馬鈴薯—大白菜雙季栽培體系中大白菜氮肥施用量對其產(chǎn)量、氮肥利用、硝酸鹽累積的影響

胡 博 郝云鳳 樊明壽*

（1 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010019；2 內(nèi)蒙古巴彥淖爾市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，內(nèi)蒙古巴彥淖爾 015400）

馬鈴薯是內(nèi)蒙古河套灌區(qū)近些年發(fā)展的特色作物。2011年該地區(qū)馬鈴薯種植面積已達(dá)14 667 hm2。內(nèi)蒙古河套灌區(qū)種植馬鈴薯具有晝夜溫差大、灌溉便利等自然優(yōu)勢。而且，內(nèi)蒙古河套灌區(qū)太陽能資源豐富，無霜期較長，約170 d，無霜期內(nèi)生產(chǎn)馬鈴薯一茬有余，兩茬不足（郝云鳳 等，2007）。

然而，長期形成的大水漫灌和秋澆水習(xí)慣以及氮肥施用量較多導(dǎo)致河套灌區(qū)的地下水硝酸鹽含量超標(biāo)嚴(yán)重（馮兆忠 等，2003）。馮兆忠等（2005）報道：河套灌區(qū)全年約17.1%的水井地下水NO3

--N 濃度超過WHO 規(guī)定的生活飲用水NO3--N 濃度上限值。加之，馬鈴薯是典型的淺根系作物，在當(dāng)?shù)卮笏鄺l件下的氮肥利用率很低，加劇了馬鈴薯農(nóng)田土壤硝態(tài)氮向地下水淋溶的風(fēng)險（Tanner et al.，1982；胡博 等，2009）。

Thorup-Kristensen（2006）報道，在主栽作物收獲后如能復(fù)種一茬生長迅速、生物量大、深根系的填閑作物，可以有效利用前茬作物殘留在土壤中的硝態(tài)氮，從而降低土壤硝態(tài)氮淋洗的風(fēng)險，提高氮肥利用率。大白菜具有約2.4 m 深根系，在其生長季內(nèi)，1 m 以下大白菜根系可以吸收硝態(tài)氮113 kg·hm-2，從而降低了深層土壤硝態(tài)氮淋洗的風(fēng)險（Kristensen & Thorup-Kristensen，2004；Thorup-Kristensen，2006）。

為了提高農(nóng)田單位土地面積的生產(chǎn)力、水肥利用效率、降低馬鈴薯收獲后土壤中硝態(tài)氮殘留，張福鎖等（2010）通過集成包括覆膜技術(shù)、早熟馬鈴薯品種選擇、復(fù)種大白菜施氮量的確定等多項技術(shù)，建立了河套灌區(qū)馬鈴薯—大白菜雙季節(jié)栽培體系。為在大白菜高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)和環(huán)境污染小中尋求平衡，本試驗研究了復(fù)種茬口不同氮肥施用量下對大白菜產(chǎn)量、氮肥利用效率、大白菜硝酸鹽含量、土壤硝態(tài)氮累積的影響，以期為河套灌區(qū)馬鈴薯—大白菜雙季節(jié)栽培體系選擇合理的氮肥施用量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

雙季節(jié)栽培體系：早熟馬鈴薯品種為費烏瑞它，大白菜品種為秦白2 號；晚熟馬鈴薯單季節(jié)露地栽培：馬鈴薯品種為克新1 號。

1.2 試驗方法

田間試驗于2011年4月15日～10月20日在內(nèi)蒙古巴彥淖爾市杭錦后旗農(nóng)業(yè)科技園區(qū)（N 40°53′，E 107°10′）進(jìn)行，其中4月15日～7月26日早熟馬鈴薯覆膜栽培，栽培密度55 500 株·hm-2；7月28日～10月20日復(fù)種大白菜，栽培密度30 000 株·hm-2。大白菜茬口播前土壤性質(zhì)見表1。

設(shè)晚熟馬鈴薯單季節(jié)露地栽培為對照，栽培密度55 500 株·hm-2，栽培時間為4月15日～9月20日。

試驗地土壤為淤灌土，試驗設(shè)Ⅰ不施氮肥（0 kg·hm-2）：前茬馬鈴薯不施氮肥，復(fù)種大白菜不施氮肥；Ⅱ復(fù)種體系總施氮量225 kg·hm-2：前茬馬鈴薯225 kg·hm-2+ 復(fù)種大白菜 0 kg·hm-2；Ⅲ復(fù)種體系總施氮量285 kg·hm-2：前茬馬鈴薯225 kg·hm-2+ 復(fù)種大白菜60 kg·hm-2；Ⅳ復(fù)種體系總施氮量345 kg·hm-2：前茬馬鈴薯225 kg·hm-2+ 復(fù)種大白菜120 kg·hm-2；Ⅴ復(fù)種體系總施氮量405 kg·hm-2：前茬馬鈴薯225 kg·hm-2+ 復(fù)種大白菜180 kg·hm-2；CK：K1 馬鈴薯單季節(jié)露地栽培總施氮量225 kg·hm-2。馬鈴薯茬口分2 次施氮肥，50%播前旋耕施入，50%現(xiàn)蕾期追施；大白菜茬口分2 次施氮肥，50%出苗后30 d 施入，50%結(jié)球期追施。各處理磷鉀肥用量相同，P2O575 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2，于馬鈴薯茬口播前隨旋耕一次性施入。

