高氮有機肥部分替代化肥對垛田香蔥生產(chǎn)和環(huán)境的影響

蔡云彤　黑若楠　劉新紅　馬艷　羅佳

摘要：興化垛田是具有江蘇特色的農(nóng)耕文化遺產(chǎn)，過量施用化肥限制了當?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。采用高氮有機肥部分替代化肥解決垛田化肥過量施用引起的環(huán)境污染問題，田間試驗結果表明，香蔥產(chǎn)量和生長指標均隨著有機肥替代比例的增加呈上升趨勢，以每畝破萬斤為栽培目標，高氮有機肥替代化肥比例仍有較大的提升空間。高氮有機肥45%替代化肥（45%JFN）可顯著增加土壤有機質(zhì)、有效磷、速效鉀的含量并明顯降低土壤中硝態(tài)氮含量。同時，隨著高氮有機肥替代比例的提高可以增加化學氮肥利用率，但是總氮肥利用率35%JFN處理最高。高氮有機肥部分替代化肥降低了亞表層土壤硝態(tài)氮含量以及田塊徑流水中總氮含量，減少引起面源污染的風險。為了實現(xiàn)興化垛田香蔥綠色生產(chǎn)，應采用高氮有機肥來部分替代化肥的措施，高氮有機肥替代化肥比例宜大于35%。本研究明確了興化垛田香蔥高氮有機肥合理替代化肥比例，提高香蔥產(chǎn)量，提升土壤肥力，減少面源污染風險，對促進興化垛田香蔥產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展具有重要的指導意義。

關鍵詞：垛田；香蔥；高氮有機肥；有機肥替代化肥

中圖分類號：S633.906文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）05-0179-04

興化垛田是江蘇里下河地區(qū)特有的農(nóng)耕文化遺產(chǎn)，是華夏先民在沼澤地基礎上建立的四周環(huán)水的小塊良田。興化香蔥是興化特色地方品種，有著悠久的種植歷史，其香味濃郁，品質(zhì)優(yōu)良，含有特殊的丙烯硫化物，具有增進食欲，預防心血管疾病的保健功效，是保鮮、脫水加工的理想原料和食品工業(yè)不可缺少的調(diào)味品［1］。近年來，垛田香蔥種植成為當?shù)剞r(nóng)戶脫貧致富的一個重要手段，大量化肥投入帶來了當?shù)叵闶[特色產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，但是長期大量施用化肥及施肥的不均衡不僅引發(fā)了土壤酸化等問題，同時垛田特殊環(huán)境極易造成面源污染，危急興化垛田生態(tài)環(huán)境。

有機肥替代化肥正成為有效解決化肥過量施用問題，改良土壤環(huán)境，從而使作物量質(zhì)雙提升的重要措施之一［2］。近年來隨著有機肥投入逐漸增加，生態(tài)農(nóng)業(yè)、綠色農(nóng)業(yè)等高附加值農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)取得較大發(fā)展。興化畜禽養(yǎng)殖業(yè)比較發(fā)達，每年產(chǎn)生大量的畜禽糞便，其中雞糞的量最大。雞糞作為一種含氮量較高的有機肥，受到了當?shù)剞r(nóng)戶的歡迎。然而，由于施用不當極易引起土壤鹽漬化，往往不能達到很好的增產(chǎn)效果，同時由于垛田環(huán)繞河湖，還非常容易引發(fā)面源污染，極大制約了該類有機肥的推廣使用。針對上述問題，亟需構建適合興化垛田的施肥模式，推動興化垛田特色的香蔥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

有機肥部分替代化肥可以有效緩解有機肥過量施用可能帶來的土壤障礙和面源污染問題［3］。近年來，興化市在國家“綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)試點項目”的支持下，大力推廣“糞肥還田+配方肥”技術模式，不僅要合理用好有機肥，而且要實現(xiàn)化肥減量增效。因此，探索有機肥合理替代化肥比例，優(yōu)化垛田香蔥施肥模式，對推動化肥減量和有機肥替代技術在興化垛田的推廣應用，提高作物產(chǎn)量，提升土壤肥力，減少面源環(huán)境污染，促進興化垛田香蔥產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展具有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點在興化市竹弘鎮(zhèn)垛田香蔥種植區(qū)域，土壤質(zhì)地為壤質(zhì)黏土。土壤pH值為7.2，總氮含量1.8 g/kg，堿解氮含量148.4 mg/kg，有效磷含量26.9 mg/kg，速效鉀含量18.5 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設6個處理：（1）對照（CK），不施用任何肥料；（2）全量化肥處理（CF），農(nóng)戶常規(guī)施肥，單季施用復合肥（N、P2O5、K2O含量均為15%）600 kg/hm2，尿素 1 800 kg/hm2；（3）高氮有機肥氮替代15%化肥氮（15%JFN），復合肥510 kg/hm2，尿素 1 530 kg/hm2，高氮有機肥22 t/hm2；（4）高氮有機肥氮替代25%化肥氮（25%JFN），復合肥 450 kg/hm2，尿素 1 350 kg/hm2，高氮有機肥 29 t/hm2；（5）高氮有機肥氮替代35%化肥氮（35%JFN），復合肥390 kg/hm2，尿素1170 kg/hm2，高氮有機肥41 t/hm2；（6）高氮有機肥氮替代45%化肥氮（45%JFN），復合肥 330 kg/hm2，尿素990 kg/hm2，高氮有機肥 52 t/hm2。復合肥和有機肥作為基肥一次性施入，尿素作為追肥分6次施入。

