优化施氮对设施番茄土壤硝态氮残留及土壤氮平衡的影响

寇长林，骆晓声，巨晓棠

（1 河南省农业科学院植物营养与资源环境研究所，郑州 450002；2 中国农业大学资源与环境学院，北京 100093；3 河南省农业生态与环境重点实验室，郑州 450002）

近年来，随着中国经济的发展和人民生活水平的提高，蔬菜种植面积不断扩大，中国蔬菜播种面积和产量均达世界的40%以上。设施蔬菜经济效益高，生产发展迅速，已经由1999年的约120 × 104hm2增加到目前的大约 387 × 104hm2[1-2]。黄淮海平原地区是全国设施蔬菜的主要产区，总面积占全国的60%[3]，是中国重要的蔬菜生产基地。大多数蔬菜属浅根型作物，对土壤水分和养分不足敏感，因而在蔬菜生产上，菜农习惯采用高量肥料投入和频繁灌水维持。较多的调查结果表明，设施菜田施氮量超过N 1000 kg/hm2已是普遍现象[4]，对北京近郊的调查表明，菜田氮肥平均用量1741 kg/hm2[5]，在山东寿光，温室菜田氮肥年平均投入量高达4088 kg/hm2[6-7]，远远高于蔬菜的氮素需求量[8]。同时，设施菜田灌溉频繁，全年灌水总量平均高达1307 mm[9]。高量的氮肥投入导致设施菜田高的土壤硝态氮残留累积[10-11]及硝态氮的淋溶损失。一方面造成了肥料资源的浪费，增加了生产成本。另一方面，一些蔬菜种植区由于长期过量施肥，土壤硝态氮大量累积，硝酸盐的淋溶对地下水环境产生破坏，地下硝酸盐含量超标现象较为严重。比较多的调查结果表明，农村地下水硝态氮含量以蔬菜种植区超标最为严重[12-13]。

如何改变设施蔬菜生产中传统的水氮管理方式，在保证农产品产量和环境安全的前提下做到合理有效地施用氮肥，促进设施蔬菜优质生产和可持续发展，是当前我国设施蔬菜发展过程中亟待解决的问题，菜田土壤氮素淋失得到了研究者的广泛重视。有关设施蔬菜减氮调控措施的研究较多，不同研究者采用的推荐施肥方法不同。较多研究提出了根据目标产量的养分平衡施氮技术[14-19]，也有研究者根据当地习惯施肥量按比例减施化肥进行推荐施肥[20-22]，或者根据氮肥用量试验推荐施氮[23-25]。何飞飞等[14]在寿光的试验表明，在氮肥总投入量分别减少62%和78%的情况下，番茄产量不降低, 但显著降低了土壤—蔬菜体系中氮素表观损失量。在山东寿光番茄的不同施氮模式的研究[21]表明，减施化肥氮45%结合调节土壤C/N和采用滴灌的集成模式能够提高作物对氮肥的吸收和利用效率，减少土壤硝态氮的残留。在河北春季设施番茄大棚的研究表明，优化施氮减氮240 kg/hm2，蔬菜产量及效益没有降低，硝态氮淋溶量减少50.1 kg/hm2[26]。北京郊区设施菜地优化施氮及灌溉，硝态氮淋溶量大幅度降低[27]。各地的试验条件不同研究结果也大不相同。有机肥在设施蔬菜上用量大，类型多样，有关设施蔬菜有机肥利用的研究，主要集中在单施有机肥及有机无机肥配合施用模式的效果对比研究[7,28-30]。肖辉等[29]研究结果表明，有机肥对设施土壤硝态氮的影响不同季节呈现不同特点，夏季高量有机肥的施用会引起硝酸盐在土壤、蔬菜中的累积，并加剧了硝酸氮向土壤深层的迁移；而冬季却相反，高量有机肥能够降低土壤及蔬菜中硝酸盐的含量，减少硝酸氮向土壤深层迁移。有研究认为，番茄有机无机肥配合施用模式可显著降低渗漏水中硝态氮渗漏量，较习惯施肥平均降低55.1%，有机肥替代是降低菜田氮淋溶的有效措施。在设施蔬菜节水方面的研究较少，更多的是节水灌溉技术的应用[31-32]，蔬菜节水增效作用是明确的。有关缓释肥在设施蔬菜施用方面主要集中在缓释肥自主研发产品的增产效果评价[33]，缺少缓释肥对设施菜田土壤硝态氮累积变化的影响研究。综合来看，针对不同区域的相关 (土壤、节水) 条件，研究蔬菜适宜的优化减氮模式具有重要现实意义。

