水肥一體化氮肥減量增效研究

于倩倩，許愛霞*，趙佳秀 (.泰州市姜堰區農業技術推廣中心，江蘇泰州 5500；.揚州大學土壤健康研究所，江蘇揚州 57)

設施栽培通過改變作物生長的水、肥、氣、熱等生活因子，使得作物產量比露地栽培明顯偏高，既可以滿足農產品市場需求，又可以獲得顯著的經濟效益，近年來在全國各地發展均較快。設施栽培在部分地區甚至成為當地農民增收和地方經濟發展的主要渠道。由于設施栽培在我國發展歷程很短，加上我國設施栽培環境各地差異很大，與國外也不同，因此國內外可以借鑒的經驗極其有限。在設施栽培過程中的肥水管理多沿用露地栽培經驗。肥料施用的結構往往以少量有機肥加氮磷鉀大量元素化肥為主，這在作物生長相對較慢的露地栽培條件下一般不會造成土壤養分平衡性很快下降，但無法滿足在設施栽培作物生長較快條件下土壤養分平衡性的基本維持，設施栽培3～5年后土壤養分平衡性就可能遭受嚴重破壞。過量施用的養分在土壤中不斷積累，而土壤中得不到補足甚至從未施肥補充的養分很容易快速耗竭，成為制約作物生長的最小養分，而最小養分的存在是制約作物生長及產量形成的首要因子，如果最小養分得不到補充，作物就會生長不良甚至死亡。現階段由于缺乏設施土壤養分豐欠指標的評價體系與便捷的測試手段，無法對土壤養分平衡性及時作出科學的診斷，盲目施肥的現象十分普遍。氮磷鉀肥料的大量投入與作物對養分吸收利用能力的銳減，造成土壤中部分養分快速積累，引起次生鹽漬化、生物多樣性破壞等土壤問題。氮磷鉀在土壤中的積累具有不同的特征，氮素多以水溶性硝態氮形態存在于土壤溶液中，極易通過水分運動進入環境。磷素和鉀素在土壤中極易被多種物質或黏土礦物所固定或者吸附而失去水溶性，隨水進入環境的比例很小。精準控制氮素投入、加強作物對現有氮素的高效利用成為目前設施栽培土壤管理的首要任務。為進一步完善和掌握江蘇省主要農作物水肥一體化施肥技術參數，扎實推進水肥一體化技術推廣，按照江蘇省水肥一體化氮肥減量增效展示試驗的基本要求，筆者以該區種植農戶最多、消費比例最大、施肥量較大的小白菜作為供試作物，開展水肥一體化氮肥減量增效試驗。

1 材料與方法

試驗地點位于江蘇省泰州市姜堰區顧高鎮俞莊村綠申園農業科技農業基地，屬于北亞熱帶季風氣候，季風環流氣候影響顯著，四季分明，冬夏較長，春秋較短。常年平均氣溫14.5 ℃，年平均降水量991.7 mm，年平均雨日117 d，年平均日照時數22 059 h，無霜期215 d。全年氣候溫暖，光照充足，雨水充沛，農業氣候條件優越。

試驗點土壤為砂壤土，試驗處理前土壤基本理化性質測定結果：pH 5.97，EC 0.68 mS/cm，有機質13.41 g/kg，硝態氮169.5 mg/kg，速效磷46.8 mg/kg，速效鉀345.4 mg/kg，水溶鈣520.1 mg/kg，水溶鎂408.5 mg/kg。

種植作物為“上海青”小白菜。肥料采用“奉元”有機肥(江蘇永佳現代農業科技有限公司)，有機質45%，總養分5%；45%(15-15-15)“紅三角”復合肥(中國石化集團南京化學工業有限公司)；尿素(山西晉豐煤化工有限責任公司)，含氮率46%。

試驗小區面積21 m，設7個處理，各處理重復3次。常規基肥為15 t/hm“奉元”有機肥和750 kg/hm“紅三角”復合肥。常規追肥為150.0 kg/hm尿素。減氮施肥處理外，其他肥水運籌均保持與一般生產習慣相同。

處理①空白對照(CK1)，常規基肥+不施用任何追肥，產量為追肥空白產量；處理②常規施肥(CK2)，常規基肥+滴灌追肥，追肥用量為尿素150.0 kg/hm；處理③追肥減氮10%，常規基肥+滴灌追肥，追肥用量為尿素135.0 kg/hm；處理④追肥減氮15%，常規基肥+滴灌追肥，追肥用量為尿素127.5 kg/hm；處理⑤追肥減氮20%，常規基肥+滴灌追肥，追肥用量為尿素120 kg/hm；處理⑥追肥減氮25%，常規基肥+滴灌追肥，追肥用量為尿素112.5 kg/hm；處理⑦追肥減氮30%，常規基肥+滴灌追肥，追肥用量為尿素105.0 kg/hm。

