設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的制訂與實施

黃紹文 唐繼偉 張懷志 袁 碩（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)與肥料重點實驗室，北京100081）

設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的制訂與實施

黃紹文 唐繼偉 張懷志 袁 碩
（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)與肥料重點實驗室，北京100081）

采用基于“5R養(yǎng)分管理”的設(shè)施蔬菜水肥一體化精準(zhǔn)管理技術(shù)，能實現(xiàn)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案，經(jīng)過試驗示范，該技術(shù)達(dá)到節(jié)水40%以上，節(jié)肥30%以上，提高氮肥利用率40%以上，增產(chǎn)10%以上，增收15%以上。

目前我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中普遍存在著化肥施用嚴(yán)重超量、秸稈使用鮮受重視、肥料運籌比較隨意、專用肥料極其缺乏、施肥方法尤為不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象，不僅導(dǎo)致肥料利用率和生產(chǎn)效益低下，還導(dǎo)致土壤pH值降低、次生鹽漬化比例較大、有機質(zhì)含量普遍處于中低水平、硝態(tài)氮和速效磷富集、重金屬積累、地下水硝酸鹽超標(biāo)等一系列較為嚴(yán)重的問題。為此，設(shè)施蔬菜施肥技術(shù)必須加以改進(jìn)，亟待建立設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥技術(shù)體系，從化肥減量、協(xié)調(diào)化肥養(yǎng)分比例、調(diào)整化肥基追比例、優(yōu)化肥水管理方法等方面進(jìn)行改進(jìn)，并制訂化肥減量增效、有機肥/有機物料部分替代化肥、施用專用新型化肥、推廣水肥一體化等技術(shù)對策。采用基于“5R養(yǎng)分管理”（right source，right pattern，right rate，right time，right place）的設(shè)施蔬菜水肥一體化精準(zhǔn)管理技術(shù)，能實現(xiàn)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案。本文還簡要介紹了設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的技術(shù)要點及典型事例。該技術(shù)節(jié)水40%以上，節(jié)肥30%以上，提高氮肥利用率40%以上，增產(chǎn)10%以上，增收15%以上。

1 設(shè)施蔬菜肥料使用現(xiàn)狀及產(chǎn)生的問題

我國設(shè)施菜田屬于高投入、高產(chǎn)出、高收益的生產(chǎn)模式。目前設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中普遍存在著肥料用量過高和不合理施用現(xiàn)象，主要表現(xiàn)在如下幾方面。

1.1 化肥施用嚴(yán)重超量

調(diào)查表明，全國主要設(shè)施蔬菜每667 m2平均化肥養(yǎng)分（N+P2O5+K2O）用量90.3 kg，是全國農(nóng)作物平均化肥養(yǎng)分用量的4.2倍。主要設(shè)施蔬菜每667 m2平均肥料（化肥+有機肥）養(yǎng)分總用量158.0 kg，其中N、P2O5和K2O施用總量分別為56.7、48.4 kg和52.9 kg，平均分別超出各自推薦施用量的1.2、5.3和0.9倍。按合理施肥條件下有機肥/有機物料替代化肥40%～50%的比例估算，設(shè)施蔬菜化肥養(yǎng)分減施潛力在40%以上。

1.2 秸稈使用鮮受重視

調(diào)查顯示，主要設(shè)施菜區(qū)有機肥用量不合理，每667 m2平均有機肥養(yǎng)分用量65.9 kg，超出適宜用量20 kg左右；區(qū)域間有機肥用量不均衡現(xiàn)象突出。我國設(shè)施菜田施用的有機肥一般以雞糞、豬糞為主，含纖維素較少，對土壤腐殖質(zhì)形成貢獻(xiàn)有限，而化肥的重要替代技術(shù)之一作物秸稈使用很少。

1.3 肥料運籌比較隨意

不注重設(shè)施蔬菜生長規(guī)律，對蔬菜各個時期的需肥種類及需肥量不了解，隨意施肥。由于設(shè)施蔬菜具有養(yǎng)分吸收范圍小、吸收強度大、吸收能力弱等特點，要求土壤養(yǎng)分供應(yīng)強度大。設(shè)施蔬菜養(yǎng)分吸收是前期少，中后期快速增加，而土壤養(yǎng)分供應(yīng)是前期過多，中后期明顯不足。常常造成土壤養(yǎng)分供應(yīng)和設(shè)施蔬菜養(yǎng)分吸收明顯不同步，這與前期基肥化肥施用過多、中后期化肥運籌不合理等密切相關(guān)。調(diào)查指出，全國設(shè)施蔬菜基肥化肥養(yǎng)分用量占化肥（基肥+追肥）養(yǎng)分總量比例過高，平均達(dá)到42.5%。

