Meta分析養(yǎng)分管理措施對(duì)菜田土壤硝酸鹽累積淋溶阻控效應(yīng)

金玉文，蘆遠(yuǎn)闖，許華森，李文超，孫志梅

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，保定 071000）

0 引 言

近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)政策的大力扶持和人民生活水平的提高，中國(guó)蔬菜需求量和種植面積持續(xù)擴(kuò)大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年中國(guó)蔬菜播種面積達(dá)2.09×10hm，占農(nóng)作物總播種面積的12.6%，比2010年的1.74×10hm增加了16.7%，蔬菜產(chǎn)量也從2010年的57 264.86萬(wàn)t增加到2019年的72 102.56萬(wàn)t。但當(dāng)前的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民往往通過(guò)過(guò)量施肥以追求更高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，其結(jié)果不僅提高了種植成本，降低了經(jīng)濟(jì)效益，而且降低了肥料利用率，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。

氮肥利用率低是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍存在的問(wèn)題，盡管當(dāng)前中國(guó)氮肥利用率已提高到40%左右，但與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家高達(dá)70%的氮肥利用率相比仍有很大差距。蔬菜生產(chǎn)體系氮素盈余量高，土壤剖面氮素累積量高，必然導(dǎo)致淋溶量也高。已有研究表明，番茄收獲后0～100 cm土壤硝態(tài)氮的累積量高達(dá)613～869 kg/hm，施入農(nóng)田的氮肥約有30%通過(guò)淋溶進(jìn)入地下水，導(dǎo)致地下水硝態(tài)氮濃度升高。氮在土壤剖面中的累積淋溶造成的環(huán)境問(wèn)題已引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。早在20世紀(jì)80－90年代，一些發(fā)達(dá)國(guó)家已開(kāi)始通過(guò)限定氮的施用量來(lái)控制地下水硝酸鹽污染，如何在不影響產(chǎn)量的前提下通過(guò)養(yǎng)分的優(yōu)化管理降低硝酸鹽在土壤剖面中的累積淋溶已成了助推綠色農(nóng)業(yè)發(fā)展過(guò)程中亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。養(yǎng)分的優(yōu)化管理技術(shù)中以減量施氮、有機(jī)無(wú)機(jī)配施以及抑制劑調(diào)控研究較多，但獨(dú)立研究的結(jié)果會(huì)受到其特定試驗(yàn)條件的影響，導(dǎo)致相關(guān)研究結(jié)果變異較大，甚至有相反的結(jié)論。如高偉等研究表明，與只施用化肥相比，有機(jī)無(wú)機(jī)配施顯著減少了57.5%的硝酸鹽淋溶，但李曉蘭等的研究卻發(fā)現(xiàn)，有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)降低硝酸鹽淋溶的作用不顯著；張春霞等研究表明，優(yōu)化施肥土壤硝態(tài)氮淋溶量比常規(guī)施肥減少了54.9%，但趙營(yíng)等的研究卻發(fā)現(xiàn)黃瓜季優(yōu)化施肥土壤硝態(tài)氮淋溶量比常規(guī)施肥略有增加；尹興等發(fā)現(xiàn)氮肥配施硝化抑制劑顯著降低溫室番茄土壤硝態(tài)氮在0～100 cm土層的累積，而趙偉鵬等研究則發(fā)現(xiàn)，配施抑制劑后黃瓜和紫甘藍(lán)拉秧期0～100 cm剖面的硝態(tài)氮累積量均顯著增加。Meta 分析可對(duì)多個(gè)具有共同研究目的且相互獨(dú)立，但是彼此存在爭(zhēng)議的研究結(jié)果進(jìn)行系統(tǒng)合并，剖析研究間差異特征，定量綜合評(píng)價(jià)研究結(jié)果。因此，本文采用Meta分析的方法，對(duì)2000－2021年總計(jì)21 a的相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果進(jìn)行匯總和整合分析，旨在進(jìn)一步明確三種養(yǎng)分管理措施減少菜田土壤剖面硝酸鹽累積和淋溶損失的技術(shù)效果，為基于環(huán)境友好的菜田養(yǎng)分高效管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)收集

