设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案的制订与实施

黄绍文 唐继伟 张怀志 袁 硕（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）

设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案的制订与实施

黄绍文 唐继伟 张怀志 袁 硕
（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）

采用基于“5R养分管理”的设施蔬菜水肥一体化精准管理技术，能实现设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案，经过试验示范，该技术达到节水40%以上，节肥30%以上，提高氮肥利用率40%以上，增产10%以上，增收15%以上。

目前我国设施蔬菜生产中普遍存在着化肥施用严重超量、秸秆使用鲜受重视、肥料运筹比较随意、专用肥料极其缺乏、施肥方法尤为不当等现象，不仅导致肥料利用率和生产效益低下，还导致土壤pH值降低、次生盐渍化比例较大、有机质含量普遍处于中低水平、硝态氮和速效磷富集、重金属积累、地下水硝酸盐超标等一系列较为严重的问题。为此，设施蔬菜施肥技术必须加以改进，亟待建立设施蔬菜生产全程精准施肥技术体系，从化肥减量、协调化肥养分比例、调整化肥基追比例、优化肥水管理方法等方面进行改进，并制订化肥减量增效、有机肥/有机物料部分替代化肥、施用专用新型化肥、推广水肥一体化等技术对策。采用基于“5R养分管理”（right source，right pattern，right rate，right time，right place）的设施蔬菜水肥一体化精准管理技术，能实现设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案。本文还简要介绍了设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案的技术要点及典型事例。该技术节水40%以上，节肥30%以上，提高氮肥利用率40%以上，增产10%以上，增收15%以上。

1 设施蔬菜肥料使用现状及产生的问题

我国设施菜田属于高投入、高产出、高收益的生产模式。目前设施蔬菜生产中普遍存在着肥料用量过高和不合理施用现象，主要表现在如下几方面。

1.1 化肥施用严重超量

调查表明，全国主要设施蔬菜每667 m2平均化肥养分（N+P2O5+K2O）用量90.3 kg，是全国农作物平均化肥养分用量的4.2倍。主要设施蔬菜每667 m2平均肥料（化肥+有机肥）养分总用量158.0 kg，其中N、P2O5和K2O施用总量分别为56.7、48.4 kg和52.9 kg，平均分别超出各自推荐施用量的1.2、5.3和0.9倍。按合理施肥条件下有机肥/有机物料替代化肥40%～50%的比例估算，设施蔬菜化肥养分减施潜力在40%以上。

1.2 秸秆使用鲜受重视

调查显示，主要设施菜区有机肥用量不合理，每667 m2平均有机肥养分用量65.9 kg，超出适宜用量20 kg左右；区域间有机肥用量不均衡现象突出。我国设施菜田施用的有机肥一般以鸡粪、猪粪为主，含纤维素较少，对土壤腐殖质形成贡献有限，而化肥的重要替代技术之一作物秸秆使用很少。

1.3 肥料运筹比较随意

不注重设施蔬菜生长规律，对蔬菜各个时期的需肥种类及需肥量不了解，随意施肥。由于设施蔬菜具有养分吸收范围小、吸收强度大、吸收能力弱等特点，要求土壤养分供应强度大。设施蔬菜养分吸收是前期少，中后期快速增加，而土壤养分供应是前期过多，中后期明显不足。常常造成土壤养分供应和设施蔬菜养分吸收明显不同步，这与前期基肥化肥施用过多、中后期化肥运筹不合理等密切相关。调查指出，全国设施蔬菜基肥化肥养分用量占化肥（基肥+追肥）养分总量比例过高，平均达到42.5%。

1.4 专用肥料极其缺乏

蔬菜要求钾多磷少，一般N∶P2O5∶K2O吸收比例为1∶0.3～0.5∶1.0～1.5。据调查，设施蔬菜施用的化肥品种大多不符合蔬菜生产要求，比较适合蔬菜养分需求的专用肥、水溶性肥料等专用新型化肥品种数量不到专门针对蔬菜研发的肥料品种总数的20%，而高磷化肥品种如磷酸二铵、三元复合肥、冲施肥等占较大比例，导致设施蔬菜磷施用比例远超需求比例。

1.5 施肥方法尤为不当

我国设施蔬菜生产中大水大肥现象很普遍，菜农习惯“肥大水勤，不用问人”，“大水大肥，肥随水走”的管理模式，灌溉水和肥料的投入量远远超过了蔬菜实际需求量。比如多年沿袭的传统做法是蔬菜定植后浇一次大水，一周后再浇一次缓苗水，而实际上小苗只需少量小水即可满足要求，这种大水漫灌会导致形成一个肥、水、气、温难以相互协调的不利于根系生长的土壤综合环境。

