蔬菜化肥減量增效技術(shù)途徑
——以重慶為例

梁 濤，王 帥，廖敦秀，李紅梅，趙敬坤，陳 媛，聶 銘，陳新平，王孝忠*

（1.重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，重慶 401329；2.重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，重慶 401120；3.西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716）

自2005年實(shí)施測(cè)土配方施肥以來，我國(guó)三大主糧化肥利用率提高了7.2%，到2017年，中國(guó)農(nóng)業(yè)每年化肥使用量持續(xù)增加［1］，以蔬菜等經(jīng)濟(jì)作物種植驅(qū)動(dòng)的化肥用量增加是造成我國(guó)化肥用量居高不下的重要原因之一［2-3］。我國(guó)的蔬菜總產(chǎn)量占全世界蔬菜總產(chǎn)量的51%［4］，且每年還以1.1%的速度持續(xù)增長(zhǎng)［5］，大部分蔬菜作物根系淺［6-7］，養(yǎng)分吸收能力弱，需肥量大，農(nóng)戶為了追求蔬菜高產(chǎn)，不惜投入遠(yuǎn)超蔬菜需求的化肥量［8］。我國(guó)單位面積蔬菜的單季總養(yǎng)分投入量是糧食作物的2倍［9］。津冀兩地設(shè)施蔬菜N、P2O5和K2O平均投入分別超出推薦量的2.5、10.4 和2.5倍［2］，蔬菜作物普遍化肥投入過量，肥料利用率相對(duì)較低，如露地和設(shè)施蔬菜氮肥利用率分別為25.9%和19.7%，肥料損失、浪費(fèi)問題突出［10］。

隨著未來人口的日益增長(zhǎng)，以及人們對(duì)健康膳食觀念的增強(qiáng)，蔬菜需求還將繼續(xù)增加，蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)帶來的如土壤酸化效應(yīng)、水體富營(yíng)養(yǎng)化效應(yīng)、活性氮損失、溫室氣體排放等環(huán)境問題將更加嚴(yán)峻［11］。有機(jī)肥部分替代化肥，減少化肥投入，實(shí)施作物-土壤養(yǎng)分綜合管理，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的重要途徑。然而由于蔬菜經(jīng)濟(jì)價(jià)值高，單位產(chǎn)量（值）施肥成本低，農(nóng)民對(duì)高化肥投入量敏感性低，對(duì)減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)敏感，這給蔬菜化肥減量帶來較大困難。據(jù)測(cè)算有機(jī)肥替代化肥的潛力一般在10%～30%之間［12-13］，但是由于蔬菜品類過多，受氣候、土壤條件的影響，不同區(qū)域減肥潛力不同，有機(jī)肥替代化肥水平及其對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響也存在差異［13-14］。重慶市是我國(guó)西南地區(qū)施肥量較高的區(qū)域，蔬菜種植比例高，故本文以重慶為例，采用農(nóng)戶調(diào)查和多點(diǎn)有機(jī)肥部分替代化肥試驗(yàn)（示范），探究區(qū)域有機(jī)肥替代化肥水平及其對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響，為建立區(qū)域化肥減量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展提供技術(shù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

重慶市位于中國(guó)西南地區(qū)，四川盆地東部，長(zhǎng)江上游，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候，年均溫17℃，無霜期250～275 d，年均降水1000～1350 mm，地區(qū)海拔175～2796 m，幅員面積8.24萬km2，重慶市山地多平地少（山地、丘陵、臺(tái)地和平壩分別占全市面積的75.3%、15.6%、5.3%和3.7%），人均耕地僅為0.075 hm2，且耕地以坡耕地為主。重慶市蔬菜種植面積為76.08萬hm2，占總農(nóng)作物種植面積的21.1%，加工蔬菜在國(guó)內(nèi)擁有較高的知名度。

1.2 蔬菜生產(chǎn)化肥投入調(diào)查

2016～2018年針對(duì)重慶市種植面積較大的4種蔬菜類型（榨菜、甘藍(lán)、鮮食辣椒和加工辣椒）開展調(diào)研，內(nèi)容主要包括：蔬菜產(chǎn)量、肥料品種和（N、P2O5、K2O）用量、種植面積等。共調(diào)研石柱縣加工辣椒種植農(nóng)戶160戶，武隆區(qū)甘藍(lán)種植農(nóng)戶128戶，武隆區(qū)鮮食辣椒種植農(nóng)戶142戶，涪陵榨菜種植農(nóng)戶74戶。

