馬征 劉東升 魏建林 王連英 郭躍升 董艷紅 劉福忠 崔榮宗

摘要：為科學指導山東章丘地區(qū)大蔥施肥，合理評價養(yǎng)分專家系統(tǒng)（NE）在大蔥種植上的化肥減施效果，本研究通過田間試驗比較不同施氮量處理的養(yǎng)分積累、大蔥產量及品質，分析施氮量對其經濟效益、氮肥利用率和土壤硝態(tài)氮積累等指標的影響。試驗共設置6個處理，分別為不施氮處理（CK）、大蔥養(yǎng)分專家推薦施肥處理（NE）、NE基礎上減施60%氮肥處理（40%NE）、NE基礎上減施30%氮肥處理（70%NE）、NE基礎上增施30%氮肥處理（130%NE）和NE基礎上增施60%氮肥處理（160%NE）。結果表明，在磷、鉀肥充足的前提下，隨施氮量增加大蔥產量上升8.87%～30.03%，NE基礎上減施30%可實現95%的大蔥產量。增施60%氮肥產量顯著上升，但大蔥硝酸鹽含量顯著上升20.31%，造成品質下降。NE處理氮肥農學效率平均為71.43 kg/kg，氮肥利用率平均為20.44%，160%NE氮肥利用率和氮肥農學效率均顯著降低。減氮處理氮素積累量分別顯著降低21.87%和10.83%，增氮處理大蔥氮素積累量分別上升2.74%和7.81%，但差異不顯著。130%NE與160%NE處理較NE處理土壤硝態(tài)氮累積量分別顯著上升160.98%和140.35%。綜上所述，NE系統(tǒng)可在章丘大蔥種植中優(yōu)化施肥量，實現化肥減施增效，促進養(yǎng)分的吸收利用，具有較好的增產效果。

關鍵詞：養(yǎng)分專家系統(tǒng);大蔥;產量;氮肥減施;經濟效益

中圖分類號：S147.22：S633.106+.2? 文獻標識號：A? 文章編號：1001-4942（2020）11-0009-06〖HJ*4/9〗

Effects of Nitrogen Fertilizer Reduction on Yield，

Quality and Nutrient Absorption and Utilization of Chinese

Spring Onion Based on Nutrient Expert System

Ma Zheng1， Liu Dongsheng2， Wei Jianlin1， Wang Lianying2，

Guo Yuesheng3， Dong Yanhong3， Liu Fuzhong4， Cui Rongzong1

〖WT5”BX〗（1. Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences/

Key Laboratory of Agro-Environment of Huanghe-Huaihe-Haihe Plain， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/

Key Laboratory of Wastes Matrix Utilization， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/ Shandong Provincial

Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer， Jinan 250100，China;

2.Wucheng Bureau of Agriculture and Rural Affairs， Wucheng 253300， China;

3. Soil and Fertilizer Station of Shandong Province， Jinan 250100，China;

4. Shandong Lanxin Environment Testing and Analysis Co.， Ltd.，Jinan 250100， China）

Abstract In order to optimize the fertilizer management， realize the effects of scientific fertilization on Zhangqiu Chinese spring onion， and reasonably evaluate the fertilizer reduction effect of the Nutrient Expert System， field experiments were conducted to study the effects of nitrogen fertilizer application rate on nutrient accumulation， yield， quality， economic benefit， nitrogen use efficiency and soil nitrate nitrogen accumulation. Six treatments were set as no nitrogen application （CK）， fertilization recommended by the Nutrient Expert System （NE）， nitrogen reduction of 60% based on NE （40%NE）， nitrogen reduction of 30% based on NE （70%NE）， nitrogen increase of 30% based on NE （130%NE）， and nitrogen increase of 60% based on NE （160%NE）. The results showed that based on sufficient phosphorus and potassium， the yield of Chinese spring onion increased by 8.87%～30.03% with the increase of nitrogen fertilizer. The N fertilizer could be reduced by 30% based on NE for 95% yield potential. The yield of 160%NE was significantly higher， but the quality of Chinese spring onion decreased because the nitrate nitrogen content significantly increased by 20.31%. The average nitrogen agronomic efficiency of NE treatment was 71.43 kg/kg， and the nitrogen use efficiency was 20.44%. The average agronomic efficiency and the fertilizer use efficiency significantly decreased under 160%NE treatment. The nitrogen accumulation of N rate decreasing treatment significantly decreased by 21.87% and 10.83%， respectively， while that of N rate increasing treatment increased by 2.74% and 7.81%， but they had no significant differences. The nitrate N accumulation of 130%NE and 160%NE significantly increased by 160.98% and 140.35%， respectively， compared with NE treatment. In conclusion， The NE system could optimize the ratio of nitrogen， phosphorus and potassium fertilizer for Chinese spring onion， increase efficiency while reducing nitrogen fertilizer， promote the absorption and utilization of nutrients， and have better effect on yield increase.