本研究选取黄淮海典型设施番茄大棚，通过设置不同优化施氮模式，包括减氮优化、有机肥替代及包膜尿素对比，研究不同施氮模式设施番茄菜田土壤硝态氮残留特征及其氮平衡，为设施番茄菜田氮肥优化管理提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验大棚概况

试验位于黄淮海平原中北部的惠民县试验大棚，棚龄 6 年，棚内面积 355.2 m2(48 m × 7.4 m)，常年采用芹菜-番茄种植模式，本试验番茄上茬作物为芹菜。芹菜季大致施有机肥 (以牛栏粪为主) 2000 kg/hm2，化肥 N 1010 kg/hm2、P2O5656 kg/hm2，钾肥很少用。番茄施用的有机肥以牛栏粪和鸡粪为主，基施量折合 N 468 kg/hm2、P2O5237 kg/hm2、K2O 563 kg/hm2，番茄还基施和追施化肥N 1130 kg/hm2、P2O5620 kg/hm2、K2O 360 kg/hm2。试验土壤类型为黄潮土，质地为中壤质土壤，0—30 cm土壤有机质15.77 g/kg、全氮 1.19 g/kg、有效磷 118 mg/kg、速效钾120 mg/kg、pH 8.09、电导率 0.48 S/m，0—30、30—60、60—90 cm 土层 NO3–-N含量分别为12.9、13.9和21.6 mg/kg。试验地常年地下水埋深在1～3 m，试验实施阶段地下水位0.8～1.4 m。

1.2 试验处理

试验设5个处理，分别为：1) 不施氮肥对照(CK)；2) 传统施氮量 (TF)，根据试验前对当地菜农大棚番茄施氮量调查结果，将传统施氮量设定为N 1000 kg/hm2；3) 单施有机肥 (OF)，根据有机肥氮含量的实测结果，有机肥氮投入量N 471.5 kg/hm2，基肥和追肥全部用有机肥；4) 推荐施氮量 (CF)，根据作物需要[34-35]并结合当地习惯施氮量减量约50%，设置 N 500 kg/hm2为推荐施氮量；5) 包膜尿素 (CRF)，与推荐施氮量相同，肥料品种改为包膜尿素。每个处理 3 次重复，小区面积为20.72 m2(2.8 m × 7.4 m)，区组内随机排列。番茄以宽窄行种植，每个小区共栽种4行番茄，宽行行距80 cm，窄行行距60 cm，每行种植21株。各小区间埋置长8 m、深50 cm的薄膜，用以防止小区间水分和养分的渗透。各处理均施 P2O5220 kg/hm2和K2O 1000 kg/hm2，除对照外，其他各处理均施用相当于N 65 kg/hm2的有机肥作基肥。

试验所用肥料推荐施氮量和习惯施氮量两处理氮肥为尿素，包膜尿素由中国农业大学生产，含氮量42.5%，氮释放期为60天。单施有机肥处理的追施有机肥为鸡粪 (全氮含量15.834 g/kg，干基)。试验磷肥为重过磷酸钙，钾肥为硫酸钾，除对照外的其他处理基施有机肥为猪圈粪 (含氮量4.004 g/kg，干基)。全部磷肥作基肥，钾肥50%作基肥，其余分次追施；普通尿素30%作基肥，其余分次追施；包膜尿素基施2/3，其余一次追施。鸡粪分4次追施。灌水方式采用膜下灌水方式，灌水量以水表读数实行定量灌溉。根据对当地设施番茄的调查，农户每次灌水量65 mm，全生育期灌水7～9次，灌水总量450～515 mm，平均 482.5 mm，试验设计节水20%，预期全生育期灌溉量390 mm。这和郝小雨等[7]依据田间持水量 (25.0%) 进行灌溉的灌溉模式一致，与周博等[36]依据张力计监测确定的灌水量接近。

