施肥方式和施氮量对枸杞微孔陶瓷根灌土壤水氮分布的影响.pdf

节水灌溉 2021年第1期 施肥方式和施氮量对枸杞微孔陶瓷根灌土壤 水氮分布的影响 韩梦雪 1 张 林 2 1 西北农林科技大学水利与建筑工程学院 陕西杨凌712100 2 西北农林科技大学水土保持研究所 陕西杨凌712100 摘 要 为探索适用于微孔陶瓷根灌水肥一体化的高效水氮模式 以青海柴达木地区枸杞为对象 研究了微孔 陶瓷根灌条件下不同施肥方式和施氮量对土壤含水率 土壤硝态氮含量和枸杞产量的影响 结果表明 在灌水量相 同情况下 微孔陶瓷根灌的湿润体与枸杞根系的高密度区匹配较好 在降低渗漏损失的同时有利于根系吸水 在施 氮量相同情况下 微孔陶瓷根灌穴施施肥和微孔陶瓷根灌水肥一体化处理分别较地表滴灌处理增产20 3 10 9 微孔陶瓷根灌水肥一体化进行减氮处理时 中氮和低氮下的土壤硝态氮量分布更均匀 氮肥利用效率更高 但减氮 处理会降低土壤硝态氮的含量 影响枸杞产果 中氮和低氮处理的产量分别为高氮处理产量的87 7 和79 7 因 此 枸杞微孔陶瓷根灌时 建议采用穴施施肥方式 施氮量为390kg hm 2 这样有利于枸杞获得较高的产量 关键词 微孔陶瓷根灌 枸杞 土壤水氮分布 施肥方式 土壤含水率 硝态氮 氮肥利用效率 中图分类号 S275 4 文献标识码 A 韩梦雪 张 林 施肥方式和施氮量对枸杞微孔陶瓷根灌土壤水氮分布的影响 J 节水灌溉 2021 1 60 64 HAN M X ZHANG L Effects of fertilization methods and nitrogen content application on soil water and nitrogen distribution under micro porous ceramic root irrigation of Lycium barbarum J Water Saving Irrigation 2021 1 60 64 Effects of Fertilization Methods and Nitrogen Content Application on Soil Water and Nitrogen Distribution Under Microporous Ceramic Root Irrigation of Lycium barbarum HAN Meng xue 1 ZHANG Lin 2 1 CollegeofWaterResourcesandArchitecturalEngineeringofChina NorthwestA FUniversity Yangling712100 Shaanxi Province China 2 InstituteofSoilandWaterConservation NorthwestA FUniversity Yangling712100 ShaanxiProvince China Abstract Inordertoexploreahigh efficiencywaterandnitrogenmodelsuitableforthemicroporousceramicrootirrigation the Lycium barbaruminChaidamuofQinghaiprovincewasselectedasresearchobject theeffectsofdifferentfertilizationmethodsandnitrogenlevelson soilmoisturecontent soilnitratenitrogencontentandLyciumbarbarumyieldundermicroporousceramicrootirrigationwerestudied The resultsshowedthatunderthesameirrigationamountofwater thewettingbodyofmicroporousceramicrootirrigationwaswellmatchedwith thehigh densityareaofLyciumbarbarumroot whichwasbeneficialtowaterabsorptionofrootsystemwhilereducingleakageloss Under theconditionofthesameamountofnitrogenapplication theyieldwasincreasedby20 3 and10 9 respectively comparedwiththatof surfacedripirrigation WhenNreductiontreatmentwasintegratedwithwaterandfertilizerformicro porousceramicroots