優(yōu)化施肥對蘿卜產(chǎn)量和肥料利用率的影響

張佳佳，丁文成，艾 超，崔榮宗，李明悅，金崇偉，徐新朋，何 萍*

（1 中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；2 山東省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所/山東省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，山東濟南 250100；3 天津市農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，天津 300192；4 浙江大學環(huán)境與資源學院/污染環(huán)境修復與生態(tài)健康教育部重點實驗室，浙江杭州 310029）

蘿卜為十字花科植物，是以直根膨大形成肉質(zhì)根為食用器官的根類蔬菜，因豐富的營養(yǎng)價值和超強的保健作用深受世界各地人們的喜愛[1]。近年來我國蘿卜種植規(guī)?；痉€(wěn)定，種植面積120萬hm2，總產(chǎn)量2680萬t，在我國蔬菜生產(chǎn)和消費中占有重要地位[2]。

施肥是保證蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要技術措施之一，但目前蔬菜施肥多按當?shù)貍鹘y(tǒng)經(jīng)驗進行，菜農(nóng)一味追求高產(chǎn)以致施肥過量或不均衡現(xiàn)象普遍存在且日益嚴重[3-4]。在對全國31個省份露地蔬菜的施肥調(diào)查中發(fā)現(xiàn)[5]，20余種蔬菜 (包括葉菜類、根菜類、瓜類和蔥姜蒜類) 氮肥年平均用量為N 600～800 kg/hm2，施氮量最高的地區(qū)達N 1000 kg/hm2，但未顯著增加產(chǎn)量，導致了較低的氮肥利用率和嚴重的環(huán)境污染。在天津市調(diào)查的80個農(nóng)戶，蘿卜單季氮磷施用量分別為N 340 kg/hm2和P2O5300 kg/hm2，大部分農(nóng)戶不施鉀肥[6]，而蘿卜為喜鉀作物，對鉀的需求量很大，其吸收量大于氮。此外，菜農(nóng)施用鉀肥多以硫酸鉀為主，認為氯化鉀會對蔬菜產(chǎn)生毒害作用，從而降低產(chǎn)量和影響品質(zhì)，但研究表明[7-8]，即使在忌氯作物馬鈴薯和甘薯上，施用適當?shù)暮肉浄什⑽从绊懫洚a(chǎn)量和品質(zhì)，甚至比含硫鉀肥增產(chǎn)提高品質(zhì)效果更突出，且氯化鉀經(jīng)濟效益優(yōu)于硫酸鉀。蔬菜生產(chǎn)中有機無機配施已成為我國施肥制度的主要特色之一，其在提高產(chǎn)量、培肥地力、促進養(yǎng)分循環(huán)和再利用中的地位和作用已得到普遍證實和肯定[9-10]。但有機肥過量施用不僅不能顯著提高產(chǎn)量和肥料利用率，而且同樣會引起硝態(tài)氮累積及污染地下水等環(huán)境問題[11]。綜上所述，蘿卜生產(chǎn)中肥料養(yǎng)分過量或不平衡投入，不僅影響產(chǎn)量、降低肥料利用率，而且對環(huán)境構(gòu)成威脅。因此，迫切需要探討蘿卜科學的施肥管理措施。

當前關于蘿卜生長發(fā)育性狀[12]、品質(zhì)性狀[13]及需肥特性[14]等方面的研究較多，而對于通過優(yōu)化施肥量和施肥時間對蘿卜產(chǎn)量和肥料利用率影響的研究鮮有報道。本文利用在四個蘿卜產(chǎn)區(qū)開展的兩季不同施肥措施田間試驗，研究了通過優(yōu)化施肥量和施肥時間對蘿卜產(chǎn)量和肥料利用率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

表1 田間試驗點氣候類型信息Table 1 Climate types information of field experimental sites

于2016年秋季和2017年春季在天津、山東、浙江和河北設置4個田間試驗點，試驗點氣候類型信息見表1，試驗開始前0—20 cm耕層土壤基本理化性質(zhì)見表2。其中山東和河北地區(qū)兩季為定位試驗。

1.2 試驗設計

田間試驗共設7個處理，分別為：農(nóng)民習慣施肥 (FP)；優(yōu)化施肥[NPK (S)，鉀肥為硫酸鉀]；基于NPK (S) 處理的不施氮、不施磷和不施鉀處理；優(yōu)化施肥 + 有機肥 (NPKM (S)，鉀肥為硫酸鉀)；優(yōu)化施肥 + 有機肥[NPKM (Cl)，鉀肥為氯化鉀]。缺素處理用于計算當季肥料利用效率。FP、NPK (S)、NPKM(S) 和NPKM (Cl) 處理施肥量見表3。小區(qū)面積為30 m2，每個處理3次重復，隨機排列。

