深圳地區(qū)優(yōu)化施肥對油麥菜生長和肥料利用率的影響

阮兆英，袁文靜，祁百福，黃少珍，楊澤柳，魯長青

（深圳市農(nóng)業(yè)科技促進中心，廣東 深圳 518055）

【研究意義】在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，肥料施用仍存在眾多不合理現(xiàn)象，如施肥量過大、養(yǎng)分比例失衡等。這不僅造成土壤養(yǎng)分失衡，土壤酸化、次生鹽漬化［1-2］，病蟲害滋生［3］，還會產(chǎn)生環(huán)境污染問題，如大量氮和磷的化合物進入土壤和水體中，并且循環(huán)和降解過程比較緩慢，不僅造成水體富營養(yǎng)化，導(dǎo)致藻類滋生，出現(xiàn)部分河水中的魚蝦發(fā)生死亡的現(xiàn)象［4］。這些現(xiàn)象讓人誤以為施用化肥如同洪水猛獸，需要禁止使用才能確保糧食安全，避免環(huán)境惡化。然而，聯(lián)合國統(tǒng)計信息表明，化肥可以提高40%～60%作物單產(chǎn)，我國以占世界7%的耕地養(yǎng)活世界22%的人口，化肥的功勞不可磨滅［5］。因此，有必要通過測土配方施肥來優(yōu)化傳統(tǒng)施肥方式，并了解作物對肥料利用率情況，這對合理施肥具有重要的意義。

【前人研究進展】2003 年農(nóng)業(yè)部提出了“沃土工程項目規(guī)劃”，重點推廣測土配方施肥，綜合利用有機肥資源，提高土壤的基礎(chǔ)地力。2005年農(nóng)業(yè)部在全國啟動了測土配方施肥項目，以保護農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［6］，2015 年農(nóng)業(yè)部印發(fā)了“到2020 年化肥使用量零增長行動方案”、2016 年農(nóng)業(yè)部發(fā)布了“大力推進種養(yǎng)循環(huán)、開展果菜茶有機肥替代行動”［7］?？茖W施肥是保證農(nóng)作物高產(chǎn)，減少農(nóng)業(yè)面源污染的根本。在實現(xiàn)糧食作物高產(chǎn)，解決人民溫飽的同時需要考慮實現(xiàn)經(jīng)濟作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，增加農(nóng)民經(jīng)濟收入和改善人民生活。大量的研究表明與單施化肥相比，氮、磷、鉀肥配施可以顯著提高作物的產(chǎn)量［8］，而且可以提高土壤有機質(zhì)含量和全氮含量［9］，從而提高土壤肥力。當化肥用量超過一定水平后，作物產(chǎn)量將不再顯著增加，甚至可能出現(xiàn)下降趨勢［10-11］。前期我們對深圳市肥料使用量的統(tǒng)計調(diào)查發(fā)現(xiàn)菜農(nóng)偏好施用15-15-15復(fù)合肥，致使菜地土壤普遍氮素水平偏高，磷、鉀明顯富集，交換性鈣、交換性鎂比例失衡［12］。國內(nèi)外研究結(jié)果和生產(chǎn)實踐表明，合理、科學施肥可以促進蔬菜作物生長發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的提高。李永勝等［13］在研究菜心減量優(yōu)化施肥發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化施肥可以顯著改善菜心品質(zhì)，提高肥料利用率。張揚［14］的研究表明，根據(jù)作物需肥量及土壤情況，合理施用化肥對土壤肥力的提高和菜椒果實的品質(zhì)有積極促進作用。

