滴灌條件下控釋專用肥對設施番茄氮、鉀吸收及其殘留的影響

楊俊剛， 倪小會， 曹 兵， 肖 強， 鄒國元， 劉寶存

(北京市農林科學院植物營養與資源研究所， 農業部都市農業(北方)重點實驗室，北京市緩控釋肥料工程技術研究中心， 北京 100097)

設施蔬菜過量施用氮、磷肥不僅導致利用效率低下、環境風險加大、土壤酸化板結等問題，而且造成元素間吸收不平衡，嚴重影響了蔬菜的高產、優質和高效生產[1-2]。如何協調好蔬菜高產、高效、資源節約與環境保護之間的關系，成為當前農學與環境學科關注的熱點，也是迫切需要解決的問題。有研究表明，減少化肥用量，增加有機肥的有效性是較為直接的方法[3-4]，但由于缺少技術載體而影響了其大面積的推廣應用。水肥一體化為優化灌溉模式和減量施氮提供了新的途徑，水氮互作效應的深入研究為設施體系減輕硝酸鹽污染、提高氮肥利用效率提供了新的技術支持[5-6]，但在降低灌溉設施成本和提高肥料的溶解性上有待繼續研究。蔬菜專用肥是在測土施肥的基礎上依據作物的養分吸收規律進行養分配比，具有較強的針對性。但目前的蔬菜專用肥以速效肥料為主，尤其是沖施肥占了很大的比重，在大水漫灌下氮素淋洗的問題十分突出。鉀肥對于蔬菜生產至關重要，氮與鉀存在互作效應，在高鉀水平下，增施氮肥可以提高氮與鉀的吸收量，進而提高蔬菜產量[7-8]。為了解決蔬菜生產中施肥帶來的問題，急需開展完整的專用技術研究。緩控釋肥料在提高氮肥利用率、降低土壤硝態氮累積、減輕施肥對地下水污染等方面作用明顯[9-11]，因此，開發緩控釋專用配方肥及相關配套技術可為解決蔬菜施肥問題提供一條有效的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2012年3月至7月在北京市順義區農業科學研究所基地塑料大棚進行。棚長54 m，寬9.8 m，南北走向。土壤為沙壤土，播前0—20 cm土層土壤有機質含量20.6 g/kg、 無機氮75 mg/kg、 有效磷103 mg/kg(Olsen-P)、 速效鉀107 mg/kg、 pH7.12。0—100 cm土壤剖面每20 cm的容重分別為1.33、1.45、1.49、1.51、1.47 g/cm3。上茬種植白薯，番茄于3月26日移栽，7月12日拉秧。

試驗共設6個處理，分別為：1)對照(不施有機肥和化學氮肥，CK)；2)有機肥(施用商品有機肥，MN)，商品有機肥含全氮1.60%，N+P2O5+K2O≥4%，有機質含量≥30%，用量8 t/hm2，撒施翻耕； 3)習慣施肥(施速效氮N 300 kg/hm2，TN)，施肥方式為基施40%，追施3次，每次各20%，基肥撒施翻耕，追肥溶于塑料桶中，隨水沖施； 4)控釋專用肥1(施控釋肥N 240 kg/hm2和速效N 60 kg/hm2，CN1)，控釋肥由三種肥料組成，分別是釋放期為110 d的S1型(釋放期為25℃下水浸泡氮素累積釋放率達到80%所需的天數)，釋放期為90 d的S2型和釋放期為70 d的L型，三種肥料占控釋肥總氮的比例分別為10%、 45%和45%，移栽時與尿素一起施入畦面，起壟翻埋； 5)控釋專用肥2(控釋肥N 240 kg/hm2和速效N 60 kg/hm2，CN2)，控釋肥為釋放期90 d的S2型和釋放期為70 d的L型，2種肥料控釋氮各占50%，施肥方法同處理4； 6)控釋專用肥3(控釋氮肥用量和用法同處理5，增施控釋鉀肥K2O 270 kg/hm2，CN3)，控釋鉀肥由釋放期為40 d的K1型和釋放期為80 d的K2型組成，兩種鉀肥各50%于移栽前與控釋氮肥混配后一起施入。處理3、4、5、6的有機肥施用同處理2。所有處理的磷肥用量均為P2O5180 kg/hm2，肥料為過磷酸鈣。除CN3處理施用包膜大粒型硫酸鉀肥外，其他處理的鉀肥均為普通大顆粒型硫酸鉀，用量均為K2O 270 kg/hm2，磷鉀肥全部基施。

控釋氮肥、控釋鉀肥分別為自制的聚合物包膜尿素(含N 42%)和包膜硫酸鉀(含 K2O 47%)。S1型和S2型為延遲釋放型，氮素前期釋放少后期釋放增加，L型為直線釋放型，氮素隨時間均勻釋放。K1和K2型均為直線釋放型，鉀素隨時間均勻釋放。