1.4 專用肥料極其缺乏

蔬菜要求鉀多磷少，一般N∶P2O5∶K2O吸收比例為1∶0.3～0.5∶1.0～1.5。據(jù)調(diào)查，設(shè)施蔬菜施用的化肥品種大多不符合蔬菜生產(chǎn)要求，比較適合蔬菜養(yǎng)分需求的專用肥、水溶性肥料等專用新型化肥品種數(shù)量不到專門針對蔬菜研發(fā)的肥料品種總數(shù)的20%，而高磷化肥品種如磷酸二銨、三元復(fù)合肥、沖施肥等占較大比例，導(dǎo)致設(shè)施蔬菜磷施用比例遠(yuǎn)超需求比例。

1.5 施肥方法尤為不當(dāng)

我國設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中大水大肥現(xiàn)象很普遍，菜農(nóng)習(xí)慣“肥大水勤，不用問人”，“大水大肥，肥隨水走”的管理模式，灌溉水和肥料的投入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了蔬菜實際需求量。比如多年沿襲的傳統(tǒng)做法是蔬菜定植后澆一次大水，一周后再澆一次緩苗水，而實際上小苗只需少量小水即可滿足要求，這種大水漫灌會導(dǎo)致形成一個肥、水、氣、溫難以相互協(xié)調(diào)的不利于根系生長的土壤綜合環(huán)境。

設(shè)施蔬菜肥料過量和不合理施用不僅導(dǎo)致肥料利用率和生產(chǎn)效益低下，還導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化、地下水硝酸鹽超標(biāo)、氧化亞氮排放和氨揮發(fā)引起的大氣污染等一系列較為嚴(yán)重的問題。土壤質(zhì)量退化主要表現(xiàn)在以下幾方面：① 土壤pH值降低。北方設(shè)施菜田土壤酸堿度中性化明顯，主要菜區(qū)設(shè)施土壤pH值（平均7.2）顯著低于露地土壤（平均7.7），現(xiàn)今設(shè)施管理措施導(dǎo)致土壤向酸化趨勢發(fā)展。②土壤次生鹽漬化比例較大。設(shè)施菜田土壤鹽分含量高出露地菜田近1倍，設(shè)施菜田土壤處于輕度鹽化水平（鹽分總量2～5 g·kg-1）的比例占38.2%，居于中度鹽化水平以上（鹽分總量＞5 g·kg-1）的比例占4.7%。③ 土壤有機質(zhì)含量普遍處于中低水平。主要設(shè)施菜區(qū)土壤有機質(zhì)含量低于土壤有機質(zhì)臨界值（＜20 g·kg-1）的土樣數(shù)占總土樣數(shù)的34.1%，居于中等水平（20～30 g·kg-1）的占34.9%，僅12.1%的設(shè)施菜田達(dá)到肥沃菜田土壤有機質(zhì)含量40～50 g·kg-1的標(biāo)準(zhǔn)。④ 土壤硝態(tài)氮和速效磷富集。設(shè)施土壤硝態(tài)氮和速效磷大量積累，對生態(tài)環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，49%和32%的土壤樣品的硝態(tài)氮含量分別在100 mg·kg-1以上和150 mg·kg-1以上，土壤速效磷含量超過100 mg·kg-1和150 mg·kg-1的土壤樣品分別占66%和47%。⑤ 土壤重金屬積累。設(shè)施菜田土壤中重金屬Cu、Zn和Cd呈逐漸積累的趨勢，采樣區(qū)設(shè)施菜田土壤Cd總體上處于污染警戒級狀況。

2 制訂設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的技術(shù)對策

鑒于設(shè)施蔬菜肥料使用與土壤質(zhì)量方面的突出問題，設(shè)施蔬菜施肥技術(shù)必須加以改進(jìn)，亟待建立生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥技術(shù)體系。從化肥減量、協(xié)調(diào)化肥養(yǎng)分比例、調(diào)整化肥基追比例、優(yōu)化肥水管理方法等方面進(jìn)行改進(jìn)，制訂如下幾方面技術(shù)對策。

