Effects of Different Films on Peanut Nutrient Uptake and Soil Nutrients’ Change

Gao Xuhua, Huang Yaozhu, Xie Dong

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Chinese Agricultural Science Bulletin ›› 2020, Vol. 36 ›› Issue (8) : 55-59. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb18110132

Effects of Different Films on Peanut Nutrient Uptake and Soil Nutrients’ Change

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Abstract

In view of the environmental pollution caused by the common mulch film used in peanut planting, we compared the effects of biodegradable films (BD), common plastic films (PE) and non-cover films (CK) on the nutrient absorption of peanuts, soil nutrient and yield of peanuts at different growth stages through a field test. The results showed that: the yield of PE and BD in the harvesting period was 7908.09 and 6868.92 kg/hm 2, respectively, significantly increased by 25.85% and 21.78% compared with that of CK; the content of alkali nitrogen and available phosphorus in soil treated by PE and BD showed a trend of "first decrease and then increase", while the available potassium content showed a decline trend, which was the maximum at the seedling stage, and then gradually decreased; under different films, the nutrient uptake of the aerial parts of peanut plants increased gradually; the cumulative absorption of nitrogen, phosphorus and potassium at peanut growth stages showed PE>BD>CK. The experiment was carried out from the aspects of soil nutrient and nutrient absorption and utilization of peanut, and could provide a basis for the application of biodegradable film in peanut production.

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peanut / mulch film / biodegradable film / nutrient uptake / yield

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Gao Xuhua , Huang Yaozhu , Xie Dong. Effects of Different Films on Peanut Nutrient Uptake and Soil Nutrients’ Change. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2020, 36(8): 55-59 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb18110132

0 引言

花生作为广东省的第二大农作物,平均产量仅为2652 kg/hm2[1],远低于全国平均水平,产量提升空间较大。合理施肥是提高花生产量的重要途径之一,但常规栽培措施下,化肥的利用率较低,损失非常严重[2,3]。肥料的大量使用虽然一定程度上提高了花生的单产,但是增加了生产成本,给土壤生态环境造成了严重的负面影响[4,5]。因此,研究不同栽培模式下花生不同生长时期对养分的吸收规律以及土壤养分的变化规律,具有非常重要的现实意义。
地膜作为重要的农业生产资料,不仅具有增温、保墒的功能[6,7,8],而且可以有效防止降水和地表径流造成的肥料损失,从而提高肥料利用率。普通塑料地膜由于其材料的特殊性,短时间内很难降解,连年使用会严重影响土壤的耕地质量,造成土壤板结、透气性变差、理化性质下降,此外,残膜还会影响作物根系的生长,最终导致作物减产。
生物降解膜是由生物降解树脂和天然高分子材料制备而成,不仅具有普通塑料膜的功能,而且在作物生长期结束后可以在自然状态下被微生物完全降解[9,10],不影响下茬作物的生长,对土壤无影响,是解决农田白色污染的有效途径。生物降解膜已在马铃薯[8]、棉花[11]、玉米[12]等大田作物上规模化应用,使用效果得到了广泛的认可。
目前,有关生物降解膜在花生上应用的报道主要集中在从作物产量及农艺性状等方面比较其与普通塑料膜的差异,而关于生物降解膜对花生养分吸收和土壤养分变化的影响未见报道。本研究通过大田试验,比较了不同覆盖方式下,花生各生长时期的养分吸收情况和土壤中的养分变化规律,旨在为化肥的减量施用以及生物降解膜在花生上的推广应用提供必要的技术支持和理论指导。

1 材料与方法

1.1 试验时间、地点

试验于2018年3月16日在广东省清远市清新区试验基地进行。年平均气温在20~22℃之间,全区年平均降雨量为2139 mm,降水丰富,土质为沙壤土,地势平坦,排灌方便,前茬作物为玉米,生长良好。花生品种为‘粤油41号’。花生生长期内在垄沟间不定期喷施异丙甲草胺,以减少垄沟间杂草对花生的影响,其他田间管理同大田。

1.2 试验材料

试验选取生物降解膜和普通塑料膜作为覆盖材料,普通塑料地膜宽160 cm,厚0.010 mm,生物降解地膜宽度160 cm,厚度0.012 mm。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 全田撒施鸡粪有机肥6000 kg/hm2,雅苒复合肥375 kg/hm2。播种前起垄,行距1.7 m,垄沟宽30 cm,垄面宽1.3 m（播4行,每穴播2粒）,垄面喷洒一定的水量,使垄面湿润,从而保证花生的出苗率。播种后覆膜,用垄间的泥土将垄面两侧的薄膜压紧,保证覆膜质量。试验设生物降解膜(BD)、普通塑料膜(PE)、不盖膜3个处理,每个处理3次重复,共9个小区,每个小区面积80 m2,小区周围设1 m的保护行。
1.3.2 测定项目及方法
（1）花生植株养分测定。分别于花生的齐苗期、开花下针期、饱果成熟期选取代表性的植株,测定花生植株地上部分的N、P、K含量。氮：硫酸双氧水消煮—自动定氮仪蒸馏法;磷：硫酸双氧水消煮—钼锑抗比色法;钾：硫酸双氧水消煮—原子吸收分光光度法。
（2）土壤养分测定。在花生的齐苗期、开花下针期、饱果成熟期采用五点法进行田间取样,取样时选取花生根部附近的土壤,测定土壤中碱解氮、速效磷和速效钾含量。碱解氮：碱解扩散法;速效磷：盐酸氟化铵浸提—钼锑抗比色法;速效钾：醋酸铵交换—火焰光度法。
1.3.3 数据处理与分析 试验数据均采用SPSS 13.0和Microsoft Excel 2007进行分析统计,并进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 不同覆盖材料对花生养分吸收的影响

