化肥减施下木薯产量及养分吸收利用特征

2021-12-23 16:55罗梁元薛欣欣魏云霞黄洁张永发赵春梅罗雪华王文斌
热带作物学报 2021年11期
关键词:木薯产量

罗梁元 薛欣欣 魏云霞 黄洁 张永发 赵春梅 罗雪华 王文斌

摘  要:木薯种植中的不合理施肥容易引起徒长、产量下降。本研究通过田间试验,设置不施肥、常规施肥、减量施肥、减量同步施肥4个处理,以探明不同施肥量及施肥时期对木薯產量及养分吸收利用的影响,为提高肥料利用效率、增加木薯产量提供依据。结果表明:施肥能够显著增加木薯的株高、茎粗及生物量;减量施肥、减量同步施肥处理木薯块根的产量极显著高于常规施肥与不施肥处理,与不施肥和常规施肥处理相比,减量施肥木薯鲜重依次增加28.15%、32.73%,减量同步施肥依次增加15.46%、19.57%;与常规施肥相比,化肥减量施用能提高木薯块根的收获指数;施肥能够提高木薯的淀粉含量,与常规施肥相比,适当减少化肥用量不会导致木薯块根淀粉含量的下降;化肥减施能够提高肥料的利用率,与常规施肥处理相比较,减量施肥处理氮、磷肥利用率分别提高8.52、5.01个百分点,钾肥利用率两者相近,减量同步施肥处理氮、磷、钾肥利用率分别提高12.65、8.09、6.26个百分点,对肥料利用率的作用更为明显。在本试验条件下,2个化肥减施的处理块根产量分别为44.93 t/hm2及40.08 t/hm2,显著高于常规施肥处理的32.58 t/hm2,肥料利用效率显著提高,达到了“减肥增效”的目的。

关键词:木薯;化肥减施;产量;养分吸收

中图分类号:S533      文献标识码:A

Abstract: Excessive fertilization in cassava planting will cause excessive top growth and reduce tuber root yield. To provide theoretical basis for practices with high yielding and high uptake efficiency of fertilizer, a field experiment was carried out with four treatments i.e. no fertilization (UT), conventional fertilization (CFT), 25% reduction in fertilization (RFT) and simultaneous fertilization with 25% reduction (RSFT). The effects of different fertilizer amounts and split application on cassava yield and nutrient uptake and utilization were studied. The results showed that fertilization could significantly increase plant height, stem diameter and biomass of cassava. The tuber root yields of RFT and RSFT were significantly higher than that in CFT and UT. The fresh weight of cassava in RFT increased by 28.15% and 32.73%, respectively,compared with that in UT and CFT. Yield increments of 15.46% and 19.57% were obtained in RSFT. The starch content in tuber root increased with fertilizer application. The results showed that reducing fertilization in a certain extent would not cause starch content decline in tuber root. Compared with CFT, the uptake rate of N and P increased by 8.52 and 5.01 percent, respectively, in RFT, while similar uptake rate of K was observed in both CFT and RFT. Higher increment of N, P and K uptake rate was observed in RSFT, uptake rate of N, P and K increased by 12.65, 8.09 and 6.26 percent, respectively. Under the conditions of this experiment, significantly higher root tuber yield was obtained in RFT and RSFT, which reached to 44.93 t/hm2 and 40.08 t/ha, while a lower tuber root yield of 32.58 t/ha was found in CFT. The uptake rate of fertilizer was significantly improved, which indicated that higher economic efficiency could be obtained with reduced fertilization.