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于知網(wǎng)、萬(wàn)方、維普中文數(shù)據(jù)庫(kù)和Web of science英文數(shù)據(jù)庫(kù)，以“有機(jī)無(wú)機(jī)配施”與“硝酸鹽或硝態(tài)氮”“優(yōu)化施肥或減量施氮”與“硝酸鹽或硝態(tài)氮”“抑制劑（硝化抑制劑、脲酶抑制劑、氮素調(diào)控劑）”與“硝酸鹽或硝態(tài)氮”為主要關(guān)鍵詞進(jìn)行文獻(xiàn)檢索。設(shè)置減量施氮（RF）、有機(jī)無(wú)機(jī)配施（OF）和抑制劑調(diào)控（IF）為試驗(yàn)組，分別以農(nóng)民傳統(tǒng)施肥（TF，按照農(nóng)民個(gè)人意愿確定的施肥量，納入本研究的農(nóng)民傳統(tǒng)施肥量變異較大，在225～1000 kg/hm之間，平均為646.53 kg/hm）、單施化肥（CF，施肥量在200～607kg/hm，平均為432.18 kg/hm）和不添加抑制劑（WI）為對(duì)照組，分析試驗(yàn)組三種養(yǎng)分管理措施對(duì)硝酸鹽累積淋溶的影響。根據(jù)Meta分析方法中數(shù)據(jù)整合的要求和本研究的目的，基于以下4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索篩選：1）同一研究中必須包含農(nóng)民傳統(tǒng)施肥處理和減量施氮處理或單施化肥處理和有機(jī)無(wú)機(jī)配施處理或不添加抑制劑處理和抑制劑調(diào)控處理；2）文中須列出各種處理以每20 cm土層為間隔，在0～100 cm土層中的土壤硝態(tài)氮含量或者硝酸鹽淋溶量（通過(guò)地下埋入淋溶盤(pán)收集淋溶液的方式獲得）；3）試驗(yàn)地種植模式、蔬菜施肥量、降水量、灌水量和土壤基本理化性質(zhì)等基本信息要清晰；4）必須是菜田研究結(jié)果。搜索時(shí)間跨度為2000—2021年，共計(jì)21年?；谝陨蠘?biāo)準(zhǔn)，共篩選出符合要求的文獻(xiàn)62篇，獲得0～100 cm土壤剖面硝酸鹽累積量數(shù)據(jù)377組，硝酸鹽淋溶數(shù)據(jù)202組。

1.2 數(shù)據(jù)提取

在Meta分析中，試驗(yàn)組和對(duì)照組的標(biāo)準(zhǔn)差及重復(fù)次數(shù)是非常重要的參數(shù)。若原文獻(xiàn)明確列出了樣本量、均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差（或標(biāo)準(zhǔn)誤差），則直接提取數(shù)據(jù)；若文獻(xiàn)中沒(méi)有直接提供標(biāo)準(zhǔn)偏差，但列出各處理的多個(gè)重復(fù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，則將試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理到Excel中得出均值和標(biāo)準(zhǔn)差；若文獻(xiàn)中只有以上數(shù)據(jù)的圖表，則使用GetData Graph Digitizer軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。

1.3 數(shù)據(jù)計(jì)算

在Excel表中分別建立三種養(yǎng)分管理措施的硝酸鹽累積量和淋溶量（不同研究界定的淋溶深度不同，納入本研究的淋溶深度在40～90 cm之間）的均值、標(biāo)準(zhǔn)差和重復(fù)數(shù)（）數(shù)據(jù)庫(kù)。

文獻(xiàn)中只提供標(biāo)準(zhǔn)誤（Standard Error，SE）的，通過(guò)公式（1）轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)差（Standard Deviation，SD）：

統(tǒng)計(jì)學(xué)指標(biāo)采用響應(yīng)比（Response Ratio, RR）表示，用公式（2）進(jìn)行計(jì)算，并用公式（3）將其對(duì)數(shù)化為效應(yīng)值（lnRR），以反映試驗(yàn)組對(duì)硝酸鹽累積、淋溶的阻控程度：

