優(yōu)化施氮模式下設(shè)施菜地氮素的利用及去向

姜慧敏， 張建峰， 李玲玲， 李樹(shù)山， 張水勤， 潘 攀，郭俊娒， 劉 戀， 楊俊誠(chéng)

(中國(guó)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，耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤質(zhì)量重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

優(yōu)化施氮模式下設(shè)施菜地氮素的利用及去向

姜慧敏， 張建峰， 李玲玲， 李樹(shù)山， 張水勤， 潘 攀，郭俊娒， 劉 戀， 楊俊誠(chéng)*

(中國(guó)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，耕地培育技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤質(zhì)量重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

針對(duì)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中化肥氮高強(qiáng)度投入造成的肥料資源浪費(fèi)和土壤質(zhì)量下降等突出問(wèn)題，以我國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)典型區(qū)山東壽光為研究基地，在該區(qū)域3年減施氮肥模式對(duì)農(nóng)學(xué)、肥力和環(huán)境效應(yīng)影響的定位試驗(yàn)基礎(chǔ)上，應(yīng)用15N示蹤技術(shù)，對(duì)篩選出的氮肥優(yōu)化模式進(jìn)行驗(yàn)證，并定量化地研究氮肥基于C/N調(diào)控和基于水分調(diào)控的優(yōu)化模式下氮素的吸收、利用及去向，以期為設(shè)施菜地合理的氮素管理提供理論和技術(shù)支持。試驗(yàn)設(shè)2個(gè)處理，1)農(nóng)民習(xí)慣施氮模式(FP)； 2)優(yōu)化施氮模式(OPT)。研究結(jié)果表明， OPT處理的番茄地上部產(chǎn)量和氮素吸收量均高于FP，作物吸收氮只有20%左右來(lái)自化肥氮；與FP相比，OPT處理的化肥氮素農(nóng)學(xué)效率和氮素利用率顯著提高(P<0.05)；土壤中殘留氮主要以硝態(tài)氮的形式存在，F(xiàn)P和OPT處理在0—100 cm土層中的殘留量分別為N 536.9 和340.3 kg/hm2，主要分布在0—40 cm土層，隨著深度的增加，累積量有所減少，OPT處理顯著降低了各土層硝態(tài)氮的累積(P<0.05)；除了作物吸收和土壤殘留的氮，F(xiàn)P和OPT處理中分別有32.4%和8.2%的化肥氮以各種途徑損失，OPT處理氮素?fù)p失率比FP低24.2個(gè)百分點(diǎn)。綜合以上研究結(jié)果，優(yōu)化施氮模式對(duì)化肥氮的吸收、利用及減少化肥氮的損失方面均優(yōu)于農(nóng)民習(xí)慣施氮模式。

15N示蹤； 設(shè)施菜地； 化肥氮素利用效率

Utilizationandfateofnitrogeningreenhousevegetableunderoptimizednitrogenfertilization

以高投入獲得高產(chǎn)出為特點(diǎn)的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)體系中，氮素與其他礦質(zhì)元素相比，其增產(chǎn)作用更突出、更顯著[1]，因此，長(zhǎng)期以來(lái)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)一直偏重于施用大量的氮肥。據(jù)報(bào)道，北京市設(shè)施栽培土壤全年平均施氮量為N 1732 kg/hm2，為一般蔬菜氮素吸收量的4.5倍，相當(dāng)于冬小麥/夏玉米輪作糧田的3.8倍[2]；山東壽光大棚黃瓜的單季化肥氮施用量達(dá)到N 1816 kg/hm2[3]。但是作物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和利用都是有限的，只有養(yǎng)分供應(yīng)達(dá)到適宜的水平才能確保獲得最高的產(chǎn)量，當(dāng)?shù)适┯昧恳堰_(dá)到產(chǎn)量增加的潛力限度時(shí)，過(guò)量的氮肥投入有抑制蔬菜產(chǎn)量增加的趨勢(shì)[4]，過(guò)量施氮一方面造成肥料浪費(fèi)，大量速效氮素累積在土壤中，氮肥利用率常常不足10%[5]，另一方面大量盈余的養(yǎng)分進(jìn)入環(huán)境，存在著巨大的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。累積在土壤剖面中的大量氮素在農(nóng)民習(xí)慣采用的大水漫灌的方式下使氮素隨灌溉水被淋洗掉，逐漸進(jìn)入地下水從而對(duì)飲用水的安全性構(gòu)成威脅[6]。由此可見(jiàn)，過(guò)量的氮肥施入已經(jīng)造成肥料資源浪費(fèi)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)增加，成為制約設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的瓶頸。