供試番茄品種為仙客7號(北京市農林科學院蔬菜所培育)。每畦為一個小區，畦寬1.4 m，長17.1 m， 每處理3次重復，隨機排列。高畦栽培，畦面寬0.8 m，雙行定植，株距40 cm。試驗采用自壓式滴灌系統，每個定植壟上安裝1條滴灌管，滴水頭間距40 cm，共灌溉6次，各小區等量灌溉，分別在移栽時和移栽后的第44、 65、 73、 79、 89 d灌水，灌水量分別為45、 37、 35、 28、 30、 27 mm，每小區灌溉總量為202 mm。

1.2 測定項目和方法

1.2.1 土壤無機氮(硝態氮+銨態氮)和速效鉀含量的測定 在開花前， 第一、三、四穗果膨大期用土鉆在每個處理小區采用多點法取樣，深度均為20 cm，多點混合均勻后取一定量的樣品；在收獲后，取100 cm的剖面樣，每20 cm一層，同層次多點混勻。取樣后挑出土樣內的控釋肥顆粒，取部分新鮮土樣過5 mm篩，烘干法測定土壤水分，再取12.0 g土樣，加入100 mL 0.01 mol/L CaCl2浸提液振蕩60 min，過濾后采用流動分析儀( TRAAS22000) 法測定硝態氮和銨態氮。剩余土樣風干后過2 mm篩，乙酸銨提取火焰光度計測定鉀含量。

1.2.2 植株氮、鉀含量的測定 收獲后每畦取5株，全部切碎，取部分烘干后測定干重，粉碎混勻后取少量，濃硫酸消煮，用半微量凱氏定氮法測定樣品的全氮含量，火焰光度計測定全鉀含量。

1.2.3 果實采收 全小區采收，第一穗、第三穗果抽樣測定果實品質[12]和全氮、全鉀含量。

1.2.4 包膜肥料田間釋放的測定 采用網袋法，網袋大小為20 cm×5 cm，每袋裝肥料5 g，加土混合，埋在隔離帶。控釋尿素和控釋鉀肥各埋15袋，埋深10 cm，間隔5 cm，并做好相應標記。分別于移栽后20 d， 一穗果膨大期，三、四穗果膨大期以及拉秧后取樣，每次3袋，共取5次，取出后用自來水將泥土沖洗干凈，自然晾干，用常規方法測定膜內的氮含量[13]。

采用SAS 6.12軟件中ANOVA程序對試驗數據進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 番茄產量、品質與氮、鉀吸收量

表1 不同施肥處理番茄鮮果產量及果實硝酸鹽、Vc、可溶性糖和有機酸含量

從表2可以看出，不同時期不同施肥對果實的氮、鉀含量均有明顯的影響。移栽后第73d番茄處于果實膨大中期，CN1、CN3處理全氮含量顯著高于CK和TN處理，說明施控釋肥果實氮素供應較為充足。與習慣施肥中多次追肥相比，控釋肥處理一次施肥可以保證果實膨大期氮素的充足供應，充分說明控釋肥可以實現與作物氮素吸收的同步性。在移栽后108 d時，全氮含量逐漸減低，且不同處理間的差異消失。從全鉀含量來看，移栽后73 d，不同處理間的變化與全氮含量有相同趨勢，尤其是CN3處理與習慣施肥處理差異顯著，說明鉀供應也足以保證膨果期的需求。綜合2個時期的全氮和全鉀情況，3個控釋肥處理有增加的趨勢，控釋肥在氮、鉀的供應上與習慣追肥具有同等或更優的效果。

表2 不同時期番茄果實的全氮、全鉀含量(%)

圖1 移栽后3種包膜尿素(a)、兩種緩釋鉀肥(b)在土壤中的累積釋放 Fig.1 Cumulative release rates of N from the three coated urea(a), K from two coated K2SO4 fertilizers (b) in soil with tomato growth

2.2 控釋氮、鉀肥在土壤中的釋放特征

圖2 番茄移栽后0—20 cm土壤無機氮、速效鉀供應動態Fig.2 Supply dynamics of mineral N, readily available K in the 0-20 cm soil layer during the whole growth period of tomato

2. 3 土壤氮、鉀的供應動態

2.4 番茄拉秧時土壤硝態氮和鉀的殘留

圖3 番茄收獲后土壤和速效鉀在0—100 cm剖面中的分布Fig.3 Distributions of and readily available K in 0-100 cm soil profile at harvest

