• ISSN 1008-505X
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氮磷钾肥用量及基追比例对山药产量及养分利用的影响

牛劭斌 许华森 孙志梅 王东 赵伟鹏 马文奇

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氮磷钾肥用量及基追比例对山药产量及养分利用的影响

    作者简介: 牛劭斌 E-mail:437082646@qq.com;
    通讯作者: 孙志梅, E-mail:sunzhm2002@163.com
  • 基金项目: “十三五”国家重点研发计划项目(2016YFD0200403)。

Effect of NPK application rates and basal/dressing ratios on yield and nutrient utilization of yam

    Corresponding author: SUN Zhi-mei, E-mail:sunzhm2002@163.com ;
  • 摘要:   【目的】  本研究通过分析氮、磷、钾施用量及分次施用比例对冀中平原棒山药产量、养分累积特征和养分利用效率的影响,以明确棒山药的最佳养分管理方式。  【方法】  田间试验分别在河北保定随东村和西孟尝村进行,供试山药品种为当地主栽品种棒山药。在随东村进行了氮磷钾3因素4水平完全随机试验,4个施N水平为0、225、300、450 kg/hm2 (基追比均为3∶7),4个施P2O5水平为0、75、150、300 kg/hm2 (均基施),4个施K2O水平为0、225、300、450 kg/hm2 (基追比均为4∶6),分析山药产量及不同生长阶段地上、地下部氮磷钾累积量。在西孟尝村进行了基施不同氮、磷量和钾肥的基追比例试验,4个基施氮(N)水平为0、60、90、120 kg/hm2,除对照外追施量均为240 kg/hm2;4个基施P2O5水平为0、150、225、300 kg/hm2;4个钾肥基追 (追肥分别于根茎膨大初期和盛期) 比例为0∶0∶0、5∶2∶2、5∶4∶0、9∶0∶0,K2O施用总量均为270 kg/hm2。收获期测定山药茎、叶、零余子和根茎的生物量和氮磷钾累积量。  【结果】  1) 氮肥基追比例相同时,总施N 300 kg/hm2的山药产量和氮累积量显著高于施N 225 kg/hm2,表观利用率、农学效率和偏生产力则显著高于N 450 kg/hm2处理;追施氮量相同时,基施纯N 90 kg/hm2的全株氮、钾累积量显著高于基施纯N 60 kg/hm2,但两者山药产量、地下部氮磷钾累积量及养分利用效率均无明显差异。2) 不同施磷水平下,P2O5 150 kg/hm2处理的山药产量和氮磷钾累积量显著高于P2O5 75 kg/hm2处理,增产7.9%;当施P2O5量超过150 kg/hm2时,山药产量不再增加;但施P2O5 225 kg/hm2的地上部氮磷累积量以及全株氮累积量均显著高于施P2O5 150 kg/hm2,两者的表观利用率也没有明显差异。3) 不同供钾水平下,总施K2O 300 kg/hm2的山药产量和氮磷钾累积量显著高于K2O 225 kg/hm2处理,表观利用率、农学效率和偏生产力则显著高于K2O 450 kg/hm2处理;总施K2O量为270 kg/hm2时,基追分施处理的山药产量、氮磷钾累积量和养分利用效率均优于一次性基施。  【结论】  适量增施氮磷钾肥有利于山药增产和养分吸收,但过量施肥并不会增加产量且降低养分利用效率。结合适种山药的土壤性质和山药养分需求特性,从保证山药产量、实现养分累积和利用效率最大化,同时兼顾维持土壤肥力角度考虑,传统水肥管理方式下最佳氮磷钾养分管理的推荐模式为:基施纯N 60~90 kg/hm2,追施N 210~270 kg/hm2,追肥分别于甩条发棵期、根茎膨大初期和盛期进行;一次性基施P2O5 150~225 kg/hm2;总施K2O 270~300 kg/hm2,基肥K2O 120~150 kg/hm2,其余在根茎膨大初期追施一次或者于根茎膨大初期和盛期等量各追施一次。
  • 图 1  不同氮水平下山药各生育时期养分累积量 (随东村)

    Figure 1.  Nitrogen application rates on nutrients accumulation of yam at different growth stages (Suidong Village)

    图 2  不同施氮处理山药收获期各部位养分累积量 (西孟尝村)

    Figure 2.  Nutrient accumulation in different parts of yam at harvest under different N application rates (Ximengchang Village)

    图 3  不同磷水平下山药各生育时期养分累积量 (随东村)

    Figure 3.  Nutrients accumulation of yam at different growth stages under different phosphorous application rates (Suidong Village)

    图 4  不同施磷处理山药收获期各部位养分累积量 (西孟尝村)

    Figure 4.  Nutrients accumulation in different parts of yam at harvest under different phosphorous application rates (Ximengchang Village)

    图 5  不同钾水平下山药各生育时期养分累积量 (随东村)

    Figure 5.  Nutrient accumulation of yam at different growth stages under different potassium application rates (Suidong Village)

    图 6  不同施钾处理山药收获期各部位养分累积量 (西孟尝村)