式中A和A分別為試驗(yàn)組和對(duì)照組硝酸鹽累積量或淋溶量的平均值，kg/hm。

對(duì)每個(gè)獨(dú)立試驗(yàn)的效應(yīng)值進(jìn)行加權(quán)，得到加權(quán)效應(yīng)值（Weighted effect size，RR），以反映三種不同養(yǎng)分管理措施對(duì)硝酸鹽累積、淋溶的阻控程度，由公式（4）計(jì)算：

式中l(wèi)nRR為第個(gè)試驗(yàn)的效應(yīng)值，w第個(gè)試驗(yàn)的權(quán)重系數(shù)，用平均值的變異系數(shù)（）的倒數(shù)表示，由公式（5）計(jì)算，則通過(guò)公式（6）計(jì)算得出：

式中SD和n分別為試驗(yàn)組的標(biāo)準(zhǔn)差和樣本數(shù)；SD和n分別為對(duì)照組的標(biāo)準(zhǔn)差和樣本數(shù)。

RR的95%置信區(qū)間（95%CI）通過(guò)式（7）計(jì)算。95%CI若未與零點(diǎn)線(xiàn)（=0）交叉，則表示與對(duì)照組相比，試驗(yàn)組對(duì)硝酸鹽累積淋溶影響顯著，反之則表示沒(méi)有顯著影響；若全部落在負(fù)半軸，表示對(duì)硝酸鹽累積淋溶有阻控效應(yīng)，反之則表示有促進(jìn)效應(yīng)。RR的標(biāo)準(zhǔn)差(RR)通過(guò)式（8）計(jì)算：

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

在進(jìn)行Meta分析時(shí)，需對(duì)收集的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行異質(zhì)性檢驗(yàn)（Q檢驗(yàn)）和正態(tài)分布檢驗(yàn)。若＞0.05（卡方檢驗(yàn)），表明數(shù)據(jù)不存在異質(zhì)性，選用固定效應(yīng)模型（fixed effect model）；若＜0.05，則用隨機(jī)效應(yīng)模型（random effect model）。本研究數(shù)據(jù)經(jīng)卡方檢驗(yàn)＜0.05，因此選用隨機(jī)效應(yīng)模型。對(duì)三種養(yǎng)分管理措施與對(duì)照處理硝酸鹽累積和淋溶的效應(yīng)值進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，＜0.05，符合整合分析的要求。以上數(shù)據(jù)處理均在Stata 14.0軟件中進(jìn)行，使用Origin 2019b作圖。

應(yīng)用R軟件中的局部加權(quán)回歸散點(diǎn)平滑法分別對(duì)減量施氮、有機(jī)無(wú)機(jī)配施兩種養(yǎng)分管理措施下的硝酸鹽淋溶量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，觀(guān)察其在局部展現(xiàn)出的規(guī)律和趨勢(shì)，進(jìn)一步研究不同減量比例和有機(jī)肥施用比例對(duì)硝酸鹽淋溶的影響。

采用R語(yǔ)言中的“Random Forest”軟件包對(duì)影響硝酸鹽淋溶的因子貢獻(xiàn)度進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 結(jié)果與分析

2.1 三種養(yǎng)分管理措施對(duì)硝酸鹽累積的影響

2.1.1 減量施氮對(duì)硝酸鹽累積的影響

Meta分析結(jié)果表明（圖1a），與傳統(tǒng)施肥相比，減量施氮（RF）對(duì)0～100 cm各土層硝酸鹽累積量的阻控效應(yīng)均達(dá)到了顯著水平，效應(yīng)值自上到下分別為-2.187、-1.366、-2.339、-2.368和-1.931。傳統(tǒng)施肥（TF）和RF的土壤硝酸鹽累積量基本上均表現(xiàn)出隨土層深度的增加而下降的趨勢(shì)。與TF相比，RF處理＞20～40 cm土層的硝酸鹽累積量差異不顯著，但＞40～60和＞60～80 cm土層分別顯著降低了36.30%和36.74%；0～20和＞20～40 cm土層分別顯著降低了31.19%和29.60%。

