減氮配施脲酶/硝化抑制劑對冬瓜品質(zhì)、產(chǎn)量和土壤氮磷淋失的影響

李學(xué)文 李樹營 王齊龍 劉家友 蕭洪東 施衛(wèi)明 喻敏

摘 要：采用田間小區(qū)試驗(yàn)，研究了在氮肥減施基礎(chǔ)上配施脲酶/硝化抑制劑對我國南方熱帶地區(qū)露地冬瓜產(chǎn)量、品質(zhì)，以及土壤氮磷養(yǎng)分淋溶的影響。結(jié)果表明，與正常施肥處理相比，氮肥減施30%會導(dǎo)致冬瓜單果質(zhì)量降低，減產(chǎn)約8.30%，而配施脲酶/硝化抑制劑后冬瓜增產(chǎn)17.03%，并且維持較低的亞硝酸鹽含量和較高的品質(zhì);氮肥減施能夠有效降低土壤氮素淋溶損失，同時(shí)與氮肥減施處理相比，配施硝化抑制劑處理能夠減少約17.32%總氮和5.13%硝態(tài)氮的淋失。綜上所述，在我國南方熱帶地區(qū)冬瓜種植過程中，減少氮肥施用量同時(shí)配施脲酶/硝化抑制劑，能夠有效保證冬瓜品質(zhì)和產(chǎn)量，并降低菜地耕層土壤中氮素淋溶，具有顯著的環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞：冬瓜;露地蔬菜;化肥減施;脲酶抑制劑;硝化抑制劑;淋溶

中圖分類號：S642.3+S606+.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）01-055-05

Effect of urease/nitrification inhibitors combined with reduction of nitrogen on quality， yield and nitrogen & phosphorus leaching of black wax gourd

LI Xuewen1， LI Shuying1， WANG Qilong1， LIU Jiayou1， XIAO Hongdong1， SHI Weiming1，2， YU Min1

（1. International Center for Membrane Biology and Environment， Foshan University， Foshan 528000， Guangdong， China; 2. Nanjing Soil Research Institute， Chinese Academy of Sciences， Nanjing 210000， Jiangsu， China）

Abstract：The effects of applying nitrification inhibitor and urease inhibitor on the yield and quality of black wax gourd， the contents of soil nitrogen and phosphorus， and the leaching of nitrogen and phosphorus were studied in a field experiment. The results showed that the yield of black wax gourd decreased by 8.30% when the fertilizer was reduced by 30% compared with the normal fertilization， while the yield of black wax gourd increased by 17.03% when the nitrification inhibitor and urease inhibitor were added on the basis of fertilizer， and low nitrite content was found in the fruit. Reduction of nitrogen fertilizer could effectively reduce the leaching loss of soil nitrogen， and the combined application of nitrification inhibitors could reduce the leaching loss of total nitrogen by 17.32% and nitrate nitrogen by 5.13% compared with reduction of nitrogen fertilizer. In conclution， in the process of planting black wax gourd in the open field in south China， reducing the amount of chemical fertilizer and applying nitrification inhibitor and urease inhibitor can effectively guarantee the yield and quality of black wax gourd， and reduce the nitrogen residue and leaching loss， which has significant economic and environmental benefits.

Key words： Wax gourd; Open field vegetables; Reducing chemical fertilizers; Urease inhibitor; Nitrification inhibitor; Leaching

蔬菜作為人們?nèi)粘ｏ嬍持斜夭豢缮俚慕M成部分，提供了人體所需的多種維生素和礦物質(zhì)。大多數(shù)蔬菜具有根系淺和喜肥水等特性，在實(shí)際生產(chǎn)過程中存在化肥施用量高、肥料利用率低等問題。盲目施肥，尤其是氮肥的大量施用，容易導(dǎo)致菜地土壤理化性狀惡化，并引發(fā)農(nóng)業(yè)面源污染等問題[1-3]。由于灌水量大和灌水頻率高等，菜地土壤氮素易隨著地表徑流進(jìn)入地表水或通過淋溶進(jìn)入地下水，從而導(dǎo)致地表水的富營養(yǎng)化和地下水的硝酸鹽污染 [4-5]。因此，如何在保證蔬菜品質(zhì)和產(chǎn)量的基礎(chǔ)上減少化肥投入、降低對環(huán)境的影響，已成為現(xiàn)代露地蔬菜生產(chǎn)迫切需要解決的問題之一。