    Figure 6.  Nutrient accumulation in different parts of yam at harvest under different potassium application rates (Ximengchang Village)

    表 1  不同养分供应水平对山药产量的影响

    Table 1.  Effects of nutrients application rates on yam yield

    地点
    Site
    NPK
    处理
    Treatment
    产量 (kg/hm2)
    Yield
    处理
    Treatment
    产量 (kg/hm2)
    Yield
    处理
    Treatment
    产量 (kg/hm2)
    Yield
    随东村
    Suidong Village
    N023999.4 ± 1048.2 cP030123.9 ± 1303.7 cK027603.3 ± 1196.6 c
    N22530494.6 ± 1104.1 bP7537657.1 ± 1524.1 bK22534857.7 ± 2008.6 b
    N30040624.8 ± 919.7 a P15040615.3 ± 1374.9 aK30040507.3 ± 1626.6 a
    N45039523.5 ± 1089.7 aP30040533.9 ± 2087.7 aK45040669.2 ± 1477.9 a
    西孟尝村
    Ximengchang Village
    N'030641.4 ± 1511.6 bP'034508.2 ± 2318.5 bK'029199.6 ± 1268.1 c
    N'6040870.4 ± 2897.2 aP'15043538.1 ± 2502.4 aK5:2:242166.0 ± 1678.8 a
    N'9042166.0 ± 1678.8 aP'22542166.0 ± 1678.8 aK5:445438.3 ± 1958.2 a
    N'12041613.1 ± 2031.1 aP'30041936.7 ± 2602.5 aK9:037975.3 ± 2264.3 b
    注(Note):数据为平均值 ± 标准偏差 The data are mena ± Sd; 同列数据不同小写字母表示相同地区不同处理之间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among treatments in the same site (P < 0.05).
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    表 2  不同施肥处理山药的养分利用效率

    Table 2.  Nutrient utilization efficiency of yam treated with different fertilization treatments

    地点
    Site
    处理
    Treatment
    ARE
    (%)
    AE
    (kg/kg)
    PFP
    (kg/kg)
    PARE
    (%)
    AE
    (kg/kg)
    PFP
    (kg/kg)
    KARE
    (%)
    AE
    (kg/kg)
    PFP
    (kg/kg)
    随东村
    Suidong Village
    N22515.6 a28.9 b135.5 aP75 6.1 b100.4 a 502.1 aK225 9.7 c32.2 b154.9 a
    N30016.7 a55.4 a135.4 aP15010.1 a69.9 b270.8 bK30033.0 a43.0 a135.0 b
    N45011.4 b34.5 b 87.8 bP300 5.0 b34.7 b135.1 cK45018.2 b29.1 b 90.4 c
    西孟尝村
    Ximengchang Village
    N'60 16.2 a34.1 a136.2 aP'15013.7 a60.2 a290.3 a K5:2:225.8 a48.0 a156.2 a
    N'90 17.8 a34.9 a 127.8 abP'22513.1 a34.0 b187.4 bK5:425.5 a63.9 a172 .0 a
    N'12010.4 b30.5 a115.6 bP'300 9.1 b24.7 b139.8 cK9:019.4 b25.8 b133.9 b
    注(Note):ARE—表观利用率 Apparent use efficiency; AE—农学效率 Agronomy efficiency; PFP—偏生产力Partial factor productivity; 同列数值后不同小写字母表示同一试验点不同施肥处理之间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a column indicate the significant difference among different treatments in the same site (P < 0.05).
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    [19] 胡泓王光火 . 钾肥对杂交水稻养分积累以及生理效率的影响. 植物营养与肥料学报, 2003, 9(2): 184-189. doi: 10.11674/zwyf.2003.0210
    [20] 李隆李晓林张福锁孙建好杨思存芦满济 . 小麦大豆间作条件下作物养分吸收利用对间作优势的贡献. 植物营养与肥料学报, 2000, 6(2): 140-146. doi: 10.11674/zwyf.2000.0203
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-07
  • 网络出版日期:  2020-10-19
  • 刊出日期:  2020-09-25

