露地栽培條件下大白菜氮肥投入閾值研究

連彩云，馬忠明

（1.甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院，甘肅蘭州 730070）

露地栽培條件下大白菜氮肥投入閾值研究

連彩云1，馬忠明2

（1.甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，甘肅蘭州 730070；2.甘肅省農業科學院，甘肅蘭州 730070）

通過田間試驗，研究了不同施氮量對大白菜產量、氮肥利用率、硝態氮殘留量的影響。結果表明，施氮對大白菜有顯著的增產作用，但隨著施氮量的增加產量變化不大，產量對施氮量的反應呈平臺模式。氮肥利用率在3.3%～12.6%，并且隨施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，在施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，氮肥利用率和作物產量最高。合理控制氮肥用量會促進作物對土壤氮素的吸收。施氮可明顯提高0～180cm剖面土壤NO3--N的累積量，殘留的NO3--N的分布隨施氮量的增加而顯著增加，并且隨施氮量的增加殘留深度下移，表現出明顯的底層累積。各處理土壤氮均集中在0～100cm土層中，100cm土層以下，各處理氮含量漸趨一致。綜合不同施氮量對大白菜產量以及環境指標的影響，在本試驗肥力水平下，大白菜氮肥投入閾值為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，能夠兼顧作物高產與環境安全。

投入閾值；氮肥利用率；大白菜；露地栽培

化肥是提高作物產量的重要措施之一。據統計，農作物增產的30%～60%來自化肥，尤其是氮肥施用占相當大的比重，約為60%左右［1］。但當單位面積氮肥施用量達到一定水平后再增加氮肥施用量，則氮肥利用率會相應降低，肥效下降，殘留量增加［2～6］。在我國農田中，當季作物對氮肥的利用率只有30%～40%，大部分經各種途徑損失到環境中［7］，造成對水、土壤和大氣環境的污染。

河西綠洲灌區是甘肅省農業經濟的主體，種植業以小麥、玉米為主，適于棉花、瓜果、蔬菜等經濟作物生長。耕地面積65.83萬hm2，占全省耕地總面積的19.24%，宜農土地資源豐富。雖耕地面積僅占全省的19%，但生產出占全省32%的糧食、70%的商品糧和42%的蔬菜。近年來，隨著農業和農村經濟的發展，農業先進技術的推廣應用，特別是化肥、農藥、地膜等農業生產投入品的逐年增加，作物產量有顯著提高。但氮磷肥的積累超過一定限度就可能對水體環境產生危害，且肥料利用率不高，造成生產成本逐年增加，種植效益下降，嚴重影響農村經濟的發展。因此，系統研究露地栽培條件下大白菜適宜的施氮量，對提高氮肥利用率和控制氮素污染等，具有重要的科學價值和實踐意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

指示大白菜品種為高山勇者，由北京圣奧豐種子有限公司生產并提供。供試氮肥為尿素（含N 46%），由甘肅劉化有限責任公司生產；磷肥為重過磷酸鈣（含P2O546%），由甘肅農資化肥有限責任公司生產；有機肥為干基雞糞（非商品，含N 2.97%）。

1.2 試驗地概況

試驗于2011—2012年在甘肅省農業科學院張掖節水農業試驗站（100°26′E，38°56′N，海拔1 570m）進行。試驗地土壤為灌漠土。耕層土壤含有機質18.1 g/kg、全氮1.4 g/kg、堿解氮70.9 g/kg、速效磷19.3 g/kg、速效鉀148.0 g/kg，pH 8.6。0～200cm土層土壤容重平均1.4 g/cm3。玉米生育期間平均降水量105.2mm，蒸發量1257.3mm。

1.3 試驗方法

試驗共設8個處理，肥料用量水平及設計見表1。各處理的磷肥用量為優化用量，即施五氧化二磷120kg/hm2。試驗采用隨機區組排列，重復3次。小區面積20m2（4m×5m）。按試驗方案分小區準確稱取供試肥料，全部有機肥、磷肥、10%氮肥按劃定小區一次施入做底肥，45%氮肥蓮座期追施，45%氮肥結球期追施。大白菜采用露地栽培，于5月16日播種，8月20日收獲。全生育期灌水4次，灌溉定額3 300m3/hm2，幼苗期、蓮座期、結球期、結球緊實期分別灌水990、660、990、660m3/hm2，用水表控制水量。田間管理措施與當地田間管理措施相同。大白菜成熟后按小區單收并測定經濟產量。