Keywords: cassava; reduced fertilization; yield; nutrient absorption

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2021.11.016

木薯是我国六大热带作物之一,也是重要的淀粉和能源作物[1],主要分布在广西、广东、福建和海南等熱带、亚热带地区[2]。研究表明,木薯理论产量能达到90 t/hm2[3],然而2017年来我国木薯平均产量仅为16.5 t/hm2[4],木薯的种植规模和经济效益不高,主要依靠进口来满足市场需求[5]。栽培措施、品种等都是影响木薯产量和效益的重要因素,其中合理施肥对木薯产量作用明显[5],且木薯产量受施肥影响远大于品种[6]。高志红等[7]在不同施肥水平对木薯的影响的研究中发现,木薯生长的第一限制因子为氮,第二限制因子为磷、钾;梁海波等[1]通过对华南四省木薯施肥效应分析,指出不同地区土壤背景值不同,实现木薯高产的施肥量应不同;黄洁等[8]研究了施肥对木薯生长的影响,发现施肥可以提高木薯产量及淀粉含量。经过长期的自然因素和人为因素的综合作用,土壤的性状有了明显的改变,由于人地矛盾较突出,土地重用轻养,长期处于高强度利用状况,土壤的保肥供肥能力差,氮、磷、钾营养元素缺乏[9],故木薯种植过程中化肥的适用量也相应发生变化。过量的化肥施入会引起木薯地上部分的徒长,造成化肥的浪费,并且导致木薯种植产量低下,降低木薯收获指数[10-11]。张永发等[12]指出传统上木薯施肥不多,产量极低,但盲目施肥则限制产量的进一步提高,平衡施肥能够有效增加木薯的产量。为进一步提高木薯生产中的肥料利用效率,本研究在农民习惯常规施肥基础上,进行减量25%施肥处理,并根据木薯生育期养分需求规律,在化肥减施25%的基础上,设置基肥和追肥处理,为木薯种植提供更为科学的施肥量和施肥方式。

1  材料与方法

1.1  材料

本试验在位于海南省儋州市宝岛新村两院试验场六坡队的木薯基地进行,该区域年均气温23.5 ℃,年均降雨量1815 mm,年均光照时间2000 h以上。试验选用种植面积较大的品种“华南205”为研究材料。供试肥料为:尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O5 16%)、氯化钾(K2O 60%)。种植土壤为砖红壤,土壤基础理化性质分别为:pH为4.35,有机质含量1.24%,全氮含量0.79 g/kg,碱解氮含量69.42 mg/kg,速效磷含量7.08 mg/kg,速效钾含量24.03 mg/kg。

1.2  方法

1.2.1  试验设计  不施肥(UT)、常规施肥(CFT)、25%减量施肥(RFT)、减量同步施肥(RSFT)4个处理。其中常规施肥用量为N 180 kg/hm2、P2O5 60 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2,在相关研究得出海南地区木薯种植推荐施肥量[8, 12-14]基础上,结合农户多追求高产目标、施肥量高于理论推荐量的特点提出。减量施肥较常规施肥处理减少25%的化肥用量,以N 135 kg/hm2、P2O5 40 kg/hm2、K2O 135 kg/hm2施入;以上2个处理所有肥料均作为基肥一次施入。由于木薯在生长前期对氮、磷养分需求量较多,生长中后期对钾养分需求较多[10],因此在减量施肥的基础上设置与其养分需求特点相耦合的减量同步施肥处理,其中磷肥作为基肥一次性施入,氮肥以7∶3的比例、钾肥以3∶7的比例进行基追肥分配,追肥在块根形成期施入。所有处理的施肥方式均为穴施。每个处理设置3次重复,随机区组排列。小区面积为30 m2,种植密度为80 cm×80 cm。木薯于2019年5月15日种植。于2019年6月11日,各小区每4棵植株之间挖直径为15 cm、深为10 cm的穴,然后将基肥撒施在穴底部,覆盖细土。于2019年8月15日在木薯结薯初期对减量同步施肥处理进行追肥。

1.2.2  测定项目及方法  分别于木薯苗期(6月30日)、块根形成期(8月11日)、块根膨大期(11月2日)、收获期(12月18日)调查各小区的木薯株高、茎粗(距地面5 cm处测量)以及地上和地下生物量;每小区选取3株代表性植株,分别采集叶、叶柄、茎、母茎、块根样品,记录新鲜样品的重量,烘干后再次称重并记录;烘干后的样品经磨细、过筛后测定养分含量。全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮-靛酚蓝-水杨酸比色法;全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮-钼锑抗比色法;全钾含量采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度计法。试验前采集试验地的土壤样品,分析土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、有效钾含量,其中土壤pH采用电位法测定;土壤有机质含量采用干烧法测定;土壤全氮含量采用H2SO4-CuSO4-K2SO4消煮-连续流动分析仪法;土壤碱解氮采用碱解蒸馏法;速效磷含量采用HCl-NH4F浸提-连续流动分析仪法;速效钾含量采用醋酸铵浸提-火焰光度计法。