農(nóng)民習慣施肥：施肥量依據(jù)當?shù)剞r(nóng)民習慣而定，肥料品種均為復合肥或摻混肥，肥料均作為基肥播種前一次性撒施并旋耕入土。

優(yōu)化施肥：按照每生產(chǎn)1 t蘿卜需吸收N 3.1～3.5 kg、P2O51.1～1.9 kg和K2O 4.4～4.8 kg的養(yǎng)分比例[15]確定施 N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2。根據(jù)蘿卜生長發(fā)育特性，確定氮肥基追比為4∶3∶3，追肥分別在蓮座期和肉質(zhì)根膨大中期進行，鉀肥基追比為6∶4，追肥在膨大中期進行，磷肥一次性基施?；示鶠椴シN前撒施并旋耕入土，追肥穴施在植株附近。氮磷鉀肥分別為：尿素 (N 46%)、過磷酸鈣 (P2O512%) 和硫酸鉀 (K2O 50%)。

優(yōu)化施肥 + 有機肥：優(yōu)化施肥基礎上配施有機肥。有機肥全部播種前基施，化肥施用量和施肥方法同NPK (S) 處理。供試鉀肥設硫酸鉀NPKM (S) 和氯化鉀NPKM (Cl) 兩個處理。

蘿卜品種均采用當?shù)爻Ｒ?guī)品種，田間試驗基本信息見表4。各地區(qū)按常規(guī)進行統(tǒng)一田間管理。

表2 土壤基本化學性質(zhì)Table 2 Chemical properties of the soils

1.3 養(yǎng)分測定及數(shù)據(jù)分析

蘿卜收獲時，每個小區(qū)全部收獲測定產(chǎn)量，記錄各處理鮮重。每小區(qū)取代表性蘿卜5株，將肉質(zhì)根和葉片分開，于105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重稱重，用于計算收獲指數(shù)和含水量。烘干樣品粉碎后測定肉質(zhì)根和葉片中的全氮、全磷和全鉀含量，全氮、全磷和全鉀含量采用H2SO4-H2O2方法消煮，并分別采用凱氏法、釩鉬黃比色法和原子吸收法測定。

田間試驗于播種前后分別采集0—20、20—40、40—60、60—80和80—100 cm土壤測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，使用0.01 mol/L CaCl2浸提，土與浸提液的比例為1∶10，用SEALAA3流動注射分析儀測定。土壤含水量在105℃烘干測定。

植株養(yǎng)分吸收量 (plant nutrient accumulation,kg/hm2) = 肉質(zhì)根干物質(zhì)重 × 肉質(zhì)根養(yǎng)分含量 + 葉片干物質(zhì)重 × 葉片養(yǎng)分含量；

氮素回收率 (recovery efficiency of nitrogen, REN) =(施氮處理植株氮累積量-不施氮處理植株氮累積量)/施氮量 × 100%；

氮素農(nóng)學效率 (agronomy efficiency of nitrogen,AEN, kg/kg) = (施氮處理肉質(zhì)根產(chǎn)量-不施氮處理肉質(zhì)根產(chǎn)量)/施氮量；

氮素偏生產(chǎn)力 (partial factor productivity of nitrogen,PFPN, kg/kg) = 施氮處理肉質(zhì)根產(chǎn)量/施氮量；

磷和鉀養(yǎng)分利用率計算同氮。

氮素表觀損失的計算公式為[16]：

氮素表觀損失=施氮量 + 土壤起始氮 + 土壤氮素凈礦化 - 植株吸氮量 - 收獲后土壤殘留氮；

土壤氮礦化量=不施氮小區(qū)植株吸氮量 + 不施氮小區(qū)土壤氮殘留 - 不施氮小區(qū)起始氮。

試驗數(shù)據(jù)采用SAS 9.3軟件進行方差分析，多重比較采用LSD最小極差法。用Microsoft Excel 2016軟件進行圖表制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量

圖1顯示，與FP處理相比，2016年秋季天津、山東、浙江和河北四個地區(qū)NPK (S) 處理的產(chǎn)量平均增加了4.2 t/hm2，2017年春季平均增加了2.0 t/hm2，其中河北地區(qū)增加達到顯著水平。與NPKM(S) 處理相比，2016年秋季四個地區(qū)NPK (S) 處理的產(chǎn)量平均增加了6.6 t/hm2，其中河北地區(qū)達到顯著水平，2017年春季各地區(qū)兩處理間產(chǎn)量均無顯著性差異。NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季四個地區(qū)產(chǎn)量均無顯著性差異。