表1 大白菜茬口播前土壤性質(zhì)

試驗所用肥料為氮肥：尿素（N，46 %）；磷肥：過磷酸鈣（P2O5，12%）；鉀肥：硫酸鉀（K2O，50%）。采用隨機區(qū)組設(shè)計，3 次重復(fù)，小區(qū)面積為33.12 m2。

收獲時，馬鈴薯每小區(qū)隨機采9 株測產(chǎn)；大白菜每小區(qū)隨機采10 株測產(chǎn)。同時，取植株樣品烘干后，用H2SO4-H2O2消煮、半微量凱氏定氮法測定植株全氮含量（鮑士旦，2008）。

采集播前和收獲后0～30 cm、30～60 cm、60～110 cm、110～160 cm 土壤樣品。播前土樣整個試驗地取15 鉆（直徑2.0 cm）組成混合樣，收獲后每小區(qū)取5 鉆組成混合樣。新鮮土樣混勻過5 mm 篩后立即以1m∶5m的土液比用2 mol·L-1KCl 溶液浸提，在每分鐘240 次的往復(fù)式振蕩機上振蕩30 min 后過濾，浸提液用SKALAR SAN++（荷蘭）流動分析儀測定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量，同時用烘干法測定土壤含水量。

收獲后，各處理隨機取大白菜9 株，剝?nèi)ネ馊~，取大白菜幫中間部位用打孔器橫向打孔榨汁，汁液稀釋5 倍后用RQeasy Nitrat 硝酸鹽反射測試儀（德國）測定大白菜NO3--N 含量。采用SAS9.0 統(tǒng)計軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，差異顯著性分析采用鄧肯氏新復(fù)極差測驗法。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥施用量對大白菜產(chǎn)量和雙季栽培體系凈收益的影響

由表2 可見，雙季栽培體系下，大白菜產(chǎn)量隨施氮量的增加而增加；但當(dāng)體系施氮量大于345 kg·hm-2時，大白菜產(chǎn)量隨施氮量的增加沒有顯著增加。同樣，雙季栽培體系凈收益隨施氮量的增加而增加，但當(dāng)體系施氮量大于345 kg·hm-2時，雙季栽培體系凈收益隨施氮量的增加沒有顯著增加。晚熟馬鈴薯露地栽培產(chǎn)量顯著高于雙季節(jié)栽培早熟馬鈴薯產(chǎn)量，然而由于早熟馬鈴薯能夠提早收獲上市，其單價高于晚熟馬鈴薯，加之復(fù)種大白菜帶來的經(jīng)濟(jì)效益，雙季節(jié)栽培體系凈收益比晚熟馬鈴薯露地栽培顯著提高。

表2 氮肥施用量對馬鈴薯、大白菜產(chǎn)量與雙季栽培體系凈收益的影響

2.2 氮肥施用量對雙季栽培體系氮素累積量和氮肥利用率的影響

由圖1 可知，隨大白菜茬口施氮量的增加，雙季栽培體系氮素總累積量總體呈現(xiàn)顯著增加的趨勢。然而，大白菜茬口施氮量達(dá)到120 kg·hm-2之后，雙季栽培體系氮素總累積量不再隨氮肥施用量的增加而顯著增加。大白菜茬口施氮量從0 kg·hm-2增加至180 kg·hm-2時，大白菜氮素累積量占雙季栽培體系氮素總累積量的百分比例分別為43%、42%、47%、52%、53%。由于不同栽培體系下馬鈴薯品種差異以及栽培模式的差異，在體系施氮量225 kg·hm-2下，晚熟馬鈴薯露地栽培的氮素累積量顯著高于雙季栽培體系下早熟馬鈴薯覆膜栽培。但是，雙季栽培體系復(fù)種大白菜吸收的氮素與前茬馬鈴薯吸收的氮素累加后總氮素累積量顯著高于晚熟馬鈴薯單季節(jié)露地栽培的氮素累積量。雙季栽培體系氮肥利用率隨施氮量的增加呈現(xiàn)顯著的下降趨勢，但是在本試驗設(shè)定的總施氮量225～405 kg·hm-2范圍內(nèi)，雙季栽培體系氮肥利用率均顯著高于晚熟馬鈴薯單季露地栽培（圖2）。

