水肥耦合（通用7篇）
水肥耦合 篇1
水分和养分是作物生长的两个重要因素,二者的交互作用共同影响作物产量。研究表明,适当的水分和养分可以促进小麦[1]、玉米[2]、水稻[3]、番茄[4]等作物增产,提高其水分和肥料的利用率[5],不合适的水分和养分不仅会使作物减产,而且会造成环境污染[6]。目前有关不同水肥耦合对小麦[7]、玉米[8,9]及设施蔬菜产量影响[3,10]的报道较多,但对于甜菜覆膜灌溉条件下水肥耦合方面的报道较少。因此,探讨甜菜膜侧灌溉条件下,水、氮、钾的最佳耦合配比、交互作用及最优投入比例,对以肥调水、以水促肥,提高水分生产率和肥料利用率,增加产量,节约成本,指导农业生产,具有十分重要的理论和现实意义。
1材料与方法
1.1试验点概况
试验于2003～2004年在宁夏吴忠市利通区进行,试验区北纬37°59′,东经106°11′,海拔1 127.4 m。试验田为重壤土,2003年土壤0～20 cm内,全盐量为1.18 g/kg,速效氮为58.0 mg/kg,速效磷为13.4 mg/kg,速效钾为150.0 mg/kg,全氮为0.2 g/kg,全磷为0.75 g/kg,全钾为17.11 g/kg,有机质为17.6 g/kg,pH值为8.34。2004年土壤0～20 cm内,全盐量为2.43 g/kg,速效氮为122.0 mg/kg,速效磷为48.5 mg/kg,速效钾为279.0 mg/kg,全氮为1.38 g/kg,全磷为0.93 g/kg,全钾为13.09 g/kg,有机质为20.3 g/kg,pH值为8.22。
1.2试验设计及田间实施
试验采用三因素二次回归通用旋转组合设计方法[1],根据当地农业生产实际情况和当地群众经验,选取灌水量、纯氮量和纯钾量3个因素,每个因素设5个水平,根据不同组合共设20个处理。在2年的设计中,保证土壤中原始肥力和施入肥力之总量相等,各因素水平编码见表1。试验方案由三因素二次回归通用旋转组合设计结构矩阵(X)中x1、x2、x3三个因素所在的列组成(见表2)。
采用膜侧灌水方式,即甜菜起垄开沟,垄面覆膜播种,膜侧垄沟过水灌溉,不同灌水量的小区之间用塑料布防渗。设20个处理,每个处理重复2次,田间分组排列,各小区面积为36 m2,垄高0.2 m,垄面宽0.8 m,垄沟宽0.4 m,每垄栽培甜菜2行。受试品种为德国的饲用甜菜FF10000,于4月上旬耙田整地,4月中旬起垄播种,4月下旬出苗,10月上旬收获。按设计灌水追肥,灌水时采用无喉道量水堰分区量水。在生育期内,定期观测各处理的土壤含水率,分小区称重采收,2年甜菜产量的平均值见表2。
2结果与分析
2.1甜菜水肥耦合模型的建立与检验
2.1.1甜菜水肥耦合模型的建立
根据表2产量结果,编制程序上机计算,求得甜菜水肥耦合模型为:
式中:y为甜菜的预测产量,kg/hm2;x1、x2、x3分别为线性变换后的灌溉定额、纯氮量和纯钾量的无因次变量。
2.1.2甜菜水肥耦合模型的检验
对回归方程进行显著性检验:经计算得F1=1.64<F(1-α)(fLF,f误)=F0.9(5,5)=3.45,由于F1不显著,说明试验未含有其他不可忽略的因素对试验结果的干扰,可用F2进一步检验。经计算得F2=2.98>F1-α(f回,f剩)=F0.9(9,10)=2.35,同时得出各因素与产量的复相关系数R=0.85,说明此回归方程显著,用此水肥耦合回归模型进行产量预报,具有较高的可靠性。
经偏回归系数显著性检验,其结果表明模型中常数项对产量的影响极显著;二次项中的灌溉定额和水氮交互项对产量的影响显著;一次项中的灌溉定额、纯氮量、二次项中的纯氮量和水钾交互项对产量的影响较显著,其余影响均不显著。因而,方程可简化为:
2.2因素效应分析
2.2.1主因素效应
由于无量纲的线性编码变换后,偏回归系数已经不受因素取值大小和单位的影响,即已经标准化,其大小可以直接反映变量对产量的影响程度,综合考虑偏回归系数及t检验的结果,可以得出回归模型中各因素对产量影响的顺序为灌溉定额>纯氮量>纯钾量。由于模型中x1和x2的系数为正值,说明水和氮均有增产效应。模型中交互项中x1x2系数为正值,说明水与氮耦合具有协同作用,对产量的增加具有相互促进作用。系数x1x3和x2x3系数为负值,说明水钾耦合与氮钾耦合对产量的增加具有相互替代作用,多施钾肥能够节约灌溉水,灌水量的增大有利于钾肥的经济利用,且氮肥和钾肥在对产量而言,具有一定的替代作用。模型中二次项系数均为负值, 说明过多的灌水施肥既浪费资源, 又降低增产效果。
2.2.2单因素效应
将回归模型中的水、氮、钾三因子中的两个固定在零水平,求得单因素对产量的回归子模型如下。
灌溉定额:
纯氮量:
纯钾量:
根据上述偏回归子模型,分别令dy1/dx1=0、dy2/dx2=0和dy3/dx3=0,可得x1、x2和x3的极值。由于其二阶导数均小于零,故当x1=0.247、x2=0.444和x3=-0.547时产量有最大值y1=192 572、y2=193 525和y3=192 659。根据上述不同偏回归子模型,也可分别获得各因素在不同水平下的产量预测值及其变化趋势图(见图1～3)。
由图1可以看出灌水量与甜菜产量关系在试验区间内呈上抛物线型。当水量由-1.682水平增为0.247水平(2 582 m3/hm2)时,产量由126 170 kg/hm2增为192 572 kg/hm2,即增加单位灌水量时产量增加48.0 kg;超过0.247水平后,产量随灌水量的增大而降低,达到灌水水平1.682时,产量降至155 839 kg/hm2,增加单位灌水量时产量降低36.1 kg。说明当灌水量超过0.247水平后,产量不仅不增加,反而会降低。可见,适量的灌水可以增产,过量灌水会引起甜菜根腐病的发作而减产。
由图2看出,甜菜产量与纯氮量也呈上抛物线型。当纯氮量从-1.682水平增至0.444水平(175 kg/hm2)时,产量从146 672 kg/hm2增为193 525 kg/hm2,即增加单位纯氮量时产量增加409.1 kg;当纯氮量超过0.444水平后,产量随纯氮量的增大而降低,纯氮量水平达到1.682时,产量降为177 633 kg/hm2,增加单位纯氮量时产量降低242.8 kg。说明当纯氮量超过0.444水平后,产量不仅不增加,反而会降低。可见,适量的氮肥补充可以使产量增加,过量补充反而会使产量降低。
