耕作深度与施氮量对旱区土壤团粒结构及马铃薯水氮利用效率的协同效应OA

【目的】探究宁南旱区不同耕作深度结合施氮量对土壤团粒结构及马铃薯水氮利用效率的影响。【方法】2021—2023年连续3年开展大田定位试验,设置4个耕作深度,分别为翻耕20 cm、深松30 cm、深松40 cm、深松50 cm;设置4个施氮水平,分别为施N 0、90、180、270 kg/hm^(2)。以翻耕20 cm且不施氮的处理为对照,共16个处理。在马铃薯播种后的0、30、60、90、150天进行取样,测定土壤团聚体、水分含量和马铃薯产量,并计算水分利用效率和氮肥利用效率。【结果】与翻耕20 cm不施氮的对照处理相比,深松30~50 cm结合N 90~180 kg/hm^(2)处理3年0—60 cm土层>0.25 mm团聚体含量提高了3.9%~21.3%。相同耕作深度下,N 180 kg/hm^(2)处理显著增加平水年(2021年)、干旱年(2022年)0—60 cm土层和极端干旱年(2023年)0—20、40—60 cm土层>0.25 mm团聚体含量,而极端干旱年20—40 cm土层>0.25 mm团聚体含量以N 90 kg/hm^(2)处理最高。相同施氮量下,平水年随着土层加深,耕作深度越大,>0.25 mm团聚体含量越高;干旱年0—40 cm土层以深松50 cm处理>0.25 mm团聚体含量最高,40—60 cm土层以深松30 cm处理>0.25 mm团聚体含量最高,极端干旱年0—60 cm土层均以深松40 cm处理>0.25 mm团聚体含量最高。随着耕作深度的增加,马铃薯关键生育阶段土壤蓄水量增加,而施氮量的增加会降低土壤蓄水量,以不施氮处理的马铃薯关键生育阶段土壤蓄水量最多。不施氮条件下,平水年和极端干旱年储水量最高的深松深度为50 cm,干旱年为30 cm,与翻耕20 cm相比增幅达10.5%~31.1%。N 180 kg/hm^(2)处理显著提高了马铃薯产量,平水年最高增产处理为深松30 cm,干旱年为深松40 cm,较对照提高59.2%~90.2%;深松40 cm马铃薯的商品薯率最高,平水年以结合N 90 kg/hm^(2)处理最高,干旱年则以结合N 180 kg/hm^(2)最高,较对照提高5.1%~21.4%。通过耕作深度、施氮量与马铃薯产量的拟合分析发现,深松36.1~37.7 cm结合施N 145.5~152.2 kg/hm^(2)的马铃薯产量最高。深松30~40 cm配施N 180 kg/hm^(2)的水分利用效率和生育期降水利用效率分别显著提高了59.2%和91.6%,而深松30~40 cm配施N 90 kg/hm^(2)的氮肥农学效率和氮肥偏生产力最高,分别较对照提高3.8~13.0倍和19.0%~24.1%。相关性分析发现,>0.25 mm土壤团聚体含量与马铃薯产量、商品薯率及水氮利用效率呈显著正相关。【结论】耕作深度与施氮量结合可改善土壤结构、提升土壤蓄墒能力,提高马铃薯产量及水氮利用效率的效果受降雨年型的显著影响。综合考虑,在宁南旱区平水年及干旱年型下采用深松30~40 cm结合施N 145~180 kg/hm^(2)可实现旱作马铃薯增产和水氮高效利用。