施用腐植酸肥对氮素淋失及油麦菜生长的影响

赵凤亮　李虹　曹彦圣　文少白　杨桂生　王徐彤

摘 要 为明确施用腐植酸肥对氮素淋失和油麦菜（Lactuca sativa var longifoliaf. Lam）生长的影响，通过盆栽试验法测定了砖红壤-油麦菜系统各处理不同形态氮淋失量、油麦菜农艺形态指标以及植株吸氮量。结果表明：可溶性有机氮占氮淋溶量的73.8%～76.8%，是氮素淋失的主要形态。常规处理铵态氮、硝态氮和可溶性有机氮淋失量最高，分别为3.9、48.3和163.2 mg/pot。随着腐植酸肥用量的增加，氮素淋溶损失逐渐降低。施用腐植酸肥增加油麦菜的生物量和氮素利用率，但是过量施用会影响生物量的积累，抑制根系的生长。综合考虑土壤氮素淋失和油麦菜生长状况，腐植酸肥施用量为650 mg/kg时较为适宜。

关键词 腐植酸肥；油麦菜；氮淋失；氮素利用率；砖红壤

中图分类号 S141；S512 文献标识码 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

为提高作物产量，种植户往往盲目地过量施用氮肥，但作物氮肥利用率普遍较低[1-2]，大部分氮肥流失到周边环境中，造成严重的环境污染[3]。其中蔬菜施氮量尤其较高，是粮食作物的数倍至数十倍[4]，这直接会增加地下水硝酸盐污染的风险[5-6]。前人研究表明，施用有机肥可以抑制硝态氮向下迁移，从而在一定程度上降低氮素淋失风险[7-8]。有关有机肥对蔬菜地氮素淋失效应的研究已有较多的报导[4，7-9]，但鲜有研究关注腐植酸肥对土壤氮素淋失的影响。本研究选择华南地区普遍种植的叶菜类蔬菜即油麦菜为研究对象，研究腐植酸肥对氮素淋失及油麦菜生长的影响，以期为菜园合理施用腐植酸肥、提高氮肥利用率提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试油麦菜品种为‘广东四季香甜。供试土壤为砖红壤，表层土壤理化性质为有机质13.60 g/kg、全氮0.54 g/kg、有效磷1.38 mg/kg、速效钾8.58 mg/kg，pH为4.59。

供试肥料：氮、磷、钾肥分别为尿素、磷酸二氢钙和氯化钾。腐植酸肥中N、P2O5、K2O含量分别为10%、9%和9%，可溶性有机氮（DON）、铵态氮（AN）、硝态氮（NN）分别占总氮的85%、10%和5%。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于2014年1月21日至3月8日进行试验。设置6个处理：不施肥（T1）、常规化肥（T2）、腐植酸肥处理设4个水平（T3～T6），每处理重复3次。以T1和T2为对照，T2处理N、P2O5、K2O用量分别为80、72、72 mg/kg。T3、T4、T5和T6处理腐植酸肥用量分别为200、500、800、1 000 mg/kg。化肥和腐植酸肥处理分别于移栽后的1、10、20、30 和40 d分5次施用。

塑料盆内径24 cm、高25 cm，盆底钻孔，装土前将100目PVC纱网垫于盆底，纱网上敷设约3 cm厚细砂层。在塑料盆外连接一个塑料桶用以收集淋溶水。每个塑料盆装土10 kg，然后移栽长势均匀的植株（高约3 cm），每盆3株。初始浇水至田间持水量，试验期间用重量法补充水分维持田间持水量的70%～80%。分别于移栽后的第25天和49天2次收集淋溶水，每次取样的同时记录各处理渗漏量。水样盛于100 mL塑料瓶中，并保存在4 ℃冰箱中备测。3月9日收获油麦菜。用去离子水将根系冲洗干净后，将地上部分与根系分开，85 ℃烘干、粉碎后保存于塑料袋中备测。

1.2.2 测定项目及方法 水样总氮利用TN/TOC分析仪（Multi N/C 3000，德国耶拿）测定，硝态氮利用紫外分光光度计法测定（HJ/T 346-2007），铵态氮利用靛酚蓝比色法测定，有机氮由总氮与硝态氮和铵态氮的差值计算所得。分别用直尺和手持式叶绿素计（SPAD-502）测定油麦菜植株高度和叶片叶绿素含量。植株地上部分和根系烘干粉碎后，过65目筛后，分取部分样品，利用凯氏定氮法测定植物样品氮含量。

利用如下公式计算氮素利用率：

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

植株吸氮量=干物质量×氮含量。

1.3 数据处理

利用SPSS 19进行单因素方差分析（One-way ANOVA）和显著性差异分析（p≤0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同处理条件下土壤氮素淋溶量的变化

不同处理土壤淋溶水中铵态氮、硝态氮和有机氮的淋失量见图1。图1显示出氮素淋失量总量。各处理不同形态的氮素淋失量相差很大。各处理氮素淋溶以有机氮为主，占总氮的73.8%～76.8%。常规化肥处理处理AN、NN和DON淋失量最高，分别为3.9、48.3和163.2 mg/pot。各处理不同形态氮素淋溶量均表现为：T2>T3>T4>T5>T6>T1，腐植酸肥处理土壤AN、NN和DON淋溶量均显著低于常规化肥处理（p≤0.05），分别比常规化肥处理低30.7%～40.2%、19.5%～31.3%和15.7%～28.7%。

