有机肥及DMPP对蔬菜生产及硝态氮淋失的影响

李晓兰，兰 翔，潘振鹏，孙冠利，谭启玲*，胡承孝，孙学成，3

(1.华中农业大学资源与环境学院，湖北 武汉 430070；2.新型肥料湖北省工程实验室，湖北 武汉 430070；3.华中农业大学微量元素研究中心，湖北 武汉 430070)

菜地系统具有复种指数高、氮肥施用量大和施肥结构不合理等特点，不合理的氮肥施用不仅会造成氮肥浪费，还会引起土壤酸化、板结、肥力下降、地下水硝酸盐含量超标等一系列生态环境问题，同时加重了蔬菜硝酸盐的积累和病虫害的发生，最终导致蔬菜品质的下降[1-2]。有机肥富含有机质、作物生长必需的养分、有机酸及糖类等物质，大量研究表明，有机肥料与无机肥料配施可以显著改善土壤的基本理化性质[3]，提高蔬菜产量，改善蔬菜品质[4-5]，是维持农业可持续发展的关键措施。DMPP(3，4-二甲基吡唑磷酸盐)作为新型硝化抑制剂，在提高氮肥利用率和作物产量、品质及改善环境污染方面有显著作用[6-9]。但是，目前对于DMPP的研究多是基于施用铵态氮、尿素等无机氮肥条件下开展的，对于有机无机肥配施条件下添加硝化抑制剂DMPP对蔬菜产量、品质及硝态氮淋失的影响报道较少，本试验探究在施氮总量一定的条件下，不同比例的有机肥及添加DMPP对蔬菜产量、品质及土壤硝态氮的影响，以期为蔬菜安全生产提供科学指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2015年5月10日～12月20日在华中农业大学植物营养实验基地(114°12′49″E，30°17′2″N)进行，采用32个大型原状土柱(参照赵长盛[10]设计)进行菜地连作系统下不同配比有机肥配施DMPP对蔬菜产量、品质及硝态氮淋失影响的研究。土柱所用土壤为华中农业大学狮子山黄棕壤，其基本理化性状：有机质21.08 g/kg，碱解氮91.72 mg/kg、有效磷161.46 mg/kg、速效钾242.38 mg/kg。pH值4.41(m水∶m土=5∶1)，田间持水量33.25%，容重1.39 g/cm3；供试有机肥为颗粒状商品腐植酸有机肥(有机质，71.28%；N 2.80%；P2O50.09%；K2O 0.2%；pH值 7.41)，供试硝化抑制剂为3，4-二甲基吡唑磷酸盐(DMPP)，纯度为99.2%。试验所用无机肥:氮肥为尿素(N 46%)，磷肥为磷酸二氢钾(P2O552%，K2O 35%)，钾肥为硫酸钾(K2O 50%)。

1.2 试验设计

等氮条件下设置不同有机无机肥配比，共8个处理(表1)，每处理设4次重复。各处理施肥量均为N 550 kg/hm2、P2O5340 kg/hm2、K2O 340 kg/hm-2。扣除有机肥所含养分含量，不足的用无机肥料补足。按照蔬菜最佳推荐氮磷钾肥施用量确定每季蔬菜施肥量。有机肥与磷、钾肥作基肥一次性施入，无机氮肥分为基肥和追肥(蕹菜和萝卜比例为50%、25%、25%；苋菜为60%、40%)。DMPP施用量为无机氮素含量的1%。蔬菜种植情况如表2所示。

表1 试验处理

1.3 样品采集与测定

植株采集：苋菜1次收获全部植株，蕹菜共收获3茬，萝卜收获时，将块根与叶子分开收获，各处理分别称鲜重测产量，保留部分鲜样待测，其余全部烘干磨碎待测。

表2 蔬菜种植情况

注：蕹菜分别于第30、55和85 d收获3茬。

淋失液采集与测定：试验期间每隔7 d或土壤淋失液体积达10 L时，采集淋失液样品100 mL/次，并准确记录淋失液总体积。紫外分光光度法测定硝态氮浓度。

蔬菜全氮测定用H2SO4-H2O2消化，半微量蒸馏法。蔬菜硝酸盐含量采用沸水浸提-紫外分光光度法。水样中硝态氮含量采用流动注射分析仪测定。土壤理化性状测定参照土壤常规测定方法[11]。