thesoilnitrate nitrogen content was more evenly distributed and the utilization efficiency of N fertilizer was higher under medium and low N treatment However NreductiontreatmentwouldreducethesoilnitratenitrogencontentandaffectthefruitproductionofLyciumbarbarum Theyields ofNreductiontreatmentandlowNtreatmentwere87 7 and79 7 ofthoseunderhighNtreatment respectively Therefore whenLycium barbarummicroporousceramicrootirrigationisperformed itisrecommendedtoapplyfertilizerincaveswithanitrogenrateof390kg hm 2 whichisconducivetohigheryieldofLyciumbarbarum Key words microporous ceramic root irrigation Lycium barbarum soil water and nitrogen distribution fertilization method soil 文章编号 1007 4929 2021 01 0060 05 收稿日期 2020 08 31 基金项目 十三五 国家重点研发计划项目 2017YFC0403605 宁夏回族自治区重点研发计划项目 2018BBF02006 作者简介 韩梦雪 1994 男 硕士研究生 主要从事节水灌溉技术研究 E mail hmx4900 60 施肥方式和施氮量对枸杞微孔陶瓷根灌土壤水氮分布的影响 韩梦雪 张 林 moisturecontent Nitratenitrogen nitrogenefficiency 0 引 言 微孔陶瓷根灌是一种新型灌溉方式 将微孔陶瓷灌水器 作为渗水介质埋入地下直接向作物根区供水 借由灌水器内 外水势差提供动力 可实现微压或零压灌溉 1 3 具有节能 节水等优点 在干旱和半干旱地区应用效果较好 4 6 水肥一 体化通过水分与养分的同步供应有效的提高了肥料利用效率 增加作物产量且省时省工 是目前最为高效的灌溉施肥 技术 7 水肥一体化应用于滴灌的研究较为丰富成熟 可供于参 考借鉴 刘晓丽等 8 对比了不同灌水方式下的湿润体差异和枸 杞产量 发现根际滴灌的湿润体分布于枸杞根系密集区域 有利于降低蒸发和减少渗漏 刘月等 9 研究表明在微咸水滴灌 条件下的枸杞灌水量超过2850kg hm 2 时 适宜增施氮肥会使 浅层土壤含水率增大 但将微孔陶瓷根灌同水肥一体化技术 相结合的研究较少 李邵等 10 在负压水头下采用陶瓷盘供水施 肥的研究表明在高水分条件下 提高施肥水平能促进黄瓜的 植株生长和根系发育 提高叶片光合速率和根系活力 姜红 娜等 11 将多孔陶瓷盘竖埋于土壤中进行灌溉施肥 通过保持各 层土壤水分的持续稳定 避免土壤干湿交替所产生的不利影 响 有良好的生产效果 董爱红 12 对不同肥料类型下微孔陶瓷 灌水器堵塞影响的研究表明 尿素不会引起灌水器堵塞 硫 酸钾和复合肥需配合冲洗措施或较大首部压力使用 氮是影 响作物产量和品质的重要因素 13 在水分充足情况下 春小麦 生物量随施氮量增加而增加 14 但施氮量过高 会导致作物徒 长 烧苗 甚至出现少花低产等情况 同时也会形成硝酸盐 淋失 造成地下水污染 加剧土壤环境污染 15 16 灌水和施 肥方式不同 会对土壤水分分布和氮素供应产生较大影响 进而影响作物根系生长发育 并最终影响作物的产量和 品质 17 18 为了揭示微孔陶瓷根灌条件下的土壤水氮分布规律 本 文以青海柴达木枸杞为研究对象 以地表滴灌处理作为对照 通过小区灌水试验 分析了微孔陶瓷根灌条件下不同施肥方 式和施氮量对土壤水含水率 土壤硝态氮含量和枸杞产量的 影响 以期为微孔陶瓷根灌水肥一体化技术参数的确定提供 一定的科学依据 1 材料与方法 1 1 试验区概况 试验区位于青海省海西州德令哈市怀头他拉镇防沙治沙 公司枸杞种植园区 96 44 E 37 21 N 海拔2874m 地处 柴达木盆地东北部 气候属高原干旱类型 全年累积积温为1 909 2822 年平均日照时数 3000h 日照强 但由于 热量散失快 昼夜温差大 夏季平均昼夜温差达到13 1 冬季气温低且降雪量少 无霜期约97d左右 多年平均降水 量110 3mm 全年80 90 的降雨集中在6 8月 降雨量少 且分配不均 供试土壤为壤质砂土 砂粒含量占70 以上 粘粒不足1 质地疏松且保水性差 容重1 