施用腐植酸肥對氮素淋失及油麥菜生長的影響

趙鳳亮　李虹　曹彥圣　文少白　楊桂生　王徐彤

摘 要 為明確施用腐植酸肥對氮素淋失和油麥菜（Lactuca sativa var longifoliaf. Lam）生長的影響，通過盆栽試驗法測定了磚紅壤-油麥菜系統(tǒng)各處理不同形態(tài)氮淋失量、油麥菜農(nóng)藝形態(tài)指標(biāo)以及植株吸氮量。結(jié)果表明：可溶性有機氮占氮淋溶量的73.8%～76.8%，是氮素淋失的主要形態(tài)。常規(guī)處理銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和可溶性有機氮淋失量最高，分別為3.9、48.3和163.2 mg/pot。隨著腐植酸肥用量的增加，氮素淋溶損失逐漸降低。施用腐植酸肥增加油麥菜的生物量和氮素利用率，但是過量施用會影響生物量的積累，抑制根系的生長。綜合考慮土壤氮素淋失和油麥菜生長狀況，腐植酸肥施用量為650 mg/kg時較為適宜。

關(guān)鍵詞 腐植酸肥；油麥菜；氮淋失；氮素利用率；磚紅壤

中圖分類號 S141；S512 文獻標(biāo)識碼 A

Abstract This experiment was conducted to clarify the effects of humic acid fertilizer on the nitrogen leaching and Chinese lettuce（Lactuca sativa var longifoliaf. Lam）growth. With pot experimen， the leaching amounts of different form nitrogen（N）， agronomic characteristics and nitrogen uptake of Chinese lettuce were determined. The results showed that dissolved organic nitrogen leaching accounted for 73.8%-76.8% of total N leaching. Among all the treatments， the highest amout of N was leached for the conventional treatment， and its ammonium， nitrate and organic nitrogen leaching was 3.9 mg/pot， 48.3 mg/pot and 163.2 mg/pot， respectively. All forms of N leaching decreased with increasing humic acid rate. Humic acid application could increase Chinese lettuce biomass and N use efficiency， but its over-application affected biomass accmulation of leaf-used lettuce and restrained the root growth. Based on N leaching and leaf-used lettuce growth， the application rate of 650 mg/kg for humic acid should be advocated in the leaf-used lettuce planting system.

Key words Humic acid fertilizer； Chinese lettuce； N leaching； N use efficiency； Latosol

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2015.07.002

為提高作物產(chǎn)量，種植戶往往盲目地過量施用氮肥，但作物氮肥利用率普遍較低[1-2]，大部分氮肥流失到周邊環(huán)境中，造成嚴重的環(huán)境污染[3]。其中蔬菜施氮量尤其較高，是糧食作物的數(shù)倍至數(shù)十倍[4]，這直接會增加地下水硝酸鹽污染的風(fēng)險[5-6]。前人研究表明，施用有機肥可以抑制硝態(tài)氮向下遷移，從而在一定程度上降低氮素淋失風(fēng)險[7-8]。有關(guān)有機肥對蔬菜地氮素淋失效應(yīng)的研究已有較多的報導(dǎo)[4，7-9]，但鮮有研究關(guān)注腐植酸肥對土壤氮素淋失的影響。本研究選擇華南地區(qū)普遍種植的葉菜類蔬菜即油麥菜為研究對象，研究腐植酸肥對氮素淋失及油麥菜生長的影響，以期為菜園合理施用腐植酸肥、提高氮肥利用率提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試油麥菜品種為‘廣東四季香甜。供試土壤為磚紅壤，表層土壤理化性質(zhì)為有機質(zhì)13.60 g/kg、全氮0.54 g/kg、有效磷1.38 mg/kg、速效鉀8.58 mg/kg，pH為4.59。

供試肥料：氮、磷、鉀肥分別為尿素、磷酸二氫鈣和氯化鉀。腐植酸肥中N、P2O5、K2O含量分別為10%、9%和9%，可溶性有機氮（DON）、銨態(tài)氮（AN）、硝態(tài)氮（NN）分別占總氮的85%、10%和5%。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于2014年1月21日至3月8日進行試驗。設(shè)置6個處理：不施肥（T1）、常規(guī)化肥（T2）、腐植酸肥處理設(shè)4個水平（T3～T6），每處理重復(fù)3次。以T1和T2為對照，T2處理N、P2O5、K2O用量分別為80、72、72 mg/kg。T3、T4、T5和T6處理腐植酸肥用量分別為200、500、800、1 000 mg/kg。化肥和腐植酸肥處理分別于移栽后的1、10、20、30 和40 d分5次施用。