氮磷钾肥用量及基追比例对山药产量及养分利用的影响

  • 基金项目: “十三五”国家重点研发计划项目(2016YFD0200403)。
  • 摘要:   【目的】  本研究通过分析氮、磷、钾施用量及分次施用比例对冀中平原棒山药产量、养分累积特征和养分利用效率的影响,以明确棒山药的最佳养分管理方式。  【方法】  田间试验分别在河北保定随东村和西孟尝村进行,供试山药品种为当地主栽品种棒山药。在随东村进行了氮磷钾3因素4水平完全随机试验,4个施N水平为0、225、300、450 kg/hm2 (基追比均为3∶7),4个施P2O5水平为0、75、150、300 kg/hm2 (均基施),4个施K2O水平为0、225、300、450 kg/hm2 (基追比均为4∶6),分析山药产量及不同生长阶段地上、地下部氮磷钾累积量。在西孟尝村进行了基施不同氮、磷量和钾肥的基追比例试验,4个基施氮(N)水平为0、60、90、120 kg/hm2,除对照外追施量均为240 kg/hm2;4个基施P2O5水平为0、150、225、300 kg/hm2;4个钾肥基追 (追肥分别于根茎膨大初期和盛期) 比例为0∶0∶0、5∶2∶2、5∶4∶0、9∶0∶0,K2O施用总量均为270 kg/hm2。收获期测定山药茎、叶、零余子和根茎的生物量和氮磷钾累积量。  【结果】  1) 氮肥基追比例相同时,总施N 300 kg/hm2的山药产量和氮累积量显著高于施N 225 kg/hm2,表观利用率、农学效率和偏生产力则显著高于N 450 kg/hm2处理;追施氮量相同时,基施纯N 90 kg/hm2的全株氮、钾累积量显著高于基施纯N 60 kg/hm2,但两者山药产量、地下部氮磷钾累积量及养分利用效率均无明显差异。2) 不同施磷水平下,P2O5 150 kg/hm2处理的山药产量和氮磷钾累积量显著高于P2O5 75 kg/hm2处理,增产7.9%;当施P2O5量超过150 kg/hm2时,山药产量不再增加;但施P2O5 225 kg/hm2的地上部氮磷累积量以及全株氮累积量均显著高于施P2O5 150 kg/hm2,两者的表观利用率也没有明显差异。3) 不同供钾水平下,总施K2O 300 kg/hm2的山药产量和氮磷钾累积量显著高于K2O 225 kg/hm2处理,表观利用率、农学效率和偏生产力则显著高于K2O 450 kg/hm2处理;总施K2O量为270 kg/hm2时,基追分施处理的山药产量、氮磷钾累积量和养分利用效率均优于一次性基施。  【结论】  适量增施氮磷钾肥有利于山药增产和养分吸收,但过量施肥并不会增加产量且降低养分利用效率。结合适种山药的土壤性质和山药养分需求特性,从保证山药产量、实现养分累积和利用效率最大化,同时兼顾维持土壤肥力角度考虑,传统水肥管理方式下最佳氮磷钾养分管理的推荐模式为:基施纯N 60~90 kg/hm2,追施N 210~270 kg/hm2,追肥分别于甩条发棵期、根茎膨大初期和盛期进行;一次性基施P2O5 150~225 kg/hm2;总施K2O 270~300 kg/hm2,基肥K2O 120~150 kg/hm2,其余在根茎膨大初期追施一次或者于根茎膨大初期和盛期等量各追施一次。

    English Abstract

    • 施肥是实现作物高产、维持土壤肥力的重要技术措施,但长期不科学的肥料施用也给环境带来了严重的安全隐患[1-2]。如何在保证一定产量水平的前提下提高肥料利用效率成为植物营养和环境领域关注的重点[3-5]。我国当前生产模式主要以小农户生产为主、耕地面积不断减少,为了提升农产品产量、质量并保护农业生态环境,明确作物的养分需求特征,科学、高效地施用肥料成了亟待解决的关键问题[6-8]。大量研究证明,综合考虑土壤肥力特性和作物养分需求特性进行平衡施肥,不仅能够提高作物产量和肥料利用效率,还可以减少资源浪费和环境污染[5, 9-10]。但作物的养分吸收累积特征受光、温、水、气、土壤肥力等自然环境条件的影响,由此导致同一种作物的推荐施肥措施存在明显的地域性[11-13]。因此,加强对区域优势特色作物的生长发育特性、养分累积特性及最佳养分管理技术的研究,对于促进地方优势特色产业的健康发展具有重要意义。

      山药为根茎类药食兼用作物,具有生育期长、养分需求量大的特点,且适宜山药生长的土壤为砂土或砂壤土,保水保肥性能差。因此,明确山药生产中合理的养分投入水平及全生育期的养分运筹,对于实现山药高产、高效、优质、环保的生产目标至关重要。当前山药品种多样,生产中相同管理措施下山药的养分需求特性以及养分的生产效率因品种不同而不同[14-15],即使同一山药品种,其氮磷钾养分吸收累积特征因产地不同也存在差异[16]。目前,随着山药产业的迅猛发展,有关山药养分吸收与配方施肥已有初步的研究[14-19],为指导山药的合理施肥起到了积极作用。但针对发源于冀中平原、已有3000多年种植历史的特色麻山药品种之一棒药的相关研究还比较有限,特别是在养分投入水平与全生育期的运筹分配及对养分累积吸收特性影响方面的研究较少,山药配方施肥的推荐施肥量差异较大。基于此,本研究以冀中平原棒山药发源地蠡县为研究区域,以主栽品种棒山药为供试作物,分析不同氮、磷、钾供应水平以及全生育期养分运筹对山药产量和养分吸收利用的影响,旨在为山药生产中科学施肥策略的制定及养分的高效管理提供技术支撑和理论依据。