2.1 化肥減量增效，協(xié)調(diào)養(yǎng)分比例，實現(xiàn)精準(zhǔn)平衡施肥

主要技術(shù)是基于土壤改良的設(shè)施蔬菜化肥減量與大中微量元素平衡調(diào)控技術(shù)，重點協(xié)調(diào)好三個平衡：一是養(yǎng)分投入與產(chǎn)出的平衡，二是各種養(yǎng)分比例的平衡（針對土壤養(yǎng)分不平衡加劇、蔬菜生理病害增多等問題，需重視Ca、B、Zn、Fe等施用），三是施肥時期養(yǎng)分平衡（基追肥比例與數(shù)量平衡），實現(xiàn)設(shè)施蔬菜養(yǎng)分供應(yīng)與吸收的同步調(diào)控。

2.2 有機肥/有機物料部分替代化肥，培肥土壤，減施化肥

土壤基礎(chǔ)地力是實現(xiàn)作物產(chǎn)量潛力的關(guān)鍵因子。適于區(qū)域養(yǎng)分資源特點的有機肥/有機物料與化肥優(yōu)化配施（或高碳有機肥與化肥優(yōu)化配施），能穩(wěn)定提升土壤功能，加速養(yǎng)分循環(huán)利用，減施化肥，協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分與能量（碳）之間的平衡，提高土壤有機質(zhì)，以保持設(shè)施菜田土壤高效生產(chǎn)和持續(xù)利用。

2.3 施用專用新型化肥，優(yōu)化養(yǎng)分配比和功能，減施傳統(tǒng)化肥

根據(jù)設(shè)施菜田土壤肥力狀況、蔬菜品種、種植茬口等，推廣應(yīng)用適合蔬菜生長特點和養(yǎng)分需求的專用新型化肥。設(shè)施蔬菜專用肥/水溶性肥料養(yǎng)分配比更趨合理，對調(diào)節(jié)土壤磷素，促進(jìn)土壤養(yǎng)分均衡供應(yīng)，提高肥料利用率，增產(chǎn)改質(zhì)具有重大作用。設(shè)施蔬菜緩控釋肥可延緩肥效期，調(diào)控養(yǎng)分供應(yīng)強度和數(shù)量，減少追肥次數(shù)。增效復(fù)混肥可提高肥效，改善土壤結(jié)構(gòu)，保持土壤健康，增產(chǎn)改質(zhì)。

2.4 推廣水肥一體化技術(shù)，節(jié)水節(jié)肥，克服土壤鹽化

水肥一體化技術(shù)是未來農(nóng)業(yè)中具有廣闊前景的新技術(shù)，是設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中最具潛力發(fā)展的技術(shù)。推廣適于區(qū)域和作物特點以及生產(chǎn)實際需求的以平衡水肥調(diào)控為核心的水肥一體化技術(shù)，能按設(shè)施蔬菜生長各階段對養(yǎng)分的需求和土壤養(yǎng)分的供給狀況，將融為一體的水肥適時、定量、均勻、準(zhǔn)確地輸送到蔬菜根部土壤，具有節(jié)工、節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、高產(chǎn)、高效、優(yōu)質(zhì)、環(huán)保等優(yōu)點。

3 實現(xiàn)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的意義及前景

采用基于“5R養(yǎng)分管理”的設(shè)施蔬菜水肥一體化精準(zhǔn)管理技術(shù)，能實現(xiàn)設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案?！?R養(yǎng)分管理”可簡單歸納為選擇正確的肥料品種（right source）、正確的施肥模式（right pattern），采用正確的肥料用量（right rate），在正確的時間（right time）將肥料施用在正確的位置（right place）上。加強基于“5R養(yǎng)分管理”的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥技術(shù)的示范應(yīng)用，可實現(xiàn)設(shè)施蔬菜養(yǎng)分供應(yīng)與吸收的同步，大幅度提高肥料利用率，對設(shè)施蔬菜化肥減施增效和菜田可持續(xù)利用具有重要意義。

基于“5R養(yǎng)分管理”的設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥技術(shù)，已在河南鄭州、河北石家莊、天津武清、甘肅肅州、寧夏吳忠、內(nèi)蒙古烏海、新疆克州、西藏拉薩等試驗示范基地應(yīng)用，近5年取得良好效果，可節(jié)水40%以上，節(jié)肥30%以上，提高氮肥利用率40%以上，增產(chǎn)10%以上，增收15%以上，并降低了設(shè)施蔬菜病蟲害發(fā)生，改善了產(chǎn)品品質(zhì)和生態(tài)環(huán)境。該技術(shù)適用于我國北方冬春茬、秋冬茬以及越冬長茬的設(shè)施蔬菜種植區(qū)，也適用于南方大棚蔬菜種植區(qū)，并根據(jù)區(qū)域具體條件進(jìn)行修正，應(yīng)用前景廣闊。