塑料盆內(nèi)徑24 cm、高25 cm，盆底鉆孔，裝土前將100目PVC紗網(wǎng)墊于盆底，紗網(wǎng)上敷設(shè)約3 cm厚細砂層。在塑料盆外連接一個塑料桶用以收集淋溶水。每個塑料盆裝土10 kg，然后移栽長勢均勻的植株（高約3 cm），每盆3株。初始澆水至田間持水量，試驗期間用重量法補充水分維持田間持水量的70%～80%。分別于移栽后的第25天和49天2次收集淋溶水，每次取樣的同時記錄各處理滲漏量。水樣盛于100 mL塑料瓶中，并保存在4 ℃冰箱中備測。3月9日收獲油麥菜。用去離子水將根系沖洗干凈后，將地上部分與根系分開，85 ℃烘干、粉碎后保存于塑料袋中備測。

1.2.2 測定項目及方法 水樣總氮利用TN/TOC分析儀（Multi N/C 3000，德國耶拿）測定，硝態(tài)氮利用紫外分光光度計法測定（HJ/T 346-2007），銨態(tài)氮利用靛酚藍比色法測定，有機氮由總氮與硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的差值計算所得。分別用直尺和手持式葉綠素計（SPAD-502）測定油麥菜植株高度和葉片葉綠素含量。植株地上部分和根系烘干粉碎后，過65目篩后，分取部分樣品，利用凱氏定氮法測定植物樣品氮含量。

利用如下公式計算氮素利用率：

氮素利用率/%=（施肥處理植株吸氮量-不施肥處理植株吸氮量）/施氮量×100。

植株吸氮量=干物質(zhì)量×氮含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用SPSS 19進行單因素方差分析（One-way ANOVA）和顯著性差異分析（p≤0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理條件下土壤氮素淋溶量的變化

不同處理土壤淋溶水中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和有機氮的淋失量見圖1。圖1顯示出氮素淋失量總量。各處理不同形態(tài)的氮素淋失量相差很大。各處理氮素淋溶以有機氮為主，占總氮的73.8%～76.8%。常規(guī)化肥處理處理AN、NN和DON淋失量最高，分別為3.9、48.3和163.2 mg/pot。各處理不同形態(tài)氮素淋溶量均表現(xiàn)為：T2>T3>T4>T5>T6>T1，腐植酸肥處理土壤AN、NN和DON淋溶量均顯著低于常規(guī)化肥處理（p≤0.05），分別比常規(guī)化肥處理低30.7%～40.2%、19.5%～31.3%和15.7%～28.7%。

2.2 不同處理條件下油麥菜形態(tài)指標(biāo)和生物量的變化

肥料為油麥菜生長提供了必需的養(yǎng)分，T1處理植株高度僅5.3 cm（表1），顯著低于施肥處理（p≤0.05）。隨著腐植酸肥用量的增加，油麥菜株高逐漸增加。施用量超過80 mg/kg株高有所下降，但與T2相比差異并不顯著（p>0.05）。各處理油麥菜葉片SPAD值大小趨勢與植株高度類似，當(dāng)腐植酸肥用量達到1 000 mg/kg時（T6）葉片SPAD值顯著低于T5和T2。不施肥處理每盆油麥菜生物量僅有0.06 g，各施肥處理生物量介于1.13～1.83 g之間。除T3處理外，其它施肥處理生物量差異并不顯著（p>0.05）。在同等施氮量的條件下，T5處理油麥菜生物量比T2處理高16.6%。然而，T5根系生物量最大（0.18 g/plot），顯著高于T2、T3和T6，這表明適度的腐植酸肥用量能夠顯著促進油麥菜根系的生長。

2.3 不同處理條件下氮素利用率的變化

不同的施肥處理對油麥菜氮素利用率具有顯著的影響（表2）。隨著腐植酸肥用量的增大，氮素利用率顯著降低。其中T3處理氮肥利用率超過100%，說明施入的氮不能滿足油麥菜生長所需。在施氮量相同的情況下（80 mg N/kg），T5處理氮素利用率比T2高出5.19%。隨著腐植酸肥用量的增加，植株含氮量無顯著變化，吸氮量呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，這與生物量的變化趨勢基本一致。T3處理單株油麥菜吸氮量僅為84.30 mg/pot，顯著低于其它施肥處理（p≤0.05）。