【本研究切入點】在深圳地區(qū)各個農(nóng)場基本上以種植蔬菜為主。在每年的春夏時節(jié)，由于氣候高溫高濕且常伴有臺風登陸，傳統(tǒng)的葉菜類蔬菜在無設(shè)施條件下很難生產(chǎn)。試驗選用的油麥菜品種為四季甜嘜菜大芽豐產(chǎn)（809），該品種為菊科苦苣屬的苦苣（荬）菜種（Sonchus oleraceusL.）［15］，由于其抗蟲、抗病、抗熱、耐雨打、高產(chǎn)等特點，深受廣大菜農(nóng)喜愛，是春夏時節(jié)本地葉菜的重要補充品種之一?！緮M解決的關(guān)鍵問題】針對目前葉菜類蔬菜施肥中存在的普遍問題，開展減量施肥和優(yōu)化施肥研究，探討不同肥料種類和用量對油麥菜產(chǎn)量的影響，并對經(jīng)濟效益和肥料貢獻率進行分析，旨在為油麥菜合理施肥和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在深圳市坪山區(qū)龍?zhí)锝值郎钲谑修r(nóng)業(yè)科技促進中心試驗場（114°21' 15.4" E，22°44' 58.5" N）進行。試驗區(qū)地處北回歸線以南，屬于典型的亞熱帶濕潤季風氣候，海拔30.4 m，光照資源充足。試驗地耕層土壤為沙壤土，在試驗開始前其理化性質(zhì)為：pH 6.41，有機質(zhì)12.00 g/kg，堿解氮62.60 mg/kg，速效鉀34.00 mg/kg，有效磷206.30 mg/kg。供試油麥菜品種為四季甜嘜菜大芽豐產(chǎn)（809），由深圳市范記種子有限公司提供，供試肥料為復(fù)合肥（18-8-15）、尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。

1.2 試驗方法

試驗設(shè)6 個處理：無肥區(qū)，全生育期不施用任何肥料；無氮區(qū)，每667 m2施入P2O51.40 kg、K2O 8.39 kg；無鉀區(qū)，每667 m2施入N 12.46 kg、P2O51.40 kg；無磷區(qū)，每667 m2施入N 12.46 kg、K2O 8.39 kg；配方肥區(qū)，每667 m2施入N 12.46 kg、P2O51.40 kg、K2O 8.39 kg；常規(guī)施肥區(qū)，每667 m2施入N 12.46 kg、P2O55.54 kg、K2O 10.38 kg。每個處理3 次重復(fù)，隨機排列，小區(qū)面積包溝9 m2（長6 m，寬1.2 m），處理間通過排水溝隔開，溝寬0.3 m。

試驗于2020 年4 月13 日播種育苗，5 月13日移栽。移栽前各處理按要求分別施入基肥。其中，無肥區(qū)處理全生育期不施肥，其他各個處理除過磷酸鈣100%施入土壤以外，其他肥料按照總施肥量的30%施入土壤作為基肥。追肥分3 次施入，分別為：移栽后7 d 第1 次追肥20%，移栽后17 d 第2 次追肥30%，移栽后27 d 第3 次追肥20%。于6 月10 日采收。各處理每個時期的施肥量見表1。其他栽培管理與大田相同，嚴格控制整個生長期的病蟲草害。

表1 各處理每個時期的施肥量情況Table 1 Fertilizer application amount of different treatments in each period（g）

1.3 測定項目及方法

各處理內(nèi)每個重復(fù)選取6 株長勢一致的植株沿土面剪取地上部分進行稱重測產(chǎn)，并記錄單株生物量。植物樣品檢測全株氮、磷、鉀的含量。全氮含量采用自動定氮儀法測定，全磷含量采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定，全鉀含量采用火焰光度計法測定。使用土鉆采用5 點法在每個小區(qū)中采集0～15 cm 土層土壤混合均勻，用于檢測土壤pH 值、有機質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。土壤pH 值使用臺式多參數(shù)測量儀S220-K 測定，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用原子吸收分光光度計PE pinAAcle 900T 測定。所有采集的樣品均委托華測檢測認證有限公司進行測定。

土壤地力貢獻率（%）=不施肥處理產(chǎn)量/施肥處理最高產(chǎn)量×100

肥料貢獻率（%）=（施肥處理產(chǎn)量-不施肥處理產(chǎn)量）/施肥處理產(chǎn)量×100

農(nóng)學利用率（kg/kg）=（施肥處理產(chǎn)量-不施肥處理產(chǎn)量）/（施氮量+施磷量+施鉀量）

肥料利用率（%）＝（施肥區(qū)養(yǎng)分吸收量－缺素區(qū)養(yǎng)分吸收量）/（肥料施用量×肥料養(yǎng)分含量）×100

產(chǎn)值＝產(chǎn)量×油麥菜銷售價

肥款＝肥料用量×肥料價格

施肥收入＝產(chǎn)值－無肥區(qū)產(chǎn)值－肥款

產(chǎn)投比＝（產(chǎn)值－無肥區(qū)產(chǎn)值）/ 肥款

試驗數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007 整理，采用SPSS 17.0 軟件分析數(shù)據(jù)、Origin 8.5 軟件作圖。不同處理間多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對油麥菜生物量的影響