从图3可看出甜菜产量与纯钾量关系也呈抛物线型。当纯钾量从-1.682水平增至-0.547 7水平(80 kg/hm2)时,产量从187 589 kg/hm2增为192 659 kg/hm2,即增加单位纯钾量时产量增加101.8 kg;当纯钾量超过-0.547 7水平后,产量随纯钾量的增大而降低,纯钾量水平达到1.682时,产量降为173 110 kg/hm2,增加单位纯钾量时产量降低195.1 kg。说明当纯钾量超过-0.547 7水平后,产量不仅不增加,反而会降低。可见,适量的钾肥补充可以使产量增加,过量补充也会使产量降低。
2.2.3交互效应分析
令灌溉定额、纯氮量、纯钾量3 个因子中的1 个因子的编码值为零,可得到其余2 个因子的二元二次方程。由模型(1)可知, 两两因子间都表现出交互作用, 其强弱顺序为:水氮交互作用>水钾交互作用>氮钾交互作用。由回归方程交互项的系数t检验结果可知,灌溉定额和纯氮量的交互作用达到显著水平,故在此只分析水和氮的交互效应。将x3固定在零水平时,得到下列水氮交互方程:
据此计算,可得到水氮交互作用对产量的影响情况(见表3)。
由表3可知,若纯氮量固定时,产量随灌溉定额的增加先增加后降低,随纯氮量水平的提高,出现拐点的灌溉定额的水平也提高;当灌溉定额固定在某水平时,产量随纯氮量的增加也呈现出先增加后降低的规律,出现转折点的规律与上面分析的也相同,且当灌溉定额处于+1.682水平时,产量随纯氮量的增加一直增加,没有降低。综合来看,产量最高值出现在灌溉定额和纯氮量均为+1水平配合时,而最低产量出现在灌溉定额为最高水平+1.682和纯氮量为最低水平-1.682配合时,说明在本试验条件下,较高氮配以较高灌溉定额时产量高,而低氮配以高灌溉定额时产量低,这是由于大量的灌溉水淋洗了有限的氮肥,导致甜菜吸收氮肥不足,再加之大水灌后土壤含水率总保持较高水平,还会发生根腐病,进而导致减产。故在甜菜栽培过程中,只有合理的水肥配比,才能发挥最佳的耦合效应,获得高产,不合理的水肥配比,不仅会浪费资源,反而会影响产量。
2.2.4水肥因素的最优组合方案
根据已建立的甜菜水肥耦合优化数学模型,编制计算机程序,在-1.682～+1.682之间取7个水平(-1.682,-1,-0.5,0,+0.5,+1,+1.682),上机进行不同目标下的最优组合方案模拟。通过模拟求得312个组合方案,其中产量在10～15万kg/hm2的有103个组合;15～20万kg/hm2的有183个组合;20～25万kg/hm2的有26个组合。主要产量区间15～20万kg/hm2的水、氮、钾最优组合方案见表4。
3结语
(1)在降雨量较低的宁夏引黄灌区,水肥单因素对膜侧灌溉条件下的甜菜产量影响显著。本试验条件下,其影响顺序为灌溉定额>纯氮量>纯钾量,水和氮均有增产效应。
(2)水肥耦合的产量效应也明显,对甜菜产量影响的顺序为水氮耦合>水钾耦合>氮钾耦合。水氮耦合具有协同效应,水钾耦合和氮钾耦合具有替代效应。通过分析成显著水平的水氮耦合得知:在本试验条件下,较高氮配以较高灌溉定额时产量高,而低氮配以高灌溉定额时产量低。
(3)根据建立的数学模型,模拟得到甜菜不同产量目标下的最佳水肥组合方案为:①产量为10～15万kg/hm2时,灌溉定额为1 896～2 550 m3/hm2,纯氮量为111～159 kg/hm2,纯钾量为92～129 kg/hm2;②产量为15～20万kg/hm2时,灌溉定额为2 198～2 645 m3/hm2,纯氮量为133～170 kg/hm2,纯钾量为93～127 kg/hm2;③20～25万kg/hm2时,灌溉定额为2 997～3 245 m3/hm2,纯氮量为197～217 kg/hm2,纯钾量为47～64 kg/hm2。
(4)在甜菜膜侧灌溉栽培中,灌溉定额和施肥量是依据土壤的水肥状况确定,只有合理的水肥配合比,才能发挥最佳的耦合效应,获得高产,实现水肥资源的高效利用。
摘要：合理的灌溉和施肥是增加作物产量的重要途径。采用三因素五水平二次回归通用旋转组合设计方法,在宁夏引黄灌区进行了甜菜膜侧灌水肥耦合试验,结果表明:在该试验条件下,灌溉定额对甜菜产量的影响最大,其次是施氮量,最后是施钾量;水肥耦合对甜菜产量的影响顺序为水氮耦合最大,水钾耦合次之,氮钾耦合最小,且水氮耦合具有协同效应,水钾耦合和氮钾耦合具有替代效应;并且经过水肥耦合模型模拟,得到了实现不同产量目标的最佳水肥组合指标,可作为指导干旱地区甜菜施肥和膜侧灌溉的参考。
关键词：甜菜,膜侧灌,水肥耦合,产量效应
参考文献
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水肥耦合 篇2
近10年来, 永乐乡桃产业进入快速发展的车道, 面积逐年增长。桃产业进入专业化、集约化、规模化的发展轨道, 对土壤耕地质量要求不断提高, 而农村施肥水平和观念仍未从根本上改变, 肥料过量投入, 氮、磷、钾比例和品种结构不合理[1], 土壤地力保护力度薄弱等问题仍然存在。由此造成的土壤环境和水质环境的破坏, 不仅造成农民经济的直接损失, 而且给耕地的可持续发展带来巨大的挑战。为了寻找对策, 2010年贵州省农科院土壤肥料研究所开展测土配方与水肥耦合技术试验, 以为南明区生态农业[2]、桃标准园建设等项目提供参考。
1 测土配方施肥与水肥耦合技术
测土配方施肥是目前世界广泛使用的施肥新技术, 主要是以土壤测试和肥料田间试验为基础, 以养分归还 (补偿) 学说、最小养分律、同等重要律、不可代替律、肥料效应报酬递减律和因子综合作用律等为理论依据[3], 根据果树需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应, 在合理施用有机肥料的基础上, 提出氮、磷、钾及中、微量元素等肥料的施用量、施肥时期和施用方法, 调整施肥比例, 提高肥料利用率, 达到提高产量、改善果实品质、增加农民收入、减少环境污染的目的。测土配方施肥的推广应用标志着农业生产中科学计量施肥的开始。
化肥是目前农民生产投资中最大的物质投资, 约占全部生产性支出的50%。通过测土配方施肥, 做到精准施肥, 能够减少肥料的投入成本, 避免资源浪费, 降低对农业环境的污染。通过对土壤理化性状的分析测定, 可以有针对性地补充桃树所需的营养元素, 缺什么元素就补充什么元素, 需要多少补多少, 实现各种养分平衡供应, 满足桃树生长发育的需要, 达到提高肥料利用率和减少用量、节支增收的目的。
水肥耦合即水肥配施, 也叫灌溉式施肥或水肥一体化技术, 是近些年来广泛研究的施肥方法。该方法具有施肥合理、培肥地力、以肥调水、以水促肥、充分发挥水肥协同效应的作用, 能提高果树抗旱能力和水分利用率, 可在不增加施肥量的条件下, 获得较大的经济效益, 以节约水肥资源, 改善生态环境, 提高经济效益。