表1 試驗設計方案kg/hm2

1.4 樣品的采集與測定

1.4.1 土樣采集及測定在作物播種前和收獲后，每小區采用S形5點法采樣取土，采樣深度0～180cm，每20cm土層1個混合樣。每個土層的鮮土樣均取200 g，冷凍保存后測定硝態氮、銨態氮、溶解性總氮含量和土壤含水量。土壤硝態氮用紫外分光光度計法測定，銨態氮用靛酚藍比色法測定，溶解性總氮用堿性過硫酸鉀消解后采用紫外分光光度法測定，土壤含水量用烘干法測定。

1.4.2 大白菜樣品采集與測定白菜收獲后，每小區隨機取5棵白菜全株采樣，用于測定全氮、全磷、全鉀含量和含水量。白菜全氮、全磷、全鉀測定時均先用H2SO4-H2O2消煮，然后采用蒸餾法測定全氮含量，采用釩鉬黃比色法測定全磷含量，采用火焰光度法測定全鉀含量。采用烘干失重法測定含水量。

1.5 統計分析方法

由于試驗區降水量不足200mm，所以試驗過程不計入降水輸入的氮素，不考慮氮肥的激發效應，故假定施肥處理的土壤氮素礦化量和無肥區相同。計算方法如下：

土壤硝態氮積累量（kg/hm2）=［土層厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤硝態氮含量（mg/kg）］/10［8］；

氮肥利用率（NFUE，%）=［（施氮區地上部分吸氮量-不施氮區地上部分吸氮量）/施氮量］×100［9］。

試驗采用Excel和SPSS進行數據統計分析。產量與環境指標的函數方程采用Origin進行擬合。

2 結果與分析

圖1 不同施肥處理對大白菜產量的影響

2.1 施氮量對大白菜產量的影響

試驗結果（圖1）表明，在一定施氮量范圍內（0～656.4kg/hm2），大白菜的產量隨施氮量的增加而增加，呈線型增長模式；而當施氮量增加到一定程度（656.4～806.4kg/hm2）時，產量不再隨施氮量的增加而增加。作物產量對施N水平的反應表現為線性—平臺模型。在試驗設計范圍內，以M1N1處理的產量最高，與不施氮處理差異顯著，其余處理之間差異不顯著。在施氮量低于656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，每1kg純氮可增加84kg大白菜，氮肥的施用可以帶來顯著的經濟效益。適宜施氮量是高產、環保和經濟效益相協調的施肥點，在適宜施氮量附近，施氮量的增減對產量影響也不大；而當施氮量高于656.4kg/hm（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，繼續投入氮肥只能造成投入的增加和經濟效益的下降。顯而易見，在試驗條件下，從施肥經濟效益的角度來看，656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）為該土壤條件下的適宜施氮量。

2.2 施氮量對氮素吸收、氮素利用率的影響

氮肥用量是影響作物吸氮量的主要因素。大白菜的吸氮量與氮肥對產量的影響是一致的（圖2），在施氮量小于656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，吸氮量隨施氮量增加而增加；而當施氮量大于656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，大白菜吸氮量不再增加，反而略呈下降的趨勢。此結果說明，適量施氮有利于增加大白菜對氮素的吸收。

氮肥的施用可以帶來顯著的經濟效益。大白菜的施氮量與氮肥利用率呈現與產量相似的規律，當施氮量達到656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，氮肥利用率為最高峰值，為12.6%。而當施氮量高于656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，繼續投入氮肥只能造成投入的增加和經濟效益的下降，同時對環境造成污染。從肥料利用率角度分析，最佳施肥量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）。

圖2 不同處理對氮素吸收與利用率的影響

圖3 不同處理對0～180cm土壤剖面分布與累積的影響

2.3 氮肥施用量對土壤硝態氮分布與累積的影響

由于在作物整個生育期土壤銨態氮含量較低，因此在評價土壤礦質氮時，忽略銨態氮的影響，只計算硝態氮的貢獻。不同處理成熟期硝態氮殘留量如圖3所示。大白菜收獲后，在0～180cm土層中，殘留的的分布隨施氮量的增加而顯著增加，并且隨施氮量的增加，氮在土壤中的殘留深度下移，表現出明顯的底層累積。施氮量由M0N0遞增至M1N0.75時，相應的累積量則從34.8kg/hm2增加到249.0kg/hm2。隨土層深度的增加，土壤氮殘留量降低。由圖3還可看出，各處理土壤氮均集中在0～100cm土層中，100cm土層以下，各處理含量漸趨一致。不同施氮量處理的結果說明，在0～180cm的土層中，施氮處理為M0N1和M1N0的累積量分別為128.0kg/hm2和175.0kg/hm2，相差不大；當施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，累積量則高達443.2kg/hm2，即氮肥施用過量會造成土壤剖面無機氮的積累，當氮肥施用量超過作物需要時，土壤中氮的積累就成了一個潛在的環境問題。從氮肥累積量的角度分析，氮肥累積量的突變點為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2），為試驗肥力條件下的最適宜施氮量。

