露天蔬菜氮肥施用及硝态氮淋失状况研究

赵长盛

（山东省分析测试中心，山东济南 250014）

露天蔬菜氮肥施用及硝态氮淋失状况研究

赵长盛

（山东省分析测试中心，山东济南 250014）

菜地土壤化肥的使用不当不仅造成了肥料的浪费和蔬菜品质的下降，还对土壤、水体和大气等生态环境构成潜在威胁。本实验以泰安肥城市王庄镇孔村的菜地为研究对象，利用原状土柱系统，分析了露天蔬菜——土壤系统中氮素的输入输出情况，研究了硝态氮的淋失规律，探索了控制硝态氮淋失的重要措施，以便指导蔬菜生产。

菜地土壤；氮肥；硝态氮淋失

近年来随着我国农业种植结构的调整，蔬菜种植面积不断扩大，2014年蔬菜种植面积已占农作物总面积的12.8%。蔬菜生产是高度集约化的栽培模式，肥料的投入量往往是作物需肥量的数倍，由于蔬菜属浅根系作物，大部分蔬菜根层不超过60cm，致使过量的氮以硝态氮的形态在土壤剖面中累积，遇到一次性强降雨（或强灌溉）会向下移动或进入浅层地下水，引起地下水硝酸盐污染[1,2]。

大白菜和马铃薯是我国主要栽培的蔬菜品种，其株型大、产量高、对土壤养分的耗竭明显，及时合理的供应养分，是保证其优质高产的关键措施，同时也是降低环境污染，提高作物品质的重要措施。泰安地区露天蔬菜种植面积近年来迅速扩大，蔬菜种植已经成为该市农户主要的经济来源。据统计，该市菜地土壤氮肥的施用量较高，为700～800kg N/ha/yr，灌溉方式以大水漫灌为主，地下水硝酸盐的潜在威胁较大。

本实验以泰安肥城市王庄镇孔村的菜地为研究对象，利用原状土柱系统，分析了露地蔬菜——土壤系统中氮素的输入输出情况，并研究了硝态氮的淋失总量和淋失规律，为探索较优的水肥组合、控制硝态氮的淋失量提供理论依据。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

试验于2015年8月29日至2016年6月28日在山东省泰安市王庄镇孔村进行。试验区面积为1800m2。试验以大白菜和马铃薯为供试对象，品种分别为京研三号和科农。大白菜于2015年8月29日移苗，2015年11月2日收获；马铃薯于2016年3月6日播种，2016年6月28日收获。其中大白菜共移栽3400棵，马铃薯播种5200株。试验地土壤基本农化性质见表1。

表1 供试土壤基本农化性质

1.2 试验方法

1.2.1 原状土柱系统的建立

每试验点建立三个原状土柱，用来研究氮肥施用对菜地硝态氮淋失的影响。原状土柱用PVC材料建成，内径50cm，高40cm，土柱上表面覆土20cm，底部用20L塑料筒收集渗滤液。如图1所示。

图1 原状土柱示意图

1.2.2 水样的收集与测定

利用土壤溶液提取器及原状土柱，研究硝态氮淋失的动态变化。硝态氮淋失计算，淋失液每月收集一次，称量后冰冻带回试验室测定硝态氮含量；对于未有淋失液的月份，利用土壤溶液提取器提取土壤溶液，带回试验室测定。灌溉水每次读取水表计算灌溉量，同时取样带回试验室测定硝态氮含量。水中硝态氮的测定采用离子色谱法。

1.2.3 氮肥施用状况

大白菜在种植前共施入基肥（N15%的复合肥）100kg、尿素（N46%）10kg，在生育期中分两次共追施尿素40kg，大白菜种植过程中共施入氮肥合计338.9kgN/ha，未施入有机肥；马铃薯种植前一次性施入复合肥（N15%）405kg，有机无机肥复混肥（N11.4%）135kg，未追肥，马铃薯种植过程中共施入氮肥423.0kgN/ha。该试验两季共施入氮肥761.9kgN/ha。

1.2.4 测定分析方法

收获时均匀选取三个面积1.25m×2m的矩形来计算大白菜与马铃薯的产量。大白菜计算地上部总产量，马铃薯将茎叶与块茎分开计算产量。同时均匀取样，将样品带回试验室后测定含氮量及硝酸盐含量。

硝态氮淋失计算，淋失液每月收集一次，称量后冰冻带回试验室测定硝态氮含量；对于未有淋失液的月份，利用土壤溶液提取器提取土壤溶液，带回试验室测定。灌溉水每次读取灌溉量，同时取样带回试验室测定硝态氮含量。

蔬菜硝酸盐含量用沸水提取，紫外分光光度法测定。

2 结果分析

2.1 硝态氮淋失浓度分析

图2 大白菜与马铃薯试验期间硝态氮淋失浓度变化

由图2可知，试验期内硝态氮淋失浓度呈现双峰趋势，硝态氮淋失浓度高峰出现在白菜种植期的2015年12月份和马铃薯种植期的2016年3月份，其浓度分别为35.8mgN/L和35.9mgN/L。在试验期间，硝态氮淋失浓度为15.1～35.9mgN/L，平均淋失浓度为23.9mgN/L，超过国家规定的饮用水标准（10mgN/L）和地下水源硝态氮控制标准（20mgN/L）。

由于试验期间降雨较少，在2015年11月、12月及2016年1月三个月份均未收集到淋失液，该时间段硝态氮浓度以土壤溶液提取器取得的土壤溶液浓度为准收集。

2.2 硝态氮淋失量分析

图3 大白菜与马铃薯试验期间硝态氮淋失量变化

由图3可知，试验期间硝态氮共淋失68.9kgN/ha，其中淋失最大量出现在2015年10月份和2016年6月份，分别为13.3kgN/ha和13.9kgN/ha。