1.4 计算公式及统计方法

氮肥表观利用率(%)=(施肥区蔬菜吸氮量-不施肥区蔬菜吸氮量)/施氮量×100

氮素表观淋失率(%)=(施肥区蔬菜氮素淋失量-不施肥区蔬菜氮素淋失量)/施氮量×100

硝态氮平均淋失浓度=试验期间硝态氮总淋失量/总淋失体积

硝态氮淋失量=硝态氮淋失液浓度×淋失液体积

数据采用Excel 2010处理，用统计分析软件SPSS 19.0进行方差分析，多重比较采用LSD法，5%显著水平。Sigmaplot 12.5绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对蔬菜产量的影响

由图1可知，施肥显著增加了各季蔬菜的产量，且各季蔬菜产量均随有机肥施用比例增加而降低。与CF相比，有机肥施用比例低于50%时，苋菜产量无显著下降，而蕹菜和萝卜在有机肥施用比例小于70%时产量也无显著下降。与CF相比，硝化抑制剂DMPP的添加对雍菜产量影响不显著，但能显著提高苋菜和萝卜产量，分别增产14.94%和8.94%。配施有机肥条件下添加硝化抑制剂DMPP对3种蔬菜产量均无显著影响。

图1 不同施肥处理对蔬菜产量的影响

2.2 不同施肥处理对蔬菜硝酸盐含量的影响

由图2可知，与纯化肥处理CF相比，不同比例有机肥及添加DMPP均能降低或显著降低蕹菜中硝酸盐含量。第1茬蕹菜硝酸盐含量在30%OM、70%OM和50%OM+DMPP处理下显著降低。第2茬，硝酸盐含量在50%OM、70%OM和50%OM+DMPP处理时显著低于CF处理。第3茬，硝酸盐含量在各处理间均无明显差异。与CF相比，不同比例有机肥及硝化抑制剂DMPP处理均能显著降低苋菜硝酸盐含量；30%OM、50%OM、70%OM和CF+DMPP处理苋菜硝酸盐含量降幅分别为44.1%、52.86%、50.73%和36.76%。各施肥处理下萝卜硝酸盐含量与纯化肥处理无显著差异。

图2 不同施肥处理对蔬菜硝酸盐含量的影响

2.3 不同施肥处理对蔬菜氮素吸收与利用的影响

如图3所示，随着有机肥施用比例增大3季蔬菜氮素吸收量均减少。与CF相比，有机肥施用比例达到30%时，蕹菜氮素吸收量显著降低，而苋菜和萝卜氮素吸收量在有机肥施用比例达到50%时才会显著降低。与CF相比，添加DMPP显著降低了蕹菜氮素吸收量，增加苋菜和萝卜的氮素吸收量，其中苋菜氮素吸收量增幅达到显著水平。配施有机肥条件下添加DMPP能增加蕹菜和萝卜氮素吸收，而苋菜氮素吸收量有降低趋势。

由表3可知，增加有机肥施用比例均能降低蔬菜氮肥表观利用率。3季蔬菜氮肥表观利用率最小值均为70%OM处理；氮肥表观利用率最大值均出现在CF+DMPP处理(蕹菜季除外)。本研究表明，在施用有机肥基础上添加硝化抑制剂DMPP能增加氮肥表观利用率。

图3 不同处理对蔬菜氮素吸收量的影响

表3 各处理氮肥表观利用率 (%)

注：同列不同字母表示各处理之间差异达到5%的显著性水平。下同。

2.4 不同施肥模式对蔬菜种植季土壤水分淋失量的影响

试验期间总水分输入为1 240.0 mm，其中包括总降雨量774.5 mm和总灌溉量465.5 mm。由图4可知，5～7月连续降雨较多，7月和10月单次降雨量较大，8月灌溉量最大。试验期间3季蔬菜水分输入(灌溉和降雨)分别占总水分输入量的49.82%(蕹菜)、23.03%(苋菜)和27.15%(萝卜)。由图5可知，各施肥处理土壤水分淋失量显著低于CK处理；配施有机肥增加或显著增加了蕹菜季、苋菜季和3季蔬菜总土壤水分淋失量；化肥配施DMPP显著增加蕹菜季水分淋失量，但对苋菜季、萝卜季及3季总水分淋失量没有显著影响；配施有机肥条件下添加DMPP对水分淋失量没有显著影响。