      • 试验于2015年分别在河北省保定市蠡县随东村和西孟尝村进行,供试山药品种为当地主栽品种棒山药,供试土壤均为砂壤土,前茬为小麦/玉米轮作田。随东村土壤基本理化性质为有机质11.5 g/kg、碱解氮29.1 mg/kg、有效磷10.0 mg/kg、速效钾75.6 mg/kg。西孟尝村土壤基本理化性质为有机质10.1 g/kg、碱解氮33.1 mg/kg、有效磷12.2 mg/kg、速效钾102.3 mg/kg。供试肥料为尿素 (N 46%)、过磷酸钙 (随东村P2O5 12%、西孟尝村P2O5 18%) 和硫酸钾 (K2O 50%)。

      • 随东村设置总施N量为0 (N0)、225 (N225)、300 (N300) 和450 kg/hm2 (N450) 4个水平,基追比均为3∶7,3次追施比例为2∶2∶3,分别在甩条发棵期、根茎膨大初期和盛期进行。各处理一次性基施P2O5 150 kg/hm2;施K2O 300 kg/hm2,按基追比2∶3施用,两次追肥按等量分别在根茎膨大初期和盛期进行。

        西孟尝村设置总施N量300、330和360 kg/hm2,其中基施用量依次为60 (N'60)、90 (N'90) 和120 kg/hm2 (N'120) 3个水平,追施N量均为240 kg/hm2,分3次进行,追施时期同随东村,比例为5∶6∶5,同时以全生育期不施氮 (N'0) 作为对照。每个处理均基施P2O5 225 kg/hm2;按基追比5∶4施用K2O 270 kg/hm2,两次追施按等量分别在根茎膨大初期和盛期进行。

      • 随东村和西孟尝村均设置4个施P水平,随东村的4个水平为P2O5 0 (P0)、75 (P75)、150 (P150) 和300 kg/hm2 (P300),各处理氮钾肥施用同N300处理。西孟尝村为P2O5 0 (P'0)、150 (P'150)、225 (P'225) 和300 kg/hm2 (P'300),各处理氮钾肥施用同N'90处理。所有磷肥均作为基肥一次性施入土壤。

      • 随东村进行不同钾肥施用量试验,设置总施K2O量为0 (K0)、225 (K225)、300 (K300) 和450 kg/hm2 (K450) 4个水平,基追比为2∶3,两次追施量相同,分别在根茎膨大初期和盛期进行。各处理氮磷肥施用同N300处理。

        西孟尝村进行钾肥运筹试验,设置不施钾 (K'0) 处理作为对照,其余3个处理施K2O量均为270 kg/hm2,全生育期运筹方式设置为:1) 基追比为5∶4,两次追施比为1∶1 (K5∶2∶2),分别于根茎膨大初期和盛期追施;2) 基追比为5∶4,在根茎膨大初期追肥一次 (K5∶4);3) 一次性基施 (K9∶0)。各处理氮磷肥施用同N'90处理。

        试验均采用田间小区试验方法,随东村小区面积为15 m2 (3 m × 5 m),西孟尝村小区面积20 m2 (5 m × 4 m)。每个处理重复3次,随机区组排列。试验均于4月30日播种,10月30日收获。山药均采用平畦栽培,田间浇水采用常规畦间漫灌,病虫害防治等栽培管理措施按照当地农民生产习惯进行。

      • 山药收获期,每个小区实收测产。随东村试验在山药甩条发棵期 (60 天)、根茎膨大初期 (90 天)、根茎膨大盛期 (120 天) 和收获期 (180 天),每个小区随机选取5株山药分地上部 (因零余子量很少,忽略不计,只包括茎和叶) 和地下部两部分取样;西孟尝村试验在山药收获期,每个小区随机选取5株山药分茎、叶、零余子和根茎4部分取样。样品洗净后称重,记录各部位鲜重,取部分样品105℃杀青30 min,65℃烘干至恒重,记录干重。将烘干样粉碎,用浓H2SO4–H2O2消煮,凯氏定氮法测定全氮含量,钒钼黄比色法测定全磷含量,火焰光度计法测定全钾含量。土壤样品的基本理化性质采用常规农化分析方法[20]进行分析。

      • 采用Microsoft Excel 2010进行数据整理和作图,采用SPSS 20进行数据处理和统计分析,采用Duncan法进行多重比较。以氮为例 (磷钾相同),相关指标计算公式如下[18]

        氮肥表观利用率 (%) = (施氮处理植株的氮累积量 - 不施氮处理植株的氮累积量)/施氮量 × 100;

        氮肥农学效率 (kg/kg) = (施氮处理产量 - 不施氮处理产量)/施氮量;

        氮肥偏生产力 (kg/kg) = 产量/施氮量。

      • 两个地点的试验结果均表明,施肥处理山药产量均显著高于对应的不施肥处理,增产率达21.5%~69.3% (表1)。在基追比例相同的条件下,施N量超过300 kg/hm2时,山药增产效果不明显。在追氮量相同时,基施不同氮量的山药产量没有明显差异。可见,在本研究条件下基施纯N 60 kg/hm2,总施N 300 kg/hm2左右就能满足山药各个生育期对氮素养分的需求。

