露地栽培條件下大白菜氮肥投入閾值研究

連彩云，馬忠明

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅蘭州 730070）

露地栽培條件下大白菜氮肥投入閾值研究

連彩云1，馬忠明2

（1.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅蘭州 730070）

通過田間試驗，研究了不同施氮量對大白菜產(chǎn)量、氮肥利用率、硝態(tài)氮?dú)埩袅康挠绊憽＝Y(jié)果表明，施氮對大白菜有顯著的增產(chǎn)作用，但隨著施氮量的增加產(chǎn)量變化不大，產(chǎn)量對施氮量的反應(yīng)呈平臺模式。氮肥利用率在3.3%～12.6%，并且隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，在施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，氮肥利用率和作物產(chǎn)量最高。合理控制氮肥用量會促進(jìn)作物對土壤氮素的吸收。施氮可明顯提高0～180cm剖面土壤NO3--N的累積量，殘留的NO3--N的分布隨施氮量的增加而顯著增加，并且隨施氮量的增加殘留深度下移，表現(xiàn)出明顯的底層累積。各處理土壤氮均集中在0～100cm土層中，100cm土層以下，各處理氮含量漸趨一致。綜合不同施氮量對大白菜產(chǎn)量以及環(huán)境指標(biāo)的影響，在本試驗肥力水平下，大白菜氮肥投入閾值為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，能夠兼顧作物高產(chǎn)與環(huán)境安全。

投入閾值；氮肥利用率；大白菜；露地栽培

化肥是提高作物產(chǎn)量的重要措施之一。據(jù)統(tǒng)計，農(nóng)作物增產(chǎn)的30%～60%來自化肥，尤其是氮肥施用占相當(dāng)大的比重，約為60%左右［1］。但當(dāng)單位面積氮肥施用量達(dá)到一定水平后再增加氮肥施用量，則氮肥利用率會相應(yīng)降低，肥效下降，殘留量增加［2～6］。在我國農(nóng)田中，當(dāng)季作物對氮肥的利用率只有30%～40%，大部分經(jīng)各種途徑損失到環(huán)境中［7］，造成對水、土壤和大氣環(huán)境的污染。

河西綠洲灌區(qū)是甘肅省農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的主體，種植業(yè)以小麥、玉米為主，適于棉花、瓜果、蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物生長。耕地面積65.83萬hm2，占全省耕地總面積的19.24%，宜農(nóng)土地資源豐富。雖耕地面積僅占全省的19%，但生產(chǎn)出占全省32%的糧食、70%的商品糧和42%的蔬菜。近年來，隨著農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)先進(jìn)技術(shù)的推廣應(yīng)用，特別是化肥、農(nóng)藥、地膜等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入品的逐年增加，作物產(chǎn)量有顯著提高。但氮磷肥的積累超過一定限度就可能對水體環(huán)境產(chǎn)生危害，且肥料利用率不高，造成生產(chǎn)成本逐年增加，種植效益下降，嚴(yán)重影響農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。因此，系統(tǒng)研究露地栽培條件下大白菜適宜的施氮量，對提高氮肥利用率和控制氮素污染等，具有重要的科學(xué)價值和實踐意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

指示大白菜品種為高山勇者，由北京圣奧豐種子有限公司生產(chǎn)并提供。供試氮肥為尿素（含N 46%），由甘肅劉化有限責(zé)任公司生產(chǎn)；磷肥為重過磷酸鈣（含P2O546%），由甘肅農(nóng)資化肥有限責(zé)任公司生產(chǎn)；有機(jī)肥為干基雞糞（非商品，含N 2.97%）。

1.2 試驗地概況

試驗于2011—2012年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院張掖節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗站（100°26′E，38°56′N，海拔1 570m）進(jìn)行。試驗地土壤為灌漠土。耕層土壤含有機(jī)質(zhì)18.1 g/kg、全氮1.4 g/kg、堿解氮70.9 g/kg、速效磷19.3 g/kg、速效鉀148.0 g/kg，pH 8.6。0～200cm土層土壤容重平均1.4 g/cm3。玉米生育期間平均降水量105.2mm，蒸發(fā)量1257.3mm。