菜地土壤氮素的礦化作用、硝化作用和反硝化作用貫穿于土壤氮素的轉(zhuǎn)變過程，同時(shí)對土壤中氮素的遷移、轉(zhuǎn)化及損失有著重要影響[6]。尿素作為常用氮肥，大部分尿素在脲酶作用下，水解后轉(zhuǎn)化為銨態(tài)氮，而銨態(tài)氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮。硝化作用包括亞硝化和硝化兩大過程[7-9]。硝態(tài)氮是氮素淋溶遷移的主要形式，約占到氮素總投入量的20%～30%[9-10]。脲酶抑制劑和硝化抑制劑是常用的兩類氮肥增效劑，前者主要通過減緩尿素的水解速度來降低氨揮發(fā)損失，后者主要抑制或延緩銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的進(jìn)程以減少活性氮?dú)怏w排放[11]。大量研究表明，脲酶抑制劑和硝化抑制劑能夠減少土壤氮素的積累和損失，提高肥料利用率[12-13]。聯(lián)合利用脲酶抑制劑和硝化抑制劑，在氮肥減施背景下能否更有效地提高肥料利用率、促進(jìn)蔬菜生產(chǎn)和降低菜地土壤氮素淋溶，值得進(jìn)一步研究。

三水黑皮冬瓜口感優(yōu)質(zhì)、肉質(zhì)厚實(shí)、營養(yǎng)豐富，是華南、華東地區(qū)主要的栽培品種，也是地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品。華南地區(qū)冬瓜栽培季節(jié)為3—8月，熱量充沛、降雨多、生長速度快，氮磷淋溶也容易發(fā)生。筆者以三水黑皮冬瓜為材料，在氮肥減施30%基礎(chǔ)上，研究脲酶/硝化抑制劑配施對冬瓜的品質(zhì)和產(chǎn)量，以及土壤氮磷淋溶的影響，旨在篩選和優(yōu)化適用于我國南方熱帶地區(qū)露地蔬菜的氮肥減施增效技術(shù)，從而減少化肥投入，為蔬菜優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣東省佛山市三水區(qū)大塘鎮(zhèn)兆利豐農(nóng)業(yè)合作社基地（112 °46 ′～113 °02 ′E，22 °58 ′～23 °34 ′N）。該基地位于廣東省中部，地勢平坦，屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，溫暖、多雨，年平均降雨量1 688.8 mm。供試大田土壤為礫巖赤紅壤土，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.0 g·kg-1，全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為500 mg·kg-1，堿解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為139.56 mg·kg-1，全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為480 mg·kg-1，有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為154.7 mg·kg-1，pH 6.56。