Keywords Nutrient Expert System; Chinese spring onion; Yield; Nitrogen fertilizer reduction;Economic benefit

大蔥（Allium fistulosum L.）為百合科蔥屬，二、三年生草本植物，以葉片及葉鞘（假莖）為食用器官，是我國人民喜食的調味佳品。章丘大蔥栽培歷史悠久，因其棵大白長、脆嫩可口、適宜久藏特點，被譽為“蔥中之王”，深受世界各地消費者喜愛。2003—2016年我國大蔥種植面積一直穩(wěn)定在54萬公頃以上，2016年山東大蔥種植面積為9.4萬公頃，占總種植面積的17.12%[1]。大蔥產業(yè)逐漸成為拉動當地農民增收的重要支柱產業(yè)，隨著人民生活水平的不斷提高和對富硒大蔥等保健功能的認識，大蔥的種植面積、產量及品質還會進一步的擴大和提高[1，2]。

前人研究表明，氮素在作物生長和產量形成中發(fā)揮著尤為重要的作用，且氮素對大蔥產量的影響顯著高于磷和鉀，因此，長期以來大蔥生產中存在氮肥施用過量、鉀素不足等現象，影響大蔥產量及品質，造成化肥利用率不高、生產成本增加、效益下降、環(huán)境風險加大等問題[3，4]。目前，農業(yè)部門高度重視化肥減施增效技術的研究及推廣，推進精準施肥、調整化肥施用結構切實有效地減少化肥投入量、提高化肥的利用率和增產效果、降低環(huán)境負影響已成為農業(yè)生產中一項重要而緊迫的任務。

基于產量反應和農學效率的養(yǎng)分專家系統(tǒng)（nutrient expert system，NE）， 是在實地養(yǎng)分管理（site-specific nutrient management，SSNM）方法基礎上，結合4R養(yǎng)分管理原則，針對特定農田和作物生長環(huán)境而制作的施肥決策系統(tǒng)[5-7]。與傳統(tǒng)的地力分級法、目標產量法、肥料效應函數法和土壤測試等推薦施肥法相比，NE系統(tǒng)不但投入小，且省時省力。根據目標產量、土壤性狀、氣候條件及養(yǎng)分管理措施等作物生產信息，可快速推薦作物氮、磷、鉀施肥量和施肥時期，生產實踐中也克服了我國一家一戶推廣應用難度較大等問題[8，9]。養(yǎng)分專家系統(tǒng)目前已在水稻[10-12]、小麥[13-15]、玉米[16-18]等多種作物上應用，均有較好的減施增收效果，但養(yǎng)分專家系統(tǒng)在大蔥氮肥減施上的應用鮮有報道。本試驗基于養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥量，以氮肥減施增效為目標，在多年大蔥栽培地塊上設置氮肥增減30%和60%的用量試驗，研究其對大蔥產量、品質、養(yǎng)分吸收積累及肥料利用效率的影響，以期進一步分析大蔥養(yǎng)分專家系統(tǒng)的氮肥推薦量和減施潛力，為大蔥科學施肥提供理論和技術依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

