設(shè)施菜地有機(jī)肥替代化肥潛力研究

楊巖，肖建軍，徐鈺，石璟，王梅，李妮，江麗華，4，馬榮輝，郭躍升

（1.山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所／山東省植物營(yíng)養(yǎng)與肥料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；2.農(nóng)業(yè)部廢棄物基質(zhì)化利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250100；3.平原縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，山東 平原 253100；4.農(nóng)業(yè)部山東耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，山東 濟(jì)南 250100；5.山東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，山東 濟(jì)南 250100）

我國(guó)是世界上最大的蔬菜生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，播種面積和產(chǎn)量均為世界第一。然而，蔬菜尤其是設(shè)施蔬菜種植中的不合理施肥［1，2］，在導(dǎo)致肥料利用率和生產(chǎn)效益降低的同時(shí)，還導(dǎo)致土壤質(zhì)量退化、重金屬積累、蔬菜可食部分和地下水硝酸鹽超標(biāo)等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重制約了蔬菜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［3－7］。

化肥的過(guò)量施用一直是學(xué)者們關(guān)注的焦點(diǎn)，并且在蔬菜化肥減施潛力［2］及化肥減施或推薦施肥方面［8－10］也取得較多的研究成果。然而，蔬菜種植中有機(jī)肥施用的盲目性卻不容忽視。研究表明，長(zhǎng)期不合理施用有機(jī)肥，會(huì)導(dǎo)致設(shè)施菜地土壤次生鹽漬化［11－13］、土壤酸化［3，14］、養(yǎng)分不平衡［15－17］等土壤質(zhì)量退化問(wèn)題，進(jìn)而出現(xiàn)產(chǎn)量品質(zhì)下降、病蟲(chóng)害加重等一系列問(wèn)題，嚴(yán)重影響設(shè)施農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)效益。因此，在國(guó)家推進(jìn)“果菜茶有機(jī)替代”和“化肥農(nóng)藥雙減”系列項(xiàng)目研究的大背景下，開(kāi)展設(shè)施菜地有機(jī)肥替代化肥潛力研究尤為重要。本試驗(yàn)在養(yǎng)分推薦用量條件下，通過(guò)研究不同商品有機(jī)肥用量對(duì)蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分利用效率和經(jīng)濟(jì)效益的影響，以明確有機(jī)肥替代化肥的最佳比例，為化肥減施和有機(jī)肥精準(zhǔn)施用提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及材料

試驗(yàn)于2018—2019年在山東省平原縣坊子鄉(xiāng)葉莊村進(jìn)行。試驗(yàn)地為潮土，0～20 cm土層pH值為（土∶水＝1∶2.5）7.66，有機(jī)質(zhì)含量18.70 g／kg、硝態(tài)氮48.82 mg／kg、銨態(tài)氮3.84 mg／kg、速效磷（P2O5）496.79 mg／kg、速效鉀（K2O）225.5 mg／kg。

供試化肥及牛糞堆肥均由山東德魯克農(nóng)業(yè)有限公司提供；商品有機(jī)肥由德州市佳和牧業(yè)有限公司提供。具體養(yǎng)分含量如表1所示。

表1 供試肥料養(yǎng)分含量

試驗(yàn)期內(nèi)種植兩季蔬菜。第1季為番茄，品種為高棵，行株距85 cm×35 cm。2018年2月1日定植，6月15日拉秧，全生育期共135天。第2季為西葫蘆，品種為佳麗99，行株距90 cm×75 cm。2018年10月29日定植，2019年4月28日拉秧，全生育期共182天。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)當(dāng)?shù)厥┓是闆r，試驗(yàn)以商品有機(jī)肥提供氮素分別替代氮肥推薦用量的20%、40%和60%，設(shè)置3、6、9 t／hm2三個(gè)有機(jī)肥用量梯度（化肥施用量為減去有機(jī)肥提供的氮磷鉀量），氮空白對(duì)照及推薦化肥用量共5個(gè)處理。隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次。小區(qū)面積為32.4 m2。各處理每季均基施堆肥150 m3／hm2，其純養(yǎng)分量為（N－P2O5－K2O）195.5－80.0－82.2（kg／hm2），其余施肥量詳見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)（kg／hm2）