不同蔬菜種類化肥投入量來源于重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站調(diào)查數(shù)據(jù)，調(diào)查內(nèi)容由重慶市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站和西南大學(xué)共同設(shè)計(jì)，各區(qū)縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心（站）負(fù)責(zé)調(diào)查，調(diào)查的內(nèi)容主要包括：蔬菜品種、種植面積、肥料（N、P2O5、K2O）用量、產(chǎn)量、聯(lián)系方式等，共調(diào)查各類蔬菜種植戶469戶，涉及62種蔬菜品類，參考《中國(guó)蔬菜栽培學(xué)》［15］將調(diào)查蔬菜分為8個(gè)大類，分別為根菜類（n=50）、水生菜類（n=10）、茄果類（n=47）、瓜菜類（n=22）、甘藍(lán)白菜類（n=64）、綠葉菜類（n=139）、芥菜類（n=110）、薯芋類（n=27），其中甘藍(lán)、白菜的施肥和產(chǎn)量情況類似，本文將兩者歸為一類。

1.3 區(qū)組分析

參考Ye等［16］的區(qū)組分析方法，定量不同區(qū)組農(nóng)戶施肥行為與作物產(chǎn)出的關(guān)系，將調(diào)研農(nóng)戶分為4組：高產(chǎn)低肥組（產(chǎn)量高于平均，化肥投入低于平均）、高產(chǎn)高肥組（產(chǎn)量高于平均，化肥投入高于平均）、低產(chǎn)高肥組（產(chǎn)量低于平均，化肥投入高于平均）、低產(chǎn)低肥組（產(chǎn)量低于平均，化肥投入低于平均），以評(píng)估不同的區(qū)組農(nóng)戶產(chǎn)投情況。

1.4 蔬菜有機(jī)肥部分替代化肥試驗(yàn)示范

試驗(yàn)示范設(shè)置兩個(gè)處理：農(nóng)戶習(xí)慣施肥和有機(jī)肥部分替代化肥處理，習(xí)慣施肥按照種植大戶常年習(xí)慣施肥進(jìn)行，根據(jù)當(dāng)?shù)赝寥篮褪卟水a(chǎn)量，有機(jī)肥替代化肥的比例水平為5%～35%。有機(jī)肥由當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心提供。根據(jù)其原料，參考《中國(guó)有機(jī)肥料養(yǎng)分志》［17］計(jì)算有機(jī)肥養(yǎng)分含量。記錄試驗(yàn)化肥品種、用量、養(yǎng)分含量以及有機(jī)肥品種及用量。試驗(yàn)示范處理面積不低于0.33 hm2。共完成試驗(yàn)（示范）54個(gè)，包含根菜類、茄果類、瓜菜類等7類蔬菜。（表1）。

表1 蔬菜有機(jī)肥部分替代化肥試驗(yàn)（示范）

1.5 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計(jì)比較

文中蔬菜產(chǎn)量、肥料養(yǎng)分投入量采用Excel 2016計(jì)算，使用 Sigma 12.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，最小顯著性差異（LSD）法檢驗(yàn)各組間的差異，以P＜0.05為差異顯著水平。

2 結(jié)果與分析

2.1 重慶化肥投入情況

通過計(jì)算重慶主要作物種類播種面積［18］和單位面積化肥用量［19］推算重慶主要作物類型化肥投入量和占比。結(jié)果表明，與2010年相比，重慶2017年蔬菜化肥投入占總化肥投入量的比例由23.0%增加至35.3%，通過蔬菜化肥投入增量除以總化肥投入增量計(jì)算蔬菜化肥投入增量對(duì)總化肥投入增量的貢獻(xiàn)率，可得2010～2017年重慶61.4%的化肥增量來源于蔬菜生產(chǎn)，而同期水稻、玉米、柑橘等作物化肥投入量占比均有所下降，如水稻化肥投入總量從2010年的15.2%下降至2017年的11.8%，玉米同期由16.4%降至9.3%（圖1）。其主要原因是重慶市傳統(tǒng)糧油作物種植面積降低和多年在糧油作物上開展的測(cè)土配方施肥，其化肥施用面積和單位面積施用量雙雙下降，造成糧食作物化肥投入占比顯著下降。而2010～2017年，柑橘種植面積和單位面積化肥投入雖然相對(duì)穩(wěn)定，但2017年化肥總用量顯著高于2010年，導(dǎo)致柑橘化肥投入占比相對(duì)下降。由此分析，蔬菜生產(chǎn)是造成重慶高化肥投入最主要的因素，且隨著重慶人口的增長(zhǎng)和人民生活水平的提高，還有進(jìn)一步增加的趨勢(shì)。