图4 降雨与灌溉

图5 不同处理对土壤水分淋失量的影响

2.5 不同施肥模式硝态氮淋失浓度动态变化

赵长盛[10]研究表明，硝态氮是武汉城郊菜地土壤淋失液的主要存在形式，占无机氮总量的98%。由图6可知，试验期间各处理硝态氮淋失高峰期均出现在耕作或施肥后，CK处理淋失液硝态氮浓度范围为0.22～31.94 mg/L，浓度超过国家地下水质量标准(Ⅲ类水)20 mg/L[12]的样品占当季蔬菜淋失液样品总数的21.74%。CF和CF+DMPP处理淋失液浓度范围分别为0.33～66.55和0.14～62.05 mg/L，超标率分别为52.17%和43.48%。30%OM和30%OM+DMPP处理淋失液浓度范围分别为0.25～52.31、0.21～39.41 mg/L，超标率分别为52.00%和47.83%。50%OM和50%OM+DMPP处理淋失液浓度范围分别为0.13～45.56、0.19～40.12 mg/L，超标率分别为47.83%和43.48%。70%OM处理其浓度范围为0.10～37.87 mg/L，超标率为34.78%。试验结果表明，不同比例的有机肥和硝化抑制剂DMPP的应用均能降低土壤淋失液中硝态氮浓度。

图6 各处理土壤淋失液硝态氮浓度变化

2.6 不同施肥处理对土壤淋失液硝态氮平均浓度的影响

由图7可知，有机肥及DMPP的应用均能减少3季蔬菜土壤硝态氮的总平均淋失浓度，且与有机肥施用比例呈负相关。蕹菜季土壤硝态氮平均淋失浓度除70%OM处理显著低于CF外，其余施肥处理间无显著差异；除CK和70%OM处理外，蕹菜季各处理土壤硝态氮平均淋失浓度也都高于国家地下水质量标准(Ⅲ类水)20 mg/L；而与CF相比，各施肥处理均能显著降低苋菜季和萝卜季土壤淋失液硝态氮平均浓度，并且各处理平均淋失浓度均低于国家地下水质量标准(Ⅲ类水)20 mg/L。总体来看，除CF外，试验期间各处理土壤硝态氮总平均淋失浓度均低于国家地下水质量标准(Ⅲ类水)20 mg/L。与CF相比，各施肥处理均能显著降低土壤淋失液硝态氮平均浓度(30%OM除外)；CF+DMPP处理比CF处理显著降低了27.63%；与30%OM、50%OM处理相比，30%OM+DMPP和50%OM+DMPP分别降低了25.36%、17.51%，但未达到显著水平。

图7 各处理硝态氮平均淋失浓度

2.7 不同施肥模式对硝态氮淋失量及氮素淋失率影响

由图8可知，3季蔬菜土壤硝态氮淋失量分别为总淋失量的73.77%(蕹菜)、2.31%(苋菜)和23.92%(萝卜)。与CF相比，有机肥施用比例增加能降低土壤硝态氮淋失量，当有机肥施用比例达到30%时苋菜季和萝卜季硝态氮淋失量显著降低，而蕹菜季硝态氮淋失量在有机肥施用比例达70%才显著减少。与CF相比，CF+DMPP处理萝卜季硝态氮淋失量和3季蔬菜总硝态氮淋失量显著降低；与30%OM处理相比，30%OM+DMPP处理蕹菜季、苋菜季和萝卜季土壤硝态氮淋失量分别降低28.74%、21.60%和19.42%。与50%OM处理相比，50%OM+DMPP处理蕹菜季、苋菜季和萝卜季土壤硝态氮淋失量分别降低20.72%、7.48%和 0.48%。

试验期间，从3季蔬菜总硝态氮淋失量可以看出：与CF相比，30%OM、50%OM和70%OM处理土壤硝态氮淋失量分别降低了13.52%、25.39%和25.93%，CF+DMPP处理硝态氮淋失量降低了25.94%；与30%OM、50%OM相比，30%OM+DMPP和50%OM+DMPP硝态氮淋失量分别降低了26.51%、16.43%。配施有机肥土壤硝态氮淋失量均能降低，并且施用比例高于50%效果显著。单施化肥或有机无机配施两种施肥模式下，DMPP的应用均能降低土壤硝态氮淋失量，并随着有机肥施用比例增加，降低效果减弱。