適宜的氮肥優(yōu)化模式是設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的重要保障。國(guó)內(nèi)外關(guān)于設(shè)施蔬菜合理氮肥管理模式的研究較多，概括起來(lái)可分為兩類(lèi)， 一類(lèi)是采用土壤或植物測(cè)試以確定適宜的施氮量的方法[7-9]，但是由于設(shè)施菜地特殊的栽培條件，不同地塊之間土壤的供氮能力空間分異性很大，因此，這類(lèi)預(yù)測(cè)方法提出的合理氮肥施用量基本上是半定量的；另一類(lèi)是平均適宜施用量法[10]，即給出一定的用量范圍，測(cè)試的指標(biāo)較少，可操作性很強(qiáng)，省工省錢(qián)，農(nóng)民也易于掌握，便于推廣和實(shí)際應(yīng)用，更加符合我國(guó)目前設(shè)施栽培茬口緊、缺乏測(cè)試設(shè)備和技術(shù)人員的實(shí)際情況[11]。因此，本研究采用第二類(lèi)方法，前期通過(guò)3年的田間定位試驗(yàn)，研究了減施氮肥結(jié)合C/N調(diào)控和基于水分調(diào)控等措施對(duì)設(shè)施菜地農(nóng)學(xué)效應(yīng)、肥力效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)的影響，初步篩選出了優(yōu)化的氮肥管理模式。為了進(jìn)一步對(duì)優(yōu)化的氮肥管理模式進(jìn)行驗(yàn)證，本文采用15N標(biāo)記的田間微區(qū)試驗(yàn)，研究了優(yōu)化施氮模式下蔬菜對(duì)化肥氮素的吸收、利用及化肥氮素在土壤-植物系統(tǒng)中的分配，以期明確優(yōu)化模式下化肥氮素在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)體系中的轉(zhuǎn)化及去向，為優(yōu)化施氮模式下化肥氮素養(yǎng)分高效利用提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

前期定位試驗(yàn)結(jié)果表明，50%的農(nóng)民習(xí)慣化肥氮用量+秸稈+滴灌模式為當(dāng)?shù)胤焉a(chǎn)的氮肥優(yōu)化模式。本研究應(yīng)用15N示蹤技術(shù)擬對(duì)這一模式進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)共設(shè)2個(gè)處理： 1)FP，農(nóng)民習(xí)慣施氮模式[12](農(nóng)民習(xí)慣施肥量參考2007年對(duì)壽光市集約化大棚蔬菜種植區(qū)的面上調(diào)查，施氮量為N 1000 kg/hm2)，用15N標(biāo)記的尿素(豐度10.3%，上?；ぱ芯吭禾峁?； 2)OPT，優(yōu)化施氮模式(50%的習(xí)慣化肥氮用量+秸稈+滴灌，施氮量為N 500 kg/hm2)。每個(gè)處理3次重復(fù)。各處理磷、鉀肥和有機(jī)肥用量相同，于移栽前按P2O5800 kg/hm2(過(guò)磷酸鈣)，K2O 1000 kg/hm2(硫酸鉀)和干雞糞(有機(jī)質(zhì)含量39.15%、 N 2.54%、 P2O52.07%、 K2O 2.12%)47244 kg/hm2，作底肥一次施入。具體氮、磷、鉀施用量見(jiàn)表1。秸稈為玉米秸稈，鮮重7500 kg/hm2，其含水量為60%，全氮 0.98%，全磷 0.62%，全鉀 1.05%，C/N 49。秸稈風(fēng)干粉碎后(1.5 cm左右)堆制2個(gè)月，添加秸稈的處理同有機(jī)肥一起基施。整個(gè)生育期共追15N標(biāo)記的尿素4次，分別于基肥后27 d、 43 d、 56 d和69 d將尿素與水混勻后施入土壤。整個(gè)生育期共灌水8次，農(nóng)民習(xí)慣施肥模式處理每次灌水50 mm，滴灌采用重力插接式微孔滴灌，每次灌水20 mm。病蟲(chóng)害防治等與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民傳統(tǒng)方法相同。