设施蔬菜肥料过量和不合理施用不仅导致肥料利用率和生产效益低下，还导致土壤质量退化、地下水硝酸盐超标、氧化亚氮排放和氨挥发引起的大气污染等一系列较为严重的问题。土壤质量退化主要表现在以下几方面：① 土壤pH值降低。北方设施菜田土壤酸碱度中性化明显，主要菜区设施土壤pH值（平均7.2）显著低于露地土壤（平均7.7），现今设施管理措施导致土壤向酸化趋势发展。②土壤次生盐渍化比例较大。设施菜田土壤盐分含量高出露地菜田近1倍，设施菜田土壤处于轻度盐化水平（盐分总量2～5 g·kg-1）的比例占38.2%，居于中度盐化水平以上（盐分总量＞5 g·kg-1）的比例占4.7%。③ 土壤有机质含量普遍处于中低水平。主要设施菜区土壤有机质含量低于土壤有机质临界值（＜20 g·kg-1）的土样数占总土样数的34.1%，居于中等水平（20～30 g·kg-1）的占34.9%，仅12.1%的设施菜田达到肥沃菜田土壤有机质含量40～50 g·kg-1的标准。④ 土壤硝态氮和速效磷富集。设施土壤硝态氮和速效磷大量积累，对生态环境构成了严重威胁，49%和32%的土壤样品的硝态氮含量分别在100 mg·kg-1以上和150 mg·kg-1以上，土壤速效磷含量超过100 mg·kg-1和150 mg·kg-1的土壤样品分别占66%和47%。⑤ 土壤重金属积累。设施菜田土壤中重金属Cu、Zn和Cd呈逐渐积累的趋势，采样区设施菜田土壤Cd总体上处于污染警戒级状况。

2 制订设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案的技术对策

鉴于设施蔬菜肥料使用与土壤质量方面的突出问题，设施蔬菜施肥技术必须加以改进，亟待建立生产全程精准施肥技术体系。从化肥减量、协调化肥养分比例、调整化肥基追比例、优化肥水管理方法等方面进行改进，制订如下几方面技术对策。

2.1 化肥减量增效，协调养分比例，实现精准平衡施肥

主要技术是基于土壤改良的设施蔬菜化肥减量与大中微量元素平衡调控技术，重点协调好三个平衡：一是养分投入与产出的平衡，二是各种养分比例的平衡（针对土壤养分不平衡加剧、蔬菜生理病害增多等问题，需重视Ca、B、Zn、Fe等施用），三是施肥时期养分平衡（基追肥比例与数量平衡），实现设施蔬菜养分供应与吸收的同步调控。

2.2 有机肥/有机物料部分替代化肥，培肥土壤，减施化肥

土壤基础地力是实现作物产量潜力的关键因子。适于区域养分资源特点的有机肥/有机物料与化肥优化配施（或高碳有机肥与化肥优化配施），能稳定提升土壤功能，加速养分循环利用，减施化肥，协调土壤养分与能量（碳）之间的平衡，提高土壤有机质，以保持设施菜田土壤高效生产和持续利用。

2.3 施用专用新型化肥，优化养分配比和功能，减施传统化肥

根据设施菜田土壤肥力状况、蔬菜品种、种植茬口等，推广应用适合蔬菜生长特点和养分需求的专用新型化肥。设施蔬菜专用肥/水溶性肥料养分配比更趋合理，对调节土壤磷素，促进土壤养分均衡供应，提高肥料利用率，增产改质具有重大作用。设施蔬菜缓控释肥可延缓肥效期，调控养分供应强度和数量，减少追肥次数。增效复混肥可提高肥效，改善土壤结构，保持土壤健康，增产改质。

2.4 推广水肥一体化技术，节水节肥，克服土壤盐化

水肥一体化技术是未来农业中具有广阔前景的新技术，是设施蔬菜生产中最具潜力发展的技术。推广适于区域和作物特点以及生产实际需求的以平衡水肥调控为核心的水肥一体化技术，能按设施蔬菜生长各阶段对养分的需求和土壤养分的供给状况，将融为一体的水肥适时、定量、均匀、准确地输送到蔬菜根部土壤，具有节工、节水、节肥、节药、高产、高效、优质、环保等优点。

