設施菜地有機肥替代化肥潛力研究

楊巖，肖建軍，徐鈺，石璟，王梅，李妮，江麗華，4，馬榮輝，郭躍升

（1.山東省農業(yè)科學院農業(yè)資源與環(huán)境研究所／山東省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室，山東 濟南 250100；2.農業(yè)部廢棄物基質化利用重點實驗室，山東 濟南 250100；3.平原縣農業(yè)農村局，山東 平原 253100；4.農業(yè)部山東耕地保育科學觀測實驗站，山東 濟南 250100；5.山東省農業(yè)技術推廣中心，山東 濟南 250100）

我國是世界上最大的蔬菜生產國和消費國，播種面積和產量均為世界第一。然而，蔬菜尤其是設施蔬菜種植中的不合理施肥［1，2］，在導致肥料利用率和生產效益降低的同時，還導致土壤質量退化、重金屬積累、蔬菜可食部分和地下水硝酸鹽超標等一系列問題，嚴重制約了蔬菜產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展［3－7］。

化肥的過量施用一直是學者們關注的焦點，并且在蔬菜化肥減施潛力［2］及化肥減施或推薦施肥方面［8－10］也取得較多的研究成果。然而，蔬菜種植中有機肥施用的盲目性卻不容忽視。研究表明，長期不合理施用有機肥，會導致設施菜地土壤次生鹽漬化［11－13］、土壤酸化［3，14］、養(yǎng)分不平衡［15－17］等土壤質量退化問題，進而出現產量品質下降、病蟲害加重等一系列問題，嚴重影響設施農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和經濟效益。因此，在國家推進“果菜茶有機替代”和“化肥農藥雙減”系列項目研究的大背景下，開展設施菜地有機肥替代化肥潛力研究尤為重要。本試驗在養(yǎng)分推薦用量條件下，通過研究不同商品有機肥用量對蔬菜產量、品質、養(yǎng)分利用效率和經濟效益的影響，以明確有機肥替代化肥的最佳比例，為化肥減施和有機肥精準施用提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗于2018—2019年在山東省平原縣坊子鄉(xiāng)葉莊村進行。試驗地為潮土，0～20 cm土層pH值為（土∶水＝1∶2.5）7.66，有機質含量18.70 g／kg、硝態(tài)氮48.82 mg／kg、銨態(tài)氮3.84 mg／kg、速效磷（P2O5）496.79 mg／kg、速效鉀（K2O）225.5 mg／kg。

供試化肥及牛糞堆肥均由山東德魯克農業(yè)有限公司提供；商品有機肥由德州市佳和牧業(yè)有限公司提供。具體養(yǎng)分含量如表1所示。

表1 供試肥料養(yǎng)分含量

試驗期內種植兩季蔬菜。第1季為番茄，品種為高棵，行株距85 cm×35 cm。2018年2月1日定植，6月15日拉秧，全生育期共135天。第2季為西葫蘆，品種為佳麗99，行株距90 cm×75 cm。2018年10月29日定植，2019年4月28日拉秧，全生育期共182天。

1.2 試驗設計

根據當地施肥情況，試驗以商品有機肥提供氮素分別替代氮肥推薦用量的20%、40%和60%，設置3、6、9 t／hm2三個有機肥用量梯度（化肥施用量為減去有機肥提供的氮磷鉀量），氮空白對照及推薦化肥用量共5個處理。隨機區(qū)組排列，重復3次。小區(qū)面積為32.4 m2。各處理每季均基施堆肥150 m3／hm2，其純養(yǎng)分量為（N－P2O5－K2O）195.5－80.0－82.2（kg／hm2），其余施肥量詳見表2。

表2 試驗設計（kg／hm2）

1.3 取樣及指標測定

于番茄、西葫蘆盛果期，每處理多點采集果實樣品10個，測定其橫徑、單果重；之后切碎混勻，采用2，6－二氯靛酚滴定法測定還原性VC含量，紫外分光光度法測定硝酸鹽含量。采集適量果實和拉秧時的植株，烘干至恒重后磨碎，采用濃H2SO4－H2O2消煮－蒸餾定氮法分析全氮含量。

對全生育期內的番茄、西葫蘆產量按照試驗小區(qū)分次記錄，計算經濟效益及產投比。

1.4 有關指標計算和統(tǒng)計方法［18］

氮肥農學效率（kg／kg）＝施氮作物增產量／施氮量；氮肥利用率（%）＝（施氮區(qū)植株地上部養(yǎng)分積累量－不施氮區(qū)植株地上部養(yǎng)分積累量）／施氮量×100；氮肥偏生產力（kg／kg）＝經濟產量／施氮量；氮素積累量（kg／hm2）＝非收獲物干重×非收獲物氮素含量＋收獲物干重×收獲物氮素含量。

1.5 數據分析

采用Microsoft Excel 2010和SAS8.1軟件進行數據處理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 有機肥替代化肥處理對蔬菜果實性狀及品質的影響