不同施肥處理油麥菜的產(chǎn)量統(tǒng)計結(jié)果見圖1。試驗結(jié)果顯示，與不施肥對照相比，施肥可以大大提高油麥菜的生物量，增產(chǎn)幅度為81.89%～410.63%，增幅效果顯著。與無肥區(qū)相比，各施肥處理僅無氮區(qū)的油麥菜生物量差異不顯著，其他施肥處理油麥菜生物量均顯著提高，表現(xiàn)為配方肥區(qū)＞無磷區(qū)＞常規(guī)施肥區(qū)＞無鉀區(qū)＞無氮區(qū)＞無肥區(qū)，以配方肥區(qū)油麥菜生物量最高達到333.12 g/株。同時，也可以看出在土壤有效磷含量較高時可少施磷肥或者不施磷肥，對油麥菜生物量影響不大。

圖1 不同施肥處理對油麥菜生物量的影響Fig.1 Effects of different fertilization treatments on the biomass of Lactuca sativa

2.2 不同施肥處理對油麥菜肥料貢獻率的影響

土壤地力貢獻率是反映土壤生產(chǎn)能力的指標，而肥料貢獻率是肥料對作物產(chǎn)量的貢獻率，把無肥區(qū)處理的產(chǎn)量視為土壤（地力）對產(chǎn)量的貢獻，以其為基準進行計算，反映投入肥料的生產(chǎn)能力的指標［16］。通過計算得出土壤地力貢獻率為19.58%，這一數(shù)據(jù)可以說明土壤中的基礎(chǔ)肥力對油麥菜的產(chǎn)量貢獻不超過20%，生育期施肥對提高油麥菜產(chǎn)量有重要的意義。從土壤本底的數(shù)據(jù)，通過測土配方施肥計算，并對照葉菜類蔬菜的推薦施肥指標，可得出試驗田為低氮、富磷、低鉀的土壤。

如圖2 所示，各個處理肥料的貢獻率為40.71%～79.91%，與無氮區(qū)處理相比，其他施肥處理的肥料貢獻率均顯著提高。表明適當增施氮肥可顯著提高油麥菜的產(chǎn)量，尤其是施用氮肥是油麥菜產(chǎn)量形成的關(guān)鍵原因。

圖2 不同施肥處理肥料貢獻率比較Fig.2 Comparison of fertilizer contribution rates of different fertilization treatments

2.3 不同施肥處理對油麥菜肥料農(nóng)學利用率的影響

農(nóng)學利用率是指單位施入養(yǎng)分量（N+P2O5+K2O）生產(chǎn)的經(jīng)濟收獲物，反映了單位養(yǎng)分量增加作物產(chǎn)量的能力［16］。不同施肥處理肥料農(nóng)學利用率的變幅為54.57～120.41 kg/kg。各處理農(nóng)學利用率表現(xiàn)為無鉀區(qū)＞配方肥區(qū)＞無磷區(qū)＞常規(guī)施肥區(qū)＞無氮區(qū)（圖3）。與配方肥處理相比常規(guī)施肥的油麥菜產(chǎn)量無顯著差異，而農(nóng)學利用率卻顯著低于配方肥處理，說明過量施肥會降低肥料農(nóng)學利用率，造成肥料的浪費。而無氮區(qū)處理缺少了油麥菜產(chǎn)量形成的關(guān)鍵氮肥，肥料農(nóng)學利用率顯著低于無鉀區(qū)、無磷區(qū)、配方肥區(qū)處理。而對葉菜類蔬菜來說可以少施鉀肥，當土壤磷肥充足時，可以不施磷肥，以提高肥料農(nóng)學利用率，避免肥料浪費。

圖3 不同施肥處理肥料農(nóng)學利用率比較Fig.3 Comparison of agronomic utilization rates of different fertilization treatments

