节水控肥下有机无机肥配施对日光温室黄瓜-番茄轮作体系土壤氮素供应及迁移的影响

李若楠， 张彦才*， 黄绍文， 唐继伟， 王丽英， 陈丽莉， 翟彩霞

( 1 河北省农林科学院农业资源环境研究所，石家庄 050051；2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 农业部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081)

节水控肥下有机无机肥配施对日光温室黄瓜-番茄轮作体系土壤氮素供应及迁移的影响

李若楠1， 张彦才1*， 黄绍文2*， 唐继伟2， 王丽英1， 陈丽莉1， 翟彩霞1

( 1 河北省农林科学院农业资源环境研究所，石家庄 050051；2 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 农业部植物营养与肥料重点实验室，北京 100081)

设施蔬菜； 节水控肥； 有机无机肥配施； 土壤硝态氮； 氮素淋失

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验在河北省农林科学院大河实验站进行。栽培制度为冬春茬黄瓜-秋冬季番茄轮作，试验起始时间为2009年8月。试验用日光温室为新建日光温室，建于2009年5月。温室长为48 m，宽为8 m。供试土壤为粘壤质石灰性褐土，基础土壤理化性质见表1。

表1 供试土壤理化性质

1.2 试验设计

试验共设计两个水肥管理模式，分别为节水控肥模式(OPT模式)和农民习惯水肥管理模式(CF模式)；一个不施氮肥处理(N0)。在OPT模式下，按照化肥与有机物料供氮比例设计4个有机无机肥配施处理，分别为3/4化肥氮+1/4猪粪氮(3/4CN+1/4PN)、 2/4化肥氮+2/4猪粪氮(2/4CN+2/4PN)、 2/4化肥氮+1/4猪粪氮+1/4秸秆氮(2/4CN+1/4PN+1/4SN)、 2/4化肥氮+2/4秸秆氮(2/4CN+2/4SN)和一个单施化肥处理(CN)。CF模式为化肥与猪粪配施，单季猪粪氮投入量为N 900 kg/hm2。各处理氮、 磷、 钾养分投入总量见表2。

试验为随机区组设计，由于试验处理较多和日光温室面积有限，农民习惯水肥管理模式设2次重复，其余处理均设3次重复，小区面积为14.4 m2(宽2.4 m×长6 m)。为了防止各小区0—100 cm土体水分和养分相互影响，在试验开始前小区内保持原状土，在每个小区四周开挖宽度为10 cm，深度为100 cm的沟槽，用4 mm PVC板隔开，埋深100 cm，PVC板衔接处涂PVC胶后用铆钉固定，其上缘高出土面5 cm。周围用相应层次的土回填。在每个小区中部安装一个小型排水式渗漏仪，渗漏仪高0.60 m，长0.60 m，宽1.20 m，渗漏仪上沿离地面0.40 m，面积为0.72 m2。

表2 试验各处理NPK养分投入总量(kg/hm2)

注(Note)： OPT —Water and fertilizer saving management; CF—Farmer conventional water and fertilizer management.

表3 日光温室番茄和黄瓜生育期灌水量(m3/hm2)

每小区种植黄瓜/番茄4行，每行20株，行距0.60 m，株距0.30 m。供试黄瓜品种为博美11号，砧木为火凤凰牌南瓜种。黄瓜定植时间分别为2010年2月28日和2011年3月3日，拉秧时间分别为2010年7月12日和2011年7月26日。供试番茄品种为金鹏11号。番茄定植时间分别为2009年8月23日、 2010年8月22日、 2011年8月20日，拉秧时间2009年12月1日、 2011年1月20日和2012年2月20日。田间管理包括除草、 定期喷药预防病害虫。

1.3 肥料品种、 施肥方法和施肥量

1.4 测定项目及方法

蔬菜关键生育期取0—20 cm和20—40 cm土样，拉秧后各小区以20 cm为间隔取0—100 cm土体土样。每小区取10钻，并充分混匀。鲜土样测定其硝态氮。取样留下的钻孔用保护区土壤进行回填，防止灌水时下渗。土壤硝态氮用2 mol/L氯化钾溶液浸提，双波长紫外分光光度法测定。全生育期从渗漏仪中抽取水样，每次测定抽取水样的体积，取样后冷冻于-20℃冰箱中保存，用于测定水样中的硝态氮、 铵态氮和全氮浓度。水样硝态氮采用紫外分光光度法；铵态氮采用流动分析仪；总氮采用过硫酸钾氧化—紫外分光光度法测定。土壤容重采用环刀法测定；电导率采用水土比5 ∶1，电导率仪测定；土壤pH采用水土比2.5 ∶1，pH计测定。有机质含量用重铬酸钾法；速效磷采用0.5 mol/L碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法；速效钾采用1.0 mol/L乙酸铵浸提—火焰光度计法测定。

