優(yōu)化施肥對大棚番茄氮素利用和氮素淋溶的影響

張春霞， 文宏達(dá)， 劉宏斌， 張繼宗*， 張亦濤

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河北保定 071001；2 農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點實驗室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

優(yōu)化施肥對大棚番茄氮素利用和氮素淋溶的影響

張春霞1， 文宏達(dá)1， 劉宏斌2， 張繼宗2*， 張亦濤2

(1 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河北保定 071001；2 農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點實驗室/中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

大棚； 春番茄； 經(jīng)濟效益； 硝態(tài)氮； 淋溶

西歐農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)國家自20 世紀(jì)80 年代起，化肥用量就開始下調(diào)[9]。近年來在我國部分地區(qū)也進(jìn)行了化肥減量試驗研究，不同地區(qū)的實驗結(jié)果顯示，適當(dāng)減少氮肥的施用量對蔬菜不會造成顯著減產(chǎn)[10-12]。然而，在商品蔬菜，特別是大棚番茄生產(chǎn)集中的河北徐水地區(qū)，尚沒有科學(xué)合理的優(yōu)化施肥方案。為此本文以徐水大棚蔬菜地為研究對象，通過17個月的田間對比試驗，提出研究區(qū)域兼顧環(huán)境和經(jīng)濟效益的合理施肥方案。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

表1 供試土壤理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of the tested soils

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)4個處理： 1)不施氮肥(CK); 2)單施有機肥(OM); 3)習(xí)慣施肥(MCC); 4)優(yōu)化施肥(MOC)。3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積6.5 m×4 m。

試驗各施肥處理所用有機肥為腐熟牛糞，養(yǎng)分含量為N 0.62%、P2O50.48%、K2O 0.61%(N 558 kg/hm2、 P2O5432 kg/hm2、 K2O 549 kg/hm2)。施用量折合有機氮為 558 kg/hm2。習(xí)慣施肥的總施 N 量為 1158 kg/hm2，其中有機肥氮 558 kg/hm2、 化肥氮為 600 kg/hm2。優(yōu)化施肥施N量為 918 kg/hm2，其中有機肥含N量 558 kg/hm2、 化肥含 N 360 kg/hm2，較習(xí)慣施肥處理減少無機 N 240 kg/hm2。試驗各處理磷、鉀肥用量一致。

無機氮肥為尿素(N含量為 46%)，MCC用量為 600 kg/hm2，MOC用量為 360 kg/hm2。按不同施N水平在不同時期分量施入。無機磷肥為過磷酸鈣 1500 kg/hm2(P2O5含量為17%)，按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用量與有機肥一起作為基肥一次性施入(11月20日)。鉀肥為硫酸鉀 577.17 kg/hm2(K2O 含量為 52%)。常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥兩個處理分別按照各自施氮水平，將20%尿素、 40%硫酸鉀作為基肥施入。此后，尿素和硫酸鉀均追肥6次，用量如下：尿素初花期(2月19日)10%、 初果期(3月15日)20%、 盛果期50%(分4次施用，分別在3月30日、 4月9日、 4月17日、 4月28日)；硫酸鉀初花期10%、初果期15%、盛果期35%(分4次施入，施入日期同氮肥)，所用追肥均采用澆施方式分小區(qū)施入(表2)。

表2 試驗各處理肥料(N-P2O5-K2O)施用情況 (kg/hm2)Table 2 Inorganic fertilizer application of different treatments

注(Note): CK—不施氮肥No nitrogen fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization.

1.3 樣品的采集和檢測

1.3.1 植物樣 在番茄結(jié)果盛期(2011年 4月15日) 采番茄果實樣和收獲結(jié)束期(2011年5 月25日)采地上部植株樣(去殘留果)，烘干磨碎凱氏定氮法檢測氮素含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理方法與計算方法

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2007制圖，數(shù)據(jù)差異的顯著性分析采用SPSS17.0(One-Way ANOVA)軟件進(jìn)行。

氮肥利用率 = (施氮處理作物氮素吸收量-不施氮處理作物氮素吸收量)/施氮量×100%

經(jīng)濟效益(Yuan/hm2) = 作物產(chǎn)量(kg/hm2)×單價(Yuan) -灌溉費用(Yuan/hm2)-化肥費用(Yuan/hm2) -種子費用(Yuan/hm2)-機械費用(Yuan/hm2)

圖1 地下原位檢測裝置 Fig.1 The underground in situ detection device

2 結(jié)果與分析

2.1不同施肥處理設(shè)施番茄的產(chǎn)量和經(jīng)濟效益分析

由表3可以看出，適量減少常規(guī)施氮量，未減少番茄產(chǎn)量和菜農(nóng)經(jīng)濟效益。與對照相比較，單施有機肥、常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥三種處理的番茄產(chǎn)量和經(jīng)濟效益分別提高了8.08%、12.58%、17.19%和7.90%、11.39%、16.39%。說明在基礎(chǔ)肥力較高的土壤，單施有機肥或有機無機肥配施仍可增加設(shè)施番茄的產(chǎn)量及其經(jīng)濟效益。其中，優(yōu)化施肥與常規(guī)施肥比較，番茄產(chǎn)量增加了4.09%，經(jīng)濟效益增加了4.48%。單施有機肥較優(yōu)化施肥春番茄產(chǎn)量降低了7.8%，經(jīng)濟效益降低了7.3%，但是差異并不顯著異。有機肥中的氮素還不能完全滿足番茄生長所需。

表3 不同處理的番茄產(chǎn)量和經(jīng)濟效益Table 3 The yields and economic benefits of tomato

注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 數(shù)值后不同小寫字母代表處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters are significantly different at 5% level. 機械費用5760 Yuan/hm2Cost for machinery 5760 Yuan/ha；灌溉費用192 Yuan/hm2Irrigation 192 yuan/ha；番茄種價格384 Yuna/hm2Price of seeds 384 yuan/ha； 2011年番茄平均收購價格4.00 Yuan/kg Price of tomato 4.00 Yuan/kg； 尿素2100 Yuan/t， 過磷酸鈣800 Yuan/t， 硫酸鉀3500 Yuan/t Urea 2100 Yuan/t, Phosphate fertilizer 800 Yuan/t, Potash fertilizer 3500 Yuan/t.

