减量施肥对河南省典型设施菜田硝态氮和总磷淋溶量的影响

骆晓声，李艳芬，寇长林*，赵晨云

(1.河南省农业科学院 植物营养与资源环境研究所，河南 郑州 450002；2.焦作市农村能源环境保护管理站，河南 焦作 454000)

随着经济发展和人民生活水平的提高，设施蔬菜种植面积不断增加[1]。设施蔬菜氮、磷肥施用量普遍较高。在北京市郊区的调查表明，设施蔬菜农田氮肥年均用量超过1 000 kg/hm2，远超作物的氮素需求量[2]。设施菜田P2O5平均用量为767.9 kg/hm2，土壤磷含量是一般农田的几倍到几十倍[3-4]。高的氮、磷投入增加了设施菜田硝态氮和磷的淋溶风险，硝态氮淋溶污染地下水，威胁人体健康。磷是水体富营养化的关键因素，两者的淋溶损失与农业面源污染的产生有重要的关系[5-6]。在保持蔬菜高产的前提下，适当减施氮、磷肥，对于降低设施菜田硝态氮和磷的淋溶具有重要意义。

河南省是新兴的蔬菜种植业大省，近年来蔬菜种植面积不断扩大，2016年河南省蔬菜种植面积达177.25 万hm2，位列全国第二[7]。河南省设施菜田有机肥和化肥的氮、磷输入量较大，氮、磷淋溶及造成的面源污染潜在风险较大。目前，关于河南省设施菜田氮、磷淋溶的研究还未见报道。为此，在河南省西北部选取典型设施菜田，研究减施化肥和有机肥对设施菜田硝态氮、总磷淋溶及蔬菜产量的影响，从而为设施菜田氮、磷肥的科学施用提供理论参考。

1 材料和方法

1.1 研究区概况及试验材料

试验于2016年1—12月在河南省博爱县孝敬镇蒋村(35.101°N、112.998°E)进行。蔬菜大棚土壤类型为壤质潮土，棚龄为3 a，试验开始前采集基础土壤样品，0～20 cm和20～40 cm土壤容重分别为1.31 g/cm3和1.36 g/cm3。土壤基础养分含量为：有机质26.4 g/kg、全氮1.55 g/kg、硝态氮29.6 mg/kg、全磷1.10 g/kg、速效磷71.5 mg/kg、速效钾342.3 mg/kg，土壤pH值 为7.85。试验期内共种植两季蔬菜，第一季茄子4月17日定植，7月30日收获，1 m×0.7 m宽窄行种植，株距0.4 m，基本苗30 000株/hm2。第二季豆角8月21日定植，12月15日收获，1.0 m×0.4 m宽窄行种植，株距0.4 m，每穴3粒，密度约135 000株/hm2。

1.2 试验设计

试验共设置3个处理，分别为：农户常规施肥+畦灌(简称常规+畦灌)、减量施肥+畦灌(简称减肥+畦灌)、减量施肥+沟灌(简称减肥+沟灌)处理。畦灌为沿试验小区漫灌，沟灌为在试验小区内开沟灌溉，每次灌水量约为450 m3/hm2。小区面积4 m×9 m=36 m2，每个处理3次重复。2016年3月13日基施有机肥(由鲜鸡粪堆置)，常规+畦灌处理施用量为150 t/hm2， 2个减肥处理施用量均为120 t/hm2，有机肥含水率为52.0%，氮、磷、钾(N-P2O5-K2O)干基养分含量分别为1.12%、0.98%、0.93%，有机肥的氮、磷、钾养分投入见表1。化肥在蔬菜生长期间施用，2个减肥处理施用量均为常规+畦灌处理施用量的1/2，2个蔬菜季化肥施用量见表1，施用方法为结合灌溉冲施。2016年灌溉日期为4月17日、5月7日、5月19日、6月21日、7月10日、8月21日、9月4日、9月20日、10月18日，其中，5月7日、5月19日、6月21日、7月10日、9月4日、9月20日、10月18日施用化肥，茄子季和豆角季常规处理每次N、P2O5、K2O用量均为42.0、48.0、45.0kg/hm2，减肥处理N、P2O5、K2O每次用量均为21.0、24.0、22.5 kg/hm2。

