節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對日光溫室黃瓜-番茄輪作體系土壤氮素供應(yīng)及遷移的影響

李若楠， 張彥才*， 黃紹文， 唐繼偉， 王麗英， 陳麗莉， 翟彩霞

( 1 河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，石家莊 050051；2 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, 農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對日光溫室黃瓜-番茄輪作體系土壤氮素供應(yīng)及遷移的影響

李若楠1， 張彥才1*， 黃紹文2*， 唐繼偉2， 王麗英1， 陳麗莉1， 翟彩霞1

( 1 河北省農(nóng)林科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源環(huán)境研究所，石家莊 050051；2 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, 農(nóng)業(yè)部植物營養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100081)

設(shè)施蔬菜； 節(jié)水控肥； 有機(jī)無機(jī)肥配施； 土壤硝態(tài)氮； 氮素淋失

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)在河北省農(nóng)林科學(xué)院大河實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行。栽培制度為冬春茬黃瓜-秋冬季番茄輪作，試驗(yàn)起始時間為2009年8月。試驗(yàn)用日光溫室為新建日光溫室，建于2009年5月。溫室長為48 m，寬為8 m。供試土壤為粘壤質(zhì)石灰性褐土，基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)兩個水肥管理模式，分別為節(jié)水控肥模式(OPT模式)和農(nóng)民習(xí)慣水肥管理模式(CF模式)；一個不施氮肥處理(N0)。在OPT模式下，按照化肥與有機(jī)物料供氮比例設(shè)計(jì)4個有機(jī)無機(jī)肥配施處理，分別為3/4化肥氮+1/4豬糞氮(3/4CN+1/4PN)、 2/4化肥氮+2/4豬糞氮(2/4CN+2/4PN)、 2/4化肥氮+1/4豬糞氮+1/4秸稈氮(2/4CN+1/4PN+1/4SN)、 2/4化肥氮+2/4秸稈氮(2/4CN+2/4SN)和一個單施化肥處理(CN)。CF模式為化肥與豬糞配施，單季豬糞氮投入量為N 900 kg/hm2。各處理氮、 磷、 鉀養(yǎng)分投入總量見表2。

試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，由于試驗(yàn)處理較多和日光溫室面積有限，農(nóng)民習(xí)慣水肥管理模式設(shè)2次重復(fù)，其余處理均設(shè)3次重復(fù)，小區(qū)面積為14.4 m2(寬2.4 m×長6 m)。為了防止各小區(qū)0—100 cm土體水分和養(yǎng)分相互影響，在試驗(yàn)開始前小區(qū)內(nèi)保持原狀土，在每個小區(qū)四周開挖寬度為10 cm，深度為100 cm的溝槽，用4 mm PVC板隔開，埋深100 cm，PVC板銜接處涂PVC膠后用鉚釘固定，其上緣高出土面5 cm。周圍用相應(yīng)層次的土回填。在每個小區(qū)中部安裝一個小型排水式滲漏儀，滲漏儀高0.60 m，長0.60 m，寬1.20 m，滲漏儀上沿離地面0.40 m，面積為0.72 m2。

表2 試驗(yàn)各處理NPK養(yǎng)分投入總量(kg/hm2)

注(Note)： OPT —Water and fertilizer saving management; CF—Farmer conventional water and fertilizer management.

表3 日光溫室番茄和黃瓜生育期灌水量(m3/hm2)

每小區(qū)種植黃瓜/番茄4行，每行20株，行距0.60 m，株距0.30 m。供試黃瓜品種為博美11號，砧木為火鳳凰牌南瓜種。黃瓜定植時間分別為2010年2月28日和2011年3月3日，拉秧時間分別為2010年7月12日和2011年7月26日。供試番茄品種為金鵬11號。番茄定植時間分別為2009年8月23日、 2010年8月22日、 2011年8月20日，拉秧時間2009年12月1日、 2011年1月20日和2012年2月20日。田間管理包括除草、 定期噴藥預(yù)防病害蟲。

1.3 肥料品種、 施肥方法和施肥量

1.4 測定項(xiàng)目及方法

蔬菜關(guān)鍵生育期取0—20 cm和20—40 cm土樣，拉秧后各小區(qū)以20 cm為間隔取0—100 cm土體土樣。每小區(qū)取10鉆，并充分混勻。鮮土樣測定其硝態(tài)氮。取樣留下的鉆孔用保護(hù)區(qū)土壤進(jìn)行回填，防止灌水時下滲。土壤硝態(tài)氮用2 mol/L氯化鉀溶液浸提，雙波長紫外分光光度法測定。全生育期從滲漏儀中抽取水樣，每次測定抽取水樣的體積，取樣后冷凍于-20℃冰箱中保存，用于測定水樣中的硝態(tài)氮、 銨態(tài)氮和全氮濃度。水樣硝態(tài)氮采用紫外分光光度法；銨態(tài)氮采用流動分析儀；總氮采用過硫酸鉀氧化—紫外分光光度法測定。土壤容重采用環(huán)刀法測定；電導(dǎo)率采用水土比5 ∶1，電導(dǎo)率儀測定；土壤pH采用水土比2.5 ∶1，pH計(jì)測定。有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀法；速效磷采用0.5 mol/L碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀采用1.0 mol/L乙酸銨浸提—火焰光度計(jì)法測定。

