优化施肥对萝卜产量和肥料利用率的影响

张佳佳，丁文成，艾 超，崔荣宗，李明悦，金崇伟，徐新朋，何 萍*

（1 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081；2 山东省农业科学院农业资源与环境研究所/山东省植物营养与肥料重点实验室，山东济南 250100；3 天津市农业资源与环境研究所，天津 300192；4 浙江大学环境与资源学院/污染环境修复与生态健康教育部重点实验室，浙江杭州 310029）

萝卜为十字花科植物，是以直根膨大形成肉质根为食用器官的根类蔬菜，因丰富的营养价值和超强的保健作用深受世界各地人们的喜爱[1]。近年来我国萝卜种植规模基本稳定，种植面积120万hm2，总产量2680万t，在我国蔬菜生产和消费中占有重要地位[2]。

施肥是保证蔬菜优质高产的重要技术措施之一，但目前蔬菜施肥多按当地传统经验进行，菜农一味追求高产以致施肥过量或不均衡现象普遍存在且日益严重[3-4]。在对全国31个省份露地蔬菜的施肥调查中发现[5]，20余种蔬菜 (包括叶菜类、根菜类、瓜类和葱姜蒜类) 氮肥年平均用量为N 600～800 kg/hm2，施氮量最高的地区达N 1000 kg/hm2，但未显著增加产量，导致了较低的氮肥利用率和严重的环境污染。在天津市调查的80个农户，萝卜单季氮磷施用量分别为N 340 kg/hm2和P2O5300 kg/hm2，大部分农户不施钾肥[6]，而萝卜为喜钾作物，对钾的需求量很大，其吸收量大于氮。此外，菜农施用钾肥多以硫酸钾为主，认为氯化钾会对蔬菜产生毒害作用，从而降低产量和影响品质，但研究表明[7-8]，即使在忌氯作物马铃薯和甘薯上，施用适当的含氯钾肥并未影响其产量和品质，甚至比含硫钾肥增产提高品质效果更突出，且氯化钾经济效益优于硫酸钾。蔬菜生产中有机无机配施已成为我国施肥制度的主要特色之一，其在提高产量、培肥地力、促进养分循环和再利用中的地位和作用已得到普遍证实和肯定[9-10]。但有机肥过量施用不仅不能显著提高产量和肥料利用率，而且同样会引起硝态氮累积及污染地下水等环境问题[11]。综上所述，萝卜生产中肥料养分过量或不平衡投入，不仅影响产量、降低肥料利用率，而且对环境构成威胁。因此，迫切需要探讨萝卜科学的施肥管理措施。

当前关于萝卜生长发育性状[12]、品质性状[13]及需肥特性[14]等方面的研究较多，而对于通过优化施肥量和施肥时间对萝卜产量和肥料利用率影响的研究鲜有报道。本文利用在四个萝卜产区开展的两季不同施肥措施田间试验，研究了通过优化施肥量和施肥时间对萝卜产量和肥料利用率的影响。

1 材料与方法

1.1 试验地点

表1 田间试验点气候类型信息Table 1 Climate types information of field experimental sites

于2016年秋季和2017年春季在天津、山东、浙江和河北设置4个田间试验点，试验点气候类型信息见表1，试验开始前0—20 cm耕层土壤基本理化性质见表2。其中山东和河北地区两季为定位试验。

1.2 试验设计

田间试验共设7个处理，分别为：农民习惯施肥 (FP)；优化施肥[NPK (S)，钾肥为硫酸钾]；基于NPK (S) 处理的不施氮、不施磷和不施钾处理；优化施肥 + 有机肥 (NPKM (S)，钾肥为硫酸钾)；优化施肥 + 有机肥[NPKM (Cl)，钾肥为氯化钾]。缺素处理用于计算当季肥料利用效率。FP、NPK (S)、NPKM(S) 和NPKM (Cl) 处理施肥量见表3。小区面积为30 m2，每个处理3次重复，随机排列。