1.3 試驗方法

試驗共設(shè)8個處理，肥料用量水平及設(shè)計見表1。各處理的磷肥用量為優(yōu)化用量，即施五氧化二磷120kg/hm2。試驗采用隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積20m2（4m×5m）。按試驗方案分小區(qū)準(zhǔn)確稱取供試肥料，全部有機(jī)肥、磷肥、10%氮肥按劃定小區(qū)一次施入做底肥，45%氮肥蓮座期追施，45%氮肥結(jié)球期追施。大白菜采用露地栽培，于5月16日播種，8月20日收獲。全生育期灌水4次，灌溉定額3 300m3/hm2，幼苗期、蓮座期、結(jié)球期、結(jié)球緊實期分別灌水990、660、990、660m3/hm2，用水表控制水量。田間管理措施與當(dāng)?shù)靥镩g管理措施相同。大白菜成熟后按小區(qū)單收并測定經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

表1 試驗設(shè)計方案kg/hm2

1.4 樣品的采集與測定

1.4.1 土樣采集及測定在作物播種前和收獲后，每小區(qū)采用S形5點(diǎn)法采樣取土，采樣深度0～180cm，每20cm土層1個混合樣。每個土層的鮮土樣均取200 g，冷凍保存后測定硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、溶解性總氮含量和土壤含水量。土壤硝態(tài)氮用紫外分光光度計法測定，銨態(tài)氮用靛酚藍(lán)比色法測定，溶解性總氮用堿性過硫酸鉀消解后采用紫外分光光度法測定，土壤含水量用烘干法測定。

1.4.2 大白菜樣品采集與測定白菜收獲后，每小區(qū)隨機(jī)取5棵白菜全株采樣，用于測定全氮、全磷、全鉀含量和含水量。白菜全氮、全磷、全鉀測定時均先用H2SO4-H2O2消煮，然后采用蒸餾法測定全氮含量，采用釩鉬黃比色法測定全磷含量，采用火焰光度法測定全鉀含量。采用烘干失重法測定含水量。

1.5 統(tǒng)計分析方法

由于試驗區(qū)降水量不足200mm，所以試驗過程不計入降水輸入的氮素，不考慮氮肥的激發(fā)效應(yīng)，故假定施肥處理的土壤氮素礦化量和無肥區(qū)相同。計算方法如下：

土壤硝態(tài)氮積累量（kg/hm2）=［土層厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤硝態(tài)氮含量（mg/kg）］/10［8］；

氮肥利用率（NFUE，%）=［（施氮區(qū)地上部分吸氮量-不施氮區(qū)地上部分吸氮量）/施氮量］×100［9］。

試驗采用Excel和SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。產(chǎn)量與環(huán)境指標(biāo)的函數(shù)方程采用Origin進(jìn)行擬合。

2 結(jié)果與分析

圖1 不同施肥處理對大白菜產(chǎn)量的影響

2.1 施氮量對大白菜產(chǎn)量的影響

試驗結(jié)果（圖1）表明，在一定施氮量范圍內(nèi)（0～656.4kg/hm2），大白菜的產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加，呈線型增長模式；而當(dāng)施氮量增加到一定程度（656.4～806.4kg/hm2）時，產(chǎn)量不再隨施氮量的增加而增加。作物產(chǎn)量對施N水平的反應(yīng)表現(xiàn)為線性—平臺模型。在試驗設(shè)計范圍內(nèi)，以M1N1處理的產(chǎn)量最高，與不施氮處理差異顯著，其余處理之間差異不顯著。在施氮量低于656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，每1kg純氮可增加84kg大白菜，氮肥的施用可以帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。適宜施氮量是高產(chǎn)、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益相協(xié)調(diào)的施肥點(diǎn)，在適宜施氮量附近，施氮量的增減對產(chǎn)量影響也不大；而當(dāng)施氮量高于656.4kg/hm（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，繼續(xù)投入氮肥只能造成投入的增加和經(jīng)濟(jì)效益的下降。顯而易見，在試驗條件下，從施肥經(jīng)濟(jì)效益的角度來看，656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）為該土壤條件下的適宜施氮量。