1.5 計(jì)算與數(shù)據(jù)處理

土壤氮庫盈虧 = 土壤氮輸入量(肥料投入氮+灌水投入氮)-土壤氮輸出量(作物吸收氮+土壤損失氮)。

土壤無機(jī)氮盈虧量 = 收獲后土壤無機(jī)氮含量-定植前土壤無機(jī)氮含量。

土壤有機(jī)氮盈虧量 = 土壤氮庫盈虧量-土壤無機(jī)氮盈虧量。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和SAS軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對根區(qū)土壤硝態(tài)氮的影響

圖1 節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對土壤硝態(tài)氮的影響Fig.1 Changes in soil N-N contents in rhizosphere affected by combined application of organic manure and chemical fertilizers under the OPT and CF management [注(Note): F—休閑期Fallow period; TS—番茄季 Tomato season; CS—黃瓜季Cucumber season.]

2.2 節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對收獲后土壤剖面硝態(tài)氮?dú)埩舻挠绊?/h3>

2.3 節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對土壤氮素淋失的影響

圖2 節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對收獲后土壤剖面硝態(tài)氮分布的影響Fig.2 Spatial and temporal variability of soil N-N affected by combined application of organic manure and chemical fertilizers under the OPT and CF management at the vine removed stage[注(Note): CF模式土壤硝態(tài)氮含量坐標(biāo)軸最大刻度為400 mg/kg，區(qū)別于OPT模式各處理range in the CF management compared with the OPT treatments.]

處理Treatment5季滲漏液體積Leachingvolumeforfivegrowthseasons(m3/hm2)5季不同形態(tài)氮濃度(mg/L)ConcentrationofdifferentNformsinleakagewater硝態(tài)氮NO-3-N銨態(tài)氮NH+4-N有機(jī)氮OrganicN5季不同形態(tài)氮淋失量(Nkg/hm2)LeachinglossofdifferentNformsinleakagewater硝態(tài)氮NO-3-N銨態(tài)氮NH+4-N有機(jī)氮OrganicN3/4CN+1/4PN244.4±48.7d72.80.1725.417.8±4.3b0.042±0.011b1.32/4CN+2/4PN409.5±53.2c113.60.1216.446.5±5.6b0.050±0.006b2.62/4CN+1/4PN+1/4SN101.7±17.4e40.50.16404.1±1.1b0.017±0.011b02/4CN+2/4SN37.9±9.6e22.00.1034.40.8±0.2b0.004±0.002b0.2CN108.5±36.3e42.80.03404.7±0.9b0.004±0.001b0CF1847.9±130.9a337.31.6541.9623.4±91.3a3.057±1.221a3.5N0682.7±71.7b7.50.04105.1±0.8b0.028±0.001b0

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 significant among treatments at the 5% level.

2.4 節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對土壤氮庫盈虧的影響

表6 5個生長季節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對0—100土體土壤氮庫盈虧的影響(kg/hm2)

注(Note)： *—根據(jù)郝小雨博士論文相關(guān)數(shù)據(jù)估算土壤氮揮發(fā)損失(氨揮發(fā)和氧化亞氮排放)N gaseous losses were evaluated by the date from the thesis of Dr. XY Hao. 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 significant among treatments at the 5% level.

2.5 節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施對日光溫室黃瓜/番茄產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論

3.1 節(jié)水控肥后土壤環(huán)境可持續(xù)利用潛力

過量的水肥投入在設(shè)施蔬菜種植中非常普遍，在一些地區(qū)已經(jīng)造成的嚴(yán)重的環(huán)境問題[9-12]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，農(nóng)民大水大肥的粗放管理模式導(dǎo)致了蔬菜0—40 cm土壤硝態(tài)氮的劇烈波動，這與灌水頻率的周期性波動有關(guān)。在一個輪作周期內(nèi)，硝態(tài)氮積累始于秋冬茬番茄季，冬春茬黃瓜追肥前達(dá)到峰值，此時灌水頻率低，過量投入的氮素以0—40 cm積累為主；進(jìn)入黃瓜追肥階段，灌水頻率顯著增加，根區(qū)積累的硝態(tài)氮向土壤深層遷移，硝態(tài)氮淋失嚴(yán)重；連續(xù)種植5季40—100 cm土體硝態(tài)氮增量達(dá)919.9 kg/hm2，100 cm土壤硝態(tài)氮淋失量達(dá)623.4 kg/hm2。肖輝等人在番茄-芹菜輪作體系上的研究顯示，施用高量有機(jī)肥導(dǎo)致夏季(番茄季)土壤硝態(tài)氮累積和冬季(芹菜季)土壤硝態(tài)氮含量降低[13]。這與本試驗(yàn)土壤硝態(tài)氮波動規(guī)律有一定差異，可能是由于輪作體系不同所致。