蔬菜一般為淺根系作物，根系密集層主要集中在0～40 cm土層，多數(shù)蔬菜根系分布更淺，這就意味著蔬菜田40 cm以下土壤中的氮素很難被蔬菜吸收利用。因此，以40 cm以上土層為蔬菜有效養(yǎng)分供應(yīng)層，由圖1a可以看出，TF處理0～40和＞40～100 cm土層硝酸鹽累積量分別為73.62和203.13 kg/hm，分別占0～100 cm土層硝酸鹽累積總量的21.01%和78.99%。而RF處理0～40 cm土層硝酸鹽累積量提高到102.28 kg/hm，占0～100 cm土層硝酸鹽累積總量的比例達(dá)到43.63%，＞40～100 cm土層硝酸鹽累積量降為132.15 kg/hm，占0～100 cm土層硝酸鹽累積總量的比例下降到56.37%。

2.1.2 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)硝酸鹽累積的影響

圖1b結(jié)果表明，相較于單施化肥（CF），有機(jī)無(wú)機(jī)配施（OF）顯著降低60～80 cm土層硝酸鹽累積量，效應(yīng)值為-1.454，對(duì)其他土層的影響不顯著。對(duì)0～100 cm土層硝酸鹽累積量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，OF處理0～20 cm土層硝酸鹽累積量下降了21.37%，＞60～80 cm下降幅度最大，為23.12%，＞80～100 cm土層下降幅度最小，為18.64%。CF處理0～40和＞40～100 cm土層硝酸鹽累積量分別為159.02和207.44 kg/hm，分別占到了0～100 cm土層硝酸鹽累積總量（366.46 kg/hm）的43.39%和56.61%。而OF在0～40和＞40～100 cm土層的硝酸鹽累積量占0～100 cm土層硝酸鹽累積總量的比例分別為40.61%和59.39%，與CF相比雖然差異不大，但0～40和＞40～100 cm土層的硝酸鹽累積量分別下降到106.10和155.19 kg/hm，分別下降了33.28%和25.19%，0～100 cm剖面的硝酸鹽累積總量比CF下降了28.73%。

圖1 三種養(yǎng)分管理措施對(duì)硝酸鹽累積的阻控效應(yīng)Fig.1 Inhibiting effect of three nutrient management measures on nitrate accumulation

2.1.3 抑制劑調(diào)控對(duì)硝酸鹽累積的影響

如圖1c所示，抑制劑調(diào)控（IF）可以顯著降低0～80 cm土層硝酸鹽累積量，尤其對(duì)＞20～40和＞60～80 cm土層抑制效果最好，效應(yīng)值分別達(dá)到了-2.054和-1.702，但對(duì)＞80～100 cm土層硝酸鹽累積量影響不顯著。0～100 cm土層硝酸鹽累積量的分布結(jié)果表明，無(wú)抑制劑處理（WI）＞40～100 cm土層硝酸鹽累積量428.05 kg/hm，而IF處理降為360.2 kg/hm，下降了15.85%?？梢?jiàn)抑制劑的施用顯著降低了蔬菜根區(qū)以下的硝酸鹽累積量。但WI和IF處理根系密集層以下剖面中的硝酸鹽累積量占0～100 cm土體中總累積量的比例仍分別高達(dá)73.71%和74.94%。

2.2 三種養(yǎng)分管理措施對(duì)硝酸鹽淋溶的影響

2.2.1 減量施氮對(duì)硝酸鹽淋溶的影響

圖2a結(jié)果顯示，氮肥減量比例在0～30%時(shí)，隨氮肥減施量的增加硝酸鹽淋溶量顯著下降；當(dāng)減量比例達(dá)到30%～50%時(shí)，淋溶量下降速率變緩；但當(dāng)減量比例達(dá)到50%以上時(shí)，淋溶量又明顯下降?？傮w減量比例與硝酸鹽淋溶量表現(xiàn)出了顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（＜0.01）。依此對(duì)提取的文獻(xiàn)中關(guān)于氮肥減量比例的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組，計(jì)算了不同減量比例下菜田土壤硝酸鹽淋溶的效應(yīng)值。結(jié)果顯示（圖2b），RF效應(yīng)值為-4.301，95%置信區(qū)間（95%CI）為-4.944～-3.457。與對(duì)照相比，硝酸鹽淋溶量平均下降43.19%，而且隨著減量比例的增加，降低效果也隨之提高。當(dāng)減量比例達(dá)到50%～80%時(shí)，硝酸鹽淋溶量相較于對(duì)照顯著降低了70.61%。說(shuō)明施肥量的多少直接影響硝酸鹽向下層土壤的淋溶量。

