噴灌施肥對露地菜心產量及土壤氮素淋失的影響

王海廷 趙營 羅健航 劉曉彤 張亞紅 張學軍

摘? ? 要：為探明長期連作與噴灌施肥對露地菜心產量及土壤氮素淋失的影響，采用田間小區試驗研究了2年間常規施肥（CON）、化肥減量25%（RN）、增量有機肥+化肥減量25%（MRN）對露地菜田土壤氮素淋失、菜心產量的影響。結果表明，菜心全年生長季淋溶液量的變化與灌水定額的高低具有一致性，噴灌灌水定額是影響淋溶液量的主要因素。夏季菜心生長期是總氮淋失的高峰期，占總氮淋失總量的27.12%～32.64%。CON處理與其他處理之間周年總氮淋量存在顯著性差異，而菜心產量無顯著性差異。2020年MNR處理較CON處理平均增產4.29%，周年平均土壤氮素淋失量降低30.63%。綜上所述，減施化肥25%以及增施1/3有機肥處理，可以增加菜心產量、降低土壤氮素淋失量，MRN處理是寧夏引黃灌區露地菜心較好的噴灌施肥管理模式。

關鍵詞：露地蔬菜;噴灌施肥;產量;氮素淋失

中圖分類號：S634.5 文獻標志碼：A 文章編號：1673-2871（2021）08-068-06

Effects of sprinkler irrigation fertilization on the flowering cabbage yield and soil nitrogen leaching

WANG Haiting1， ZHAO Ying2， LUO Jianhang2， LIU Xiaotong2， ZHANG Yahong1， ZHANG Xuejun2

（1. College of Agriculture， Ningxia University， Yinchuan 750021， Ningxia， China; 2. Institute of Agricultural Resources and Environment， Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Yinchuan 750002， Ningxia， China）

Abstract： In order to investigate the effects of long-term continuous cropping and spraying fertilization on the flowering cabbage yield and soil nitrogen leaching， the effects of conventional fertilization（CON）， 25% （RN） and incremental organic fertilizer + fertilizer reduction 25%（MRN） on nitrogen leaching and flowering cabbage yield in open field were studied by field experiments in 2 years. The results showed that the change of the amount of dripping solution in the growing season of flowering cabbage was consistent with the irrigation quota， and the irrigation quota was the main factor affecting the amount of dripping solution. The growth period of flowering cabbage in summer was the peak period of total nitrogen leaching loss， accounting for 27.12%-32.64% of total nitrogen leaching loss. There were significant differences in annual total nitrogen leaching amount between CON treatment and other treatments， and there was no significant difference in flowering cabbage yield. In 2020， the average yield of MNR treatment was 4.29% higher than that of CON treatment， and the annual average soil nitrogen leaching amount was reduced by 30.63%， indicating that 25% reduction of fertilizer and 1/3 organic fertilizer application could increase flowering cabbage yield and reduce soil nitrogen leaching. To sum up， MRN treatment is a good management mode of sprinkling irrigation fertilization in open field flowering cabbage production? in Ningxia irrigation area.

Key words： Open-field vegetable; Spray fertilization; Yield; Nitrogen leaching

我國露地蔬菜氮肥投入量高于糧田，露地蔬菜氮（N）施用總量平均為588 kg·hm-2，是其推薦量的2.7倍[1]，傳統的種植模式會造成氮肥淋失嚴重。研究表明，我國北方露地菜田氮素以淋失為主，平均氮淋失量為51.7 kg·hm-2，高于糧田氮淋失量[2]。蔬菜作為寧夏優勢特色農業產業向著規模化、集約化的方向發展，2019年寧夏蔬菜種植面積12.2萬hm2，其中供應香港的菜心種植面積1.4萬hm2，占蔬菜種植面積的11.8%。寧夏供港菜心生產采用固定管道式噴灌，全年灌溉用水量為600～1200 m3·667 m-2，每年3～4茬，施腐熟有機肥最高達30 t·hm-2，化肥300～450 kg·hm-2[4-5]，高頻率灌水使土壤水分長期處于飽和狀態，大量施肥灌水加劇了菜田氮素淋失風險。如何減少露地菜田土壤氮素淋失，提高水肥利用效率，是國內外露地蔬菜生產中長期研究的重點，也是露地蔬菜生產中亟待解決的問題。

