在亏缺灌溉条件下，利用牛粪提高菠菜产量和水分利用效率：探究 soil-plant health（土壤-植物健康）之间的关系

《Irrigation Science》：Increasing spinach yield and water productivity with cow manure in deficit irrigation: investigating soil-plant health links

　　

摘要

本研究评估了施用粪肥与亏缺灌溉相结合对土壤健康、菠菜植株健康以及水资源生产力的综合影响。一项为期两年的田间实验比较了牛粪（FM）和矿物肥料（M）在不同灌溉水平（W1：全量灌溉；W2：W1的85%；W3：W1的70%）下的效果，共设置了三个重复组。施用牛粪使表土有机质含量提升至3%。粪肥的应用改善了土壤团聚结构，增强了水分保持能力，并提高了土壤和植株中的大量元素及微量元素含量。然而，亏缺灌溉通过影响植株的营养状况和生理反应，抑制了菠菜的生长和产量。对所有土壤性质和产量进行的主成分分析表明，土壤团聚结构改善、硝酸盐浓度升高以及水分保持能力增强与菠菜产量呈正相关，而高容重、碳酸钙含量及pH值偏高则与产量呈负相关。对植株各项性质的主成分分析显示，产量与叶片含水量和气孔导度密切相关，但仅与部分大量元素和微量元素含量有弱相关性（钙除外）。膜损伤指数是表征植株水分胁迫及其导致产量下降的最强指标。将亏缺灌溉与粪肥施用相结合能够改善植株的生理反应，从而提高菠菜的产量和水资源生产力。牛粪的效果尤为显著：在适度亏缺灌溉条件下产量增加了33.6%，在严重亏缺灌溉条件下产量增加了103.6%。其中，FM-W1处理组的水资源生产力最高，达到72.8公斤/立方米。相比矿物肥料处理组，FM-W1处理组的水资源生产力分别提高了27.6%、35.3%和106.3%。综上所述，当使用牛粪替代矿物肥料时，全量灌溉更为适当，因为这种做法能同时最大化水资源和作物产量。在水资源有限的地区，FM-W3处理方案更为优越，因为它相对于矿物肥料能更好地提高水资源生产力。