相关指标计算方法:

收获指数=鲜薯产量/木薯植株的鲜生物量;

肥料利用率=(施肥区作物体内该元素的吸收量–不施肥区作物体内该元素的吸收量)/施肥区该元素施用总量×100%;

氮、磷、钾元素积累量=氮、磷、钾含量×干物质量。

1.3  数据处理

应用Excel 2007和SAS 8.0软件进行数据处理和分析。

2  结果与分析

2.1  不同施肥处理对木薯生长的影响

2.1.1  不同施肥处理对木薯株高的影响  从图1可见,从整个生育期来看,施肥处理对木薯的生长作用明显,施肥处理的木薯株高均高于不施肥处理。在块根形成期前,各处理株高差异不大。到块根膨大期,株高差异达到显著水平(P<0.05),表现为减量同步施肥最高,显著高于其他处理,不施肥处理株高最低,减量施肥与常规施肥差异不显著,依次为:同步施肥>常规施肥>减量施肥> 不施肥。块根膨大期至收获期,木薯株高增长比较平缓,收获时3个施肥处理的株高均高于不施肥处理,其中减量施肥处理与减量同步施肥处理显著高于不施肥处理(P<0.05),而常规施肥处理高于不施肥处理,但差异未达显著水平。从苗期到木薯收获,不施肥、常规施肥、减量施肥、同步施肥处理的株高绝对生长速率分别为0.70、0.89、0.88、0.98 cm/d。

2.1.2  不同施肥处理对木薯茎粗的影响  由图2

可以看出,施肥对木薯植株的茎粗整体上也产生了显著影响,但在块根形成期之前各处理之间无明显差异。在块根膨大期各处理木薯的茎粗出现明显差异,表现为:常规施肥>同步施肥>减量施肥>不施肥,3个施肥处理均显著高于不施肥处理(P<0.05),施肥处理之间差异不显著;在收获期,常规施肥处理和减量施肥处理的茎粗有一定程度的下降,而减量同步施肥茎粗仍有增加,显著高于常规施肥和不施肥处理,与减量施肥处理差异未达到显著水平,依次为:减量同步施肥>减量施肥>不施肥>常规施肥。从苗期到木薯收获,不施肥、常规施肥、减量施肥、减量同步施肥处理的茎粗绝对生长速率分别为0.07、0.07、0.08、0.10 mm/d。

2.2  不同施肥处理对木薯生物量、产量及淀粉含量的影响

施肥处理对木薯的产量、生物量和收获指数影响不一。由表1可知,减量施肥与减量同步施肥显著提高鲜薯产量,减量施肥较不施肥和常规施肥处理木薯鲜重分别增加28.15%、32.73%,減量同步施肥较不施肥和常规施肥处理木薯鲜重分别增加15.46%、19.57%。施肥能够显著提高木薯的生物量,与不施肥处理相比,常规施肥、减量施肥、减量同步施肥处理鲜生物量分别增加75.29%、73.39%、78.66%。随着化肥投入的增加,木薯的收获指数呈下降趋势,常规施肥、减量施肥、减量同步施肥处理的收获指数分别降低44.78%、25.37%、34.33%。常规施肥、减量施肥、减量同步施肥之间的鲜生物量相当,均显著高于不施肥处理,但常规施肥处理的鲜薯产量最低,收获指数也是最低。施肥处理木薯块根的淀粉含量得到显著提高,较不施肥处理而言,常规施肥、减量施肥、减量同步施肥处理的木薯块根淀粉含量增加了11.55%、10.50%、6.73%。减量施肥、减量同步施肥处理的淀粉含量与常规施肥相比,差异不大。