        表 1  不同养分供应水平对山药产量的影响

        Table 1.  Effects of nutrients application rates on yam yield

        地点
        Site
        NPK
        处理
        Treatment
        产量 (kg/hm2)
        Yield
        处理
        Treatment
        产量 (kg/hm2)
        Yield
        处理
        Treatment
        产量 (kg/hm2)
        Yield
        随东村
        Suidong Village
        N023999.4 ± 1048.2 cP030123.9 ± 1303.7 cK027603.3 ± 1196.6 c
        N22530494.6 ± 1104.1 bP7537657.1 ± 1524.1 bK22534857.7 ± 2008.6 b
        N30040624.8 ± 919.7 a P15040615.3 ± 1374.9 aK30040507.3 ± 1626.6 a
        N45039523.5 ± 1089.7 aP30040533.9 ± 2087.7 aK45040669.2 ± 1477.9 a
        西孟尝村
        Ximengchang Village
        N'030641.4 ± 1511.6 bP'034508.2 ± 2318.5 bK'029199.6 ± 1268.1 c
        N'6040870.4 ± 2897.2 aP'15043538.1 ± 2502.4 aK5:2:242166.0 ± 1678.8 a
        N'9042166.0 ± 1678.8 aP'22542166.0 ± 1678.8 aK5:445438.3 ± 1958.2 a
        N'12041613.1 ± 2031.1 aP'30041936.7 ± 2602.5 aK9:037975.3 ± 2264.3 b
        注(Note):数据为平均值 ± 标准偏差 The data are mena ± Sd; 同列数据不同小写字母表示相同地区不同处理之间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a column indicate significant difference among treatments in the same site (P < 0.05).

        对两个地点供磷水平试验结果分析发现,施P2O5量超过150 kg/hm2时,山药增产效果均不明显,而P150处理的山药产量显著高于P75处理,增产7.9%。因此,山药生产中基施P2O5 150 kg/hm2即可保证40 t/hm2左右的产量水平。

        不同施钾量试验表明,在K2O供应总量低于300 kg/hm2时,钾肥增产效果明显。在施钾量相同 (270 kg/hm2),基追分施的K5∶2∶2、K5:4处理山药产量没有明显差异,但均显著高于一次性基施的K9∶0。因此,施K2O总量控制在270~300 kg/hm2,并且基追结合施用有利于山药产量的形成。

      • 随着山药生长发育,不同供氮水平下山药植株地上部氮磷钾累积量均呈先升高后降低的趋势,并在根茎膨大盛期达到峰值 (图1-AC)。甩条发棵期地上部氮磷钾累积量均以N450处理最高。根茎膨大初期、盛期和收获期,3个施氮处理的地上部氮磷钾累积量差异不显著。整个生育期均以N0处理地上部氮磷钾累积量最低。

        图  1  不同氮水平下山药各生育时期养分累积量 (随东村)

        Figure 1.  Nitrogen application rates on nutrients accumulation of yam at different growth stages (Suidong Village)

        不同供氮水平下山药地下部根茎氮磷钾累积量均表现出随着生育进程逐渐增加的趋势 (图1-DF)。其中,根茎膨大初期至膨大盛期氮磷钾累积量最大,分别占整个生育期的60.3%、66.8%和50.5%。甩条发棵期各处理地下部根茎氮磷钾累积量基本相当;膨大初期各处理氮磷累积量也基本相当,但钾累积量N300处理显著高于N225和N450处理 (P < 0.05)。膨大盛期3个施氮处理的根茎氮磷钾累积量均没有明显差异,但显著高于N0处理 (P < 0.05)。收获期氮累积量N225处理显著低于N300和N450处理,磷钾累积量3个施氮处理均没有明显差异。

        全株的总氮磷钾累积量也均随着生育进程逐渐增加 (图1-GI)。根茎膨大盛期地下部氮磷钾养分累积量分别占到了全株累积总量的75.6%、79.8%和80.6%。收获期,与N0比较,各施氮处理全株N、P和K总累积量平均分别提高了57.6%、27.9%和33.0%。不同供氮水平对山药总氮磷钾累积量的影响与地下部相似。

        不同基施氮量结果 (图2) 表明,茎的氮累积量在N'90和N'120处理之间没有明显差异,但显著高于N'0和N'60处理;磷累积量以N'120处理最高;钾累积量N'90处理显著高于N'60和N'120处理。叶的氮磷累积量N'60和N'90处理没有明显差异,但显著高于N'0和N'120处理;而钾累积量3个基施氮水平之间差异不显著。零余子的氮磷钾累积量均以N'90处理最高。地上部总的氮磷钾累积量也均以N'90处理最高,与N'0处理相比,地上部N、P和K总累积量分别提高了105.8%、51.6%和71.5%。

        图  2  不同施氮处理山药收获期各部位养分累积量 (西孟尝村)

        Figure 2.  Nutrient accumulation in different parts of yam at harvest under different N application rates (Ximengchang Village)

        根茎氮累积量N'90处理显著高于N'120处理,与N'60处理差异不显著;磷钾累积量3个施氮处理间均没有明显差异。全株氮、钾累积量均以N'90处理最高,磷累积量3个供氮水平之间差异不显著。