試驗于2018年在濟南市章丘區(qū)棗園街道辦事處慶元村進行（36°46′N，117°26′E）。供試土壤類型為褐土，表層質地中壤，地勢平坦，地力均勻，水澆條件良好。土壤基本理化性狀：pH值7.88，有機質15.77 g/kg、全氮0.75 g/kg、堿解氮72.50 mg/kg、有效磷82.56 mg/kg、速效鉀188.0 mg/kg，土壤容重2.6 g/cm3。供試大蔥品種為‘大梧桐。當地種植一般于6月中下旬定植蔥苗，10月底至11月上旬收獲。供試肥料為尿素（N含量46%）、重過磷酸鈣（P2O5含量44%）、硫酸鉀（K2O含量50%）。

1.2 試驗設計

采用大田小區(qū)試驗法，隨機區(qū)組設計，設置6個處理，分別為：不施氮肥處理（CK）、養(yǎng)分專家推薦施氮肥處理（NE）、推薦施肥基礎上減施60%氮肥處理（40%NE）、推薦施肥基礎上減施30%氮肥處理（70%NE）、推薦施肥基礎上增施30%氮肥處理（130%NE）和推薦施肥基礎上增施60%氮肥處理（160%NE），各處理具體施肥量見表1。小區(qū)面積3.4 m×5.9 m=20 m2，重復3次。根據大蔥生長發(fā)育規(guī)律和肥料特性，各處理施肥分基肥、緩苗肥、發(fā)棵肥、假莖充實肥4次進行，其中氮鉀肥分4次平均施入，磷肥每次施用量依次分別占總施磷量的75%、15%、5%、5%;CK除不施氮肥外，肥料運籌與其他處理一致。2018年6月21日開溝施基肥，6月22日移栽蔥苗，8月14日、8月28日、9月16日結合培土進行追肥。10月31日大蔥收獲。

1.3 樣品采集與測定方法

大蔥定植前與收獲后按五點法采集0～30、30～60、60～90 cm土壤樣品，鮮土樣測定硝態(tài)氮（NO-3-N）和銨態(tài)氮（NH+4-N）含量。表層土（0～30 cm）風干后測定有機質含量、pH值、全氮、堿解氮以及有效磷和速效鉀。連續(xù)流動分析儀法測定土壤硝態(tài)氮和銨態(tài)氮[19]。重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定土壤有機質，凱氏定氮法測定土壤全氮，堿解擴散法測定堿解氮，NaHCO3浸提-鉬藍比色法測定有效磷，NH4OAc浸提-火焰光度法測定速效鉀。

大蔥收獲時取小區(qū)中間代表性樣段整株蔥鮮樣10株，進行商品性狀調查及品質分析。商品狀調查指標包括株高、莖粗、假莖長;品質指標中可溶性固形物采用奧利龍0～20%手持糖度計測定，維生素C采用2，6-二氯酚靛酚滴定法[19]、硝酸鹽采用紫外分光光度法[20] 測定。收獲時各試驗小區(qū)單獨采收并測產。

1.4 數據分析

收益=單價×產量;純收益=單價×產量-肥料投入及其他成本;產投比=純收益/化肥投入;

養(yǎng)分積累量=收獲物干重×收獲物養(yǎng)分含量（%）;土壤硝態(tài)氮累積量（kg/hm2）=土層厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×硝態(tài)氮濃度（mg/kg）/10;

肥料利用率（%）=（施肥區(qū)養(yǎng)分積累量-減素區(qū)養(yǎng)分積累量）/施肥量×100;

氮肥農學效率（AEN）=（施肥區(qū)大蔥產量-減素處理區(qū)大蔥產量）/施肥量。

采用Microsoft Excel 2007進行數據統(tǒng)計，DPS軟件進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 增減氮肥對大蔥商品性狀的影響

