設(shè)施番茄-黃瓜輪作體系適宜水氮管理和雙氰胺調(diào)控模式研究

田曉楠,張麗娟,聶文靜,王小敏,楊迎,李博文*,郭艷杰*

設(shè)施番茄-黃瓜輪作體系適宜水氮管理和雙氰胺調(diào)控模式研究

田曉楠1,張麗娟1,聶文靜2,王小敏1,楊迎1,李博文1*,郭艷杰1*

1. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院;河北省農(nóng)田生態(tài)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心, 河北 保定 071001 2. 河北師范大學(xué)環(huán)境科技有限公司, 河北 石家莊 050000

本文采用田間小區(qū)試驗(yàn)法研究了不同水氮管理配施雙氰胺（DCD）對(duì)設(shè)施番茄-黃瓜輪作體系經(jīng)濟(jì)效益及土壤基本理化性質(zhì)的影響，探索適宜的番茄-黃瓜輪作水氮管理與DCD調(diào)控模式。結(jié)果表明：在番茄-黃瓜輪作體系中，與農(nóng)民常規(guī)相比，減氮控水配施DCD處理在保證產(chǎn)量的前提下，節(jié)省全年總投入4600～6134 yuan/hm2，產(chǎn)投比增加4.29%～10.86%；設(shè)施番茄、黃瓜氮素利用率分別顯著提高到31.41%、18.57%。設(shè)施番茄體系中，減氮控水配施DCD處理較農(nóng)民常規(guī)氮肥農(nóng)學(xué)效益提高了20.82%～61.04%，灌溉水農(nóng)學(xué)效益增加了25.82%～40.20%。設(shè)施黃瓜體系中，減氮控水配施DCD處理化肥農(nóng)學(xué)效益和灌溉水效益顯著提高。其中，氮肥農(nóng)學(xué)效益是農(nóng)民常規(guī)處理的1.17～2.53倍；生育期內(nèi)減氮控水配施DCD處理灌溉量較農(nóng)民常規(guī)減少了33.87%，但灌溉水農(nóng)學(xué)效益卻提高了54.31%～63.79%。另外，減氮控水配施DCD還可在一定程度上減輕土壤酸化和鹽分累積、增加土壤陽(yáng)離子交換量。綜合分析，設(shè)施番茄、黃瓜追施氮量分別為250 kg N/hm2、380 kg N/hm2，同時(shí)配施10%DCD，并結(jié)合控水灌溉3200 m3/hm2、4100 m3/hm2，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏，是適宜的調(diào)控模式。

設(shè)施番茄-黃瓜輪作; 水氮管理; 雙氰胺; 調(diào)控模式

近年來(lái)，設(shè)施蔬菜栽培已成為我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年，河北省設(shè)施蔬菜面積已達(dá)194.8×103hm2，占蔬菜總面積22.43%[1]。然而，作為一種高投入高產(chǎn)出的產(chǎn)業(yè)，設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中菜農(nóng)為追求更高經(jīng)濟(jì)效益，盲目施肥（尤其是氮肥）及漫灌，獲得高收益的同時(shí)帶來(lái)了眾多負(fù)面效應(yīng)。例如，河北省設(shè)施番茄、黃瓜常規(guī)純氮投入量高達(dá)3297 kg N/hm2、4701 kg N/hm2，其中，化肥純氮投入量為990 kg N/hm2、1300 kg N/hm2，已超過(guò)推薦量的2.5倍[2]，但氮肥利用率僅14.5%～22.5%，低于世界平均水平，氮素?fù)p失嚴(yán)重[3]。另外，設(shè)施蔬菜灌溉用水量一般在9000～9750 m3/hm2/a，最高達(dá)12000 m3/hm2/a，水分利用率只有50%～60%[4,5]。如此不合理的水氮管理模式導(dǎo)致水肥資源浪費(fèi)、蔬菜作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降、同時(shí)還對(duì)環(huán)境造成了負(fù)面影響。目前，大氣中每年有80%～90%的N2O和1%～47%NH3來(lái)源于農(nóng)業(yè)土壤，而N2O和NH3作為PM2.5的重要前驅(qū)物，可加劇霧霾產(chǎn)生[6,7]。因此，如何在保證經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)提高氮肥利用率，減少環(huán)境負(fù)效應(yīng)是設(shè)施蔬菜可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。

