蔬菜化肥減量使用技術(shù)的推廣及效果分析

李夏菲 楊波 謝文暢

摘 要：農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中施用的化學肥料，一定程度上促進了農(nóng)田氧化亞氮（N2O）的排放。在確保農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求的前提下，通過制定合理的施肥管理技術(shù)，提高氮肥利用效率，減少農(nóng)田N2O，具有重要意義。研究以小區(qū)試驗為基礎，測算在確保蔬菜產(chǎn)量不降低前提下，采用蔬菜化肥減量施肥技術(shù)的經(jīng)濟、生態(tài)影響。結(jié)果表明，采用蔬菜化肥減量施肥技術(shù)將減少35%肥料投入，節(jié)約農(nóng)戶的投入成本16%～29%，將有效減少15.11tN2O排放，是一項減少農(nóng)田N2O排放、可實際推廣應用的有效措施。

關鍵詞：化肥;氧化亞氮;溫室氣體;農(nóng)田生態(tài)

中圖分類號：S143 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200515013

隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，提高土壤肥力，減少溫室氣體排放是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢[1，2]。據(jù)估算，我國農(nóng)田氧化亞氮（N2O）排放總量約占我國農(nóng)業(yè)源溫室氣體排放總量的19%～25%[4，5]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的耕作管理措施，影響農(nóng)田溫室氣體排放，而其中化學氮肥的施用是農(nóng)田N2O排放的主要來源[5，6]。蔬菜由于種植效益高，超量施肥現(xiàn)象十分普遍，是普通大田作物的數(shù)倍甚至數(shù)十倍。采用有效的化肥減量技術(shù)，能夠有效地提高氮肥利用效率[7，8]，實現(xiàn)農(nóng)田N2O的減排[9，10]。

基于蔬菜生產(chǎn)中化肥超量不合理施用導致的面源污染問題，整合現(xiàn)有的針對農(nóng)田面源污染控制直接、有效的化肥減量技術(shù)，在廣州市白云區(qū)開展試驗[11]，利用政府間氣候變化專業(yè)委員會（IPCC）提出的方法，估算不同施肥方式下由于施肥量改變而影響農(nóng)田N2O排放量的差值[12]，定量評估在廣州市白云區(qū)優(yōu)化施肥對蔬菜種植所帶來的N2O減排潛力。為廣州市白云區(qū)蔬菜生產(chǎn)中養(yǎng)分管理措施優(yōu)化、農(nóng)戶節(jié)支增收、維持菜地生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)利用及降低區(qū)域面源污染負荷提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料

技術(shù)試驗示范區(qū)位于廣州市白云區(qū)鐘落潭鎮(zhèn)。示范區(qū)土壤為砂質(zhì)赤紅壤，0～20cm土壤基本理化性質(zhì)為pH6.97，有機質(zhì)24.35g/kg，全氮1.70g/kg，堿解氮117.9mg/kg，銨態(tài)氮15.9mg/kg，硝態(tài)氮27.1mg/kg，速效磷129.55mg/kg，速效鉀179.0mg/kg，容重1.31g/cm3。主要種植葉菜，品種為小白菜，習慣種植蔬菜通常采取直播方式，夏季一般25～30d收獲1茬，冬季40～50d收獲1茬，常年種植。蔬菜生產(chǎn)中施用有機肥和化肥。蔬菜所施化肥主要為挪威復合肥（N、P2O5、K2O比例15∶15∶15），每茬蔬菜生長期間追施1次，用量為60～70kg/667m2，直接撒施。試驗區(qū)供試化肥為尿素（含N46%）、磷酸氫二銨（含N21%、P2O553%）、氯化鉀（含K2O60%）和挪威復合肥（含N15%、P2O515%、K2O15%）。