4 設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的技術(shù)要點

在灌溉減量、化肥減施、養(yǎng)分平衡調(diào)控、有機肥/有機物料替代化肥、滴灌專用肥、水肥一體化等關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，提出了基于“5R養(yǎng)分管理”的設(shè)施番茄、黃瓜等生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥技術(shù)，并制訂了技術(shù)要點。

4.1 設(shè)施番茄生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的技術(shù)要點

4.1.1 基肥施用方案 設(shè)施番茄定植前科學(xué)施用有機肥是高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，可以提高土壤C/N比、供肥平穩(wěn)，增強植株抗逆性，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。設(shè)施秋冬茬和冬春茬番茄每667 m2目標(biāo)產(chǎn)量6～8 t，每667 m2施腐熟有機肥3～4 m3（或商品有機肥800～1 000 kg）、化肥10～15 kg（盡量選用低磷化肥品種）；越冬長茬番茄每667 m2目標(biāo)產(chǎn)量10～12 t，每667 m2施腐熟有機肥4～6 m3（或商品有機肥1 200～1 500 kg）、化肥20～25 kg（盡量選用低磷化肥品種）。針對次生鹽漬化、酸化等障礙土壤，每667 m2補施100 kg的生物有機肥或土壤調(diào)理劑。

4.1.2 滴灌水量運籌方案 重點推廣應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)，選擇適宜的滴灌設(shè)備、施肥設(shè)備、儲水設(shè)施、水質(zhì)凈化設(shè)施等，根據(jù)番茄長勢、需水規(guī)律，天氣情況、棚內(nèi)濕度、實時土壤水分狀況，以及番茄不同生育階段對土壤含水量的要求（如秋冬茬番茄苗期、開花坐果后、進(jìn)入冬季后保持土壤含水量分別為土壤最大持水量的75%～90%、80%～95%和75%～85%），調(diào)節(jié)滴灌水量和次數(shù)（一般每667 m2每次滴灌水量為8～12 m3），使番茄不同生育階段獲得最佳需水量。

4.1.3 滴灌追肥運籌方案 設(shè)施番茄生育期間追肥結(jié)合水分滴灌同步進(jìn)行。根據(jù)設(shè)施番茄不同生育期、不同生長季節(jié)的需肥特點，按照平衡施肥的原則，在設(shè)施番茄生育期分階段進(jìn)行合理施肥。① 定植至開花期間，選用高氮型滴灌專用肥（如N-P2O5-K2O=22-12-16+TE+BS，TE指螯合態(tài)微量元素，BS指植物刺激物；或氮磷鉀配方相近的完全水溶性肥料，下同），每667 m2每次4～6 kg，定植后7～10 天第1次滴灌追肥，之后15 天左右1次（溫度較高季節(jié)7 天左右1次）。② 開花后至拉秧期間，選用高鉀型滴灌專用肥（如N-P2O5-K2O=19-6-25+TE+BS，或氮磷鉀配方相近的完全水溶性肥料），每667 m2每次7.5～10.0 kg，溫度較低季節(jié)15 天左右1次，溫度較高季節(jié)10 天左右1次。滴灌專用肥盡量選用含氨基酸、腐植酸、海藻酸等具有促根抗逆作用的功能型完全水溶性肥料。根據(jù)天氣情況、番茄長勢、土壤水分、棚內(nèi)濕度等情況，調(diào)節(jié)滴灌追肥用量和時間。如使用低濃度滴灌專用肥，則肥料用量需要相應(yīng)增加。在農(nóng)化服務(wù)指導(dǎo)下，菜農(nóng)也可按設(shè)施番茄不同生育階段專用肥配方自配滴灌專用肥。

另外，逆境條件下需要加強葉面肥管理，如花蕾期、花期和幼果期葉面噴施硼肥2～3次，第1穗果前期葉面噴施鈣肥3～4次，開花期至果實膨大前葉面噴施鎂肥2～3次。

4.2 設(shè)施黃瓜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的技術(shù)要點

4.2.1 基肥施用方案 設(shè)施黃瓜定植前科學(xué)施用有機肥是高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)，可以提高土壤C/N比、供肥平穩(wěn)，增強植株抗逆性，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。設(shè)施秋冬茬和冬春茬黃瓜每667 m2目標(biāo)產(chǎn)量8～10 t，每667 m2施腐熟有機肥4～5 m3（或商品有機肥1 000～1 200 kg）、化肥10～15 kg（盡量選用低磷化肥品種）；越冬長茬黃瓜每667 m2目標(biāo)產(chǎn)量15～18 t，每667 m2施腐熟有機肥5～7 m3（或商品有機肥1 500～2 000 kg）、化肥20～30 kg（盡量選用低磷化肥品種）。針對次生鹽漬化、酸化等障礙土壤，每667 m2補施100 kg的生物有機肥或土壤調(diào)理劑。