圖2 減量施肥對(duì)硝酸鹽淋溶的阻控效應(yīng)Fig.2 Inhibiting effect of reduced nitrogen application (RF) on nitrate leaching

2.2.2 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)硝酸鹽淋溶的影響

圖3a結(jié)果表明，有機(jī)肥替代比例與硝酸鹽淋溶量之間呈二次曲線(xiàn)分布。當(dāng)有機(jī)肥比例小于30%左右時(shí)，硝酸鹽淋溶量隨有機(jī)肥替代比例的增加明顯下降；有機(jī)肥比例在＞30%～60%時(shí)，淋溶量隨有機(jī)肥替代比例的增加變化不明顯；但當(dāng)有機(jī)肥替代比例大于60%時(shí)，淋溶量又隨替代比例的增加顯著上升?？傮w而言，OF阻控硝酸鹽淋溶的效應(yīng)值為-4.279，95%CI為-5.051～-3.606，與CF相比，硝酸鹽淋溶量平均下降36.79%。且配施比例不同影響效果也不同（圖3b），有機(jī)肥替代比例在0～30%時(shí)，硝酸鹽淋溶量下降達(dá)33.27%；有機(jī)肥替代比例為＞30%～60%時(shí)，下降39.61%；而有機(jī)肥替代比例達(dá)＞60%～90%時(shí)，下降率卻只有32.75%。這說(shuō)明在一定范圍內(nèi)，隨著有機(jī)肥替代比例的增加，阻控硝酸鹽淋溶的效果增強(qiáng)，但當(dāng)有機(jī)肥替代比例增加到60%以上時(shí)，阻控硝酸鹽淋溶損失的效果反而降低，硝酸鹽淋溶風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)增加。

圖3 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)硝酸鹽淋溶的阻控效應(yīng)Fig.3 Inhibiting effect of combined application of organic and inorganic fertilizers (OF) on nitrate leaching

2.2.3 抑制劑調(diào)控對(duì)硝酸鹽淋溶的影響

在本研究中，脲酶抑制劑、硝化抑制劑及其二者配施均可以顯著降低土壤硝酸鹽淋溶量（圖4），總效應(yīng)值為-2.557，95%CI為-3.145～-1.969。與WI相比，硝酸鹽淋溶量下降幅度為33.82%～37.12%，平均下降率為34.53%。脲酶、硝化抑制劑配施效果最好，效應(yīng)值為-4.373，淋溶量下降率為37.12%；單獨(dú)施用硝化抑制劑的次之，淋溶量下降率為35.42%；脲酶抑制劑單獨(dú)施用的效果最差，淋溶量下降率為33.82%。

圖4 抑制劑調(diào)控對(duì)硝酸鹽淋溶的阻控效應(yīng)Fig.4 Inhibiting effect of inhibitor regulation on nitrate leaching

2.3 影響硝酸鹽淋溶的因子貢獻(xiàn)度分析

土壤硝酸鹽的淋溶強(qiáng)度受多種因素的綜合作用，施氮量、水分輸入量、土壤氮素含量與硝態(tài)氮淋溶均呈顯著相關(guān)關(guān)系，此外硝酸鹽淋溶還與土壤質(zhì)地、肥力水平等有關(guān)。因此，提取所有文獻(xiàn)中的主要土壤參數(shù)，對(duì)影響硝酸鹽淋溶的因子貢獻(xiàn)度進(jìn)行分析，結(jié)果表明（圖5），水分投入量、施氮量及質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)、pH值等土壤基本理化性狀對(duì)三種措施阻控硝酸鹽淋溶的效果均有一定程度的影響。其中施氮量和水分投入量的貢獻(xiàn)率均在20%以上，二者總的貢獻(xiàn)度可以達(dá)到43.2%～47.3%。影響RF和IF阻控效應(yīng)的主要因素是施氮量，貢獻(xiàn)度分別達(dá)24.3%和22.7%；而影響OF阻控硝酸鹽累積淋溶效應(yīng)的主要因素則是水分投入量，貢獻(xiàn)度為24.4%。其他因素在不同養(yǎng)分管理措施下的貢獻(xiàn)度略有不同，但基本都在10%～20%之間。在減量施氮條件下，土壤質(zhì)地和硝態(tài)氮含量對(duì)硝酸鹽淋溶的貢獻(xiàn)程度僅次于施氮量和水分投入量，分別占到了17.4%和15.2%（圖5a）；在有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下，土壤有機(jī)質(zhì)、土壤硝態(tài)氮含量和土壤質(zhì)地對(duì)硝酸鹽淋溶的影響較大，分別占到了17.3%、14.5%和12.3%，而pH影響相對(duì)較小，貢獻(xiàn)度為10.3%（圖5b）。對(duì)于抑制劑調(diào)控措施來(lái)說(shuō)，土壤硝態(tài)氮含量、土壤質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量和pH對(duì)硝酸鹽淋溶的貢獻(xiàn)度占比分別為18.0%、16.2%、12.2%和10.3%（圖5c）。