2.2 植株養(yǎng)分吸收量

圖2表明，2016年秋季天津、山東、浙江和河北四個地區(qū)NPK (S) 處理的植株氮、磷和鉀養(yǎng)分吸收量較FP處理平均分別增加了28.4、5.6和17.2 kg/hm2，2017年春季平均分別增加了13.0、3.0和14.7 kg/hm2，其中河北地區(qū)達到顯著水平。NPK (S)和NPKM (S) 處理以及NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季四個地區(qū)均無顯著性差異。

表3 FP、NPK (S)、NPKM (S) 和 NPKM (Cl) 處理施肥量Table 3 Rates of fertilizer application for FP, NPK (S), NPKM (S), and NPKM (Cl) treatments for radish in different sites

2.3 肥料利用率

2.3.1 氮肥利用率 圖3所示，與FP處理相比，2016年秋季天津、山東、浙江和河北四個地區(qū)NPK(S) 處理的AEN、REN和PFPN平均分別增加了44.0 kg/kg、26.7%和131.2 kg/kg，2017年春季平均分別增加了21.7 kg/kg、11.1%和89.9 kg/kg，除河北地區(qū)PFPN外，均達到顯著水平。

與NPKM (S) 處理相比，2016年秋季四個地區(qū)NPK (S) 處理的AEN、REN和PFPN平均分別增加了65.5 kg/kg、17.9%和235.0 kg/kg，2017年春季平均分別增加了2.6 kg/kg、9.1%和208.5 kg/kg，除2017年春季山東地區(qū)外均達到顯著水平。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季四個地區(qū)NPKM (S) 處理的AEN、REN和PFPN平均分別增加了0.4 kg/kg、3.9%和1.7 kg/kg，整體未達到顯著水平。

表4 田間試驗基本信息Table 4 Management of experiments in each site

圖1 不同施肥處理蘿卜肉質(zhì)根產(chǎn)量Fig. 1 Fleshy root yield of radish under different treatments

2.3.2 磷肥利用率 圖4所示，兩季四個地區(qū)NPK(S) 處理的磷肥利用率均顯著高于FP處理。其中2016年秋季NPK (S) 處理的AEP、REP和PFPP較FP處理平均分別增加了63.4 kg/kg、18.3%和304.7 kg/kg，2017年春季平均分別增加了42.7 kg/kg、12.3%和288.7 kg/kg。

與NPKM (S) 處理相比，兩季四個地區(qū)NPK (S)處理的AEP、REP和PFPP平均分別增加了20.8 kg/kg、6.6%和217.2 kg/kg，REP和PFPP均達到顯著水平。其中2016年秋季NPK (S) 處理的AEP、REP和PFPP較NPKM (S) 處理平均分別增加了68.5 kg/kg、12.4%和284.5 kg/kg，AEP和PFPP均達到顯著水平；2017年春季四個地區(qū)NPK (S) 處理的AEP較NPKM (S) 處理平均降低了26.8 kg/kg，未達到顯著水平，而REP和PFPP平均分別增加了0.8%和150.0 kg/kg，PFPP達到顯著水平。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季四個地區(qū)NPKM (S) 處理的AEP、REP和PFPP較NPKM(Cl) 處理平均增加了3.0 kg/kg、6.2%和1.1 kg/kg，REP達到顯著水平。

2.3.3 鉀肥利用率 圖5所示，與FP處理相比，兩季四個地區(qū)NPK (S) 處理的AEK和REK平均分別增加了17.6 kg/kg和11.5%，AEK達到顯著水平，而PFPK平均降低了35.2 kg/kg，但未達到顯著水平。

圖2 不同施肥處理蘿卜養(yǎng)分吸收量Fig. 2 Plant nutrient uptake of radish under different treatments

與NPKM (S) 處理相比，兩季NPK (S) 處理的AEK、REK和PFPK平均分別增加了9.0 kg/kg、3.6%和89.5 kg/kg，PFPK達到顯著水平。其中2016年秋季NPK (S) 處理的AEK、REK和PFPK較NPKM (S)處理平均分別增加了39.8 kg/kg、11.4%和124.5 kg/kg，均達到顯著水平；2017年春季NPK (S) 處理的AEK和REK平均分別降低了21.8 kg/kg和4.2%，AEK達到顯著水平，而PFPK較NPKM (S) 處理顯著增加了54.5 kg/kg。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季NPKM(S) 處理的AEK、REK和PFPK平均分別增加了2.3 kg/kg、7.4% 和1.8 kg/kg，REK達到顯著水平。

