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文檔簡介
目錄1前言 11.1研究背景 11.2國內外水肥一體化技術應用現狀 21.3本研究的目的及意義 32試驗材料及方法 32.1試驗區基本狀況 32.2試驗方案 42.3試驗管理 42.4測定指標及方法 43結果與分析 53.1不同處理對土壤地溫的影響 53.2不同處理對土壤養分的影響 53.1.1不同處理對土壤硝態氮的影響 53.2.2不同處理對土壤有效磷的影響 63.2.3不同處理對土壤水溶性磷的影響 73.2.4不同處理對土壤pH的影響 73.2.5不同處理對土壤水溶性鹽總量的影響 83.3不同處理對蕃茄產量的影響 84討論 94.1水肥一體化技術對環境的保護作用 94.2水肥一體化技術肥料利用率的促進作用 94.3水肥一體化技術對設施菜田的增產作用 95結論 9參考文獻 10致謝 12附錄1:相關英文文獻 12附錄2:英文文獻中文譯文 12摘要水肥一體化技術是將灌溉與施肥融為一體的農業新技術。本研究通過研究不同灌溉條件下設施菜田土壤地溫、土壤中硝態氮含量、土壤中有效磷、水溶性磷含量、土壤中水溶性鹽含量、土壤PH值變化情況以及設施農田農作物的產量以判斷不同灌溉條件對農作物利用肥料的影響情況。結果表明,同漫灌施肥法相比,滴灌施肥法能提高設施菜田土壤地溫0.5℃-1℃,而且滴灌施肥法能明顯降低土壤中硝態氮和水溶性鹽含量,能大大提升土壤中有效磷和水溶性磷的含量,但對土壤PH值的影響不大。在各處理組中,A-1處理(6天灌1次,灌溉定額為12m3/畝/次)的番茄產量最高,說明滴灌施肥技術具有很好的防污染、提高肥料利用率和增產作用。關鍵詞:設施菜田;水肥一體化;硝態氮;有效磷ABSTRACTFertigationtechnologyisintegratedintoirrigationandfertilizationofagriculturaltechnology.Thisresearchthroughresearchundertheconditionsofdifferentirrigationsoiltemperature,soilnitratenitrogen,effectivephosphorusinsoil,watersolublephosphoruscontent,watersolublesaltcontentofsoils,soilpHchangesandfacilityfarmlandcropyieldtojudgedifferentirrigationconditionsoncroputilizationoffertilizereffect.Theresultsshowthat,comparedwithfloodirrigationfertilizationmethod,dripirrigationfertilizationcouldimprovesoiltemperature0.5℃to1℃,anddripirrigationfertilizationmethodcansignificantlyreducethenitrateinthesoilandwatersolublesaltcontent,dripirrigationfertilizationmethodcangreatlyenhancetheeffectivephosphorusinsoilandwatersolublephosphoruscontent,buthaslittleeffectonsoilpH.Ineachtreatmentgroup,A-1treatment(6days1timesirrigation,irrigationquotais12m3/mu/time)havethehighestyieldoftomato,descriptionofdripfertigationhasgoodantipollution,improvingtheutilizationratioofthefertilizerandincreaseproductioneffect.Keywords:Greenhousevegetables;Fertigation;Nitratenitrogen;Availablephosphorus設施菜田不同灌溉條件下肥料試驗研究1前言1.1研究背景水資源短缺、供水不足是21世紀人類面臨的全球性問題之一。