圖5 影響菜田硝酸鹽淋溶主要因素的貢獻(xiàn)度Fig.5 Contribution of main factors affecting nitrate leaching in vegetable fields

3 討 論

3.1 菜田土壤硝酸鹽累積現(xiàn)狀分析

過(guò)量氮肥的投入會(huì)導(dǎo)致土壤中硝酸鹽大量累積，當(dāng)灌溉和降水量超過(guò)田間持水量時(shí)則會(huì)引起氮的淋溶。歐盟規(guī)定，大田作物收獲后0～90 cm土壤硝態(tài)氮不宜超過(guò)90～100 kg/hm。N目標(biāo)值系統(tǒng)（KNS）研究表明，不造成土壤氮淋溶的0～90 cm土層最高土壤N累積量為100 kg/hm。氮素專(zhuān)家系統(tǒng)也發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)根系土壤N累積量在100 kg/hm以?xún)?nèi)不容易造成氮素的淋溶損失。而本研究對(duì)87個(gè)菜田土壤0～100 cm剖面的硝酸鹽累積結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，對(duì)照組的硝酸鹽累積量為 50.96～869.40 kg/hm，平均高達(dá)344.07 kg/hm，TF、CF和WI處理0～100 cm土壤中硝酸鹽累積量平均值分別為 350.38、366.45和581.29 kg/hm。盡管RF、OF和IF分別降低了33.09%、28.70%和17.31%，但仍舊分別高達(dá)234.44、261.28和480.67 kg/hm，遠(yuǎn)高于硝酸鹽累積量的安全閾值。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，RF、OF和IF在蔬菜根系主要分布層0～40 cm的硝酸鹽累積量分別為102.28、106.1和120.47 kg/hm，與氮素專(zhuān)家系統(tǒng)推薦施氮量相近。但40 cm土層以下的無(wú)效氮素占比仍分別高達(dá)56.37%、59.39%和74.94%，在灌溉量較大和降雨量較大的情況下，勢(shì)必存在很大的淋溶風(fēng)險(xiǎn)。因此，在高水肥投入的蔬菜生產(chǎn)體系，還需要進(jìn)一步優(yōu)化養(yǎng)分管理策略，以降低蔬菜體系特別是根系密集層以下土壤中的硝酸鹽累積量，這是減少農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)硝酸鹽淋溶，并進(jìn)而緩解氮素環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵所在。

