張春霞， 文宏達， 劉宏斌， 張繼宗*， 張亦濤

(1 河北農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河北保定 071001；2 農業(yè)部面源污染控制重點實驗室/中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

優(yōu)化施肥對大棚番茄氮素利用和氮素淋溶的影響

張春霞1， 文宏達1， 劉宏斌2， 張繼宗2*， 張亦濤2

(1 河北農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，河北保定 071001；2 農業(yè)部面源污染控制重點實驗室/中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081)

大棚； 春番茄； 經濟效益； 硝態(tài)氮； 淋溶

西歐農業(yè)發(fā)達國家自20 世紀80 年代起，化肥用量就開始下調[9]。近年來在我國部分地區(qū)也進行了化肥減量試驗研究，不同地區(qū)的實驗結果顯示，適當減少氮肥的施用量對蔬菜不會造成顯著減產[10-12]。然而，在商品蔬菜，特別是大棚番茄生產集中的河北徐水地區(qū)，尚沒有科學合理的優(yōu)化施肥方案。為此本文以徐水大棚蔬菜地為研究對象，通過17個月的田間對比試驗，提出研究區(qū)域兼顧環(huán)境和經濟效益的合理施肥方案。

1 材料和方法

1.1 試驗區(qū)概況

表1 供試土壤理化性質Table 1 Physical and chemical properties of the tested soils

1.2 試驗設計

試驗設4個處理： 1)不施氮肥(CK); 2)單施有機肥(OM); 3)習慣施肥(MCC); 4)優(yōu)化施肥(MOC)。3次重復，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積6.5 m×4 m。

試驗各施肥處理所用有機肥為腐熟牛糞，養(yǎng)分含量為N 0.62%、P2O50.48%、K2O 0.61%(N 558 kg/hm2、 P2O5432 kg/hm2、 K2O 549 kg/hm2)。施用量折合有機氮為 558 kg/hm2。習慣施肥的總施 N 量為 1158 kg/hm2，其中有機肥氮 558 kg/hm2、 化肥氮為 600 kg/hm2。優(yōu)化施肥施N量為 918 kg/hm2，其中有機肥含N量 558 kg/hm2、 化肥含 N 360 kg/hm2，較習慣施肥處理減少無機 N 240 kg/hm2。試驗各處理磷、鉀肥用量一致。

無機氮肥為尿素(N含量為 46%)，MCC用量為 600 kg/hm2，MOC用量為 360 kg/hm2。按不同施N水平在不同時期分量施入。無機磷肥為過磷酸鈣 1500 kg/hm2(P2O5含量為17%)，按照當地常規(guī)用量與有機肥一起作為基肥一次性施入(11月20日)。鉀肥為硫酸鉀 577.17 kg/hm2(K2O 含量為 52%)。常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥兩個處理分別按照各自施氮水平，將20%尿素、 40%硫酸鉀作為基肥施入。此后，尿素和硫酸鉀均追肥6次，用量如下：尿素初花期(2月19日)10%、 初果期(3月15日)20%、 盛果期50%(分4次施用，分別在3月30日、 4月9日、 4月17日、 4月28日)；硫酸鉀初花期10%、初果期15%、盛果期35%(分4次施入，施入日期同氮肥)，所用追肥均采用澆施方式分小區(qū)施入(表2)。

表2 試驗各處理肥料(N-P2O5-K2O)施用情況 (kg/hm2)Table 2 Inorganic fertilizer application of different treatments

注(Note): CK—不施氮肥No nitrogen fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization.

1.3 樣品的采集和檢測

1.3.1 植物樣 在番茄結果盛期(2011年 4月15日) 采番茄果實樣和收獲結束期(2011年5 月25日)采地上部植株樣(去殘留果)，烘干磨碎凱氏定氮法檢測氮素含量。

1.4 數據處理方法與計算方法

試驗數據采用Microsoft Excel 2007制圖，數據差異的顯著性分析采用SPSS17.0(One-Way ANOVA)軟件進行。

氮肥利用率 = (施氮處理作物氮素吸收量-不施氮處理作物氮素吸收量)/施氮量×100%

經濟效益(Yuan/hm2) = 作物產量(kg/hm2)×單價(Yuan) -灌溉費用(Yuan/hm2)-化肥費用(Yuan/hm2) -種子費用(Yuan/hm2)-機械費用(Yuan/hm2)

圖1 地下原位檢測裝置 Fig.1 The underground in situ detection device

2 結果與分析

2.1不同施肥處理設施番茄的產量和經濟效益分析

由表3可以看出，適量減少常規(guī)施氮量，未減少番茄產量和菜農經濟效益。與對照相比較，單施有機肥、常規(guī)施肥和優(yōu)化施肥三種處理的番茄產量和經濟效益分別提高了8.08%、12.58%、17.19%和7.90%、11.39%、16.39%。說明在基礎肥力較高的土壤，單施有機肥或有機無機肥配施仍可增加設施番茄的產量及其經濟效益。其中，優(yōu)化施肥與常規(guī)施肥比較，番茄產量增加了4.09%，經濟效益增加了4.48%。單施有機肥較優(yōu)化施肥春番茄產量降低了7.8%，經濟效益降低了7.3%，但是差異并不顯著異。有機肥中的氮素還不能完全滿足番茄生長所需。

表3 不同處理的番茄產量和經濟效益Table 3 The yields and economic benefits of tomato

注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 數值后不同小寫字母代表處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters are significantly different at 5% level. 機械費用5760 Yuan/hm2Cost for machinery 5760 Yuan/ha；灌溉費用192 Yuan/hm2Irrigation 192 yuan/ha；番茄種價格384 Yuna/hm2Price of seeds 384 yuan/ha； 2011年番茄平均收購價格4.00 Yuan/kg Price of tomato 4.00 Yuan/kg； 尿素2100 Yuan/t， 過磷酸鈣800 Yuan/t， 硫酸鉀3500 Yuan/t Urea 2100 Yuan/t, Phosphate fertilizer 800 Yuan/t, Potash fertilizer 3500 Yuan/t.