1.3 土壤、植株和灌水样品采集

在种植前和收获后按30 cm一层取0—180 cm土壤样品。在每次施肥灌水前一天，按30 cm一层取0—90 cm土壤样品，每区取3个点，同层各点混合，装入塑料密封袋中标记封口并放入冰盒中。

番茄收获后每区各取5株，样品分秸秆和叶片两部分，迅速带回实验室称鲜重，烘干后称干重。在每次采摘番茄称产和数果数后，每区随机选取5～8个果实带回实验室称取鲜重和烘干重。各植株样品粉碎后放阴凉干燥处密封保存，待室内分析。

在每次灌溉时，取灌溉水样，样品装入150 mL塑料瓶中，立即密封带回实验室冷冻待测。另外，灌溉水井测量一次水位变化。对所使用有机肥先取10个1 kg左右的样品，放在干净的塑料板上，将其中块状物打碎后混合均匀，测定含水量，同时从中取出约2 kg用于分析其养分含量。

1.4 样品分析方法

土壤样品带回实验室后，立即过5 mm筛，混合均匀，直接用于无机氮测定。土壤无机氮测定用0.01 mol/L的CaCl2溶液浸提，用流动分析仪(TRAACS2000 BRAN+LUEBBE 公司，德国) 测定硝态氮和铵态氮含量。植株和有机肥样品全氮采用凯氏定氮法测定。灌水采用相同的流动分析仪测定硝态氮和铵态氮含量。

1.5 氮素平衡计算

日光温室内番茄根系较浅，在生育后期根系能够达到60 cm土层，故把0—60 cm土体作为番茄根区，60 cm以下土层的氮素视为在农业生态系统中的损失。这里如果不考虑氮素的干湿沉降，参照文献[37-40]中有关氮平衡的计算，并稍加改动。氮素输入项：化肥氮、有机肥氮、灌水带入的氮、0—60 cm土壤起始矿质态氮、作物生长期间的矿化态氮。氮素输出项：作物吸收氮、土壤残留矿质态氮和氮素表观损失。相关计算如下：

氮素表观矿化量=对照区作物吸氮量+对照区收获时土壤无机氮（Nmin） − 对照区播前土壤Nmin −灌水带入的氮

氮素表观损失量=氮素总输入 − 作物吸收氮素 −土壤残留Nmin

菜地氮素平衡盈余率（%）=(氮素收入 − 氮素支出) /氮素支出 × 100

1.6 数据统计与分析

运用SPSS 11.0的ANOVA程序进行方差分析和LSD检验。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理的产量效应

由表1可以看出，5个处理之间果实产量131821～140149 kg/hm2，番茄果实产量以施氮量最高的传统施肥量处理最低，其次为对照，单施有机肥处理产量最高。整体上看，不同处理番茄的果实产量没有显著差异。以上结果表明，在传统设施蔬菜田，不施氮肥导致产量较低，但过量施肥并不能增加产量，比优化施氮量过多的氮肥投入不仅不能增产，反而可能减产。同样，果实干物重也以单施有机肥处理最高，而以对照为最低。与果实干物重相似，各处理间番茄茎秆、叶片和地上总生物量也没有明显差异。

表 1 不同施氮处理番茄产量及地上生物量 (kg/hm2)Table 1 Effects of fertilizer treatment on above ground biomass and tomato yield

2.2 不同处理番茄氮素吸收量

在植株各部分吸氮量中 (表2)，只有茎秆吸氮量在各处理间存在显著性差异，由于茎秆吸收氮量只占总吸收氮量的5.8%～8.9%，所以植株总吸氮量各处理间没有明显差异。传统施氮量处理比推荐施氮量处理施肥量增加一倍，但番茄各部位吸收氮量并没有显著升高，说明番茄对氮素的吸收并未因增加氮肥投入而增加。在施氮处理中，传统施氮处理茎秆吸收氮量显著低于包膜尿素处理。尽管各处理植株总吸收氮量之间没有显著差异，但包膜尿素处理吸氮量最高，原因可能是包膜肥料能够减少氮素淋洗而有利于植株对其吸收。