表1 肥料施用量(kg/hm2)Table 1 Application rates of fertilizers

1.3 樣品采集與分析方法

番茄記產(chǎn)及養(yǎng)分測(cè)定： 在初果期、盛果期和拉秧期取果實(shí)樣品，風(fēng)干粉碎后過(guò)0.25 mm篩，用于測(cè)定番茄含氮量和15N豐度，拉秧后取植株樣，風(fēng)干粉碎后過(guò)0.25 mm篩，用于測(cè)定全氮和15N豐度。

植株和土壤全氮15N的測(cè)定：用萬(wàn)分之一分析天平分別準(zhǔn)確稱(chēng)取植株樣0.1 g，土樣5 g，放入消化管中，每樣加入催化劑1 g；植株樣品加入濃硫酸5 mL，土樣加入濃硫酸8 mL；將消化管放在消煮器上消化，溫度410℃。植物樣品消化清亮后繼續(xù)消化2 h，土樣消化清亮后繼續(xù)消化4 h；向消化管中加入40%的氫氧化鈉溶液15 mL；進(jìn)行蒸餾，蒸餾液以10 mL 2% 的硼酸溶液吸收，指示劑為甲基紅-溴甲酚綠，蒸餾時(shí)間為7 min；用標(biāo)定好的硫酸滴定，并記錄滴定體積；向三角瓶中加入1滴0.5 mol/L的硫酸，然后放在電熱板上濃縮，濃縮至約N 1 mg/mL，用于測(cè)定15N豐度。

樣品15N%(≤5%)按下式計(jì)算：

樣品15N%(>5%)按下式計(jì)算：

所需儀器為K-05自動(dòng)定氮儀(上海晟聲自動(dòng)化分析儀器有限公司)，15N豐度的測(cè)定采用改進(jìn)型ZHT-03質(zhì)譜儀(北京分析儀器廠)。

1.4 土壤表面氨揮發(fā)的原位測(cè)定

試驗(yàn)采用的通氣法裝置如圖1[13]， 用PVC硬質(zhì)塑料管制成，高10 cm，內(nèi)徑15 cm，分別將兩塊直徑為16 cm、厚度均為2 cm的優(yōu)質(zhì)海綿浸以15 mL的磷酸甘油溶液(具體配制為50 mL磷酸+40 mL丙三醇，定容至1000 mL)后，置于PVC管中，上層的海綿與管頂部相平，下層的海綿距管底5 cm。上層海綿用來(lái)吸收外部空氣中產(chǎn)生的氨氣，下層海綿用來(lái)吸收土壤中揮發(fā)的氨氣。

圖1 田間15N微區(qū)氨揮發(fā)收集裝置Fig.1 Sketch of the NH3 absorption equipment in 15N micro-plots

1.5 計(jì)算公式

作物的%Ndff =作物中的15N原子百分超/肥料的15N原子百分超×100

作物Ndff(N kg/hm2)=作物% Ndff×作物吸氮量

土壤硝態(tài)氮累積量(N kg/hm2)=土層厚度(cm)×土壤容重(g/cm3)×土壤硝態(tài)氮含量(mg/kg)/10

化肥氮利用率(%)=作物化肥氮吸收量/化肥氮用量×100

化肥氮農(nóng)學(xué)效率(kg/kg)=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

化肥氮素收獲指數(shù)(%)=果實(shí)吸氮量/作物地上部吸氮量×100

土壤的氨揮發(fā)速率NH3-N[kg/(hm2·d)]=M/A×D× 10-2

式中： M為通氣法單個(gè)裝置平均每次測(cè)得的氨量(NH3-N mg)；A為捕獲裝置的橫截面積(m2)；D為每次連續(xù)捕獲的時(shí)間(d)。

1.6 數(shù)據(jù)分析

用SAS(8.1)統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，LSD進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮模式對(duì)番茄氮素吸收的影響

從表2可以看出，OPT處理果實(shí)和秸稈的干物質(zhì)產(chǎn)量分別比FP增加了4.1%和8.3%；果實(shí)和秸稈的氮素總吸收量分別比FP增加了8.5%和6.3%。FP處理下作物果實(shí)和秸稈吸收的來(lái)自化肥15N的氮量分別占果實(shí)和秸稈總吸氮量的27.9%、23.7%；OPT處理下作物果實(shí)和秸稈吸收的來(lái)自化肥15N的氮量分別占果實(shí)和秸稈總吸氮量20.5%和16.9%，說(shuō)明作物吸收的氮只有少部分來(lái)源于化肥氮。與FP處理相比，OPT的作物果實(shí)和秸稈吸收的來(lái)自15N尿素的氮量沒(méi)有顯著差異，的肥料施用情況下，試驗(yàn)區(qū)域菜地減量施氮對(duì)蔬菜產(chǎn)量和氮素吸收無(wú)顯著影響。

說(shuō)明在目前 表2 不同氮肥管理模式下番茄地上部干物質(zhì)產(chǎn)量及氮素吸收量Table 2 Aboveground dry matter production and N content of tomato as affected by different N fertilizermanagement models

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.