1.3 取樣及指標(biāo)測(cè)定

于番茄、西葫蘆盛果期，每處理多點(diǎn)采集果實(shí)樣品10個(gè)，測(cè)定其橫徑、單果重；之后切碎混勻，采用2，6－二氯靛酚滴定法測(cè)定還原性VC含量，紫外分光光度法測(cè)定硝酸鹽含量。采集適量果實(shí)和拉秧時(shí)的植株，烘干至恒重后磨碎，采用濃H2SO4－H2O2消煮－蒸餾定氮法分析全氮含量。

對(duì)全生育期內(nèi)的番茄、西葫蘆產(chǎn)量按照試驗(yàn)小區(qū)分次記錄，計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益及產(chǎn)投比。

1.4 有關(guān)指標(biāo)計(jì)算和統(tǒng)計(jì)方法［18］

氮肥農(nóng)學(xué)效率（kg／kg）＝施氮作物增產(chǎn)量／施氮量；氮肥利用率（%）＝（施氮區(qū)植株地上部養(yǎng)分積累量－不施氮區(qū)植株地上部養(yǎng)分積累量）／施氮量×100；氮肥偏生產(chǎn)力（kg／kg）＝經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量／施氮量；氮素積累量（kg／hm2）＝非收獲物干重×非收獲物氮素含量＋收獲物干重×收獲物氮素含量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2010和SAS8.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥替代化肥處理對(duì)蔬菜果實(shí)性狀及品質(zhì)的影響

由表3看出，與OPT處理相比，有機(jī)肥替代處理兩季作物的單果重均顯著降低，其中OF2處理番茄和西葫蘆單果重最低，分別較OPT降低35.73%和14.27%。此外，OF1處理西葫蘆橫徑較OPT顯著減小2.80 mm，而對(duì)番茄橫徑無(wú)顯著影響。兩季作物有機(jī)肥替代處理的VC含量較OPT均表現(xiàn)出增加趨勢(shì)，但無(wú)顯著差異，可能與試驗(yàn)時(shí)間較短有關(guān)。番茄和西葫蘆的硝酸鹽含量均隨著有機(jī)肥用量的增加而呈降低趨勢(shì)，其中OF2和OF3處理的硝酸鹽含量較OPT顯著降低，但二者無(wú)顯著差異。

表3 不同處理果實(shí)性狀及品質(zhì)

2.2 有機(jī)肥替代化肥處理對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響

由圖1看出，有機(jī)肥替代處理番茄季均顯著增產(chǎn)，其中OF2產(chǎn)量最高，達(dá)137.55 t／hm2，增產(chǎn)15.04%，而CK產(chǎn)量未出現(xiàn)顯著變化，可能與基礎(chǔ)地力較高，試驗(yàn)時(shí)間較短有關(guān)。西葫蘆季OPT處理產(chǎn)量最高，但與OF1差異不顯著，CK產(chǎn)量最低，OF2、OF3產(chǎn)量較OPT顯著降低3.84%、3.71%。這可能與有機(jī)肥替代比例相對(duì)較大，而有機(jī)肥肥效較緩慢有關(guān)。就兩季蔬菜總產(chǎn)量來(lái)看，有機(jī)肥替代處理的增產(chǎn)效果顯著，其中OF1處理增產(chǎn)率最高，達(dá)6.13%。