表 2 不同施氮处理植株吸收氮量 (N kg/hm2)Table 2 N uptake by tomato under different fertilization regimes

2.3 土壤硝态氮含量的动态变化

不同施氮措施对土体硝态氮累积影响很大，但不同土层在不同时段差较大 (图1)，在根系最密集的0—30 cm土层，各处理硝态氮平均累积量差异显著，以TF和CRF处理最大，分别是CK的4.7和3.6倍，其次为CF和OF处理，分别是CK的2.5和1.8倍，CRF和CF处理差异显著；30—60 cm仍以TF处理最高，显著高于CRF和CF处理，而CRF和CF处理差异不显著，但显著高于OF处理和CK。60—90 cm土层，各处理差异进一步缩小，TF、CRF和CF处理间差异不显著，但均显著高于 OF处理和CK，OF处理和CK差异不显著。

图 1 各处理土壤各层硝态氮在番茄生育期间的平均累积量Fig.1 Average accumulation of soil nitrate-N in different soil layers under different fertilization regimes

0—60 cm土层的硝态氮累积量也以TF处理最大，分别比CF和CRF处理高62.2%和28.1%，是CK的3.6倍；其次为CRF和CF处理，分别是CK的2.8和2.2倍，且二者差异显著；OF处理显著高于CK 58.4%。以上结果表明，CRF处理的硝态氮比CF处理更多保持在土壤上层，0—30和0—60 cm土层硝态氮累积量平均比CF处理分别高43.0%和26.6%，更有利于养分的吸收，一般认为0—60 cm土层的土壤硝态氮是作物可吸收的养分。

从土壤硝态氮累积量随生育期的变化来看，不同处理及土层差异显著 (图2)。0—30 cm土层，TF和CRF处理土壤硝态氮累积量一直最高，二者之间的差异在移栽后76天前较小，之后变大，而CF和OF处理土壤硝态氮累积量一直相对平稳；30—60 cm土层，整个生育期内各处理土壤硝态氮累积量差异明显，这一层土壤受控因素复杂；而60—90 cm土层，各处理土壤硝态氮累积量变化较小，尤其在生育前期各处理差异较小，到移栽后76天后各处理出现相对稳定的分化过程。就0—60 cm土体硝态氮累积量来看，各处理间的动态变化与0—30 cm土层相近，也以TF和CRF处理较高，并且前期二者差异较小，之后差异变大。CF、OF和CK处理也和表层土壤的3个处理变化趋势相似。为了更好地说明土壤硝态氮积累的动态变化，以下以土壤硝态氮含量的空间动态进一步讨论。

图 2 土壤各层硝态氮累积量随番茄生长时期的动态变化Fig.2 Dynamics of soil nitrate-N accumulation in different soil layers with the growing days of tomato

由图3可以看出，尽管硝态氮含量差异很大，但各处理土壤硝态氮含量变化趋势相似，均在移栽后20～60天表层有一累积过程，不同处理持续时间不同，可能与土壤氮矿化、肥料施用、作物吸收有关，CK累积过程持续时间很短，仅约20天左右，单施有机肥处理持续40天，而CF、TF、CRF处理则长达50～60天。在移栽后80～100天，各处理硝态氮有一消耗过程，出现的土层和开始时间有所差异。CK处理这个消耗过程则从移栽后60天已经由表层开始，而CF、TF处理在45 cm以下层次移栽后80天才出现，而TF处理60 cm以上土层没有出现明显的消耗过程。移栽后110～120天之后，上层又表现出累积趋势，这可能与土壤矿化增强和后期番茄吸收能力降低有关，已对番茄生产意义不大。从硝态氮含量上来看，TF和CRF处理上层硝态氮含量显著高于OF、CF处理，且CF、TF处理表现出明显的向下淋洗趋势。而CRF处理45 cm以下土层硝态氮含量一直低于N 25 mg/kg，说明包膜尿素能够减轻氮素的向下迁移。

图 3 番茄生育期土壤硝态氮含量动态变化Fig.3 Dynamics of soil nitrate-N content during tomato growth period