重慶469個(gè)蔬菜種植戶調(diào)查結(jié)果（圖2）顯示，瓜菜類和茄果類菜單位面積化肥總投入量最高，分別為603.6和561.4 kg·hm-2，這與其多次采收、生長(zhǎng)周期長(zhǎng)、施肥次數(shù)較多有關(guān)；其次甘藍(lán)白菜類和綠葉菜類分別為543.4和507.9 kg·hm-2，根菜類、水生菜和薯芋類菜施肥量最低，分別是387.9、384.0和123.0 kg·hm-2。

從肥料種類來看，以榨菜為主的芥菜類氮肥投入量最高（268.5 kg·hm-2），其次為甘藍(lán)白菜類（253.8 kg·hm-2），瓜菜類（240.7 kg·hm-2），茄果類（224.1 kg·hm-2），綠 葉 菜 類（216.9 kg·hm-2）。磷肥用量較高的為茄果類（151.9 kg·hm-2）、綠葉菜類（144.1 kg·hm-2）、甘藍(lán)白菜類（139.6 kg·hm-2），其次是根菜類（100.9 kg·hm-2），水生菜類（91.4 kg·hm-2）和芥菜類（83.0 kg·hm-2），薯芋類（35.1 kg·hm-2）最低。瓜菜類和茄果類鉀肥用量最高，分別達(dá)到218.8和185.4 kg·hm-2，而薯芋類、水生菜類、根菜類最低，這可能是鉀肥單價(jià)較高，農(nóng)民更愿意將高價(jià)格肥料用于經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的蔬菜種類。

2.2 蔬菜化肥減量及有機(jī)肥替代潛力

由于不同農(nóng)戶間肥料投入差異大，基于產(chǎn)量和化肥投入的區(qū)組分析可以用于優(yōu)勢(shì)農(nóng)戶評(píng)估節(jié)肥和增產(chǎn)的潛力，進(jìn)而指導(dǎo)區(qū)域綠色發(fā)展。重慶市4種主要蔬菜種類種植農(nóng)戶區(qū)組分析（圖3）顯示，優(yōu)勢(shì)農(nóng)戶（高產(chǎn)低肥組）能夠施用較低用量化肥取得較高的產(chǎn)量，該組農(nóng)戶種植的甘藍(lán)（鮮食）、辣椒（鮮食）、榨菜（加工）和辣椒（加工）化肥用 量 分 別 是402、355、281和495 kg·hm-2，分別比相應(yīng)蔬菜種類所有調(diào)查農(nóng)戶平均化肥用量低48.7%、37.4%、32.0%、28.3%，但其產(chǎn)量分別為66.9、38.7、42.1和12.9 t·hm-2，分別比相應(yīng)蔬菜種類所有調(diào)查農(nóng)戶平均產(chǎn)量高25.5%、29.4%、16.0%和11.0%。這說明通過優(yōu)化田間管理，特別是施肥管理可以顯著提高農(nóng)戶生產(chǎn)效率和肥料利用率。

在番茄、黃瓜、榨菜等25個(gè)高施肥量蔬菜品種上開展的54個(gè)有機(jī)肥替代化肥試驗(yàn)示范結(jié)果（圖4）顯示，與習(xí)慣施肥相比，有機(jī)肥替代化肥可以顯著提高蔬菜產(chǎn)量14.7%，同時(shí)每公頃化肥投入減少88.0 kg·hm-2，減量17.3%，其中氮肥、磷肥和鉀肥用量分別降低27.3%、43.6%、17.2%，磷肥減量幅度高于氮肥和鉀肥。由于有機(jī)肥投入的增加，有機(jī)碳顯著增加681.6 kg·hm-2，有機(jī)替代處理有機(jī)肥總養(yǎng)分投入增加養(yǎng)分47.2 kg·hm-2，其中氮、磷和鉀養(yǎng)分分別增加25.2、9.6、12.1 kg·hm-2。以上結(jié)果表明，在蔬菜種植中有機(jī)肥替代化肥可以減少化肥用量和總養(yǎng)分投入，同時(shí)顯著增加作物產(chǎn)量。

3 討論

十九大報(bào)告指出，在農(nóng)業(yè)上要實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略，必須以綠色發(fā)展為引領(lǐng)。而農(nóng)業(yè)區(qū)域綠色發(fā)展必須實(shí)現(xiàn)合理高產(chǎn)、資源投入高效和低環(huán)境代價(jià)［9］。蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)是導(dǎo)致重慶市化肥高投入最主要的原因。同時(shí)重慶地區(qū)蔬菜種植具有復(fù)種指數(shù)高，區(qū)域降水量大、菜地坡度高等自然環(huán)境特征，使得高化肥投入的蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)成為區(qū)域面源污染的主要來源，給重慶地表水和三峽水庫造成較大的環(huán)境壓力，蔬菜化肥減量增效應(yīng)成為重慶實(shí)施農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的主要目標(biāo)。