2 永乐桃园土壤指标测定试验
2.1 材料与方法
2.1.1 试验地概况。
试验安排在贵阳市南明区永乐乡桃园基地夏祖全家桃园责任地进行。该地区年平均降雨量为1 174.7 mm, 年平均气温为15.3℃, 海拔高度为1 050 m。土壤为黄壤, 肥力中等, 土壤养分含量为碱解氮47.05 mg/kg, 有效磷5.16 mg/kg, 有效钾57.85 mg/kg, 有机质16.55 g/kg, pH值5.69。该试验是永乐农业园区实施“现代农业技术应用示范—永乐乡果蔬产业升级科技示范项目”中的子项目, 同时也是“2010年精品水果产业化示范项目—南明区桃标准园创建”的推广示范项目, 试验面积2 000 m2, 示范面积6.7 hm2。
2.1.2 试验材料。
供试桃树品种为燕红桃, 果龄8年, 为盛果期。
2.1.3 采集样品。
在保证采样点具有典型性和代表性的基础上, 同时兼顾空间分布的均匀性原则, 以1.3 hm2为1个取样单元进行布点。在1个采样单元中, 根据地块形状采用棋盘式进行采样, 每个土样采集9个点, 将9个点土壤充分混合后, 摊在塑料布上, 将大块的样品碾碎、混匀, 采用四分法, 然后对角线去掉2份, 重复多次, 直至土样剩余1 kg左右。按0～20 cm和20～40 cm分2个土壤层次, 各取土样50个, 共计100个土样。取样时要避开路边、田埂、沟边、肥堆等特殊部位。
2.1.4 测定内容。
土样送贵州省农科院土壤肥料研究所农业资源与环境检测中心进行pH值、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾等指标分析化验。
2.2 结果与分析
2.2.1 pH值。
根据《第二次全国土壤普查技术规程》的pH值分级指标 (表1) , 永乐桃园土壤大部分为微酸性土壤, 占76%, 5.5≤p H值<6.5;19%的桃园土壤为酸性, pH值<5.5;而仅有5%的桃园土壤为中性, 6.5≤pH值<7.5。桃树喜微酸性土壤, 最适宜的土壤pH值为5.5～6.5。试验地桃园大部分土壤均适宜桃树的生长。管理中应对酸性土壤适量增施石灰、有机肥及沼肥, 以改善土壤酸碱度条件, 促进桃树对养分的吸收。
2.2.2 土壤养分分级指标。
根据《第二次全国土壤普查技术规程》土壤养分分级指标, 可把土壤养分的有机质、碱解氮、有效磷和速效钾分为丰、稍丰、中等、稍缺、缺和极缺6个等级 (表2) 。
注:数据来源于《第二次全国土壤普查技术规程》。
(1) 有机质。永乐桃园土壤的有机肥含量为中等和稍缺, 其土样所占比例均为47%;仅有6%的桃园土壤有机质为稍丰状态 (表3) 。土壤有机质数据表明桃园管理中有机质投入不够, 今后应加大有机质投入, 重视有机肥的施用。桃园内可采用种植绿肥、油菜、萝卜等方式增加有机肥, 或在桃园内养殖家禽等, 因为家禽粪便可补充有机肥, 提高土壤有机质。
(2) 碱解氮。永乐桃园42%的桃园土壤碱解氮含量为中等;38%的桃园土壤碱解氮含量为稍丰;碱解氮含量稍缺的土壤占12%, 仅有7%的桃园土壤碱解氮含量丰富, 1%桃园土壤碱解氮缺乏 (表4) 。调查表明, 为了达到高产的目的, 桃农在桃园管理中较为重视氮肥的施用, 但由于桃树生产中大量的氮会随着疏花疏果或桃子的采摘而被带走, 今后管理中应继续重视氮肥的投入, 也应重视氮肥的流失, 重视固氮绿肥的栽种、豆科作物大豆等的套种、沼肥的施用等, 以增加土壤含氮量, 培肥地力。
(3) 有效磷。相对于其他果树品种, 桃树需磷量较高, 每形成100 kg桃, 需吸收0.2 kg左右的P2O5。桃树叶、果吸收磷较多, 缺磷时桃果颜色晦暗、肉质松软、味酸, 果实常出现斑点或裂果。永乐桃园95%的土壤有效磷含量在稍缺以下, 其中42%的桃园土壤有效磷含量处于极缺状态;31%的桃园土壤有效磷含量为缺;22%的桃园土壤有效磷稍缺乏;仅有3%的桃园土壤有效磷含量中等, 仅2%的桃园土壤有效磷稍丰 (表5) 。大部分桃园土壤缺磷, 与桃农在桃园管理中重氮肥轻磷肥, 且桃对磷的吸收利用率较高有关。今后管理中应加大磷肥的投入, 保持土壤的有效磷在中等以上, 以保证桃果品质。
(4) 速效钾。桃树对钾的需求量较大, 是氮素的1.6倍, 钾对桃果的生长作用非常重要, 每形成100 kg桃果, 需吸收0.72 kg K2O。永乐桃园64%的土壤速效钾含量表现为中等以上, 其中50%的桃园土壤速效钾含量为中等, 12%的桃园土壤速效钾含量显示为稍丰;仅2%的桃园土壤速效钾含量为丰;有35%的桃园土壤速效钾含量为稍缺;1%的桃园土壤速效钾含量为缺乏, 由此表明桃农在桃园管理中重视钾肥的施用。在桃树各部位中, 桃果对钾的吸收量最大, 其次是叶片, 二者的吸收量占钾吸收量的91.4%。施入的钾肥会随桃果的离体而流失, 因此管理中需继续重视钾肥的投入。
2.3 结论与讨论
南明区永乐乡桃园土壤绝大多数为酸性和微酸性, 应适量使用石灰进行改土, 增加有机肥及沼肥的施用量, 改善土壤酸碱度条件, 促进桃树对养分的吸收;土壤有机质体现为中等和稍缺乏状态, 应重视和增加有机肥, 桃园内种植绿肥、油菜、萝卜等, 增加有机肥, 或者在桃园内养殖家禽等, 提高土壤有机质;碱解氮表现为中等和稍微丰富水平, 管理中应重视氮肥的投入, 也应减少氮肥的流失, 做到精准施肥, 重视固氮绿肥的栽种、豆科作物大豆等的套种、沼肥的使用等以增加土壤含氮量, 培肥地力;土壤有效磷缺乏, 大部分都在稍缺、缺乏和极缺乏水平, 应加大磷肥的投入, 做到平衡配方施肥, 保持土壤的有效磷在中等以上, 保证桃子品质;速效钾在中等和稍微缺乏水平, 重视和加大钾肥的投入, 保持土壤速效钾在中等水平以上, 以更好地保证桃子果实品质。
3 制订施肥方案
3.1 施肥原则
一是根据上述桃园土壤养分测试结果及土壤养分丰缺比较分析, 按照养分平衡法和可持续桃园生产要求, 进行标准化桃园的土壤管理。根据土壤养分丰缺状况, 结合桃树对养分的需求规律, 进行精准肥料配比, 达到桃园的平衡施肥管理。二是有机与无机相结合。实施配方施肥必须以有机肥料为基础, 增施有机肥料可以增加土壤有机质含量, 改善土壤理化生物性状, 提高土壤保水保肥能力, 增强土壤微生物活性, 促进化肥利用率的提高。三是氮、磷、钾三要素合理配比, 重视钾肥的应用。桃树是需钾较多的树种, 要提高产量和品质, 必须重视施用钾肥。施肥的目的是充分发挥肥效, 满足桃树对养分的需要, 达到优质、高产, 同时不断地培养地力, 尽量减少肥料的损耗消耗。
3.2 确定桃树整个生育期中各种肥料的施用量[4]