图8 各处理土壤硝态氮淋失量

由表4可知，不同施肥处理蔬菜氮肥表观淋失率为蕹菜>萝卜>苋菜。随有机肥施用比例升高3季蔬菜表观氮素利用率均降低；两种施肥模式下添加硝化抑制剂DMPP氮素表观利用率均能显著降低。

表4 各处理氮肥表观淋失率 (%)

3 讨论

郭春铭等[1]研究发现，施氮量为225 kg/hm2时，化肥与有机肥配施空心菜产量显著提高，硝酸盐含量有所下降。赵征宇等[12]研究表明，总氮为375 kg/hm2时，配施较高比例有机肥能减少种植中氮素损失，增加番茄产量和氮素吸收。随着有机肥施用比例增加，3季蔬菜产量、氮素吸收量及土壤硝态氮淋失量均降低，这可能与本研究使用的有机肥品种有关。周博等[13]研究发现，3种常见有机肥的平均氮素利用率和当量矿质氮率分别为37.79%和40.73%(鸡粪)、9.12%和10.93%(猪粪)、13.36%和15.71%(牛粪)；也可能与有机肥的缓效性有关。俄胜哲等[14]利用长期定位试验连续25年施用有机肥，发现对小麦有增产效应。本研究表明，有机肥施用比例不高于50%时，蔬菜产量无显著下降，50%OM处理，氮素表观利用率为22.62%，氮素损失率为8.82%。本研究表明，添加硝化抑制剂DMPP均能降低土壤硝态氮的单次淋失浓度和淋失量，降低效果为50%OM+DMPP>30%OM+DMPP>CF+DMPP，并且DMPP抑制效果随有机肥施用比例增加而减弱。这可能是由于本试验中DMPP的施用量为无机氮的1%，从而导致各处理DMPP的实际浓度为CF+DMPP>30%OM+DMPP>50%OM+DMPP，施用有机肥条件时，DMPP抑制效果在一定范围内与其浓度呈正相关[15]，加之有机质对DMPP的吸附作用，也在一定程度上削弱其生物活性[16]，从而出现上述结果。

硝态氮在土壤中的移动与淋失主要依赖水分运动，并且一般与水分运动同步或略滞后。合理的施肥和灌溉方式可有效减少菜地土壤硝态氮淋失量和淋失浓度[17-18]。张亦涛等[19]提出降雨和灌溉是造成土壤水分淋失的主要原因，本研究中3季蔬菜水分淋失量分别占总淋失量的46.75%(蕹菜)、19.66%(苋菜)和33.59%(萝卜)，水分输入量占总水分输入量的49.82%(蕹菜)、23.03%(苋菜)和27.15%(萝卜)，结果与之一致。蕹菜季、苋菜季和萝卜季硝态氮淋失量分别占总淋失量的73.77%、2.31%和23.92%，最大淋失量均出现在降雨集中的5～7和10～11月。可能是因为蕹菜季(5～8月)施肥和追肥后降雨较集中，同时气温升高，土壤矿化增强，土壤中硝态氮含量增加，极易随降雨发生淋失。苋菜种植季(8～9月)正值高温，土壤水分蒸发量大，施肥后无强降雨天气，灌溉总量虽大，但单次灌溉量小，故淋失液少。菜地土壤培养试验表明，尿素施入3 d后，可水解90%左右[20]，而氮素极易被生长旺盛的蔬菜吸收，故土壤氮素淋失量减少，损失率降低。萝卜种植季为降雨量较多，但平均气温较低的秋冬季节，低温降低土壤矿化能力，使土壤硝态氮的淋失量显著低于蕹菜季。本研究表明，有效降低蔬菜种植中土壤硝态氮淋失量，可通过改进施肥和灌溉措施，遵循少量多次原则，施肥量大时应避开连续降雨天气。