于作物種植前與收獲后在各小區采集耕作層土壤混合樣品，分析土壤理化性狀，包括土壤有機質、pH、硝態氮、速效磷、速效鉀含量。

作物收獲后小區單收統計產量，隨機采集作物樣品，對可食用部分的形態、鮮重、干重以及含氮量等指標進行測定。

增產率=(處理區產量-常規區產量)/常規區產量×100%。節肥率=(處理區肥料成本-常規區肥料成本)/常規區肥料成本×100%。氮肥利用率=[處理作物吸氮總量(可食部分+不可食部分)-空白對照作物吸氮總量(可食部分+不可食部分)]/施肥量×100%。作物可食部分養分吸氮總量=可食部分含氮量×可食部分產量。產投比=(處理作物可食部分產量×產品批發價格)/(該處理施肥成本+灌溉成本+用工成本及其他成本)。凈效益=(處理區產量-常規區產量)×產品批發價格-(新增施肥成本+新增灌溉成本+新增用工成本及其他新增成本)。數據統計分析與作圖采用Excel 2016。

2 結果與分析

不同處理小白菜產量與效益見表1。由表1可知，除處理⑦外，小白菜產量與追肥減氮量呈正相關關系，減氮處理均能提高產量，其中處理⑥的產量最高，處理⑤次之，較常規施肥的處理②分別提高32.15%與18.39%；處理⑦相較處理②僅提高0.77%，無顯著差異。從不同處理的經濟效益看，除處理⑦外，不同處理的產投比、凈效益均與追肥減氮量呈正相關關系，其中處理⑥最高，產投比達2.93，較處理②提高32.58%，收益達71 130.50元/hm，較處理②提高58.91%，凈效益達26 367.80元/hm，處理⑤次之，產投比與收益較處理②分別提高18.55%與33.73%，凈收益達15 099.80元/hm。

表1 不同處理的經濟效益Table 1 Economic benefits of different treatments

不同處理小白菜的養分吸收與肥料利用率見表2。由表2可知，追肥各處理小白菜含氮率均比不追肥處理高，含氮率隨追肥氮用量減少而降低。從氮素養分吸收量來看，處理④、⑤、⑥高于處理②，處理⑦和處理③低于處理②。處理④、⑤和⑥相較處理②均能提高肥料利用率，其中處理⑥的氮肥利用率、磷肥利用率和鉀肥利用率均最高，比處理②分別提高10.86%、33.79%與29.23%，其次為處理④的氮肥利用率與處理⑤的磷肥利用率、鉀肥利用率。養分利用率水平與小白菜產量水平之間關系較為密切。

表2 不同處理小白菜的養分吸收與肥料利用率Table 2 Nutrient absorption and fertilizer utilization rate of pakchoi under different treatments

定植前和采收后各小區的土壤性質測定結果見圖1。由圖1a可知，除不追肥的空白處理①土壤有機質略低外，其他各施肥處理間差異較小。由圖1b可知，除不追肥的空白處理①土壤硝態氮含量略高外，其他施肥處理間差異較小。由圖1c、d可知，除不追肥的空白處理①土壤速效磷、速效鉀含量略低外，其他施肥處理間差異較小。由圖1e可知，追氮減少30%范圍內，各施肥處理土壤pH隨著追肥減施比例提高有上升趨勢。

圖1 不同處理土壤的部分化學性質Fig.1 Partial chemical properties of soils under different treatments

試驗條件下，減氮處理對小白菜作物生長的影響較明顯，但對土壤有機質、硝態氮、速效磷、速效鉀及pH等基本性質影響比較復雜。不同重復之間的測定結果差異較大，這除受小白菜生長與養分吸收影響之外，與滴灌帶鋪設間距、滴頭密度、水頭壓力均勻程度等水分管理可能也存在很大關系。試驗地土壤為典型的高沙土，土壤水、氣通透性好，水分入滲率較高，滴頭下極少出現徑流現象，這容易導致水溶性養分在土壤中分布不均勻，導致各處理、重復之間數據的不確定性。改善水分管理方式、適當擴大小區面積、增加樣品采集的代表性等可能有利于提高試驗結果的可靠性。與試驗前土壤樣品的測定結果相比，試驗后各處理土壤基本性質發生一些變化，這與施肥、作物生長與吸收有關外，試驗過程土溫和氣溫均由低溫向高溫過渡較快，對土壤基本化學性狀的影響也不容忽視。在類似試驗中增加對土溫、氣溫等環境因子的觀測，更有利于對試驗結果進行科學客觀的分析。

(1)適宜的減氮處理能促進小白菜的生長。減氮20%增加株高的效果最好，減氮25%次之；減氮25%增產效果最好，產投比與凈效益均最高。

(2)適宜的減氮處理能增加小白菜對氮、磷、鉀養分的吸收總量，提高氮、磷、鉀肥料利用率。

(3)試驗條件下，減氮處理對土壤有機質、硝態氮、速效磷、速效鉀及pH等基本性質影響不大。

綜上所述，適宜的減氮處理有增產增效作用，在農民常規追肥基礎上減氮25%的處理效果最好，節本增效綜合作用最大。