減氮配施脲酶/硝化抑制劑對冬瓜品質、產量和土壤氮磷淋失的影響

李學文 李樹營 王齊龍 劉家友 蕭洪東 施衛明 喻敏

摘 要：采用田間小區試驗，研究了在氮肥減施基礎上配施脲酶/硝化抑制劑對我國南方熱帶地區露地冬瓜產量、品質，以及土壤氮磷養分淋溶的影響。結果表明，與正常施肥處理相比，氮肥減施30%會導致冬瓜單果質量降低，減產約8.30%，而配施脲酶/硝化抑制劑后冬瓜增產17.03%，并且維持較低的亞硝酸鹽含量和較高的品質;氮肥減施能夠有效降低土壤氮素淋溶損失，同時與氮肥減施處理相比，配施硝化抑制劑處理能夠減少約17.32%總氮和5.13%硝態氮的淋失。綜上所述，在我國南方熱帶地區冬瓜種植過程中，減少氮肥施用量同時配施脲酶/硝化抑制劑，能夠有效保證冬瓜品質和產量，并降低菜地耕層土壤中氮素淋溶，具有顯著的環境效益。

關鍵詞：冬瓜;露地蔬菜;化肥減施;脲酶抑制劑;硝化抑制劑;淋溶

中圖分類號：S642.3+S606+.2 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）01-055-05

Effect of urease/nitrification inhibitors combined with reduction of nitrogen on quality， yield and nitrogen & phosphorus leaching of black wax gourd

LI Xuewen1， LI Shuying1， WANG Qilong1， LIU Jiayou1， XIAO Hongdong1， SHI Weiming1，2， YU Min1

（1. International Center for Membrane Biology and Environment， Foshan University， Foshan 528000， Guangdong， China; 2. Nanjing Soil Research Institute， Chinese Academy of Sciences， Nanjing 210000， Jiangsu， China）

Abstract：The effects of applying nitrification inhibitor and urease inhibitor on the yield and quality of black wax gourd， the contents of soil nitrogen and phosphorus， and the leaching of nitrogen and phosphorus were studied in a field experiment. The results showed that the yield of black wax gourd decreased by 8.30% when the fertilizer was reduced by 30% compared with the normal fertilization， while the yield of black wax gourd increased by 17.03% when the nitrification inhibitor and urease inhibitor were added on the basis of fertilizer， and low nitrite content was found in the fruit. Reduction of nitrogen fertilizer could effectively reduce the leaching loss of soil nitrogen， and the combined application of nitrification inhibitors could reduce the leaching loss of total nitrogen by 17.32% and nitrate nitrogen by 5.13% compared with reduction of nitrogen fertilizer. In conclution， in the process of planting black wax gourd in the open field in south China， reducing the amount of chemical fertilizer and applying nitrification inhibitor and urease inhibitor can effectively guarantee the yield and quality of black wax gourd， and reduce the nitrogen residue and leaching loss， which has significant economic and environmental benefits.

Key words： Wax gourd; Open field vegetables; Reducing chemical fertilizers; Urease inhibitor; Nitrification inhibitor; Leaching

蔬菜作為人們日常飲食中必不可少的組成部分，提供了人體所需的多種維生素和礦物質。大多數蔬菜具有根系淺和喜肥水等特性，在實際生產過程中存在化肥施用量高、肥料利用率低等問題。盲目施肥，尤其是氮肥的大量施用，容易導致菜地土壤理化性狀惡化，并引發農業面源污染等問題[1-3]。由于灌水量大和灌水頻率高等，菜地土壤氮素易隨著地表徑流進入地表水或通過淋溶進入地下水，從而導致地表水的富營養化和地下水的硝酸鹽污染 [4-5]。因此，如何在保證蔬菜品質和產量的基礎上減少化肥投入、降低對環境的影響，已成為現代露地蔬菜生產迫切需要解決的問題之一。