农民习惯施肥：施肥量依据当地农民习惯而定，肥料品种均为复合肥或掺混肥，肥料均作为基肥播种前一次性撒施并旋耕入土。

优化施肥：按照每生产1 t萝卜需吸收N 3.1～3.5 kg、P2O51.1～1.9 kg和K2O 4.4～4.8 kg的养分比例[15]确定施 N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2。根据萝卜生长发育特性，确定氮肥基追比为4∶3∶3，追肥分别在莲座期和肉质根膨大中期进行，钾肥基追比为6∶4，追肥在膨大中期进行，磷肥一次性基施。基肥均为播种前撒施并旋耕入土，追肥穴施在植株附近。氮磷钾肥分别为：尿素 (N 46%)、过磷酸钙 (P2O512%) 和硫酸钾 (K2O 50%)。

优化施肥 + 有机肥：优化施肥基础上配施有机肥。有机肥全部播种前基施，化肥施用量和施肥方法同NPK (S) 处理。供试钾肥设硫酸钾NPKM (S) 和氯化钾NPKM (Cl) 两个处理。

萝卜品种均采用当地常规品种，田间试验基本信息见表4。各地区按常规进行统一田间管理。

表2 土壤基本化学性质Table 2 Chemical properties of the soils

1.3 养分测定及数据分析

萝卜收获时，每个小区全部收获测定产量，记录各处理鲜重。每小区取代表性萝卜5株，将肉质根和叶片分开，于105℃杀青30 min，65℃烘干至恒重称重，用于计算收获指数和含水量。烘干样品粉碎后测定肉质根和叶片中的全氮、全磷和全钾含量，全氮、全磷和全钾含量采用H2SO4-H2O2方法消煮，并分别采用凯氏法、钒钼黄比色法和原子吸收法测定。

田间试验于播种前后分别采集0—20、20—40、40—60、60—80和80—100 cm土壤测定土壤硝态氮和铵态氮含量，使用0.01 mol/L CaCl2浸提，土与浸提液的比例为1∶10，用SEALAA3流动注射分析仪测定。土壤含水量在105℃烘干测定。

植株养分吸收量 (plant nutrient accumulation,kg/hm2) = 肉质根干物质重 × 肉质根养分含量 + 叶片干物质重 × 叶片养分含量；

氮素回收率 (recovery efficiency of nitrogen, REN) =(施氮处理植株氮累积量-不施氮处理植株氮累积量)/施氮量 × 100%；

氮素农学效率 (agronomy efficiency of nitrogen,AEN, kg/kg) = (施氮处理肉质根产量-不施氮处理肉质根产量)/施氮量；

氮素偏生产力 (partial factor productivity of nitrogen,PFPN, kg/kg) = 施氮处理肉质根产量/施氮量；

磷和钾养分利用率计算同氮。

氮素表观损失的计算公式为[16]：

氮素表观损失=施氮量 + 土壤起始氮 + 土壤氮素净矿化 - 植株吸氮量 - 收获后土壤残留氮；

土壤氮矿化量=不施氮小区植株吸氮量 + 不施氮小区土壤氮残留 - 不施氮小区起始氮。

试验数据采用SAS 9.3软件进行方差分析，多重比较采用LSD最小极差法。用Microsoft Excel 2016软件进行图表制作。

2 结果与分析

2.1 产量

图1显示，与FP处理相比，2016年秋季天津、山东、浙江和河北四个地区NPK (S) 处理的产量平均增加了4.2 t/hm2，2017年春季平均增加了2.0 t/hm2，其中河北地区增加达到显著水平。与NPKM(S) 处理相比，2016年秋季四个地区NPK (S) 处理的产量平均增加了6.6 t/hm2，其中河北地区达到显著水平，2017年春季各地区两处理间产量均无显著性差异。NPKM (S) 和NPKM (Cl) 处理相比，两季四个地区产量均无显著性差异。