隨著全球人口的急劇增長和世界經濟的快速發展,水資源遭到了嚴重破壞。從1950年到2000年,世界人均水資源占有量減少了25%[1]。我國人口占世界總人口的22%,淡水資源占世界淡水資源總量的8%,居世界第六位,但人均淡水擁有量僅占世界人均淡水擁有量的1/3,居世界109位,是世界上13個缺水國之一[2,3]。同時,我國也是世界肥料消費大國,1997~1998年度,我國化肥和氮肥消費總量均居世界首位,分別占世界消費總量的26.2%和28.7%[4]。目前,我國按可耕地和多年生作物面積計算的施肥水平為266kg/hm2,遠超過世界平均水平的91kg/hm2,在聯合國農糧組織(FAO)所統計的162個國家中居第10位[5]。而且我國化肥利用效率極低,據相關資料顯示,目前我國氮肥利用率為30%~50%,磷利用率為10%~25%,鉀利用率約50%[6,7]。如此低的肥料利用率不僅造成了資源和能源的大量浪費,還引發了一系列的環境問題。在菜田施肥中對肥料可溶性能的特殊要求是灌溉用肥的最顯著特點,以氮、磷、鉀三營養元素為例:氮肥基本上來源于合成氨工業,溶解性能良好;鉀肥主要來源于可溶性的無機鹽;但磷肥都來源于磷礦石,磷礦的主要成分是氟磷酸鈣(Ca5F(PO4)3),還有許多其它雜質,這些雜質和磷礦分解過程中產生的石膏或多或少的會帶入肥料中,從而導致大多數磷肥品種不能用于灌溉施肥。如果去掉這些雜質,又會使肥料價格大幅度攀升。目前國內外灌溉施肥專用肥大部分采用高純度的磷酸一銨和磷酸二氫鉀作磷源,價格昂貴,很難被中國農民接受,不適合大面積推廣;許多地方用磷肥作基肥,只對氮肥和鉀肥進行灌溉施肥,沒有徹底解決磷肥的灌溉施肥問題。由此可見,我國水肥資源緊缺,農業生產中水肥資源消耗巨大,已經成為制約我國農業健康發展的重要因素。因此,發展現代農業,必須要解決水肥利用問題。水肥一體化技術能夠實現水分和養分的綜合協調及一體化管理,不但能夠有效提高水肥利用效率,還能夠提高農作物產量,提高農業的綜合生產力,因此,大力發展水肥一體化是加快推進現代農業的戰略選擇[8]。1.2國內外水肥一體化技術應用現狀水肥一體化技術是“以水調肥”和“以肥促水”的水肥耦合的農業新技術。水肥一體化滴灌是借助壓力系統或地形自然落差將可溶性固體或液體肥料,按土壤養分含量和作物不同種類和生長階段的需肥規律和特點,將配兌成的肥液與灌溉水一起在可控管道系統使水肥相融后,通過管道和滴頭形成滴灌,均勻、定時、定量,浸潤作物根系發育生長區域,把水分、養分定時定量、按比例直接提供給作物,使根系土壤始終保持疏松和適宜的含水量[9-11]。該技術強調水肥兩大因素的協同互作效應,具有顯著的省水、省肥、省藥、省時省工和高產高效等特點[12]。水肥一體化技術能夠使作物根系區土壤始終保持疏松和適宜含水狀態,減少水分的下滲和蒸發,節水率為30%~40%[13];該技術還實現了平衡施肥和集中施肥,減少了肥料的揮發、流失以及養分過剩的損失,與傳統施肥相比節約肥料35%~42%[14];將該技術應用于設施菜田后,灌溉水量和蒸發量相對減少,棚內空氣濕度明顯降低,從而減少了了作物病蟲害的發生,減少了農藥投入,據相關統計平均每畝農藥用量減少15%~30%[15];水肥一體化技術減少了人工開溝、撒肥的過程,同時也減少了除草、噴藥等用工,勞動效率大大提高;而且將該技術應用于設施菜田后,能夠按照作物需求均勻、協調地供給蔬菜水肥,蔬菜產量可增加10%~20%,蔬菜品質也得到明顯改善[16]。水肥一體化技術由于節水節肥、增產增效、生態環保效益顯著,在發達國家得到了廣泛應用。以色列普遍推行了測墑灌溉自動控制水肥一體化系統,目前水肥一體化應用面積達到90%以上;美國是目前世界上微灌溉面積最大的國家,60%的馬鈴薯、25%的玉米和33%的果蔬均采用水肥一體化技術,用于水肥一體化的肥料站占肥料總量的38%;澳大利亞2006年設立了100億澳元的國家節水計劃用于發展灌溉設施和水肥一體化技術;此外,水肥一體化技術發展較快的國家還包括西班牙、意大利、法國、印度、日本和南非等國家。