综合图3和图5 A可以看出，硝态氮淋失高峰主要出现在较大的降雨后。可见，降雨是露天蔬菜硝态氮淋失的主要影响因素。在图3中，硝态氮淋失的最低量出现在2016年3月份，虽然在此期间为进行耕作而加大了灌溉，但是由于长期干旱，硝态氮淋失量仍然较少，这可能与硝酸盐在土壤—水界面的相互作用及扩散迁移机制有关。前人研究也得出，硝酸盐溶于水，其扩散迁移与土壤水分移动密不可分[3]。

2.3 干物质产量和氮肥携出量分析

大白菜与马铃薯均为一次性收获作物，由图4可知，在本试验中，大白菜产量为1.12×105kg/ha，马铃薯产量为3.32×104kg/ha；试验期内大白菜干物质产量为4774kg/ha，马铃薯为9046kg/ha，马铃薯干物质产量高于大白菜；大白菜氮肥携出量为161.4kgN/ha，马铃薯为232.6kgN/ha，试验期间共携出氮素394.0kgN/ha。若不考虑前季作物对本次试验的影响，则氮肥利用率为51.7%。

图4 试验期间干物质产量与氮肥携出量

2.4 试验期间水分的输入与输出

图5A、B（见下页）显示，试验期间共降雨17次，降雨量为206.6mm，总灌溉量为824.0mm，共输入水分1030.6mm，灌溉是试验期间主要的水分输入方式。图5C显示，在本试验期间共收集淋失液7次，水分淋失量为287.9mm，占总水分输入量的27.93%。试验中灌溉输入了大量的水分，因此也是水分淋失的最主要因素。

试验期间对灌溉水共进行了5次取样分析，硝态氮浓度平均为10.8mgN/L，试验期间通过灌溉输入的总氮量为89.0kgN/ha。由于本试验期间天气干旱，降雨量较少，因此未考虑通过降雨降尘输入的氮素量。

2.5 蔬菜硝酸盐含量分析

本实验对大白菜和马铃薯的硝酸盐含量进行测定，其中大白菜硝酸盐含量为2980mg/kg，低于国家叶菜类硝酸盐含量标准（≤3000mg/kg）；马铃薯硝酸盐含量为180mg/kg，低于国家蔬菜硝酸盐标准（≤2500mg/kg）。白菜的硝酸盐含量较高，这与前人得出的叶菜类蔬菜容易富集硝酸盐的结论较一致[2]。

图5 试验期间水分淋失量，降雨量及灌溉量

3 结果与讨论

试验结果表明，蔬菜生产对地下水中硝酸盐污染造成显著的影响，本试验所取得的淋失液硝态氮浓度最高为35.9mgN/L，最低为15.1mgN/L，均超过国家规定的地下水饮用标准（10mgN/L）。

前人研究得出，土壤发生硝酸盐淋失必须满足两个条件，即硝酸盐积累和土壤水分运动，这一点，在本实验中同样也可以得出[3]。在本文中，试验期间为进行耕作而加大了灌溉和施肥，但是由于长期干旱，硝态氮淋失量仍然较少，这可能与硝酸盐在土壤—水界面的相互作用及扩散迁移机制有关。前人研究也得出，硝酸盐溶于水，其扩散迁移与土壤水分移动密不可分。可见，虽然灌溉输入了大量的水分，但降雨对水分淋失的影响仍然较大，试验期间大的水分淋失量主要发生在降雨过后，同时造成了大量的硝态氮淋失。

在本试验中，大白菜和马铃薯的硝酸盐含量分别为2980mg/kg和1800mg/kg，均低于国家蔬菜相应类别的硝酸盐标准。但相对于马铃薯，大白菜的硝酸盐含量较高，这与前人[2,4]得出的叶菜类蔬菜容易富集硝酸盐的结论较为一致。

[1]靳亚忠,何淑平,宫宏亮,等.几种叶菜叶片硝酸盐含量差异及原因的研究[J].黑龙江八一农垦大学学报,2010,22(3):1-3.

[2]杨国义,罗薇,张天彬,等.广东省典型地区蔬菜硝酸盐与亚硝酸盐污染状况评价[J].生态环节,2007,16(2):476-479.

[3]朱波,汪涛,况福虹.紫色土坡耕地硝酸盐淋失特征[J].环境科学,2008,28(3):525-533.

[4]何盈,蔡顺香,何春梅,等.蔬菜硝酸盐累积的主要影响因子及其防治对策研究现状[J].福建农业学报,2007,22(1):100-105.

Study on the Use of Nitrogen Fertilizer and Nitrate Leaching in Vegetable Soil

ZHAO Chang-sheng
(Analysis and Testing Center of Shandong Province,Jinnan 250014,China)

In recent years,fertilizer not only resulted in the waste of fertilizer and reduce of vegetables quality,but also potential threat to the soil,water and atmosphere and other ecological environment.In the experiment,author using Kongcun village,Wangzhuang town,Feicheng city as research object,by undisturbed soil column system,analyzed the nitrogen input and output status in vegetable soil system,studied the rules of nitrate nitrogen leaching,and explored the control of nitrate leaching important measures,in ordet to guide the production of vegetables.

Vegetable soil;nitrogen fertilizer;nitrate leaching

S147.2

A

1008-1038(2016)12-0024-04

2016-11-22

科基合字2010第20号

赵长盛（1980—），男，研究方向为面源污染、农业环境化学