2.2 不同施氮模式對(duì)番茄氮素利用的影響

OPT處理的氮肥農(nóng)學(xué)效率是FP的2.1倍(表3)，差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，說(shuō)明50%農(nóng)民習(xí)慣施氮量結(jié)合添加秸稈和滴灌的模式能夠提高番茄的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，達(dá)到了節(jié)肥增效的目的。FP處理化肥氮用量為N 1000 kg/hm2，9.6%的化肥氮能夠?yàn)樽魑锏厣喜课绽?，其中果?shí)4.1%、 莖葉5.5%，說(shuō)明農(nóng)民習(xí)慣施氮模式下作物對(duì)氮的利用很低，90%以上的氮進(jìn)入土壤環(huán)境或以其他的途徑損失掉了，造成了肥料資源的極大浪費(fèi)。OPT處理的化肥氮用量為N 500 kg/hm2，17.2%化肥氮能夠?yàn)樽魑锏厣喜课绽?，其中果?shí)7.5%、 莖葉9.7%，顯著高于FP(P<0.05)。OPT處理的化肥氮素收獲指數(shù)相比FP有增加，說(shuō)明番茄植株中積累的氮較多的分配到果實(shí)中，吸收的氮保留在莖葉中的較少，這樣可以減少秸稈移走或焚燒所造成的氮素?fù)p失，使吸收的氮素較多地轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，避免無(wú)效累積，提高了氮肥的農(nóng)學(xué)效益。

表3 不同氮肥管理模式對(duì)化肥15N的利用Table 3 Effects of different N fertilizer management models on the utilization of chemical fertilizer N

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.

0—100 cm土層中來(lái)自15N標(biāo)記尿素的硝態(tài)氮含量結(jié)果如圖2所示，F(xiàn)P處理0—20 cm土層土壤硝態(tài)氮含量顯著低于20—40 cm(P<0.05)，表明當(dāng)季化肥氮的下移較明顯。隨著土層深度的增加，40—60 cm、60—80 cm和80—100 cm硝態(tài)氮含量均顯著低于0—20 cm和20—40 cm土層(P<0.05)。OPT處理0—20 cm土層土壤硝態(tài)氮含量顯著高于20—40 cm、40—60 cm、60—80 cm和80—100 cm(P<0.05)；20—40 cm土層土壤硝態(tài)氮含量顯著高于40—60 cm、60—80 cm和80—100 cm(P<0.05)；40—60 cm、60—80 cm和80—100 cm土層的硝態(tài)氮含量沒(méi)有顯著差異。同一土層不同氮肥管理模式間硝態(tài)氮含量相比較，F(xiàn)P均高于OPT，其中20—40 cm土層土壤硝態(tài)氮含量顯著升高(P<0.05)。以上結(jié)果表明，土壤中殘留的硝態(tài)氮主要分布在0—40 cm土層，40 cm以下土壤硝態(tài)氮含量差異不大，施用的化肥氮量越高，土壤中殘留的硝態(tài)氮含量越高，這樣無(wú)疑會(huì)增加硝態(tài)氮被淋洗出根區(qū)的可能性及淋失總量。

圖2 不同氮肥管理模式對(duì)土壤中來(lái)自15N尿素的 含量的影響Fig.2 Effects of different N fertilizer management models on N-15N derived from chemical N fertilizer [注(Note): 圖中不同小寫(xiě)字母(a,b,c,d)表示同一模式不同土層間差異達(dá)5%顯著水平，不同大寫(xiě)字母(A,B)表示同一土層不同模式間差異達(dá)5% 顯著水平Different small letters (a,b,c,d)mean significant at the 5% level among soil layers, and capital (A,B)mean significant at the 5% level among N treatments.]