大量研究表明，減氮控水管理模式以及添加硝化抑制劑是減少氮素?fù)p失，提高氮肥利用率，減輕環(huán)境負(fù)效應(yīng)的有效調(diào)控措施。其中，減氮控水管理是實(shí)現(xiàn)蔬菜可持續(xù)發(fā)展的重要措施；雙氰胺（DCD）作為當(dāng)前最廣泛使用的硝化抑制劑之一，因其具有價(jià)格低，易溶于水，低殘留，環(huán)境效益較好等優(yōu)點(diǎn)備受人們青睞[8]。已有研究表明，減氮控水管理配施硝化抑制劑在減緩環(huán)境污染的同時(shí)可提高作物產(chǎn)量，改善作物品質(zhì)[9]。當(dāng)前有關(guān)減氮控水基礎(chǔ)上配施硝化抑制劑多集中在單季作物，輪作條件下施用效果以及經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，尤其是對(duì)土壤環(huán)境基本理化性質(zhì)的影響研究相對(duì)較少。為此，本文以設(shè)施番茄-黃瓜輪作生產(chǎn)體系為研究對(duì)象，分析減氮控水配施DCD對(duì)番茄-黃瓜輪作體系經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益的影響，探索設(shè)施番茄和黃瓜適宜的水氮管理與DCD調(diào)控模式，從而為設(shè)施蔬菜的健康生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地基本情況

試驗(yàn)地設(shè)在河北省滄州獻(xiàn)縣蔡西村富農(nóng)蔬菜基地（E116°12′，N38°18′）。該基地已有20余年的設(shè)施栽培歷史，擁有405個(gè)設(shè)施大棚，常見(jiàn)輪作模式為西紅柿（春夏茬）和黃瓜（秋冬茬）輪作。該區(qū)域?qū)贉貛Т箨懶约撅L(fēng)氣候，常年降水量560 mm，年日照2800 h，無(wú)霜期189 d，年日平均氣溫12.2 ℃，四季分明，光照充足，土壤類(lèi)型為砂質(zhì)壤土，適合溫室大棚蔬菜的發(fā)展。試驗(yàn)地溫室0～30 cm耕層土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)

1.2 供試材料

供試氮肥為尿素（N，46%），磷肥為過(guò)磷酸鈣（P2O5，12%），鉀肥為硫酸鉀（K2O，50%），硝化抑制劑為雙氰胺（DCD），優(yōu)級(jí)純（N，66.7%）。

供試作物為番茄（品種：秦風(fēng)F1）和黃瓜（品種：盛豐70）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間小區(qū)試驗(yàn)法，番茄（春夏茬）和黃瓜（秋冬茬）輪作，一年兩季。番茄、黃瓜均設(shè)5個(gè)處理，分別為：對(duì)照（CK）、農(nóng)民常規(guī)水氮管理（CM）、推薦水氮管理1（RM1+DCD）、推薦水氮管理2（RM2+DCD）、推薦水氮管理3（RM3+DCD），每處理3次重復(fù)。試驗(yàn)地于春夏茬番茄幼苗移植前1周施入含氮270 kg N/hm2的腐熟雞糞作為基肥，供試氮肥尿素于番茄生長(zhǎng)的第一、二、四、五穗果實(shí)膨大期和收獲中期根據(jù)植物生長(zhǎng)狀況進(jìn)行5次追施（按番茄生育期需肥規(guī)律和需肥量分配）。CK不追施任何氮素；CM共追施氮素410 kg N/hm2；RM1+DCD共追施氮素170 kg N/hm2；RM2+DCD共追施氮素210 kg N/hm2；RM3+DCD共追施氮素250 kg/hm2。DCD施用量為化學(xué)氮肥純氮量10%。所有處理均按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣追施磷、鉀肥，施用總量為240 kg P2O5/hm2和400 kg K2O/hm2。

秋冬茬黃瓜試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)普施有機(jī)肥810 kg N/hm2基肥（腐熟的雞糞加牛糞，1:1），供試氮肥全部為追施，共追肥4次（按黃瓜生育期需肥規(guī)律和需肥量分配）。CK不追施任何氮素；CM共追施氮素870 kg N/hm2；RM1+DCD共追施氮素380 kg N/hm2；RM2+DCD共追施氮素470 kg N/hm2；RM3+DCD共追施氮素560 kg N/hm2。DCD施用量為氮肥純氮量10%。所有處理均按當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)習(xí)慣追施磷、鉀肥，施用總量為160 kg P2O5/hm2和130 kg K2O/hm2。

番茄-黃瓜輪作體系中，DCD與尿素混勻后施入土壤，追肥方式均為溝施后覆土灌水。對(duì)照和農(nóng)民常規(guī)水氮管理灌水量均與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌水量相同，其他處理均采用控水灌溉，灌水量根據(jù)TDR（時(shí)域反射儀）結(jié)果確定，當(dāng)土壤含水率低于作物生長(zhǎng)的有效土壤含水率的50%時(shí)開(kāi)始灌水至有效含水率的80%。各處理作物生育期氮肥施用及灌水量設(shè)置詳見(jiàn)表2。除施肥和灌水外，其余田間管理措施都與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)管理模式一致。番茄和黃瓜均采用畦栽法種植，番茄小區(qū)面積為2.1 m×6 m（定植3行），小區(qū)間距0.9 m，種植密度為3.6萬(wàn)株/hm2；黃瓜小區(qū)面積為2 m×6 m，株距0.3 m，小區(qū)間距0.9 m，種植密度為4.2萬(wàn)株/hm2。

表2 設(shè)施番茄-黃瓜施肥具體方案

注：RM1、RM2、RM3：減氮控水處理。下同。

Note: RM1, RM2, RM3: nitrogen reduction and water control treatment. The same as below.