2.2 施氮量對氮素吸收、氮素利用率的影響

氮肥用量是影響作物吸氮量的主要因素。大白菜的吸氮量與氮肥對產(chǎn)量的影響是一致的（圖2），在施氮量小于656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，吸氮量隨施氮量增加而增加；而當(dāng)施氮量大于656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，大白菜吸氮量不再增加，反而略呈下降的趨勢。此結(jié)果說明，適量施氮有利于增加大白菜對氮素的吸收。

氮肥的施用可以帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益。大白菜的施氮量與氮肥利用率呈現(xiàn)與產(chǎn)量相似的規(guī)律，當(dāng)施氮量達(dá)到656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，氮肥利用率為最高峰值，為12.6%。而當(dāng)施氮量高于656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，繼續(xù)投入氮肥只能造成投入的增加和經(jīng)濟(jì)效益的下降，同時對環(huán)境造成污染。從肥料利用率角度分析，最佳施肥量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）。

圖2 不同處理對氮素吸收與利用率的影響

圖3 不同處理對0～180cm土壤剖面分布與累積的影響

2.3 氮肥施用量對土壤硝態(tài)氮分布與累積的影響

由于在作物整個生育期土壤銨態(tài)氮含量較低，因此在評價土壤礦質(zhì)氮時，忽略銨態(tài)氮的影響，只計算硝態(tài)氮的貢獻(xiàn)。不同處理成熟期硝態(tài)氮?dú)埩袅咳鐖D3所示。大白菜收獲后，在0～180cm土層中，殘留的的分布隨施氮量的增加而顯著增加，并且隨施氮量的增加，氮在土壤中的殘留深度下移，表現(xiàn)出明顯的底層累積。施氮量由M0N0遞增至M1N0.75時，相應(yīng)的累積量則從34.8kg/hm2增加到249.0kg/hm2。隨土層深度的增加，土壤氮?dú)埩袅拷档?。由圖3還可看出，各處理土壤氮均集中在0～100cm土層中，100cm土層以下，各處理含量漸趨一致。不同施氮量處理的結(jié)果說明，在0～180cm的土層中，施氮處理為M0N1和M1N0的累積量分別為128.0kg/hm2和175.0kg/hm2，相差不大；當(dāng)施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，累積量則高達(dá)443.2kg/hm2，即氮肥施用過量會造成土壤剖面無機(jī)氮的積累，當(dāng)?shù)适┯昧砍^作物需要時，土壤中氮的積累就成了一個潛在的環(huán)境問題。從氮肥累積量的角度分析，氮肥累積量的突變點(diǎn)為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2），為試驗肥力條件下的最適宜施氮量。

3 小結(jié)與討論

1）適宜的施氮量對氮平衡具有積極的調(diào)控效應(yīng)，能增加作物的產(chǎn)量，促進(jìn)作物對土壤中氮的吸收、利用，減少氮素在土壤中的累積。但氮肥的積累超過一定限度就可能造成生產(chǎn)成本逐年增加，種植效益下降，且肥料利用率不高。試驗產(chǎn)量結(jié)果顯示，在施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，大白菜產(chǎn)量達(dá)最高，氮肥的利用率最大；繼續(xù)增加施氮量，大白菜的產(chǎn)量卻有下降趨勢。從作物高產(chǎn)的角度考慮，在本試驗肥力條件下，推薦的大白菜適宜施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）。