      • 不同供磷水平下山药地上部氮磷钾累积量结果 (图3-AC) 表明,甩条发棵期地上部氮累积量4个处理间没有明显差异,磷累积量3个施磷处理间差异不显著,但均显著高于P0处理,钾累积量3个施磷处理间差异不显著,但P300处理显著高于P0处理 (P < 0.05)。在根茎膨大初期、盛期和收获期,3个施磷处理的地上部氮磷钾累积量均没有明显差异,但均显著高于P0处理 (P < 0.05)。

        图  3  不同磷水平下山药各生育时期养分累积量 (随东村)

        Figure 3.  Nutrients accumulation of yam at different growth stages under different phosphorous application rates (Suidong Village)

        图3-DF可见,甩条发棵期地下部氮磷钾累积量4个处理间均没有明显差异。膨大初期氮磷累积量4个处理间差异也不显著,钾累积量3个施磷处理间没有明显差异,但均显著高于P0处理 (P < 0.05)。膨大盛期和收获期根茎氮磷钾累积量P150和P300处理没有明显差异,但均显著高于P75处理 (P < 0.05),P0处理最低。表明增施磷肥对山药生育前期养分累积影响不明显,但可以明显促进山药膨大盛期和收获期根茎对氮磷钾养分的吸收累积。

        不同供磷水平全株氮磷钾累积量变化规律与地下部相似。在收获期,与P0处理相比较,施磷处理的全株N、P和K累积量平均分别提高了22.9%、26.7%和32.8% (图3-GI)。

        西孟尝村的试验结果 (图4) 表明,不同施磷水平对收获期茎的氮累积量没有明显影响;磷累积量以P'300处理最高;钾累积量P'150和P'225处理基本相当,但显著高于P'0和P'300处理。叶的氮、磷累积量均以P'225处理最高;钾累积量4个处理间差异不显著。零余子氮、磷、钾累积量P'225处理均显著高于其他3处理。地上部氮、磷、钾总累积量均以P'225处理最高,P'0处理最低。

        图  4  不同施磷处理山药收获期各部位养分累积量 (西孟尝村)

        Figure 4.  Nutrients accumulation in different parts of yam at harvest under different phosphorous application rates (Ximengchang Village)

        根茎氮、磷、钾累积量3个施磷处理间也没有明显差异,但显著高于P'0处理。

        全株氮累积量结果与地上部相似,P'225处理显著高于P'150处理,与P'300处理没有明显差异,磷、钾累积量3个施磷处理间没有明显差异,但显著高于P'0处理。

      • 图5-AC结果表明,甩条发棵期地上部氮磷钾累积量4个处理基本相当。膨大初期地上部氮累积量4个处理间仍没有明显差异;磷累积量3个施钾处理间无显著差异,但显著高于K0处理;钾累积量以K300处理最高,显著高于其他3个处理 (P < 0.05)。膨大盛期地上部氮磷累积量K300和K450处理之间差异不显著,但显著高于K225处理 (P < 0.05);钾累积量以K300处理最高。收获期K300和K450处理的地上部氮磷钾累积量均没有明显差异,但均显著高于K225处理 (P < 0.05)。

        图  5  不同钾水平下山药各生育时期养分累积量 (随东村)

        Figure 5.  Nutrient accumulation of yam at different growth stages under different potassium application rates (Suidong Village)

        图5-DF结果表明,山药甩条发棵期地下部根茎氮、磷、钾累积量各处理间均差异不显著。膨大初期根茎氮、磷累积量各处理差异也不显著;钾累积量在K300和K450处理之间也没有明显差异,但显著高于K0和K225处理 (P < 0.05)。膨大盛期和收获期根茎氮磷钾累积量K300和K450处理差异不显著,但显著高于K0和K225处理 (P < 0.05)。

        不同供钾水平全株的总氮磷钾累积量变化规律与地下部相似 (图5-GI)。与K0处理相比,收获期K300和K450处理N、P和K总累积量平均分别提高了45.5%、33.6%和82.9%。说明增施钾肥可以明显促进山药对养分的吸收,但K2O用量超过300 kg/hm2时,对山药的养分吸收影响不明显。

        对山药收获期各部位的养分累积情况进行分析 (图6),结果表明,茎的氮累积量K5∶2∶2处理显著高于其他3个处理,磷累积量K5∶4处理显著高于K'0和K9∶0处理,与K5∶2∶2处理没有明显差异,钾累积量以K5∶2∶2处理最高;叶的氮、磷、钾累积量3个施钾处理间均无显著差异;零余子的氮磷累积量K5∶2∶2处理显著高于K'0和K9:0处理,与K5∶4处理基本相当,钾累积量K5∶2∶2处理显著高于其他3个处理;地上部氮钾总累积量均以K5∶2∶2处理最高,主要体现在茎和零余子氮钾累积量的明显增加,而磷累积量在K5∶2∶2和K5∶4处理之间没有明显差异,说明K5∶2∶2处理的施钾方式最有利于山药地上部氮磷钾养分的累积。