3 討論與結(jié)論

3.1 施用腐植酸肥條件下土壤氮淋溶量的變化

過量施肥增強了氮素淋失風(fēng)險，氮素淋失量比不施肥區(qū)高出數(shù)倍[12]。Glairola等[13]研究發(fā)現(xiàn)，有機無機配合施肥模式可以比單施化肥模式顯著降低滲漏水中硝態(tài)氮滲漏量。在本試驗中，施肥處理總氮淋失量是不施肥處理的1.3～1.9倍，單施化肥處理氮淋失量最高為215.4 g。施用腐植酸肥能夠降低氮淋失量，且隨著腐植酸肥用量的增加，各種形態(tài)氮素淋失量均呈下降趨勢。與僅施用化肥相比，增施腐植酸肥可減少23.0%的氮淋失。施用有機肥減少土壤氮素淋失的原因可能在于有機肥的施用增加了土壤粒徑及團聚體含量，提高了陽離子代換量，從而增加對氮的固持作用[8]。另外，有機肥的交換容量大，對NH4+的吸附多，而且在分解過程中產(chǎn)生的有機酸可降低其周圍土壤中脲酶和硝化反硝化微生物活性[14]，在一定程度上抑制NO3-的生成。另外，由于有機肥本身具有養(yǎng)分釋放緩慢的特點[15]，而化學(xué)氮肥施入土壤后其分解釋放速度較快[16]，導(dǎo)致單施化肥處理的土壤氮淋洗量較施用有機肥處理高。各處理DON淋失量占總氮淋失量的73.8%～76.8%，NN占21.7%～25.1%，AN所占比重在0.02%之內(nèi)。DON所占比重明顯高于AN和NN，這表明有機氮是土壤氮素淋失的主要形態(tài)，這與以前的研究結(jié)果并不一致[4，17]，但是與Cao等[18]觀測結(jié)果相符，即有機氮淋溶量占稻田總氮淋溶量的59.6%～64.1%。Ji等研究結(jié)果也表明，有機氮是稻田氮素淋失的主要形態(tài)，占總氮的56.8%[19]。這些研究結(jié)果之所以不一致，可能與農(nóng)田類型、土壤質(zhì)地和肥力有關(guān)，這些因素對土壤中氮素的轉(zhuǎn)化均會產(chǎn)生一定的影響。

3.2 最佳施肥量的確定

肥料類型和施肥量與氮素去向密切相關(guān)，是影響蔬菜產(chǎn)量和氮素利用率的重要因素[9]。在本試驗條件下，隨著腐植酸肥用量的增大，作物產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，T5生物量最大，這與靳永勝[10]和李永勝[11]等研究結(jié)果一致。氮肥利用率從126%（T3）降至37.5%（T6）。低施肥量條件下（T3）氮肥利用率超過100%，說明施入氮不能滿足其生長所需，需要從外界（土壤、大氣沉降和灌溉等）攝取，這需要利用15N同位素示蹤法作進一步的驗證。除去施肥量較低的兩個處理（T3和T4），油麥菜氮素利用率介于37.5%～53.3%之間，這與根據(jù)蔡貴信等[20]報道的全國平均氮素利用率（30%～51%）十分接近，但普遍高于曹兵等[21-22]對大白菜和番茄地的報道（14.5%～24.6%）以及徐捷等[9]對甘藍的研究結(jié)果（10.6%～24.2%），這與土壤基礎(chǔ)肥力以及肥料類型有關(guān)。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中氮肥的過量施用已造成了嚴重的環(huán)境問題，必須改變以往不合理的菜園施肥方式，兼顧經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。因此，探索適宜的施肥模式以提高氮肥利用率、降低氮素流失幅度是解決農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中各種矛盾的關(guān)鍵[9]。本試驗中，土壤移出氮（y1，淋溶與植株吸收之和）與施入氮（x）呈拋物線關(guān)系y1=-0.001 1×x2+1.431 1×x+141.22 （R2=0.976），當(dāng)施入氮為650 mg/kg時，土壤移出氮達到最大值606.7 mg/pot。植株吸收氮（y2）與施入氮亦呈拋物線關(guān)系y2=-0.000 9×x2+1.249 9×x+13.607（R2=0.991），當(dāng)施入氮為649 mg/kg時，土壤移出氮達到最大值448 mg/pot。因此，當(dāng)腐植酸用量為650 mg/kg時為最佳施肥量；低于該施肥量則不能滿足油麥菜生長所需，高于該施肥量則會增加氮素淋溶風(fēng)險。

參考文獻

[1] Vitousek P M， Naylor R， Crews T， et al. Nutrient imbalances in agricultural development[J]. Science， 2009， 324（5 934）： 1 519.