2.4 常規(guī)施肥和配方肥處理的肥料利用率比較

通過對土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分的分析，可以得出試驗地的土壤為低氮、富磷、低鉀。由于葉菜類蔬菜喜氮，因此對常規(guī)施肥區(qū)采用等氮量的施肥設(shè)計從市場上挑選相近的肥料配比與配方肥處理進行施肥比較。由表2 可知，配方肥處理氮肥利用率、磷肥利用率和鉀肥利用率均高于常規(guī)施肥。其中，氮肥利用率提高4.48%，磷肥利用率提高14.80%。而鉀肥利用率配方肥處理比常規(guī)施肥處理提高5.59%。由此可以得出，在土壤富磷的前提下，葉菜類可以少施磷肥，同時適當使用單質(zhì)肥配比，可以提高肥料利用率，避免使用過多的肥料而造成肥料浪費。

表2 兩種不同施肥配比的肥料利用率Table 2 Fertilizer utilization rates of two different fertilization ratios

2.5 不同施肥處理的經(jīng)濟效益分析

從表3 可以看出，各施肥處理之間收獲的產(chǎn)值比較為配方肥區(qū)＞無磷區(qū)＞常規(guī)施肥區(qū)＞無鉀區(qū)＞無氮區(qū)＞無肥區(qū)，與無肥區(qū)處理相比產(chǎn)值增幅為81.89%～410.69%。其中配方肥區(qū)產(chǎn)值最高，產(chǎn)值收益最可觀。不同處理間的肥料投入相差較大，這會影響到施肥收入和產(chǎn)投比。各處理之間的比較以配方肥區(qū)施肥收入最高達57839.29 元/hm2，而無氮區(qū)施肥收入最低為11 005.56 元/hm2。

表3 不同施肥處理油麥菜經(jīng)濟效益比較Table 3 Comparison of economic benefits of Lactuca sativa under different fertilization treatments

從產(chǎn)投比（施肥收入與肥料成本的比值）來看，以無鉀區(qū)最高為27.63，配方肥區(qū)的產(chǎn)投比為24.74，而無氮區(qū)的產(chǎn)投比最低為11.85。與無氮區(qū)處理相比，無鉀區(qū)處理和配方肥區(qū)處理產(chǎn)投比分別提高133.16%和108.78%。

2.6 不同施肥處理對土壤理化性質(zhì)的影響

試驗結(jié)束后，對各處理土壤分別進行分析檢測，由表4 可知，各處理的pH 值、有機質(zhì)含量、水解氮含量、有效磷含量及速效鉀含量等指標均發(fā)生了一定的變化。無肥區(qū)和無氮區(qū)試驗前后pH值略有提升但是變化不大，其他處理的pH 值均有所下降，由此可以推斷，使用氮肥可能是影響土壤pH 值變化的重要原因之一。各施肥處理施肥前后有機質(zhì)含量的變化規(guī)律不大，變化幅度在11.00～12.40 之間。與初始土壤中的水解氮含量相比，試驗后土壤水解氮含量各處理都有所提升，其中常規(guī)施肥區(qū)土壤水解氮含量最高。

表4 不同施肥處理土壤主要養(yǎng)分含量變化情況Table 4 Changes in main nutrient contents of soil under different fertilization treatments

土壤有效磷含量僅無氮區(qū)處理有效磷含量變化幅度較大，其他處理在施肥后有效磷均有所提高；各處理施肥后，土壤速效鉀含量均有所提高，以常規(guī)施肥區(qū)土壤速效鉀含量提高最多。

3 討論

土壤地力貢獻率可以評價農(nóng)田土壤養(yǎng)分供給能力。對葉菜類蔬菜而言，氮素是土壤養(yǎng)分的主要限制因子，本試驗中土壤地力貢獻率為19.58%，而區(qū)惠平等［17］在甘蔗上的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過一定年限的種植土壤的基礎(chǔ)地力貢獻率仍能維持在50%以上。土壤地力貢獻率低，是無肥區(qū)和無氮區(qū)產(chǎn)量不高的真正原因，不施氮肥嚴重影響油麥菜的正常生長。本試驗中與無肥處理相比，無氮處理的油麥菜產(chǎn)量略高但無顯著差異，施入氮肥后可以顯著提高油麥菜產(chǎn)量。研究表明在土壤本底有效磷、速效鉀含量充足的前提下，適當減少鉀肥和磷肥的投入對作物的生長和產(chǎn)量影響不大［18］。前期本底檢測可以推斷出試驗農(nóng)田土壤為低氮、高磷、低鉀，在不施磷肥情況下，油麥菜的生物量高于常規(guī)施肥區(qū)，因此可以適當減少磷肥投入。

