包膜尿素對溫室番茄產量、 品質和經濟效益的影響

曹 兵 ， 倪小會， 肖 強 ， 徐 凱 ， 楊俊剛 ， 衣文平 ， 李麗霞

(1 北京市農林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097； 2 北京市緩控釋肥料工程技術研究中心，北京 100097；3 北京市房山區(qū)農業(yè)科學研究所，北京 100015)

番茄 (LycopersiconesculeutumL.)是一種經濟和營養(yǎng)價值高的茄果類蔬菜作物，也是設施蔬菜生產中種植面積和產值最大的作物之一，番茄果實采收期較長，產量高，土壤養(yǎng)分移出量大，需要充足的養(yǎng)分供應，而生產中盲目以增施肥料(尤其是化肥)獲得高產已經成為一種普遍現象[1-2]，由于過量施肥造成了如生產成本大幅度增加、 肥料資源浪費、 土壤質量退化以及環(huán)境嚴重污染等諸多問題[3]，因此，提高番茄生產中的養(yǎng)分管理水平，合理降低肥料用量和提高肥料利用率對于番茄的優(yōu)質高效生產、 環(huán)境安全及農民增收均具有重要意義。

控釋肥料是一類具有養(yǎng)分利用率高、 省工省肥、 環(huán)境友好等突出特征的新型肥料[4]，在實現作物的高產優(yōu)質、 節(jié)約資源和保護生態(tài)環(huán)境等方面潛力巨大[4-5]。相對于速效性化肥養(yǎng)分供應強度高但持續(xù)時間短的缺點，控釋肥不僅能大大延長肥料的養(yǎng)分供應期，而且其養(yǎng)分供應模式更易與作物吸肥規(guī)律吻合，從而可提高養(yǎng)分利用效率。相關研究表明，與常規(guī)施肥相比，即使在降低肥料用量的情況下，施用控釋肥仍能不同程度地增加作物產量[4-6]、 改善作物品質[7-8]。此外，隨著科技的進步導致的生產成本降低和施肥技術的創(chuàng)新(如在大田糧食作物上采用速效性化肥和控釋肥摻混的方法)[4]，即使在相對附加值較低的水稻、 玉米等糧食作物上，施用控釋肥的經濟效益已表現出超過常規(guī)速效性肥料的潛力[9-11]。

前人對控釋肥在設施蔬菜上的研究多以產量、 品質、 養(yǎng)分利用和氮素損失為主，較少涉及從蔬菜育苗開始的全程養(yǎng)分管理和控釋肥施用的經濟效益，本文探索了減量施用包膜尿素對番茄幼苗生長、 產量和品質以及耕層土壤無機氮動態(tài)和施肥經濟效益的影響，以期為合理高效施用控釋肥料提供理論依據。

1 材料及方法

1.1 供試材料

田間試驗和對比示范試驗均布設在北京市房山區(qū)農科所溫室，供試土壤為壤質潮土，0—20 cm土層土壤有機質含量32.0 g/kg，全氮1.4 g/kg，速效磷262 mg/kg，速效鉀295 mg/kg，pH值7.8。

供試番茄品種為“蒙特卡羅”，于2010年12月21日播種，2011年2月21日定植，6月20日收獲。定植時采用改良的小高畦栽培技術，株距 50 cm，行距分為大行距和小行距，分別為100 cm和50 cm。

1.2 試驗設計

試驗設4個處理，分別為不施氮對照(CK)，常規(guī)施氮量 N 360 kg/hm2(普通尿素，U360)，常規(guī)減氮量 N 180 kg/hm2(普通尿素，U180)，包膜尿素 N 180 kg/hm2(CU180)。每個處理3次重復，小區(qū)面積21 m2，隨機排列。