施肥总量的确定要根据作物的生育特点和从土壤中吸收养分的数量, 依据土壤养分测定、目标产量、肥料的利用率等进行计算, 确定桃树的需肥总量和氮、磷、钾的适当比例。综合考虑地力、树龄、树势、负载量, 参考数据为形成100kg经济产量应补充纯N 0.48 kg、P2O50.2 kg、K2O 0.76 kg。在计算施肥总量时, 先确定有机肥料的用量。土壤中有机质 (腐殖质) 含量直接关系着桃树的产量水平。有机质可改善土壤的水、肥、气、热状况和微生物活动, 形成良好的根系环境。 (1) 计算目标产量所需各种养分数。目标产量所需养分数=目标产量×每生产50 kg桃果所需的养分数。 (2) 计算出1 hm2土壤中供给养分数。土壤中供给养分数=测定出土壤各养分数 (mg/kg) ×2.25 kg/hm2。 (3) 计算出需施入的各养分数。需施入的各种养分数=目标产量所需养分数-土壤中可供养分数。 (4) 计算出需施入各种有机肥料和化学肥料的肥料数量。各种肥料用量=需施入的各养分数量/[各肥料养分含量 (%) ×肥料利用率 (%) ]。
4 肥水耦合技术应用
水肥耦合技术就是把化肥溶解于有机肥沼液中, 通过PVC管道施到桃树根区。这是灌溉和施肥相结合的办法, 按照桃树生长需求, 将含可溶性化肥的水直接输送到桃树根部附近的土壤土层中, 遵循桃树的生长发育规律、营养规律, 按照土壤有效养分校正系数法, 获得土壤测土配方施肥用量, 达到以肥调水, 以水促肥的水肥协同效应, 具有省工、省肥、省水、操作简单、效果显著的优点, 是桃树轻简栽培和合理施肥的重要技术。
4.1 肥料的施用量
试验地检测土样碱解氮47.05 mg/kg, 有效磷5.16 mg/kg, 有效钾57.85 mg/kg, 有机质16.55 g/kg。按目标产量37.5 t/hm2, 参考数据为形成100 kg经济产量应补充纯N 0.48 kg、P2O50.2 kg、K2O 0.76 kg, 施用沼液30 t/hm2。分别计算出施尿素264.24 kg/hm2、过磷酸钙1 585.5 kg/hm2、硫酸钾609.66 kg/hm2。 (1) 目标产量所需各养分量。按目标产量37.5 t/hm2, 100 kg经济产量应补充纯N 0.48 kg、P2O50.2 kg、K2O 0.76 kg, 三要素养分数为:纯N 180 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 285 kg/hm2。 (2) 计算出土壤供给的养分量。纯N 105.75 kg/hm2、P2O511.55kg/hm2、K2O 130.2 kg/hm2。 (3) 计算出有机肥沼液养分含量。施入沼液30 t/hm2, 送样检测碱解氮0.125 g/L、有效磷0.003 g/L、有效钾0.225 g/L, 当年的利用率35.4%。换算为纯N 1.32 kg/hm2、P2O50.03 kg/hm2、K2O 2.385 kg/hm2。 (4) 计算出施入养分量。纯N 72.93 kg/hm2、P2O563.42 kg/hm2、K2O 152.415 kg/hm2。 (5) 依据各肥料养分含量计算成肥料用量。氮肥为尿素, 含量46%, 利用率60%, 则需尿素264.24 kg/hm2;磷肥为过磷酸钙, 含P2O516%, 利用率25%, 则需施过磷酸钙1 585.5 kg/hm2;钾肥为硫酸钾, 含K2O 50%, 利用率为50%, 则需施硫酸钾609.66 kg/hm2。
4.2 水肥施肥时期
桃树的施肥按基肥、追肥来施用, 追肥按4次, 以花前期、硬核期、果实膨大期、采后期施用, 施用比例为尿素的50%作基肥, 25%作花前追肥, 25%作果实采收后追肥;过磷酸钙35%作基肥, 20%作硬核期追肥, 30%作果实膨大期追肥, 15%作果实采收后追肥;硫酸钾60%作基肥, 15%作硬核期追肥, 15%作果实膨大期追肥, 10%作果实采收后追肥[5,6]。
4.3 施肥方法
选用直径110 mm的塑料下水管或大楠竹等管材, 锯成60 cm长 (楠竹需要打通节间的隔膜) , 按不同方位埋于树冠下施肥位置 (吸收根集中分布区) 。根据树冠大小, 每株桃树埋5截。管口与地面齐平或略高于地面, 管底铺少量粗沙或碎石, 以利于粪水渗透进根际土壤和根系吸收。管口平时可用石板等盖住, 施肥时揭开浇肥, 施肥完毕后重新盖上。
5 水肥耦合技术效应
水肥耦合可对桃树产生多种效应, 形成协同效应、叠加效应和拮抗效应, 王海艺等研究干旱条件下水肥耦合作用机理和效应, 阐明了水肥耦合技术水分对植物养分转化、吸收及代谢的影响、养分对植物分水利用的影响, 生物学效应、生态学效应和对生理指标的影响。这一研究效果充分反应在试验点上, 2009—2010年贵阳市遭遇百年干旱, 2011年夏季干旱, 然而试验地通过水肥耦合技术的应用, 2010—2011年实现单产38.4 t/hm2, 实现产值15.36万元/hm2, 与对照区相比, 增产3 900 kg/hm2, 节肥1 800元/hm2, 节水抗旱3 000元/hm2, 节工6 000元/hm2, 新增产值2.64万元/hm2, 增产11.3%, 产值增加20.8%。该技术具有省工、省肥、省水、操作简单、效果显著的优点, 是桃树轻简栽培和合理施用的重要技术。
摘要：在贵阳市南明区永乐乡桃园基地, 开展测土配方与水肥耦合技术试验, 与南明区生态农业、桃标准园建设等项目有机结合起来, 根据桃树的需肥规律、土壤供肥性能和肥料效应, 在合理施用有机肥的基础上, 提出氮、磷、钾等肥料的施用数量、施肥时间和施用方法。水肥耦合技术的应用, 具有省工、省肥、省水、操作简单、效果显著的优点, 是桃树轻简栽培和合理施肥的重要技术, 基本达到了各树龄段的优质果园标准, 效益显著。
关键词：桃园,土样测试,水肥耦合,测土配方
参考文献
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[2]高廷江, 张筑铭, 朱发培, 等.贵阳市南明区生态农业发展实践与思考[J].现代农业科技, 2010 (4) :389-390.
[3]李昌健, 栗铁申.测土配方施肥技术问答[M].北京:中国农业出版社, 2005:1-2.
[4]马之胜, 贾云云.无公害桃安全生产手册[M].北京:中国农业出版社, 2008:149-150.
[5]曾朝辉, 方兴华.不同氮磷钾配比对艳红桃产量及品质的影响[J].贵州农业科学, 2006, 34 (S1) :48-49.