1.5 计算与数据处理

土壤氮库盈亏 = 土壤氮输入量(肥料投入氮+灌水投入氮)-土壤氮输出量(作物吸收氮+土壤损失氮)。

土壤无机氮盈亏量 = 收获后土壤无机氮含量-定植前土壤无机氮含量。

土壤有机氮盈亏量 = 土壤氮库盈亏量-土壤无机氮盈亏量。

试验数据采用Microsoft Excel 2010和SAS软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 节水控肥下有机无机肥配施对根区土壤硝态氮的影响

图1 节水控肥下有机无机肥配施对土壤硝态氮的影响Fig.1 Changes in soil N-N contents in rhizosphere affected by combined application of organic manure and chemical fertilizers under the OPT and CF management [注(Note): F—休闲期Fallow period; TS—番茄季 Tomato season; CS—黄瓜季Cucumber season.]

2.2 节水控肥下有机无机肥配施对收获后土壤剖面硝态氮残留的影响

2.3 节水控肥下有机无机肥配施对土壤氮素淋失的影响

图2 节水控肥下有机无机肥配施对收获后土壤剖面硝态氮分布的影响Fig.2 Spatial and temporal variability of soil N-N affected by combined application of organic manure and chemical fertilizers under the OPT and CF management at the vine removed stage[注(Note): CF模式土壤硝态氮含量坐标轴最大刻度为400 mg/kg，区别于OPT模式各处理range in the CF management compared with the OPT treatments.]

处理Treatment5季渗漏液体积Leachingvolumeforfivegrowthseasons(m3/hm2)5季不同形态氮浓度(mg/L)ConcentrationofdifferentNformsinleakagewater硝态氮NO-3-N铵态氮NH+4-N有机氮OrganicN5季不同形态氮淋失量(Nkg/hm2)LeachinglossofdifferentNformsinleakagewater硝态氮NO-3-N铵态氮NH+4-N有机氮OrganicN3/4CN+1/4PN244.4±48.7d72.80.1725.417.8±4.3b0.042±0.011b1.32/4CN+2/4PN409.5±53.2c113.60.1216.446.5±5.6b0.050±0.006b2.62/4CN+1/4PN+1/4SN101.7±17.4e40.50.16404.1±1.1b0.017±0.011b02/4CN+2/4SN37.9±9.6e22.00.1034.40.8±0.2b0.004±0.002b0.2CN108.5±36.3e42.80.03404.7±0.9b0.004±0.001b0CF1847.9±130.9a337.31.6541.9623.4±91.3a3.057±1.221a3.5N0682.7±71.7b7.50.04105.1±0.8b0.028±0.001b0

注(Note)： 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.4 节水控肥下有机无机肥配施对土壤氮库盈亏的影响

表6 5个生长季节水控肥下有机无机肥配施对0—100土体土壤氮库盈亏的影响(kg/hm2)

注(Note)： *—根据郝小雨博士论文相关数据估算土壤氮挥发损失(氨挥发和氧化亚氮排放)N gaseous losses were evaluated by the date from the thesis of Dr. XY Hao. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

2.5 节水控肥下有机无机肥配施对日光温室黄瓜/番茄产量及经济效益的影响

3 讨论

3.1 节水控肥后土壤环境可持续利用潜力

过量的水肥投入在设施蔬菜种植中非常普遍，在一些地区已经造成的严重的环境问题[9-12]。本试验结果表明，农民大水大肥的粗放管理模式导致了蔬菜0—40 cm土壤硝态氮的剧烈波动，这与灌水频率的周期性波动有关。在一个轮作周期内，硝态氮积累始于秋冬茬番茄季，冬春茬黄瓜追肥前达到峰值，此时灌水频率低，过量投入的氮素以0—40 cm积累为主；进入黄瓜追肥阶段，灌水频率显著增加，根区积累的硝态氮向土壤深层迁移，硝态氮淋失严重；连续种植5季40—100 cm土体硝态氮增量达919.9 kg/hm2，100 cm土壤硝态氮淋失量达623.4 kg/hm2。肖辉等人在番茄-芹菜轮作体系上的研究显示，施用高量有机肥导致夏季(番茄季)土壤硝态氮累积和冬季(芹菜季)土壤硝态氮含量降低[13]。这与本试验土壤硝态氮波动规律有一定差异，可能是由于轮作体系不同所致。