1.2 方法

有針對性地開展田間試驗，篩選出不降低蔬菜產(chǎn)量的化肥減施幅度及肥料品種的試驗處理。

1.2.1 小區(qū)試驗

小區(qū)試驗設對照處理（CK），不施肥;化肥最佳用量處理（OPT），N、P2O5、K2O用量為最佳施肥量;優(yōu)化施肥條件下化肥氮有機替代10%（T10）;優(yōu)化施肥條件下化肥氮有機替代20%（T20）;優(yōu)化施肥條件下化肥氮有機替代30%（T30）;農(nóng)戶習慣施肥處理（CF）。按照試驗區(qū)種植戶的施肥量、施肥品種、施肥方式進行施肥。

試驗共設6個處理，每處理3個重復，隨機排列，各處理養(yǎng)分用量見表1。每個小區(qū)面積12m2（1.2m×10m）。試驗中農(nóng)戶習慣施肥處理的施肥量、施肥品種和施肥方式等通過實地調(diào)查取得，最佳施肥量處理中養(yǎng)分用量和配比的設置是基于前期的研究成果和廣東省農(nóng)業(yè)廳發(fā)布的測土配方施肥數(shù)據(jù)，結(jié)合試驗地土壤肥力水平和農(nóng)戶施肥量調(diào)查數(shù)據(jù)，設置項目試驗的N、P2O5、K2O最佳施肥量分別為9.5kg/667m2、3.0kg/667m2和8.0kg/667m2，養(yǎng)分比率為1∶0.32∶0.84。

1.2.2 測試指標及方法

采用土壤農(nóng)化常規(guī)分析法測定小白菜地上部分全氮含量。測定蔬菜產(chǎn)量，核算成本收益，評估各處理化肥減量實施效果。

氮肥利用率（NUE）計算公式：

REN=U-U0N×100%

式中，U為施氮區(qū)作物吸氮量，kg/667m2;U0為對照區(qū)作物吸氮量，kg/667m2;N為每667m2化肥氮的投入量，kg/667m2。

由于施用肥料水平的不同，小白菜對肥料氮的利用率也不同，相應的留在環(huán)境中的氮量也將不同。ΔN為外部環(huán)境相同情況下，不同施肥方式在獲得相同產(chǎn)量時帶來的氮肥盈余量。

氮肥盈余量估算公式：

ΔN=Nx×RENc-RENxRENc

式中，Nx為小白菜習慣施肥情況下化肥氮的投入量，kg/667m2;RENc為優(yōu)化施肥情況下氮肥的利用率;RENx為習慣施肥情況下的氮肥的利用率。

根據(jù)廣州市白云區(qū)蔬菜種植面積，估算在全面推廣優(yōu)化施肥情況下，農(nóng)田N2O減排潛力。

區(qū)域N2O減排潛力計算公式：

E=B×A×W

式中，E為N2O減排潛力，kgCO2-eq;B為單位面積農(nóng)田優(yōu)化施肥技術(shù)所帶來的N2O減排量，kgN2O-N/667m2，即單位面積氮肥盈余量所產(chǎn)生N2O排放量，以2006年IPCC國家溫室氣體清單指南（簡稱IPCC2006）提供的方法及相關排放因子、參數(shù)為依據(jù)計算;A為區(qū)域蔬菜種植面積，667m2;W為N2O-N排放量換算成N2O排放量的系數(shù)，44/28。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用EXCEL2010軟件進行數(shù)據(jù)分析和處理。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 不同處理下蔬菜產(chǎn)量

試驗區(qū)小白菜生長期在27～32d，1a共種植小白菜8茬。試驗結(jié)果顯示，隨著種植茬數(shù)增加，不施肥對照處理小白菜產(chǎn)量呈降低趨勢。相比對照，施肥顯著增加小白菜產(chǎn)量。常規(guī)施肥處理每茬小白菜產(chǎn)量在3168～3369kg/667m2，優(yōu)化施肥小白菜產(chǎn)量與常規(guī)施肥相比無顯著差異;相比優(yōu)化施肥處理，T10、T20、T30處理的小白菜產(chǎn)量均無明顯變化。