由表3看出，與OPT處理相比，有機肥替代處理兩季作物的單果重均顯著降低，其中OF2處理番茄和西葫蘆單果重最低，分別較OPT降低35.73%和14.27%。此外，OF1處理西葫蘆橫徑較OPT顯著減小2.80 mm，而對番茄橫徑無顯著影響。兩季作物有機肥替代處理的VC含量較OPT均表現出增加趨勢，但無顯著差異，可能與試驗時間較短有關。番茄和西葫蘆的硝酸鹽含量均隨著有機肥用量的增加而呈降低趨勢，其中OF2和OF3處理的硝酸鹽含量較OPT顯著降低，但二者無顯著差異。

表3 不同處理果實性狀及品質

2.2 有機肥替代化肥處理對蔬菜產量的影響

由圖1看出，有機肥替代處理番茄季均顯著增產，其中OF2產量最高，達137.55 t／hm2，增產15.04%，而CK產量未出現顯著變化，可能與基礎地力較高，試驗時間較短有關。西葫蘆季OPT處理產量最高，但與OF1差異不顯著，CK產量最低，OF2、OF3產量較OPT顯著降低3.84%、3.71%。這可能與有機肥替代比例相對較大，而有機肥肥效較緩慢有關。就兩季蔬菜總產量來看，有機肥替代處理的增產效果顯著，其中OF1處理增產率最高，達6.13%。

圖1 不同處理蔬菜產量

2.3 不同處理氮肥利用效率比較

有機肥替代化肥能夠有效增加氮素積累量和氮肥利用效率，其中OF1與OPT處理間差異顯著，番茄季氮素積累量和氮肥利用率分別增加11.63%和68.65%；西葫蘆季氮素積累量和氮肥利用率分別增加14.15%和75.85%（表4）。有機肥替代化肥處理西葫蘆季的氮肥偏生產力和氮肥農學效率較OPT處理有所降低，其中OF2和OF3的氮肥偏生產力較OPT分別降低3.84%和3.72%，氮肥農學效率分別減少32.35%和31.31%，差異均達顯著水平，這主要與西葫蘆季產量相對較低有關。

表4 不同處理氮素利用效率

就兩季累計氮素利用效率來看，有機肥替代化肥處理較OPT處理均有所提高，其中OF1處理的氮素積累量、氮肥利用率、氮肥偏生產力和農學利用效率均為最高，較OPT處理分別提高13.05%、72.88%、6.13%和75.03%，且差異均達顯著水平。

2.4 不同處理經濟效益分析

由表5看出，與OPT相比，有機肥替代化肥處理能夠增加兩季蔬菜總產值，降低肥料成本，增加純收益，提高產投比。其中，OF1處理總產值最高，達80.41萬元／hm2，較OPT增加4.64萬元／hm2，增加純收益4.73萬元／hm2，產投比提高6.75%。此外，OF2處理肥料成本最低，較OPT處理減少1.48%。

表5 兩季蔬菜經濟效益分析

3 討論與結論

研究表明，有機無機肥配施較單施無機肥能夠顯著增加番茄VC，并顯著降低其硝酸鹽含量［19］。本試驗條件下，有機肥替代化肥處理與純施化肥處理（OPT）的VC含量雖有增加趨勢，但差異未達顯著水平；而硝酸鹽含量卻表現出顯著降低的變化規(guī)律。這可能與試驗開展時間較短及有機肥養(yǎng)分釋放特征存在差異有關，后期需繼續(xù)開展相關指標監(jiān)測研究。

本試驗條件下，OF1處理兩季蔬菜總產量最高，達268.04 t／hm2，其有機態(tài)和無機態(tài)氮素比例為1.11∶1，與畢智超等［20］提出的有機態(tài)和無機態(tài)氮素比例1∶1時能夠顯著提高蔬菜產量的結論一致。此外，OF1處理施用有機肥的養(yǎng)分總量占所有養(yǎng)分投入量的比例為52.59%，也與黃紹文等［2］提出的蔬菜有機肥養(yǎng)分用量占養(yǎng)分總用量的適宜比例為40%～50%的結論較為接近。其余有機肥替代化肥處理（OF2和OF3）兩季蔬菜總產量雖然與OF1處理無顯著差異，但西葫蘆產量卻顯著降低，可能與兩季有機肥養(yǎng)分投入量過大而不能夠滿足西葫蘆養(yǎng)分吸收量有關。因此在實際生產中調整有機肥替代化肥比例的同時，亦應控制有機態(tài)養(yǎng)分的投入比例。

綜上所述，本試驗條件下，3 t／hm2商品有機肥替代氮肥推薦量的20%（OF1）在兩季蔬菜上均顯著增產增效，較OPT處理增產6.13%，純收益增加4.73萬元／hm2。此外，本試驗中有機肥替代化肥處理的純收益表現出隨有機肥投入量的增加而下降的趨勢，但還需進一步研究驗證其顯著性。