第六次國際微灌資料顯示,從1981年到2000年世界微灌面積增加了633%,平均每年增加33%,達到373.3萬hm2。同發達國家相比,我國水肥一體化技術還處于起步階段。在烏魯木齊舉辦的農業論壇上,農業部全國農技推廣服務中心節水處處長高祥照介紹,據不完全統計,截至2010年,我國水肥一體化技術應用面積僅153萬hm2,其中新疆占127hm2,大多數省份水肥一體化技術應用還相當滯后[17]。按照全國0.6億hm2的灌溉面積計算,目前我國水肥一體化技術應用比例僅有2.87%。但是我國適宜發展水肥一體化的作物面積非常廣泛,我國有0.1億hm2果園,其中18.1%的果園有灌溉條件,面積180萬hm2,,完全可以發展水肥一體化技術;我國蔬菜種植面積0,18億hm2,大部分有灌溉條件,也可以發展水肥一體化技術;另外,我國還有0.3億hm2玉米、0.11億hm2馬鈴薯、0.17億hm2甘蔗,這些大田作物也都適宜推廣水肥一體化技術。因此,水肥一體化技術在我國具有很大的發展空間。1.3本研究的目的及意義天津市屬于重度資源型缺水地區,區域性、季節性、水質性缺水的特點尤為突出[18]。隨著經濟社會的發展,天津市農業用水和城市用水之間的矛盾日益突出。設施種植屬于高耗水產業,水資源緊缺成為了天津市設施農業發展的瓶頸,所以發展節水型高效農業是天津市設施農業可持續發展的必由之路。因此,本研究針對天津市設施菜田水肥管理的現狀,研究滴管和漫灌條件下作物對肥料的利用效果以及土壤環境的變化,從而為天津市設施菜田水肥管理提供理論依據和指導方針,具有重要的現實意義。2試驗材料及方法2.1試驗區基本狀況2006年武清全區設施蔬菜面積9.38萬畝,約占菜田面積的40%,其中溫室2.63萬畝,大棚1.77萬畝,中小棚4.98萬畝,分別占設施蔬菜面積的28%、19%和53%。全區有農用機井5650眼,防滲渠道3107公里,2006年有效灌溉面積為111萬畝,有效灌溉率為82.5%。武清區蔬菜產業設施化程度不是很高,60%的菜田為露天生產,設施檔次較低,以中小棚為主,溫室、大棚面積僅占設施蔬菜面積的46.9%,而且養分投入偏高,對地下水和地表水的影響很大大,因此在武清區設施菜田開展養分調控具有重要的現實意義。本研究于武清區北部無公害生產基地——大孟莊鎮后幼村進行,經度116°57′51.87″-116°58′27.03″,緯度39°32′51.81″-39°33′8.24″。設施菜田面積200畝,種植制度以黃瓜-番茄為主。試驗地施肥量高,地力水平較高,土壤質地中等。總體來看,土壤中有效磷含量偏高,試驗區土壤具體理化性狀如表1。表1試驗區土壤基礎養分狀況指標有機質全氮有效磷速效鉀水溶性鹽質地g/kgg/kgmg/kgmg/kgg/kg指標值18.52.32339.31320.943.94中等2.2試驗方案試驗分A-1、A-2、B、C、CK五個處理,每個處理在移栽定植前畦灌或溝灌一次透水,灌溉定額為40m3/畝/次;定植到幼苗長出7-8片真葉展開、第一花序現蕾后,畦灌或溝灌一次透水,灌溉定額為40m3/畝/次,不施肥;開花至第一果穗直徑2-3cm前,灌小水,即滴灌1次,灌溉定額為12m3/畝/次。第一穗果膨大到“乒乓球”大小至試驗結束,各試驗組灌溉定額按照以下方案進行,如表2。表2試驗分組及結果期灌溉方案分組灌溉期灌溉頻率灌溉定額總定額A-1結果期6天灌1次12m3/畝/次200m3/畝A-23天灌1次6m3/畝/次200m3/畝B6天灌1次13.8m3/畝/次240m3/畝C6天灌1次10.2m3/畝/次180m3/畝CK10天灌1次40m3/畝/次300m3/畝試驗設施菜田按照中等施肥原則設計施肥方案,其中基肥方案為有機肥5m2,磷酸二銨35公斤,硫酸鉀25公斤;追肥方案按照目標產量6000kg/畝的原則設計,滴灌施肥按照每6天灌水施肥一次設計,總計約20次,每次追肥為尿素1.0kg/總滴灌畦,圣誕水溶肥2.5kg/總滴灌畦;漫灌施肥按照每10天灌水施肥一次設計,總計約10次,每次追肥為尿素6.0kg/總漫灌畦,硫酸鉀3.0kg/總漫灌畦,磷肥5-10kg/總漫灌畦。