有研究表明，化肥減量和有機肥替代化肥可以提高作物產量和品質，減少氮素淋失[6-7]。而噴灌施肥具有水肥利用效率高、省時省工等優點并被廣泛應用在各種作物上[8-9]。據報道，噴灌條件下土壤水分主要分布在土壤表層，不會發生明顯的水分滲漏[10]。也有研究表明，噴灌灌水定額為75 mm時，部分土壤水分會下滲至80 cm及以下土層[11]，表明較高的噴灌量會導致土壤水分向深層滲漏。朱忠銳等[12]研究表明，春小麥整個生育期累積噴灌量為180 mm時，土壤硝態氮發生明顯淋失。Asadi等[13]在酸性土壤上進行了噴灌施肥對硝態氮淋失影響的田間試驗，指出在噴灌條件下施肥量是影響氮素淋失的主要因素。前人研究結果顯示，噴灌施肥在露地菜田土壤氮素淋失方面研究較少。因此，筆者選取寧夏引黃灌區露地菜心為供試蔬菜，開展噴灌條件下不同有機無機肥配施量對露地菜田土壤氮素淋失和菜心產量影響的研究，為菜心的合理施肥和露地菜田氮素淋失防控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2020年在寧夏平羅渠口交濟1隊實施，試驗地處N 106 °33 ′，E 38 °52 ′。試驗前0～20 cm土壤pH值8.04，有機質含量（w，下同）16.55 g·kg-1，全氮含量0.91 g·kg-1，無機氮（硝態氮+銨態氮）含量 23.44 mg·kg-1，速效磷含量18.79 mg·kg-1，有效鉀含量 171.53 mg·kg-1。供試土壤類型為灌淤土，土壤肥力為中等偏上水平[14]。

1.2 材料

試驗選用菜心品種為70菜心，種子購自廣州市蔬菜所。

有機肥為烘干的商品雞糞（有機質含量45.5%，養分含量分別為N 1.9%、P2O5 2.3%、K2O 2.9%，青銅峽順寶農業股份有限公司生產），復合肥選用供港菜心專用大量元素水溶肥（17-5-10，廣州市南卡紅農業科技有限公司）

1.3 試驗設計

采用隨機區組設計，試驗設3個施肥處理，每個處理重復3次。常規施肥（CON）：當地常規有機肥和化肥平均用量;化肥減量25%（RN）：常規施肥的氮磷鉀化肥減量25%;增量有機肥+化肥減量25%（MRN）：常規有機肥增量1/3+常規氮磷鉀化肥減量25%。根據2019年試驗結果，2020年重新調整試驗方案，具體施肥方案見表1。

試驗前調查并記錄菜心品種、種植方式、施肥、灌水等基本情況。試驗小區面積129.3 m2（長27.5 m，寬4.7 m）。第1季菜心種植前基施有機肥，其他各季菜心不施有機肥，每季菜心氮磷鉀肥施用量相同，每季菜心在第6片真葉展開期和植株現蕾期等體積（1∶1）噴施復合肥。菜心生長季水肥管理情況見表2。

1.4 樣品采集、測定指標及分析方法

1.4.1 淋溶水樣采集、測定指標及分析方法 采用田間滲濾池原位監測技術進行氮素淋失監測[15]。每季菜心種植后，記錄水表初始數值，噴灌25～30 d抽取淋溶液，每次抽取淋溶液之前記錄水表讀數并計量淋溶液體積，同時采集淋溶液500 mL，采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定淋溶液總氮濃度。

1.4.2 植株樣品采集、測產方法 在菜心采收期（菜心已初花或將有初花時為適時采收期），每一小區選取2 m2長勢均勻的菜心，將菜心主薹和側薹分開取樣，測定其產量。

