氮肥有機(jī)替減對(duì)成都平原稻菜輪作區(qū)萵筍產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響

鄭盛華，萬柯均，陳尚洪，陳紅琳，沈?qū)W善，王昌桃，劉定輝

(四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南山地農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川 成都 610066)

【研究意義】露地蔬菜生產(chǎn)大量依賴化肥的供應(yīng)[1-2]。萵筍是成都平原稻菜輪作區(qū)大面積種植的露地蔬菜。前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)，彭州市等長(zhǎng)年稻菜輪作大田存在土壤酸化和養(yǎng)分失衡等問題。實(shí)際生產(chǎn)中，大田施肥中農(nóng)民往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷，存在過量施用化肥、偏施氮肥等問題。長(zhǎng)年的露地連坐菜田和稻菜輪作田中，土壤酸化、氮肥過量、養(yǎng)分失衡等問題已成為土壤生態(tài)限制因子，影響萵筍的產(chǎn)量和品質(zhì)，造成土壤微生物環(huán)境失衡，引發(fā)植物生理性病害[3-5]。氮肥有機(jī)替減是減少氮肥用量，提高蔬菜產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)菜田土壤可持續(xù)發(fā)展的有效措施[6]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】有機(jī)肥因其含有豐富的有機(jī)質(zhì)、中微量元素、氨基酸、核糖、維生素等有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，以及有益微生物、活性酶等[7-8]，施入土壤后可以改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保水保肥性能[9]，促進(jìn)蔬菜生長(zhǎng)，從而提高產(chǎn)量和品質(zhì)。大棚田間試驗(yàn)下，化肥減施下配施適當(dāng)比例生物有機(jī)肥，可增強(qiáng)萵筍葉片光合能力, 提高產(chǎn)量和改善可食用部分品質(zhì)，還可調(diào)節(jié)土壤微生物結(jié)構(gòu)，改善萵筍根際土壤理化性狀[10-11]。有機(jī)肥氮替代總氮量25 %下, 可顯著提高包心菜和小青菜產(chǎn)量，減少氨揮發(fā)水平[12]。與單施化肥處理相比，有機(jī)肥部分替代無機(jī)處理番茄總產(chǎn)量提高7.5 %，土壤N2O排放總量降低45.1 %[13]。【本研究切入點(diǎn)】前人針對(duì)不同的氮肥減施和有機(jī)肥配施對(duì)蔬菜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等研究較多。針對(duì)長(zhǎng)年稻菜輪作大田下，研究等氮和減氮條件下有機(jī)肥部分替代化肥對(duì)蔬菜產(chǎn)量，以及緩解土壤酸化等障礙因子作用機(jī)制，保障稻菜輪作大田土壤可持續(xù)性的研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問題】本試驗(yàn)以露地萵筍為研究對(duì)象，研究氮肥有機(jī)替減對(duì)長(zhǎng)年稻菜輪作大田萵筍產(chǎn)量和土壤理化性狀的影響，為成都平原稻菜輪作區(qū)萵筍合理施肥和土壤可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年9-12月在四川省成都市彭州九尺鎮(zhèn)高林村進(jìn)行。試驗(yàn)地屬亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，無霜期278 d，多年平均氣溫15.7 ℃，多年平均降雨量960 mm，年日照時(shí)數(shù)1180 h。試驗(yàn)地為長(zhǎng)年稻菜輪作大田，土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況為pH 5.67、有機(jī)質(zhì)28.5 g·kg-1、全氮1.6 g·kg-1、堿解氮152.3 mg·kg-1、有效磷74.4 mg·kg-1、速效鉀143 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用二因素區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，氮肥減施和有機(jī)肥替代以氮素施用量為標(biāo)準(zhǔn)，每個(gè)處理設(shè)置3 次重復(fù)。小區(qū)面積3 m×5 m，每小區(qū)間扎埂隔斷30 cm。純氮投入設(shè)常規(guī)施氮和減氮25 %共2個(gè)水平。有機(jī)氮替代水平設(shè)不替代、25 %替代、50 %替代共3個(gè)水平。試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理，即不施肥(CK)、常規(guī)施N(NPK1)、常規(guī)施N+有機(jī)替代25 %(25 % O1)、常規(guī)施N+有機(jī)替代50 %(50 % O1)、減N25 %(NPK2)、減N25 %+有機(jī)替代25 %(25 % O2)、減N25 %+有機(jī)替代50 %(50 % O2)。

作物有機(jī)肥和磷、鉀肥均一次性基施，氮肥按基施、追施=60 %∶40 %分2次施用。以等N施用量為基準(zhǔn)，P、K用量相應(yīng)折算，各處理P、K施用量保持一致。N、P、K常規(guī)施肥量參考當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣，其中N肥225 kg·hm-2，P2O5肥150 kg·hm-2，K2O肥150 kg·hm-2。