表1 2个蔬菜季不同处理施肥量 kg/hm2

1.3 淋溶水的采集

淋溶水的采集采用田间原位渗漏池法，在每个试验小区的中间挖取1个长1.5 m、宽0.8 m、高0.9 m的淋溶池，在池底部的正中再挖取1个直径0.4 m、深0.35 m的圆柱形，放置采集桶。淋溶池挖掘过程中将0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～90 cm 4个层次的土壤分开放置并按原层次回填。埋入地下的收集桶有2个孔，分别穿入一个PVC管连通到地面，一个管用于通气，另一个管用于取样时连接淋溶水收集瓶和抽气泵。每次灌溉后采集淋溶水样品，标记后冷藏备用。淋溶水的取样日期，茄子季为2016年4月25日、5月12日、5月25日、6月23日、7月14日；豆角季为8月25日、9月13日、9月26日、10月21日。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 硝态氮、总磷含量 淋溶水硝态氮含量采用流动分析仪(BRAN+LUEBBE AA3)法测定，总磷含量采用过硫酸钾氧化—钼蓝比色法测定。然后按照下面公式计算硝态氮、总磷淋溶量。

式中，F表示淋溶量(kg/hm2)，n表示地下淋溶的次数，Vi表示第i次产流的水量(L)，Ci表示第i次产流的氮、磷质量浓度(mg/L)，S为监测单元面积(1.2 m2)，f表示由监测单元转换成公顷的换算系数。

1.4.2 产量 每季蔬菜果实开始收获后，对每个小区每次收获的产量称质量，将每次产量累计相加即为小区当季蔬菜的产量。

1.5 数据处理与分析

采用Word 2007、 Excel 2007和Sigmaplot 10.0作图，利用SPSS 13.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 减量施肥对设施菜田淋溶水硝态氮、总磷质量浓度的影响

2.1.1 硝态氮质量浓度 由表2可知，茄子季减肥处理淋溶水硝态氮质量浓度均低于常规处理，其中2次减肥+畦灌处理、3次减肥+沟灌处理、2次两者同时显著低于常规+畦灌处理；茄子季常规+畦灌、减肥+畦灌、减肥+沟灌处理淋溶水硝态氮平均质量浓度分别为66.6、47.5、38.4 mg/L。豆角季减肥处理淋溶水硝态氮质量浓度均低于常规处理，其中2次达显著水平；常规+畦灌、减肥+畦灌、减肥+沟灌处理淋溶水硝态氮平均质量浓度分别为71.6、39.0、40.1 mg/L。2个蔬菜季减肥+畦灌、减肥+沟灌处理淋溶水硝态氮质量浓度分别较常规+畦灌处理平均降低35.5%、44.8%。

表2 减量施肥对设施菜田硝态氮质量浓度的影响 mg/L

注：同一蔬菜季同行数据后不同小写字母表示不同处理之间差异显著(P<0.05)，下同。

2.1.2 总磷质量浓度 由表3可知，试验期内淋溶水总磷质量浓度为0.15～1.00 mg/L，常规处理总磷质量浓度均高于减肥处理，其中4次常规处理总磷质量浓度显著高于减肥+畦灌处理、1次显著高于减肥+沟灌处理同时也显著高于减肥+畦灌处理。茄子季常规处理+畦灌、减肥+畦灌、减肥+沟灌处理淋溶水总磷平均质量浓度分别为0.66、0.33、0.38 mg/L，减肥后淋溶水总磷质量浓度分别降低50.0%、42.4%。豆角季常规+畦灌、减肥+畦灌、减肥+沟灌处理淋溶水总磷平均质量浓度分别为0.49、0.29、0.36 mg/L，减肥后总磷平均质量浓度分别降低40.8%、26.5%。2个蔬菜季减肥+畦灌、减肥+沟灌处理总磷质量浓度分别较常规+畦灌处理平均降低45.4%、34.5%。

表3 减量施肥对设施菜田淋溶水总磷质量浓度的影响 mg/L

2.2 减量施肥对设施菜田硝态氮、总磷淋溶量的影响

由表4可知，2个蔬菜季常规+畦灌、减肥+畦灌、减肥+沟灌处理硝态氮淋溶总量分别为145.8 、83.2、83.5 kg/hm2，减肥+畦灌、减肥+沟灌处理硝态氮淋溶量分别较常规+畦灌处理降低42.9%、42.7%。其中，茄子季减肥+畦灌、减肥+沟灌处理硝态氮淋溶量分别比常规+畦灌处理降低48.3%、40.3%，豆角季分别降低34.9%、46.4%。3个处理总磷淋溶总量为0.70～1.16 kg/hm2，减肥+畦灌、减肥+沟灌处理总磷淋溶量分别较常规+畦灌处理显著降低39.7%、36.2%。其中，茄子季总磷淋溶量为0.42～0.77 kg/hm2，减肥+畦灌、减肥+沟灌处理总磷淋溶量分别比常规+畦灌处理显著降低45.5%、37.7%，豆角季减肥+畦灌、减肥+沟灌处理总磷淋溶量分别比常规+畦灌处理降低28.2%、33.3%。