2.3試驗管理試驗種植作物為番茄,6t/畝,株距40cm,大行距140cm,每畦雙行內的行距40-50cm,畦南北向6.45m,東西向寬1.4m,共63個畦。整棚種植有效面積563.89m2(折合0.85畝),其中滴灌0.62畝,漫灌0.23畝。追肥、灌水根據當時習慣進行管理,病害防治按照傳統管理進行。試驗于2011.8.10整地,8.20定植,并分別于8.10、10.5、11.20分別采集0-30、30-60、60-90、90-120cm深度土壤樣品,用于土壤中硝態氮、有效磷、水溶性磷、水溶性鹽、土壤PH及地溫等指標的測定。2.4測定指標及方法土壤地溫用地溫計測定;土壤PH值采用PH計測定,水土比為2.5:1[19];土壤硝態氮采用紫外風光光度法測定;土壤有效磷采用鉬銻抗比色法測定;土壤水溶性磷采用蒸餾水浸提,鉬銻抗比色法測定[20];土壤水溶性鹽按照《土壤農化分析》中的方法進行測定,水土比為5:1[21]。所得數據采用EXCEL軟件進行分析處理。3結果與分析3.1不同處理對土壤地溫的影響溫度對農作物的生產具有很大影響,而地溫是改變植物所受溫度變化的基礎,是植物保持根系活力的重要因子,對農作物的生長和產量有很大影響[22]。本研究結果顯示,不同試驗期滴灌施肥方式能明顯提高不同土層深度的土壤地溫,與漫灌施肥方式相比提高幅度在0.5℃-1℃,說明采用滴灌施肥方式具有良好的保溫升溫作用,但這種升溫效果在5-10cm土層效果更明顯,如表3。表3不同灌溉施肥方式對土壤地溫的影響(℃)采樣日期分組測定深度(cm)51015202512月1日A-21313.5141414.5CK1212131414.512月7日A-211.511.5121212.5CK111111.512.512.512月12日A-21313.514.514.515CK12.512.513.514.514.512月15日A-21212.513.51414.5CK11.511.512.513.51412月20日A-212.512.513.51414.5CK1212131414.512月25日A-21313.514.514.515CK12.512.51415153.2不同處理對土壤養分的影響3.1.1不同處理對土壤硝態氮的影響氮肥施入土壤,大部分是以土壤無機氮的形式存在,NO3--N是土壤無機氮的主要組成成分[23]。硝態氮由于帶負電荷而成為氮素淋溶的主要形式,在土壤中不易被吸附,很容易隨水向下淋溶,在降雨和灌溉時發生隨水運移淋市失,大致地下水污染,特別是淺層地下水更容易受到污染[24]。本研究結果顯示,同漫灌施肥方式相比,滴灌施肥方式能大大降低土壤各層硝態氮的含量,說明滴灌施肥能明顯提高農作物對氮肥的利用率,減少硝態氮在土壤中的沉積和對地下水的污染,如表4。3.2.2不同處理對土壤有效磷的影響在農業生產系統的應用中,磷是其中一個最重要的營養素,有助于提高作物產量[25]。但在實際生產過程中,人們為了追求經濟效益,在設施菜田上盲目使用磷肥,導致磷素在土壤中的過度沉積[26]。本研究結果顯示,在中等施肥方案表4不同處理對土壤硝態氮含量的影響采樣日期采樣深度(cm)硝態氮含量(mg/kg)A-1A-2BCCK10月29日0-30101.9287.8381.3854.43221.0330-6084.3588.6985.6969.02118.6960-9081.2581.84109.1275.75174.6090-12079.4474.1987.1575.8680.9812月1日0-3082.79128.9972.77114.97177.7130-6075.11111.5783.3672.60133.0660-9078.1396.8885.0388.01121.9590-12070.2252.2265.7647.85122.4912月28日0-3076.9666.4187.1393.35159.6330-6066.6054.8460.6169.50110.2460-9097.0094.13104.0474.16104.0990-120174.14122.7975.42117.6579.19的基礎上采用水肥一體化技術大大減少了土壤中磷素的沉積,改善了試驗區土壤中磷素水平偏高的局面。