2.2 番茄氮素吸收量及利用率

由不同處理氮素利用率(表4)可知，盡管常規(guī)施肥處理番茄吸氮總量達(dá)151.77 kg/hm2，比不施氮和單施有機肥處理分別增加了37.13%和21.35%。但并不是施氮量越大番茄果實吸收量越大，氮肥施用量低的優(yōu)化施肥番茄果實吸氮量和氮素利用率要優(yōu)于常規(guī)施肥處理。表明優(yōu)化施肥可顯著增加番茄果實對氮的吸收，而降低了植株中氮素的吸收量，這說明優(yōu)化施肥可能具有更佳的養(yǎng)分配比，使得設(shè)施番茄的養(yǎng)分吸收轉(zhuǎn)化效率提高，從而促進(jìn)產(chǎn)量增加。

表4 不同處理的氮肥利用率Table 4 N fertilizer use efficiency of each treatment

注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 數(shù)值后不同小寫字母代表處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters are significantly different at 5% level.

2.3 菜田土壤硝態(tài)氮殘留量

圖2 種植番茄后各處理0—200 cm 土層含量Fig.2 N-N contents in 0-200 cm soil layer after tomato planting [注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization; BP—播種前 Before planting. ]

2.4 菜田土壤硝態(tài)氮淋溶量

圖3 2011年設(shè)施菜地敞棚期降雨量Fig.3 The rainfall at the open period of greenhouse in 2011

對2011年整個敞棚期硝態(tài)氮的淋溶總量進(jìn)行分析，結(jié)果表明減少肥料氮素的投入，可以顯著減少土壤硝態(tài)氮的淋溶，獲得較佳的生態(tài)環(huán)境效益(圖4)。常規(guī)施肥硝態(tài)氮淋溶量最多，達(dá)92.34 kg/hm2，占全年施氮總量的7.97%，顯著高于其他各處理。優(yōu)化施肥硝態(tài)氮淋溶總量為42.28 kg/hm2，比常規(guī)施肥降低了50.06 kg/hm2。

圖4 2011年不同處理淋溶水中總量Fig.4 The total N-N amount in leaching water in 2011 [注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 柱上不同字母代表處理間差異達(dá)5%顯著水平 Different letters above the bars mean significant difference at 5% level.]

3 討論

長期氮肥過量投入是影響番茄產(chǎn)量的因子之一。過多氮肥促進(jìn)葉片生長，葉片多而大，株形相對增高，造成早期下部蔭蔽，于是帶來兩大危害：一是下部濕度和溫度相對提高，通風(fēng)不好，給病害提供條件；二是群體增加，番茄無效分枝增多，莖葉出現(xiàn)徒長，帶來嚴(yán)重減產(chǎn)。優(yōu)化施氮規(guī)避了上述危害，不僅降低投入成本，還減少氮素流失，提高氮肥利用率、增加農(nóng)民經(jīng)濟效益。何傳龍等研究發(fā)現(xiàn)，采用減量施肥技術(shù)可使番茄增產(chǎn)20.0%[13]。韓瑛祚等的研究顯示設(shè)施辣椒的化肥量控制在常規(guī)施氮處理的70%(157.50 kg/hm2)為最佳[14]。喬紅霞等研究指出，在養(yǎng)分含量極高的設(shè)施菜地上栽培大蔥，化肥減少50%是完全可行的[15]。本研究在化肥氮投入減少40%的施用量下，春番茄產(chǎn)量提高了4.1%，經(jīng)濟效益提高了4.5%。

試驗各處理的氮肥利用率都在較低水平，可見設(shè)施菜地優(yōu)化施肥空間還很大。優(yōu)化施肥處理較其他處理可顯著提高氮肥利用率。優(yōu)化施肥氮肥利用率達(dá)6.46%。顯著高于其他處理，降低了氮素?fù)p失。而常規(guī)施肥處理氮肥利用率則小于5%，這意味著95%以上的氮素投入沒有被番茄吸收利用，而是以各種形態(tài)損失或儲存在土壤中，不僅造成肥料的浪費，還增加了環(huán)境污染的風(fēng)險。

4 結(jié)論

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Effectofoptimumfertilizationonnitrogenuseefficiencyandnitrateleachinginthegreenhouses

ZHANG Chun-xia1, WEN Hong-da1, LIN Hong-bin2, ZHANG Ji-zong2*, ZHANG Yi-tao2

(1CollegeofResourceandEnvironmentScience,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding,Hebei071001,China; 2KeyLaboratoryofofNonpointSourcePollutionControl,MinistryofAgriculture/InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,CAAS,Beijing10081,China)

greenhouse; spring tomato; economic benefit; nitrate nitrogen; leaching

2012-11-12接受日期2013-04-01

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項經(jīng)費資助 (200903011) 。

張春霞(1987—)，女，山西朔州人，碩士，主要從事水土資源與水環(huán)境方面的研究。 Tel: 0312-7528226, E-mail： 441390667zcx@163.com。 * 通信作者 E-mail：jizongzhang@163.com

S641.2.601; S606

A

1008-505X(2013)05-1139-07