1.4 樣品采集與測(cè)定

1.4.1 土壤樣品測(cè)定黃瓜直播前、初瓜期、盛瓜期、末瓜期和拉秧后0～30 cm土壤樣品的pH和陽(yáng)離子交換量（CEC），及黃瓜直播前、拉秧后0～30 cm土壤樣品的鹽分組成。土壤pH值用pH計(jì)測(cè)定（水土比2.5:1）；全氮用半微量開(kāi)氏法測(cè)定。土壤陽(yáng)離子交換量采用1 mol/L中性乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定。土壤鹽基離子采用去離子水，按土水比1:5提取，振蕩3 min，布氏漏斗抽濾得土壤浸出液。CO32-、HCO3-采用雙指示劑中和滴定法；Cl-采用AgNO3滴定法；SO42-采用EDTA間接絡(luò)合滴定法；K+、Na+采用火焰光度法；Ca2+、Mg2+采用EDTA滴定法。

1.4.2 植物樣品分別于番茄（黃瓜）各試驗(yàn)小區(qū)選取具代表性植株3株，拉秧時(shí)拔取該植株，將莖、葉、果分開(kāi)，測(cè)定植株地上部的全氮含量，計(jì)算番茄（黃瓜）植株的氮素利用率。番茄（黃瓜）產(chǎn)量在摘果（瓜）當(dāng)日用電子天平以小區(qū)為單位記錄，整個(gè)收獲期統(tǒng)計(jì)各小區(qū)總產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

（1）氮素利用率（%）=（施氮區(qū)植株吸氮量－不施氮區(qū)植株吸氮量）/施氮量×100%；

（2）氮肥農(nóng)學(xué)效益（kg/kg）＝（施氮區(qū)產(chǎn)量－不施氮區(qū)產(chǎn)量）/施氮量；

（3）灌溉水農(nóng)學(xué)效益（kg/m3）=產(chǎn)量/灌溉量；

（4）產(chǎn)投比（yuan/yuan）=產(chǎn)值/投入成本。

文中所列數(shù)據(jù)均為三次重復(fù)的平均值，采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、作圖，采用SPSS 22.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水氮管理配施DCD條件下設(shè)施番茄-黃瓜經(jīng)濟(jì)效益分析

2.1.1 不同水氮管理配施DCD下設(shè)施番茄-黃瓜農(nóng)資投入分析由表3可以看出，番茄-黃瓜輪作體系農(nóng)資成本主要由水、電、肥、勞動(dòng)力等組成，除勞動(dòng)力成本外，以水肥成本為主。在番茄種植體系中，農(nóng)民常規(guī)CM水肥投入高達(dá)20165 yuan/hm2。與CM相比，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD可分別減少58.54 %、48.78%、39.02%化學(xué)氮肥投入，減少29.20%灌溉用水電投入；雖然配施抑制劑增加了DCD成本投入，但與CM相比，減氮控水配施DCD處理總投入仍分別減少8.70%、7.76%、6.83%。

在黃瓜種植體系中，農(nóng)民常規(guī)處理水肥投入高達(dá)26755 yuan/hm2，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD可分別減少化學(xué)氮肥投入56.32%、45.98%、35.63%，減少34.11%灌溉用水電費(fèi)用；與CM相比，減氮控水配施DCD處理總投入可分別減少12.42%、10.75%、9.06%。

綜合全年來(lái)看，農(nóng)資投入主要以水肥費(fèi)用占很大比例，CM水肥費(fèi)用占農(nóng)資投入的82.43%，減氮控水配施DCD處理水肥費(fèi)用占農(nóng)資投入的71.65%～74.35%。由于受“施肥越多，產(chǎn)量越高”的常規(guī)種植觀念影響，本研究中設(shè)施春夏季番茄-秋冬季黃瓜輪作農(nóng)民常規(guī)CM全年僅追肥所需氮、磷、鉀肥費(fèi)用已高達(dá)21623 yuan/hm2，其中，化學(xué)氮肥費(fèi)用占化學(xué)肥料費(fèi)用的29.60%。農(nóng)民常規(guī)處理灌溉用水電費(fèi)用達(dá)9297 yuan/hm2，占全年總費(fèi)用的16.33%。與CM相比，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD全年化學(xué)氮肥投入可分別減少57.03%、46.88%、36.72%，全年灌溉用水電費(fèi)用可減少32.04%，全年總投入分別減少10.78%、9.43%、8.08%。由此可知，減氮控水配施DCD處理不僅具有節(jié)水、節(jié)肥效果，還能明顯減少農(nóng)民總體投入。

表3 不同水氮管理配施DCD下番茄-黃瓜農(nóng)資投入分析/(yuan/hm2)

注：雞糞300 yuan/t，牛糞100 yuan/t，尿素2.3 yuan/kg，磷肥2.5 yuan/kg，鉀肥6.5 yuan/kg ，DCD 9.0 yuan/kg，水費(fèi)0.81 yuan/m3，電費(fèi)0.6 yuan/kw/h，其它費(fèi)用主要包括勞動(dòng)力成本。

Note: Chicken manure 300 yuan/t, cow dung 100 yuan/t, urea 2.3 yuan/kg, phosphorus fertilizer 2.5 yuan/kg, potash 6.5 yuan/kg, DCD 9.0 yuan/kg, water 0.81 yuan/m3, electricity 0.6 yuan/kw/h, other costs mainly include labor costs.