總體來看,采用滴灌施肥方式的土壤中有效磷含量整體上高于漫灌施肥方式,如表5。說明采用水肥一體化技術可以減少設施菜田生產過程中的磷肥投入量,提高磷肥的利用效率,具有明顯的經濟效益。表5不同處理對土壤有效磷含量的影響采樣日期采樣深度(cm)有效磷含量A-1A-2BCCK10月29日0-30120.2293.13124.21110.82114.6530-6030.8261.9032.5764.6142.6160-905.0029.8616.8025.7227.4790-1205.8014.577.0817.916.6012月1日0-3097.2787.5593.77153.0579.5930-6063.3334.9623.0158.2349.4760-9014.7318.7113.1315.0411.0690-1206.927.550.3813.458.6712月28日0-30111.62126.12130.4291.70102.6930-6082.1464.4530.1834.9673.6960-9031.3030.3421.9048.3536.4090-12034.3310.4216.16100.9414.093.2.3不同處理對土壤水溶性磷的影響一般農作物主要吸收的磷肥為正磷酸鹽(H3PO4),也能吸收部分偏磷酸鹽(HPO3)和焦磷酸鹽(H4P2O7),正磷酸鹽水解產生H2PO4-、HPO42-、PO43-,而作物主要吸收H2PO4-和HPO42-,這兩種形態的磷肥稱作有效磷,其中含有H2PO4-形態的磷肥稱為水溶性磷[27]。在復混(合)肥料國家標準GB15063-2011中明確規定了水溶性磷占有效磷的百分率,可見水溶性磷的重要性。由表6可以看出,與漫灌施肥法相比,采用滴灌施肥法可以提高土壤中,特別是深層土壤(90-120cm)中有效磷的含量,說明滴灌施肥可以提高肥料中水溶性磷的利用率,從而提高農作物對磷肥的利用,在各試驗處理中,尤以處理A-1的效果最好。表6不同處理對土壤水溶性磷含量的影響采樣日期采樣深度(cm)水溶性磷含量A-1A-2BCCK10月29日0-3099.7172.1379.2164.4279.0730-6015.4226.1513.8935.4414.2760-908.4318.207.9511.168.9190-1207.7610.448.7210.687.9512月1日0-3057.6150.6751.2560.6350.8630-6018.5311.787.8512.6416.6760-909.876.997.3810.347.9590-1209.298.726.517.477.7612月28日0-3060.4464.0858.2456.6165.0430-6022.2233.438.8111.3034.1060-909.2910.067.289.2011.1190-12013.897.766.807.387.763.2.4不同處理對土壤pH的影響土壤酸化,養分積累是菜地土壤的重要特征,土壤PH值下降的主要原因是過度施肥造成的[28,29]。本實驗結果顯示,不同處理組對土壤PH值的影響不大,整個試驗期不同土層的PH值均在7.1-7.5之間,說明不同灌溉施肥方式對土壤的PH值沒有很大影響,進一步印證土壤PH值的變化可能跟施肥的數量以及種類相關。