CN114246040A - 一种生菜的水肥一体灌溉方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生菜的水肥一体灌溉方法及其应用。所述灌溉方法包括(1)将生菜生长分为苗期、莲座期和结球期(2)精准调控生菜不同生长时期水溶肥中的氮、磷、钾元素的配比并施用。所述灌溉方法在生菜生产中的应用能够(1)减少有机肥施用量；(2)提高生菜的肥料利用率；(3)减少根结线虫对生菜根部的危害；(4)提高生菜产量。
Description
技术领域
本发明涉及蔬菜施肥技术领域，尤其涉及一种生菜的水肥一体灌溉方法及其应用。
背景技术
结球莴苣(Lactuca sativa L.var.capitata L)俗称生菜，属菊科莴苣属一年生或二年生草本植物，因其富含维生素、胡萝卜素和微量元素等营养成分深受人们喜爱，是北京地区设施栽培的主要蔬菜之一。近年来北京市结球莴苣种植面积逐年增加，据统计，2018年播种面积达到3733.3hm2，占总播种面积的10.5％。
目前京郊结球莴苣生产上养分投入普遍过量，全生育期的氮磷钾总养分投入总量分别为972～1276kg/hm2、801～1144kg/hm2和635～864kg/hm2，氮磷钾养分比例为1:0.86:0.67。其中化肥氮磷钾养分投入量分别为220～407kg/hm2、91.4～170kg/hm2和54.3～252kg/hm2，氮磷钾养分比例分别为1:0.41:0.49。然而结球莴苣对氮磷钾养分吸收量分别为59.2～74.8kg/hm2、16.3～20.6kg/hm2和115～1462kg/hm2，其养分投入量远超出养分需求量，造成大量养分盈余(磷肥盈余，钾肥盈余)。过量施肥不仅浪费资源，而且导致土壤退化、蔬菜产量和品质降低。
针对上述施肥不合理问题，根据结球莴苣生长发育规律和养分需求规律，进行全生育期的养分调控是关键。过往的研究发现：过多施氮肥使莴苣产量下降；大量元素水溶肥能够带来较好的增产提质效果，且适当降低硝酸盐含量；平衡施肥可以在增产的同时改善莴苣的品质。
综上所述，国内对结球莴苣的水肥调控技术进行了相关研究并取得了一定效果，但对设施水肥一体化条件下结球莴苣全生育期养分供应研究报道较少。本发明采用优化施肥技术对结球莴苣产量、品质、节肥效果、肥料利用效率及经济效益的影响，以期为基于全生育期施肥套餐的优化施肥技术在结球莴苣上的合理施用提供依据和技术指导，实现生菜的优质、绿色、高效。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是生菜生产过程中的如下一个或多个问题：
(1)施肥过多导致生菜产量降低；
(2)节省生菜生产过程中所消耗肥料；
(3)提高生菜的肥料利用率。
(4)减少根结线虫对生菜的危害。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明在第一方面提供了一种生菜的水肥一体灌溉方法，所述方法包括如下步骤：
(1)根据生菜的不同生长时期的养分用量比例制定水溶肥配方；
(2)按照氮、磷、钾所需元素的量计算不同生长时期的水溶肥
用量；
其中，所述生菜的生长时期分为苗期、莲座期和结球期。
在一些优选的实施方式中，生菜苗期的水溶肥中氮、磷、钾元素含量比例为27:5:21；生菜莲座期的水溶肥中氮、磷、钾元素含量比例为24:4:27；生菜结球期的水溶肥中氮、磷、钾元素含量比例为24:4:27。
在另一些优选的实施方式中，所述氮肥的比例以水溶肥所含氮含量转化为N计算。
在另一些优选的实施方式中，所述磷肥的比例以水溶肥所含氮含量转化为P2O5计算。
在另一些优选的实施方式中，所述钾肥的比例以水溶肥所含氮含量转化为K2O计算。
本发明在第二方面提供了一种水肥一体灌溉方法在生菜生产中的应用，所述应用包括如下步骤：
(1)通过本发明第一方面所提供的元素比例确定生菜不同生长时期所需的氮、磷、钾元素比例。
(2)在苗期、莲座期和结球期各施肥两次。
在一些优选的实施方式中，所述生菜苗期的水溶肥用量为5.2～8.1kg/667m2。