PE、BD和CK处理下花生地上部分的氮累积吸收量如图1所示。从花生整个生长期来看,PE和BD处理在花生植株体内的氮累积量呈直线上升的趋势,而CK处理从苗期到开花下针期氮累积吸收量增加缓慢,明显低于其他2个处理,从开花下针期到饱果成熟期增速加快。在花生的不同生长时期均表现为PE>BD>CK,苗期3个处理间的氮累积吸收量差异不大,都低于111 mg/株,开花下针期PE和BD处理间差异不大,但是二者显著高于CK,3个处理在饱果成熟期氮累积吸收量均达到最大值,PE处理为1171 mg/株,BD处理为994 mg/株,差异不显著,而CK处理仅为 748 mg/株,显著低于PE和BD处理。
图1 不同生长时期N吸收量

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不同覆盖材料下花生地上部分的磷累积吸收量如图2所示。苗期,各处理花生地上部磷累积吸收量较少,且3个处理间差异不显著;开花下针期,各处理花生地上部磷累积吸收量明显增加,但是趋势不明显;成熟期各处理花生地上部的磷累积吸收量达到峰值,PE和BD显著大于CK,PE和BD间差异不大,从开花下针期到饱果成熟期花生的磷累积量快速增加,为花生的高产提供必要的养分储备。
图2 不同生长时期P吸收量

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花生不同生长时期钾吸收量如图3所示。从花生的整个生长期来看,花生地上部的钾累积吸收量表现为"阶梯式"增长,苗期到开花下针期这段时间花生地上部分的钾累积吸收量较少,PE、BD和CK 3个处理间差异不显著,而从开花下针期到饱果成熟期这段时间花生植株体内的钾累积吸收量快速增加,在成熟期达到最大值,3个处理间表现为PE>BD>CK。
图3 不同生长时期K吸收量

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2.2 不同覆盖材料对土壤养分变化的影响

花生不同生长时期土壤中的碱解氮含量如图4所示。从花生的整个生长期来看,PE和BD处理土壤中的碱解氮含量均表现为"先减少后增加"的趋势,且在成熟期达到最大值,而CK处理几乎没有变化。苗期,PE处理的土壤碱解氮含量为68.7 mg/kg,BD处理为62.9 mg/kg,分别比CK处理增加34.18%和22.85%;开花下针期3个处理的土壤碱解氮含量差异不明显;饱果成熟期,3个处理的土壤碱解氮含量从高到低依次为PE>BD>CK,处理间差异明显。
图4 不同生长时期土壤碱解氮含量

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花生不同生长时期土壤中的有效磷含量如图5所示。PE和BD 2个处理土壤中的有效磷含量先减少后增加,变化趋势相同,在苗期含量最高,成熟期略有降低,而CK处理在花生的整个生长期内土壤中的有效磷含量逐渐降低,成熟期仅为29.9 mg/kg。苗期,PE处理的土壤有效磷含量为130 mg/kg,高于BD处理的96.4 mg/kg,但是二者差异不显著,PE和BD处理较CK处理分别增加130.91%和71.23%;开花下针期,PE和BD处理二者无差异,显著高于CK处理;饱果成熟期,PE处理的土壤有效磷含量最高为103mg/kg,高于BD和CK处理。
图5 不同生长时期土壤有效磷含量

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花生不同生长时期土壤中的有效钾含量如图6所示。在花生整个生长期内,3个处理土壤中的有效钾含量都表现为逐步下降的趋势,苗期为最大值,此后逐渐减少,在成熟期含量最低。苗期,PE和BD处理土壤中的有效钾含量分别为163、150 mg/kg,差异不大,较CK处理的97.1 mg/kg分别高出67.87%和54.48%;开花下针期,3个处理土壤中的有效钾含量从高到低依次为PE>BD>CK;饱果成熟期PE、BD和CK 3个处理土壤中的有效钾含量分别为103、72、41.8 mg/kg。
图6 不同生长时期土壤有效钾含量