水肥耦合 篇3
水肥耦合效应指在农业生态系统中, 土壤矿质元素与水这两个体系融为一体, 通过各种相互作用而彼此影响的现象[1]。有关这方面研究对旱田报道较多[2,3,4,5,6], 而对保护地报道较少[7,8], 且多关注于产量效应, 而忽视生长发育期间的互作效应。辣椒株高、株幅、茎粗、分枝数是辣椒生长发育的重要形态指数, 其动态变化除决定于本身的生物学特性外, 还受外界环境因素的影响。本文在寒温带暗棕壤 (冷凉淋溶土) 上以当地大面积栽培的辣椒为试材, 研究灌水、施氮量、施磷量对辣椒生育状况和产量的影响, 旨在为辣椒高产、高效栽培提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试土壤及气象条件
试验于2003年4月至8月在吉林省龙井市龙丰村塑料大棚 (棚龄10年) 内进行, 有效积温为2 412.9℃, 日照时数为909.8 h。土壤为暗棕壤 (冷凉淋溶土) , 其基本理化性质见表1。
1.2 供试作物
供试作物为辣椒 (Capsicum annuum L.) , 品种为湘研一号。2003年1月28日播种, 4月22日定植, 每穴双株。
1.3 试验设计和实施
试验采用“3414”试验设计[9]。在钾充足的条件下, 选取灌水定额X1 (W) 、施氮量X2 (N) 和施磷量X3 (P2O5) 为试验因素, 参考当地农户灌水、施肥水平和上一年试验所得优化方案, 将试验方案中各因素最高代码值对应的实际值设为稍高于达到最高产量的施用量, 最小代码值对应的实际值尽量设为零, 处理7 (重复3次) 对应上一年所得优化方案, 其他代码值对应的实际值可按代码值间距算出, 试验设计方案见表2。试验共设16个小区, 随机排列, 小区面积为2.7 m2。为防止水肥互渗, 在小区之间埋设60 cm深的塑料薄膜相隔。试验灌水方式为沟灌, 浇两次缓苗水后按实验方案进行水分处理, 以后灌水日期参照处理7辣椒的需水情况确定, 全生育期共进行水分处理14次。肥底为K2O 300 kg/hm2。氮肥 (尿素) 分3次施用, 定植前作基肥放入1次, 氮占40%, 采收前期和中后期各施入1次, 各占30%。磷肥 (磷酸二铵) 和钾肥 (硫酸钾) 作基肥一次性施入。生育期间其他管理措施与常规生产相同。试验所用尿素含纯N为46.0%;磷酸二铵含P2O5为46%, 含N为18%;硫酸钾含K2O为50%。
1.4 样品采集与测定及调查方法
土壤样品在种植前和辣椒拉秧后分0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm三个层次采集。土壤硝态氮含量分析采用锌还原紫外分光光度法[10], 铵态氮采用靛酚蓝比色法[11], 其余项目采用常规方法测定[12,13]。从4月26日开始每隔7 d调查一次辣椒株高、株幅、茎粗和分枝数。每次果实成熟后按处理测产, 最后计算总产量。
2 结果与分析
2.1 水肥处理对辣椒株高的影响
处理2、3、4、5是施氮磷量相同 (代码值都为2水平) 而灌水定额不同的处理, 从表3看出, 8月2日株高变化趋势为随灌水定额增大, 株高先增加后减少, 在灌水定额代码值为2水平 (170 m3/ (hm2·次) ) 时株高最大, 达88.2 cm;比较处理9、10、4、11 (灌水定额、施氮量代码值都为2水平) , 可看出8月2日株高变化趋势为随施磷量加大先增加后减少, 以施磷量代码值为1水平 (90 kg/hm2) 时株高最大, 达90.4 cm。
对表3中按不同日期重复测量的辣椒株高, 采用SPSS11.5的重复测量方差分析进行分析, 结果表明 (表4) , 各因素对辣椒株高影响大小顺序为灌水>施磷>施氮, 灌水和施磷对辣椒株高的影响达到了0.1显著水平, 施氮和所有交互效应都没有达到显著水平, 说明对株高影响的主要因子是灌水和施磷。
2.2 水肥处理对辣椒株幅的影响
重复测量方差分析表明, 只有灌水对辣椒株幅的影响达到了0.1显著水平, 其他因素影响都不显著, 说明对辣椒株幅影响的主要因子是灌水。
2.3 水肥处理对辣椒茎粗的影响
比较处理2、3、4、5 (表6) , 可看出茎粗有随灌水定额增大而增加的趋势;比较处理6、7、4、8 (灌水定额、施磷量代码值都为2水平) , 可看出7月13日茎粗以施氮量代码值为2水平 (273.91 kg/hm2) 时最大, 为12.5 mm;比较处理9、10、4、11 (灌水定额、施氮量代码值都为2水平) , 可看出7月13日茎粗变化趋势为随施磷量加大先增加后减少, 以施磷量代码值为2水平 (施P2O5 180 kg/hm2) 时最大。
方差分析表明, 灌水、施氮和施磷对辣椒茎粗都有显著的影响, 其影响大小顺序为灌水>施磷>施氮, 灌水和施磷的交互作用对茎粗的影响也达到了0.1的显著水平。
2.4 水肥处理对辣椒分枝数的影响
由表7看出, 灌水、施氮、施磷对辣椒分枝数的影响有相同的趋势, 都为随施用量增加辣椒分枝数先增加后减小, 灌水定额和施氮量代码值为2水平时分枝数最多, 施磷量代码值为1水平时分枝数最多。由重复测量方差分析得出, 灌水、施氮和施磷对辣椒分枝数的影响达到了显著水平以上, 灌水和施磷、施氮和施磷交互作用对辣椒分枝数的影响也达到了显著水平。各因素对辣椒分枝数影响的大小顺序为灌水>施磷>施氮。
2.5 水肥处理对辣椒产量的影响
不同处理产量折合成每公顷辣椒产量, 其数据列于表2。对不同处理的辣椒产量进行方差分析, 分析结果见表8。
从方差分析结果看出, 灌水、施氮和施磷对辣椒产量的影响都达到了显著水平以上, 其影响大小顺序为灌水>施氮>施磷, 灌水和施磷、灌水和施氮交互作用对辣椒产量的影响也达到了0.1显著水平。
3 结论与讨论
株高相应增高, 株幅相应增加可改善透光条件, 符合高产要求。从前面分析可知株高较大的处理为灌水定额为170.0 m3/ (hm2·次) , 施磷90.0 kg/hm2;影响辣椒株幅的主要因素为灌水。茎粗是壮株的标志, 壮株茎输导组织和贮藏结构较为发达, 为高产的形成奠定了良好基础。茎粗较大的处理为施氮273.9 kg/hm2, 施磷180.0 kg/hm2;辣椒开花结果在分杈的部分, 分杈越多, 相应结果越多。分枝数较多的处理为灌水定额为170.0 m3/ (hm2·次) , 施氮273.9 kg/hm2, 施磷90.0 kg/hm2。对辣椒生育性状和产量影响最大的因子是灌水, 其次是施磷和施氮, 灌水和施磷的交互作用对辣椒茎粗和分枝数的影响也是显著的。综合分析可知, 水肥对辣椒生长发育影响的基本规律和极值点与水肥对产量的影响基本相同, 反映了营养生长是生殖生长的基础, 相关分析也表明, 辣椒生长后期的株高、株幅和分枝数与辣椒产量有显著的正相关。从表2亦可看出, 处理7、10、14产量较高, 综合水肥对辣椒生长发育和产量的影响, 得出较佳的水肥管理措施为:灌水定额170.0 m3/ (hm2·次) , 施纯氮225.0～273.9 kg/hm2, 施纯磷90.0～180.0 kg/hm2。
水肥耦合 篇4
关键词：水肥,耦合,土壤,养分,含量
水肥历来是农业生产中被人们所关注的两大因素, 也是可以调控的两大重要技术措施。
耦合多用在现代物理学上, 指两个或两个以上体系或两种运动形式之间通过相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。耦合效应是两个或两个以上体系融为一体的相互作用、相互影响而产生的结果或现象。水肥耦合效应是80年代提出的田间水肥管理新概念, 其核心是强调影响植物生长的两大因素“水”及“肥”之间的有机联系, 通过它们之间存在的协同效应, 进行水肥及植物综合管理, 以提高植物生产力和水肥利用率。