由表2可知，氮肥對大蔥株高影響顯著，隨施氮量的增加株高呈增加趨勢，各處理較CK顯著增加4.50%～9.21%，其中氮肥減施30%、60%和增施30%處理株高與NE處理差異不顯著。當氮肥增施60%時，株高顯著高于其他處理。與NE相比，不施或減施氮肥大蔥假莖長顯著降低，CK、40%NE和70%NE處理分別降低10.92%、7.33%和5.98%。增施30%和60%氮肥處理大蔥假莖長較NE處理并無顯著差異。各施氮處理大蔥莖粗較CK均有增加，但各處理間無顯著差異。

2.2 增減氮肥對大蔥產量及品質的影響

由表3可以看出，施氮量對大蔥產量影響顯著， CK產量僅為80 147.06 kg/hm2，施氮處理增產率在8.87%～30.03%之間。以NE處理為參照，增減30%氮肥處理產量無顯著差異，其中70%NE處理產量降低4.98%，即減施30%氮處理可實現大蔥95%產量潛力;130%NE處理產量僅增加1.05%。與NE處理相比，減施60%氮處理產量降低12.19%，增施60%NE處理產量上升4.88%，增減60%氮肥兩處理間差異達顯著水平。氮肥對大蔥硝酸鹽含量影響顯著，硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而上升，其中40%NE、70%NE、NE和130%NE處理間硝酸鹽含量差異不顯著，當施氮量繼續(xù)增大，160%NE處理大蔥硝酸鹽含量較其他施氮處理平均顯著提高20.31%。各處理大蔥維生素C含量略有變化，但差異不顯著。

2.3 增減氮肥對大蔥經濟效益的影響

由表4可知，與CK相比，各處理大蔥純收益隨著施氮量的增加提高10.17%～34.06%。與NE相比，減氮處理純收益均降低，70%NE處理純收益降低5.53%，但差異不顯著;而40%NE處理純收益顯著降低13.67%;增氮30%、60%處理純收益較NE分別增加0.88%和5.05%，但差異均不顯著。大蔥產投比隨施氮量的上升而降低。綜合分析，NE處理可獲得相對較高的經濟效益，說明養(yǎng)分專家推薦施肥系統(tǒng)可保證大蔥產量，同時達到節(jié)肥增效的目的。

2.4 增減氮肥對大蔥養(yǎng)分積累量及氮肥利用率的影響

由表5可知，增施氮肥顯著增加大蔥對氮素的吸收，各施氮處理氮素積累量較CK增加26.14～74.06 kg/hm2。與NE相比， 40%NE和70%NE處理氮素積累量分別顯著下降21.87%和10.83%;130%NE和160%NE處理大蔥氮素積累量分別增加2.74%和7.81%，但未達到顯著差異。各施氮處理磷素積累量較CK增加8.87%～25.20%。與NE相比，除40%NE處理外，其他處理大蔥磷素積累量變化無顯著差異;施氮肥可提高大蔥鉀素積累量14.80%～38.13%。與NE處理相比，減施氮肥大蔥鉀素積累降低6.41%～10.23%，但差異不顯著。

植株氮肥利用情況與施肥量、產量及氮素積累量密切相關，本試驗結果表明氮肥利用率隨著氮肥施用量的增加而降低，各處理氮肥農學效率先上升后降低。當氮素施用水平達349.7 kg/hm2以上時，氮肥利用率和農學效率均明顯降低。因此，合理的施氮量能實現大蔥穩(wěn)產，提高氮肥的農學效率，減少因過度施肥造成的利用率低及面源污染等問題。

2.5 增減氮肥對不同土層硝態(tài)氮含量的影響

由圖1看出，不同施肥處理造成各土層硝態(tài)氮累積量差異顯著。CK在各土層中土壤硝態(tài)氮含量最低。0～30 cm土層各處理土壤硝態(tài)氮累積量在30.17～60.81 kg/hm2之間，其中130%NE和160%NE處理較NE處理分別顯著提高68.03%和49.46%;隨著土層加深，除160%NE處理外，各處理在30～60 cm土層中土壤硝態(tài)氮累積量顯著降低，而160%NE處理硝態(tài)氮累積量上升，并顯著高于其他處理;除CK外，60～90 cm土層各處理土壤硝態(tài)氮累積量均有上升趨勢，130%NE與160%NE處理較NE處理土壤硝態(tài)氮累積量分別顯著上升160.98%和140.35%，表明過量施氮可造成土壤硝態(tài)氮的不斷累積，NE處理可有效降低硝態(tài)氮向下淋洗程度。