3.1 蔬菜化肥投入與減量潛力

重慶地區(qū)化肥用量高。重慶469個(gè)蔬菜種植戶調(diào)查結(jié)果顯示，重慶蔬菜化肥總用量平均為502.7 kg·hm-2（123～603 kg·hm-2），化肥氮、磷、鉀用量分別為N 232.7 kg·hm-2，P2O5128.7 kg·hm-2，K2O 141.3 kg·hm-2，顯著高于糧食作物（315.3 kg·hm-2）［22］和蔬菜推薦用量［23］。如本文調(diào)查重慶甘藍(lán)白菜氮、磷和鉀施用量分別為N 253 kg·hm-2，P2O5139 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2，而按照農(nóng)業(yè)部春季主要農(nóng)作物科學(xué)施肥指導(dǎo)意見［23］，重慶甘藍(lán)平均產(chǎn)量水平為（4500～5500 kg·hm-2），推薦量為N 210 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2，K2O 135 kg·hm-2，重慶甘藍(lán)化肥投入量高于推薦量，尤其是磷肥投入量，遠(yuǎn)超推薦量。同時(shí)，本文調(diào)查的重慶蔬菜施肥量與黃紹文等［24］在西南地區(qū)蔬菜調(diào)查量相比，化肥用量偏低，這可能是由于后者調(diào)查對(duì)象主要是茄果類、瓜菜類和甘藍(lán)白菜類等高施肥量蔬菜種類，且西南地區(qū)樣本量（144個(gè)）相對(duì)較少，再加上西南五省間的土壤和氣候條件差異較大，未能充分體現(xiàn)重慶蔬菜化肥投入的情況。

重慶蔬菜系統(tǒng)化肥減量潛力大，本文通過區(qū)組分析顯示，重慶甘藍(lán)、鮮食辣椒、榨菜和加工辣椒高產(chǎn)低肥區(qū)組與農(nóng)戶平均水平相比，化肥投入比平均低28.3%～48.7%，產(chǎn)量比平均水平高11.0%～25.5%。此減量潛力低于黃紹文等［24］估算的我國(guó)蔬菜化肥減量潛力（34.8%～76.8%），這與其調(diào)查的基準(zhǔn)施肥量較高有關(guān)。

3.2 有機(jī)肥部分替代對(duì)重慶化肥減施潛力的影響

有機(jī)肥部分替代化肥是我國(guó)控制化肥用量，提高養(yǎng)分資源利用率，改善土壤質(zhì)量的主要途徑［13，25-26］。已有研究表明，增加有機(jī)肥投入還可以顯著增加蔬菜產(chǎn)量，提高蔬菜品質(zhì)［26-28］。本文54個(gè)試驗(yàn)示范結(jié)果表明，蔬菜化肥投入每公頃減少88.0 kg·hm-2，減量17.3%，有機(jī)肥養(yǎng)分投入增加養(yǎng)分7.2 kg·hm-2，總養(yǎng)分量減少7.9%，可以顯著增加蔬菜產(chǎn)量14.7%。與任科宇等［26］研究結(jié)果一致。有機(jī)肥具有增產(chǎn)提質(zhì)的原因可能是有機(jī)肥的施用直接增加了微量元素的投入［29］，同時(shí)有機(jī)肥中的有機(jī)碳可提高作物根系生物量及根系分泌物含量，進(jìn)而提高土壤微生物生物量碳氮及土壤養(yǎng)分有效性［30］。研究表明，有機(jī)肥在蔬菜需氮量較少的早期會(huì)固定無機(jī)氮，生長(zhǎng)后期促進(jìn)有機(jī)氮礦化，從而提高白菜對(duì)氮的吸收，獲得增產(chǎn)［31］，有機(jī)肥的投入還可以改善土壤質(zhì)量，通過提高土壤大團(tuán)聚體比例和穩(wěn)定性，以及微生物量和豐度，改善土壤質(zhì)量，減少養(yǎng)分流失，增加作物的抗逆性［32-33］，這可能也是本文中有機(jī)肥替代在總體養(yǎng)分減少仍然能取得高產(chǎn)的主要原因。本研究采用單季多點(diǎn)方式，受土壤養(yǎng)分殘留影響較大，其對(duì)蔬菜產(chǎn)量和土壤的長(zhǎng)期影響，還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

重慶蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)化肥用量高是重慶化肥用量較高的主要原因，重慶蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)具有較大的減肥潛力，尤其是多次采收和淺根系蔬菜。通過有機(jī)肥部分替代化肥可以降低化肥用量的同時(shí)顯著提高蔬菜產(chǎn)量。