表7 5个生长季节水控肥下有机无机肥配施0—100土体土壤有机氮和无机氮盈余量估算(kg/hm2)

注(Note)： *—土壤无机氮盈余以硝态氮进行计算Only soil nitrate N is used to calculate soil residual mineral N amount. 同列数据后不同字母表示处理间差异达5%显著水平 Values followed by different small letters in a column mean significant difference at the 5% level.

表8 5个生长季黄瓜/番茄的总产量及经济效益

3.2 化肥配施秸秆对土壤氮素供应、 残留及淋失的影响

3.3 化肥配施猪粪对土壤氮素供应、 残留及淋失的影响

根据该试验结果，设施栽培土壤硝态氮供应与迁移主要与三个因素有关: 1)土壤保蓄养分的能力；2)有机、 无机肥种类与配施比例；3)水肥管理制度；此外，还受到蔬菜养分需求特征的影响。这与胡博等人归纳的农田土壤硝态氮淋洗影响因素较为一致[22]。

4 结论

1) 农民习惯水肥管理模式下节水节肥潜力较大。节水控肥能降低设施蔬菜根区土壤硝态氮积累、 根区以下土壤硝态氮残留和100 cm土体养分淋失，在稳产的同时显著增加经济收入，具有较好的经济效益和环境效益。

2) 商品有机肥猪粪与化肥在土壤无机氮供应方面的效果接近，但是猪粪基施量偏大容易导致土壤硝态氮淋失量增加。施用秸秆能促进土壤无机氮固持，降低根区土壤硝态氮供应水平，扩充土壤有机氮库，提高土壤养分保蓄能力，提升土壤供氮潜力。

3) 根据本试验结果推荐的新建温室可采用单施化肥、 化肥与猪粪配施方案，能在短时间内提高土壤无机氮供应强度，满足蔬菜的氮素需求；对于种植了一段时间的温室，可采用冬春茬黄瓜季化肥配施猪粪、 秋冬茬番茄季化肥配施秸秆方案，不仅能固定积累于土壤中的无机氮，提高土壤氮养分容量，保证根层土壤氮素的稳定供应，还能降低环境风险，维护设施农业的可持续发展。

4) 设施生产中应针对不同土壤条件，合理施用有机无机肥料，因地制宜设计水肥管理制度，在保证蔬菜高产稳产的同时，促进土壤肥力培育、 土壤质量和生产潜力提升，维护农田土壤的可持续利用。

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Effectsofcombinedapplicationoforganicmanureandchemicalfertilizersonsoilnitrogenavailabilityandmovementunderwaterandfertilizersavingmanagementincucumber-tomatodoublecroppingsystem

LI Ruo-nan1, ZHANG Yan-cai1*, HUANG Shao-wen2*, TANG Ji-wei2, WANG Li-ying1, CHEN Li-li1, ZHAI Cai-xia1

( 1InstituteofAgriculturalResourcesandEnvironment,HebeiAcademyofAgriculturalandForestrySciences,Shijiazhuang050051,China; 2KeyLaboratoryofPlantNutritionandFertilizer,MinistryofAgriculture/InstituteofAgriculturalResourcesandRegionalPlanning,ChineseAcademyofAgriculturalSciences,Beijing100081,China)

S625.5+4；S153.6+1

A

1008-505X(2013)03-0677-12

2012-08-13接受日期2012-12-25

现代农业产业技术体系建设专项(CARS-25-C-11)； 公益性行业(农业)科研专项(201203095)； 河北省科技支撑计划项目(11220701D)资助。

李若楠(1981—)，女，河北冀县人，助理研究员，主要从事蔬菜营养与施肥技术研究。E-mail: liruonan2004@163.com *通信作者 Tel: 010-82108662, E-mail: swhuang@caas.ac.cn; Tel: 0311-87652145, E-mail: zyc_1956@yahoo.com.cn