表7不同處理對土壤PH值的影響采樣日期采樣深度(cm)PH值A-1A-2BCCK10月29日0-307.297.387.397.337.0830-607.457.517.377.117.3260-907.727.437.427.447.4490-1207.467.356.707.537.5712月1日0-307.267.347.417.227.2230-607.377.487.407.526.8560-907.497.297.417.407.4090-1207.547.357.397.467.3212月28日0-307.397.267.307.327.2830-607.237.437.537.577.3460-907.517.547.367.337.3690-1207.227.327.417.287.353.2.5不同處理對土壤水溶性鹽總量的影響設施菜田的蔬菜種植屬于高密度種植,土地休耕時間短,化肥使用多,導致土地鹽漬化程度嚴重[30,31]。由本試驗結果可以看出,采用水肥一體化技術明顯降低了試驗區土壤中水溶性鹽的含量。在各處理中,滴灌施肥法的效果優于漫灌施肥法,滴灌施肥法各處理間沒有顯著性差異,如表8。說明采用水肥一體化技術能夠改善設施菜田鹽漬化問題,而尤以滴灌施肥法效果更好。表8不同處理對土壤水溶性鹽總量的影響采樣日期采樣深度(cm)水溶性鹽總量(g/kg)A-1A-2BCCK10月29日0-301.141.161.020.732.0830-600.951.041.060.851.0760-900.981.081.320.931.5690-1200.971.031.200.941.1112月1日0-300.861.350.911.152.1030-600.851.130.700.871.5660-900.931.140.901.021.2590-1200.840.910.920.901.4412月28日0-301.050.821.061.121.9030-601.030.830.890.941.3760-901.191.171.261.021.2890-1201.251.341.111.271.253.3不同處理對蕃茄產量的影響水肥一體化技術提高設施菜田農作物產量的作用已經有很多報道。本研究結果顯示,在個處理組中,漫灌施肥法的設施菜田番茄產量最低,為5000kg/667m2,在滴灌施肥法中以A-1和A-2兩個處理的效果較好,番茄產量分別為8000kg/667m2和7800kg/667m2,如圖1。這進一步驗證了水肥一體化技術對農作物的增產效果。4討論4.1水肥一體化技術對環境的保護作用在現代農業生產中,人們為了追逐經濟效益,往往大量使用肥料,不僅導致資源的浪費,還造成環境的污染,不利于現代綠色生態農業的發展,特別是硝態氮對地下水的污染和過度施肥引起的設施菜田鹽漬化問題近年來越來越引起人們的廣泛關注。本研究結果顯示,采用水肥一體化技術能夠明顯降低土壤中硝態氮的過度積累和土壤中水溶性鹽的含量,對于保護地下水、防止設施菜田鹽漬化的發生和保護生態環境具有重要意義。4.2水肥一體化技術肥料利用率的促進作用在農業生產中,磷素作為最重要的一個要素對農作物的產量具有重要促進作用,但磷肥利用率低下是制約農業生產的一大重要因素。本研究結果顯示,采用水肥一體化技術能明顯提高土壤中有效磷及水溶性磷的含量,對于提高磷肥的利用率,節約肥料成本具有重要意義。4.3水肥一體化技術對設施菜田的增產作用灌溉方式和施肥技術的發展其最終目的還是促進農業生產的發展。從本研究的結果來看,水肥一體化技術特別是滴灌施肥法能明顯提升土壤地溫,對農作物的生長提供了良好的環境條件,而且水肥一體化技術提高了磷素等多種營養素的吸收利用,為農作物的發育提供了良好的物質條件,最終提高了農作物產量,特別是滴管施肥法的效果更為明顯。5結論(1)滴灌施肥方式能夠明顯提高設施菜田土壤地溫,與漫灌施肥方式相比提高幅度在0.5℃-1℃。(2)水肥一體化技術能明顯降低設施菜田土壤中硝態氮和水溶性鹽的含量,并且滴灌施肥法的效果優于漫灌施肥法;水肥一體化技術能明顯提高設施菜田土壤中有效磷含量和水溶性磷的含量,并且滴灌施肥法的效果優于漫灌施肥法;在施肥方案確定的前提下,水肥一體化技術對設施菜田土壤中的PH值沒有明顯影響。(3)采用滴灌施肥技術能明顯提高設施菜田的番茄產量,其中以6天灌1次,灌溉定額為12m3/畝/次(A-1)效果最優,產量為8000kg/667m2。【參考文獻】[1]張承林,彥彪.灌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