常規(guī)氮肥用尿素，其中40%作基肥，60%分3次追施(追肥時間分別在第一穗果直徑為2 cm時、 第一次采收結束和第二次采收結束時，3次追肥各占1/3)，基肥撒施翻耕，追肥溶于塑料桶中，隨灌溉水沖施。包膜尿素用釋放期為110 d和 130 d的兩種聚烯烴包膜尿素(北京市農林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所自制，25℃水浸泡條件下氮素累積釋放80%所需時間分別為110 d天和130 d)，其中釋放期為110 d 的占施氮量的 20%，用于育苗接觸施肥(將包膜尿素與育苗基質摻混均勻后播種育苗)，釋放期為130 d的占施氮量的 80%，在定植時開溝條施，并將番茄幼苗直接蹲在肥料帶上(距畦面兩側約10 cm各開5 cm寬和10 cm深的溝，將包膜尿素均勻施入溝內，再將番茄苗直接蹲放在施肥帶上并覆土)。育苗基質由草炭、 蛭石和珍珠巖按2: 1: 1(體積比)的比例組成，常規(guī)育苗在每方育苗基質中加入1 kg復合肥(N ∶P ∶K=15 ∶15 ∶15)并混勻，包膜尿素處理另在上述每方育苗基質中加入65 kg 的包膜尿素并混勻，番茄采用72孔育苗盤育苗(每盤裝入基質約3L)。各處理磷、 鉀肥用量相同(P2O5144 kg/hm2，K2O 360 kg/hm2)，磷肥用普鈣，全部基施，鉀肥用硫酸鉀，40%基施，其余分3次追施(時間同氮肥)。對比示范試驗選取常規(guī)施肥(N 360 kg/hm2，U360)與包膜尿素 (N 180 kg/hm2，CU180)兩個處理，每個處理示范面積均為200 m2(溫室面積的一半)，肥料用量及施肥方法同田間試驗。

1.3 測定項目與方法

1.3.1 番茄幼苗長勢 番茄定植前一天，將常規(guī)育苗和施用包膜尿素的幼苗各取3批，每批10株，分別測定幼苗株高、 莖粗、 干鮮重，并測定最上部完全展開葉的葉綠素含量(SPAD值)。莖粗和株高分別用游標卡尺和直尺測量，葉綠素含量用葉綠素儀(SPAD-502，日本)測定，將葉片擦拭干凈后測鮮重，然后在105℃下殺青30 min并在75℃下烘干至恒重。

壯苗指數=(莖粗÷株高)×干重[12]。

1.3.2 產量和氮肥利用率 收獲時采集各小區(qū)2 m2的蔬菜，稱鮮重后取3棵殺青并烘干至恒重，將烘干樣粉碎并測定全氮含量，番茄將莖、 葉和果實分開。對比示范將兩個處理的番茄全部采收并分別計產。全氮采用半微量凱氏定氮法測定[13]，氮肥利用率用差減法計算。

氮肥利用率(%)=(施氮區(qū)作物吸氮量-無氮區(qū)作物吸氮量)/施氮量×100

1.3.3 番茄品質 田間試驗取小區(qū)中間長勢均勻的12株固定采收，果實硝酸鹽含量、 Vc和可溶性糖含量分別采用紫外分光光度法、 2,6-二氯靛酚滴定法和蒽酮比色法測定[14]。

1.3.4 土壤速效氮 分別于番茄定值后30 d、 49 d、 66 d、 85 d和拉秧后取0—20 cm土層土樣，取樣部位分別距莖基部 5 cm和 20 cm 處，每小區(qū)取3點土壤混合，新鮮土樣帶回實驗室后立即過5 mm篩，充分混勻后取20 g 放入鋁盒中，105℃下烘干測定土壤水分，另取12 g 鮮土，加入100 mL 0.01 mol/L CaCl2浸提液振蕩60 min，過濾后采用流動分析儀(Bran Luebbe AA3，德國)測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。

采用SAS 6.12軟件中ANOVA程序對數據進行單因素方差分析和處理間的差異顯著性檢驗，顯著水平為5%

2 結果與分析

2.1 不同育苗方式對番茄幼苗生長的影響

從表1可以看出，常規(guī)育苗的番茄苗株高明顯大于包膜尿素育苗，葉綠素含量、 莖粗、 干鮮重等指標兩者差異不大。但從綜合反映幼苗質量的壯苗指數來看，包膜尿素育苗的幼苗比常規(guī)育苗高47.9%，兩種育苗方法的外觀差異表現為常規(guī)育苗的番茄苗纖細瘦弱，移栽后緩苗期長，易倒伏；而控釋肥接觸施肥育苗的番茄苗則粗壯、 敦實，移栽后緩苗快。

表1 番茄幼苗長勢Table 1 Tomato seedlings growth

注(Note): CSB—Conventional seedling breeding; CRFSD—Controlled-release fertilizer seedling breeding. 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.2 番茄產量及氮素利用率

表2 番茄產量與氮素吸收量Table 2 Tomato yield and N uptake

注(Note): CK—不施氮肥No nitrogen fertilizer; U360—普通尿素N360 kg/hm2Urea N360 kg/hm2; U180—普通尿素N180 kg/hm2Urea N180 kg/hm2; CU180—包膜尿素N180 kg/hm2Coated urea N180 kg/hm2. 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.3 番茄品質