总的来说，各施氮处理表层硝态氮累积量差异变化与施肥和作物氮吸收能力有关。在番茄生育初期，由于作物吸收能力较弱，引起氮素在表层的累积，至移栽后65天之后，番茄对氮素的吸收能力渐强，使硝态氮累积量逐步降低。而包膜尿素处理，以底肥方式施入了总施肥量的2/3肥料，很可能在移栽后47天左右达到了释放高峰期，而在移栽后第66天追施的包膜尿素要到移栽后100天之后才能达到氮素释放高峰。从这一点来看，番茄包膜肥施用应适当减少基施的数量，第一次追施应在移栽后第30～45天较为适宜。

2.4 不同施氮处理对土壤硝态氮残留的影响

各处理0—180 cm土体硝态氮残留量差异很大，以TF处理最高，比基础土壤增加44.8%，其次为CRF和CF处理，比基础土壤增加19.0%和7.8%，OF处理和CK最小，二者比基础土壤有所降低。在土体分布上，基础土壤90—180 cm硝态氮残留量占2/3，而CK、OF和CF处理90—180 cm土层硝态氮占比有所降低，TF和CRF处理90—180 cm土层硝态氮残留量比例更低。

除对照外，其它各处理0—90 cm土层硝态氮残留量比试验前均明显增加，大小依次为传统施氮量、包膜尿素、推荐施氮、单施有机肥处理，分别为试验前的2.68、2.06、1.65、1.29倍，而对照仅为试验前的0.84倍 (图4)。单施有机肥、推荐施氮量和包膜尿素处理0—90 cm土层硝态氮残留量分别为N 261.7、336.3、418.2 kg/hm2，分别比对照增加了53.4%、97.1%、145.1%，比传统施氮量降低了51.9%、38.3%、23.2%。但单施有机肥处理0—90 cm土层硝态氮残留量与对照差异不显著，基本能保持原有土壤硝态氮水平。包膜尿素处理0—90 cm土层硝态氮残留量与推荐施氮量差异不显著，但比单施有机肥处理显著提高了56.8%，而推荐施氮量处理硝态氮残留量与单施有机肥处理没有明显差异。

图 4 不同施氮处理土壤硝态氮残留量Fig.4 Soil nitrate-N residue under different fertilization regimes

与0—90 cm土层不同，所有处理90—180 cm土壤硝态氮残留量均比试验前降低，CK、OF、CF、TF、CRF处理的残留量分别为试验前的56.8%、69.5%、80.2%、86.0%和77.6%，但4个施氮处理间没有显著差异。4个施氮肥处理在90—180 cm土壤硝态氮残留量明显低于基础土样，可能是减少灌溉量也减少了硝态氮随水分的向下淋洗，甚至稍微缺水状态还可能引起该层次积累的硝态氮随蒸发向表层移动，具体原因有待进一步研究。

2.5 不同施氮处理的氮素平衡

以0—60 cm土体作为土壤-作物系统番茄的根区，将0—60 cm土层Nmin作为土壤有效矿质氮输入。氮素输入项包括化肥氮、有机肥氮、灌水输入氮和试验前土壤起始Nmin以及作物生长期间土壤矿化的氮。而氮素输出包括作物收获携出和土壤残留。由于番茄生长期间以薄膜覆盖，不考虑大气沉降输入的氮。氮素总平衡是氮素矿化、固定和损失的总和。

根据有机肥养分实测结果，单施有机肥处理实际施氮量为N 471.5 kg/hm2，接近但未达到试验设计的 500 kg/hm2施氮水平 (表 3)，氮素平衡盈余率65.51%，有机肥投入氮量能够满足作物生长需求。

表 3 不同施氮处理的氮素平衡 (kg/hm2)Table 3 Effects of fertilization regime on nitrogen balance in soil-crop system

另外两种优化施氮模式推荐施氮量和包膜尿素处理，二者土壤硝态氮残留量分别为N 227.2和N 310.5 kg/hm2，氮素表观损失量分别为N 443.7和N 352.3 kg/hm2，氮素表观盈余率分别为66.37%和38.09%，3个指标依次分别比传统施氮量降低22.6%～43.4%、42.2%～54.1%、37.3%～61.8%。同时，在相同施氮量下，包膜尿素处理土壤残留量明显高于推荐施肥处理，因而，其氮素损失量和氮素平衡盈余率明显降低。