52g cm 3 田间持 水率约为18 0 体积 土壤所含营养元素稀少 土壤有机 质含量为5 0g kg 速效氮含量108 6mg kg 速效磷含量为 3 6mg kg 速效钾含量为2 9mg kg 1 2 试验设计 试验始于2019年4月底 试种枸杞品种为 宁枸七号 树龄4 5a 株距和行距分别为0 8m和1 2m 试验因素为施 肥方式和施氮量 施肥方式有2个水平 主要包括穴施和水肥 一体化 施氮量有3个水平 高 中 低 分别为对照处理 CK 施氮量的100 80 和60 CK为当地膜下滴灌 采 用不完全组合试验 共5个处理 具体见表1 CK处理选用耐 特菲姆超级台风贴片式滴灌带 滴头间距为30cm 全生育期 灌水7次 每次灌水2h 灌水量约13mm h 其余四个处理均 采用微孔陶瓷根灌措施进行灌溉 供水水源为体积1 1m 3 的水 桶 工作压力水头为50cm 微孔陶瓷灌水器间距为0 8m 埋深30cm 距离枸杞植株20cm 滴灌和微孔陶瓷根灌均采 用一管一行的布置方式 管道长度40m 微孔陶瓷根灌处理 灌水遵循CK处理灌溉制度 每当CK处理灌水时 在供水桶 内补充等量灌水 施肥时 CK处理通过水肥一体化首部直接供给肥水 水 肥一体化微孔陶瓷根灌处理通过20m扬程水泵加压施肥 施 肥时长2h 并在施肥完成后冲洗毛管 防止水肥溶液长时间 滞留于毛管中成生物堵塞 试验区所用氮肥为尿素 含氮量 46 4 磷肥和钾肥采用均衡型的大量元素水溶肥料 P 2 O 5 K 2 O TE 施肥 每公顷施用207kg 每个处理设置3次重复 1 3 测定项目及方法 1 土壤含水率测定 以枸杞主干位置为0点 测量位置分 别设在枸杞主干一侧5cm处 T1 20cm处 T2 40cm处 T3 及相反一侧 20cm处 T4 在相应测位处埋置Trim管 测管埋深100cm 用TDR水分测定仪 测量土层0 100cm深度 土壤含水率 每间隔20cm测定1次 土壤表层0 10cm土壤水 分采用取土烘干法测量后换算成体积含水率 2 土壤硝态氮测定 测点位置与土壤含水率测点相同 在 枸杞采收期结束后取5 0g土样品置于200mL塑料瓶中 加入50 mLKCL 在振荡机上振荡30min后静置过滤 使用紫外分光仪测 定结果计算土壤硝态氮含量 3 产量和氮肥利用效率 各处理随机选定12株枸杞 对不 同果实成熟期内收获的干果产量予以累加 计算得该处理产量Y 表1 试验处理表 Tab 1 Test treatment table 序号 CK AF F1 F2 F3 灌水施肥方式 水肥一体化膜下滴灌 微孔陶瓷根灌 穴施施肥 水肥一体化微孔陶瓷根灌 水肥一体化微孔陶瓷根灌 水肥一体化微孔陶瓷根灌 施氮量 100 100 100 80 60 尿素 氮 kg hm 2 390 390 390 312 234 61 施肥方式和施氮量对枸杞微孔陶瓷根灌土壤水氮分布的影响 韩梦雪 张 林 kg hm 2 氮肥利用效率 PNP 可反映土壤基础养分水平和氮肥 施用量综合效应 计算如式 1 所示 PNP Y F 1 式中 PNP为氮肥利用效率 kg kg F为施氮量 kg hm 2 2 结果分析 2 1 土壤含水率分布特征 2 1 1 土壤含水率随时间变化规律 图1给出灌溉开始后120h内距树干5cm处土壤含水率变 化特征 从图1可以看出 微孔陶瓷根灌处理的土壤水分分布 与地表滴灌 CK 处理差异较大 滴灌开始后 各土层含水 率随灌溉时间的增加而迅速上升 在2h灌水结束时表层土壤 含水率停止增长 随后的118h内由于土壤水分再分布 各土 层土壤含水率呈明显下降趋势 然而 同时段的微孔陶瓷根 灌处理的各土层含水率随时间变幅较小 一直处于比较稳定 的状态 这主要是因为微孔陶瓷灌水器以持续性 小流量的 方式湿润土壤 当某一层土壤含水率下降 很快就能得到 补充 有研究表明20 40cm土层是枸杞根系分布的高密度区 19 0 60cm土层基本包括枸杞全部根系 对于不同深度的土层而 言 滴灌下的0 60cm土层平均含水率仅在48h内能保持在田 持的85 以上 在85h后降至田持的70 以下 水分流失较 快 根系吸水受限 若无及时补水则可能对枸杞生长产生不 利影响 微孔陶瓷根灌借由土壤水势差提供动力 灌水稳定 后各土层土壤含水率随时间变幅极小 由于灌水器埋放在土 壤表层以下30cm处 20 40cm土层含水率相对较大 有利于 根系吸水 其中40cm土层的含水率可稳定维持在田持的85 左右 在0 60cm土层平均含水率可在整个生育期维持在田持 的60 以上 满足枸杞全生育期的需水要求 从而促进枸杞 生长和产量的提高 2 1 2 土壤含水率距树干不同位置分布特征 灌水开始后48h时 各处理距树干不同位置处的土壤含 水率分布如图2所示 微孔陶瓷根灌与滴灌的湿润体分布区域 有明显差异 滴灌的土壤水分主要分布在60 80cm的土层 土壤含水率超过田持的90 出水口下方100cm的土层含水 率超过12 