3 实现设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案的意义及前景

采用基于“5R养分管理”的设施蔬菜水肥一体化精准管理技术，能实现设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案。“5R养分管理”可简单归纳为选择正确的肥料品种（right source）、正确的施肥模式（right pattern），采用正确的肥料用量（right rate），在正确的时间（right time）将肥料施用在正确的位置（right place）上。加强基于“5R养分管理”的设施蔬菜生产全程精准施肥技术的示范应用，可实现设施蔬菜养分供应与吸收的同步，大幅度提高肥料利用率，对设施蔬菜化肥减施增效和菜田可持续利用具有重要意义。

基于“5R养分管理”的设施蔬菜生产全程精准施肥技术，已在河南郑州、河北石家庄、天津武清、甘肃肃州、宁夏吴忠、内蒙古乌海、新疆克州、西藏拉萨等试验示范基地应用，近5年取得良好效果，可节水40%以上，节肥30%以上，提高氮肥利用率40%以上，增产10%以上，增收15%以上，并降低了设施蔬菜病虫害发生，改善了产品品质和生态环境。该技术适用于我国北方冬春茬、秋冬茬以及越冬长茬的设施蔬菜种植区，也适用于南方大棚蔬菜种植区，并根据区域具体条件进行修正，应用前景广阔。

4 设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案的技术要点

在灌溉减量、化肥减施、养分平衡调控、有机肥/有机物料替代化肥、滴灌专用肥、水肥一体化等关键技术优化的基础上，提出了基于“5R养分管理”的设施番茄、黄瓜等生产全程精准施肥技术，并制订了技术要点。

4.1 设施番茄生产全程精准施肥解决方案的技术要点

4.1.1 基肥施用方案 设施番茄定植前科学施用有机肥是高产优质的基础，可以提高土壤C/N比、供肥平稳，增强植株抗逆性，高产稳产。设施秋冬茬和冬春茬番茄每667 m2目标产量6～8 t，每667 m2施腐熟有机肥3～4 m3（或商品有机肥800～1 000 kg）、化肥10～15 kg（尽量选用低磷化肥品种）；越冬长茬番茄每667 m2目标产量10～12 t，每667 m2施腐熟有机肥4～6 m3（或商品有机肥1 200～1 500 kg）、化肥20～25 kg（尽量选用低磷化肥品种）。针对次生盐渍化、酸化等障碍土壤，每667 m2补施100 kg的生物有机肥或土壤调理剂。

4.1.2 滴灌水量运筹方案 重点推广应用膜下滴灌技术，选择适宜的滴灌设备、施肥设备、储水设施、水质净化设施等，根据番茄长势、需水规律，天气情况、棚内湿度、实时土壤水分状况，以及番茄不同生育阶段对土壤含水量的要求（如秋冬茬番茄苗期、开花坐果后、进入冬季后保持土壤含水量分别为土壤最大持水量的75%～90%、80%～95%和75%～85%），调节滴灌水量和次数（一般每667 m2每次滴灌水量为8～12 m3），使番茄不同生育阶段获得最佳需水量。

4.1.3 滴灌追肥运筹方案 设施番茄生育期间追肥结合水分滴灌同步进行。根据设施番茄不同生育期、不同生长季节的需肥特点，按照平衡施肥的原则，在设施番茄生育期分阶段进行合理施肥。① 定植至开花期间，选用高氮型滴灌专用肥（如N-P2O5-K2O=22-12-16+TE+BS，TE指螯合态微量元素，BS指植物刺激物；或氮磷钾配方相近的完全水溶性肥料，下同），每667 m2每次4～6 kg，定植后7～10 天第1次滴灌追肥，之后15 天左右1次（温度较高季节7 天左右1次）。② 开花后至拉秧期间，选用高钾型滴灌专用肥（如N-P2O5-K2O=19-6-25+TE+BS，或氮磷钾配方相近的完全水溶性肥料），每667 m2每次7.5～10.0 kg，温度较低季节15 天左右1次，温度较高季节10 天左右1次。滴灌专用肥尽量选用含氨基酸、腐植酸、海藻酸等具有促根抗逆作用的功能型完全水溶性肥料。根据天气情况、番茄长势、土壤水分、棚内湿度等情况，调节滴灌追肥用量和时间。如使用低浓度滴灌专用肥，则肥料用量需要相应增加。在农化服务指导下，菜农也可按设施番茄不同生育阶段专用肥配方自配滴灌专用肥。