2.3  不同施肥处理对木薯养分积累动态影响

由图3~图5可见,施肥能够增加木薯植株的氮、磷、钾养分积累,且各处理氮、磷、钾元素积累动态均呈“S”型。不同施肥处理的氮素积累量在块根形成期出现显著性差异(P<0.05);不同施肥处理的磷素积累量在块根膨大期出现显著性差异(P<0.05);而钾元素积累量在苗期时即出现差异。处理间氮、磷、钾积累量在各生育期出现差异的快慢程度说明,木薯对氮和钾反应敏感,磷的施肥效应反应较慢。其中收获时,与不施肥处理相比,常规施肥处理木薯植株氮、磷、钾积累量提高2.52、0.17、3.40 g/株;减量施肥处理木薯植株氮、磷、钾积累量提高2.79、0.23、2.73 g/株;减量同步施肥处理木薯植株氮、磷、钾积累量提高2.93、0.44、4.03 g/株。

在块根形成期之前,木薯植株各部位氮、磷、钾主要积累在茎叶中,各处理相似。在块根膨大期,木薯茎叶中的氮积累量进一步增加,并开始向块根发生明显的转移,其中茎和块根的氮积累量相似,是分布最多的部位;磷、钾主要在茎和块根部位积累,叶部积累占比较少,其中不施肥处理木薯块根的磷、钾积累量远高于茎部的积累,而3个施肥处理的茎和块根的磷、钾积累量相似。木薯收获时,各处理的氮、磷、钾积累主要分布在茎和块根部位,其中,不施肥处理木薯块根的氮、磷、钾积累量远高于茎部的积累;常规施肥处理木薯茎的氮、磷、钾积累量大于块根部的积累;减量施肥处理木薯块根的氮、磷、钾积累量略大于茎部的积累;减量同步施肥处理的木薯在茎和块根部位上的氮、磷积累量相似,而块根的钾积累大于茎部。

2.4  不同施肥处理对木薯种植肥料利用率的影响

由表2可知,减少化肥用量能够提高肥料利用率,与常规施肥处理相比,减量施肥、减量同步施肥处理的氮肥利用率分别提高8.52和12.65个百分点;磷肥利用率分别提高5.01和8.09个百分点;减量同步施肥处理钾肥利用率提高6.26个百分点,减量施肥处理钾肥肥料利用率与常规施肥相比,略低0.84个百分点。

3  讨论

施用化肥对木薯的生长作用明显[15]。本研究中施肥处理提高了木薯的株高和茎粗,尤其在块根膨大期和收获期差异达到显著水平,与黄洁等[16]的研究结果一致。在收获时减量同步施肥的株高、茎粗均大于常规施肥处理,而减量施肥的株高和茎粗与常规施肥相当,说明根据木薯生育期养分需求,分阶段施肥供应养分更有利于促进木薯的生长,罗兴录等[17]研究发现重施薯肥的处理后期茎叶生长量较大,与本研究结果相似。从整个生育期来看,施肥能够提高木薯茎粗及株高的绝对增长速率,对木薯生长作用明显,这与黄洁等[18]研究结果一致。本试验结果表明施肥显著提高了木薯的整体生物量,其中常规施肥、减量施肥、减量同步施肥3个处理鲜生物量均达到90 t/hm2以上,显著高于不施肥处理的52 t/hm2。

从本研究结果来看,减少化肥的投入对块根产量形成有较好的促进作用,减量施肥和减量同步施肥处理达到40 t/hm2以上,与常规施肥及不施肥处理差异显著;而常规施肥的鲜薯产量仅为33.85 t/hm2,甚至低于不施肥处理,说明肥料用量多且一次性施入的情况下容易引起地上部的徒长,收获指数大为降低,这一结果与张耀华等[10]的研究结果一致。Byju等[11]的研究也表明化肥过量施入会引起木薯地上部分的徒长,不利于块根的生长,本研究结果说明减少化肥用量有利于提高收获指数以及肥料利用效率。常规施肥处理的肥料用量过多,且作为基肥一次性施入的情况下,容易造成营养生长过盛,引起木薯地上部分的徒长,浪费肥料养分;而化肥减施处理在减少25%的化肥施用量的情况下,能够满足木薯生育期对养分的需求,同时降低了地上部分的徒长,减少肥料养分的浪费,提高木薯的收获指数。