圖1 氮肥施用量對雙季栽培體系氮素累積量的影響

圖2 氮肥施用量對雙季栽培體系氮肥利用率的影響

2.3 氮肥施用量對大白菜硝酸鹽含量的影響

由圖3 可知，雙季栽培體系施氮量從0 kg·hm-2增加到405 kg·hm-2時，大白菜硝酸鹽含量呈現(xiàn)較為明顯的線性增加趨勢。按照沈明珠等（1982）的硝酸鹽含量評價標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)雙季栽培體系施氮量在0～225 kg·hm-2范圍時，大白菜硝酸鹽含量均值在348～400 mg·kg-1，符合硝酸鹽輕度累積（允許食用）；當(dāng)雙季栽培體系施氮量在285 kg·hm-2時，大白菜硝酸鹽含量均值為735 mg·kg-1，達(dá)到硝酸鹽中度累積（生食不宜，鹽漬允許，熟食允許）；當(dāng)雙季栽培體系施氮量在345～405 kg·hm-2時，大白菜硝酸鹽含量均值在992～1 225 mg·kg-1，達(dá)到硝酸鹽高度累積（生食不宜，鹽漬不宜，熟食允許）。

圖3 氮肥施用量對雙季栽培體系中大白菜硝酸鹽含量的影響

2.4 氮肥施用量對土壤硝態(tài)氮累積量的影響

由表3 可知，大白菜收獲后，當(dāng)雙季栽培體系施氮量為225 kg·hm-2的0～160 cm土壤硝態(tài)氮累積量與0 kg·hm-2施氮量處理的土壤硝態(tài)氮累積量差異不顯著，且最低；雙季栽培體系施氮量≥225 kg·hm-2時，0～160 cm土壤硝態(tài)氮累積量隨施氮量的提高而顯著升高；當(dāng)雙季栽培體系施氮量為345 kg·hm-2時，0～160 cm 土壤硝態(tài)氮累積量與晚熟馬鈴薯單季露地栽培差異不顯著；當(dāng)雙季栽培體系施氮量為405 kg·hm-2時，0～160 cm 土壤硝態(tài)氮累積量顯著高于晚熟馬鈴薯單季露地栽培。隨雙季栽培體系總施氮量增加，土壤硝態(tài)氮有向深層土壤累積的趨勢，而傳統(tǒng)馬鈴薯單季露地栽培體系的土壤硝態(tài)氮主要累積在表層土壤。殘留的土壤硝態(tài)氮在作物收獲后進(jìn)行秋澆水時加劇了其向地下水淋洗污染的風(fēng)險。

表3 氮肥施用量對雙季栽培體系收獲后各土層NO3--N絕對含量和0～160 cm NO3--N總累積量的影響

3 結(jié)論與討論

雙季栽培體系下大白菜產(chǎn)量隨大白菜茬口施氮量的增加而增加，雙季栽培體系的經(jīng)濟(jì)凈收益亦隨大白菜茬口施氮量的增加而增加，且均高于晚熟馬鈴薯單季露地栽培。從施肥的經(jīng)濟(jì)效益角度，大白菜茬口120 kg·hm-2的施氮量為該土壤條件下的推薦氮肥施用量。此氮肥推薦施用量低于傳統(tǒng)大白菜栽培的需氮量（李俊良 等，2003；高艷明 等，2004），其主要原因是復(fù)種的大白菜吸收利用了前茬馬鈴薯收獲后殘留在土壤中的氮肥。另外，地區(qū)氣候差異、大白菜品種差異等也是影響大白菜需氮量的重要因素。大白菜硝酸鹽含量、收獲后0～160 cm 土層硝態(tài)氮累積量亦隨體系總施氮量的增加而增加，即：更高的大白菜產(chǎn)量、體系凈收益的獲得是以犧牲大白菜品質(zhì)與污染環(huán)境為代價的，這與本試驗利用復(fù)種作物降低收獲后土壤硝態(tài)氮累積的初衷相悖?？傊蟀撞水a(chǎn)量、體系凈收益與大白菜硝酸鹽含量、土壤硝態(tài)氮累積量之間的矛盾很難平衡。

雙季栽培體系低施氮量下（225、285 kg·hm-2）的土壤硝態(tài)氮累積量低于晚熟馬鈴薯單季露地栽培（225 kg·hm-2），但凈收益卻比晚熟馬鈴薯單季露地栽培高。因此，在建立雙季栽培模式基礎(chǔ)上合理控制氮肥施用量是降低地下水污染風(fēng)險和提高凈收益的有效平衡途徑。歐美等國對蔬菜尤其是嬰兒食用蔬菜的硝酸鹽含量制定了嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，生產(chǎn)上一般以降低氮肥施用量來保障產(chǎn)品的安全性（李俊良 等，2003）。為治理地下水污染問題，歐美各國于20世紀(jì)70年代以來陸續(xù)出臺了一系列法案，并啟動了若干行動計劃（張維理 等，2004）。這些經(jīng)驗值得我們借鑒。

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