菜地土壤氮素的礦化作用、硝化作用和反硝化作用貫穿于土壤氮素的轉變過程，同時對土壤中氮素的遷移、轉化及損失有著重要影響[6]。尿素作為常用氮肥，大部分尿素在脲酶作用下，水解后轉化為銨態氮，而銨態氮通過硝化作用轉化成硝態氮。硝化作用包括亞硝化和硝化兩大過程[7-9]。硝態氮是氮素淋溶遷移的主要形式，約占到氮素總投入量的20%～30%[9-10]。脲酶抑制劑和硝化抑制劑是常用的兩類氮肥增效劑，前者主要通過減緩尿素的水解速度來降低氨揮發損失，后者主要抑制或延緩銨態氮向硝態氮轉化的進程以減少活性氮氣體排放[11]。大量研究表明，脲酶抑制劑和硝化抑制劑能夠減少土壤氮素的積累和損失，提高肥料利用率[12-13]。聯合利用脲酶抑制劑和硝化抑制劑，在氮肥減施背景下能否更有效地提高肥料利用率、促進蔬菜生產和降低菜地土壤氮素淋溶，值得進一步研究。

三水黑皮冬瓜口感優質、肉質厚實、營養豐富，是華南、華東地區主要的栽培品種，也是地理標志保護產品。華南地區冬瓜栽培季節為3—8月，熱量充沛、降雨多、生長速度快，氮磷淋溶也容易發生。筆者以三水黑皮冬瓜為材料，在氮肥減施30%基礎上，研究脲酶/硝化抑制劑配施對冬瓜的品質和產量，以及土壤氮磷淋溶的影響，旨在篩選和優化適用于我國南方熱帶地區露地蔬菜的氮肥減施增效技術，從而減少化肥投入，為蔬菜優質生產和可持續發展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣東省佛山市三水區大塘鎮兆利豐農業合作社基地（112 °46 ′～113 °02 ′E，22 °58 ′～23 °34 ′N）。該基地位于廣東省中部，地勢平坦，屬于亞熱帶季風氣候，溫暖、多雨，年平均降雨量1 688.8 mm。供試大田土壤為礫巖赤紅壤土，有機質質量分數為13.0 g·kg-1，全氮質量分數為500 mg·kg-1，堿解氮質量分數為139.56 mg·kg-1，全磷質量分數為480 mg·kg-1，有效磷質量分數為154.7 mg·kg-1，pH 6.56。

1.2 材料

供試三水黑皮冬瓜品種為‘鐵柱冬瓜，由廣東省農業科學院蔬菜研究所選育，廣東省良種引進服務公司育苗，于2019年4月17日移栽定植，7月14日測產。

1.3 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共15個小區，每個小區長15 m，寬2 m，小區內冬瓜單行種植，定植23～24株（株間距0.7 m）。試驗共設5個處理，分別為當地農民常規施肥量處理（N100），不施肥處理（N0），氮肥減施30%處理（N70），氮肥減施30%加施22.5 kg·hm-2硝化抑制劑處理（N70+NI），氮肥減施30%加施脲酶/硝化抑制劑處理（N70+NI+UI，22.5 kg·hm-2硝化抑制劑，追肥時尿素替換為等量的含脲酶抑制劑的尿素產品），每個處理3次重復。常規處理基肥（化肥）施用量：安擇復合肥（N∶P∶K質量比15∶15∶15）150.0 kg·hm-2、尿素375.0 kg·hm-2;并分別于5月19日和6月16日各追施1次，總追肥量為復合肥600.0 kg·hm-2、尿素75.0 kg·hm-2;試驗中硝化抑制劑為奧復托-氮伴產品。冬瓜整個生育期小區地面覆蓋薄膜，種植過程中灌溉、除草、病蟲害防治等按當地習慣和栽培模式管理。

1.4 方法

1.4.1 冬瓜品質分析方法 進入結果期采收階段后，用軟尺測量冬瓜長度和上、中、下三部位的周長并求平均值，用電子天平稱重記錄單果質量，記錄小區冬瓜總數和總質量，并折算成每hm2的產量;冬瓜洗凈、去皮、切塊后，在榨汁機中打碎，紗布過濾，計算冬瓜出汁率;采用3，5-二硝基水楊酸法測定冬瓜總糖含量;在543 nm波長處采用可見分光光度法（普析通用 T6新世紀）測定亞硝態氮含量[14];采用數顯糖度計（ATAGO PAL-1）測定可溶性固形物含量。