另外,在木薯的淀粉含量指标方面,各施肥处理均提高了块根中的淀粉含量,与对照处理相比,增幅明显,这应该与施肥增加了木薯氮素养分的供应有关[8]。木薯作为淀粉类经济作物,其块根的淀粉含量是木薯栽培中的重要品质指标。本研究表明施肥能够提高木薯块根的淀粉含量,根据常规施肥习惯减量25%施肥对木薯淀粉含量无显著影响,说明化肥使用的适当减量并不会影响木薯的品质,与陆小静等[13]研究结果一致。

目前,关于化肥的施用量对木薯氮、磷、钾养分的积累和分配的报道比较少[19],本研究发现施肥能够增加木薯植株的氮、磷、钾养分积累,且各处理氮、磷、钾元素积累动态均呈“S”型,这一结果与黄巧义等[20]研究结果保持一致,也有研究[7]发现木薯对氮素积累动态呈倒“V”型,磷、钾素积累动态呈“S”型[7],与木薯生长过程中的环境影响有关。本研究发现,木薯对氮、钾的积累量较多,此结果与黄洁[21]的研究结果一致。Howeler[22]的研究发现氮、磷、钾肥对木薯生产效益的影响程度表现为钾>氮>磷,本研究发现各处理间木薯植株钾素累积在苗期就出现了差异,氮素累积在块根形成期出现差异,而磷素积累在块根膨大期才出现差异,说明木薯对施钾和氮的反应敏感,对施磷的反应较弱。块根膨大期以后,木薯的氮、磷、钾积累主要向茎和块根部迁移,同步减量施肥木薯植株元素的积累量进一步提高,尤其是钾的积累明显增大,说明木薯对钾的吸收利用能力较强。收获时,常规施肥木薯叶部氮、磷、钾积累量远大于块根部,进一步说明大量施肥会引起地上部对养分的消耗较多,养分分配不利于块根产量的形成,肥料利用率不高。

本试验结果表明,化肥减施能够提高肥料的利用率,其中减量施肥处理木薯的肥料利用率为N 34.36%、P 12.95%、K 36.57%,减量同步施肥处理为N 38.49%、P 16.03%、K 43.67%,均高于常规施肥处理的N 25.84%、P 7.94%、K 37.41%。与常规施肥与减量施肥一次施入的处理相比,减量同步施肥处理肥料利用率进一步提高,说明分阶段施肥有利于减少肥料的浪费,提高回收效率,这与Sangakkara等[23]的研究结果一致。张永发等[24]采用磷肥作为基肥一次性施入,氮肥以7∶3的比例、钾肥以5∶5的比例研究了木薯的肥料利用率,发现海南花岗岩砖红壤上木薯的肥料利用率为N 34.61%、P 24.75%、K 36.51%,其中氮、钾肥料利用率与本研究中减量施肥处理相当,略低于本研究中的减量同步施肥处理,但磷的利用率却明显高于本研究中的施肥处理,分析其原因,应该与其所施磷肥为钙镁磷肥,本研究中的磷肥为过磷酸钙,二者对木薯的效应不同有关,需要进行对比试验,进一步分析二者在木薯生产中的差异性。

4  结论

施肥能够显著增加木薯的株高、茎粗及生物量,却降低了木薯块根的收获指数;化肥用量过大容易引起木薯地上部分的徒长,不利于块根部的养分累积;减量施肥能够显著增加木薯产量,在减少25%肥料用量的同时,获得了较高的块根产量,其中减量施肥和减量同步施肥处理块根产量分别为44.93 t/hm2及40.08 t/hm2,显著高于常规施肥处理的32.58 t/hm2以及不施肥处理的35.06 t/hm2。施肥能够提高木薯块根淀粉含量,并且增加了氮、磷、钾养分元素的积累量,适当减少化肥用量不会降低木薯块根氮磷钾元素的积累及淀粉含量。化肥的减量使用能够提高肥料的利用率,在3个施肥处理中,减量同步施肥的肥料利用率最高,达到N 38.49%、P 16.03%、K 43.67%,合理施肥能够有效提高化肥的利用率,从而达到“减肥增效”的目的。

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责任编辑:黄东杰

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