2.1.2 不同水氮管理配施DCD下設(shè)施番茄-黃瓜收益分析本研究中番茄（春夏）和黃瓜（秋冬）輪作，番茄和黃瓜采摘時(shí)期分別在6-7月和10-11月，番茄和黃瓜分別采取當(dāng)時(shí)2.3 yuan/kg、1.5 yuan/kg的平均市場(chǎng)價(jià)格來(lái)計(jì)算其收益。不同水氮管理配施DCD下設(shè)施番茄-黃瓜輪作體系的收益狀況見(jiàn)表4。在番茄種植體系中，未追施化學(xué)氮肥的CK番茄產(chǎn)量較低，各施氮處理產(chǎn)量、產(chǎn)值均有所增加，但處理間差異不顯著（>0.05）。在本研究追施氮量170 kg N/hm2～410 kg N/hm2范圍內(nèi)，番茄產(chǎn)量隨追施氮量增加而增加。與CM產(chǎn)量和產(chǎn)值相比，減氮控水配施DCD處理產(chǎn)量和產(chǎn)值雖有所降低，但均未達(dá)到顯著性差異（>0.05）；減氮控水配施DCD處理間，隨著氮肥追施量的增加，產(chǎn)投比也隨之增加，表現(xiàn)為：RM3+DCD>RM2+DCD>RM1+DCD。其中，RM3+DCD產(chǎn)投比達(dá)到13.50 yuan/yuan，較CM增加7.31%。這表明，減氮控水配施DCD對(duì)番茄產(chǎn)量、產(chǎn)值、利潤(rùn)無(wú)明顯影響。

在黃瓜種植體系中，未追施任何化學(xué)氮肥的CK處理黃瓜產(chǎn)量最低為60.37 t/hm2，與CK相比，各施氮處理黃瓜產(chǎn)量顯著增加（>0.05），但隨著施氮量增加秋冬季黃瓜產(chǎn)量呈現(xiàn)逐漸降低的現(xiàn)象，CM產(chǎn)量最低。這說(shuō)明本研究條件下黃瓜追氮量達(dá)到380 kg N/hm2時(shí)，產(chǎn)量不再隨施氮量的增加而增加。與CM相比，減氮控水配施DCD處理增產(chǎn)2.79%～8.66%，利潤(rùn)提高8.32%～17.17%，產(chǎn)投比增加15.73%～24.33%，且處理間差異不顯著（>0.05）。其中，RM1+DCD產(chǎn)投比高達(dá)4.19 yuan/yuan，較RM2+DCD產(chǎn)投比增加7.44%，較RM3+DCD產(chǎn)投比增加3.71%。

在整個(gè)輪作體系中，與CK相比，各施氮處理顯著增加蔬菜產(chǎn)量19.81%～27.20%，不同減氮控水配施DCD處理較農(nóng)民常規(guī)不僅降低了8.08%～10.78%的總投入，且不影響產(chǎn)量，因此對(duì)產(chǎn)值和利潤(rùn)影響也不大，且處理間差異也不顯著（>0.05），表現(xiàn)為RM3+DCD>RM2+DCD>RM1+DCD。

綜上可知，與農(nóng)民常規(guī)施肥處理相比，減氮控水配施DCD處理對(duì)番茄、黃瓜產(chǎn)量無(wú)顯著影響，且具有節(jié)肥、節(jié)水效果，能明顯提高作物利潤(rùn)和產(chǎn)投比。其中，在設(shè)施番茄種植體系中，RM3+DCD收益方面較優(yōu)；在設(shè)施黃瓜種植體系中，RM1+DCD收益方面較優(yōu)。

表4 不同水氮管理配施DCD下番茄-黃瓜收益

注：同一列中帶有相同字母表示在0.05水平差異不顯著。下同。

Note: The same letter in the same column indicates that the difference is not significant at the 0.05 level by LSD(<0.05). The same as below.