1.2 材料

供試三水黑皮冬瓜品種為‘鐵柱冬瓜，由廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所選育，廣東省良種引進(jìn)服務(wù)公司育苗，于2019年4月17日移栽定植，7月14日測產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共15個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)長15 m，寬2 m，小區(qū)內(nèi)冬瓜單行種植，定植23～24株（株間距0.7 m）。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理，分別為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民常規(guī)施肥量處理（N100），不施肥處理（N0），氮肥減施30%處理（N70），氮肥減施30%加施22.5 kg·hm-2硝化抑制劑處理（N70+NI），氮肥減施30%加施脲酶/硝化抑制劑處理（N70+NI+UI，22.5 kg·hm-2硝化抑制劑，追肥時(shí)尿素替換為等量的含脲酶抑制劑的尿素產(chǎn)品），每個(gè)處理3次重復(fù)。常規(guī)處理基肥（化肥）施用量：安擇復(fù)合肥（N∶P∶K質(zhì)量比15∶15∶15）150.0 kg·hm-2、尿素375.0 kg·hm-2;并分別于5月19日和6月16日各追施1次，總追肥量為復(fù)合肥600.0 kg·hm-2、尿素75.0 kg·hm-2;試驗(yàn)中硝化抑制劑為奧復(fù)托-氮伴產(chǎn)品。冬瓜整個(gè)生育期小區(qū)地面覆蓋薄膜，種植過程中灌溉、除草、病蟲害防治等按當(dāng)?shù)亓?xí)慣和栽培模式管理。

1.4 方法

1.4.1 冬瓜品質(zhì)分析方法 進(jìn)入結(jié)果期采收階段后，用軟尺測量冬瓜長度和上、中、下三部位的周長并求平均值，用電子天平稱重記錄單果質(zhì)量，記錄小區(qū)冬瓜總數(shù)和總質(zhì)量，并折算成每hm2的產(chǎn)量;冬瓜洗凈、去皮、切塊后，在榨汁機(jī)中打碎，紗布過濾，計(jì)算冬瓜出汁率;采用3，5-二硝基水楊酸法測定冬瓜總糖含量;在543 nm波長處采用可見分光光度法（普析通用 T6新世紀(jì)）測定亞硝態(tài)氮含量[14];采用數(shù)顯糖度計(jì)（ATAGO PAL-1）測定可溶性固形物含量。

1.4.2 土壤淋溶液的收集與測定 參考閔炬等[15]的方法，采用土壤淋溶盤收集土壤淋溶液。淋洗盤于2019年7月埋入各處理小區(qū)，使其與土壤很好地結(jié)合，收集面深度約為0.5 m，收集面表面積約為0.25 m2（0.5 m×0.5 m），于5月19日、6月14日、7月14日分3次取樣，每次取樣將裝置中淋溶液抽凈，測定淋溶液體積，用濾紙過濾后，直接用pH計(jì)（Mettler Toledo FE20）測定濾液pH，用連續(xù)流動分析儀（SKALAR San++）測定硝態(tài)氮、總氮和總磷含量;參考陸扣萍等[16]的方法計(jì)算氮磷淋失總量。計(jì)算式如下：

ω（待測物）=[ρ ×V×10-6S ×t×10-4]。

式中：ω（待測物）為待研究物質(zhì)淋失總量（kg·hm-2）;ρ 為淋洗液中待研究物質(zhì)的質(zhì)量濃度（mg·L-1）;V為淋洗液總體積（L）;S為收集表面積（m2）;t 為待研究時(shí)間段的天數(shù)（d）;10-6 為將 mg 換算成 kg 的系數(shù);10-4 為將 m2 換算成 hm2 的系數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2019進(jìn)行整理，采用SAS 9.4 Duncan 法進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 脲酶/硝化抑制劑配施化肥減施對冬瓜品質(zhì)的影響

由表1可知，各施肥處理總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于不施肥處理N0;在所有處理中，N70處理的總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為45.07 mg·g-1，其中N70處理與N70+NI處理之間總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著，與其他處理之間差異顯著;N70+NI處理和N70+NI+UI總糖質(zhì)量分?jǐn)?shù)與常規(guī)施肥N100處理之間差異不顯著。

亞硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)是衡量蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)。在所有處理中，N100處理的冬瓜亞硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，為0.38 mg·kg-1，顯著高于其他處理;氮肥減施后能夠明顯降低冬瓜的亞硝酸鹽含量，N70處理冬瓜亞硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)比常規(guī)施肥降低68.42%;與N70處理相比，N70+NI+UI處理后亞硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)無顯著變化，而單獨(dú)使用硝化抑制劑的N70+NI處理的亞硝酸鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低。