圖1 不同處理蔬菜產(chǎn)量

2.3 不同處理氮肥利用效率比較

有機(jī)肥替代化肥能夠有效增加氮素積累量和氮肥利用效率，其中OF1與OPT處理間差異顯著，番茄季氮素積累量和氮肥利用率分別增加11.63%和68.65%；西葫蘆季氮素積累量和氮肥利用率分別增加14.15%和75.85%（表4）。有機(jī)肥替代化肥處理西葫蘆季的氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥農(nóng)學(xué)效率較OPT處理有所降低，其中OF2和OF3的氮肥偏生產(chǎn)力較OPT分別降低3.84%和3.72%，氮肥農(nóng)學(xué)效率分別減少32.35%和31.31%，差異均達(dá)顯著水平，這主要與西葫蘆季產(chǎn)量相對(duì)較低有關(guān)。

表4 不同處理氮素利用效率

就兩季累計(jì)氮素利用效率來(lái)看，有機(jī)肥替代化肥處理較OPT處理均有所提高，其中OF1處理的氮素積累量、氮肥利用率、氮肥偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用效率均為最高，較OPT處理分別提高13.05%、72.88%、6.13%和75.03%，且差異均達(dá)顯著水平。

2.4 不同處理經(jīng)濟(jì)效益分析

由表5看出，與OPT相比，有機(jī)肥替代化肥處理能夠增加兩季蔬菜總產(chǎn)值，降低肥料成本，增加純收益，提高產(chǎn)投比。其中，OF1處理總產(chǎn)值最高，達(dá)80.41萬(wàn)元／hm2，較OPT增加4.64萬(wàn)元／hm2，增加純收益4.73萬(wàn)元／hm2，產(chǎn)投比提高6.75%。此外，OF2處理肥料成本最低，較OPT處理減少1.48%。

表5 兩季蔬菜經(jīng)濟(jì)效益分析

3 討論與結(jié)論

研究表明，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施較單施無(wú)機(jī)肥能夠顯著增加番茄VC，并顯著降低其硝酸鹽含量［19］。本試驗(yàn)條件下，有機(jī)肥替代化肥處理與純施化肥處理（OPT）的VC含量雖有增加趨勢(shì)，但差異未達(dá)顯著水平；而硝酸鹽含量卻表現(xiàn)出顯著降低的變化規(guī)律。這可能與試驗(yàn)開(kāi)展時(shí)間較短及有機(jī)肥養(yǎng)分釋放特征存在差異有關(guān)，后期需繼續(xù)開(kāi)展相關(guān)指標(biāo)監(jiān)測(cè)研究。

本試驗(yàn)條件下，OF1處理兩季蔬菜總產(chǎn)量最高，達(dá)268.04 t／hm2，其有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)氮素比例為1.11∶1，與畢智超等［20］提出的有機(jī)態(tài)和無(wú)機(jī)態(tài)氮素比例1∶1時(shí)能夠顯著提高蔬菜產(chǎn)量的結(jié)論一致。此外，OF1處理施用有機(jī)肥的養(yǎng)分總量占所有養(yǎng)分投入量的比例為52.59%，也與黃紹文等［2］提出的蔬菜有機(jī)肥養(yǎng)分用量占養(yǎng)分總用量的適宜比例為40%～50%的結(jié)論較為接近。其余有機(jī)肥替代化肥處理（OF2和OF3）兩季蔬菜總產(chǎn)量雖然與OF1處理無(wú)顯著差異，但西葫蘆產(chǎn)量卻顯著降低，可能與兩季有機(jī)肥養(yǎng)分投入量過(guò)大而不能夠滿足西葫蘆養(yǎng)分吸收量有關(guān)。因此在實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)整有機(jī)肥替代化肥比例的同時(shí)，亦應(yīng)控制有機(jī)態(tài)養(yǎng)分的投入比例。

綜上所述，本試驗(yàn)條件下，3 t／hm2商品有機(jī)肥替代氮肥推薦量的20%（OF1）在兩季蔬菜上均顯著增產(chǎn)增效，較OPT處理增產(chǎn)6.13%，純收益增加4.73萬(wàn)元／hm2。此外，本試驗(yàn)中有機(jī)肥替代化肥處理的純收益表現(xiàn)出隨有機(jī)肥投入量的增加而下降的趨勢(shì)，但還需進(jìn)一步研究驗(yàn)證其顯著性。