一、材料与方法
1. 试验地概况
本研究试验地点位于贵州大学南区, 供试土壤为黄色壤土, 有机质含量为6.50克/千克, 全氮0.328%, 全磷0.906克/千克, 全钾30.5克/千克, 碱解氮9.02毫克/千克, 速效磷193毫克/千克, 速效钾85.5毫克/千克, p H值7.03, 最大土壤持水量为58.0%。
水、氮、磷、钾耦合试验在贵州大学南区的防雨棚内进行。供试玉米品种为安单136号, 2006年5月10日播种, 2006年5月19日出苗, 玉米整个生长期严格控制土壤含水量, 并于2006年9月14日收获后进行室内烤种, 测定收获后各个处理的土壤养分含量。
2. 试验设计
盆栽试验方案采用四因素三水平L9 (34) 正交设计, 总处理数为9个 (见表1) , 各处理重复3次。除灌水量和施肥量按照上述处理实施以外, 其余管理措施应相对一致, 试盆置于防雨棚内。
3. 测定方法
全氮采用凯氏定氮法, 碱解氮采用碱解扩散法, 全磷采用硫酸、高氯酸消化-钼锑抗比色法, 速效磷采用碳酸氢钠浸提法, 全钾采用酸溶原子发射光度法, 速效钾采用乙酸铵浸提原子发射光度法, 有机质采用重铬酸钾氧化外加热法, 土壤持水量采用威尔科克斯环刀法。
二、结果与分析
1. 不同水肥耦合条件下对土壤全氮、碱解氮的影响
由收获前后土壤全氮变化图可以看出, 只有处理1 (N1P1K1W1) 收获后的土壤全氮含量低于种植前的土壤全氮含量, 处理1 (N1P1K1W1) 的土壤全氮含量较种植前下降了13.4%, 其余处理均是收获后的土壤全氮含量高于种植前, 其中处理3 (N1P3K3W3) 和处理5 (N2P2K3W1) 的全氮含量增长幅度最大, 收获后的土壤全氮含量较种植前的分别增长了34.8%和34.5%, 而增长幅度最小的是处理8 (N3P2K1W3) , 其增长幅度仅为1.5%。
由收获前后土壤碱解氮变化图可以看出, 所有处理的碱解氮变化幅度均较大, 所有处理较种植前均为增长趋势, 其中增长幅度最大的是处理4 (N2P1K2W3) , 其增长幅度为种植前的33.5倍, 增长幅度最小的是处理1 (N1P1K1W1) 和处理2 (N1P2K2W2) , 其增长幅度分别为种植前的16.9倍和16.6倍。
2. 不同水肥耦合条件下对土壤全磷、速效磷的影响
由收获前后土壤全磷变化图可以看出, 所有处理的全磷变化幅度均较大, 所有处理较种植前均为增长趋势, 其中增长幅度最大的是处理7 (N3P1K3W2) , 其增长幅度为种植前的2.60倍, 增长幅度最小的是处理1 (N1P1K1W1) 其增长幅度为种植前的0.97倍。
由收获前后土壤速效磷变化图可以看出, 所有处理的速效磷变化幅度都比较平稳, 且所有处理较种植前均呈现下降趋势, 其中下降幅度最大的是处理1 (N1P1K1W1) , 收获后的速效磷含量较种植前下降了36.3%, 下降幅度最小的是处理2 (N1P2K2W2) , 较种植前下降了26.4%。其中处理7 (N3P1K3W2) 和处理8 (N3P2K1W3) 下降的幅度相等, 均为29.0%。
3. 不同水肥耦合条件下对土壤全钾、速效钾的影响
由收获前后土壤全钾变化图可以看出, 所有处理的土壤全钾变化幅度都比较平稳, 所有处理较种植前均呈现增长趋势, 其中增长幅度最大的是处理1 (N1P1K1W1) , 收获后的土壤全钾含量较种植前增长了27.9%, 增长幅度最小的是处理3 (N1P3K3W3) , 较种植前增长了12.8%。其中处理6 (N3P1K3W2) 和处理9 (N3P2K1W3) 增长的幅度相等, 均为20.7%。
由收获前后土壤速效钾变化图可以看出, 土壤速效钾变化范围较宽, 其中只有处理3 (N1P3K3W3) 收获后的土壤速效钾含量低于种植前的土壤速效钾含量, 处理3 (N1P3K3W3) 的土壤速效钾含量较种植前下降了15.8%, 其余处理均是收获后的土壤速效钾含量高于种植前, 其中处理9 (N3P2K1W3) 和处理7 (N3P1K3W2) 的速效钾含量增长幅度最大, 收获后的土壤速效钾含量较种植前的分别增长了82.5%和74.3%, 而增长幅度最小的是处理4 (N2P1K2W3) , 其增长幅度仅为5.3%。
水肥耦合 篇5
水分既是作物生长发育必需的要素之一, 又是营养元素吸收、合成及运转的媒介, 也是植株体内生理生化活动的参与者和介质。所以, 土壤和作物的水分状况对作物的生长发育有着重要的影响。养分对作物的生长发育起着极为重要的作用, 而不同的营养元素对作物的影响作用不同。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
本研究试验地点位于贵州大学南区教学盆栽场。供试土壤为黄色壤土, 有机质含量为3.77g/kg、全氮0.190%、全磷1.498g/kg、全钾9.495g/kg、碱解氮181.02mg/kg、速效磷35.66mg/kg、速效钾354.7mg/kg, p H值7.03, 最大土壤持水量为38.52%。
水、氮、磷、钾耦合试验在贵州大学南区教学盆栽场的防雨棚内进行。供试玉米品种为安单136号, 2006年4月30日播种, 2006年5月9日出苗。玉米整个生长期严格控制土壤含水量, 并于苗期、拔节期、成熟期测定各个处理的灌水量和植株的生物学产量以及干物质量。
1.2 试验设计
盆栽试验方案采用四因素三水平L9 (34) 正交设计, 总处理数为9个 (见表1) , 各处理重复5次。除灌水量和施肥量按照上述处理实施以外, 其余管理措施应相对一致, 试盆置于防雨棚内。
2 结果与分析
2.1 苗期玉米在不同水肥耦合条件下对水分利用率的影响
由表2可得出, 不同水肥耦合条件下, 玉米苗期水分利用率在1.25~2.67g/kg之间, 其中苗期水分利用率最高为处理4 (N2P1K2W3) , 即中氮低磷中钾高水状态, 其值为2.67g/kg, 最低为处理9 (N3P2K1W3) , 即高氮中磷低钾高水状态, 其值为1.25g/kg。苗期玉米在低水条件下, 即处理1、2、3的平均水分利用率为2.25g/kg;在中水条件下, 即处理4、5、6的平均水分利用率为2.11g/kg;在高水条件下, 即处理7、8、9的平均水分利用率为1.39g/kg。由此可以看出, 苗期玉米在不同水肥耦合条件下, 平均水分利用率为低水>中水>高水, 这可能是因为玉米苗期植株比较矮小, 对水分的需求较小。所以, 低水条件下水分利用率相对较高, 而在高水状态下, 严重造成了水资源的浪费。苗期所有处理其平均水分利用率为1.91g/kg。
2.2 拔节期玉米在不同水肥耦合条件下对水分利用率的影响
由表2得出, 不同水肥耦合条件下, 玉米拔节期水分利用率在3.12~6.83g/kg之间, 其中拔节期水分利用率最高为处理3 (N1P3K3W3) , 即低氮高磷高钾高水状态, 其值为6.83g/kg, 最低为处理7 (N3P1K3W2) , 即高氮低磷高钾中水状态, 其值为3.12g/kg。拔节期玉米在低水条件下, 即处理1、2、3的平均水分利用率为5.74g/kg;在中水条件下, 即处理4、5、6的平均水分利用率为4.68g/kg;在高水条件下, 即处理7、8、9的平均水分利用率为3.57g/kg。由此可以看出, 拔节期玉米在不同水肥耦合条件下, 平均水分利用率为低水>中水>高水。拔节期所有处理其平均水分利用率为4.66g/kg。