2.2 植株养分吸收量

图2表明，2016年秋季天津、山东、浙江和河北四个地区NPK (S) 处理的植株氮、磷和钾养分吸收量较FP处理平均分别增加了28.4、5.6和17.2 kg/hm2，2017年春季平均分别增加了13.0、3.0和14.7 kg/hm2，其中河北地区达到显著水平。NPK (S)和NPKM (S) 处理以及NPKM (S) 和NPKM (Cl) 处理相比，两季四个地区均无显著性差异。

表3 FP、NPK (S)、NPKM (S) 和 NPKM (Cl) 处理施肥量Table 3 Rates of fertilizer application for FP, NPK (S), NPKM (S), and NPKM (Cl) treatments for radish in different sites

2.3 肥料利用率

2.3.1 氮肥利用率 图3所示，与FP处理相比，2016年秋季天津、山东、浙江和河北四个地区NPK(S) 处理的AEN、REN和PFPN平均分别增加了44.0 kg/kg、26.7%和131.2 kg/kg，2017年春季平均分别增加了21.7 kg/kg、11.1%和89.9 kg/kg，除河北地区PFPN外，均达到显著水平。

与NPKM (S) 处理相比，2016年秋季四个地区NPK (S) 处理的AEN、REN和PFPN平均分别增加了65.5 kg/kg、17.9%和235.0 kg/kg，2017年春季平均分别增加了2.6 kg/kg、9.1%和208.5 kg/kg，除2017年春季山东地区外均达到显著水平。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 处理相比，两季四个地区NPKM (S) 处理的AEN、REN和PFPN平均分别增加了0.4 kg/kg、3.9%和1.7 kg/kg，整体未达到显著水平。

表4 田间试验基本信息Table 4 Management of experiments in each site

图1 不同施肥处理萝卜肉质根产量Fig. 1 Fleshy root yield of radish under different treatments

2.3.2 磷肥利用率 图4所示，两季四个地区NPK(S) 处理的磷肥利用率均显著高于FP处理。其中2016年秋季NPK (S) 处理的AEP、REP和PFPP较FP处理平均分别增加了63.4 kg/kg、18.3%和304.7 kg/kg，2017年春季平均分别增加了42.7 kg/kg、12.3%和288.7 kg/kg。

与NPKM (S) 处理相比，两季四个地区NPK (S)处理的AEP、REP和PFPP平均分别增加了20.8 kg/kg、6.6%和217.2 kg/kg，REP和PFPP均达到显著水平。其中2016年秋季NPK (S) 处理的AEP、REP和PFPP较NPKM (S) 处理平均分别增加了68.5 kg/kg、12.4%和284.5 kg/kg，AEP和PFPP均达到显著水平；2017年春季四个地区NPK (S) 处理的AEP较NPKM (S) 处理平均降低了26.8 kg/kg，未达到显著水平，而REP和PFPP平均分别增加了0.8%和150.0 kg/kg，PFPP达到显著水平。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 处理相比，两季四个地区NPKM (S) 处理的AEP、REP和PFPP较NPKM(Cl) 处理平均增加了3.0 kg/kg、6.2%和1.1 kg/kg，REP达到显著水平。

2.3.3 钾肥利用率 图5所示，与FP处理相比，两季四个地区NPK (S) 处理的AEK和REK平均分别增加了17.6 kg/kg和11.5%，AEK达到显著水平，而PFPK平均降低了35.2 kg/kg，但未达到显著水平。

图2 不同施肥处理萝卜养分吸收量Fig. 2 Plant nutrient uptake of radish under different treatments

与NPKM (S) 处理相比，两季NPK (S) 处理的AEK、REK和PFPK平均分别增加了9.0 kg/kg、3.6%和89.5 kg/kg，PFPK达到显著水平。其中2016年秋季NPK (S) 处理的AEK、REK和PFPK较NPKM (S)处理平均分别增加了39.8 kg/kg、11.4%和124.5 kg/kg，均达到显著水平；2017年春季NPK (S) 处理的AEK和REK平均分别降低了21.8 kg/kg和4.2%，AEK达到显著水平，而PFPK较NPKM (S) 处理显著增加了54.5 kg/kg。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 处理相比，两季NPKM(S) 处理的AEK、REK和PFPK平均分别增加了2.3 kg/kg、7.4% 和1.8 kg/kg，REK达到显著水平。