2.2 不同處理下蔬菜氮肥利用率

經(jīng)計算，小白菜氮肥利用率在30.1%～35.2%，不同處理下小白菜氮肥利用率見表2。優(yōu)化施肥及化肥氮有機替代相比常規(guī)施肥處理的氮肥利用率無明顯差異。結(jié)果表明，化肥氮減量及有機氮替代對小白菜氮素吸收量及氮肥利用率無明顯影響。

2.3 優(yōu)化施肥情況下N2O減排潛力

在13.33hm2試驗示范區(qū)推廣優(yōu)化施肥模式，該區(qū)域減少N2O排放5.01kg。根據(jù)《廣州市白云區(qū)2017年度統(tǒng)計年鑒》，2017年廣州市白云區(qū)蔬菜播種面積為40212.27hm2，即在全區(qū)蔬菜種植中推廣優(yōu)化施肥模式，全區(qū)將減少15.11t N2O排放。其中減少N2O直接排放12.29t，占總減排量的81.34%，間接減排量占總減排量的18.66%，間接減排量中，淋溶徑流產(chǎn)生的減排量為大雨揮發(fā)沉淀產(chǎn)生的減排量。

2.4 討論

在蔬菜種植過程中，化肥的過量使用、有機肥用量不足、化肥氮磷鉀比例和有機無機養(yǎng)分比例失調(diào)是蔬菜施肥管理的主要問題。通過優(yōu)化施肥，有效提高蔬菜對肥料的利用效率。小區(qū)試驗表明，在保證蔬菜產(chǎn)量的基礎上，相比習慣施肥，優(yōu)化施肥處理化肥減量35%，說明養(yǎng)分優(yōu)化減施有利于葉菜生長及產(chǎn)量穩(wěn)定。與習慣施肥相比，有機肥代替化肥10%～30%，降低化肥投入量38%～44%，小白菜產(chǎn)量無顯著變化，即化肥優(yōu)化減施條件下，有機肥替代部分化肥有利于進一步降低化肥投入量，說明在廣州市白云區(qū)蔬菜種植過程中化肥優(yōu)化減施潛力較大。

在本試驗研究中，優(yōu)化施肥處理的氮肥利用率與習慣施肥處理相比，有一定程度的提高;不同比例有機肥替代氮肥處理相對于優(yōu)化施肥處理，氮肥利用率有所下降，甚至低于習慣施肥處理，這可能與試驗周期短、有機肥相比化肥養(yǎng)分釋放慢等因素有關。氮肥利用率不但受土壤現(xiàn)有肥力、耕作管理及作物條件等影響，而且還與氮肥施用量、作物產(chǎn)量密切相關。

相比習慣施肥，優(yōu)化施肥模式能夠有效地提高種植過程的氮肥利用效率，減少由于氮肥施用而引起的農(nóng)田N2O排放。依據(jù)不同地區(qū)土壤肥力水平差異，葉菜類蔬菜氮磷鉀養(yǎng)分（N∶P2O5∶K2O）推薦施用比例為1∶0.11～0.53∶0.37～1.29。由于廣州市白云區(qū)小白菜種植密度較大，產(chǎn)量較高，長期以來農(nóng)業(yè)種植習慣，對土壤進行了一定取向性的改變，土壤中營養(yǎng)元素的配比與作物生長所需的相差較大時，將影響作物對營養(yǎng)元素的吸收，特別是氮肥，所以習慣施肥相較于優(yōu)化施肥，在獲得相同產(chǎn)量的情況下，氮肥盈余較多。近年來，隨著耕作水平、種植管理理念的改變，廣州市白云區(qū)葉菜類蔬菜種植氮肥利用效率較高，有機肥替代效果較為緩慢。