3 讨论

本研究不同施氮处理之间的番茄果实产量和生物量没有显著差异。不施肥处理番茄产量为133.4 t/hm2，已达到较高产量水平，表明本试验即使不施氮肥，土壤本身的供氮能力已能够保证番茄获得较高的产量。但氮肥投入影响土壤氮的累积与供应，从生育期内土壤硝态氮累积动态来看，对照处理0—30 cm 硝态氮含量为25～80 kg/hm2，多数低于40 kg/hm2，这个量已低于陈清等[41]所采用的土壤Nmin 缓冲值 50～60 kg/hm2。其 0—60 cm 土壤硝态氮残留量为62～136 kg/hm2，也低于Everaarts推荐的菜花生育期内土壤 Nmin 缓冲值 225 kg/hm2[42]。不施肥处理导致土壤残留氮显著降低，在短期内没有降低产量，但在第二季以后可能会成为作物生长的限制因素，尤其是在菜农高灌水量条件下。这充分说明，即便是在经过多年培育的设施菜田，不施肥地力下降很快，适量氮投入是维持地力和正常生产所必须的。

传统施肥量处理，生育期内0—30 cm土层硝态氮累积量为210～280 kg/hm2，0—60 cm 土层为340～400 kg/hm2，远远高于推荐的土壤Nmin缓冲值。说明农民习惯施肥过高的氮肥投入导致土壤硝态氮残留大幅增加。收获后0—30 cm土层硝态氮积累量达248 kg/hm2，为收获后推荐土壤残留Nmin 100 kg/hm2的 2 倍以上。

3种优化施氮模式中，以有机氮为主要氮源的单施有机肥处理，尽管氮投入量不足500 kg/hm2，但生育期内在0—30 cm土层土壤硝态氮含量高于一些研究[41,43]推荐的土壤 Nmin 缓冲值，而 0—60 cm 土壤硝态氮累积量低于Everaarts推荐的土壤Nmin缓冲值[42]，尚不足以满足需求，这可能与有机肥氮的缓效性有关。这说明单施有机肥处理硝态氮主要累积在表层，但可以满足番茄生长的需要，生产上以有机肥配合化肥更具持续性；而以化肥氮为主要氮源的推荐施氮量处理番茄生育期内在0—30和0—60 cm土层硝态氮累积量均高于单施有机肥处理，且与一些研究推荐Nmin缓冲值相比，在0—30 cm土层与单施有机肥处理有相似情况，即0—30 cm土层硝态氮积累量显著高于推荐Nmin缓冲值，但0—60 cm土层硝态氮积累量与推荐Nmin缓冲值明显接近。这表明在本研究灌水量低于常规灌水量条件下，所推荐的500 kg/hm2施氮量是适宜的。同时，根据德国KNS系统推荐施肥的要求[44]，蔬菜收获后土壤Nmim残留量不能超过N 100 kg/hm2，而这两个处理在收获后0—30 cm硝态氮积累量分别为N 123.9和N 128.3 kg/hm2，这两个处理施氮量也是适合的。由此来看，推荐施氮量和单施有机肥处理生育期内能够提供适宜根层供氮水平，而收获后又不会累积过高硝态氮。有机肥处理氮投入量比化肥氮略低，与N 500 kg/hm2相比，其表观损失约低6.8%，氮平衡盈余量和盈余率约低10%，但总体趋势变化不大。