2.2 不同水氮管理配施DCD對(duì)設(shè)施番茄-黃瓜氮素吸收利用的影響

2.2.1 不同水氮管理配施DCD對(duì)設(shè)施番茄-黃瓜氮素利用率的影響在番茄體系中，農(nóng)民常規(guī)CM中番茄總吸氮量含量最高（表5），減氮控水配施DCD處理與CM相比，番茄總吸氮量雖有所降低，但處理間無(wú)明顯差異（>0.05）；分析氮素利用率可知，CM施氮量最高，但氮素利用率僅有13.83%，這表明，過(guò)量追肥并不會(huì)提高作物對(duì)氮素的吸收利用。與CM相比，減氮控水配施DCD處理氮素利用率達(dá)到17.10%～31.41%，氮素利用率顯著提高，表現(xiàn)為：RM1+DCD>RM2+DCD>RM3+DCD，其中RM1+DCD提高氮素利用率上效果較優(yōu)，高達(dá)31.41%。

在黃瓜體系中，農(nóng)民常規(guī)處理氮素利用率最低，只有9.72%，而其追氮量高達(dá)870 kg/hm2，存在氮素大量損失問(wèn)題。減氮控水配施DCD處理氮素利用率為17.36%～18.57%，與CM相比，氮素利用率顯著提高（<0.05）。減氮控水配施DCD處理間無(wú)明顯差異（>0.05），其中RM2+DCD在提高氮素利用率上效果較優(yōu)，為18.57%。

綜上可知，在整個(gè)輪作體系中，農(nóng)民常規(guī)大量施用氮肥并沒(méi)有促進(jìn)番茄和黃瓜對(duì)氮素的吸收利用，致使氮素利用率低。減氮控水配施DCD處理在不影響番茄和黃瓜對(duì)氮素吸收的前提下，顯著提高作物氮素利用率，減少了氮素的損失。在設(shè)施番茄種植體系中，RM1+DCD在氮素吸收、提高氮素利用率方面效果最佳；在設(shè)施黃瓜種植體系中，RM2+DCD在促進(jìn)黃瓜氮素吸收方面效果最佳。

表5 不同水氮管理配施DCD條件下番茄-黃瓜的氮素利用率

2.2.2 不同水氮管理配施DCD對(duì)設(shè)施番茄-黃瓜化學(xué)氮肥和灌溉水農(nóng)學(xué)效益的影響分析不同水氮管理下設(shè)施番茄和黃瓜的氮肥和灌溉水農(nóng)學(xué)效益（表6）可知，番茄體系中，農(nóng)民常規(guī)CM的氮肥農(nóng)學(xué)效益僅為7.11 kg/kg。減氮控水配施DCD處理氮肥農(nóng)學(xué)效益提高到8.59 kg/kg～11.45 kg/kg（<0.05），整體表現(xiàn)為：RM3+DCD>RM2+DCD>RM1+DCD>CM，其中RM3+DCD化學(xué)氮肥農(nóng)學(xué)效益提高最大。對(duì)于灌溉水農(nóng)學(xué)效益來(lái)說(shuō)，與CM相比，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD番茄的農(nóng)學(xué)效益提高25.82%～40.20%，其中RM3+DCD在保證番茄產(chǎn)量的前提下，番茄灌溉水農(nóng)學(xué)效益高達(dá)4.29 kg/m3。

黃瓜體系中，CM的氮肥農(nóng)學(xué)效益為1.29 kg/kg。與CM相比，減氮控水配施DCD處理化肥農(nóng)學(xué)效益提高到2.80 kg/kg～4.54 kg/kg。不同減氮控水配施DCD處理表現(xiàn)為：RM1+DCD>RM3+DCD>RM2+DCD，RM1+DCD在提高化學(xué)氮肥農(nóng)學(xué)效益方面效果較好。與CM相比，減氮控水配施DCD可降低黃瓜生育期內(nèi)33.87%灌溉量，顯著提高灌溉水農(nóng)學(xué)效益54.31%～63.79%，但處理間差異不顯著（>0.05）。

從全年來(lái)看，與CM相比，減氮控水配施DCD處理化學(xué)氮肥農(nóng)學(xué)效益提高了50%以上，處理間表現(xiàn)為RM1+DCD處理最佳。與CM相比，減氮控水配施DCD處理在保證全年產(chǎn)量的前提下，降低了生育期內(nèi)31.78%的灌溉量，從而顯著提高灌溉水農(nóng)學(xué)效益40.31%～50.51%，但處理間無(wú)顯著差異（>0.05）。

綜上可知，減氮控水配施DCD能提高化學(xué)氮肥農(nóng)學(xué)效益和氮素利用率，節(jié)省投入。在設(shè)施番茄種植體系中，RM3+DCD處理對(duì)其農(nóng)學(xué)效益方面較優(yōu)；在設(shè)施黃瓜種植體系中，RM1+DCD處理對(duì)其農(nóng)學(xué)效益方面較優(yōu)。