圖3 不同施肥處理蘿卜氮肥利用率Fig. 3 Nitrogen use efficiency of radish under different treatments

2.4 氮素表觀損失

由表5可知，與FP處理相比，2016年秋季天津、山東、浙江和河北四個地區(qū)NPK (S) 處理的氮素表觀損失平均降低了157.8 kg/hm2，氮素殘留量平均降低了52.7 kg/hm2，四個地區(qū)均達到顯著水平；2017年春季天津、山東和浙江三個地區(qū)NPK (S) 處理的氮素表觀損失平均降低了84.0 kg/hm2，氮素殘留量平均降低了45.1 kg/hm2，三個地區(qū)均達到顯著水平，而河北地區(qū)FP處理的氮素表觀損失較NPK(S) 處理顯著降低了29.8 kg/hm2，氮素殘留無顯著性差異。

與NPKM (S) 處理相比，2016年秋季四個地區(qū)NPK(S) 處理的氮素表觀損失平均降低了113.8 kg/hm2，氮素殘留平均降低了61.4 kg/hm2，四個地區(qū)均達到顯著水平；2017年春季四個地區(qū)NPK (S) 處理的氮素表觀損失平均降低了55.4 kg/hm2，氮素殘留平均降低了44.0 kg/hm2，除山東地區(qū)外均達到顯著水平。NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季平均的氮素表觀損失和氮素殘留量均無顯著性差異。

3 討論

3.1 不同施肥措施對蘿卜產(chǎn)量的影響

施肥措施、土壤肥力和環(huán)境條件等因素與作物生長密切相關，進而對產(chǎn)量產(chǎn)生影響，化肥是蔬菜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的物質(zhì)基礎，平衡施肥能夠通過調(diào)控營養(yǎng)代謝促進蔬菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)[17]。但目前菜農(nóng)一味追求高產(chǎn)導致過量或不平衡施肥現(xiàn)象普遍存在。本試驗中，農(nóng)民習慣施肥 (FP) 單季氮 (N)、磷 (P2O5)、鉀 (K2O)平均施用量分別為279、236和230 kg/hm2，最高施肥量分別達770、783和690 kg/hm2，遠遠高于蘿卜對養(yǎng)分的需求，但其平均產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量均低于優(yōu)化施肥[NPK (S)]處理，其中河北地區(qū)差異達到顯著水平，原因在于NPK (S) 處理施肥量是根據(jù)蘿卜的養(yǎng)分需求特性確定的，并按照蘿卜關鍵生育時期對養(yǎng)分的需求進行追肥，而河北地區(qū)FP處理施肥量偏低，且施肥比例為1∶1∶1，不能滿足蘿卜對氮磷鉀養(yǎng)分的需求?？梢?，農(nóng)民習慣施肥量非常不合理，養(yǎng)分過量或不均衡投入均不能顯著提高蘿卜產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量。

圖5 不同施肥處理蘿卜鉀肥利用率Fig. 5 Potassiumuse efficiency of radish under different treatments

表5 不同施肥處理的氮素去向 (kg/hm2)Table 5 Fate of nitrogen under different treatments

研究表明，有機無機肥料配施可協(xié)調(diào)養(yǎng)分平衡供應，滿足作物生育期對養(yǎng)分的需求，從而提高作物產(chǎn)量[18-19]。本試驗中，有機無機配施是在優(yōu)化施肥基礎上配施有機肥[NPKM (S)]，兩季NPKM (S) 處理氮 (N)、磷 (P2O5) 和鉀 (K2O) 養(yǎng)分投入量較NPK (S)處理平均增幅分別達95.7%、92.7%和37.3%，但兩個處理產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量均無顯著性差異，這與Dawe等[20]和Ladha等[21]總結(jié)的亞洲25個稻田長期定位試驗以及魏猛等[22]在甘薯上的研究結(jié)果一致，無論是單施化肥還是有機無機配施，只要投入的養(yǎng)分滿足作物生長需要，則作物產(chǎn)量差異性不顯著。本試驗條件下，在優(yōu)化施肥基礎上配施有機肥，蘿卜產(chǎn)量沒有顯著提高，說明優(yōu)化施肥養(yǎng)分投入量可以滿足蘿卜生長對養(yǎng)分的需求，施肥量是適宜的，可為蘿卜生產(chǎn)合理施肥提供依據(jù)。由此可知，為實現(xiàn)我國化肥零增長的目標，在蘿卜生產(chǎn)中養(yǎng)分投入相同的前提下，可以采用有機肥替代部分化肥的方式以減少化肥施用量，但合理的替代比例有待進一步田間驗證。