2）合理的氮肥施用不但不影響作物的產(chǎn)量，相反可提高作物對氮肥利用率，從而減少土壤表面硝態(tài)氮的殘留，環(huán)境風(fēng)險也隨之降低［9］。在本試驗條件下，優(yōu)化施氮量處理M1N1（施純氮300kg/hm2、有機(jī)肥12000kg/hm2比高施氮處理M1N2（施純氮600kg/hm2、有機(jī)肥12000kg/hm2）氮肥施用量減少100%，氮肥的利用率提高8.3百分點(diǎn)。吸氮量隨施氮量的增加先增加而后降低，與不施肥處理（CK）相比，施氮處理極顯著增加了作物的吸氮量；當(dāng)施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）時，吸氮量最高。結(jié)果說明，適量的施氮有利于增加大白菜的吸氮量。從作物高產(chǎn)、環(huán)境安全綜合考慮，施氮量656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）為露地大白菜栽培的適宜施氮量。

3）施氮顯著影響硝態(tài)氮的積累，并隨著施氮量的增加，氮在土壤中的殘留量顯著增加。在0～180cm土層中，土壤累積量不施氮處理（M0N0）為34.8kg/hm2；施氮處理為純氮300kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）（M1N1）和純氮375kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2）（M1N1.25）的累積量分別為443.2kg/hm2和507.0kg/hm2，相差不大；當(dāng)施氮量為純氮600kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2（M1N2）時，累積量則高達(dá)603.0kg/hm2。因此，過量施氮會在土壤中形成累積，造成環(huán)境污染和投入增加。

綜合以上不同施氮量對大白菜產(chǎn)量以及環(huán)境指標(biāo)的影響，認(rèn)為在本試驗肥力水平下，適宜施氮量為純氮375kg/hm2+有機(jī)肥12000kg/hm2，能夠兼顧作物高產(chǎn)與環(huán)境安全的目標(biāo)。

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（本文責(zé)編：鄭立龍）

Study on Nitrogen Threshold of Chinese Cabbage in Open Field

LIAN Cai-yun，MA Zhong-Ming
（1.Institute of Soil，F(xiàn)ertilizer and Water-saving Agriculture，Gansu Academy of Agricultural Sciences；2.Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China）

In order to provide evidence for reasonable use of nitrogen fertilizer，a field trial was carried out to examine the effects of the yield and the environmental effects of the chinese cabbage under open field cultivationduring 2011—2012.The results showed that the yield of chinese cabbage was highest at 656.4kg/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2）.The nitrogen uptake by chinese cabbage increased with increasing N rate.With N application of 656.4kg/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2），the nitrogen uptaked was the highest.With N fertilizer rate increasing，the content of NO3--N in soil layers increaseddramatically.Withmore than 656.4kg/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2）was supplied，soil NO3--Nmoveddown obviously.N fertilizer residual amount increased with increased N fertilizer rate.The nitrogen use efficiency ranged from 3.3%to 12.6%underdifferent rates of N fertilization.At the rate of 656.4kgN/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2）couldmeet the chinese cabbagedemand. These results suggest that the N application rates of 656.4kg/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2），would be optimal for the yield of chinese cabbage and a reduction in the risk of nitrate release into environment.

Threshold；Nitrogen use efficiency；Chinese cabbage；Open field cultivation

S634.1；S147.2

A

1001-1463（2014）06-0006-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2014.06.002

2014-03-13

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項“北方高原山地區(qū)面源污染監(jiān)測與氮磷化肥投入閾值研究”（201003014-7）部分內(nèi)容

連彩云（1977—），女，甘肅民勤人，助理研究員，主要從事作物栽培與土壤環(huán)境監(jiān)測工作。聯(lián)系電話：（0931）7614846。E-mail：liancy1998@sina.com

馬忠明（1964—），男，甘肅民勤人，研究員，博士，主要從事作物栽培與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)研究工作。E-mail：mazhming@sohu.com