图3 不同施肥处理萝卜氮肥利用率Fig. 3 Nitrogen use efficiency of radish under different treatments

2.4 氮素表观损失

由表5可知，与FP处理相比，2016年秋季天津、山东、浙江和河北四个地区NPK (S) 处理的氮素表观损失平均降低了157.8 kg/hm2，氮素残留量平均降低了52.7 kg/hm2，四个地区均达到显著水平；2017年春季天津、山东和浙江三个地区NPK (S) 处理的氮素表观损失平均降低了84.0 kg/hm2，氮素残留量平均降低了45.1 kg/hm2，三个地区均达到显著水平，而河北地区FP处理的氮素表观损失较NPK(S) 处理显著降低了29.8 kg/hm2，氮素残留无显著性差异。

与NPKM (S) 处理相比，2016年秋季四个地区NPK(S) 处理的氮素表观损失平均降低了113.8 kg/hm2，氮素残留平均降低了61.4 kg/hm2，四个地区均达到显著水平；2017年春季四个地区NPK (S) 处理的氮素表观损失平均降低了55.4 kg/hm2，氮素残留平均降低了44.0 kg/hm2，除山东地区外均达到显著水平。NPKM (S) 和NPKM (Cl) 处理相比，两季平均的氮素表观损失和氮素残留量均无显著性差异。

3 讨论

3.1 不同施肥措施对萝卜产量的影响

施肥措施、土壤肥力和环境条件等因素与作物生长密切相关，进而对产量产生影响，化肥是蔬菜优质高产的物质基础，平衡施肥能够通过调控营养代谢促进蔬菜高产优质[17]。但目前菜农一味追求高产导致过量或不平衡施肥现象普遍存在。本试验中，农民习惯施肥 (FP) 单季氮 (N)、磷 (P2O5)、钾 (K2O)平均施用量分别为279、236和230 kg/hm2，最高施肥量分别达770、783和690 kg/hm2，远远高于萝卜对养分的需求，但其平均产量和养分吸收量均低于优化施肥[NPK (S)]处理，其中河北地区差异达到显著水平，原因在于NPK (S) 处理施肥量是根据萝卜的养分需求特性确定的，并按照萝卜关键生育时期对养分的需求进行追肥，而河北地区FP处理施肥量偏低，且施肥比例为1∶1∶1，不能满足萝卜对氮磷钾养分的需求。可见，农民习惯施肥量非常不合理，养分过量或不均衡投入均不能显著提高萝卜产量和养分吸收量。

图5 不同施肥处理萝卜钾肥利用率Fig. 5 Potassiumuse efficiency of radish under different treatments

表5 不同施肥处理的氮素去向 (kg/hm2)Table 5 Fate of nitrogen under different treatments

研究表明，有机无机肥料配施可协调养分平衡供应，满足作物生育期对养分的需求，从而提高作物产量[18-19]。本试验中，有机无机配施是在优化施肥基础上配施有机肥[NPKM (S)]，两季NPKM (S) 处理氮 (N)、磷 (P2O5) 和钾 (K2O) 养分投入量较NPK (S)处理平均增幅分别达95.7%、92.7%和37.3%，但两个处理产量和养分吸收量均无显著性差异，这与Dawe等[20]和Ladha等[21]总结的亚洲25个稻田长期定位试验以及魏猛等[22]在甘薯上的研究结果一致，无论是单施化肥还是有机无机配施，只要投入的养分满足作物生长需要，则作物产量差异性不显著。本试验条件下，在优化施肥基础上配施有机肥，萝卜产量没有显著提高，说明优化施肥养分投入量可以满足萝卜生长对养分的需求，施肥量是适宜的，可为萝卜生产合理施肥提供依据。由此可知，为实现我国化肥零增长的目标，在萝卜生产中养分投入相同的前提下，可以采用有机肥替代部分化肥的方式以减少化肥施用量，但合理的替代比例有待进一步田间验证。