在另一些优选的实施方式中，所述生菜莲座期的水溶肥用量为8.7～13.7kg/667m2。
在另一些优选的实施方式中，所述生菜结球期的水溶肥用量为14.5～22.9kg/667m2。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：
(1)基于不同时期结球莴苣的养分需求量设计的施肥套餐，在产量不降低的条件下，显著节省了肥料施用量。
(2)显著降低结球莴苣硝酸盐含量，提升了设施结球莴苣品质。
(3)节省了肥料用量，显著提高了肥料偏生产力及经济效益。
附图说明
图1显示了设施结球莴苣化肥节肥效果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
1材料与方法
1.1优化施肥方案
基于结球莴苣各生育期养分吸收规律和吸收量进行苗期、莲座期和结球期肥料配方和肥料用量的优化。考虑到京郊春茬果菜上施用大量有机肥，与果菜轮作条件下秋茬结球莴苣不推荐施用有机肥。根据秋茬目标产量确定氮素需求总量，以氮素供应目标值表示不同来源的氮素供应量。总的氮肥推荐数量按照如下计算公式计算：氮素推荐＝氮素供应目标值-土壤氮素矿化量-有机肥提供的氮素-灌溉水中的有效氮素(Fink&Scharpf，1993；张晓晟，2002；高杰云等，2014)。磷钾的推荐依据土壤肥力分级和作物养分带走量“衡量监控”方法(张福锁等，2009)。
1.2试验材料
试验于2019年分别在房山弘科农场、昌平金六环基地、通州永盛园基地开展，所用结球莴苣品种为射手101，由房山弘科农场统一育苗；各试验点的栽培方式均为畦栽，种植密度为60 000株·hm-2，秋茬栽培9月初定植，10月底收获。各试验点0～20cm土壤基本理化性状如表1所示。
表1各试验点供示土壤基本理化性状
1.3试验设计
试验设置3个处理，分别为CK(空白对照)、FP(现有技术施肥)、OPT(优化施肥)，3次重复。各试验点不同施肥处理施肥情况见表2、表3，昌平和通州试验点施肥量一致。各处理灌水制度一致，定植之前，灌水300～375m3·hm-2；苗期灌水2次，每次120～150m3·hm-2；莲座期灌水2次，每次150～180m3·hm-2；结球期灌水2次，每次150～180m3·hm-2。
表2试验各处理不同时期施肥量
注：*追肥为大量元素水溶肥。
表3试验各处理肥料养分分配
1.4测定指标与测定方法
产量测定：收获时，全小区测产，使用电子天平称量莴苣的重量，记为生物产量；去除每个莴苣非实用部分后，使用电子天平称量莴苣的重量，记为经济产量
品质测定：采收时每个小区采集两棵结球莴苣，用酚二磺酸分光光度法测定硝酸盐)含量(崔建宇等，2007)。
节肥效果按照化肥N、P2O5、K2O节肥效果分析。
化肥氮肥节肥＝FP施肥处理化肥中N养分-OPT施肥处理化肥中N养分；化肥磷肥节肥＝FP施肥处理化肥中P2O5养分-OPT施肥处理化肥中P2O5养分；化肥钾肥节肥＝FP施肥处理化肥中K2O养分-OPT施肥处理化肥中K2O养分；
经济效益分析：肥料及结球莴苣的价格均按实际价格计算，商品有机肥价格为500元·t-1，，水溶肥单价为12元·kg-1。
结球莴苣总收入＝结球莴苣经济产量*结球莴苣单价
施肥成本＝有机肥成本+水溶肥成本有机肥成本＝有机肥用量*有机肥单价；水溶肥成本＝水溶肥用量*水溶肥单价；
经济效益＝总收入-施肥成本
氮肥偏生产力(PFP-N，kg·kg-1)＝施氮区产量/施氮量；磷肥偏生产力(PFP-P，kg·kg-1)＝施磷区产量/施磷量；钾肥偏生产力(PFP-K，kg·kg-1)＝施钾区产量/施钾量。
1.5数据处理
采用Excel软件进行试验数据处理、作图，用SAS统计软件进行方差分析。
2结果分析
2.1不同施肥处理对结球莴苣产量的影响
如表4所示，3个试验点CK生物产量及经济产量均最低，OPT与FP处理的生物产量及经济产量均无显著差异。房山、昌平、通州3个试验点FP处理的生物产量分别为73、59、76kg·hm-2，经济产量分别为44、33、41t·hm-2；OPT处理的生物产量分别为72、62、76t·hm-2，经济产量分别为44、34、42t·hm-2。试验结果表明优化施肥OPT处理在大幅减少肥料用量的条件下，与FP相比产量不减，且表现稳产。