4 该层含水率较灌溉前土壤含水率 8 4 增长 近47 6 湿润体呈现出下移的趋势 发深层渗漏 当湿润体 下移超过根系主要分布区域时 可能不利于根系吸水 这是 由于滴灌灌水较集中 而砂性土壤保水能力差 大量灌溉水 尚未被枸杞吸收利用就渗漏损失了 微孔陶瓷根灌由于灌水器埋放于地下30cm距作物根 系一端20 cm处 灌溉水从灌水器向周围土壤扩散 当 灌水器外部土壤含水率上升 内外水势差降低 出流减 少 反之灌水器则会向田间土壤自动补水 使得灌水器 附近区域 20 40 cm区间 的土壤含水率均稳定维持在 田持的75 以上 随着距灌水器距离增大 土壤含水率 逐渐减小 同时微孔陶瓷根灌处理下80cm 100cm土层 的土壤含水率接近未灌水时的状态 深层渗漏现象较 少 由于微孔陶瓷根灌处理的湿润体持续分布在枸杞根 系的密集区域 水分利用效率较高 2 2 土壤含氮量变化特征 图3为枸杞果实采收后 不同处理土壤硝态氮 NO 3 N 分布情况 在相同施氮量 100 不同施肥方式下 滴灌同 一深度土层的土壤硝态氮含量随着与树干距离的增加而增长 T4 T3 T2 T1 随着土层深度的增加呈先增大再减小的趋势 并在50 60cm土层出现峰值 这是由于灌溉水在扩散过程中 湿润体边界上的土壤含水率随扩散距离的增加而降低 硝态 氮浓度则随土壤含水率的降低而上升 水分的运移能力下降 硝态氮逐渐析出积聚于湿润体边界 处于湿润体边缘的50 60cm土层 其硝态氮含量最大 而深层土壤由于水分下渗较 图1 距树干5 cm处土壤含水率变化规律 Fig 1 The change rule of soil moisture content 5 cm away from the trunk 62 施肥方式和施氮量对枸杞微孔陶瓷根灌土壤水氮分布的影响 韩梦雪 张 林 少 运移过去硝态氮的减少 故深层的硝态氮含量最低 微 孔陶瓷根灌灌水 穴施施肥 AF 和微孔陶瓷根灌水肥一体 化 F1 处理由于施氮量与CK相同 土壤硝态氮含量分布遵 循上述规律 施肥方式对硝态氮分布无明显影响 在相同施肥方式不同施氮量下 以初始土壤硝态氮 含量为基准线 可以看出采收期后的土壤硝态氮含量随 着施氮量的降低明显下降 F1 F2 F3 同时中氮 F2 和低氮 F3 处理下的硝态氮分布规律与高氮 F1 处 理有明显差别 同一土层硝态氮含量分布更均匀的同时 峰值所在土层也较高氮处理土层加深20cm 这是由于施 氮量的降低使得氮肥浓度下降 氮肥析出边界直径增 大 氮肥积聚的深度得到增加 2 3 产量 氮肥利用效率 各处理产量及氮肥利用效率结果如图4所示 在相同施肥 量不同施肥方式下的产量表现为微孔陶瓷根灌灌水 穴施施 肥 AF 微孔陶瓷根灌水肥一体化 F1 滴灌处理 CK 且差异达到显著水平 P中氮 F2 低氮 F3 PF2 F1 P 0 05 注 白色圆圈 表示出水口在剖面上的位置 图2 灌水后48 h距树干不同位置土壤含水率分布 Fig 2 Distribution of soil cmoisture content 48 h after irrigation from different positions of tree trunk 注 竖直虚线 表示0 100 cm平均土壤初始硝态氮含量 横向虚线 表示100 施氮量下硝态氮含量峰值所在土层 图3 枸杞采收期后0 100 cm土壤硝态氮分布 Fig 3 Nitrate nitrogen distribution in soil 0 100 cm after the harvesting period of Lycium barbarum 63 施肥方式和施氮量对枸杞微孔陶瓷根灌土壤水氮分布的影响 韩梦雪 张 林 PNP随着施氮量得减少而增长 推测是微孔陶瓷根灌措施持 续湿润土壤的效果近似于CK处理增大灌水量来维持土壤含水 率 但水肥耦合存在阈值反应 高于阈值时 增产作用减 小 20 在番茄等其他作物的水氮实验中也存在高水平灌水时降 低施肥能够提高肥料利用效率的现象 21 这与本研究结论基本 一致 3 结 论 1 微孔陶瓷根灌措施下的湿润体持续稳定的分布于枸 杞根系的高密度区 降低渗漏损失的同时有利于根系吸水 2 在微孔陶瓷根灌措施下进行减氮处理会引起土壤硝 态氮含量的降低 但可使土壤硝态氮量分布更均匀 3 在施氮量相同情况下 微孔陶瓷根灌穴施施肥和微 孔陶瓷根灌水肥一体化处理分别较地表滴灌处理增产20 3 10 9 微孔陶瓷根灌水肥一体化进行减氮处理时 中氮和低 氮处理的产量分别为高氮处理产量的87 7 和79 7 因此 枸杞微孔陶瓷根灌时 建议采用穴施施肥方式 施氮量为390 kg hm 2 这样有利于枸杞获得较高的产量 参考文献 1 李向明 杨建国 微孔陶瓷灌水器流量影响因素研究 J 农业机械 学报 2016 47 4 78 83 2 BAINBRIDGEDA Buriedclaypotirrigation