圖3 不同氮肥管理模式對(duì)0—100 cm 15N硝態(tài)氮累積的影響Fig.3 Soil NO3-15N accumulation derived from chemical fertilizer in the 0-100 cm depth for different N fertilizer management models

2.4 化肥15N氨揮發(fā)

本試驗(yàn)中共施肥5次，一次基施，4次追施，追肥的氨揮發(fā)速率均高于基肥(圖4)。土壤氨揮發(fā)主要發(fā)生在施肥后的14 d內(nèi)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，氨揮發(fā)速率逐漸降低。在每次施肥并灌溉后，土壤氨揮發(fā)速率呈上升趨勢(shì)，除基肥外，追肥后第3 d氨揮發(fā)速率均達(dá)最大值，第一次到第4次追肥FP處理的氨揮發(fā)速率分別為N 0.339、0.204、0.197、0.279 kg/(hm2·d)，OPT分別為N 0.0087、0.127、0.026、0.01 kg/(hm2·d)，之后便逐漸下降，到下一次施肥并灌溉后，NH3揮發(fā)速率又逐漸增加，如此循環(huán)反復(fù)。

圖4 不同氮肥管理模式下 15N氨揮發(fā)速率Fig.4 Effects of different N management models on rate of NH3 volatilization

對(duì)整個(gè)生育期氨揮發(fā)累積量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，施氮量的增加顯著增加了土壤NH3的累積量，F(xiàn)P處理NH3的累積量顯著高于OPT(P<0.05)。基肥和追肥后，F(xiàn)P處理的氨揮發(fā)累積量為N 1.95 kg/hm2，OPT為N 0.38 kg/hm2，OPT氨揮發(fā)累積量比FP降低了80.5%。

2.5 化肥15N的去向

一般來(lái)說(shuō)，蔬菜作物的根區(qū)很少能超過(guò)0—90 cm土層，本試驗(yàn)為了更精確，將0—100 cm土層內(nèi)的氮素視為作物能夠吸收利用的有效態(tài)氮，而將流出0—100 cm土層的氮素作為損失部分。收獲結(jié)束后，15N肥料在土壤-作物體系各部分的分配比例見(jiàn)表4。FP處理9.6%的化肥氮能夠?yàn)樽魑锏厣喜克茫渲星o葉利用5.5%、果實(shí)利用4.1%。58.0%的化肥氮素殘留在0—100 cm土層中，殘留量為N 580.2 kg/hm2，主要以硝態(tài)氮的形態(tài)存在。通過(guò)計(jì)算15N的平衡，大約有32.4%的化肥氮流出了土壤-作物體系損失掉了，其中氨揮發(fā)損失占總損失的0.6%。OPT處理中有17.2%的化肥氮能夠?yàn)樽魑锏厣喜克?，其中莖葉利用9.7%、果實(shí)利用7.5%。74.6%的化肥氮?dú)埩粼?—100 cm土層中，主要以硝態(tài)氮的形態(tài)存在。通過(guò)計(jì)算15N的平衡，大約有8.2%的化肥氮流出了土壤-作物體系，其中氨揮發(fā)損失占總損失的0.9%。與FP處理相比，OPT顯著提高了作物對(duì)化肥氮的吸收和利用，氮肥利用率顯著提高(P<0.05)，剩余的氮素大部分殘留在土壤中，少部分損失，損失量和損失率均顯著降低(P<0.05)。另外，在計(jì)算15N平衡過(guò)程中，由于沒(méi)有考慮作物根系吸收利用，且仍殘存于土壤中的那部分氮素，因此通過(guò)計(jì)算得出的氮肥損失量可能略高于實(shí)際的氮肥損失。但從FP處理作物地上部氮肥利用率不足10%來(lái)看，地下部對(duì)氮肥的回收率也會(huì)很低，因此認(rèn)為，在傳統(tǒng)施氮量和傳統(tǒng)種植管理方式下，氮肥的損失量是巨大的，而優(yōu)化模式減少了氮肥的施用量，適合作物生長(zhǎng)需求，提高了氮肥的利用率，進(jìn)而也減少了氮素在土壤中的殘留及損失。

表4 化肥15N在土壤-作物體系中的去向Table 4 Fate of 15N-labelled fertilizer in soil and crop system

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significantly different among treatments at the 5% level.

