水肥一体化氮肥减量增效研究

于倩倩，许爱霞*，赵佳秀 (.泰州市姜堰区农业技术推广中心，江苏泰州 5500；.扬州大学土壤健康研究所，江苏扬州 57)

设施栽培通过改变作物生长的水、肥、气、热等生活因子，使得作物产量比露地栽培明显偏高，既可以满足农产品市场需求，又可以获得显著的经济效益，近年来在全国各地发展均较快。设施栽培在部分地区甚至成为当地农民增收和地方经济发展的主要渠道。由于设施栽培在我国发展历程很短，加上我国设施栽培环境各地差异很大，与国外也不同，因此国内外可以借鉴的经验极其有限。在设施栽培过程中的肥水管理多沿用露地栽培经验。肥料施用的结构往往以少量有机肥加氮磷钾大量元素化肥为主，这在作物生长相对较慢的露地栽培条件下一般不会造成土壤养分平衡性很快下降，但无法满足在设施栽培作物生长较快条件下土壤养分平衡性的基本维持，设施栽培3～5年后土壤养分平衡性就可能遭受严重破坏。过量施用的养分在土壤中不断积累，而土壤中得不到补足甚至从未施肥补充的养分很容易快速耗竭，成为制约作物生长的最小养分，而最小养分的存在是制约作物生长及产量形成的首要因子，如果最小养分得不到补充，作物就会生长不良甚至死亡。现阶段由于缺乏设施土壤养分丰欠指标的评价体系与便捷的测试手段，无法对土壤养分平衡性及时作出科学的诊断，盲目施肥的现象十分普遍。氮磷钾肥料的大量投入与作物对养分吸收利用能力的锐减，造成土壤中部分养分快速积累，引起次生盐渍化、生物多样性破坏等土壤问题。氮磷钾在土壤中的积累具有不同的特征，氮素多以水溶性硝态氮形态存在于土壤溶液中，极易通过水分运动进入环境。磷素和钾素在土壤中极易被多种物质或黏土矿物所固定或者吸附而失去水溶性，随水进入环境的比例很小。精准控制氮素投入、加强作物对现有氮素的高效利用成为目前设施栽培土壤管理的首要任务。为进一步完善和掌握江苏省主要农作物水肥一体化施肥技术参数，扎实推进水肥一体化技术推广，按照江苏省水肥一体化氮肥减量增效展示试验的基本要求，笔者以该区种植农户最多、消费比例最大、施肥量较大的小白菜作为供试作物，开展水肥一体化氮肥减量增效试验。

1 材料与方法

试验地点位于江苏省泰州市姜堰区顾高镇俞庄村绿申园农业科技农业基地，属于北亚热带季风气候，季风环流气候影响显著，四季分明，冬夏较长，春秋较短。常年平均气温14.5 ℃，年平均降水量991.7 mm，年平均雨日117 d，年平均日照时数22 059 h，无霜期215 d。全年气候温暖，光照充足，雨水充沛，农业气候条件优越。

试验点土壤为砂壤土，试验处理前土壤基本理化性质测定结果：pH 5.97，EC 0.68 mS/cm，有机质13.41 g/kg，硝态氮169.5 mg/kg，速效磷46.8 mg/kg，速效钾345.4 mg/kg，水溶钙520.1 mg/kg，水溶镁408.5 mg/kg。

种植作物为“上海青”小白菜。肥料采用“奉元”有机肥(江苏永佳现代农业科技有限公司)，有机质45%，总养分5%；45%(15-15-15)“红三角”复合肥(中国石化集团南京化学工业有限公司)；尿素(山西晋丰煤化工有限责任公司)，含氮率46%。

试验小区面积21 m，设7个处理，各处理重复3次。常规基肥为15 t/hm“奉元”有机肥和750 kg/hm“红三角”复合肥。常规追肥为150.0 kg/hm尿素。减氮施肥处理外，其他肥水运筹均保持与一般生产习惯相同。

处理①空白对照(CK1)，常规基肥+不施用任何追肥，产量为追肥空白产量；处理②常规施肥(CK2)，常规基肥+滴灌追肥，追肥用量为尿素150.0 kg/hm；处理③追肥减氮10%，常规基肥+滴灌追肥，追肥用量为尿素135.0 kg/hm；处理④追肥减氮15%，常规基肥+滴灌追肥，追肥用量为尿素127.5 kg/hm；处理⑤追肥减氮20%，常规基肥+滴灌追肥，追肥用量为尿素120 kg/hm；处理⑥追肥减氮25%，常规基肥+滴灌追肥，追肥用量为尿素112.5 kg/hm；处理⑦追肥减氮30%，常规基肥+滴灌追肥，追肥用量为尿素105.0 kg/hm。