長期以來，蘿卜生產(chǎn)中菜農(nóng)認為施用氯化鉀會對其產(chǎn)生不利影響，從而降低產(chǎn)量和影響品質(zhì)，導致生產(chǎn)中不敢使用氯化鉀，取而代之的是成本更高的硫酸鉀，使得經(jīng)濟效益降低。但侯慶山等[7]和周芳等[8]的研究結(jié)果表明，即使在忌氯作物甘薯和馬鈴薯上，氯化鉀施用不超過一定量的情況下 (甘薯K2O不超過225 kg/hm2，馬鈴薯K2O不超過270 kg/hm2)，Cl-不會在土壤中迅速積累從而對產(chǎn)量和品質(zhì)造成影響，且施用適當?shù)暮肉浄时群蜮浄试霎a(chǎn)提質(zhì)效果更突出，但Cl-對露地蘿卜的毒害作用未有報道。本研究發(fā)現(xiàn)，施用硫酸鉀和氯化鉀的蘿卜產(chǎn)量和品質(zhì) (硝酸鹽和維生素C含量) 均無顯著性差異。因此，蘿卜生產(chǎn)中可以使用氯化鉀。

3.2 不同施肥措施對蘿卜肥料利用率和氮素損失的影響

肥料養(yǎng)分過量或不平衡投入不僅影響產(chǎn)量，而且導致較低的肥料利用率和嚴重的環(huán)境污染[23-24]。養(yǎng)分利用率是衡量施肥合理性和先進性最為直接的指標。本試驗中，優(yōu)化施肥[NPK (S)]處理的氮磷鉀肥農(nóng)學效率、回收率和偏生產(chǎn)力均顯著高于農(nóng)民習慣施肥，與優(yōu)化施肥 + 有機肥[NPKM (S)]處理相比，肥料利用率也大幅度提高，原因在于后兩者養(yǎng)分投入量遠高于前者，而產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收量沒有顯著提高，導致肥料利用率降低，這和其他研究結(jié)果一致[25-26]。此外，NPK (S) 處理根據(jù)蘿卜關鍵生育期對養(yǎng)分的需求，在蓮座期和肉質(zhì)根膨大中期追施氮肥和鉀肥，也是肥料利用率提高的主要原因[27]，這與當前倡導的4R養(yǎng)分管理理念相一致，即采用合適的肥料品種、合適的肥料用量、在合適的施肥時間施在合適的施肥位置。

當施氮量超過作物需求時，氮素向環(huán)境中的損失就會增加，對環(huán)境構(gòu)成威脅。許多研究表明，隨施氮量的增加，土壤剖面硝態(tài)氮累積量增加，大量的殘留氮在土壤中累積并逐漸淋洗到作物根部以下，是氮素損失的重要途徑之一[28]。在本研究中，與FP和NPKM (S) 處理相比，NPK (S) 處理降低了氮素表觀損失和氮素殘留量，其原因主要是優(yōu)化施肥減少了施氮量，但產(chǎn)量和氮素吸收量無顯著差異，這和其他研究結(jié)果一致[29-30]。在本試驗中，雖然NPK(S) 處理的施氮量與氮素吸收量之差表現(xiàn)為負值，但本研究土壤具有較高的潛在土壤氮素供應能力，包括土壤礦化氮和較高的土壤氮素殘留 (NO3--N + NH4+-N)，如果加上大氣干濕沉降等環(huán)境帶入的養(yǎng)分，NPK (S)處理現(xiàn)有的施肥量足以維持土壤平衡和保持高產(chǎn)。因此，從肥料利用率和氮素損失方面來看，優(yōu)化施肥處理是合理的，與農(nóng)民習慣施肥和優(yōu)化施肥 + 有機肥相比，提高了養(yǎng)分利用率，降低了土壤氮素殘留和農(nóng)田氮素損失。

4 結(jié)論

與農(nóng)民習慣施肥相比，優(yōu)化施肥處理優(yōu)化了施肥量和施肥時期，即氮磷鉀肥施用量分別為N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2和 K2O 180 kg/hm2，氮肥分別在蓮座期和肉質(zhì)根膨大中期追施，鉀肥在肉質(zhì)根膨大中期追施。優(yōu)化施肥在保證蘿卜產(chǎn)量的基礎上，提高了肥料利用率，降低了土壤氮素殘留和農(nóng)田氮素損失，可作為蘿卜施肥的依據(jù)。同時本研究證明，蘿卜生產(chǎn)中可以使用氯化鉀作為鉀源。在蘿卜實際生產(chǎn)中應結(jié)合土壤肥力變異，合理調(diào)控氮磷鉀養(yǎng)分供應，以實現(xiàn)高產(chǎn)高效。