优化施肥对大棚番茄氮素利用和氮素淋溶的影响

张春霞， 文宏达， 刘宏斌， 张继宗*， 张亦涛

(1 河北农业大学资源与环境学院，河北保定 071001；2 农业部面源污染控制重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

优化施肥对大棚番茄氮素利用和氮素淋溶的影响

张春霞1， 文宏达1， 刘宏斌2， 张继宗2*， 张亦涛2

(1 河北农业大学资源与环境学院，河北保定 071001；2 农业部面源污染控制重点实验室/中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

大棚； 春番茄； 经济效益； 硝态氮； 淋溶

西欧农业发达国家自20 世纪80 年代起，化肥用量就开始下调[9]。近年来在我国部分地区也进行了化肥减量试验研究，不同地区的实验结果显示，适当减少氮肥的施用量对蔬菜不会造成显著减产[10-12]。然而，在商品蔬菜，特别是大棚番茄生产集中的河北徐水地区，尚没有科学合理的优化施肥方案。为此本文以徐水大棚蔬菜地为研究对象，通过17个月的田间对比试验，提出研究区域兼顾环境和经济效益的合理施肥方案。

1 材料和方法

1.1 试验区概况

表1 供试土壤理化性质Table 1 Physical and chemical properties of the tested soils

1.2 试验设计

试验设4个处理： 1)不施氮肥(CK); 2)单施有机肥(OM); 3)习惯施肥(MCC); 4)优化施肥(MOC)。3次重复，随机区组排列，小区面积6.5 m×4 m。

试验各施肥处理所用有机肥为腐熟牛粪，养分含量为N 0.62%、P2O50.48%、K2O 0.61%(N 558 kg/hm2、 P2O5432 kg/hm2、 K2O 549 kg/hm2)。施用量折合有机氮为 558 kg/hm2。习惯施肥的总施 N 量为 1158 kg/hm2，其中有机肥氮 558 kg/hm2、 化肥氮为 600 kg/hm2。优化施肥施N量为 918 kg/hm2，其中有机肥含N量 558 kg/hm2、 化肥含 N 360 kg/hm2，较习惯施肥处理减少无机 N 240 kg/hm2。试验各处理磷、钾肥用量一致。

无机氮肥为尿素(N含量为 46%)，MCC用量为 600 kg/hm2，MOC用量为 360 kg/hm2。按不同施N水平在不同时期分量施入。无机磷肥为过磷酸钙 1500 kg/hm2(P2O5含量为17%)，按照当地常规用量与有机肥一起作为基肥一次性施入(11月20日)。钾肥为硫酸钾 577.17 kg/hm2(K2O 含量为 52%)。常规施肥和优化施肥两个处理分别按照各自施氮水平，将20%尿素、 40%硫酸钾作为基肥施入。此后，尿素和硫酸钾均追肥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，分别在3月30日、 4月9日、 4月17日、 4月28日)；硫酸钾初花期10%、初果期15%、盛果期35%(分4次施入，施入日期同氮肥)，所用追肥均采用浇施方式分小区施入(表2)。

表2 试验各处理肥料(N-P2O5-K2O)施用情况 (kg/hm2)Table 2 Inorganic fertilizer application of different treatments

注(Note): CK—不施氮肥No nitrogen fertilization; OM—单施有机肥Only manure; MCC—常规施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—优化施肥Manure and optimum chemical fertilization.

1.3 样品的采集和检测

1.3.1 植物样 在番茄结果盛期(2011年 4月15日) 采番茄果实样和收获结束期(2011年5 月25日)采地上部植株样(去残留果)，烘干磨碎凯氏定氮法检测氮素含量。

1.4 数据处理方法与计算方法

试验数据采用Microsoft Excel 2007制图，数据差异的显著性分析采用SPSS17.0(One-Way ANOVA)软件进行。

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

经济效益(Yuan/hm2) = 作物产量(kg/hm2)×单价(Yuan) -灌溉费用(Yuan/hm2)-化肥费用(Yuan/hm2) -种子费用(Yuan/hm2)-机械费用(Yuan/hm2)

图1 地下原位检测装置 Fig.1 The underground in situ detection device

2 结果与分析

2.1不同施肥处理设施番茄的产量和经济效益分析

由表3可以看出，适量减少常规施氮量，未减少番茄产量和菜农经济效益。与对照相比较，单施有机肥、常规施肥和优化施肥三种处理的番茄产量和经济效益分别提高了8.08%、12.58%、17.19%和7.90%、11.39%、16.39%。说明在基础肥力较高的土壤，单施有机肥或有机无机肥配施仍可增加设施番茄的产量及其经济效益。其中，优化施肥与常规施肥比较，番茄产量增加了4.09%，经济效益增加了4.48%。单施有机肥较优化施肥春番茄产量降低了7.8%，经济效益降低了7.3%，但是差异并不显著异。有机肥中的氮素还不能完全满足番茄生长所需。

