水肥一體化氮肥減量增效研究

于倩倩，許愛(ài)霞*，趙佳秀 (.泰州市姜堰區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇泰州 5500；.揚(yáng)州大學(xué)土壤健康研究所，江蘇揚(yáng)州 57)

設(shè)施栽培通過(guò)改變作物生長(zhǎng)的水、肥、氣、熱等生活因子，使得作物產(chǎn)量比露地栽培明顯偏高，既可以滿足農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)需求，又可以獲得顯著的經(jīng)濟(jì)效益，近年來(lái)在全國(guó)各地發(fā)展均較快。設(shè)施栽培在部分地區(qū)甚至成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民增收和地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要渠道。由于設(shè)施栽培在我國(guó)發(fā)展歷程很短，加上我國(guó)設(shè)施栽培環(huán)境各地差異很大，與國(guó)外也不同，因此國(guó)內(nèi)外可以借鑒的經(jīng)驗(yàn)極其有限。在設(shè)施栽培過(guò)程中的肥水管理多沿用露地栽培經(jīng)驗(yàn)。肥料施用的結(jié)構(gòu)往往以少量有機(jī)肥加氮磷鉀大量元素化肥為主，這在作物生長(zhǎng)相對(duì)較慢的露地栽培條件下一般不會(huì)造成土壤養(yǎng)分平衡性很快下降，但無(wú)法滿足在設(shè)施栽培作物生長(zhǎng)較快條件下土壤養(yǎng)分平衡性的基本維持，設(shè)施栽培3～5年后土壤養(yǎng)分平衡性就可能遭受嚴(yán)重破壞。過(guò)量施用的養(yǎng)分在土壤中不斷積累，而土壤中得不到補(bǔ)足甚至從未施肥補(bǔ)充的養(yǎng)分很容易快速耗竭，成為制約作物生長(zhǎng)的最小養(yǎng)分，而最小養(yǎng)分的存在是制約作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量形成的首要因子，如果最小養(yǎng)分得不到補(bǔ)充，作物就會(huì)生長(zhǎng)不良甚至死亡。現(xiàn)階段由于缺乏設(shè)施土壤養(yǎng)分豐欠指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系與便捷的測(cè)試手段，無(wú)法對(duì)土壤養(yǎng)分平衡性及時(shí)作出科學(xué)的診斷，盲目施肥的現(xiàn)象十分普遍。氮磷鉀肥料的大量投入與作物對(duì)養(yǎng)分吸收利用能力的銳減，造成土壤中部分養(yǎng)分快速積累，引起次生鹽漬化、生物多樣性破壞等土壤問(wèn)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(tài)氮形態(tài)存在于土壤溶液中，極易通過(guò)水分運(yùn)動(dòng)進(jìn)入環(huán)境。磷素和鉀素在土壤中極易被多種物質(zhì)或黏土礦物所固定或者吸附而失去水溶性，隨水進(jìn)入環(huán)境的比例很小。精準(zhǔn)控制氮素投入、加強(qiáng)作物對(duì)現(xiàn)有氮素的高效利用成為目前設(shè)施栽培土壤管理的首要任務(wù)。為進(jìn)一步完善和掌握江蘇省主要農(nóng)作物水肥一體化施肥技術(shù)參數(shù)，扎實(shí)推進(jìn)水肥一體化技術(shù)推廣，按照江蘇省水肥一體化氮肥減量增效展示試驗(yàn)的基本要求，筆者以該區(qū)種植農(nóng)戶最多、消費(fèi)比例最大、施肥量較大的小白菜作為供試作物，開(kāi)展水肥一體化氮肥減量增效試驗(yàn)。

1 材料與方法

試驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省泰州市姜堰區(qū)顧高鎮(zhèn)俞莊村綠申園農(nóng)業(yè)科技農(nóng)業(yè)基地，屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候，季風(fēng)環(huán)流氣候影響顯著，四季分明，冬夏較長(zhǎng)，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(shí)數(shù)22 059 h，無(wú)霜期215 d。全年氣候溫暖，光照充足，雨水充沛，農(nóng)業(yè)氣候條件優(yōu)越。

試驗(yàn)點(diǎn)土壤為砂壤土，試驗(yàn)處理前土壤基本理化性質(zhì)測(cè)定結(jié)果：pH 5.97，EC 0.68 mS/cm，有機(jī)質(zhì)13.41 g/kg，硝態(tài)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(jī)肥(江蘇永佳現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技有限公司)，有機(jī)質(zhì)45%，總養(yǎng)分5%；45%(15-15-15)“紅三角”復(fù)合肥(中國(guó)石化集團(tuán)南京化學(xué)工業(yè)有限公司)；尿素(山西晉豐煤化工有限責(zé)任公司)，含氮率46%。