2.2 番茄氮素吸收量及利用率

由不同處理氮素利用率(表4)可知，盡管常規(guī)施肥處理番茄吸氮總量達151.77 kg/hm2，比不施氮和單施有機肥處理分別增加了37.13%和21.35%。但并不是施氮量越大番茄果實吸收量越大，氮肥施用量低的優(yōu)化施肥番茄果實吸氮量和氮素利用率要優(yōu)于常規(guī)施肥處理。表明優(yōu)化施肥可顯著增加番茄果實對氮的吸收，而降低了植株中氮素的吸收量，這說明優(yōu)化施肥可能具有更佳的養(yǎng)分配比，使得設施番茄的養(yǎng)分吸收轉化效率提高，從而促進產量增加。

表4 不同處理的氮肥利用率Table 4 N fertilizer use efficiency of each treatment

注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 數值后不同小寫字母代表處理間差異達5%顯著水平 Values followed by different letters are significantly different at 5% level.

2.3 菜田土壤硝態(tài)氮殘留量

圖2 種植番茄后各處理0—200 cm 土層含量Fig.2 N-N contents in 0-200 cm soil layer after tomato planting [注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization; BP—播種前 Before planting. ]

2.4 菜田土壤硝態(tài)氮淋溶量

圖3 2011年設施菜地敞棚期降雨量Fig.3 The rainfall at the open period of greenhouse in 2011

對2011年整個敞棚期硝態(tài)氮的淋溶總量進行分析，結果表明減少肥料氮素的投入，可以顯著減少土壤硝態(tài)氮的淋溶，獲得較佳的生態(tài)環(huán)境效益(圖4)。常規(guī)施肥硝態(tài)氮淋溶量最多，達92.34 kg/hm2，占全年施氮總量的7.97%，顯著高于其他各處理。優(yōu)化施肥硝態(tài)氮淋溶總量為42.28 kg/hm2，比常規(guī)施肥降低了50.06 kg/hm2。

圖4 2011年不同處理淋溶水中總量Fig.4 The total N-N amount in leaching water in 2011 [注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—單施有機肥Only manure; MCC—常規(guī)施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—優(yōu)化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 柱上不同字母代表處理間差異達5%顯著水平 Different letters above the bars mean significant difference at 5% level.]

3 討論

長期氮肥過量投入是影響番茄產量的因子之一。過多氮肥促進葉片生長，葉片多而大，株形相對增高，造成早期下部蔭蔽，于是帶來兩大危害：一是下部濕度和溫度相對提高，通風不好，給病害提供條件；二是群體增加，番茄無效分枝增多，莖葉出現徒長，帶來嚴重減產。優(yōu)化施氮規(guī)避了上述危害，不僅降低投入成本，還減少氮素流失，提高氮肥利用率、增加農民經濟效益。何傳龍等研究發(fā)現，采用減量施肥技術可使番茄增產20.0%[13]。韓瑛祚等的研究顯示設施辣椒的化肥量控制在常規(guī)施氮處理的70%(157.50 kg/hm2)為最佳[14]。喬紅霞等研究指出，在養(yǎng)分含量極高的設施菜地上栽培大蔥，化肥減少50%是完全可行的[15]。本研究在化肥氮投入減少40%的施用量下，春番茄產量提高了4.1%，經濟效益提高了4.5%。

試驗各處理的氮肥利用率都在較低水平，可見設施菜地優(yōu)化施肥空間還很大。優(yōu)化施肥處理較其他處理可顯著提高氮肥利用率。優(yōu)化施肥氮肥利用率達6.46%。顯著高于其他處理，降低了氮素損失。而常規(guī)施肥處理氮肥利用率則小于5%，這意味著95%以上的氮素投入沒有被番茄吸收利用，而是以各種形態(tài)損失或儲存在土壤中，不僅造成肥料的浪費，還增加了環(huán)境污染的風險。

4 結論

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Effectofoptimumfertilizationonnitrogenuseefficiencyandnitrateleachinginthegreenhouses

ZHANG Chun-xia1, WEN Hong-da1, LIN Hong-bin2, ZHANG Ji-zong2*, ZHANG Yi-tao2

(1CollegeofResourceandEnvironmentScience,HebeiAgriculturalUniversity,Baoding,Hebei071001,China; 2KeyLaboratoryofofNonpointSourcePollutionControl,MinistryofAgriculture/InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,CAAS,Beijing10081,China)

greenhouse; spring tomato; economic benefit; nitrate nitrogen; leaching

2012-11-12接受日期2013-04-01

公益性行業(yè)(農業(yè))科研專項經費資助 (200903011) 。

張春霞(1987—)，女，山西朔州人，碩士，主要從事水土資源與水環(huán)境方面的研究。 Tel: 0312-7528226, E-mail： 441390667zcx@163.com。 * 通信作者 E-mail：jizongzhang@163.com

S641.2.601; S606

A

1008-505X(2013)05-1139-07