3 討論

研究表明，科學的推薦施肥方法是實現作物高產高效的重要措施。偏施氮肥不僅會因氮素投入過量而導致鉀素不足，影響大蔥產量和品質，還是造成肥料利用率低的主要因素，影響土壤養(yǎng)分積累，增加地下水硝酸鹽污染等風險[21，22]。養(yǎng)分專家系統(tǒng)在全國范圍內數萬個有效肥料田間試驗的基礎上，建立起的基于產量反應和農學效率的推薦施肥系統(tǒng)，并在不同氣候條件區(qū)開展了廣泛應用。多年多點試驗證明，NE系統(tǒng)可通過了解農戶過去3～5年的產量水平和施肥歷史完成施肥推薦，解決了農戶土壤測試條件不具備及氮素推薦困難等難題，優(yōu)化肥料運籌，提高肥料利用率，增加農民收入。蘇瑞光等[23]比較了小麥養(yǎng)分專家系統(tǒng)和ASI法推薦施肥效果，發(fā)現兩種方法較農民習慣施肥均有較好的增產增收效果，且NE系統(tǒng)根據簡單易得的小麥生產相關信息可快速推薦施肥營養(yǎng)套餐，較ASI推薦施肥更快速簡便。柳開樓等[24]評估了NE系統(tǒng)在雙季稻區(qū)的化肥減施效果，發(fā)現與農民習慣施肥相比，早、晚稻季NE系統(tǒng)中氮肥的減施比例分別為24.86%～29.15%和28.15%～34.43%，磷肥的減施比例分別為15.97%～37.05%和31.72%～44.75%，鉀肥的減施比例分別為60.35%～66.22%和72.29%～74.02%，且NE系統(tǒng)的水稻產量也顯著高于測土配方處理。本研究建立的大蔥養(yǎng)分專家系統(tǒng)，是通過大蔥生產相關信息，利用后臺已有的數據庫，快速生成基于農戶個性信息的施肥營養(yǎng)套餐。大蔥養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥優(yōu)化了氮磷鉀肥用量，較增減施氮處理既節(jié)約施肥成本又具有較好的增產增收效果。

張福鎖[25]指出蔬菜生產中過量投入水肥現象非常普遍，氮肥施用量一般超過450 kg/hm2，設施蔬菜氮肥利用率不足15%，過量施氮造成的氮損失已對環(huán)境構成嚴重威脅。本研究中，大蔥養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥在保證作物產量前提下將氮肥施用量控制在一個合理的范圍內，氮肥利用效率為20.44%，高于統(tǒng)計數據，說明NE推薦施肥可提高肥料利用效率。同時，研究發(fā)現減氮30%處理大蔥產量可達NE處理的95%，收益僅降低5.53%，氮肥農學效率增加4.33 kg/kg，說明適當降低肥料用量是提高肥料利用效率的有效措施。在“化肥減施”的背景下，基于NE推薦大蔥氮肥施用量控制在188～270 kg/hm2范圍內可具有較好的增產增收效果。但在當前土壤高強度利用情況下，NE推薦氮肥施用量長期肥效仍需進一步驗證。

4 結論

在章丘大蔥主產區(qū)，大蔥養(yǎng)分專家系統(tǒng)推薦施肥根據作物產量反應、養(yǎng)分農學效率、產量目標及養(yǎng)分管理措施等信息給出合理的氮磷鉀用量和配比，是一種增產增收和提高肥料利用效率的有效方法，簡便易行，能夠在保證不減產的前提下有效地減少養(yǎng)分投入量，降低0～90 cm土層硝態(tài)氮積累量從而降低過量氮肥投入帶來的環(huán)境風險，對于實現大蔥科學施肥具有重要意義。

參 考 文 獻：

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