表3 番茄品質Table 3 Tomato quality

注(Note): CK—不施氮肥No nitrogen fertilizer; U360—普通尿素N360 kg/hm2Urea N360 kg/hm2; U180—普通尿素N180 kg/hm2Urea N180 kg/hm2; CU180—包膜尿素N180 kg/hm2Coated urea N180 kg/hm2. 同列數據后不同字母表示處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.4 經濟效益

在本研究中，普通尿素和包膜尿素的肥料投入差異表現為氮肥品種和數量不同，雖然包膜尿素的價格為普通尿素的1.75倍，但由于包膜尿素的施氮量較常規(guī)施氮量降低50%，因此前者的實際肥料投入(氮肥投入)反倒略低于后者(表4)，若進一步考慮追肥所需的勞動力成本，兩者的成本差距會更大。在對比示范試驗中，施用包膜尿素的番茄產量較常規(guī)施氮量處理(普通尿素N 360 kg/hm2)增加35.4%(表4)，兩者的產量差異大于田間試驗結果(表2)。由于產量增加和肥料投入成本降低，施用包膜尿素的番茄每公頃產值和凈收益(扣除肥料投入)比常規(guī)施氮量處理增加了33.8%。上述結果說明施包膜尿素 N180 kg/hm2較普通尿素的常規(guī)施用量(N 360 kg/hm2)更能滿足番茄高產的營養(yǎng)需求，更有利于農民增收。

表4 番茄種植經濟效益Table 4 Economic benefits of tomato production

注(Note): U360—普通尿素N360 kg/hm2Urea N360 kg/hm2; CU180—包膜尿素N180 kg/hm2Coated urea N180 kg/hm2. 尿素每噸2000元The urea price is 2000 yuan per ton; 包膜尿素每噸3500元 The coated urea price is 3500 yuan per ton; 番茄每公斤3.6元 The tomato price is 3.6 yuan per kilogram.

2.5 番茄生長期土壤礦質氮的動態(tài)變化

圖1 距番茄莖基部5 cm耕層土壤無機氮動態(tài)Fig.1 Dynamics of soil and at ploughing layer 5 cm away from stems during tomato growth [注(Note)： CK—不施氮肥No nitrogen fertilizer; U360—普通尿素N360 kg/hm2 Urea N360 kg/hm2; U180—普通尿素N180 kg/hm2 Urea N180 kg/hm2; CU180—包膜尿素N180 kg/hm2 Coated urea N180 kg/hm2.]

圖2 距番茄莖基部20 cm耕層土壤無機氮動態(tài)Fig.2 Dynamics of soil and at ploughing layer 20 cm away from stems during tomato growth [注(Note)： CK—不施氮肥No nitrogen fertilizer; U360—普通尿素N360 kg/hm2 Urea N360 kg/hm2; U180—普通尿素N180 kg/hm2 Urea N180 kg/hm2; CU180—包膜尿素N180 kg/hm2 Coated urea N180 kg/hm2.]

3 討論

參考文獻:

[1] Min J, Zhao X, Shi W Metal. Nitrogen balance and loss in a greenhouse vegetable system in Southeastern China[J]. Pedosphere, 2011, 21(4): 464-472.

[2] He F F, Jiang R F, Chen Qetal. Nitrous oxide emissions from an intensively managed greenhouse vegetable cropping system in Northern China[J]. Environ. Poll., 2009, 15 (5): 666-672.

[3] 朱兆良. 中國土壤氮素研究[J]. 土壤學報, 2008, 45(5): 778-783.

Zhu Z L. Research on soil nitrogen in China[J]. Acta Pedol. Sin., 2008, 45(5): 778-783.

[4] Trenkle M E. Slow-and controlled release and stabilized fertilizers[J]. Paris: Int. Fertilizer Industry Assoc., 2010.

[5] Shoji S. MEISTER Controlled release fertilizer: Properties and utilization[M]. Sendai, Japan: Konno Print ing. Co. Ltd., 1999.

[6] 曹兵, 徐秋明, 任軍, 等. 延遲釋放型包衣尿素對水稻生長和氮素吸收的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2005, 11(3): 352- 356.

Cao B, Xu Q M, Ren Jetal. Effects of delayed release coated urea on rice growth and nitrogen absorption[J]. Plant Nutr. Fert. Sci., 2005, 11(3): 352- 356.

[7] Masatoshi O, Naomichi M, Susumu H. Effects of nitrogen in coated fertilizers on field vegetables[J]. Hokkaido J. Agric.Exper. Farm, 1999, 76: 17-26.