1.5 數據處理

數據圖表采用Excel 2007處理，SPSS 21.0進行統計分析，多重比較采用LSD法檢驗，顯著水平為5%。計算公式如下：

氮素淋失量（kg·hm-2）=∑氮濃度i×淋失水體積i（各次淋失水氮濃度乘以淋失水量求和）。

2 結果與分析

2.1 噴灌施肥下露地菜田淋溶液產生動態

由圖1可知，2019—2020年菜心生育期90 cm土層處淋溶桶能夠采集到淋溶液的最低噴灌灌水定額為72.5 mm，各處理平均淋溶液量占噴灌灌水定額的6.72%～18.46%，表明菜心生育期噴灌灌水定額為72.5 mm時，有部分土壤水分下滲到90 cm及以下土層。2019年和2020年第1季菜心生育后期噴灌灌水定額均較生育前期平均減少3.85%，而淋溶液平均增加42.93%，可能與第1季菜心生育前期土壤含水率較低有關，而生育后期土體水分飽和，較多的水分下滲到土壤深層。2020年第3季菜心噴灌灌水定額較第2季增加3.57%，而淋溶液量減少8.54%，可能與夏季7—8月溫度較高、蒸發量較大有關。總體來看，2019年第2季和2020年第2、3季菜心總噴灌灌水定額較其他各季菜心總噴灌灌水定額平均高7.72%，相應淋溶液量較其他各季單次平均淋溶液量提高44.83%，表明噴灌灌水定額是影響淋溶液量的主要因素。

2.2 噴灌施肥下土壤氮素淋失動態變化

由圖2、3可知，2年內菜心生長季各處理總氮淋失量為2.38～13.58 kg·hm-2，呈先增后減趨勢。2019年和2020年第1季菜心生長后期各處理總氮淋失量分別比生長前期淋失量平均增加35.78%和33.41%，主要與生長后期淋溶液量的增加有關，加之噴施2次化肥，導致第1季菜心生長后期淋失量較生長前期高。2019年第2季菜心2次追肥后各處理累積化肥施氮量為204～270 kg·hm-2，占3季菜心化肥總氮施用量的66.71%;總氮淋失量最高為9.53～11.17 kg·hm-2，占3季菜心總氮淋失總量的27.70%～32.64%。2020年第3季菜心2次追肥后各處理累積化肥施氮量為306～405 kg·hm-2，占3季菜心化肥總氮施用量的75.02%;總氮淋失量最高為9.03～13.58 kg·hm-2，占4季菜心總氮淋失總量的27.12%～29.16%。

由此可見，夏季菜心生長期累積化肥施氮量較大加之噴灌量較高導致總氮淋失量最高。2019和2020年最后1季菜心土壤氮素淋失量明顯下降，主要與噴灌量降低導致淋溶液量減少有關。2019—2020年菜心生長季總氮淋失量都以常規施肥（CON）處理最高，主要與施肥量較高有關;2019年增量有機肥+化肥減量25%（MRN）處理較化肥減量25%（RN）處理氮素淋失量高，可能與第一茬有機肥用量較高有關。2020年調整試驗方案后，整個菜心生長季MRN處理的總氮淋失量比RN處理低，更好驗證了2019年第1季菜心MRN處理基施有機肥量較大，導致整個菜心生長季MRN處理的總氮淋失量較RN處理高。

2.3 噴灌施肥下土壤總氮淋失量

由表3可知，2019年3季菜心RN和MRN處理分別較CON處理周年總氮淋失量降低27.57%、19.79%，存在顯著性差異，2020年4季菜心RN和MRN處理分別較CON處理周年總氮淋失量降低14.88%、30.63%，存在顯著性差異，表明MRN處理降低土壤氮素淋失量的效果最好。2020年4季菜心各處理周年平均總氮淋失量比2019年3季菜心周年總氮淋失量提高17.33%，主要是因為2020年4季菜心的化肥施用量較2019年高33.33%。

2019—2020年菜心生長季總氮淋失量以CON處理最高，總氮淋失量在7.56～14.61 kg·hm-2之間。2019年菜心生長季RN和MRN處理較CON處理總氮淋失降低6.33%～33.95%，各處理之間差異不顯著;MRN處理較RN處理總氮淋失量增加9.71%～12.20%。2020年4季菜心總氮淋失量表現為CON>RN>MRN，第1季和第4季CON處理與其他處理總氮淋失量存在顯著性差異，其他各季菜心各處理之間總氮淋失量不存在顯著性差異;RN和MRN處理較CON處理總氮淋失降低8.05%～42.24%，MRN處理較RN處理氮素淋失量減少12.30%～31.37%，由此表明，RN處理和MRN處理可以有效降低土壤氮素淋失量。