供試香蔥為興化香蔥，具有較強的分生能力，主要用于脫水蔬菜的生產(chǎn)。所用有機肥采自興化市土亦樂有機肥廠，養(yǎng)分含量為氮2.91%，磷0.45%，鉀1.57%。

1.3 樣品采集與測定方法

試驗時間為2020年10月至2021年5月，期間每天進行日常管理和環(huán)境條件監(jiān)測，香蔥成熟時開始采摘和樣品測定。土壤樣品采集于移栽前和香蔥收獲后，分別采集0～20 cm的表層土及20～40 cm 的亞表層土。植株樣品和生長指標在返青期、分蘗末期和收獲期各測定1次。土壤徑流水收集于2020年11月25日。

土壤理化指標測定方法參照土壤農(nóng)化分析［4］，植株生長指標株高和分蘗數(shù)分別采用刻度尺測定和人工計數(shù)獲得，植株養(yǎng)分氮含量采用自動定氮儀測定、磷含量采用鉬藍比色法測定、鉀含量采用火焰光度計測定。

化肥氮養(yǎng)分利用率按照以下公式計算：

化肥氮養(yǎng)分利用率=[（施肥區(qū)地上部分氮吸收量-無肥區(qū)地上部分氮磷鉀吸收量）/化肥氮總施用量]×100%。

化肥有機肥總養(yǎng)分利用率按照以下公式計算：

總氮養(yǎng)分利用率=[（施肥區(qū)地上部分氮吸收量-無肥區(qū)地上部分氮磷鉀吸收量）/化肥和有機肥氮總施用量]×100%。

1.4 數(shù)據(jù)分析和統(tǒng)計

采用Excel 2019和SPSS 18.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，使用最小顯著差異法 （Least significant difference，LSD）檢驗進行多重比較（α=0.05或α=0.01）。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對香蔥產(chǎn)量與生產(chǎn)情況的影響

從生長狀況（表1）來看，高氮有機肥不同比例替代化肥處理的株高（收獲期）、單株質(zhì)量（分蘗末期到收獲期）和收獲凈產(chǎn)量均隨著替代比例的增加而呈上升趨勢。返青期不同處理株高無顯著性差異，分蘗末期和收獲期35%JFN和45%JFN處理顯著高于15%JFN處理和CF、CK處理；45%JFN處理收獲香蔥凈產(chǎn)量最高，并顯著高于15%JFN處理和CF、CK處理（P<0.05），增幅分別為23%、33%和56%；15%JFN、25%JFN、35%JFN相比CF處理增產(chǎn)幅度分別為1.5%、13%和32%，替代比例增加后增產(chǎn)效果明顯。相關性分析結果表明高氮有機肥替代比例與香蔥凈產(chǎn)量呈正相關（r2=0.953 2）。

2.2 不同施肥處理對土壤理化性狀的影響

采用合理的施肥技術有助于提升土壤肥力，減緩土壤退化。本研究采用高氮有機肥部分替代化肥進行土壤培肥，結果（表2）發(fā)現(xiàn)，不同施肥處理均增加了土壤硝態(tài)氮、有效磷、速效鉀及有機質(zhì)含量，銨態(tài)氮未表現(xiàn)出明顯差異。隨著替代比例的增加，土壤硝態(tài)氮含量從77.1 mg/kg（15%JFN）下降到 27.9 mg/kg（45%JFN），下降幅度31%～75%，均顯著低于CF處理的111.3 mg/kg。土壤有效磷、有效鉀和土壤有機質(zhì)分別從25.6 mg/kg、109.0 mg/kg、24.3 g/kg增加到54.3 mg/kg、172.0 mg/kg、34.3 g/kg，相比CF處理增幅41%至198%、19%～89%以及4%～32%；45%JFN處理土壤有效磷、速效鉀和有機質(zhì)均顯著高于其他處理。

2.3 不同施肥處理對氮肥利用率影響

依據(jù)收獲時商品香蔥產(chǎn)量計算各施肥處理的養(yǎng)分利用率，結果如圖1所示，有機無機總投入氮肥的養(yǎng)分利用率介于6.81%～18.22%之間，4種替代比例處理中，總氮養(yǎng)分利用率最高為35%JFN處理（18.22%），最低為15%JFN處理（11.12%）；化肥氮養(yǎng)分利用率介于6.81%～29.00%之間，4種有機肥處理化肥氮養(yǎng)分利用率最高為45%JFN處理（29.00%），僅比35%JFN處理高出0.97百分點，最低為15%JFN處理（13.08%）。各品種有機肥配施處理總養(yǎng)分氮利用率和化肥氮養(yǎng)分利用率均大于單施化肥處理（6.81%）。