另外，逆境条件下需要加强叶面肥管理，如花蕾期、花期和幼果期叶面喷施硼肥2～3次，第1穗果前期叶面喷施钙肥3～4次，开花期至果实膨大前叶面喷施镁肥2～3次。

4.2 设施黄瓜生产全程精准施肥解决方案的技术要点

4.2.1 基肥施用方案 设施黄瓜定植前科学施用有机肥是高产优质的基础，可以提高土壤C/N比、供肥平稳，增强植株抗逆性，高产稳产。设施秋冬茬和冬春茬黄瓜每667 m2目标产量8～10 t，每667 m2施腐熟有机肥4～5 m3（或商品有机肥1 000～1 200 kg）、化肥10～15 kg（尽量选用低磷化肥品种）；越冬长茬黄瓜每667 m2目标产量15～18 t，每667 m2施腐熟有机肥5～7 m3（或商品有机肥1 500～2 000 kg）、化肥20～30 kg（尽量选用低磷化肥品种）。针对次生盐渍化、酸化等障碍土壤，每667 m2补施100 kg的生物有机肥或土壤调理剂。

4.2.2 滴灌水量运筹方案 重点推广应用膜下滴灌技术，选择适宜的滴灌设备、施肥设备、储水设施、水质净化设施等，根据黄瓜长势、需水规律，天气情况、棚内湿度、实时土壤水分状况，以及黄瓜不同生育阶段对土壤含水量的要求（如秋冬茬黄瓜苗期、开花坐果后、进入冬季后保持土壤含水量分别为土壤最大持水量的75%～90%、80%～95%和75%～85%），调节滴灌水量和次数（一般每667 m2每次滴灌水量为10～15 m3），使黄瓜不同生育阶段获得最佳需水量。

4.2.3 滴灌追肥运筹方案 设施黄瓜生育期间追肥结合水分滴灌同步进行。根据设施黄瓜不同生育期、不同生长季节的需肥特点，按照平衡施肥的原则，在设施黄瓜生育期分阶段进行合理施肥。①定植至开花期间，选用高氮型滴灌专用肥，每667 m2每次4～6 kg，定植后7～10 天第1次滴灌追肥，之后15 天左右1次（温度较高季节7 天左右1次）。② 开花后至拉秧期间，选用高钾高氮型滴灌专用肥（如N-P2O5-K2O=20-8-22+TE+BS，或氮磷钾配方相近的完全水溶性肥料），每667 m2每次7.5～10.0 kg，温度较低季节15 天左右1次，温度较高季节7～10 天 1次。滴灌专用肥尽量选用含氨基酸、腐植酸、海藻酸等具有促根抗逆作用的功能型完全水溶性肥料。根据天气情况、黄瓜长势、棚内湿度等情况，调节滴灌追肥用量和时间。如使用低浓度滴灌专用肥，则肥料用量需要相应增加。在农化服务指导下，菜农也可按设施黄瓜不同生育阶段专用肥配方，自配滴灌专用肥。

另外，逆境条件下需要加强叶面肥管理，如花蕾期、花期和幼果期叶面喷施硼肥2～3次，第1穗果前期叶面喷施钙肥3～4次，开花期至果实膨大前叶面喷施镁肥2～3次。

5 设施蔬菜生产全程精准施肥解决方案的典型事例

2015～2016年在河南省郑州市毛庄基地开展了基于“5R养分管理”的日光温室蔬菜（番茄、黄瓜）生产全程精准施肥技术示范对比试验。精准施肥处理每667 m2化肥N、P2O5和K2O用量平均分别为35.0、12.0 kg和42.5 kg，常规施肥处理分别为57.9、35.2 kg和71.3 kg；精准施肥和常规施肥处理每667 m2产量分别为12 768.7 kg和11 161.2 kg；日光温室蔬菜（番茄、黄瓜）生产全程精准施肥技术平均减少化肥养分用量39.6%（每667 m2为74.8 kg），其中减施化肥N 35.0%（每667 m2为22.9 kg）、P2O556.0%（每667 m2为23.2 kg）、K2O 35.7%（每667 m2为28.7 kg）；增产14.8%（每667 m2为1 608 kg），增收23.8%（每667 m2为5 257元）。

黄绍文，男，研究员，博士生导师，主要从事蔬菜营养与高效安全施肥研究，E-mail：huangshaowen@caas.cn

2017-05-31

国家重点研发计划项目（2016YFD0201000），现代农业产业技术体系建设专项（CARS-25），公益性行业（农业）科研专项（201203095），中国农业科学院科技创新工程协同创新任务（CAASXTCX2016003）