4.2.2 滴灌水量運籌方案 重點推廣應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)，選擇適宜的滴灌設(shè)備、施肥設(shè)備、儲水設(shè)施、水質(zhì)凈化設(shè)施等，根據(jù)黃瓜長勢、需水規(guī)律，天氣情況、棚內(nèi)濕度、實時土壤水分狀況，以及黃瓜不同生育階段對土壤含水量的要求（如秋冬茬黃瓜苗期、開花坐果后、進(jìn)入冬季后保持土壤含水量分別為土壤最大持水量的75%～90%、80%～95%和75%～85%），調(diào)節(jié)滴灌水量和次數(shù)（一般每667 m2每次滴灌水量為10～15 m3），使黃瓜不同生育階段獲得最佳需水量。

4.2.3 滴灌追肥運籌方案 設(shè)施黃瓜生育期間追肥結(jié)合水分滴灌同步進(jìn)行。根據(jù)設(shè)施黃瓜不同生育期、不同生長季節(jié)的需肥特點，按照平衡施肥的原則，在設(shè)施黃瓜生育期分階段進(jìn)行合理施肥。①定植至開花期間，選用高氮型滴灌專用肥，每667 m2每次4～6 kg，定植后7～10 天第1次滴灌追肥，之后15 天左右1次（溫度較高季節(jié)7 天左右1次）。② 開花后至拉秧期間，選用高鉀高氮型滴灌專用肥（如N-P2O5-K2O=20-8-22+TE+BS，或氮磷鉀配方相近的完全水溶性肥料），每667 m2每次7.5～10.0 kg，溫度較低季節(jié)15 天左右1次，溫度較高季節(jié)7～10 天 1次。滴灌專用肥盡量選用含氨基酸、腐植酸、海藻酸等具有促根抗逆作用的功能型完全水溶性肥料。根據(jù)天氣情況、黃瓜長勢、棚內(nèi)濕度等情況，調(diào)節(jié)滴灌追肥用量和時間。如使用低濃度滴灌專用肥，則肥料用量需要相應(yīng)增加。在農(nóng)化服務(wù)指導(dǎo)下，菜農(nóng)也可按設(shè)施黃瓜不同生育階段專用肥配方，自配滴灌專用肥。

另外，逆境條件下需要加強葉面肥管理，如花蕾期、花期和幼果期葉面噴施硼肥2～3次，第1穗果前期葉面噴施鈣肥3～4次，開花期至果實膨大前葉面噴施鎂肥2～3次。

5 設(shè)施蔬菜生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥解決方案的典型事例

2015～2016年在河南省鄭州市毛莊基地開展了基于“5R養(yǎng)分管理”的日光溫室蔬菜（番茄、黃瓜）生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥技術(shù)示范對比試驗。精準(zhǔn)施肥處理每667 m2化肥N、P2O5和K2O用量平均分別為35.0、12.0 kg和42.5 kg，常規(guī)施肥處理分別為57.9、35.2 kg和71.3 kg；精準(zhǔn)施肥和常規(guī)施肥處理每667 m2產(chǎn)量分別為12 768.7 kg和11 161.2 kg；日光溫室蔬菜（番茄、黃瓜）生產(chǎn)全程精準(zhǔn)施肥技術(shù)平均減少化肥養(yǎng)分用量39.6%（每667 m2為74.8 kg），其中減施化肥N 35.0%（每667 m2為22.9 kg）、P2O556.0%（每667 m2為23.2 kg）、K2O 35.7%（每667 m2為28.7 kg）；增產(chǎn)14.8%（每667 m2為1 608 kg），增收23.8%（每667 m2為5 257元）。

黃紹文，男，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事蔬菜營養(yǎng)與高效安全施肥研究，E-mail：huangshaowen@caas.cn

2017-05-31

國家重點研發(fā)計劃項目（2016YFD0201000），現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-25），公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201203095），中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程協(xié)同創(chuàng)新任務(wù)（CAASXTCX2016003）