微喷灌水肥一体化技术对土壤理化性质及生姜产量的影响

付丽军, 黄 炎, 张 芊, 谷守国, 赵瑞玲, 周 禹2,

(1.唐山市农业科学研究院, 河北 唐山 063000; 2.唐山市功能性农产品产业技术研究院, 河北 唐山 063000;3.唐山市食品药品综合检验检测中心, 河北 唐山 063000)

水肥一体化是根据作物需求,对农田水分和养分进行综合调控和一体化管理,以水促肥、以肥调水,实现水肥耦合,全面提升农田水肥利用效率的一项新兴现代农业技术[1]。该技术可显著提高作物的产量和水肥利用效率[2],杜社妮等[3]的研究中黄瓜水肥一体化较常规灌溉施肥节水31.4%,节肥58%。刘建英等[4]的研究中黄瓜产量和水分利用效率分别提高了32.95%和64.84%;杜文波等[5]研究指出,番茄水肥一体化较常规漫灌增产11.83%～14.41%。

生姜作为我国重要的调味蔬菜和中药方剂组成,其投入高,产值大,近年来发展迅速,种植规模逐年扩大,已成为很多地区的支柱产业,但是生姜属于劳动密集型产业,投入巨大,肥量投入占比达30%以上,姜农为了追求高产,不断提高施肥上限,极大地推高了种植成本,然而产值没有相应的提升,如何科学施肥,用最低的肥料施用量产生最大的经济效益,成为当下重要研究课题,本研究以微喷灌肥水一体化为切入点,研究它与常规灌溉施肥对土壤养分、水分和产量的影响,以期为生姜微喷灌肥水一体化技术推广应用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验方案

试验于2019年4月9日在河北省唐山市农业科学院试验基地进行,土壤为砂壤土,pH值7.0,有机质含量1.28%,碱解氮含量 22.34 mg/kg,速效磷含量41.28 mg/kg,速效钾含量127.63 mg/kg。供试品种为冀姜5号设置微喷灌和沟灌(ck)两种处理,行距68 cm,株距20 cm,小区面积667 m2,3次重复,10月5日收获。微喷灌浇水方案:每 2 行铺设 1 条管带,微喷头(济南市中霖节水灌溉科技有限公司G型)设置间距 1.5 m,其工作压力为0.15 MPa,流量50 L/h ,喷洒直径5 m,沟灌长度为20 m。

微喷灌:幼苗期20 m3/667 m2,发棵期24 m3/667 m2,根茎膨大期29 m3/667 m2;沟灌(ck)浇水方案参照农民常规灌溉,当土壤含水量低于60%时进行下一次灌溉。微喷灌和沟灌(ck)的基肥施用量一致,均为腐熟有机肥4 000 kg/667 m2(含N 2.05%,P2O51.64%,K2O 0.92%)。对照区采用农民常规水肥管理,全生育期总施肥量400 kg/667 m2。处理区微喷灌水肥一体化施肥320 kg/667 m2。

1.2 试验方法

土壤水分测定从生姜出齐苗后开始,每天10:00时取样,取样深度25 cm,取样位置为地块前中后3个位置,测定方法采用NY/T52-1987;在苗期、发棵期、根茎膨大期测定土壤有机质、全盐量、pH值、碱解氮、有效磷和速效钾。有机质、全盐量和pH值测定采用NY/T1121-2006标准;碱解氮测定采用DB51/T1975-2014标准;有效磷测定采用NY/T1121.7-2014标准;速效钾测定采用NY/T889-2004标准。收获按小区测产,将生姜种植区分为三个小区,每小区随机抽取3个点,每点取10株,获得最终生姜产量,然后计算水分生产效率和肥料偏生产力:

水分生产效率/%=(生姜产量/水分供应总量)×100%;

肥料偏生产力(kg/kg)=生姜产量/肥料有效养分施用量。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉方式对含水量和水分生产效率的影响

从图1可以看出,撤棚前,微喷灌在第6天、第12天、第18天含水量降到60%,沟灌(ck)第7天和第17天降到60%,即微喷灌浇水次数比沟灌多一次;撤棚后,微喷灌在第8天和第16天浇水,沟灌在第7天和第17天浇水,浇水次数一样。整个生育期微喷灌灌溉总次数高于沟灌,但是水分总消耗量却远低于对照(见表1),微喷灌比ck节水15.94%,水分生产效率提高26.84%。微喷灌少量多次的灌水方式,使根际土壤保持较高的相对含水量,节水的同时促进生姜根系生长。