alittleknownbutvery efficient traditional method of irrigation J Agricultural Water Management 2001 48 2 79 88 3 CAIY WuP ZhangLetal Simulationofsoilwatermovementunder subsurface irrigation with porous ceramic emitter J Agricultural WaterManagement 2017 192 244 256 4 蔡耀辉 吴普特 张 林 等 微孔陶瓷渗灌与地下滴灌土壤水分 运移特性对比 J 农业机械学报 2017 4 247 254 5 ASHRAFI S GUPTA A D BABEL M S et al Simulation of infiltration from porous clay pipe in subsurface irrigation J InternationalAssociationofEntificHydrologyBulletin 2002 47 2 253 268 6 BATCHELORC LOVELLC MURATAM Simplemicroirrigation techniquesforimprovingirrigationefficiencyonvegetablegardens J AgriculturalWaterManagement 1996 32 1 37 48 7 马文丽 水肥一体化发展现状与展望 J 农业与技术 2018 38 18 47 8 刘晓丽 马理辉 岩晓莹 等 不同灌水方式对沙地枸杞土壤水分 及产量的影响 J 灌溉排水学报 2020 39 2 10 15 9 刘 月 杨树青 刘 敏 等 微咸水滴灌条件下水氮互作模式对 枸杞生长及农田土壤环境的影响研究 J 节水灌溉 2019 1 12 17 10 李 邵 薛绪掌 郭文善 等 水肥耦合对温室盆栽黄瓜产量与 水分利用效率的影响 J 植物营养与肥料学报 2010 16 2 376 381 11 姜红娜 李银坤 陈 菲 等 负水头灌溉施肥对日光温室番茄 生长及产量的影响 J 中国土壤与肥料 2015 06 65 69 12 董爱红 肥沙耦合条件下微孔陶瓷灌水器堵塞研究 D 陕西杨 凌 西北农林科技大学 2019 13 MAKINOA Photosynthesis grainyield andNitrogenutilizationin riceandwheat J PlantPhysiology 2011 155 1 125 129 14 刘晓宏 肖洪浪 赵良菊 不同水肥条件下春小麦耗水量和水分 利用率 J 干旱地区农业研究 2006 1 56 59 15 孙 媛 胡克林 邱建军 等 不同水肥管理下设施黄瓜地氮素 损失及水氮利用效率模拟分析 J 中国农业科学 2013 46 8 1 635 1645 16 JU M XU Z XING S W et al Nitrogen balance and loss in a greenhousevegetablesysteminSoutheasternChina J Pedosphere 2011 21 4 464 472 17 漆栋良 胡田田 吴 雪 等 适宜灌水施氮方式利于玉米根系 生长提高产量 J 农业工程学报 2015 31 11 144 149 18 GANESARAJA V RANI S M PKAVITHAet al Effect of drip irrigationregimesandfertilizerapplicationmethodsongrowth yield and nutrient uptake of baby corn J Journal of Maharashtra AgriculturalUniversities 2009 34 1 92 93 19 占玉芳 鲁延芳 甄伟玲 等 河西灌区枸杞根系空间分布特征 研究 J 水土保持研究 2016 23 4 133 137 20 万书勤 康跃虎 刘士平 等 柴达木地区滴灌水 盐 肥综合调 控对枸杞生长和水肥利用的影响 J 节水灌溉 2016 5 37 41 21 MUBARAKI JANATM Responseofnewcottonvariety rassafa to Nitrogen fertilizer and partial rootzone drying drip irrigation J The OpenAgricultureJournal 2018 12 1 1 10 注 不同小写字母表示5 差异显著水平 图4 各处理产量及氮肥利用效率 Fig 4 The yield and nitrogen utilization efficiency of each treatment 64