2.4 土壤面源污染風險評價

通過監(jiān)測亞表層（20～40 cm）土壤中硝酸鹽和磷酸鹽含量及地表徑流水中總氮含量來評估不同處理可能存在的面源污染風險，結果如表3所示。亞表層土壤中NO-3-N含量隨著有機肥氮替代化肥氮比例的增加呈逐漸降低的趨勢；35%JFN處理和45%JFN處理顯著低于15%JFN處理和25%JFN處理，相比化肥平均降低57%。地表徑流水中TN濃度隨有機肥替代化肥比例的增加而逐漸降低，不同有機肥氮替代化肥氮比例相對CF處理地表徑流水中TN濃度降幅為19%～48%。亞表層土壤有效磷含量隨著有機肥氮替代化肥氮比例增加而小幅增加，但是未達到顯著性差異（35%JFN除外）。15%～45%有機肥氮替代化肥氮處理，隨著替代比例的增加，亞表層土壤中硝態(tài)氮和有效磷含量以及地表徑流水中總氮濃度均逐漸下降，表明本試驗所用高氮有機肥替代化肥比例增加能夠有效降低面源污染的風險。

3 討論

興化垛田特殊的環(huán)境對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展提出了特殊的要求，在發(fā)展當?shù)靥厣r(nóng)業(yè)的基礎上如何減少農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境污染成為迫切需要解決的問題。合理的有機肥部分替代化肥不僅有利于減緩因化肥施用造成的土壤鹽漬化、酸化等障礙問題，同時也可以減少徑流或淋溶造成的面源污染問題［5-7］。本研究采用高氮有機肥部分替代化肥解決垛田化肥過量施用問題，結果表明香蔥產(chǎn)量和生長指標均隨著有機肥替代化肥比例的增加呈上升趨勢，以每畝破萬斤為栽培目標，高氮有機肥替代化肥的比例仍有較大的增長空間。李杰等研究發(fā)現(xiàn)，生物有機肥替代化肥比例超過20%時花椰菜產(chǎn)量會降低，替代比例在20%時候則不會引起花椰菜單產(chǎn)的降低［8］。潘亞杰等研究發(fā)現(xiàn)，有機肥氮替代化肥氮比例不超過25%時有利于菠菜產(chǎn)量的維持和氮肥利用效率提高［9］。胡月華研究發(fā)現(xiàn)當有機肥40%替代化肥時馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)均高于有機肥20%替代化肥［10］。因此，需要根據(jù)作物品種、產(chǎn)量和田間試驗結果來合理確定有機肥的種類及替代化肥的比例。

本研究結果表明，有機肥部分替代化肥降低土壤硝態(tài)氮含量并增加土壤有效磷、速效鉀以及土壤有機質(zhì)的含量，進而可緩解土壤酸化和鹽漬化的程度。有研究發(fā)現(xiàn)［11-12］，有機肥與化肥配施可以提高農(nóng)田的基礎地力。土壤有機質(zhì)和堿解氮是影響土壤基礎地力的主要因素，土壤基礎地力的提升會提高作物產(chǎn)量的可持續(xù)性，作物產(chǎn)量和增產(chǎn)潛力也會隨之增加［13-14］。同時，有機肥替代化肥可顯著提高土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量，這可能是有機肥改善了土壤微生物群落結構進而提高土壤有機質(zhì)、改善土壤團粒結構，從而充分保證土壤養(yǎng)分的供應［15］。有機肥部分替代化肥可以提高土壤有機質(zhì)含量，進而增加土壤微生物多樣性和改善土壤微生物群落結構，而緩解土壤障礙，提升土壤肥力水平［16-17］。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中頻繁大量施用化肥，極易遇到雨水形成地表徑流使氮、磷等營養(yǎng)元素大量流失，引起河道等水體富營養(yǎng)化，造成化肥對地表水的面源污染［19］。同時，化肥過量施用也會造成淋溶污染地下水，有研究表明，長期大量施用化肥的地區(qū)地下水含氮量逐年增高，極易導致飲用水中硝態(tài)氮含量超標［20］。本研究采用高氮有機肥進行有機肥部分替代措施，降低了亞表層土壤硝態(tài)氮含量以及田塊徑流水中總氮含量，能夠有效防控面源污染的風險。綜上所述，為了實現(xiàn)垛田香蔥綠色生產(chǎn)，應采用有機肥部分替代化肥的施肥方式，高氮有機肥替代化肥比例宜大于35%。

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收稿日期：2022-11-12

基金項目：國家重點研發(fā)計劃（編號：2021YFD1700803-01-05）；江蘇省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)（蔬菜）產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項（編號：JATS［2022］352）。

作者簡介：蔡云彤（1971—），男，江蘇省興化人，高級農(nóng)藝師，主要從事土壤改良與耕地質(zhì)量提升技術推廣。E-mail：xhcyt2008@163.com。

通信作者：羅 佳，博士，研究員，主要從事農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用與耕地質(zhì)量提升技術研究。E-mail：luo_jia_428@163.com。