图1 不同灌溉方式土壤相对含水量变化

2.2 微喷灌水肥一体化技术对土壤养分和pH值的影响

由表2可知,水肥一体化处理土壤养分含量均高于对照。苗期水肥一体化技术处理土壤中有机质、碱解氮、有效磷、速效钾的含量分别比对照高2.61%,15.45%,16.33%,2.70%,其中有效磷差异显著,其余指标差异不显著。发棵期2个处理土壤中只有碱解氮和有效磷含量差异显著,其他养分含量差异不明显。根茎膨大期2个处理土壤中的碱解氮、有效磷、速效钾含量差异显著,水肥一体化处理分别比对照提高20.49%,21.06%,9.33%。对照中土壤中的全盐含量在发棵期和根茎膨大期均明显高于水肥一体化技术处理,分别比水肥一体化处理高23.96%,32.69%。2个处理不同时期的土壤pH值变化不大,无显著差异。

表2 水肥一体化技术对生姜土壤养分和pH值的影响

2.3 微喷灌水肥一体化技术对生姜产量和肥料偏生产力的影响

如表3、表4所示,使用微喷灌水肥一体化技术平均产量5 778.59 kg/667 m2,较对照增产10.07%,增产效果显著。生姜全生育期内,利用生姜微喷灌水肥一体化技术较对照节水15.94%,节肥20%,肥料偏生产力提高24.01%。

表3 不同施肥灌溉处理对生姜产量的影响

表4 不同施肥灌溉处理肥料偏生产力比较

3 讨 论

3.1 不同灌溉方式对土壤含水量和水分生产效率的影响

水分在多数农作物在生长过程中都发挥着重要作用,水分达不到平衡状态,作物的生长都会受到一定影响[6],本试验中生姜微喷灌水肥一体化技术较对照节水15.94%,水分生产效率提高26.84%。相比较沟灌,微喷灌能精准控制土壤含水量,使土壤长时间保持较高的湿度,减少因漫灌造成农作物种植过程中出现的过涝现象,提高灌水均匀度以及缩短田间持水率的变化范围[7],有利于缓解生姜对水分需求,达到节水效果,提高了水分生产效率,间接促进了根部对其他营养成分的吸收。

3.2 微喷灌水肥一体化技术对土壤养分和pH值的影响

本试验中,碱解氮、有效磷在发棵期和根茎膨大期均显著高于对照,速效钾只在根茎膨大期高于对照。水肥一体化处理的土壤养分含量均高于对照,一方面水肥一体化技术提高了养分利用率,间接减少对土壤养分的吸收;另一方面,大水漫灌可能也会导致土壤中养分流失。整个生长周期土壤全盐含量对照均显著高于水肥一体化技术处理,土壤pH值无明显差异。这与曹壮壮和缪旻珉[8]的水肥一体化处理降低了土壤的EC值结论是一致,但与土壤pH值升高的结果不同。推测pH值不一致是因为大田和大棚种植环境的不同造成的差异。这表明水肥一体化技术能够维持较高土壤养分水平,提高养分利用率,降低土壤盐渍化。

3.3 微喷灌水肥一体化技术对生姜产量和肥料偏生产力的影响

水肥一体化技术不仅可以节水,节约肥料,还能提高产量。本试验结果显示,生姜微喷灌水肥一体化技术平均产量5 778.59 kg/667 m2,较对照增产10.07%,节水15.94%,节肥20%,肥料偏生产力提高24.01%,这与前人研究结果一致。许恩军等[9]研究认为,滴灌施肥较沟灌施肥的大棚蔬菜增产率达19.5%～36.0%。刘虎成等[10]试验结果表明,滴灌施肥较常规沟灌施肥生姜根茎经济产量提高17.94%。生姜对养分需求量大[11-12],其产量与肥料利用率密切相关,然而生姜根系却极不发达[13],容易受伤,过涝和干旱都会阻碍根的分蘖生长,大水漫灌易造成生姜地上部的徒长,同时稀释或带走部分生姜根部周围的养分,而微喷灌水肥一体化,能够维持较高的土壤养分浓度,减少生姜植株地上茎叶徒长,增加分枝数,有利于植株各器官的平衡生长[14],最终提升生姜产量。化肥的减量使用,会导致蛋白质和硝酸盐含量的降低[15-16]。生姜根茎膨大期对 N 和 K 的需求量较大,化肥用量的减少降低了N、P供给,影响了蛋白质的合成,也降低了硝酸盐合成,而硝酸盐含量是无公害蔬菜品质监测的重要指标[17],硝酸盐含量的降低,有助于提高食品的安全性。

4 结 论

本研究表明,微喷灌水肥一体化较常规沟灌施肥节水15.94%,水分生产效率提高26.84%,土壤养分碱解氮、有效磷和速效钾含量显著高于常规灌溉施肥措施,pH值保持不变,生姜微喷灌水肥一体化技术平均产量5 778.59 kg/667 m2,较对照增产17.63%,节肥19.36%,肥料偏生产力提高24.01%。微喷灌水肥一体化技术能够实现生姜的高效栽培,帮助农民节本增效,同时改善生态环境。