表4 减量施肥对设施菜田硝态氮和总磷淋溶量的影响 kg/hm2

2.3 减量施肥对设施菜田蔬菜产量的影响

由图1可知，茄子产量为17.5～18.7 t/hm2，减肥+畦灌处理产量最高，常规+畦灌处理次之，减肥+沟灌处理最低，三者之间的差异不显著；豆角产量为6.22～6.89 t/hm2，产量表现为减肥+畦灌>常规+畦灌>减肥+沟灌，差异不显著。综合2季蔬菜产量结果，减量施肥后蔬菜产量没有明显降低，且减肥+畦灌处理产量最高。

同一蔬菜季相同小写字母表示不同处理之间差异不显著(P>0.05)

3 结论与讨论

设施蔬菜农田化肥及有机肥投入量普遍较高，在频繁灌溉条件下硝态氮发生淋溶的风险较大[8]。在山东寿光设施蔬菜农田的研究表明，硝酸盐的淋失量达到152.0～347.0 kg/hm2，淋溶水硝态氮质量浓度为17.0～457.0 mg/L[9]。在江苏宜兴番茄—黄瓜—芹菜1 a 3季蔬菜轮作模式下硝态氮淋溶量达163.4～249.2 kg/hm2[10]。本研究硝态氮淋溶量低于上述报道结果。对设施菜田进行肥料减施、灌溉方式优化，能降低硝态氮淋溶量，保持蔬菜高产。李银坤等[11]研究发现，通过灌溉施肥模式的优化，设施番茄在养分(N+P2O5+K2O)周年投入量降低5.0%和17.2%的基础上，产量增加7.5%～10.5%。李静等[12]研究发现，随着施氮量增加，设施黄瓜的产量增加，施氮量360 kg/hm2处理黄瓜产量与施氮量540 kg/hm2处理较接近，氮利用率明显提高。姜慧敏等[13]将传统施氮肥1 000 kg /hm2优化为500 kg/hm2，设施番茄产量提高，氮素农学效率和氮素利用率显著提高，氮素损失率比传统降低24.2%。本研究通过有机肥和化肥的减施，设施菜田硝态氮、总磷质量浓度均降低，而蔬菜产量没有降低，这与前人研究结果相似[11-13]。由于有机肥施用量较高，在少量有机肥施用条件下，设施菜田硝态氮的淋溶量较少，但随着有机肥用量的增加，有机肥的施用会明显加剧硝态氮的淋溶[14-15]，高量有机肥施用条件下有机肥对硝态氮淋溶的影响值得关注。

磷在土壤中容易被吸附固定，淋溶总量相对较低。设施菜田磷的淋溶研究以土壤残留研究为主。设施土壤有效磷积累量高，在高土壤有效磷含量基础上，适当降低磷的投入具有较好的效果。在常规施磷量基础上减施磷肥60%，黄瓜、番茄分别施P2O5300、225 kg/hm2即可维持中高产，同时降低磷残留[16]。土壤速效磷含量≥40 mg/kg，施磷量不超过300 kg/hm2，黄瓜产量即可达到170 t/hm2[17]。本研究在化肥减施50%和有机肥减施20%的条件下，蔬菜产量没有降低，说明减肥的施肥方案能够保持蔬菜高产。对淋溶水的研究结果表明，设施菜田总磷质量浓度为0.15～1.00 mg/L，总磷淋溶量为0.70～1.16 kg/hm2，大大高于习斌等[18]在华北玉米农田的研究结果(淋溶水总磷质量浓度为0.06～0.09 mg/L，不同处理总磷淋溶量介于0.04～0.10 kg/hm2)，低于韦高玲等[19]在菜地的研究结果(表层土壤淋溶水总磷质量浓度为3.75～12.7 mg/L，同时通过肥料减施20%，总磷和可溶性总磷的淋溶量分别显著下降了27.8%和27.6%)。

通过化肥和有机肥的减施，本研究设施菜田硝态氮淋溶量平均降低42.8%，总磷淋溶量平均降低38.0%，而蔬菜产量并没有降低，说明适宜地降低肥料施用量，能够在保持蔬菜高产的前提下，降低氮、磷的淋溶损失。对于设施菜田长期减肥对氮、磷淋溶及蔬菜产量的影响有必要开展长期的监测研究。