1.4.2 土壤淋溶液的收集與測定 參考閔炬等[15]的方法，采用土壤淋溶盤收集土壤淋溶液。淋洗盤于2019年7月埋入各處理小區，使其與土壤很好地結合，收集面深度約為0.5 m，收集面表面積約為0.25 m2（0.5 m×0.5 m），于5月19日、6月14日、7月14日分3次取樣，每次取樣將裝置中淋溶液抽凈，測定淋溶液體積，用濾紙過濾后，直接用pH計（Mettler Toledo FE20）測定濾液pH，用連續流動分析儀（SKALAR San++）測定硝態氮、總氮和總磷含量;參考陸扣萍等[16]的方法計算氮磷淋失總量。計算式如下：

ω（待測物）=[ρ ×V×10-6S ×t×10-4]。

式中：ω（待測物）為待研究物質淋失總量（kg·hm-2）;ρ 為淋洗液中待研究物質的質量濃度（mg·L-1）;V為淋洗液總體積（L）;S為收集表面積（m2）;t 為待研究時間段的天數（d）;10-6 為將 mg 換算成 kg 的系數;10-4 為將 m2 換算成 hm2 的系數。

1.5 數據分析

數據采用Excel 2019進行整理，采用SAS 9.4 Duncan 法進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 脲酶/硝化抑制劑配施化肥減施對冬瓜品質的影響

由表1可知，各施肥處理總糖質量分數均顯著高于不施肥處理N0;在所有處理中，N70處理的總糖質量分數最高，為45.07 mg·g-1，其中N70處理與N70+NI處理之間總糖質量分數差異不顯著，與其他處理之間差異顯著;N70+NI處理和N70+NI+UI總糖質量分數與常規施肥N100處理之間差異不顯著。

亞硝酸鹽質量分數是衡量蔬菜品質的重要指標。在所有處理中，N100處理的冬瓜亞硝酸鹽質量分數最高，為0.38 mg·kg-1，顯著高于其他處理;氮肥減施后能夠明顯降低冬瓜的亞硝酸鹽含量，N70處理冬瓜亞硝酸鹽質量分數比常規施肥降低68.42%;與N70處理相比，N70+NI+UI處理后亞硝酸鹽質量分數無顯著變化，而單獨使用硝化抑制劑的N70+NI處理的亞硝酸鹽質量分數顯著降低。

氮肥減施后對冬瓜出汁率和可溶性固形物含量無明顯影響，但會降低亞硝酸鹽含量，而N70+NI+UI處理能夠在增加冬瓜可溶性固形物含量的同時維持較低的亞硝酸鹽含量，有助于冬瓜品質的提高。

2.2 脲酶/硝化抑制劑配施化肥減施對冬瓜產量的影響

由表2可知，常規施肥處理（N100）冬瓜單果質量為18.32 kg，產量為137.36 t·hm-2。氮肥減施30%（N70）后，冬瓜周長和長度均有所降低，但差異不顯著，冬瓜單果質量降低9.84%，減產8.30%。不施肥處理（N0）的冬瓜單果質量、周長和長度均低于其他施肥處理，并且產量最低。在氮肥減施30%的基礎上，單獨配施硝化抑制劑處理（N70+NI）冬瓜產量低于常規施肥處理，但差異不顯著。而脲酶/硝化抑制劑配施處理（N70+NI+UI）對冬瓜的增產效果最好，與常規施肥處理相比增產17.03%，并且果實周長、長度和單果質量均有不同程度增加。

2.3 脲酶/硝化抑制劑配施化肥減施對土壤氮磷淋溶的影響

由表3可知，在相同處理下，隨著冬瓜種植時間的延長，土壤總氮和硝態氮淋溶量基本呈增加趨勢。與常規施肥N100處理相比，氮肥減施30%（N70）能夠顯著降低土壤總氮和硝態氮淋溶量，分別為20%～46%和24%～60%。在氮肥減施基礎上，配施硝化抑制劑或脲酶/硝化抑制劑均能夠不同程度降低土壤總氮和硝態氮的淋溶量，與N70處理相比，N70+NI處理在3個時間點總氮淋溶量分別減少25.88%、16.39%和12.96%，N70+NI+UI處理分別減少1.76%、5.87%和6.60%。與N70處理相比，整個冬瓜種植期N70+NI處理能夠減少約17.32%總氮的淋失，N70+NI+UI處理減少約5.13%總氮的淋失，而對硝態氮的淋失量無明顯影響。以上結果說明，施用硝化抑制劑或脲酶/硝化抑制劑能夠有效降低冬瓜種植過程中土壤總氮的淋失。