2.3 成熟期玉米在不同水肥耦合条件下对水分利用率的影响
由表2得出, 不同水肥耦合条件下, 玉米成熟期水分利用率在3.79~7.16g/kg之间, 其中成熟期水分利用率最高为处理1 (N1P1K1W1) , 即低氮低磷低钾低水状态, 其值为7.16g/kg, 最低为处理8 (N3P2K1W3) , 即高氮中磷低钾高水状态, 其值为3.79g/kg。成熟期玉米在低水条件下, 即处理1、2、3的平均水分利用率为6.35g/kg;在中水条件下, 即处理4、5、6的平均水分利用率为5.22g/kg;在高水条件下, 即处理7、8、9的平均水分利用率为4.00g/kg。由此可以看出, 成熟期玉米在不同水肥耦合条件下, 平均水分利用率为低水>中水>高水。成熟期所有处理其平均水分利用率为5.19g/kg。
3 结论
不同水肥耦合条件下, 玉米在苗期、拔节期、成熟期中, 其水分利用率最大为成熟期的处理1 (N1P1K1W1) , 即低氮低磷低钾低水状态, 其值为7.16g/kg, 最小为苗期的处理9 (N3P2K1W3) , 即高氮中磷低钾高水状态, 其值为1.25g/kg。
该试验表明, 玉米在苗期、拔节期、成熟期, 其水分利用率变化趋势相同, 均为低水>中水>高水;玉米在不同水肥耦合条件下, 其水分利用率平均值为成熟期 (5.19g/kg) >拔节期 (4.66g/kg) >苗期 (1.91g/kg) 。
摘要：不同水肥耦合条件下, 玉米不同时期水分利用率变化范围为1.257.16g/kg, 即最小为苗期的处理9 (N3P2K1W3) , 最大为成熟期的处理1 (N1P1K1W1) ;玉米在苗期、拔节期、成熟期, 其水分利用率变化趋势相同, 均为低水>中水>高水。玉米在不同水肥耦合条件下, 其水分利用率平均值为成熟期 (5.19g/kg) >拔节期 (4.66g/kg) >苗期 (1.91g/kg) 。
水肥耦合 篇6
干旱缺水、土壤肥力低下是限制黑龙江省西部半干旱地区农业生产力提高的两个主要因素。膜下滴灌作为一种局部、高频率的灌溉技术,具有提高土壤温度,保持作物近根区较高湿度,节水、省肥特性。这种灌溉技术在大田中的应用大大地改善了我国干旱和半干旱地区农业干旱缺水、土壤肥力低下的状况。早期的报道多见于膜下滴灌条件下瓜果、蔬菜的节水效应和产量效应研究,而对大田种植情况下水、肥这两个因子相互作用对作物产量的效应以及水肥施用最优配比的研究相对较少。本文以膜下滴灌玉米为研究对象,分析其在水肥耦合条件下的产量效应,在建立该类型地区玉米产量数学模型的基础上,寻求高产高效水肥优化方案,提高水肥利用效率,为实现该地区玉米节水高产高效栽培提供科学依据。
1 材料与方法
试验于2008年在大庆市杜蒙县一心乡进行。该地位于东经124°25′、北纬46°5′ ,海拔145.4 m。多年平均降雨量 407.7 mm ,年平均蒸发量为1 795.47 mm,无霜期为150 d。土壤主要为草甸土和沙土,土壤肥力中等。土壤剖面土壤密度:0～20 cm为1.391 g/cm3、20～40 cm为1.462 g/cm3、40～60 cm为1.521 g/cm3、60～80为1.563 g/cm3,有机质12.5 g/kg,全氮0.098%,全磷0.105%,全钾1.44%,碱解氮48.2 mg/kg,速效磷21.5 mg/kg,速效钾71.5 mg/kg,pH值7.82。
玉米田间试验采用二因素二次饱和D-最优设计(206),共6个处理,12个小区, 供试作物玉米(富友9号),于2008年5月1日播种,2008年9月28日收获。采集数据小区面积5.2 m×75 m=390 m2。宽膜种植,膜宽150 cm。灌水日期分别为5月12日、6月14日、7月16日8月19日。玉米氮肥(尿素)1/3作为基肥,2/3量的追肥尿素分别在第2次灌水和第3次灌水时随滴灌带流入田间,各处理灌溉定额,氮肥的施用量见表1。在每次灌水前后和收获前进行取样分析。观测层深80 cm,分0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm共5个层次。生育动态观测:进行了株高、茎粗、干物质等观测。收获时进行实收和取样考种。
2 结果与分析
2.1 产量模型的建立
6种处理下玉米的产量如表2。
利用产量结果,以二次最优设计进行回归模拟,得到产量(Y)与氮(X1)、水(X2)2因子的回归模型。
其理论产量与实际产量之间的复相关系数R2=0.984,大于其临界值(R
2.2 试验因子的产量效应分析
主因子效应分析:因试验设计各因素已经过量纲化处理,且各一次项系数与交互项、平方项的回归系数间都是不相关的,所得偏回归系数已标准化。故其回归系数绝对值的大小可直接反映变量X对产量Y的影响程度。分析产量模型,其主效应表现为:
(1)一次项X1、X2、系数均为正值,说明在试验设计范围内,氮、水单因子都有增产效应,且由系数绝对值大小判断出两因子对产量影响顺序为施氮量>灌水量;
(2)交互项X1X2系数为正值,说明氮水耦合对产量的增加具有相互促进作用;
(3)二次项X
灌溉量与施氮量对玉米产量的关系:将施氮量(X1)与灌溉量(X2)分别取(-1,-0.5,0,0.5,1)和(-1,-0.5,0,0.5,1)代入回归方程式(1)中可得表3,根据表3画出三维曲面图1。曲面图上各点的高度代表两因子一定配比水平时的玉米的产量,曲面的高度越高,说明玉米的产量越高。从图1中还可以看出,当一个因子固定在某一水平时,玉米产量随另一因子水平变化的规律。
从图1可见,当施氮量一定时,灌溉量在-1～0区间水平的范围内,玉米产量随着灌溉量的增加而增加;当灌溉量在0～1区间水平的高灌溉量范围内,玉米产量随灌溉量的增加而降低,这说明在施氮量一定的情况下,灌溉量太多或者过少,氮肥效果都得不到最大程度发挥,产量都不能达到最大值。与此同时,灌溉量处在-0.5～1区间水平时,玉米的产量随着施氮量增加有所提高,但是灌溉量处于-1水平时,玉米产量随着施氮量的增加呈现先增高后降低的趋势。说明在中,高灌溉量水平下施加氮肥具有明显的增产效应;但当灌溉量水平较低时,随着施氮量的大量增加可能会造成减产,这种效应符合报酬递减函数。此时,如果加大施用氮肥,则肥料利用率降低。从图1也可以得出玉米产量的最高值时并不产生在灌溉量和施氮量最大时,施氮量的高产临界值在1水平左右,灌溉量在0.5水平左右。造成这种现象的原因是:大量的施用氮肥降低了玉米根系对土壤水分的吸取,增加了蒸发,减低了水分利用率,从而造成减产。
单因素效应分析:单因素效应为了进一步探讨各个因素的单独效应,现对回归模型(1)进行降维处理,即将二因素中固定一个因素为零水平,则可得其中一因素对产量的一元二次子模型。
将不同水平施氮量和灌水量代入式(2)、(3)得出对应的单因子效应值(表4)。在试验设计的二因素水平值范围内,因子的产量效应图如图2所示。
从图2看出,产量随施氮量、灌溉量的增加均呈开口向下的抛物线趋势变化,存在产量最高点。符合报酬递减定律。两因素都有明显的增产效应,各抛物线的顶点就是各单因素的最高产量值,与其相对应的便是各因素的最适投入量。在本试验中,氮肥的最佳投入量为0.963(码值),实际用量则为369.45 kg/hm2,此时产量可达12 204.356 kg/hm2,最适灌水量为0.055(码值)即灌水量为462.375 m3/hm2,此时产量可达11 450.89 kg/hm2。到达最适投入量时,产量最高;投入量继续加大,产量则随之减小。由图2中还可以看出,在较低投入量时,氮肥的增产效果略高于水。