表4 3个试验点不同施肥处理对结球莴苣产量的影响
2.2不同施肥处理对结球莴苣硝酸盐含量的影响
硝酸盐含量是衡量莴苣品质的一项重要指标(李会合和王正银，2001)。如表5所示，3个试验点不同施肥处理的硝酸盐含量差异显著，其中FP处理最高，CK最低。OPT与FP处理相比，由于减少了氮肥施用量(化肥纯养分)34％～49％，显著降低了结球莴苣硝酸盐含量，房山、昌平、通州3个试验点分别降低了20％、14％和18％。
表5不同施肥处理对结球莴苣硝酸盐含量的影响
2.3不同施肥处理对结球莴苣节肥效果的影响
OPT处理施肥根据作物养分需求规律设计，节肥效果显著。图1表明，房山、昌平、通州3个试验点OPT与FP处理相比，化肥纯养分N、P2O5、K2O分别节约70、0、42kg·hm-2；100、5、73kg·hm-2；100、5、73kg·hm-2；N、P2O5、K2O节肥率分别为34％、-2％、23％；49％、21％、40％；49％、21％、40％。
2.4不同施肥处理对设施结球莴苣经济效益的影响
从表5可以看出，优化施肥处理通过优化施肥、降低肥料投入，实现了较高的经济效益。相比于FP施肥处理，3个试验点OPT施肥处理均节省了有机肥用量30t·hm-2，水溶肥用量分别减少315kg·hm-2、436kg·hm-2和436kg·hm-2；施肥成本分别减少了18 780元·hm-2、20 232元·hm-2和20 232元·hm-2；净经济效益提高18 780、23128元·hm-2和24011元·hm-2，分别提高了14％、24％和20％。与CK相比，3个试验点OPT处理经济效益分别增加21840、14219元·hm-2和22372元·hm-2，增加17％、14％和18％；FP处理与CK处理经济效益相比，房山弘科农场每公顷增加3328元，通州永盛园和昌平金六环有所降低，每公顷分别减少8909元和1639元，减少9％和1％，这主要是由于土壤肥力高，CK处理产量较高有关。
表5不同施肥对结球莴苣经济效益的影响
注：*莴苣单价按照3.6元·kg-1计算，有机肥单价为500元·t-1，水溶肥单价为12元·kg-1。
总收入＝莴苣经济产量*莴苣单价，有机肥成本＝有机肥用量*有机肥单价
水溶肥成本＝水溶肥用量*水溶肥单价，施肥成本＝有机肥成本+水溶肥成本
经济效益＝总收入-施肥成本
2.5不同施肥处理对肥料偏生产力的影响
优化施肥OPT处理降低了肥料用量，提高了肥料偏生产力，特别是氮肥和钾肥偏生产力。与现有技术施肥相比，3个试验点的氮肥偏生产力提高了52.1％、100.2％、100.5％；磷肥偏生产力提高了-2.0％、29.0％、29.2％；钾肥偏生产力提高了29.0％、69.9％、70.1％(表6)。
表6不同施肥处理对肥料偏生产力的影响
3讨论
本试验优化施肥研究采用系统整体性研究方法，优化结球莴苣全生育期肥料用量及灌水量，从而保证结球莴苣的产量和品质。
优化施肥处理在减少化肥用量的条件下，保证产量不降低。主要原因有以下几点：①施肥过量已成为限制我国蔬菜产量和肥料利用率提高的主要因素。基于土壤养分状况及作物养分需求规律为基础的根层养分调控是保障作物产量、提高氮肥利用率的重要措施。优化施肥基于土壤养分状况和作物养分需求特征，减少氮磷钾总用量，保障了设施秋茬结球莴苣整个生育期的养分需求，与现有技术施肥处理相比，房山、昌平、通州3个试验点优化施肥处理的化肥纯养分N、P2O5、K2O分别节约70、0、42kg·hm-2；100、5、73kg·hm-2；100、5、73kg·hm-2。②优化不同时期肥料用量与氮磷钾养分配比，满足不同时期作物对氮磷钾需求。基肥肥料过量，尤其是设施蔬菜有机肥施用过量，已成为限制苗期蔬菜生长、进而影响蔬菜产量的主要因素。本试验基于目前设施莴苣有机肥施用现状、土壤养分状况，不施有机肥，减少基肥肥料用量，避免了基肥用量高导致烧苗的现象，促进了苗期蔬菜的生长。基于不同时期作物养分需求特征，优化施肥处理调控了不同时期设施莴苣氮磷钾配比，养分的供应更加符合设施莴苣生长发育对养分的需求规律，可促进全生育期对氮和磷的吸收。同时，由于优化施肥处理施肥用量少、产量不降低，进而导致优化施肥处理肥料偏生产力高、经济效益高。