氮肥減施后對冬瓜出汁率和可溶性固形物含量無明顯影響，但會降低亞硝酸鹽含量，而N70+NI+UI處理能夠在增加冬瓜可溶性固形物含量的同時(shí)維持較低的亞硝酸鹽含量，有助于冬瓜品質(zhì)的提高。

2.2 脲酶/硝化抑制劑配施化肥減施對冬瓜產(chǎn)量的影響

由表2可知，常規(guī)施肥處理（N100）冬瓜單果質(zhì)量為18.32 kg，產(chǎn)量為137.36 t·hm-2。氮肥減施30%（N70）后，冬瓜周長和長度均有所降低，但差異不顯著，冬瓜單果質(zhì)量降低9.84%，減產(chǎn)8.30%。不施肥處理（N0）的冬瓜單果質(zhì)量、周長和長度均低于其他施肥處理，并且產(chǎn)量最低。在氮肥減施30%的基礎(chǔ)上，單獨(dú)配施硝化抑制劑處理（N70+NI）冬瓜產(chǎn)量低于常規(guī)施肥處理，但差異不顯著。而脲酶/硝化抑制劑配施處理（N70+NI+UI）對冬瓜的增產(chǎn)效果最好，與常規(guī)施肥處理相比增產(chǎn)17.03%，并且果實(shí)周長、長度和單果質(zhì)量均有不同程度增加。

2.3 脲酶/硝化抑制劑配施化肥減施對土壤氮磷淋溶的影響

由表3可知，在相同處理下，隨著冬瓜種植時(shí)間的延長，土壤總氮和硝態(tài)氮淋溶量基本呈增加趨勢。與常規(guī)施肥N100處理相比，氮肥減施30%（N70）能夠顯著降低土壤總氮和硝態(tài)氮淋溶量，分別為20%～46%和24%～60%。在氮肥減施基礎(chǔ)上，配施硝化抑制劑或脲酶/硝化抑制劑均能夠不同程度降低土壤總氮和硝態(tài)氮的淋溶量，與N70處理相比，N70+NI處理在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)總氮淋溶量分別減少25.88%、16.39%和12.96%，N70+NI+UI處理分別減少1.76%、5.87%和6.60%。與N70處理相比，整個(gè)冬瓜種植期N70+NI處理能夠減少約17.32%總氮的淋失，N70+NI+UI處理減少約5.13%總氮的淋失，而對硝態(tài)氮的淋失量無明顯影響。以上結(jié)果說明，施用硝化抑制劑或脲酶/硝化抑制劑能夠有效降低冬瓜種植過程中土壤總氮的淋失。

通過測定不同時(shí)期土壤淋溶水樣中的總磷含量，與N100處理相比，減少30%氮肥（N70）能夠有效降低土壤全磷的淋失，在3個(gè)時(shí)間點(diǎn)分別減少27.89%、74.51%和44.28%，整個(gè)生育期減少59.44%土壤全磷淋失。在氮肥減施30%的基礎(chǔ)上配施硝化抑制劑或脲酶/硝化抑制劑，整個(gè)冬瓜生育期分別減少約53.32%和69.56%土壤全磷淋失，與N70處理相比，NI和NI+UI處理對土壤全磷的淋失影響不明顯。