[8] Tian X H, Saigusa M. Merits. Utilization, and perspectives of controlled release nitrogen fertilizers[J]. Tohoku J. Agric. Res., 2002, 52(3/4): 39-55.

[9] 衣文平, 屈浩宇, 許俊香, 等. 不同釋放天數包膜控釋尿素在春玉米上的應用研究[J]. 核農學報, 2012, 6(4): 699-704.

Yi W P, Qu H Y, Xu J Xetal. Application of different release duration controlled-release coated urea on spring maize[J]. J. Nucl. Agric. Sci., 2012, 6(4): 699-704.

[10] 衣文平, 孫哲, 武良, 等. 包膜控釋尿素與普通尿素配施對冬小麥生長發(fā)育及土壤硝態(tài)氮的影響[J]. 應用生態(tài)學報, 2011, 22(3): 687-693.

[11] Halvorson A D, Bartolo M E. Nitrogen source and rate effects on irrigated corn yields and nitrogen-use efficiency[J]. Agron. J., 2013, 105: 1-13

[12] 葛曉光. 蔬菜育苗手冊[M]. 北京: 中國農業(yè)出版社, 1995.

Guo X X. Vegetable seedlings handbook[M]. Beijing: China Agricultural Press, 1995.

[13] 中國土壤學會農業(yè)化學專業(yè)委員會. 土壤農業(yè)化學常規(guī)分析方法[M]. 北京: 科學出版社, 1983.

Agro-chemistry Specialty Committee of Soil Science Society of China. Soil agro-chemistry general analysis methods[M]. Beijing: Science Press, 1983.

[14] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京: 高等教育出版社, 2001.

Li H S. Principle and experimental technology of plant physiology and biochemistry[M]. Beijing: Higher Eduation Press, 2001.

[15] Yang Y C, Zhang M, Li Y Cetal. Controlled release urea improved nitrogen use efficiency, activities of leaf enzymes, and rice yield[J]. Soil Sci. Soc. Am. J, 2012, 76: 2307-2317.

[16] Claudio K M, Masahiko S, Naoko Ketal. Importance of contact between rice roots and co-situs applied fertilizer granules on iron absorption by paddy rice in a calcareous paddy soil[J]. Soil Sci. Plant Nutr., 2008, 54: 467-472.

[17] 曹兵, 賀發(fā)云, 徐秋明, 等. 南京郊區(qū)番茄地中氮肥的效應與去向[J]. 應用生態(tài)學報, 2006, 17(10): 1839-1844.

Cao B, He F Y, Xu Q Metal. Use efficiency and fate of fertilizer N in tomato field of Nanjing suburb[J]. Chin. J. Appl. Ecol., 2006, 17(10): 1839-1844.

[18] 楊俊剛，張冬雷，徐凱，等. 控釋肥與普通肥料混施對設施番茄生長和土壤硝態(tài)氮殘留的影響[J]. 中國農業(yè)科學, 2012, 45(18): 3782-3791.

Yang J G, Zhang D L, Xu Ketal. Effects of mixed application of controlled-release fertilizer and common fertilizers on greenhouse tomato growth, yield, root distribution, and soil nitrate residual[J]. Sci. Agric. Sin., 2012, 45(18): 3782-3791.

[19] 顏冬云, 張民. 控釋復合肥對番茄生長效應的影響研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2005, 11(1): 110-115.

Yan D Y, Zhang M. Effects of controlled-release and common compound fertilizers on potted tomato growth[J]. Plant Nutr.Fert. Sci., 2005, 11(1): 110-115.

[20] 陳巍, 羅金葵, 姜慧梅, 等. 不同形態(tài)氮素比例對不同小白菜品種生物量和硝酸鹽含量的影響[J]. 土壤學報, 2004, 41(3): 420-425.

[21] 廖宗文, 賈愛萍, 王德漢, 等. 環(huán)境友好型肥料的研制及其應用[J]. 廣東化工, 2005, (3): 28-30.

Liao Z W, Jia A P, Wang D Hetal. Study on production of environmental friendly fertilizers and its application[J]. Guangdong Chem. Ind., 2005, (3): 28-30.

[22] 趙秉強, 許秀成. 加快建設有中國特色緩釋肥料技術體系，推動緩釋肥料產業(yè)健康發(fā)展[A].第二屆全國新型肥料研討會論文集[C]. 山東濟南， 2010.

Zhao B Q, Xu X C. Set up a slow-release fertilizer technology system with Chinese characteristics in promoting its industrialization in China with healthy and sound development[A]. The second symposium on China’s new fertilizer[C]. Jinan，Shandong, 2010.