表 6 不同水氮管理配施DCD下設(shè)施番茄-黃瓜的氮肥和灌溉水農(nóng)學(xué)效益

2.3 不同水氮管理配施DCD對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響

2.3.1 土壤pH 在黃瓜種植體系中，隨黃瓜生長(zhǎng)，CK處理0～30 cm土壤pH值較為平穩(wěn)，無(wú)明顯變化，各施氮處理由于追施氮量不同，對(duì)設(shè)施土壤pH值影響也不同（圖1）。設(shè)施土壤pH值隨施氮量的增加呈下降趨勢(shì)，CM土壤pH值在初瓜期有所升高后迅速下降。黃瓜拉秧后，各處理pH值均有不同程度降低，呈現(xiàn)不同的酸化趨勢(shì)，CM、RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD與直播前土壤初始背景值相比分別下降12.75%、4.74%、11.50%、11.87%。由此可見(jiàn)，隨氮肥施入導(dǎo)致土壤表現(xiàn)出不同酸化趨勢(shì)，CM酸化趨勢(shì)最為明顯，DCD的添加減緩了酸化趨勢(shì)，RM1+DCD處理抑制土壤酸化方面效果相對(duì)較好。

圖1 不同水氮管理配施DCD下設(shè)施黃瓜土壤pH

2.3.2 土壤CEC圖2為番茄收獲后，黃瓜生育期內(nèi)不同水氮管理配施DCD下土壤CEC變化趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)一年輪作后，CK土壤CEC變化趨勢(shì)平穩(wěn)，各施氮處理在初瓜期達(dá)到峰值后逐漸降低。其中，CM拉秧后土壤CEC較CK降低了9.04%。與CM相比，減氮控水配施DCD可提高土壤CEC，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD拉秧后土壤CEC分別提高了16.88%、16.25%、12.93%，其中，RM1+DCD效果最佳。

圖2 不同水氮管理配施DCD下設(shè)施黃瓜土壤CEC

2.3.3 耕層土壤鹽分組成圖3為設(shè)施黃瓜直播前及拉秧后不同水氮管理配施DCD下耕層土壤鹽分離子組成?？梢钥闯觯撛囼?yàn)地耕層土壤鹽分離子在黃瓜直播前以陽(yáng)離子Na+、陰離子Cl-為主，分別占鹽分離子總量的15.76%、34.70%。隨黃瓜生長(zhǎng)發(fā)育，拉秧后，減氮控水配施DCD處理的各鹽分離子含量均低于CM相應(yīng)含量，其中，耕層土壤陽(yáng)離子K+、Na+、Ca2+、Mg2+離子含量分別降低了10.52%～20.47%、27.17%～27.29%、9.63%～13.65%、21.13%～24.32%；土壤陰離子HCO3-、SO42-、Cl-含量分別下降了0.04%～3.90%、28.45%～36.90%、3.22%～12.08%。土壤NO3-離子含量累積明顯，其中CM含量為1071.62 mg/kg，減氮控水配施DCD處理的NO3-離子含量較CM降低了29.57%～30.56%。由此可知，減氮控水配施DCD可有效降低耕層土壤中含鹽量，減少因施肥引起的鹽分累積，改善土壤質(zhì)量。其中，RM1+DCD處理效果最佳。

圖3 設(shè)施黃瓜不同時(shí)期耕層土壤鹽分離子組成

3 討 論

在設(shè)施蔬菜栽培中，農(nóng)民為追求高產(chǎn)及更高經(jīng)濟(jì)效益，盲目過(guò)量投入氮肥并采用頻繁大水漫灌等不合理的農(nóng)業(yè)措施，導(dǎo)致氮肥的增產(chǎn)效率低下，氮素利用率不高，且易發(fā)生硝酸鹽的積累造成土壤酸化、鹽堿化，顯著影響了土壤質(zhì)量。本研究中，農(nóng)民常規(guī)水氮管理模式導(dǎo)致水肥投入過(guò)高，全年水肥投入高達(dá)46920 yuan/hm2，收益和產(chǎn)投比卻很低，分別為36.77萬(wàn)yuan/hm2，7.46 yuan/yuan。在輪作體系中，減氮控水配施DCD處理并沒(méi)有引起番茄、黃瓜產(chǎn)量顯著降低，還使全年產(chǎn)投比增加了4.29%～10.86%。這與張琳[9]等人的研究結(jié)果一致，長(zhǎng)期集約化種植導(dǎo)致設(shè)施內(nèi)土壤中無(wú)機(jī)氮本底值較高，而適量減氮控水足以滿(mǎn)足蔬菜生長(zhǎng)對(duì)氮素需求，不會(huì)顯著降低作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。大量研究表明，氮肥過(guò)量施用導(dǎo)致作物總吸氮量不高，并且氮素利用率也隨之下降。而硝化抑制劑DCD與尿素配合施用可在一定程度上使作物體內(nèi)的氮素吸收總量得到提高，提高土壤氮素的利用效率。本研究條件下，在番茄季，與CM相比，硝化抑制劑DCD的施入對(duì)番茄吸氮量無(wú)顯著性差異，與Chuan等[10]研究表明，硝化抑制劑的施入可增加作物吸氮量結(jié)果不同，這可能是由于本研究為大田試驗(yàn)，受環(huán)境和管理的影響因素，可能導(dǎo)致作物吸氮量不能達(dá)到理想吸氮量[11]。在黃瓜季，與CM相比，RM1+DCD、RM2+DCD處理能提高蔬菜氮素吸收量1.27%～5.92%，這是由于DCD的施入抑制相關(guān)土壤微生物的活動(dòng)，有效緩解化學(xué)氮肥的水解，提高氮素利用率。