3 討論與結(jié)論

蔬菜是人民生活必不可少的重要農(nóng)產(chǎn)品，施肥是維持菜地土壤肥力、保障蔬菜持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的重要手段。但現(xiàn)在露地蔬菜生產(chǎn)過程中普遍存在化肥（尤其是氮肥）施用量高、肥料利用率低等現(xiàn)象[4，17]。研究表明，與常規(guī)施肥量相比，減少30%氮肥施用會造成冬瓜周長和長度有不同程度降低，且冬瓜單果質(zhì)量和產(chǎn)量分別降低9.84%和8.30%。脲酶/硝化抑制劑是常用的2種氮肥增效劑。在氮肥減施30%的基礎(chǔ)上，添加硝化抑制劑后冬瓜單果質(zhì)量和產(chǎn)量沒有顯著變化;而配施脲酶/硝化抑制劑（N70+NI+UI）后，與正常施肥處理相比有一定的增產(chǎn)效果，約增產(chǎn)17.03%。張文學(xué)等[18]研究也指出，脲酶抑制劑和硝化抑制劑共施對水稻有明顯增產(chǎn)效果，并且優(yōu)于單施硝化抑制劑處理。因此，在我國南方熱帶地區(qū)菜地土壤上，硝化抑制劑和脲酶抑制劑配施，可以降低化肥用量并提高冬瓜的產(chǎn)量，是減少氮肥用量和穩(wěn)定蔬菜生產(chǎn)的潛在技術(shù)。

亞硝酸鹽是強(qiáng)致癌物，也是衡量蔬菜品質(zhì)的重要指標(biāo)之一 [19]。蔬菜亞硝酸鹽含量與氮肥施用量和氮肥形態(tài)有關(guān)，過多施用硝態(tài)氮會增加蔬菜內(nèi)硝酸鹽和亞硝酸鹽的累積[20]。研究結(jié)果還證實(shí)，減施30%氮肥可以有效降低冬瓜亞硝酸鹽含量，減少約68.42%。施用硝化抑制劑也是降低蔬菜硝酸鹽累積的有效措施之一[21]，研究表明，加入硝化抑制劑會進(jìn)一步降低冬瓜內(nèi)亞硝酸含量，該過程可能與硝化抑制劑提高植物硝酸還原酶活性和內(nèi)源硝酸鹽利用率有關(guān)[22]。同時(shí)，脲酶/硝化抑制劑共同配施，在減少冬瓜亞硝酸鹽累積的同時(shí)，能夠增加冬瓜內(nèi)出汁率和可溶性固形物含量，有助于冬瓜品質(zhì)的提高。

化肥的過量施用不僅會使蔬菜品質(zhì)和產(chǎn)量下降[20，23]，還容易導(dǎo)致養(yǎng)分在土壤中過量累積[24-25] 。Robert 等[26]研究指出，土壤中有30%～50%肥料氮素發(fā)生淋溶，從而進(jìn)入并污染地下水。大量研究表明，經(jīng)過多年種植后，菜地土壤的氮素形態(tài)出現(xiàn)明顯變化，硝態(tài)氮含量大幅度提高[27-28]，硝態(tài)氮淋失是露地蔬菜種植過程中地下水污染的主要原因[29-30]，由于菜地施肥量及灌溉強(qiáng)度較大， 氮素淋溶量高于一般農(nóng)田的淋溶量[8]。筆者研究表明，在相同處理下，隨著冬瓜種植時(shí)間增長，土壤總氮和硝態(tài)氮淋溶量大多呈現(xiàn)增加趨勢;與常規(guī)施肥相比，減少化肥施用量（N70和N0處理）能夠降低土壤總氮和硝態(tài)氮的淋失，配施硝化抑制劑（N70+NI）和脲酶/硝化抑制劑（N70+NI+UI）對土壤總氮淋失均有不同程度的降低，整個(gè)冬瓜種植周期內(nèi)分別減少約17.32%和5.13%。因此，配施脲酶/硝化抑制劑，是減少化肥施用時(shí)保證蔬菜生產(chǎn)和降低菜地土壤氮素淋溶、提高肥料利用率的有效方法。

綜上所述，在我國南方熱帶地區(qū)冬瓜露地種植過程中，減少氮肥施用的同時(shí)配施脲酶/硝化抑制劑，能夠保證冬瓜品質(zhì)和產(chǎn)量，并減少土壤氮的淋溶，具有明顯的環(huán)境效益。

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