与推荐施氮量相比，包膜尿素处理番茄生育期内0—30和0—60 cm硝态氮累积量高于上述一些研究推荐的土壤Nmin缓冲值，多数情况高于推荐施氮量处理硝态氮积累量，尽管二者差异不显著。这说明包膜尿素处理有利于氮素在上层土壤的累积 (图3和图4)。朱本岳等[45]的模拟试验表明，控释尿素淋洗损失比普通尿素减少59.7%。张庆利等[46]的淋洗试验表明，控释氮肥表层土壤能保持较高的有效氮含量，而降低其它土层中速效氮含量[46]。Cartagena等[47]研究表明，在田间高施肥量和灌水条件下，施不同形态氮肥处理玉米产量没有明显差异，而收获后土壤无机氮含量以控释肥处理最高，这个结果与本研究相似。表明设施番茄施用包膜尿素有利于减少氮素向下淋洗和在上层土壤的保持。对于包膜尿素和推荐施氮量两处理，需要注意的是在移栽后76～106天，二者土壤硝态氮含量差异减小，这是由于底施包膜尿素已过氮素释放高峰，而追施肥尚未达到最高释放阶段。控释氮肥不像普通氮肥在很短时间内养分即完全释放出来，包膜尿素在土壤中的释放呈单峰变化，释放期60天的尿素N释放高峰出现在施肥后35天左右[48]。因此，就本研究所采用包膜尿素来说，适当减少底施所占比例，而将追施时间提前至移栽后30～45天可能与番茄氮素需求规律更为吻合，在这种情况下适当减少包膜尿素的投入也是可行的。另外，包膜尿素在第一年导致上层土壤氮素残留量的增加，可能加剧菜田后期硝态氮的淋溶损失。据Maeda等[49]7年的试验研究表明，施用包膜肥后1 m深土壤溶液NO3−-N在第二年夏季显著增加，浓度可达N 30～60 mg/L。这在进一步的研究或生产中需要加以注意。

另一方面，从土壤无机氮含量变化来看，番茄生育期内，存在两个明显的硝态氮积聚过程，一个阶段是移栽后20～60天，另一个是在移栽后110～120天左右。同时，移栽后80～100天30—60 cm土层有一个消耗阶段。土壤中硝态氮积聚与消耗受施肥、灌水、作物吸收等的影响。一些研究表明，控制施氮量结合有效的施用方式是确保高产和减少土壤硝态氮累积和淋洗的关键[50]，硝态氮淋洗可通过优化灌水进一步降低[51]，在大田粮食作物上，氮肥优化、灌水模式、有机替代减肥常被作为维持高产出和减少氮肥灌水及最小化硝态氮淋洗的措施[52]。如能运用模型模拟方法对评估土壤硝态氮淋洗、供应和水肥管理推荐具有重要意义。薛长亮等[53]应用RZWQM模型模拟了石家庄玉米田4种氮肥用量下土壤硝态氮淋溶，但存在一定的偏差，在蔬菜上，尚未见类似报道。

综合来看，施氮量增加，植株氮吸收量并无明显变化，相应地其氮素盈余量、在土壤中的残留量和损失量显著提高，大量土壤硝态氮残留量势必会导致硝态氮向土壤下层淋洗而污染地下水。按照张维理等[54]的研究结果，施氮量超过N 500 kg/hm2，且作物吸氮量不足施氮量40%时，地下水硝酸盐含量一般要超标。从本研究结果来看，推荐施氮处理和包膜尿素处理施N量500 kg/hm2，作物吸收N分别为218.9 kg/hm2和227.0 kg/hm2，占施氮量的比例均超过40%，传统施氮处理中作物吸收N量仅占氮肥用量的22%，必然会对环境造成危害，尤其是造成地下水硝酸盐污染。据我们对试验大棚所在区地下水的调查，由于长期大量施肥，已导致该区地下水硝酸盐严重污染，在所测39个样品中，年度地下水硝酸盐含量维持在N 10～49 mg/L，平均达20.3 mg/L，硝态氮含量超过11.3 mg/L比率达87.2%。因此，在设施蔬菜生产上应对氮肥投入予以优化控制。

4 结论

在本研究条件下，将番茄施N量由1000 kg/hm2减至 500 kg/hm2，既能保证番茄产量，又不使土壤产生过高的硝态氮残留，适宜于在生产中应用。由于前茬施肥量高，施肥处理没有显示出产量差异，但是减少氮肥投入，施用包膜尿素在0—30 cm 土层存留的硝态氮显著多于普通尿素 (43.0%)，更有利于后期及后茬作物的利用，降低氮素的淋洗损失，使氮素在土壤上层得以保持，长期施用可能更有利于实现产量与环境效益双赢。鸡粪完全替代化肥在减少土壤中硝态氮的残留方面显示出优越性，但长期的效果还需进一步研究。