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2.3 不同覆盖材料对花生产量和产量构成因素的影响

不同覆盖材料对花生的荚果产量和产量构成要素影响不同。从表1可以看出,PE和BD处理的百果重分别196.83、186.33 g,二者差异不显著,与CK处理相比,分别增加24.10%、17.48%;3个处理的百仁重从高到低为PE>BD>CK,其中PE和BD处理差异不显著;与CK处理相比,PE和BD处理的单株结果数分别增加23和9.3个;3个处理间的饱果数和秕果数变化趋势与单株结果数相同;PE处理的产量为7098.09 kg/hm2,BD处理的产量略低于PE处理,为6868.92 kg/hm2,较CK处理分别增加25.85、21.78个百分点。
表1 生物降解膜对花生产量性状的影响
处理 百果重/g 百仁重/g 单株结果数 饱果数 秕果数 产量/(kg/hm2)
PE 196.83a 67.42a 58.0a 45.0a 13.0a 7098.09a
BD 186.33a 61.04ab 44.3a 32.0ab 12.3a 6868.92a
CK 158.60b 57.86b 35.0b 25.3b 9.7a 5640.28b

3 结论与讨论

地膜覆盖栽培技术可以有效提高花生产量,覆盖生物降解膜后能加快花生的生育进程,使花生提早进入荚果形成期,为花生的高产提供必要的条件。在花生齐苗后,膜面开始出现一定的降解裂口,收获期地膜基本降解,不影响下茬作物的生长,是一种治理农田白色污染的重要手段。本研究中,在同样的田间管理水平条件下,PE和BD处理的产量分别为7098.09、6868.92 kg/hm2,较CK处理分别增产25.85%和21.78%,差异显著。这与吴正峰[13]、林萌萌[14]等研究的关于生物降解膜与普通塑料膜对花生的荚果产量的影响结果一致。
花生不同生长时期对土壤中的养分需求不同,当钾肥用量过多时,会影响花生的出苗,且钾肥施用超过一定量时会造成严重的减产[15,16,17,18],地膜覆盖为膜下的花生提供了一个高温、高湿的特殊环境,影响了土壤中微生物酶的活性,进而影响土壤中的养分状况。本试验中,PE和BD处理土壤中的碱解氮含量表现为"先减少后增加"的趋势,这可能是因为从苗期到开花下针期,花生地上部分生长迅速,需要大量的氮,所以土壤中的碱解氮消耗较快,而进入荚果形成期后花生对氮的需求量有所降低,造成了土壤中的碱解氮增加。花生生长期内土壤中的有效磷变化趋势与碱解氮相似,PE和BD处理先减少后增加,成熟期较苗期略有降低,而CK处理有效磷含量逐渐降低,这与屠人凤等[19]的研究结果有所不同,这可能与试验地的土壤质地有关。不同覆盖条件下,土壤中的有效钾含量均随着花生生育进程的推进而有所降低,在各生长时期均表现为PE>BD>CK,在苗期PE和BD处理二者差异不大,开花下针期和成熟期二者差异变大,这可能是由于苗期生物降解膜相对完整,其性能与普通地膜无差别,但是开花下针期生物降解膜膜面开始出现比较明显的降解裂口,增温、保墒性能明显减弱,从而导致2种处理下花生对土壤中速效钾的吸收量差异加剧。
随着花生生育进程的进行,花生植株地上部的氮累积量逐渐增加,PE和BD处理在花生生长期内的氮累积量呈直线增长的趋势,而CK处理在花生生长前期增加缓慢,后期增速加快,这可能是因为覆膜处理改善了膜下土壤的水热状况,使得花生整个生长期内生长速度较为一致,而CK处理在花生苗期环境温度较低,植株生长缓慢,不利于植株体内氮的积累,进入开花下针期后,气温明显上升,有效降水增多,客观上降低了覆膜处理和露地种植的差异性,所以CK处理生长后期氮累积量明显加快。花生植株地上部的磷和钾累积吸收量均表现为前期慢后期快的"阶梯式"增长,这可能与花生生长前期对磷和钾的吸收量较少,而进入荚果期后对磷和钾的吸收量增加有关,这与谷晓博等[20]在冬油菜上的研究结果类似。

4 结论

广东省的花生平均产量较低,地膜覆盖栽培技术可以有效提高花生产量,然后普通地膜的长期大量使用不仅造成了严重的生态负面效应,而且对土壤生态环境造成了严重的破坏。生物降解地膜在花生的生长期内可以为花生的生长提供较好的水热条件,开花下针期生物降解膜的机械性能下降明显,果针可以自动穿透地膜,收获期地膜已基本降解,不影响下茬作物的生长。受限于生物降解膜当前的市场价格较高,所以生物降解膜目前还未大面积推广应用,但是普通地膜使用后在田间很难降解,对环境造成不可逆转的影响。长远来看随着生物降解材料使用量的增加其市场价格会随之降低,在满足作物使用要求的前提下可以扩大推广面积,生物降解膜的使用为农田白色污染的治理提供了重要的途径。

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