3.2 減量施氮對(duì)硝酸鹽累積淋溶的影響

已有研究表明，氮肥的大量施用是造成氮素淋失和地下水硝酸鹽嚴(yán)重污染的主要原因，因此，控制氮肥施用量以減少土壤剖面中的硝酸鹽累積是阻控硝酸鹽淋溶的首要措施。納入本研究的TF和RF的平均施氮量分別為646.53和376.40 kg/hm，在平均節(jié)肥率42.42%的情況下，RF的0～100 cm土層硝酸鹽累積量降低了33.09%，硝酸鹽淋溶量下降了43.19%，效果顯著。RF的阻控效果與減量比例呈正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)減量比例達(dá)50%～80%時(shí)，阻控效應(yīng)達(dá)到了70.61%。但減量比例是一個(gè)相對(duì)值，除受傳統(tǒng)施氮量影響外，土壤肥力水平和水分投入量是影響減肥比例和節(jié)肥效應(yīng)的另兩個(gè)關(guān)鍵因素。如Zhang等的研究中土壤有機(jī)質(zhì)和硝態(tài)氮含量顯著低于Min等的研究，Zhang等得出的最適減量比例也低于Min等的結(jié)果。納入本研究的試驗(yàn)減量施氮比例在10%～80%之間，減量比例變異較大，且當(dāng)減量比例超過(guò)50%時(shí)，開(kāi)始出現(xiàn)了增產(chǎn)、減產(chǎn)以及產(chǎn)量不受影響三種不同的試驗(yàn)結(jié)果。本研究TF處理純氮投入量平均為646.53 kg/hm，水分投入量平均為430.74 mm，因此，在相似水肥投入量的一般肥力水平的菜田土壤中，實(shí)際生產(chǎn)中的減肥比例應(yīng)控制在30%～50%為宜。

3.3 有機(jī)無(wú)機(jī)配施對(duì)硝酸鹽累積淋溶的影響

有機(jī)無(wú)機(jī)配施的養(yǎng)分管理措施既能滿(mǎn)足作物對(duì)養(yǎng)分的需求，又能將化肥提供的養(yǎng)分保蓄在土壤中，同時(shí)有機(jī)肥還可以為微生物提供碳源，提高微生物活性，加速養(yǎng)分的循環(huán)轉(zhuǎn)化，改良土壤。此外，增施有機(jī)肥還能夠降低土壤硝酸鹽的積累，但過(guò)量施用有機(jī)肥料也會(huì)造成土壤硝酸鹽的富集甚至淋失。本文通過(guò)對(duì)大量研究結(jié)果的整合分析（圖4b）也證明了這一點(diǎn)，在與單施化肥等氮投入和等水分投入的情況下，有機(jī)肥施用比例在30%～60%之間對(duì)硝酸鹽的阻控效果最好，但當(dāng)有機(jī)肥的比例超過(guò)60%時(shí)，阻控效應(yīng)明顯下降。納入本研究的土壤有機(jī)質(zhì)平均值為23.17 g/kg，說(shuō)明菜田土壤有機(jī)質(zhì)總體較豐富。但較高的土壤有機(jī)質(zhì)含量會(huì)使得土壤容重降低，大孔隙增加，這樣就必然會(huì)加大氮素隨水分向土體下層淋溶的可能；同時(shí)長(zhǎng)期大量外源有機(jī)肥的投入一方面會(huì)導(dǎo)致可溶性有機(jī)氮的淋溶增加；另一方面也會(huì)通過(guò)顯著提高土壤微生物種群數(shù)量和活性，加快有機(jī)氮礦化為無(wú)機(jī)氮的進(jìn)程，通過(guò)提高土壤硝化細(xì)菌的數(shù)量和活性，再進(jìn)一步加速土壤的硝化作用過(guò)程，從而導(dǎo)致土壤剖面硝酸鹽累積量和淋溶量的增加。而徐大兵等的研究中，盡管有機(jī)肥的施用比例在25%～100%的范圍內(nèi)，硝酸鹽淋溶量仍舊表現(xiàn)出了隨有機(jī)肥比例的增加逐漸下降的結(jié)果，在保證產(chǎn)量不降低的情況下，明確了大白菜季的替代比例以25%～50%為宜。對(duì)有機(jī)無(wú)機(jī)配施條件下影響硝酸鹽累積淋溶的主要因素進(jìn)行分析，結(jié)果表明，以水分的影響最大，對(duì)硝酸鹽淋溶的貢獻(xiàn)度達(dá)到了24.4%。這主要是因?yàn)橥寥浪质窍跛猁}運(yùn)移的主要驅(qū)動(dòng)力，在有機(jī)質(zhì)含量高而容重較低、孔隙度較大的菜田土壤上，水分作為硝酸鹽淋溶的驅(qū)動(dòng)力作用更加凸顯。此外，土壤水分的高低還會(huì)通過(guò)影響土壤的通氣狀況直接影響土壤的微生物活性，進(jìn)而影響有機(jī)氮的礦化和硝化作用進(jìn)程。納入本研究的CF處理施氮量平均為432.18 kg/hm，水分投入量平均為360.28 mm，根據(jù)本研究結(jié)果，在與此水氮投入水平基本相當(dāng)?shù)氖卟松a(chǎn)中，有機(jī)肥的替代比例以30%～60%為宜。