農(nóng)戶習慣施肥模式下，每茬葉菜生產(chǎn)中化肥和有機肥的支出費用在108～128元。按照蔬菜產(chǎn)量不降低的評價標準，與農(nóng)戶習慣施肥模式相比，化肥最佳用量處理所用化肥分別為尿素、磷酸二銨和氯化鉀，當前市場價格分別為2000元/t、3800元/t和2500元/t，施用量分別為N 9.5kg/667m2、P2O53.0kg/667m2、K2O8.0kg/667m2，總支出費用為90.71元/（667m2茬）（扣除磷酸二氫胺中氮用量），與農(nóng)戶習慣施肥中挪威復合肥養(yǎng)分投入量相比，每667m2每茬共降低養(yǎng)分投入量16%～29%，實現(xiàn)農(nóng)戶保產(chǎn)增收的目的。

3 結(jié)論

在廣州市白云區(qū)推廣蔬菜優(yōu)化肥減量施肥技術(shù)，有利于增強蔬菜種植戶對減量施肥技術(shù)的認識，提高農(nóng)戶科學種菜意識和素質(zhì)。同時，采用減量施肥技術(shù)較農(nóng)戶習慣施肥技術(shù)能保證蔬菜產(chǎn)量不降低的情況下，減少35%肥料投入，節(jié)約農(nóng)戶投入成本16%～29%，增加農(nóng)戶的收益。減量施肥技術(shù)的應用改變種植戶的傳統(tǒng)施肥觀念，使養(yǎng)分配比更加合理，更加符合蔬菜生長對養(yǎng)分的需求，有效減少菜地養(yǎng)分的損失，提高了蔬菜養(yǎng)分利用效率。廣州市白云區(qū)蔬菜種植如能夠全面推廣蔬菜化肥減量施肥技術(shù)，將有效減少15.11t N2O排放，促進生態(tài)環(huán)境的保護環(huán)境及菜地的可持續(xù)利用。

參考文獻

[1] 張玉銘，胡春勝，張佳寶，等.農(nóng)田土壤主要溫室氣體（CO2、CH4、N2O）的源/匯強度及其溫室效應研究進展[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2011，19（4）：966-975.

[2]金書秦，周芳，沈貴銀.農(nóng)業(yè)發(fā)展與面源污染治理雙重目標下的化肥減量路徑探析[J].環(huán)境保護，2015（08）：50-53.

[3]張強，巨曉棠，張福鎖.應用修正的IPCC2006方法對中國農(nóng)田N2O排放量重新估算[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學報，2010，18（01）：7-13.

[4]張亞捷，牛海山.農(nóng)田土壤氧化亞氮產(chǎn)生機制和相關模型研究進展[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2019，35（05）：554-562.

[5]李長江，溫曉霞，眭彥偉，等.陜西關中農(nóng)田溫室氣體減排潛力分析[J].西北農(nóng)業(yè)學報，2013，22（8）：174-180.

[6]劉欽普.中國化肥面源污染環(huán)境風險時空變化[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2017，36（7）：1247-1253.

[7]王榮萍，余煒敏，李淑儀，等.華南地區(qū)主要蔬菜氮肥肥料利用率研究[J].中國農(nóng)學通報，2016，32（25）：34-39.

[8]宇萬太，周樺，馬強，等.氮肥施用對作物吸收土壤氮的影響-兼論作物氮肥利用率[J].土壤學報，2010，47（1）：90-96.

[9]焦燕，黃耀，宗良綱，等.氮肥水平對不同土壤N2O排放的影響[J].環(huán)境科學，2008，29（8）：2094-2098.

[10] 黃紹文，唐繼偉，李春花，等.我國蔬菜化肥減施潛力與科學施用對策[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2017，23（6）：1480-1493.

[11]寧建鳳，艾紹英，李盟軍，等.化肥減量配合有機替代對赤紅壤常年菜地蔬菜生長及土壤氮平衡的影響[J].熱帶作物學報，2019，40（5）：1008-1014.

[12]李夏菲，楊璐，于書霞，等.湖北省油菜測土配方施肥下N2O減排潛力估算[J].中國環(huán)境科學，2015，35（15）：3817-3823.

（責任編輯 賈燦）