        图  6  不同施钾处理山药收获期各部位养分累积量 (西孟尝村)

        Figure 6.  Nutrient accumulation in different parts of yam at harvest under different potassium application rates (Ximengchang Village)

        根茎氮累积量K5∶4处理显著高于其他3个处理,而磷钾累积量在K5∶2∶2和K5∶4处理之间均没有明显差异,但显著高于K'0和K9∶0处理。

        全株氮磷钾累积量在K5∶2∶2和K5∶4处理之间没有明显差异,但均显著高于K'0和K9∶0处理,说明钾肥基追结合施用比一次性基施更有利于山药对氮磷钾养分的吸收累积。

      • 表2可见,N225与N300处理的氮肥表观利用率和偏生产力差异不显著,但均显著高于N450处理;农学效率以N300处理最高。对基肥不同施氮量结果进行比较,可以看出,N'60处理的氮肥表观利用率和偏生产力均显著高于N'120处理,但与N'90处理没有明显差异。说明在基追比相同情况下,增加施氮量会降低氮肥表观利用率、农学效率和偏生产力。追氮量相同时,基肥施N 60和90 kg/hm2的氮素养分利用效率基本相当。

        表 2  不同施肥处理山药的养分利用效率

        Table 2.  Nutrient utilization efficiency of yam treated with different fertilization treatments

        地点
        Site
        处理
        Treatment
        ARE
        (%)
        AE
        (kg/kg)
        PFP
        (kg/kg)
        PARE
        (%)
        AE
        (kg/kg)
        PFP
        (kg/kg)
        KARE
        (%)
        AE
        (kg/kg)
        PFP
        (kg/kg)
        随东村
        Suidong Village
        N22515.6 a28.9 b135.5 aP75 6.1 b100.4 a 502.1 aK225 9.7 c32.2 b154.9 a
        N30016.7 a55.4 a135.4 aP15010.1 a69.9 b270.8 bK30033.0 a43.0 a135.0 b
        N45011.4 b34.5 b 87.8 bP300 5.0 b34.7 b135.1 cK45018.2 b29.1 b 90.4 c
        西孟尝村
        Ximengchang Village
        N'60 16.2 a34.1 a136.2 aP'15013.7 a60.2 a290.3 a K5:2:225.8 a48.0 a156.2 a
        N'90 17.8 a34.9 a 127.8 abP'22513.1 a34.0 b187.4 bK5:425.5 a63.9 a172 .0 a
        N'12010.4 b30.5 a115.6 bP'300 9.1 b24.7 b139.8 cK9:019.4 b25.8 b133.9 b
        注(Note):ARE—表观利用率 Apparent use efficiency; AE—农学效率 Agronomy efficiency; PFP—偏生产力Partial factor productivity; 同列数值后不同小写字母表示同一试验点不同施肥处理之间差异显著 (P < 0.05) Values followed by different small letters in a column indicate the significant difference among different treatments in the same site (P < 0.05).

        对磷肥利用效率的分析结果表明,随东村P75与P300处理的磷肥表观利用率差异不显著,但均显著低于P150处理;农学效率和偏生产力均以P75处理最高。西孟尝村的磷肥表观利用率P'150与P'225处理没有明显差异,但显著高于P'300处理,而农学效率P'150处理显著高于P'225和P'300处理。两年的结果均表明,施P2O5量超过150 kg/hm2时,磷肥农学效率显著下降;磷肥偏生产力随施磷量增加显著降低。

        钾肥利用效率结果表明,随东村K300处理钾肥表观利用率和农学效率显著高于K225和K450处理;偏生产力随施钾量增加而降低。西孟尝村钾肥基追结合的K5∶2∶2和K5∶4处理各项养分利用效率指标基本相当,但均显著高于一次性基施处理。

      • 作物生育期肥料的科学运筹不仅有助于作物产量品质的形成,还能提高养分利用效率,减少资源浪费和环境污染[4-5]。山药生育期长,从播种至出苗的时间也比较长,一般需要1个月左右的时间,且生育前期种薯本身还可以提供一定的养分,加之栽种山药的土壤均为保水保肥性能较差的砂土或砂壤土,所以养分的总量控制和全生育期的养分运筹对于在保证山药一定产量水平的前提下实现养分资源的高效利用并有效减少环境污染至关重要。