过量施肥不仅造成产量降低，肥料利用效率下降，肥料和资源的浪费，还会引起蔬菜中硝酸盐的积累，还能导致土壤次生盐渍化、酸化，导致环境污染，严重影响经济和生态效益。合理的养分调控管理能够显著降低蔬菜的硝酸盐含量。本试验结果表明，与现有技术施肥处理相比，优化施肥处理能够显著降低设施秋茬莴苣硝酸盐含量14％～20％。优化施肥处理氮肥用量低是导致设施莴苣硝酸盐含量下降的主要原因。氮肥是影响硝酸盐含量的重要因素。本试验中，与现有技术施肥处理相比，优化施肥处理氮肥用量显著降低34％～49％，进而导致结球莴苣硝酸盐含量显著下降。
以往关于结球莴苣施肥的研究多以优化某一元素或配方为主，而对全生育期的作物综合管理技术研究较少，因此根据作物生长养分需求特征对全生育期结球莴苣进行合理水肥调控，设计优化施肥对保证结球莴苣产量、提升品质和经济效益有重要作用。优化施肥处理极大减少了肥料用量，调整了生育期氮磷钾比例，满足了结球莴苣生长需求，最大化地发挥了肥料的生产潜力，符合绿色优质高效生产的要求。
4结论
①基于不同时期结球莴苣的养分需求量设计的施肥套餐，保证产量不降低的条件下，与京郊现有技术施肥相比，显著节省了肥料施用量。化肥纯养分N、P2O5、K2O分别节约70～100kg·hm-2、0～5kg·hm-2、42～73kg·hm-2；N、P2O5、K2O节肥率分别为34％～49％、-2％～21％、23％～40％。
②本试验条件下，优化施肥显著降低了结球莴苣硝酸盐含量，降低了14％～20％，提升了设施结球莴苣品质。
③本试验条件下，优化施肥由于节省了肥料用量，显著提高了肥料偏生产力及经济效益。氮肥偏生产力提高了52.1％～100.5％；磷肥偏生产力提高了-2.0％～29.2％；钾肥偏生产力提高了29.0％～70.1％。净经济效益增加14％～24％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种生菜的水肥一体灌溉方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
(1)根据生菜的不同生长时期的养分用量比例制定水溶肥配方；
(2)按照氮、磷、钾所需元素的量计算不同生长时期的水溶肥用量；
其中，生菜的生长时期分为苗期、莲座期和结球期。
2.根据权利要求1所述的生菜的水肥一体灌溉方法，其特征在于：生菜苗期的水溶肥中氮、磷、钾元素含量比例为27:5:21；
生菜莲座期的水溶肥中氮、磷、钾元素含量比例为24:4:27；
生菜结球期的水溶肥中氮、磷、钾元素含量比例为24:4:27。
3.根据权利要求1或2所述的生菜的水肥一体灌溉方法，其特征在于，氮肥的比例以水溶肥所含氮含量转化为N计算。
4.根据权利要求1至3任一项所述的生菜的水肥一体灌溉方法，其特征在于，磷肥的比例以水溶肥所含氮含量转化为P2O5计算。
5.根据权利要求1至4任一项所述的生菜的水肥一体灌溉方法，其特征在于，钾肥的比例以水溶肥所含氮含量转化为K2O计算。
6.一种生菜的水肥一体灌溉方法在生菜生产中的应用，其特征在于，所述应用包括以下步骤：
(1)通过权利要求1中的元素比例确定生菜不同生长时期所需的氮、磷、钾元素比例。
(2)在苗期、莲座期和结球期各施肥2次。
7.根据权利要求6所述的生菜的水肥一体灌溉方法在生菜生产中的应用，其特征在于，生菜苗期的水溶肥用量为5.2～8.1kg/667m2。
8.根据权利要求6或7所述的生菜的水肥一体灌溉方法在生菜生产中的应用，其特征在于，生菜莲座期的水溶肥用量为8.7～13.7kg/667m2。
9.根据权利要求6至8任一项所述的生菜的水肥一体灌溉方法在生菜生产中的应用，其特征在于，生菜结球期的水溶肥用量为14.5～22.9kg/667m2。
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