境的污染[33]。