硝化抑制劑能明顯減緩?fù)寥浪峄某潭?，還可以降低蔬菜生長(zhǎng)過(guò)程中鹽離子的數(shù)量，抑制土壤耕層硝酸鹽的生成對(duì)緩和蔬菜生長(zhǎng)過(guò)程中土壤鹽漬化有顯著效果[12]。在本試驗(yàn)番茄-黃瓜輪作體系中，結(jié)果表明，農(nóng)民常規(guī)施肥會(huì)降低土壤中pH，硝化抑制劑DCD的加入可通過(guò)使土壤保持較高OH-濃度，而抑制硝化作用過(guò)程中H+的產(chǎn)生，進(jìn)而有效緩解氮肥施用引起的土壤pH值降低。這些與Zaman[13]等結(jié)果相一致，均表明硝化抑制劑能增加土壤pH值，減緩?fù)寥浪峄Ｏ趸种苿┑募尤脒€可增加土壤CEC。本研究條件下，輪作后，減氮控水配施DCD處理土壤CEC較農(nóng)民常規(guī)處理提高了12.93%～16.88%。這是因?yàn)镈CD抑制了土壤的硝化過(guò)程，明顯降低了土壤中硝態(tài)氮濃度，且可通過(guò)增加土壤膠體表面負(fù)電荷數(shù)量，提高其吸附陽(yáng)離子能力，從而增加土壤陽(yáng)離子交換量[14]。番茄、黃瓜對(duì)土壤鹽分積累較為敏感[2]。土壤鹽分積累可引起水分脅迫，使根系吸水困難，直接影響番茄、黃瓜的生長(zhǎng)發(fā)育[15]。由于硝化抑制劑的施用降低了硝酸鹽的淋溶損失量，同時(shí)一些土壤陽(yáng)離子如K+、Ca2+、Mg2+的淋溶損失也相應(yīng)降低，使作物對(duì)氮素、鹽基離子等的吸收量提高[12]。在本研究中，減氮控水配施DCD處理相對(duì)于農(nóng)民常規(guī)處理可有效降低耕層土壤中八大離子含量，減少因施肥引起的鹽分累積，改善土壤質(zhì)量，從而提高作物產(chǎn)量。

綜上可知，本研究減氮控水配施DCD處理可在保證作物產(chǎn)量的前提下，減少農(nóng)民總投入，提高經(jīng)濟(jì)效益、農(nóng)學(xué)效益和改善土壤質(zhì)量方面起到了一定作用。

4 結(jié) 論

設(shè)施番茄-黃瓜生產(chǎn)體系中，降低氮肥追施量、灌溉水用量的同時(shí)配施DCD，對(duì)番茄和黃瓜產(chǎn)量無(wú)顯著影響，顯著提高了作物氮素利用率及化肥、灌溉水農(nóng)學(xué)效益。與農(nóng)民常規(guī)處理相比，減氮控水配施DCD全年可減少36.72%～57.03%的化學(xué)氮肥投入、32.04%的灌水量，節(jié)省4600 yuan/hm2～6134 yuan/hm2的全年總投入，產(chǎn)投比增加4.29%～10.86%。同時(shí)，減氮控水配施DCD處理全年化學(xué)氮肥農(nóng)學(xué)效益可提高50%以上，全年灌溉水農(nóng)學(xué)效益提高40%以上，并減輕土壤酸化和鹽分累積現(xiàn)象，增加土壤陽(yáng)離子交換量12.93%～16.88%。綜合來(lái)看，設(shè)施番茄、黃瓜體系中追施氮量分別為250 kg N/hm2、380 kg N/hm2，配施10%DCD結(jié)合控水灌溉3200 m3/hm2、4100 m3/hm2，可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境雙贏。

[1] 《全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編-2020》編輯委員會(huì)和編輯部.全國(guó)農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編[M].北京:中國(guó)統(tǒng)計(jì) 出版社,2020

[2] 王麗英,武雪萍,張彥才,等.適宜施氮量保證滴灌日光溫室黃瓜番茄產(chǎn)量降低土壤鹽分及氮?dú)埩鬧J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2015,31(17):91-98

[3] 尹興,張麗娟,李博文,等.氮肥與雙氰胺配施對(duì)溫室番茄生產(chǎn)及活性氮排放的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,51(9):1725-1734

[4] 劉曉敏,魏偉.重視蔬菜節(jié)水技術(shù)的推廣與應(yīng)用——以河北省為例[J].蔬菜,2012(7):1-3

[5] 劉蕾,王凌,劉曉艷,等.河北省設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中水肥管理存在的問(wèn)題與發(fā)展策略[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2017,21(3):59-62