3 討論

4 結論

施用控釋專用肥與習慣施肥的產量無顯著差異，但明顯節約了施肥時間和勞動成本。土壤無機氮供應與S型控釋肥的釋放規律相吻合，有利于作物的高產高效。拉秧后土壤硝態氮的殘留主要集中在表層(0—20 cm)和次表層(20—40 cm)，施控釋肥可有效地降低硝態氮向土壤下層淋洗。環境溫度對控釋鉀肥釋放的影響很小。施肥增加了各處理表層土壤中的鉀含量，但未發現鉀的明顯向下移動。控釋專用肥配方1和配方2可以提供合理的養分供應，在節水的同時實現番茄產量不降低，并可減少硝態氮的淋洗損失。

參考文獻:

[1] He F F, Chen Q, Jiang R Fetal. Yield and nitrogen balance of greenhouse tomato (LycopersicumesculentumMill.) with conventional and site-specific nitrogen management in Northern China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2007, 77:1-14.

[2] Shi W M, Yao J, Yan F. Vegetable cultivation under greenhouse conditions leads to rapid accumulation of nutrients, acidification and salinity of soils and groundwater contamination in South-Eastern China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2009, 83:73-84.

[3] 閔炬, 施衛明.不同施氮量對太湖地區大棚蔬菜產量、氮肥利用率及品質的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2009, 11(1):110-115.

Min J, Shi W M. Effects of different N rates on the yield, N use efficiency and quality of vegetables cultivated in plastic greenhouse in Taihu Lake region[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 11(1):110-115.

[4] Zhao Y, Luo J H, Chen X Qetal. Greenhouse tomato-cucumber yield and soil N leaching as affected by reducing N rate and adding manure:a case study in the Yellow River irrigation region China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2012, 94(2-3):221-235.

[5] 高 兵, 李俊良, 陳 清, 等. 設施栽培條件下番茄適宜的氮素管理和灌溉模式[J]. 中國農業科學, 2009, 42(6):2034-2042.

Gao B, Li J L, Chen Qetal. Study on suitable nitrogen management and irrigation methods of greenhouse tomato[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(6):2034-2042.

[6] 張學軍, 趙營, 陳曉群, 等. 滴灌施肥中施氮量對兩年蔬菜產量、氮素平衡及土壤硝態氮累積的影響[J]. 中國農業科學, 2007, 40(11):2535-2545.

Zhang X J, Zhao Y, Chen X Qetal. Effects of application of nitrogen on vegetable yield, nitrogen balance and soil nitrogen accumulation under two years drip fertigation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2007, 40(11):2535-2545.

[7] 楊暹, 關佩聰, 李寶慶. 氮鉀互作對馬鈴薯產量、品質與氮磷鉀吸收的影響[J]. 華南農業大學學報, 1993, 14(1):28-32.

Yang X, Guan P Z, Li B Q. The effects of NK interaction on yield, quality and uptake of nitrogen, phosphorus and potassium in potato[J]. Joural of South China Agriculture University, 1993, 14(1):28-32.

[8] Johnston A E and Milford F J. Potassium and nitrogen interactions in crops[EB/OL]. http://www.pda.org.uk/notes/tn19.php, 2012.

[9] Zheng S X，Nie J，Dai P A，Zheng J Y. Nitrogen recovery and nitrate leaching of controlled release nitrogen fertilizer in irrigated paddy soil[J]. Agricultural and Science Technology, 2004, 5(3):2-10.

[10] 楊俊剛，張冬雷，徐凱，等. 控釋肥與普通肥料混施對設施番茄生長和土壤硝態氮殘留的影響[J]. 中國農業科學, 2012, 45(18):3782-3791.

Yang J G, Zhang D L, Xu Ketal. Effects of mixed application of controlled-release fertilizer and common fertilizers on greenhouse tomato growth, yield, root distribution, and soil nitrate residual[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(18):3782-3791.

[11] Hu H Y, Ning T Y, Li Z Jetal. Coupling effects of urea types and subsoiling on nitrogen-water use and yield of different varieties of maize in northern China[J]. Field Crops Research, 2013, 142:85-94.

[12] 李合生. 植物生理生化實驗原理和技術[M]. 北京:高等教育出版社, 2001.

Li H S. Principle and experimental technology of plant physiology and biochemistry[M]. Beijing:Higher Eduation Press, 2001.

[13] 魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京:中國農業科技出版社, 2000.

Lu R K. Soil agricultural chemistry analysis method[M]. Beijing:China Agricultural Science and Technology Press, 2000.

[14] 劉宏斌, 李志宏, 張云貴, 等. 北京平原農區地下水硝態氮污染狀況及其影響因素研究[J]. 土壤學報, 2006, 43(3):405-413.

Liu H B, Li Z H, Zhang Y Getal. Nitrate contamination of ground water and its affecting factors in rural areas of Beijing plain[J]. Acta Pedologica Sinica, 2006, 43(3):405-413.