1.3 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)地輪作模式為萵筍-水稻。萵筍品種為竹筒青，采用育苗移栽，供試肥料中化肥用尿素(N46 %)、過磷酸鈣(P2O512 %)和氯化鉀(K2O 60 %)，有機(jī)肥為商品豬糞有機(jī)肥，根據(jù)肥料商品標(biāo)識(shí)和含水率，折算有效肥效。萵筍于2018年10月初移栽，12月中旬收獲。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

產(chǎn)量：于成熟期將每個(gè)小區(qū)的萵筍全部收獲，除去爛葉，實(shí)際稱量莖葉鮮重計(jì)產(chǎn)。形態(tài)指標(biāo)：于收獲前每個(gè)小區(qū)選連續(xù)10株萵筍測(cè)定株高和莖粗。葉綠素SPAD值：于萵筍收獲前，利用SPAD-502plus葉綠素儀測(cè)定每個(gè)小區(qū)連續(xù)10株萵筍頂部第一片葉子中部葉綠素SPAD值。土壤速效養(yǎng)分：在萵筍收獲后采取5點(diǎn)隨機(jī)采集各小區(qū)0～20 cm耕層土壤，有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定，堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定，速效磷含量采用碳酸氫鈉浸提—鉬銻抗比色法測(cè)定，速效鉀含量采用乙酸銨浸提—火焰光度法測(cè)定。土壤緊實(shí)度：用英國(guó)Spectrum 900土壤緊實(shí)度儀，于萵筍收獲后在每個(gè)小區(qū)S型選擇3點(diǎn)重復(fù)，測(cè)試0～20 cm土壤緊實(shí)度。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2013和SPSS 20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥有機(jī)替減對(duì)萵筍產(chǎn)量的影響

由表1可知，氮肥減施和有機(jī)肥替代處理萵筍產(chǎn)量較不施肥(CK)和常規(guī)施肥(NPK1)均顯著增產(chǎn)(P<0.05)。與CK相比，有機(jī)肥替代處理的增幅為14.3 %～16.0 %，氮肥減施(NPK2)處理的增幅為12.7 %，而氮肥有機(jī)替減的增幅則為15.4 %～17.7 %。與NPK1相比，25 % O1、50 % O1增幅為6.3 %～7.9 %，NPK2增幅為4.8 %，而25 % O2、50 % O2增幅則為7.3 %～9.4 %。由此可見，試驗(yàn)地氮肥減施和有機(jī)肥替代均能提高萵筍的產(chǎn)量。所有處理中，萵筍產(chǎn)量以50 % O2的增幅最大，與NPK2相比也顯著增產(chǎn)(P<0.05)。

表1 氮肥有機(jī)替減對(duì)萵筍產(chǎn)量的影響

2.2 氮肥有機(jī)替減對(duì)萵筍生物性狀的影響

由表2可知，氮肥有機(jī)替減處理下，萵筍株高和葉綠素SPAD值較CK顯著增高(P<0.05)。減氮處理與常規(guī)施肥之間差異不顯著。各處理中萵筍莖粗差異不顯著。隨著有機(jī)肥替代比例的增加，萵筍各生物性狀均呈增大的趨勢(shì)，但差異不顯著。

表2 氮肥有機(jī)肥替減對(duì)萵筍生物性狀的影響

2.3 氮肥有機(jī)替減對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

由表3可知，與常規(guī)施肥NPK1相比，氮肥有機(jī)替減措施減少了萵筍根層土壤堿解氮含量，緩解土壤酸化。試驗(yàn)地萵筍收獲后，土壤pH值較CK均顯著降低(P<0.05)。在有機(jī)替減處理中，隨有機(jī)肥替代比例的增加，pH呈上升趨勢(shì)。

表3 氮肥有機(jī)替減對(duì)0～20 cm土壤養(yǎng)分含量的影響

從土壤全氮含量看，50 % O1和NPK2土壤全氮含量顯著高于CK(P<0.05)。氮肥減施處理較常規(guī)施肥處理的土壤堿解氮含量下降。隨有機(jī)肥替代比例的增加，土壤堿解氮含量總體呈降低趨勢(shì)。相關(guān)分析表明，pH與堿解氮呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05，圖1)。

有機(jī)質(zhì)含量隨有機(jī)肥替代比例的增加而增加，但差異不顯著。各處理的土壤有效磷含量差異不顯著。土壤速效鉀含量中，NPK1顯著高于CK(P<0.05)，其他處理差異不顯著。

2.4 氮肥有機(jī)替減對(duì)土壤緊實(shí)度的影響

由圖2所示，土壤緊實(shí)度隨土層深度增加而升高。在相同土層深度下，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，土壤緊實(shí)度呈降低趨勢(shì)，即緊實(shí)度CK最大，而有機(jī)肥替代50 %處理下土壤緊實(shí)度最小。由此可見，有機(jī)肥替減可以降低土壤緊實(shí)度，改善土壤物理性狀。