3 小結與討論

1）適宜的施氮量對氮平衡具有積極的調控效應，能增加作物的產量，促進作物對土壤中氮的吸收、利用，減少氮素在土壤中的累積。但氮肥的積累超過一定限度就可能造成生產成本逐年增加，種植效益下降，且肥料利用率不高。試驗產量結果顯示，在施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，大白菜產量達最高，氮肥的利用率最大；繼續增加施氮量，大白菜的產量卻有下降趨勢。從作物高產的角度考慮，在本試驗肥力條件下，推薦的大白菜適宜施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）。

2）合理的氮肥施用不但不影響作物的產量，相反可提高作物對氮肥利用率，從而減少土壤表面硝態氮的殘留，環境風險也隨之降低［9］。在本試驗條件下，優化施氮量處理M1N1（施純氮300kg/hm2、有機肥12000kg/hm2比高施氮處理M1N2（施純氮600kg/hm2、有機肥12000kg/hm2）氮肥施用量減少100%，氮肥的利用率提高8.3百分點。吸氮量隨施氮量的增加先增加而后降低，與不施肥處理（CK）相比，施氮處理極顯著增加了作物的吸氮量；當施氮量為656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）時，吸氮量最高。結果說明，適量的施氮有利于增加大白菜的吸氮量。從作物高產、環境安全綜合考慮，施氮量656.4kg/hm2（純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）為露地大白菜栽培的適宜施氮量。

3）施氮顯著影響硝態氮的積累，并隨著施氮量的增加，氮在土壤中的殘留量顯著增加。在0～180cm土層中，土壤累積量不施氮處理（M0N0）為34.8kg/hm2；施氮處理為純氮300kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）（M1N1）和純氮375kg/hm2+有機肥12000kg/hm2）（M1N1.25）的累積量分別為443.2kg/hm2和507.0kg/hm2，相差不大；當施氮量為純氮600kg/hm2+有機肥12000kg/hm2（M1N2）時，累積量則高達603.0kg/hm2。因此，過量施氮會在土壤中形成累積，造成環境污染和投入增加。

綜合以上不同施氮量對大白菜產量以及環境指標的影響，認為在本試驗肥力水平下，適宜施氮量為純氮375kg/hm2+有機肥12000kg/hm2，能夠兼顧作物高產與環境安全的目標。

［1］褚天鋒，林繼雄，楊清.化肥科學使用指南［M］.北京：金盾出版社，1997：40-43；47.

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（本文責編：鄭立龍）

Study on Nitrogen Threshold of Chinese Cabbage in Open Field

LIAN Cai-yun，MA Zhong-Ming
（1.Institute of Soil，Fertilizer and Water-saving Agriculture，Gansu Academy of Agricultural Sciences；2.Gansu Academy of Agricultural Sciences，Lanzhou Gansu 730070，China）

In order to provide evidence for reasonable use of nitrogen fertilizer，a field trial was carried out to examine the effects of the yield and the environmental effects of the chinese cabbage under open field cultivationduring 2011—2012.The results showed that the yield of chinese cabbage was highest at 656.4kg/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2）.The nitrogen uptake by chinese cabbage increased with increasing N rate.With N application of 656.4kg/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2），the nitrogen uptaked was the highest.With N fertilizer rate increasing，the content of NO3--N in soil layers increaseddramatically.Withmore than 656.4kg/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2）was supplied，soil NO3--Nmoveddown obviously.N fertilizer residual amount increased with increased N fertilizer rate.The nitrogen use efficiency ranged from 3.3%to 12.6%underdifferent rates of N fertilization.At the rate of 656.4kgN/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2）couldmeet the chinese cabbagedemand. These results suggest that the N application rates of 656.4kg/hm2（N 300kg/hm2+organicmanure 12000kg/hm2），would be optimal for the yield of chinese cabbage and a reduction in the risk of nitrate release into environment.

Threshold；Nitrogen use efficiency；Chinese cabbage；Open field cultivation

S634.1；S147.2

A

1001-1463（2014）06-0006-04

10.3969/j.issn.1001-1463.2014.06.002

2014-03-13

公益性行業（農業）科研專項“北方高原山地區面源污染監測與氮磷化肥投入閾值研究”（201003014-7）部分內容

連彩云（1977—），女，甘肅民勤人，助理研究員，主要從事作物栽培與土壤環境監測工作。聯系電話：（0931）7614846。E-mail：liancy1998@sina.com

馬忠明（1964—），男，甘肅民勤人，研究員，博士，主要從事作物栽培與生態環境效應研究工作。E-mail：mazhming@sohu.com