3 討論

3.1 氮素的吸收和利用

氮肥利用率的計(jì)算方法有兩種，一是差減法，二是15N示蹤法。差減法主要是施肥區(qū)作物吸氮量與不施肥區(qū)作物吸氮量的養(yǎng)分之差與肥料投入的比值，是通過(guò)設(shè)置無(wú)氮對(duì)照試驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而示蹤法表示作物吸收的肥料氮占施氮量的百分?jǐn)?shù)，是通過(guò)對(duì)氮素的標(biāo)記來(lái)實(shí)現(xiàn)的[14]。由于差減法計(jì)算的結(jié)果不能準(zhǔn)確表示作物吸收的肥料氮，因此，要研究肥料的利用、殘留及損失的具體情況，宜采用15N同位素示蹤技術(shù)[15]。15N示蹤試驗(yàn)結(jié)果表明，農(nóng)民習(xí)慣施氮模式(FP)下作物吸收的來(lái)自外源化肥氮的量與優(yōu)化施氮模式(OPT)相比沒(méi)有顯著差異，說(shuō)明FP處理沒(méi)有有效促進(jìn)作物對(duì)化肥氮的吸收。由于大量的肥料氮得不到有效地吸收，必然造成利用率的顯著降低，即研究結(jié)果所顯示的，F(xiàn)P處理化肥氮的利用率顯著低于OPT。對(duì)利用率的結(jié)果進(jìn)行分析，本實(shí)驗(yàn)FP處理化肥氮的利用率為9.6%，韓鵬遠(yuǎn)等[16]在田間采用微區(qū)15N示蹤法研究番茄生產(chǎn)過(guò)程中農(nóng)民習(xí)慣施肥的氮肥利用效率為8.0%， 朱建華[17]采用15N示蹤試驗(yàn)研究設(shè)施菜地氮素利用的結(jié)果表明，農(nóng)民習(xí)慣施氮量為1200 kg/hm2時(shí)，辣椒的氮素利用率為10.5%，說(shuō)明當(dāng)前設(shè)施栽培條件下，農(nóng)民習(xí)慣施氮模式化肥氮的利用率非常低，其原因可能與土壤原來(lái)氮庫(kù)或所施有機(jī)肥礦化提供了大量氮素有關(guān)。與FP處理相比較，OPT顯著提高了化肥氮的利用率，其原因一方面是化肥氮施用量減少，而作物對(duì)化肥氮的吸收量與FP模式相比無(wú)顯著差異；另一方面可能是采取的滴灌措施，滴灌條件水分進(jìn)入土壤的速度緩慢，使施入的肥料大多數(shù)隨灌溉水均勻地分布在作物根際附近，促進(jìn)了作物根系對(duì)氮肥的吸收和利用，而傳統(tǒng)灌溉水分量大，使肥料向土壤深層淋洗較多，造成作物根際氮肥的濃度相對(duì)較低。Laura[18]研究表明，滴灌可以使作物根區(qū)保持較適宜的濕度和養(yǎng)分濃度，更加有利于作物生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的吸收和利用。

3.2 氮素的去向

4 結(jié)論

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中氮肥盲目、不合理地大量投入造成的肥料資源浪費(fèi)、養(yǎng)分利用率低、土壤質(zhì)量退化、作物產(chǎn)量和品質(zhì)降低等問(wèn)題已受到全社會(huì)的高度關(guān)注。從保護(hù)環(huán)境和設(shè)施菜地土壤可持續(xù)利用的角度來(lái)看，在不降低經(jīng)濟(jì)效益的前提下，提出合理的施氮量， 構(gòu)建合理的施肥模式，是協(xié)調(diào)農(nóng)學(xué)效益、經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的關(guān)系，解決土壤質(zhì)量退化與肥料資源浪費(fèi)等問(wèn)題的關(guān)鍵。本研究應(yīng)用15N標(biāo)記的微區(qū)試驗(yàn)，揭示了農(nóng)民習(xí)慣施氮模式和氮肥優(yōu)化模式下無(wú)機(jī)氮素在植物-土壤體系中的去向，綜合分析結(jié)果表明，優(yōu)化施氮模式(OPT)對(duì)化肥氮的吸收、利用及減少化肥氮的損失方面均明顯優(yōu)于農(nóng)民習(xí)慣施氮(FP)，能夠?qū)崿F(xiàn)化肥氮素養(yǎng)分的高效利用。

[1] Tremblay, Scharof H C, Weier Uetal. Nitrogen management in field vegetable a guide to different fertilization [J/OL]. http://publications.gc.ca/collections/Collection/A42-92-2001E.pdf.