3 討 論

作為植物生長(zhǎng)發(fā)育所需的重要營(yíng)養(yǎng)元素，氮肥的合理施用與蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)等之間存在密切關(guān)系。優(yōu)化氮肥施用對(duì)提高蔬菜產(chǎn)量，維持土壤肥力，培肥土壤具有重要意義[14]。本研究表明，氮肥有機(jī)替減處理能顯著提高萵筍產(chǎn)量，其中減氮25 %+有機(jī)肥替代50 %處理產(chǎn)量增幅最大。氮肥極易通過揮發(fā)、淋溶等方式損失，而有機(jī)肥分解緩慢，具有長(zhǎng)效性。通過減施氮肥并配施一定比例的有機(jī)肥，不僅滿足了蔬菜生產(chǎn)的高產(chǎn)需求，而且還降低了氮素養(yǎng)分的流失風(fēng)險(xiǎn)[15]。在萵筍的生物性狀中，氮肥有機(jī)替減處理下，萵筍株高和葉綠素SPAD值較CK均顯著增高(P<0.05)，這與張迎春等[11]研究結(jié)果基本一致。有研究認(rèn)為，氮肥過量施用時(shí)，萵筍體內(nèi)的氮素代謝過于旺盛，造成碳、氮代謝失衡，使得其氮素積累過多，在強(qiáng)光照條件下葉片容易出現(xiàn)萎蔫，導(dǎo)致光合速率下降，進(jìn)而影響萵筍的整個(gè)形態(tài)特征[16]。而有機(jī)肥中含有維持葉綠素結(jié)構(gòu)和功能的多種中微量元素，有機(jī)肥施用能促進(jìn)葉綠素含量的升高及萵筍形態(tài)的發(fā)展[17]。因而，合理的有機(jī)替減措施能夠促進(jìn)萵筍生物性狀的增長(zhǎng)。

研究表明，減施化肥和配施有機(jī)肥能有效改善土壤理化性狀，培肥土壤[10]。本試驗(yàn)中，氮肥有機(jī)替減后土壤pH值隨有機(jī)肥替代比例的提高而升高，起到了緩解酸化的效果，這與趙晶等[18]等研究結(jié)果一致。作物生長(zhǎng)過程中吸收了部分氮素，同時(shí)土壤淋溶和氨揮發(fā)損失了部分氮素，增加了H+離子使得土壤酸化[19]。本研究中，與常規(guī)化肥相比，氮肥有機(jī)替減處理降低土壤中堿解氮含量，提高了pH值，緩解土壤酸化，其中土壤pH與堿解氮呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。這可能是N肥減施和有機(jī)豬糞替代的雙重作用下，一方面減少了N素投入，降低了堿解氮等含量，另一方面有機(jī)豬糞提高了土壤的酸堿緩沖能力。蔡澤江[20]研究認(rèn)為，豬糞氮替代化肥氮能有效防治紅壤酸化。有機(jī)氮替代化肥氮通過降低硝化作用、減少硝態(tài)氮和 H+產(chǎn)生量，以及增加 C/N 比等，從而緩解了土壤酸化。具體機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

前人研究表明施用有機(jī)肥能顯著提高有機(jī)碳含量，可利于土壤氮素的積累[21]，同時(shí)有機(jī)肥適當(dāng)比例的替代化肥能提高土壤速效養(yǎng)分[22]。本試驗(yàn)在減氮處理和有機(jī)豬糞替代處理下，土壤有機(jī)質(zhì)、有效磷和速效鉀的差異不顯著，對(duì)全氮含量影響也較小，僅堿解氮含量與CK差異顯著(P<0.05)。氮肥過量施用易造成土壤的板結(jié)，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)。本研究表明，氮肥有機(jī)替減處理不同程度地降低了土壤緊實(shí)度，且隨有機(jī)肥替代比例的增加而降低，這與[23]等人研究結(jié)果一致。減施氮肥對(duì)土壤緊實(shí)度有一定的緩解作用，而有機(jī)肥本身具有良好的疏松性，施用后可增加土壤孔隙度[24]，因此，氮肥有機(jī)替減措施能有效降低菜田土壤緊實(shí)度，緩解土壤板結(jié)。有機(jī)肥替減氮肥對(duì)土壤養(yǎng)分和理化性狀的影響將是一個(gè)長(zhǎng)期而持續(xù)的過程。

4 結(jié) 論

綜上，針對(duì)成都平原長(zhǎng)年稻菜輪作大田土壤酸化、氮肥養(yǎng)分失衡等問題，氮肥減施和有機(jī)肥替代處理可顯著提高成都平原長(zhǎng)年稻菜輪作大田萵筍的產(chǎn)量，緩解土壤酸化，降低土壤緊實(shí)度，改善土壤理化性狀，是實(shí)現(xiàn)萵筍穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)和土壤可持續(xù)的科學(xué)有效的施肥方式。