单因素边际效应:边际产量可反映各因素的最适投入量和单位水平投入量变化对产量增减速率的影响,各因素在不同水平下的边际产量可通过对回归子模型(2)、(3)求一阶偏导,则分别得到氮,水的各因素的边际效应方程(4)、(5)。
氮肥与水单因子边际效应值如图表5所示。
水肥单因子效应如图3所示:当另一因素取编码值为零水平时,随着氮、水投入量的增加,单位氮、水投入量的增产作用直线下降,说明水、氮二因素边际效益均呈递减趋势;且水的边际效益递减率比氮的略大。单位水平氮的施入量引起边际产量的减少量大。
在本试验条件下获得的最高产量对大面积生产应用来说并不一定能代表实际的最佳水平,为了取得二因素在生产中应用的可靠性,采用频数法进一步解析,在-1～1约束区间,取步长0.5进行模拟,所得25套方案中,有8套方案玉米产量≥11 500 kg/hm2。其优化组合的置信区间见表6。
通过模拟寻优分析,杜蒙地区玉米要获得11 500 kg/hm2的产量,在固定的钾肥用量128.2 kg/hm2、固定磷肥用量为130.8 kg/hm2时,氮肥与灌水量配合最优组合取值范围为:氮肥327.45～347.5 kg/hm2,灌水量495～630 m3/hm2。
3 结 语
(1)本试验发现灌水量、施氮量对玉米产量的影响都为正效应且达到极显著水平, 且施氮量对玉米产量的影响大于灌水量对玉米产量的影响。
(2)水分增产效应随氮肥增加而增大,氮肥增产效应随水分增加而增大,但这种增产效应不是无限制的,水、氮因子的投入量有一定的阈值,超过这个阈值玉米产量将随着各因子投入量的增加而呈负效应,氮的最佳投入量为369.45 kg/hm2, 灌水量的最佳投入量为462.375 m3/hm。该地区水肥优化管理方案结果:在固定钾肥用量为128.2 kg/hm2、磷肥用量为130.8 kg/hm2时,实际获得最高产量12 333.33 kg/hm2的施氮量为375 kg/hm2、灌溉量为538.7 m3/hm2。
(3)玉米生产中,灌水量的多少要依据施肥量的高低确定。高水高肥不一定是最高产的,合理的施用氮肥能够提高玉米根系对土壤水分的吸取,提高作物蒸腾,减少蒸发,提高水分利用率和玉米产量。但主要以作物产量和经济效益为指标确定最佳施肥量是不够的,应从作物产量、品质、生产成本、土壤培肥、农田污染等方面综合考虑实现水肥资源的高效利用。
摘要：以玉米为研究对象,在黑龙江省大庆市杜蒙县进行了玉米膜下滴灌水肥耦合效应试验研究,目的在于寻求膜下滴灌最优水肥配施方案。本实验采用二因素二次饱和D-最优设计(206),建立了水氮回归数学模型。结果表明:该地区灌水量、施氮量对玉米产量的影响都为正效应,玉米产量的主要影响因素是氮肥用量。从产量角度评价,以高氮和中水为水肥调控的最佳组合,水肥调控的最佳组合获得最高产量为12 333.33 kg/hm2。所需施氮量为375 kg/hm2,全生育期补充灌溉量为538.7 m3/hm2。
关键词：膜下滴灌,水肥耦合,玉米
参考文献
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水肥耦合 篇7
1 试验材料与方法
1.1 试验条件
试验区域气候条件属于亚热带湿润气候,年平均气温在10.0~15.2℃,年降雨量1 200~1 300 m L,年平均日照时间达2 200 h,有明显的雨季。根据上述条件,本次采用的是大棚内盆栽试验。
1.2 试验材料
本次试验中需要使用的材料主要有:(1)塑料桶,上大下小直径不等的塑料桶,底部直径为30 cm,顶部直径为40 cm,同时在桶底部有竖向排水槽,使用纱布将塑料球阀紧紧缠住,定期做好排水,从桶底位置开始间隔1.5 cm,铺设细沙和土壤;(2)土壤,本次试验中选择的土壤为沙土,其中速效磷含量为8.65 mg/kg,总磷含量为0.80 mg/kg,有机碱解氮含量为15.05 mg/kg,有机含量为1.20%,总氮含量为0.55 mg/kg,含水量为18.2%,这些化学元素的组成,保证了土壤满足中等肥力要求;(3)水稻,采用的是粳稻9538。
1.3 试验过程
插秧在6月中旬完成,收割在10月中旬完成,设2个土壤水分水平、3个秸秆还田水平、3个施肥水平1个正交组合,共涉及项目9个,分别编号为1~9。1~3项将施肥量控制在21.6 kg/667 m2,此后分蘖后期水分胁迫和结实后期水分胁迫按照常规进行处理;4~6项将施肥量控制在18.0 kg/667 m2,在分蘖后期水分胁迫、正常及结实后期进行水分胁迫处理;7~9项将施肥量在14.5 kg/667 m2,然后在正常、分蘖后期水分胁迫、及分蘖后期进行水分胁迫处理。整个试验过程中设置对照组1组,不进行施肥处理,2组重复组。将土壤与基肥拌合后放入盆内,然后捣实,5 d的泡土,然后移栽秧苗,每盆中放置3株,全部都是用磷肥和钾肥,并严格控制施肥量和灌溉量[1]。
1.4 观察指标与评定方法
水稻的产量使用电子秤测量,主要包括以下内容:结实率、千粒重、每穗粒数、667 m2穗数,最终结果将上述指标相乘,其中千粒重需要除以1 000。此外,还需测量土壤水势、蛋白质含量、含水量以及秸秆总氮含量、水样总氮含量、土壤总氮含量等。
2 试验结果与分析
本次试验中1~9项的盆穗数(个)、穗例数(个)、空壳量(个)、结实率(%)、千粒重(g)、667 m2穗数(个)和产量(kg/667 m2)等相关数据分别为:24、85、5、94、28、226 468和517;21、91、3、97、28、198 160和484;20、93、3、97、30、188 720和509;25、87、7、92、27、235 906和515;24、91、6、93、28、226 468和571;21、95、2、98、29、198 160和541;23、85、3、96、28、217 030和507;20、89、3、97、30、188 772和488;19、83、2、97、30、169 301和445。
采用秸秆还田水肥耦合后,水稻的产量、相关因子、氮素利用率和总氮水平的流失均可产生较大影响,通过对相关数据的分析,最终结果显示影响氮肥利用率的影响因素主要是施肥量、秸秆还田和水分控制阶段等,这些因素会直接影响氮肥的利用率,如果加以控制,可减少土壤总氮量的流失,提高氮肥的利用率。在这些因素中,影响较大的就是施肥量,其次是水分控制,而秸秆还田的影响较小。
结合试验相关数据,最终可得出以下结论:肥料和土壤水分会直接影响水稻的产量,在水稻种植过程中随着施肥量的增加和土壤水分含量的增加,水稻产量会逐渐增加,但是到达一定程度后又会逐渐出现下降趋势。这说明水稻生产中,肥料和土壤水分的施加量需要适可而止,使用过多反而会影响水稻的产量。在上述1~9项中,第6项的氮肥吸收率接近50.0%,这表明在水稻生长过程中增加施肥量可增加土壤中的氮肥含量,同时土壤中需要有一定的水分以及秸秆还田作为辅助条件,否则土壤中的氮利用率较低[2]。
3 结语
肥料利用率的提高有助于控制化肥的年增长量,改善土壤和水体环境等,通过秸秆还田条件水肥耦合可促进水稻生长,同时还能减少土壤总氮流失,当然本次试验由于研究范围有限,更深入的研究还需要扩大范围进行分析试验。
参考文献
[1]杨文.秸秆还田条件水肥耦合对水稻生长及土壤总氮流失的干预研究[J].农业与技术,201(44):27.