[2] 張繼宗, 劉培財(cái), 左強(qiáng), 等. 北方設(shè)施菜地夏季不同填閑作物的吸氮效果比較研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2009, 28(12):2663-2667. Zhang J Z, Liu P C, Zuo Qetal. Nitrogen uptake by different catch crops in facility vegetable field[J]. Agro-Environ. Sci., 2009, 28(12): 2663-2667.

[3] 張相松, 劉兆輝, 江麗華, 等. 設(shè)施菜地土壤硝態(tài)氮淋溶防控技術(shù)的研究[J]. 青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009, 26(2):207-211. Zhang X S, Liu Z H, Jiang L Hetal. Study on the technology of soil nitrate nitrogen leaching preventive and control in mushroom house[J]. J. Qingdao Agric. Univ. (Nat. Sci.), 2009, 26(2):207-211.

[4] 閔炬, 施衛(wèi)明, 王俊儒. 不同施氮水平對(duì)大棚蔬菜氮磷鉀養(yǎng)分吸收及土壤養(yǎng)分含量的影響[J]. 土壤, 2008, 40(2):226-231. Min J, Shi W M, Wang J R. Effect of N fertilizer application rate on vegetable N, P, K uptake and soil nutrient content in greenhouse[J]. Soil, 2008, 40(2):226-231.

[5] 杜連鳳. 長(zhǎng)江三角洲地區(qū)菜地系統(tǒng)氮肥利用與土壤質(zhì)量變異研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院博士論文, 2005. Du L F. The nitrogen fertilizer use efficiency and soil quality variation of vegetable-soil system in Yangts Delta Area[D]. Beijing: PhD dissertation of Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2005.

[6] 張麗娟, 巨曉棠, 劉辰琛, 等. 北方設(shè)施蔬菜種植區(qū)地下水硝酸鹽來(lái)源分析—以山東省惠民縣為例[J]. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 43(21): 4427-4436. Zhang L J, Ju X T, Liu C Cetal. A study on nitrate contamination of ground water sources in areas of protected vegetables-growing fields—a case study in Huimin Country, Shandong Province[J]. Sci. Agric. Sin., 2010, 3(21):4427-4436.

[7] 湯麗玲.日光溫室番茄的氮素追施調(diào)控技術(shù)及其效益評(píng)估[D]. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士論文, 2004. Tang L L. Studies on nitrogen topdressing techniques and profitable evaluation for greenhouse tomato production[D]. Beijing: PhD dissertation of China Agricultural University, 2004.

[8] Hartz T K, Bendixen W E, Wierdsma L. The value of presidedress soil nitrate testing as a nitrogen management tool in irrigated vegetable production[J]. Hort Sci., 2000, 35(4): 651-656.

[9] Heckman J R, Morris T, Sims J Tetal. Pre-sidedress soil nitrate testing is effective for fall cabbage[J]. Hort Sci., 2002, 37(1): 113-117.

[10] 朱兆良. 推薦氮肥適宜施用量的方法論謅議[J]. 植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2006, 12(1): 1-4. Zhu Z L. On the methodology of recommendation for the application rate of chemical fertilizer nitrogen to crops[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2006, 12(1): 1-4.

[11] Shen W S, Lin X G, Shi W Metal. Higher rates of nitrogen fertilization decrease soil enzyme activities, microbial functional diversity and nitrification capacity in a Chinese polytunnel greenhouse vegetable land[J]. Plant Soil, 2011, 337:137-150.

[12] Jiang H M, Zhang J F, Song X Zetal. Responses of agronomic benefit and soil quality to better management of nitrogen fertilizer application in greenhouse vegetable land[J]. Pedosphere, 2012, 22(5): 650-660.

[13] 王朝輝, 宗志強(qiáng), 李生秀, 等. 蔬菜的硝態(tài)氮累積及菜地土壤的硝態(tài)氮?dú)埩鬧J]. 環(huán)境科學(xué), 2002, 23(3): 79-83. Wang Z H, Zong Z Q, Li S Xetal. Nitrate accumulation in vegetables and its residual in vegetable fields[J]. Environ. Sci., 2002, 23(3): 79-83.

[14] 田昌玉, 林志安, 左余寶, 等. 氮肥利用率計(jì)算方法評(píng)述[J]. 土壤通報(bào), 2011,42(6): 1530-1536. Tian C Y, Lin Z A, Zuo Y Betal. Review on several concepts on fertilizer nitrogen recovery rate and its calculation[J]. Chin. J. Soil Sci, 2011, 42(6):1530-1536.