        作物产量对施肥量的响应一般遵循报酬递减率[21]。本研究中,随施氮量的增加,山药产量在施N量300 kg/hm2达到最高。但在甩条发棵期,施氮450 kg/hm2 (N450) 的山药地上部的氮、磷、钾养分累积量均为最高。对结果进行分析发现,高氮投入并没有造成植株养分浓度的明显增加,而是前期较高的氮肥投入促进了山药苗期地上部的生长发育,导致此时山药鲜/干生物量明显增加的结果。但高氮肥投入并没有对山药最终的产量和后期养分累积产生积极影响,养分利用效率相对其他施氮水平反而明显下降。这可能与施氮量过高造成山药前期的地上部旺长,反而不利于后期根茎的生长发育有关。吴萍萍等[22]在生姜上的试验也取得了相似的结果。N300 (总施N量300 kg/hm2) 处理的山药产量与收获期的氮累积量均显著高于N225处理,且养分利用效率显著优于N450处理。西孟尝村的试验结果表明,由于基施氮量不同导致总施N量分别为300、330、360 kg/hm2的山药产量差异也不显著。根据两个地点山药产量对施肥量的响应,以保证一定产量同时兼顾养分高效、保护环境和维持一定的土壤氮肥力为基本目标,在传统的水肥管理模式下,本研究推荐总施氮量为300~330 kg/hm2

        基施不同氮量的试验结果表明,地上部总的氮磷钾累积量均以基肥施N 90 kg/hm2处理 (N'90) 最高,其中氮累积量的提高主要是提高了零余子氮含量,磷累积量的提高主要是提高了叶和零余子磷含量,而钾累积量的提高主要是茎和零余子钾含量提高。N'90处理下的全株氮和钾累积量显著高于N'60处理 (基肥施N 60 kg/hm2),但两者的地上部磷累积量、地下部根茎氮磷钾累积量、山药的产量及养分利用效率均无明显差异,说明基施纯N 60~90 kg/hm2+追肥240 kg/hm2的氮管理模式就可以保证山药正常的生长发育,并实现养分利用效率的最大化。当基施氮量增加至120 kg/hm2时,地下部根茎磷钾累积量没有明显变化,但氮累积量明显下降。可能是过量施氮一定程度上抑制根系的生长[23-24],且砂土或砂壤土硝态氮易于淋溶[25]。综合两年的试验结果,从保证山药产量并实现养分累积和利用效率最大化,同时有利于维持土壤氮肥力角度考虑,推荐基施纯N 60~90 kg/hm2,总施N量300~330 kg/hm2,分别于甩条发棵期、根茎膨大初期和盛期追肥为传统水肥管理模式下的最佳氮肥管理方式。

        磷肥的科学施用也可以有效提高作物产量,并促进作物对土壤磷素的吸收利用[26]。与一般蔬菜作物相似,山药一生对磷的需求量明显低于对氮钾的需求[14-15]。山药传统水肥管理模式下,生育期间的追肥基本上均是撒施于地表,然后灌溉,借助水分的垂直运移将养分带入根系密集层。但由于磷肥溶解度较低,且磷素在土壤中的移动性差,因此,撒施于地表的磷肥很难移动到根区被山药吸收利用。而如果一次性基施磷肥,由于磷素本身的化学特性,也不易造成磷肥脱离土体的任何损失[21]。故本研究中磷肥的施用全部考虑作为基肥,以最大程度保证磷肥与根系的密切接触。两个地点的研究结果均表明,当施P2O5量低于150 kg/hm2时,山药的产量和对养分的吸收利用均会受到明显影响。与施P2O5量150 kg/hm2相比,当施P2O5量达225 kg/hm2时,山药产量没有明显变化,但地上部氮磷累积量以及全株氮的累积总量显著提高,而表观利用率也没有明显下降。当施P2O5量提高到300 kg/hm2时,由于山药的耐肥性,产量虽没有明显下降,但养分利用效率明显降低。因此,综合考虑山药产量和养分利用效应,并有利于土壤磷肥力保持,在传统水肥管理模式下以一次性基施P2O5 150~225 kg/hm2为宜。对收获期山药各部位的磷素累积量分析结果表明,适量磷肥施用提高了山药氮磷累积量的结果,主要是由于促进了叶和零余子对氮磷的吸收累积;钾累积量的增加主要是提高了茎和零余子中钾的累积量。

        合理的钾素营养在促进作物增产提质增效方面具有重要作用[21]。本研究中,山药根茎从膨大初期开始大量吸收钾素,随着施钾量增加,山药产量和根茎氮磷钾累积量逐渐增加,在施K2O 300 kg/hm2时趋于稳定,并且此时养分利用效率也最优。从全生育期的运筹分配来看,与钾肥一次性基施相比,在总施钾量相同的情况下,于根茎膨大初期追施一次钾肥或者于根茎膨大初期和盛期各追施一次钾肥均有利于提高山药产量和养分利用效率。

      • 科学合理的养分投入水平与运筹可以促进山药产量的形成和对氮磷钾养分的吸收累积,提高养分利用效率。结合适种山药的土壤特点和山药养分需求特性,从保证山药产量并实现养分累积和利用效率最大化,同时有利于维持土壤肥力角度考虑,推荐传统水肥管理方式下最佳氮磷钾养分管理模式为:基施纯N 60~90 kg/hm2,总施N量300~330 kg/hm2,追肥分别于甩条发棵期、根茎膨大初期和盛期进行;一次性基施P2O5 150~225 kg/hm2;施K2O 270~300 kg/hm2,基肥120~150 kg/hm2,其余于根茎膨大初期追施一次或者于根茎膨大初期和盛期等量各追施一次。

    参考文献 (26)

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