[15] 何飛飛. 設施番茄生產體系的氮素優化管理及其環境效應研究[D]. 北京:中國農業大學博士學位論文, 2006.

He F F. Studies on optimizing nitrogen management and environmental implications in greenhouse tomato cropping system [D]. Beijing:PhD dissertation of China Agricultural University, 2006.

[16] 楊俊剛, 賀建德, 陳新平. 北京市作物施肥現狀調查與測土施肥建議[J]. 北京農業, 2007, (1):15-19.

Yang J G, He J D, Chen X P. Investigation on crop fertilization and proposals to soil test and fertilizer application in Beijing[J]. Beijing Agriculture, 2007, (1):15-19.

[17] Min J, Zhang H L, Shi W M. Optimizing nitrogen input to reduce nitrate leaching loss in greenhouse vegetable production[J]. Agricultural Water Management, 2012, 111:53-59

[18] Zvomuya F, Rosen C J, Russelle M P, and Gupta S C. Nitrate leaching and nitrogen recovery following application of polyolefin-coated urea to potato[J]. Journal of Environment Quality, 2003, 32(2):480-489.

[19] 孫磊, 孫景生, 劉浩，等. 日光溫室滴灌條件下番茄需水規律研究[J]. 灌溉排水學報， 2008, 27(2):51-54.

Sun L, Sun J S, Liu Hetal. Water requirement of tomato in sunlight greenhouse under irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2008, 27(2):51-54.

[20] Kochba M, Gambash S, Avnimelech Y. Studies on slow release fertilizers:Ⅰ. Effects of temperature, soil moisture, and water vapor pressure[J]. Soil Science, 1990, 149(6):339-343.

[21] 張玉玲, 張玉龍, 黨秀麗, 等. 包膜尿素氮素的溶出特性研究[J]. 中國農業科學, 2008, 41(5):1383-1389.

Zhang Y L, Zhang Y L, Dang X Letal. Study of the characteristics of nitrogen solubility from coated Urea[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(5):1383-1389.

[22] Chen X P, Cui Z L, Vitousek P M et al. Integrated soil-crop system management for food security[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011, 108(16):6399-6404

[23] Zhang F S, Cui Z L, Fan M Setal. Integrated soil-crop system management:reducing environmental risk while increasing crop productivity and improving nutrient use efficiency in China[J]. Journal of Environmental Quality, 2011, 40(4):1051-1057

[24] 劉兆輝, 江麗華, 張文君, 等. 氮、磷、鉀在設施蔬菜土壤剖面中的分布及移動研究[J]. 農業環境科學學報, 2006, 25(增刊):537- 542.

Liu Z H, Jiang L H, Zhang W Jetal. N, P, K distributions and movement in soils for greenhouse and outdoor field[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2006, 25(Suppl.):537- 542.

[25] 程福皆, 曹辰興, 康鸞, 朱東方. 不同氮鉀水平對春棚小黃瓜產量及品質的影響[J]. 西北農業學報, 2009, 18(5):276-279.

Chen F J, Cao C X, Kang L, Zhu D F. Effects of different levels of nitrogen and potassium on yield and quality of spring mini-cucumber in arched shed[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2009, 18(5):276-279.

[26] Shaviv A. Advances in controlled release fertilizer[A]. Sparks D L, ed. Advances in agronomy[C]. California:Academic Press, 2001. 1-49.

[27] 顏冬云, 張民. 控釋復合肥對番茄生長效應的影響研究[J]. 植物營養與肥料學報, 2005, 11(1):110-115.

Yan D Y, Zhang M. Effects of controlled-release and common compound fertilizers on potted tomato[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2005, 11(1):110-115.

[28] 楊俊剛, 徐凱, 曹兵, 等. 控釋肥料與普通氮肥混施對春白菜產量、品質與氮素損失的影響[J]. 應用生態學報, 2010, 21(12):3147-3153.

Yang J G, Xu K, Cao Betal. Effects of applying controlled-release fertilizer blended with conventional nitrogen fertilizer on Chinese cabbage yield and quality as well as nitrogen losses[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(12):3147-3153.

[29] Grant C A, Wub R, Selles Fetal. Crop yield and nitrogen concentration with controlled release urea and split applications of nitrogen as compared to non-coated urea applied at seeding[J]. Field Crops Research, 2012, 127:170-180.

[30] Garnett T, Vanessa C, Brent N K. Root based approaches to improve nitrogen use efficiency in plants[J]. Plant Cell and Environment, 2009, 32:1272-1283.

[31] Herder G D, Gert V I, Tom B, Ive D S. The roots of a new green revolution[J]. Trends in Plant Science, 2010, 15(11):600-607.