[6] 趙晨旭,徐鵬,廖雅君,等.氣態(tài)活性氮排放的環(huán)境影響研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治,2017,39(5):569-573

[7] 習(xí)斌,張繼宗,左強(qiáng),等.保護(hù)地菜田土壤氨揮發(fā)損失及影響因素研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2010,16(2):327-333

[8] Guo YJ, Di HJ, Cameron KC,. Effect of 7-year application of a nitrification inhibitor, dicyandiamide (DCD), on soil microbial biomass, protease and deaminase activities, and the abundance of bacteria and archaea in pasture soils [J]. Journal of Soils and Sediments, 2013,13(4):753-759

[9] 張琳.不同調(diào)控措施對(duì)設(shè)施菜田土壤氮素?fù)p失的影響[D].保定:河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2014:46-47

[10] Chuan LM, Zhao TK, An ZZ,. Effects of adding a Nitrification inhibitor dicyandiamide (DCD) on the growth and quality of rape [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2010,29(5):870-874

[11] Abalos D, Jeffery S, Sanz-Cobena A,. Meta-analysis of the effect of urease and nitrification inhibitors on crop productivity and nitrogen use efficiency [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2014,189:136-144

[12] 劉靜靜,牛慶良,黃丹楓,等.硝化抑制劑對(duì)小白菜生長(zhǎng)和土壤性質(zhì)的影響[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)科學(xué)版),

2014,32(1):11-15

[13] Zaman M, Nguyen ML, Blennerhassett JD,. Reducing NH3, N2O losses from a pasture soil with urease or nitrification inhibitors and elemental S-amended nitrogenous fertilizers [J]. Biology and Fertility of Soils, 2008,44(5):693-705

[14] 楊劍波.硝化抑制劑DMPP對(duì)氮素轉(zhuǎn)化的影響及其作用機(jī)理研究[D].南京:南京農(nóng)業(yè)大學(xué),2012:3-4

[15] 郭文忠,劉聲峰,李丁仁,等.設(shè)施蔬菜土壤次生鹽漬化發(fā)生機(jī)理的研究現(xiàn)狀與展望[J].土壤,2004,36(1):25-29

Study on Appropriate Water and Nitrogen Management and Dicyandiamide Regulation Model of Greenhouse Tomato-Cucumber Rotation System

TIAN Xiao-nan1, ZHANG Li-juan1, NIE Wen-jing2, WANG Xiao-min1, YANG Ying1, LI Bo-wen1*, GUO Yan-jie1*

1.071001,2.050000,

In this paper, a field plot experiment was carried out to study the effects of different water and nitrogen managements combined with dicyandiamide (DCD) application on the economic benefits and soil basic physical and chemical properties in the greenhouse tomato-cucumber rotation system, aiming to explore the appropriate water and nitrogen management and DCD regulation mode of greenhouse tomato-cucumber rotation. The results showed that compared with the conventional management treatment, the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment in the tomato-cucumber rotation system could save 4600～6134 yuan/hm2of total annual investment, increase the input-output ratio by 4.29%～10.86%; and the nitrogen use efficiency of greenhouse tomato and cucumber was also significantly increased to 31.41% and 18.57%, respectively. In the greenhouse tomato system, the agronomic efficiencies of nitrogen and irrigation water in the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment was increased by 20.82%～61.04% and 25.82%～40.20%, respectively. Similarly, in the greenhouse cucumber system, the agronomic efficiencies of nitrogen and irrigation water in the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment were significantly improved, and the nitrogen agronomic efficiency was 1.17～2.53 times higher than that of the conventional management of farmers' treatment. During the growing period, compared with the conventional management treatment, the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment could reduce the amount of irrigation water by 33.87%, while the agronomic efficiency of irrigation waterwas increased by 54.31%～63.79%. In addition, the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment could also reduce soil acidification and salt accumulation, and increase the soil CEC content to a certain extent. In conclusion, the topdressing nitrogen applied at the rate of 250, and 380 kg/hm2, respectively, DCD was applied at the rate of 10% of applied nitrogen, and the amount of irrigation water was 3200 and 4100 m3/hm2, respectively, which could achieve a win-win economic and environmental situation and is considered to be an appropriate regulation mode for the greenhouse tomato and cucumber.

Greenhouse tomato-cucumber rotation; water and nitrogen management; dicyandiamide; regulation mode

X53

A

1000-2324(2021)03-0343-09

2020-11-14

2021-01-17

河北省高等學(xué)校科學(xué)技術(shù)研究(青年拔尖人才)項(xiàng)目(BJ2017025); 河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(19224007D);河北省蔬菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助項(xiàng)目

田曉楠(1995-),女,在讀碩士,主要從事土壤環(huán)境科學(xué)研究. E-mail:xn_tian1995@163.com

Author for correspondence. E-mail:kjli@hebau.edu.cn; guoyanjie928@126.com