3.4 抑制劑調(diào)控對(duì)硝酸鹽累積淋溶的影響

施用抑制劑調(diào)控氮素的轉(zhuǎn)化過(guò)程是降低土壤剖面硝酸鹽累積和氮素淋失風(fēng)險(xiǎn)的一項(xiàng)重要措施。脲酶抑制劑通過(guò)延緩尿素水解降低土壤溶液中NH的濃度；硝化抑制劑主要是通過(guò)抑制亞硝化細(xì)菌的活性，阻止NH-N的第一步氧化，使氮肥較長(zhǎng)時(shí)間以NH形式保持在土壤中，從而減少NO的累積，進(jìn)而控制NO的形成。二者分別對(duì)尿素N轉(zhuǎn)化某一特定過(guò)程產(chǎn)生作用，配合施用則對(duì)尿素氮轉(zhuǎn)化的全過(guò)程進(jìn)行有效調(diào)控。不少研究表明，施用抑制劑可以顯著降低硝酸鹽淋溶量。本研究通過(guò)對(duì)大量文獻(xiàn)的整合分析也得出了類(lèi)似結(jié)論，且以脲酶/硝化抑制劑配施降低硝酸鹽累積淋溶效果最優(yōu)。但趙偉鵬等在連續(xù)8 a高水肥投入的設(shè)施菜田中進(jìn)行的研究表明，抑制劑的調(diào)控反而顯著增加了0～100 cm土壤硝態(tài)氮累積量，其原因認(rèn)為一方面可能是由于施用抑制劑減少了氮的氣態(tài)損失，從而使得更多的氮素保留在土壤中，增加了土壤中氮的存留。另一方面是因?yàn)槭┯靡种苿╋@著增加0～100 cm土壤硝態(tài)氮累積量，實(shí)際上是避免了硝酸鹽向更深層次土壤的淋溶。由此可見(jiàn)，抑制劑調(diào)控對(duì)100 cm以?xún)?nèi)土層硝酸鹽累積和淋溶的影響除了受施氮量的影響外，還受土壤肥力條件以及水分管理措施等因素的顯著影響。本研究對(duì)抑制劑調(diào)控影響硝酸鹽累積淋溶的影響因素進(jìn)行的整合分析也恰恰證明了這一點(diǎn)。

4 結(jié) 論

對(duì)近21年的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行整合分析的結(jié)果表明，與農(nóng)民傳統(tǒng)施肥相比，減量施肥顯著降低0～100 cm土層硝酸鹽累積量，硝酸鹽淋溶量下降43.19%；與單施化肥相比，有機(jī)無(wú)機(jī)配施顯著降低60～80 cm土層硝酸鹽累積量，硝酸鹽淋溶量下降36.79%；與不添加抑制劑相比，抑制劑調(diào)控顯著降低0～80 cm土層硝酸鹽累積量，硝酸鹽淋溶量下降了34.53%。影響各技術(shù)措施阻控硝酸鹽累積淋溶效應(yīng)的因素主要是施氮量和水分投入量，二者總的貢獻(xiàn)度達(dá)43.2%～47.3%?；谡戏治鼋Y(jié)果認(rèn)為，三種養(yǎng)分優(yōu)化管理措施均可以在保證作物產(chǎn)量的同時(shí)，有效降低菜田土壤硝酸鹽的累積和淋溶損失。綜上所述，對(duì)于減氮施肥措施而言，在水分、純氮投入量分別為430.74 mm和646.53 kg/hm左右時(shí)，減氮比例以30%～50%為宜；對(duì)于有機(jī)無(wú)機(jī)配施的養(yǎng)分管理措施而言，在有機(jī)質(zhì)含量較高（23.17 g/kg）的土壤上，當(dāng)水分、純氮投入量分別為360.28 mm和432.18 kg/hm左右，時(shí)，有機(jī)肥替代化肥比例以30%～60%為宜；抑制劑調(diào)控氮素轉(zhuǎn)化則以脲酶/硝化抑制劑配合施用效果最佳。