表7 5個生長季節(jié)水控肥下有機(jī)無機(jī)肥配施0—100土體土壤有機(jī)氮和無機(jī)氮盈余量估算(kg/hm2)

注(Note)： *—土壤無機(jī)氮盈余以硝態(tài)氮進(jìn)行計(jì)算Only soil nitrate N is used to calculate soil residual mineral N amount. 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 small letters in a column mean significant difference at the 5% level.

表8 5個生長季黃瓜/番茄的總產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益

3.2 化肥配施秸稈對土壤氮素供應(yīng)、 殘留及淋失的影響

3.3 化肥配施豬糞對土壤氮素供應(yīng)、 殘留及淋失的影響

根據(jù)該試驗(yàn)結(jié)果，設(shè)施栽培土壤硝態(tài)氮供應(yīng)與遷移主要與三個因素有關(guān): 1)土壤保蓄養(yǎng)分的能力；2)有機(jī)、 無機(jī)肥種類與配施比例；3)水肥管理制度；此外，還受到蔬菜養(yǎng)分需求特征的影響。這與胡博等人歸納的農(nóng)田土壤硝態(tài)氮淋洗影響因素較為一致[22]。

4 結(jié)論

1) 農(nóng)民習(xí)慣水肥管理模式下節(jié)水節(jié)肥潛力較大。節(jié)水控肥能降低設(shè)施蔬菜根區(qū)土壤硝態(tài)氮積累、 根區(qū)以下土壤硝態(tài)氮?dú)埩艉?00 cm土體養(yǎng)分淋失，在穩(wěn)產(chǎn)的同時顯著增加經(jīng)濟(jì)收入，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

2) 商品有機(jī)肥豬糞與化肥在土壤無機(jī)氮供應(yīng)方面的效果接近，但是豬糞基施量偏大容易導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮淋失量增加。施用秸稈能促進(jìn)土壤無機(jī)氮固持，降低根區(qū)土壤硝態(tài)氮供應(yīng)水平，擴(kuò)充土壤有機(jī)氮庫，提高土壤養(yǎng)分保蓄能力，提升土壤供氮潛力。

3) 根據(jù)本試驗(yàn)結(jié)果推薦的新建溫室可采用單施化肥、 化肥與豬糞配施方案，能在短時間內(nèi)提高土壤無機(jī)氮供應(yīng)強(qiáng)度，滿足蔬菜的氮素需求；對于種植了一段時間的溫室，可采用冬春茬黃瓜季化肥配施豬糞、 秋冬茬番茄季化肥配施秸稈方案，不僅能固定積累于土壤中的無機(jī)氮，提高土壤氮養(yǎng)分容量，保證根層土壤氮素的穩(wěn)定供應(yīng)，還能降低環(huán)境風(fēng)險，維護(hù)設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

4) 設(shè)施生產(chǎn)中應(yīng)針對不同土壤條件，合理施用有機(jī)無機(jī)肥料，因地制宜設(shè)計(jì)水肥管理制度，在保證蔬菜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的同時，促進(jìn)土壤肥力培育、 土壤質(zhì)量和生產(chǎn)潛力提升，維護(hù)農(nóng)田土壤的可持續(xù)利用。

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Effectsofcombinedapplicationoforganicmanureandchemicalfertilizersonsoilnitrogenavailabilityandmovementunderwaterandfertilizersavingmanagementincucumber-tomatodoublecroppingsystem

LI Ruo-nan1, ZHANG Yan-cai1*, HUANG Shao-wen2*, TANG Ji-wei2, WANG Li-ying1, CHEN Li-li1, ZHAI Cai-xia1

( 1InstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,HebeiAcademyofAgriculturalandForestrySciences,Shijiazhuang050051,China; 2KeyLaboratoryofPlantNutritionandFertilizer,MinistryofAgriculture/InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)

S625.5+4；S153.6+1

A

1008-505X(2013)03-0677-12

2012-08-13接受日期2012-12-25

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)(CARS-25-C-11)； 公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201203095)； 河北省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(11220701D)資助。

李若楠(1981—)，女，河北冀縣人，助理研究員，主要從事蔬菜營養(yǎng)與施肥技術(shù)研究。E-mail: liruonan2004@163.com *通信作者 Tel: 010-82108662, E-mail: swhuang@caas.ac.cn; Tel: 0311-87652145, E-mail: zyc_1956@yahoo.com.cn