2.4 噴灌施肥對菜心產量的影響

由圖4可以看出，2019年第1季菜心MRN處理產量最高，為28.23 t·hm-2，第2季和第3季都以CON處理產量最高，MRN處理產量最低，各處理之間菜心產量無顯著性差異。MRN處理第2、3季菜心較CON處理分別減產6.64%和5.89%，MRN處理在RN處理的基礎上增施有機肥，但菜心產量并沒有增加，可見過高的有機肥投入量可能會影響菜心產量。

由圖5可知，2020年4季菜心除第2季菜心RN處理產量最高，其他3季菜心產量均以MRN處理最高，各季菜心各處理間無顯著性差異。MRN處理較CON處理4季菜心分別增產4.73%、0.15%、9.04%和3.25%;RN處理第1、2季菜心產量較CON處理均有增加，但第3、4季菜心產量較CON處理分別降低10.85%和19.27%。由此表明，此試驗條件下MRN處理能夠增加菜心產量。

3 討論與結論

羅健航等[16]研究結果表明，土壤含水量是影響淋溶液量的因素之一，而灌溉量是影響淋溶液量的主要因素。本試驗結果顯示，土壤含水率以及氣溫的高低都會影響噴灌條件下淋溶液的產生量，而噴灌灌水定額是影響淋溶液量的主要因素，與前人研究結果一致。

露地菜田土壤氮素主要發生在施肥量較高以及灌溉量較大的時期[17]。本試驗結果顯示，2年內菜心生長季各處理總氮淋失量為2.38～13.58 kg·hm-2，呈先增后減的變化趨勢，夏季菜心生長期是總氮淋失的高峰期，占總氮淋失總量的27.12%～32.64%，主要是因為基施大量有機肥以及追施化肥導致土壤氮素累積過高，加之這一時期噴灌量較大，使土壤中累積的氮素大量淋失。

施肥和灌水等因素都會影響土壤氮素淋失量[18]，張作新等[19]研究發現過量施用有機肥會增加土壤氮素淋失。本研究表明，2019年MNR處理較RN處理氮素淋失量增加9.71%～12.20%。從養分投入量來看，MRN處理有效養分總量（N+P2O5+K2O）最高，達到311 kg·hm-2，主要是增施3000 kg·hm-2有機肥所致，表明較高的有機肥施用量會增加土壤氮素淋失量，與前人研究結果一致。閆佳會等[20]研究結果表明，化肥減量40%，用60%有機肥替代化肥可以將土壤硝態氮淋失風險降到最低。本研究結果表明，2020年菜心生長季MRN處理較RN處理氮素淋失減少12.30%～31.37%，表明化肥減施25%化肥以及增施1/3有機肥，可以減少露地菜心土壤氮素淋失。駱曉聲等[21]研究噴灌條件下2季節蔬菜不同處理總氮淋失為62.9～92.7 kg·hm-2，而本試驗2019年3季菜心周年總氮淋失量為29.20～40.32 kg·hm-2，2020年4季菜心周年總氮淋失量33.30～46.57 kg·hm-2，低于前人研究結果，對比試驗條件發現，主要是氮肥用量不同造成的。

我國露地蔬菜生產過程中普遍存在化肥（尤其是氮肥）及有機肥施用量較高，導致蔬菜產量和品質降低、施肥成本增加等現象[22-24]。本研究表明，2019年MRN處理第2季和第3季較CON處理減產6.64%和5.89%，因此，有機肥施用量超過9000 kg·hm-2，就會影響露地菜心的生長。張鳳華等[25]也有類似研究，有機肥施用量超過150 t·hm-2，會造成大白菜減產。2020年MRN處理較CON處理4季菜心分別增產4.73%、0.15%、9.04%和3.25%，表明化肥減施25%以及增施1/3有機肥可以增加蔬菜產量。本試驗中缺少噴灌施肥處理對菜心品質的影響以及有機肥最佳施用量，還需進行后續研究。

綜上所述，在噴灌施肥各處理中，MNR處理效果最佳，MNR處理較CON處理菜心平均增產4.29%，周年平均土壤氮素淋失量降低30.63%，具有明顯的生態效益和經濟效益。

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