施肥對油麥菜有明顯的增產(chǎn)作用，也可以從肥料的貢獻率和農(nóng)學利用率體現(xiàn)出來，各施肥處理肥料貢獻率為配方肥區(qū)＞無磷區(qū)＞無鉀區(qū)＞無氮區(qū)。配方肥可以獲得較高的作物產(chǎn)量，氮磷鉀肥對作物的增產(chǎn)效果是氮＞鉀＞磷，結(jié)果也證實氮肥對油麥菜增產(chǎn)起主導(dǎo)作用，鉀肥的增產(chǎn)要優(yōu)于磷肥。由于本試驗所選地塊土壤有效磷含量相對充足、植株對磷肥的需求相對較弱，研究成果與孫曉等［19］和宇萬太等［20］相似。油麥菜地上部可食用部分可達90%以上，與糧食作物相比葉菜類蔬菜具有更高的農(nóng)學利用率。孫曉等［19］在氮磷鉀豐缺對白菜產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率的研究中發(fā)現(xiàn)白菜的農(nóng)學利用率最高可達131.32 kg/kg，王東升等［21］在白菜的研究農(nóng)學利用率最高可達到278.69 kg/kg，這與本試驗結(jié)果相吻合。肥料農(nóng)學利用率的大小也可用于評價肥料的增產(chǎn)效果，本試驗中各施肥處理農(nóng)學利用率以無鉀區(qū)最高，無氮區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)的農(nóng)學利用率顯著低于其他處理。

測土配方施肥是綜合考慮了土壤、肥料和作物三者之間的相互關(guān)系，從中尋求合理的施肥比例，以減少化肥施用量。前人的研究表明肥料利用率高低與氣候條件、耕作管理技術(shù)及作物種類等因素有關(guān)，但主要是由于肥料的過量使用導(dǎo)致利用率低［22-24］。本試驗通過測土配方施肥技術(shù)優(yōu)化施肥比例，減少肥料的使用量，結(jié)果表明配方肥處理氮、磷、鉀肥的利用率分別為43.52%、22.27%和57.54%，與常規(guī)施肥相比分別提高4.48%、14.80%和5.59%。施肥的目的在提高產(chǎn)量的同時，也要考慮經(jīng)濟效益［13］。從養(yǎng)分投入來看，常規(guī)施肥處理的有效養(yǎng)分總量（N+P2O5+K2O）最高，達到425.70 kg/hm2，其他處理的施肥量均低于常規(guī)施肥處理。從產(chǎn)量上看，常規(guī)施肥處理與無鉀區(qū)、無磷區(qū)和配方肥區(qū)均無顯著差異，但以配方肥處理產(chǎn)量最高，無磷肥區(qū)次之。因此，各施肥處理的經(jīng)濟效益以配方肥施肥處理收入最為可觀，收入最高。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，在土壤地力貢獻率較低的情況下，施肥可顯著提高油麥菜的生物量和產(chǎn)量，以配方肥處理達到最高水平。從肥料的貢獻率和農(nóng)學利用率分析可以得出，在油麥菜產(chǎn)量形成過程中氮肥對增產(chǎn)起主導(dǎo)作用，鉀肥的增產(chǎn)效果優(yōu)于磷肥。基于測土配方施肥技術(shù)指導(dǎo)并優(yōu)化油麥菜的施肥方式可以提高氮、磷、鉀肥的利用率，其中氮肥利用率達43.52%，磷肥利用率達22.27%，鉀肥利用率達57.54%，均顯著高于常規(guī)施肥處理，同時也可以提高農(nóng)戶的經(jīng)濟收益。因此，本研究結(jié)果可為宣傳和推廣測土配方施肥技術(shù)提供一定的理論研究基礎(chǔ)，為實現(xiàn)化肥零增長和肥料利用率提高到40%以上的目標提供依據(jù)。