[2] Duan Y， Xu M， Gao S， et al. Nitrogen use efficiency in a wheat-corn cropping system from 15 years of manure and fertilizer applications[J]. Field Crops Research， 2014， 157（2）： 47-56.

[3] Zhao F L， Xi S， Yang X E， et al. Purifying eutrophic river waters with integrated floating island systems[J]. Ecological Engineering， 2012， 40（3）： 53-60.

[4] 寧建鳳， 鄒獻中， 楊少海， 等. 有機無機氮肥配施對土壤氮淋失及油麥菜生長的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報， 2008， 23（11）： 95-100.

[5] Tan D， Jiang L， Tan S， et al. An in situ study of inorganic nitrogen flow under different fertilization treatments on a wheat-maize rotation system surrounding Nansi Lake， China[J]. Agricultural Water Management， 2013， 123（5）： 45-54.

[6] 劉宏斌， 張云貴， 李志宏， 等. 北京市平原農(nóng)區(qū)深層地下水硝態(tài)氮污染狀況研究[J]. 土壤學(xué)報， 2005， 42（3）： 411-418.

[7] Jia X， Shao L， Liu P， et al. Effect of different nitrogen and irrigation treatments on yield and nitrate leaching of summer maize（Zea mays L.）under lysimeter conditions[J]. Agricultural Water Management， 2014， 137（C）： 92-103.

[8] 謝紅梅， 朱 波， 朱鐘麟. 無機與有機肥配施麥田（紫色土）銨態(tài)氮及硝態(tài)氮的時空變異[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2006， 14（6）： 118-121.

[9] 徐 捷， 單立楠， 俞丹萍， 等. 不同施肥模式對甘藍氮素利用與流失的影響[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版）， 2013， 39（5）： 556-564.

[10] 靳永勝， 仝寶勝， 李 鑫， 等. 腐植酸葉面肥在葉菜上的應(yīng)用效果[J]. 北京農(nóng)學(xué)院學(xué)報， 2010， 25（3）： 5-8.

[11] 李永勝， 王 浩， 杜建軍， 等. 腐植酸液肥對油麥菜和生菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 北方園藝， 2011， （20）： 35-37.

[12] 葛曉光， 張恩平， 張 昕， 等. 長期施肥條件下菜田---蔬菜生態(tài)系統(tǒng)變化的研究（II）土壤理化性質(zhì)的變化[J]. 園藝學(xué)報， 2004， 31（1）： 34-38.

[13] Gairola S， Umar S， Suryapani S. Nitrate accumulation， growth and leaf quality of Spinach Beet（Beta vulgaris Linn.）as affected by NPK fertilization with special reference to Potassium[J]. Indian Journal of Science and Technology， 2009， 2（2）： 35-40.

[14] 謝紅梅， 朱 波， 朱鐘麟. 紫色土無機-有機肥配施下作物生物效應(yīng)及土體NO3--N運移特點[J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報， 2005， 17（6）： 755-759.

[15] 王正銀， 青長樂. 紫色土氮素礦化與作物效應(yīng)的研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 1994， 27（2）： 13-23.

[16] 魯如坤， 賴慶旺. 紅壤養(yǎng)分退化研究（II）： 尿素和碳銨在紅壤中的轉(zhuǎn)化[J]. 土壤通報， 1995， 26（6）： 241-243.

[17] 邱衛(wèi)國， 唐 浩， 王 超. 上海郊區(qū)水稻田氮素滲漏流失特性及控制對策[J]. 中國環(huán)境科學(xué)， 2005， 25（5）： 558-562.

[18] Cao Y， Tian Y， Yin B， et al. Improving agronomic practices to reduce nitrate leaching from the rice-wheat rotation system[J]. Agriculture， ecosystems & environment， 2014， 195（10）： 61-67.

[19] Ji X H， Zheng S X， Shi L H， et al. Systematic Studies of Nitrogen Loss from Paddy Soils Through Leaching in the Dongting Lake Area of China[J]. Pedosphere， 2011， 21（6）： 753-762.

[20] 蔡貴信， 朱兆良， 文啟孝. 中國土壤氮素[M]. 南京： 江蘇科技出版社， 1992.

[21] 曹 兵， 賀發(fā)云， 徐秋明， 等. 南京郊區(qū)番茄地中氮肥的效應(yīng)與去向[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報， 2006， 17（10）： 1 839-1 844.

[22] 曹 兵， 賀發(fā)云， 徐秋明， 等. 露地種植大白菜的氮肥效應(yīng)與氮素損失研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報， 2007， 13（6）： 1 116.