2.2 不同处理条件下油麦菜形态指标和生物量的变化

肥料为油麦菜生长提供了必需的养分，T1处理植株高度仅5.3 cm（表1），显著低于施肥处理（p≤0.05）。随着腐植酸肥用量的增加，油麦菜株高逐渐增加。施用量超过80 mg/kg株高有所下降，但与T2相比差异并不显著（p>0.05）。各处理油麦菜叶片SPAD值大小趋势与植株高度类似，当腐植酸肥用量达到1 000 mg/kg时（T6）叶片SPAD值显著低于T5和T2。不施肥处理每盆油麦菜生物量仅有0.06 g，各施肥处理生物量介于1.13～1.83 g之间。除T3处理外，其它施肥处理生物量差异并不显著（p>0.05）。在同等施氮量的条件下，T5处理油麦菜生物量比T2处理高16.6%。然而，T5根系生物量最大（0.18 g/plot），显著高于T2、T3和T6，这表明适度的腐植酸肥用量能够显著促进油麦菜根系的生长。

2.3 不同处理条件下氮素利用率的变化

不同的施肥处理对油麦菜氮素利用率具有显著的影响（表2）。随着腐植酸肥用量的增大，氮素利用率显著降低。其中T3处理氮肥利用率超过100%，说明施入的氮不能满足油麦菜生长所需。在施氮量相同的情况下（80 mg N/kg），T5处理氮素利用率比T2高出5.19%。随着腐植酸肥用量的增加，植株含氮量无显著变化，吸氮量呈现先增大后减小的趋势，这与生物量的变化趋势基本一致。T3处理单株油麦菜吸氮量仅为84.30 mg/pot，显著低于其它施肥处理（p≤0.05）。

3 讨论与结论

3.1 施用腐植酸肥条件下土壤氮淋溶量的变化

过量施肥增强了氮素淋失风险，氮素淋失量比不施肥区高出数倍[12]。Glairola等[13]研究发现，有机无机配合施肥模式可以比单施化肥模式显著降低渗漏水中硝态氮渗漏量。在本试验中，施肥处理总氮淋失量是不施肥处理的1.3～1.9倍，单施化肥处理氮淋失量最高为215.4 g。施用腐植酸肥能够降低氮淋失量，且随着腐植酸肥用量的增加，各种形态氮素淋失量均呈下降趋势。与仅施用化肥相比，增施腐植酸肥可减少23.0%的氮淋失。施用有机肥减少土壤氮素淋失的原因可能在于有机肥的施用增加了土壤粒径及团聚体含量，提高了阳离子代换量，从而增加对氮的固持作用[8]。另外，有机肥的交换容量大，对NH4+的吸附多，而且在分解过程中产生的有机酸可降低其周围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，由于有机肥本身具有养分释放缓慢的特点[15]，而化学氮肥施入土壤后其分解释放速度较快[16]，导致单施化肥处理的土壤氮淋洗量较施用有机肥处理高。各处理DON淋失量占总氮淋失量的73.8%～76.8%，NN占21.7%～25.1%，AN所占比重在0.02%之内。DON所占比重明显高于AN和NN，这表明有机氮是土壤氮素淋失的主要形态，这与以前的研究结果并不一致[4，17]，但是与Cao等[18]观测结果相符，即有机氮淋溶量占稻田总氮淋溶量的59.6%～64.1%。Ji等研究结果也表明，有机氮是稻田氮素淋失的主要形态，占总氮的56.8%[19]。这些研究结果之所以不一致，可能与农田类型、土壤质地和肥力有关，这些因素对土壤中氮素的转化均会产生一定的影响。

3.2 最佳施肥量的确定

肥料类型和施肥量与氮素去向密切相关，是影响蔬菜产量和氮素利用率的重要因素[9]。在本试验条件下，随着腐植酸肥用量的增大，作物产量呈现先增加后减小的趋势，T5生物量最大，这与靳永胜[10]和李永胜[11]等研究结果一致。氮肥利用率从126%（T3）降至37.5%（T6）。低施肥量条件下（T3）氮肥利用率超过100%，说明施入氮不能满足其生长所需，需要从外界（土壤、大气沉降和灌溉等）摄取，这需要利用15N同位素示踪法作进一步的验证。除去施肥量较低的两个处理（T3和T4），油麦菜氮素利用率介于37.5%～53.3%之间，这与根据蔡贵信等[20]报道的全国平均氮素利用率（30%～51%）十分接近，但普遍高于曹兵等[21-22]对大白菜和番茄地的报道（14.5%～24.6%）以及徐捷等[9]对甘蓝的研究结果（10.6%～24.2%），这与土壤基础肥力以及肥料类型有关。

农业生产中氮肥的过量施用已造成了严重的环境问题，必须改变以往不合理的菜园施肥方式，兼顾经济效益和环境效益。因此，探索适宜的施肥模式以提高氮肥利用率、降低氮素流失幅度是解决农业可持续发展中各种矛盾的关键[9]。本试验中，土壤移出氮（y1，淋溶与植株吸收之和）与施入氮（x）呈抛物线关系y1=-0.001 1×x2+1.431 1×x+141.22 （R2=0.976），当施入氮为650 mg/kg时，土壤移出氮达到最大值606.7 mg/pot。植株吸收氮（y2）与施入氮亦呈抛物线关系y2=-0.000 9×x2+1.249 9×x+13.607（R2=0.991），当施入氮为649 mg/kg时，土壤移出氮达到最大值448 mg/pot。因此，当腐植酸用量为650 mg/kg时为最佳施肥量；低于该施肥量则不能满足油麦菜生长所需，高于该施肥量则会增加氮素淋溶风险。

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