[15] 巨曉棠, 張福鎖. 關(guān)于氮肥利用率的思考[J]. 生態(tài)環(huán)境, 2003, 12 (2): 192-197. Ju X T, Zhang F S. Thinking about nitrogen recovery rate[J]. Ecol. Environ., 2003, 12(2):192-197.

[16] 韓鵬遠(yuǎn), 焦曉燕, 王立革, 等. 太原城郊老菜區(qū)番茄氮肥利用率及氮去向研究[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2010, 18 (3): 482-485. Han P Y, Jiao X Y, Wang L Getal. Use efficiency and fate of applied nitrogen in long-term tomato districts of Taiyuan[J]. Chin. J. Eco-Agric., 2010, 18(3): 482-485.

[17] 朱建華. 蔬菜保護(hù)地氮素去向及利用研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士論文, 2002. Zhu J H. Study on fate and utilization of nitrogen in protected vegetable fields[D]. Beijing: PhD dissertation of China Agricultural University, 2002.

[18] Laura S M, Augusto A, Alejandro Betal. Influence of drip and furrow irrigation systems on nitrogen oxide emissions from a horticultural crop[J]. Soil Biol. Biochem., 2008, (40):1698-1706.

[19] 田琳琳, 莊舜堯, 楊浩.不同施肥模式對(duì)芋艿產(chǎn)量及菜地土壤中氮素遷移累積的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2011, 20(12): 1853-1859. Tian L L, Zhuang S Y, Yang H. Dynamics and transport of soil inorganic nitrogen in vegetable lands with various fertilization modes in the region of Taihu Lake[J]. Ecol. Environ. Sci., 2011, 20(12): 1853-1859.

[20] 孫曉, 鐘敏, 莊舜堯. 長(zhǎng)三角蔬菜種植區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)與氮素含量分析[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 2011, 27(8): 167-171. Sun X, Zhong M, Zhuang S Y. Investigation of organic matter and nitrogen of vegetable soils in the Yangtze River delta region[J]. Chin. Agric. Sci. Bull., 2011, 27(8): 167-171.

[21] 巨曉棠, 劉學(xué)軍, 張福鎖. 尿素配施有機(jī)物料時(shí)土壤不同氮素形態(tài)的動(dòng)態(tài)及利用[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2002, 7(3): 52-56. Ju X T, Liu X J, Zhang F S. Dynamics of various nitrogen forms in soil and nitrogen utilization under application urea and different organic materials[J]. J. China Agric. Univ., 2002, 7(3):52-56.

[22] 王秀斌. 優(yōu)化施氮下冬小麥/夏玉米輪作農(nóng)田氮素循環(huán)與平衡研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院博士論文, 2009. Wang X B. Nitrogen cycling and balance in winter wheat-summer maize rotation system under optimized nitrogen management[D]. Beijing: PhD dissertation of Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2009.

[23] Ju X T, Liu X J, Pan J Retal. Fate of1 5N - labeled urea under a winter wheat-summer maize rotation on the North China Plain[J]. Pedosphere, 2007, 17(1): 52-61.

[24] 李銀坤. 不同水氮條件下黃瓜保護(hù)地氮素?fù)p失研究[D]. 北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院碩士論文, 2010. Li Y K. Nitrogen loss in the protected soil under different water and nitrogen conditions during cucumber growing seasons[D]. Beijing: MS thesis of Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2010.

JIANG Hui-min, ZHANG Jian-feng, LI Ling-ling, LI Shu-shan, ZHANG Shui-qin, PAN Pan,

GUO Jun-mei, LIU Lian, YANG Jun-cheng*

(InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,CAAS/NationalEngineeringLaboratoryforImprovingQualityofArableLand/KeyLaboratoryofSoilQuality,CAAS,Beijing100081,China)

15N tracer technology；greenhouse vegetable；chemical N recovery efficiency

2012-12-19接受日期2013-04-01

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃“973”課題(2013CB127406)；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21107139)；農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201103007)； 科研院所技術(shù)開(kāi)發(fā)研究專(zhuān)項(xiàng)資金(2012EG134235)資助。

姜慧敏(1980—)， 女， 黑龍江哈爾濱人，博士，主要從事土壤培肥與環(huán)境研究。E-mail: jianghuimin@caas.cn * 通信作者 E-mail: yangjuncheng@caas.cn

S625.5+4

A

1008-505X(2013)05-1146-09