4 结论

在等氮条件下有机无机肥配施比例在50%时既能保证蔬菜产量不显著降低，也能降低蔬菜硝酸盐含量，减少土壤硝态氮淋失量，避免肥料浪费和对环境的危害。

无机肥或有机无机肥配施条件下添加硝化抑制剂DMPP均能降低土壤硝态氮淋失量和淋失浓度，但硝化抑制剂DMPP的抑制效果随施用有机肥的比例增加而减弱，在保证蔬菜稳产和改善蔬菜品质及减少环境污染的情况下，推荐最优处理为50%OM+DMPP。

降雨和施肥措施是影响土壤硝态氮淋失的重要因素，合理配施有机肥及添加DMPP并根据蔬菜生长需肥特性进行施肥能有效应对连续降雨造成的硝态氮大量淋失。

参考文献：

[1] 郭春铭,荣湘民,谢桂先,等.不同有机无机肥配施对空心菜的根系特性、产量与品质的影响[J].土壤通报,2013，(1):144-148.

[2] 李盟军,姚建武,王荣辉,等.不同养分管理措施下常年菜地蔬菜生长及氮素径流特征[J].植物营养与肥料学报,2015，21(5):1190-1199.

[3] 霍琳,王成宝,逄焕成,等.有机无机肥配施对新垦盐碱荒地土壤理化性状和作物产量的影响[J].干旱地区农业研究,2015，21(4):105-111.

[4] 崔银萍,罗健航,吴涛,等.宁夏引黄灌区有机无机肥配施对露地蔬菜产量、氮素吸收利用和土壤无机氮残留的影响[J].宁夏农林科技,2015,56(8):3-6.

[5] 徐苏萌,高艳明,马晓燕,等.不同有机肥配比对设施番茄生长、品质和基质环境的影响[J].江苏农业学报,2016，(1):189-195.

[6] 陈秋好,吴子松,黄佳晗,等.DMPP对水稻产量和氮吸收及氮利用率的影响[J].湖南农业科学,2014，(11):27-30.

[7] 王冰清,尹能文,郑棉海,等.化肥减量配施有机肥对蔬菜产量和品质的影响[J].中国农学通报,2012,28(1):242-247.

[8] Martínez F,Palencia P,Weiland C M,et al.Influence of nitrification inhibitor DMPP on yield,fruit quality and SPAD values of strawberry plants[J].Scientia Horticulturae,2015，185:233-239.

[9] Yu Q,Ma J,Zou P,et al.Effects of combined application of organic and inorganic fertilizers plus nitrification inhibitor DMPP on nitrogen runoff loss in vegetable soils[J].Environmental Science & Pollution Research,2015,22(1):472-481.

[10] 赵长盛.武汉城郊菜地土壤氮素的转化与淋失研究[D].武汉:华中农业大学,2009.

[11] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2000.

[12] 赵征宇,孙永红,赵明,等.有机无机肥配施对土壤氮素转化和番茄产量品质的影响[J].华北农学报,2013,28(1):208-212.

[13] 周博,周建斌.不同种类有机肥氮素有效性研究[J].中国农学通报,2016,32(2):118-123.

[14] 俄胜哲,杨志奇,罗照霞,等.长期施肥对黄土高原黄绵土区小麦产量及土壤养分的影响[J].麦类作物学报,2016，(1):104-110.

[15] 殷建祯,俞巧钢,符建荣,等.不同DMPP添加水平对土壤有机氮素转化的影响[J].水土保持学报,2012,26(6):111-115.

[16] 俞巧钢,殷建祯,马军伟,等.硝化抑制剂DMPP应用研究进展及其影响因素[J].农业环境科学学报,2014，33(6):1057-1066.

[17] Zhao C,Hu C,Huang W,et al.A lysimeter study of nitrate leaching and optimum nitrogen application rates for intensively irrigated vegetable production systems in Central China[J].Ciência Rural,2009,10(1):9-17.

[18] 郝小雨,高伟,王玉军,等.有机无机肥料配合施用对设施番茄产量、品质及土壤硝态氮淋失的影响[J].农业环境科学学报,2012,31(3):538-547.

[19] 张亦涛,王洪媛,刘宏斌,等.基于大型渗漏池监测的褐潮土农田水、氮淋失特征[J].中国农业科学,2016，49(1):110-119.

[20] 逄玉万,胡正义,谷思玉,等.硫磺和双氰胺配施对尿素在滇池北岸菜地土壤中转化的影响研究[J].土壤通报,2007,38(6):1154-1157.