于作物种植前与收获后在各小区采集耕作层土壤混合样品，分析土壤理化性状，包括土壤有机质、pH、硝态氮、速效磷、速效钾含量。

作物收获后小区单收统计产量，随机采集作物样品，对可食用部分的形态、鲜重、干重以及含氮量等指标进行测定。

增产率=(处理区产量-常规区产量)/常规区产量×100%。节肥率=(处理区肥料成本-常规区肥料成本)/常规区肥料成本×100%。氮肥利用率=[处理作物吸氮总量(可食部分+不可食部分)-空白对照作物吸氮总量(可食部分+不可食部分)]/施肥量×100%。作物可食部分养分吸氮总量=可食部分含氮量×可食部分产量。产投比=(处理作物可食部分产量×产品批发价格)/(该处理施肥成本+灌溉成本+用工成本及其他成本)。净效益=(处理区产量-常规区产量)×产品批发价格-(新增施肥成本+新增灌溉成本+新增用工成本及其他新增成本)。数据统计分析与作图采用Excel 2016。

2 结果与分析

不同处理小白菜产量与效益见表1。由表1可知，除处理⑦外，小白菜产量与追肥减氮量呈正相关关系，减氮处理均能提高产量，其中处理⑥的产量最高，处理⑤次之，较常规施肥的处理②分别提高32.15%与18.39%；处理⑦相较处理②仅提高0.77%，无显著差异。从不同处理的经济效益看，除处理⑦外，不同处理的产投比、净效益均与追肥减氮量呈正相关关系，其中处理⑥最高，产投比达2.93，较处理②提高32.58%，收益达71 130.50元/hm，较处理②提高58.91%，净效益达26 367.80元/hm，处理⑤次之，产投比与收益较处理②分别提高18.55%与33.73%，净收益达15 099.80元/hm。

表1 不同处理的经济效益Table 1 Economic benefits of different treatments

不同处理小白菜的养分吸收与肥料利用率见表2。由表2可知，追肥各处理小白菜含氮率均比不追肥处理高，含氮率随追肥氮用量减少而降低。从氮素养分吸收量来看，处理④、⑤、⑥高于处理②，处理⑦和处理③低于处理②。处理④、⑤和⑥相较处理②均能提高肥料利用率，其中处理⑥的氮肥利用率、磷肥利用率和钾肥利用率均最高，比处理②分别提高10.86%、33.79%与29.23%，其次为处理④的氮肥利用率与处理⑤的磷肥利用率、钾肥利用率。养分利用率水平与小白菜产量水平之间关系较为密切。

表2 不同处理小白菜的养分吸收与肥料利用率Table 2 Nutrient absorption and fertilizer utilization rate of pakchoi under different treatments

定植前和采收后各小区的土壤性质测定结果见图1。由图1a可知，除不追肥的空白处理①土壤有机质略低外，其他各施肥处理间差异较小。由图1b可知，除不追肥的空白处理①土壤硝态氮含量略高外，其他施肥处理间差异较小。由图1c、d可知，除不追肥的空白处理①土壤速效磷、速效钾含量略低外，其他施肥处理间差异较小。由图1e可知，追氮减少30%范围内，各施肥处理土壤pH随着追肥减施比例提高有上升趋势。

图1 不同处理土壤的部分化学性质Fig.1 Partial chemical properties of soils under different treatments

试验条件下，减氮处理对小白菜作物生长的影响较明显，但对土壤有机质、硝态氮、速效磷、速效钾及pH等基本性质影响比较复杂。不同重复之间的测定结果差异较大，这除受小白菜生长与养分吸收影响之外，与滴灌带铺设间距、滴头密度、水头压力均匀程度等水分管理可能也存在很大关系。试验地土壤为典型的高沙土，土壤水、气通透性好，水分入渗率较高，滴头下极少出现径流现象，这容易导致水溶性养分在土壤中分布不均匀，导致各处理、重复之间数据的不确定性。改善水分管理方式、适当扩大小区面积、增加样品采集的代表性等可能有利于提高试验结果的可靠性。与试验前土壤样品的测定结果相比，试验后各处理土壤基本性质发生一些变化，这与施肥、作物生长与吸收有关外，试验过程土温和气温均由低温向高温过渡较快，对土壤基本化学性状的影响也不容忽视。在类似试验中增加对土温、气温等环境因子的观测，更有利于对试验结果进行科学客观的分析。

(1)适宜的减氮处理能促进小白菜的生长。减氮20%增加株高的效果最好，减氮25%次之；减氮25%增产效果最好，产投比与净效益均最高。

(2)适宜的减氮处理能增加小白菜对氮、磷、钾养分的吸收总量，提高氮、磷、钾肥料利用率。

(3)试验条件下，减氮处理对土壤有机质、硝态氮、速效磷、速效钾及pH等基本性质影响不大。

综上所述，适宜的减氮处理有增产增效作用，在农民常规追肥基础上减氮25%的处理效果最好，节本增效综合作用最大。