长期以来，萝卜生产中菜农认为施用氯化钾会对其产生不利影响，从而降低产量和影响品质，导致生产中不敢使用氯化钾，取而代之的是成本更高的硫酸钾，使得经济效益降低。但侯庆山等[7]和周芳等[8]的研究结果表明，即使在忌氯作物甘薯和马铃薯上，氯化钾施用不超过一定量的情况下 (甘薯K2O不超过225 kg/hm2，马铃薯K2O不超过270 kg/hm2)，Cl-不会在土壤中迅速积累从而对产量和品质造成影响，且施用适当的含氯钾肥比含硫钾肥增产提质效果更突出，但Cl-对露地萝卜的毒害作用未有报道。本研究发现，施用硫酸钾和氯化钾的萝卜产量和品质 (硝酸盐和维生素C含量) 均无显著性差异。因此，萝卜生产中可以使用氯化钾。

3.2 不同施肥措施对萝卜肥料利用率和氮素损失的影响

肥料养分过量或不平衡投入不仅影响产量，而且导致较低的肥料利用率和严重的环境污染[23-24]。养分利用率是衡量施肥合理性和先进性最为直接的指标。本试验中，优化施肥[NPK (S)]处理的氮磷钾肥农学效率、回收率和偏生产力均显著高于农民习惯施肥，与优化施肥 + 有机肥[NPKM (S)]处理相比，肥料利用率也大幅度提高，原因在于后两者养分投入量远高于前者，而产量和养分吸收量没有显著提高，导致肥料利用率降低，这和其他研究结果一致[25-26]。此外，NPK (S) 处理根据萝卜关键生育期对养分的需求，在莲座期和肉质根膨大中期追施氮肥和钾肥，也是肥料利用率提高的主要原因[27]，这与当前倡导的4R养分管理理念相一致，即采用合适的肥料品种、合适的肥料用量、在合适的施肥时间施在合适的施肥位置。

当施氮量超过作物需求时，氮素向环境中的损失就会增加，对环境构成威胁。许多研究表明，随施氮量的增加，土壤剖面硝态氮累积量增加，大量的残留氮在土壤中累积并逐渐淋洗到作物根部以下，是氮素损失的重要途径之一[28]。在本研究中，与FP和NPKM (S) 处理相比，NPK (S) 处理降低了氮素表观损失和氮素残留量，其原因主要是优化施肥减少了施氮量，但产量和氮素吸收量无显著差异，这和其他研究结果一致[29-30]。在本试验中，虽然NPK(S) 处理的施氮量与氮素吸收量之差表现为负值，但本研究土壤具有较高的潜在土壤氮素供应能力，包括土壤矿化氮和较高的土壤氮素残留 (NO3--N + NH4+-N)，如果加上大气干湿沉降等环境带入的养分，NPK (S)处理现有的施肥量足以维持土壤平衡和保持高产。因此，从肥料利用率和氮素损失方面来看，优化施肥处理是合理的，与农民习惯施肥和优化施肥 + 有机肥相比，提高了养分利用率，降低了土壤氮素残留和农田氮素损失。

4 结论

与农民习惯施肥相比，优化施肥处理优化了施肥量和施肥时期，即氮磷钾肥施用量分别为N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2和 K2O 180 kg/hm2，氮肥分别在莲座期和肉质根膨大中期追施，钾肥在肉质根膨大中期追施。优化施肥在保证萝卜产量的基础上，提高了肥料利用率，降低了土壤氮素残留和农田氮素损失，可作为萝卜施肥的依据。同时本研究证明，萝卜生产中可以使用氯化钾作为钾源。在萝卜实际生产中应结合土壤肥力变异，合理调控氮磷钾养分供应，以实现高产高效。