通過測定不同時期土壤淋溶水樣中的總磷含量，與N100處理相比，減少30%氮肥（N70）能夠有效降低土壤全磷的淋失，在3個時間點分別減少27.89%、74.51%和44.28%，整個生育期減少59.44%土壤全磷淋失。在氮肥減施30%的基礎上配施硝化抑制劑或脲酶/硝化抑制劑，整個冬瓜生育期分別減少約53.32%和69.56%土壤全磷淋失，與N70處理相比，NI和NI+UI處理對土壤全磷的淋失影響不明顯。

3 討論與結論

蔬菜是人民生活必不可少的重要農產品，施肥是維持菜地土壤肥力、保障蔬菜持續穩定生產的重要手段。但現在露地蔬菜生產過程中普遍存在化肥（尤其是氮肥）施用量高、肥料利用率低等現象[4，17]。研究表明，與常規施肥量相比，減少30%氮肥施用會造成冬瓜周長和長度有不同程度降低，且冬瓜單果質量和產量分別降低9.84%和8.30%。脲酶/硝化抑制劑是常用的2種氮肥增效劑。在氮肥減施30%的基礎上，添加硝化抑制劑后冬瓜單果質量和產量沒有顯著變化;而配施脲酶/硝化抑制劑（N70+NI+UI）后，與正常施肥處理相比有一定的增產效果，約增產17.03%。張文學等[18]研究也指出，脲酶抑制劑和硝化抑制劑共施對水稻有明顯增產效果，并且優于單施硝化抑制劑處理。因此，在我國南方熱帶地區菜地土壤上，硝化抑制劑和脲酶抑制劑配施，可以降低化肥用量并提高冬瓜的產量，是減少氮肥用量和穩定蔬菜生產的潛在技術。

亞硝酸鹽是強致癌物，也是衡量蔬菜品質的重要指標之一 [19]。蔬菜亞硝酸鹽含量與氮肥施用量和氮肥形態有關，過多施用硝態氮會增加蔬菜內硝酸鹽和亞硝酸鹽的累積[20]。研究結果還證實，減施30%氮肥可以有效降低冬瓜亞硝酸鹽含量，減少約68.42%。施用硝化抑制劑也是降低蔬菜硝酸鹽累積的有效措施之一[21]，研究表明，加入硝化抑制劑會進一步降低冬瓜內亞硝酸含量，該過程可能與硝化抑制劑提高植物硝酸還原酶活性和內源硝酸鹽利用率有關[22]。同時，脲酶/硝化抑制劑共同配施，在減少冬瓜亞硝酸鹽累積的同時，能夠增加冬瓜內出汁率和可溶性固形物含量，有助于冬瓜品質的提高。

化肥的過量施用不僅會使蔬菜品質和產量下降[20，23]，還容易導致養分在土壤中過量累積[24-25] 。Robert 等[26]研究指出，土壤中有30%～50%肥料氮素發生淋溶，從而進入并污染地下水。大量研究表明，經過多年種植后，菜地土壤的氮素形態出現明顯變化，硝態氮含量大幅度提高[27-28]，硝態氮淋失是露地蔬菜種植過程中地下水污染的主要原因[29-30]，由于菜地施肥量及灌溉強度較大， 氮素淋溶量高于一般農田的淋溶量[8]。筆者研究表明，在相同處理下，隨著冬瓜種植時間增長，土壤總氮和硝態氮淋溶量大多呈現增加趨勢;與常規施肥相比，減少化肥施用量（N70和N0處理）能夠降低土壤總氮和硝態氮的淋失，配施硝化抑制劑（N70+NI）和脲酶/硝化抑制劑（N70+NI+UI）對土壤總氮淋失均有不同程度的降低，整個冬瓜種植周期內分別減少約17.32%和5.13%。因此，配施脲酶/硝化抑制劑，是減少化肥施用時保證蔬菜生產和降低菜地土壤氮素淋溶、提高肥料利用率的有效方法。

綜上所述，在我國南方熱帶地區冬瓜露地種植過程中，減少氮肥施用的同時配施脲酶/硝化抑制劑，能夠保證冬瓜品質和產量，并減少土壤氮的淋溶，具有明顯的環境效益。

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