表3 不同处理的番茄产量和经济效益Table 3 The yields and economic benefits of tomato

注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—单施有机肥Only manure; MCC—常规施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—优化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 数值后不同小写字母代表处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters are significantly different at 5% level. 机械费用5760 Yuan/hm2Cost for machinery 5760 Yuan/ha；灌溉费用192 Yuan/hm2Irrigation 192 yuan/ha；番茄种价格384 Yuna/hm2Price of seeds 384 yuan/ha； 2011年番茄平均收购价格4.00 Yuan/kg Price of tomato 4.00 Yuan/kg； 尿素2100 Yuan/t， 过磷酸钙800 Yuan/t， 硫酸钾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

由不同处理氮素利用率(表4)可知，尽管常规施肥处理番茄吸氮总量达151.77 kg/hm2，比不施氮和单施有机肥处理分别增加了37.13%和21.35%。但并不是施氮量越大番茄果实吸收量越大，氮肥施用量低的优化施肥番茄果实吸氮量和氮素利用率要优于常规施肥处理。表明优化施肥可显著增加番茄果实对氮的吸收，而降低了植株中氮素的吸收量，这说明优化施肥可能具有更佳的养分配比，使得设施番茄的养分吸收转化效率提高，从而促进产量增加。

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

注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—单施有机肥Only manure; MCC—常规施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—优化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 数值后不同小写字母代表处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters are significantly different at 5% level.

2.3 菜田土壤硝态氮残留量

图2 种植番茄后各处理0—200 cm 土层含量Fig.2 N-N contents in 0-200 cm soil layer after tomato planting [注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—单施有机肥Only manure; MCC—常规施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—优化施肥Manure and optimum chemical fertilization; BP—播种前 Before planting. ]

2.4 菜田土壤硝态氮淋溶量

图3 2011年设施菜地敞棚期降雨量Fig.3 The rainfall at the open period of greenhouse in 2011

对2011年整个敞棚期硝态氮的淋溶总量进行分析，结果表明减少肥料氮素的投入，可以显著减少土壤硝态氮的淋溶，获得较佳的生态环境效益(图4)。常规施肥硝态氮淋溶量最多，达92.34 kg/hm2，占全年施氮总量的7.97%，显著高于其他各处理。优化施肥硝态氮淋溶总量为42.28 kg/hm2，比常规施肥降低了50.06 kg/hm2。

图4 2011年不同处理淋溶水中总量Fig.4 The total N-N amount in leaching water in 2011 [注(Note): CK—不施氮肥No fertilization; OM—单施有机肥Only manure; MCC—常规施肥Manure and conventional chemical fertilization; MOC—优化施肥Manure and optimum chemical fertilization. 柱上不同字母代表处理间差异达5%显著水平 Different letters above the bars mean significant difference at 5% level.]

3 讨论

长期氮肥过量投入是影响番茄产量的因子之一。过多氮肥促进叶片生长，叶片多而大，株形相对增高，造成早期下部荫蔽，于是带来两大危害：一是下部湿度和温度相对提高，通风不好，给病害提供条件；二是群体增加，番茄无效分枝增多，茎叶出现徒长，带来严重减产。优化施氮规避了上述危害，不仅降低投入成本，还减少氮素流失，提高氮肥利用率、增加农民经济效益。何传龙等研究发现，采用减量施肥技术可使番茄增产20.0%[13]。韩瑛祚等的研究显示设施辣椒的化肥量控制在常规施氮处理的70%(157.50 kg/hm2)为最佳[14]。乔红霞等研究指出，在养分含量极高的设施菜地上栽培大葱，化肥减少50%是完全可行的[15]。本研究在化肥氮投入减少40%的施用量下，春番茄产量提高了4.1%，经济效益提高了4.5%。

试验各处理的氮肥利用率都在较低水平，可见设施菜地优化施肥空间还很大。优化施肥处理较其他处理可显著提高氮肥利用率。优化施肥氮肥利用率达6.46%。显著高于其他处理，降低了氮素损失。而常规施肥处理氮肥利用率则小于5%，这意味着95%以上的氮素投入没有被番茄吸收利用，而是以各种形态损失或储存在土壤中，不仅造成肥料的浪费，还增加了环境污染的风险。

4 结论

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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

公益性行业(农业)科研专项经费资助 (200903011) 。

张春霞(1987—)，女，山西朔州人，硕士，主要从事水土资源与水环境方面的研究。 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