試驗(yàn)小區(qū)面積21 m，設(shè)7個(gè)處理，各處理重復(fù)3次。常規(guī)基肥為15 t/hm“奉元”有機(jī)肥和750 kg/hm“紅三角”復(fù)合肥。常規(guī)追肥為150.0 kg/hm尿素。減氮施肥處理外，其他肥水運(yùn)籌均保持與一般生產(chǎn)習(xí)慣相同。

處理①空白對(duì)照(CK1)，常規(guī)基肥+不施用任何追肥，產(chǎn)量為追肥空白產(chǎn)量；處理②常規(guī)施肥(CK2)，常規(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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(qū)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(jī)質(zhì)、pH、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀含量。

作物收獲后小區(qū)單收統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量，隨機(jī)采集作物樣品，對(duì)可食用部分的形態(tài)、鮮重、干重以及含氮量等指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

增產(chǎn)率=(處理區(qū)產(chǎn)量-常規(guī)區(qū)產(chǎn)量)/常規(guī)區(qū)產(chǎn)量×100%。節(jié)肥率=(處理區(qū)肥料成本-常規(guī)區(qū)肥料成本)/常規(guī)區(qū)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(duì)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(yǎng)分吸氮總量=可食部分含氮量×可食部分產(chǎn)量。產(chǎn)投比=(處理作物可食部分產(chǎn)量×產(chǎn)品批發(fā)價(jià)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(qū)產(chǎn)量-常規(guī)區(qū)產(chǎn)量)×產(chǎn)品批發(fā)價(jià)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(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析與作圖采用Excel 2016。

2 結(jié)果與分析

不同處理小白菜產(chǎn)量與效益見(jiàn)表1。由表1可知，除處理⑦外，小白菜產(chǎn)量與追肥減氮量呈正相關(guān)關(guān)系，減氮處理均能提高產(chǎn)量，其中處理⑥的產(chǎn)量最高，處理⑤次之，較常規(guī)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(wú)顯著差異。從不同處理的經(jīng)濟(jì)效益看，除處理⑦外，不同處理的產(chǎn)投比、凈效益均與追肥減氮量呈正相關(guān)關(guān)系，其中處理⑥最高，產(chǎn)投比達(dá)2.93，較處理②提高32.58%，收益達(dá)71 130.50元/hm，較處理②提高58.91%，凈效益達(dá)26 367.80元/hm，處理⑤次之，產(chǎn)投比與收益較處理②分別提高18.55%與33.73%，凈收益達(dá)15 099.80元/hm。

表1 不同處理的經(jīng)濟(jì)效益Table 1 Economic benefits of different treatments

不同處理小白菜的養(yǎng)分吸收與肥料利用率見(jiàn)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(yǎng)分吸收量來(lái)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(yǎng)分利用率水平與小白菜產(chǎn)量水平之間關(guān)系較為密切。

表2 不同處理小白菜的養(yǎng)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(qū)的土壤性質(zhì)測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。由圖1a可知，除不追肥的空白處理①土壤有機(jī)質(zhì)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(tài)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(nèi)，各施肥處理土壤pH隨著追肥減施比例提高有上升趨勢(shì)。

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

試驗(yàn)條件下，減氮處理對(duì)小白菜作物生長(zhǎng)的影響較明顯，但對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀及pH等基本性質(zhì)影響比較復(fù)雜。不同重復(fù)之間的測(cè)定結(jié)果差異較大，這除受小白菜生長(zhǎng)與養(yǎng)分吸收影響之外，與滴灌帶鋪設(shè)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(guān)系。試驗(yàn)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(xiàn)徑流現(xiàn)象，這容易導(dǎo)致水溶性養(yǎng)分在土壤中分布不均勻，導(dǎo)致各處理、重復(fù)之間數(shù)據(jù)的不確定性。改善水分管理方式、適當(dāng)擴(kuò)大小區(qū)面積、增加樣品采集的代表性等可能有利于提高試驗(yàn)結(jié)果的可靠性。與試驗(yàn)前土壤樣品的測(cè)定結(jié)果相比，試驗(yàn)后各處理土壤基本性質(zhì)發(fā)生一些變化，這與施肥、作物生長(zhǎng)與吸收有關(guān)外，試驗(yàn)過(guò)程土溫和氣溫均由低溫向高溫過(guò)渡較快，對(duì)土壤基本化學(xué)性狀的影響也不容忽視。在類似試驗(yàn)中增加對(duì)土溫、氣溫等環(huán)境因子的觀測(cè)，更有利于對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)客觀的分析。

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

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

(3)試驗(yàn)條件下，減氮處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)、硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀及pH等基本性質(zhì)影響不大。

綜上所述，適宜的減氮處理有增產(chǎn)增效作用，在農(nóng)民常規(guī)追肥基礎(chǔ)上減氮25%的處理效果最好，節(jié)本增效綜合作用最大。