不同施肥处理对土壤氮淋溶及设施辣椒品质的影响

2020-11-16刘迪杜连凤李顺江康凌云朱鑫宇刘文科

农业工程技术·温室园艺 2020年8期

刘迪杜连凤李顺江康凌云朱鑫宇刘文科

|摘要|试验以嫁接辣椒为试验材料，设置传统施肥（FP）、有机肥+75%化肥（N1）、有机肥+50%化肥（N2）、30%有机肥+50%化肥（N3）、30%有机肥+50%化肥+活性炭32.4 kg/小区（N4）5个处理组，研究不同施肥處理对设施辣椒产量、品质以及对土壤氮素淋溶的影响。结果显示，N1处理组淋溶液氮素比其它4个处理组少34%～65%;产量与经济效益方面FP比其余4个减量施肥处理组低18%～43%，N1处理组产量显著高出5%～43%（P<0.05）;5个处理组辣椒植株氮素吸收量与果实品质差异不显著（P>0.05）。

引言

近年来中国设施蔬菜产业蓬勃发展，但同时也逐渐暴露出很多问题，在种植过程中部分生产者因缺乏专业知识，施肥与灌水凭借主观经验，存在为追求产量及经济效益而常年使用“重肥重水”的管理模式。这种模式不仅造成了土壤中积累过量的氮磷元素，随着灌水向着深层土壤及地下水淋溶，造成水体污染，对环境造成不良影响;并且氮、磷利用率较低，造成资源浪费的同时也对蔬菜品质造成了极大的影响[1-3]。

设施蔬菜占农业经济的比重较大，设施水肥的投入比例也越来越大，导致增产效益不太显著，更有甚者会出现增产效益递减。在京津冀地区调查时发现，保护地栽培表层的土壤硝态氮积累含量达到1230 kg/hm2，是普通粮田的3.5倍，这些问题是设施农业在可持续发展道路上的巨大阻碍[4-6]。

该试验在北京市大兴区农业技术示范站开展，根据对当地设施农业的调查，通过传统施肥与变量施肥等不同施肥方式间的比较，研究不同施肥处理下的辣椒氮素吸收率、土壤淋溶液硝态氮和氨态氮的含量、辣椒产量及经济效益，探索使农业污染源头部分得到优化处理的可行措施，最终以环境效应和经济效益综合因素作为评价指标得出较优施肥处理，以期为设施农业长期可持续发展提供参考。

试验处理与测试方法

试验场所

试验地点位于北京市大兴区营镇永和庄村农业技术示范站（东经116.56°，北纬 39.66°），基地属于平原地貌，海拔约20 m，年平均气温为11.6℃，降雨量为556 mm。试验布置在大兴示范站的8号日光温室内，温室跨度7 m，长65 m，高3.5 m。温室已连续种植16年，每年种植春提前和秋延后两茬作物，主要种植茄果类作物，一般6月底～9月初扣棚，进行土壤消毒。

温室土壤为壤土，温室0～100 cm深处土样理化性质为：全氮1.01 g/kg，速效磷177.16 mg/kg，

速效钾372.06 mg/kg，pH为8.28，有机质14.3 g/kg。供试温室土壤检测参数见表1。

试验材料

试验材料为嫁接辣椒，接穗品种为‘迅驰，砧木品种为‘格拉夫特，‘格拉夫特砧木接口愈合快、成苗率高、根系强大，不同土壤和气候下反映为免疫或高抗根腐病、疫病、青枯病、线虫等土传病虫害，可使嫁接苗健壮，抗寒性提高，坐果快、膨大快，还可减少叶片侵染性病害的发生，降低植保成本，有效延长采收期，其强大的早发能力还可促进早采收，提高单产。

辣椒接穗与砧木长至5～7片真叶时开始准备嫁接，辣椒于2019年2月25日嫁接;嫁接后嫁接苗放置在阴凉通风处，待伤口愈合后炼苗1周左右，于2019年3月21日进行定植。

辣椒定植前施好底肥，辣椒定植采用1垄3行的定植模式，行间距为45 cm，株距为40 cm。

处理设置

传统施肥，一般底肥施用有机肥，有机肥为当地腐熟鸡粪肥料，其碳氮比为11，全氮1.2%，含水量31.1%。追肥使用复合肥，复合肥氮磷钾比率为16：8：34。

8号棚种植辣椒，处理中以有机肥作为底肥，在种植前全部施入;化肥作为追肥，分6次平均施入。试验设5个试验处理，每个处理3次重复，每个小区面积3.6 m×7 m=25.2 m2，各处理小区施肥量如下：

①FP传统施肥处理（有机肥4000 kg/667 m2+化肥20 kg/667 m2）;

②N1变量处理（有机肥4000 kg/667 m2+化肥15 kg/667 m2）;

③N2变量处理（有机肥4000 kg/667 m2+化肥7.5 kg/667 m2）;

④N3变量处理（有机肥1200 kg/667 m2+化肥7.5 kg/667 m2）;

⑤N4变量处理（有机肥1200 kg/667 m2+化肥7.5 kg/667 m2+860 kg/667 m2的活性炭）。

每个处理安装1个智能刷卡式水表，即每套水表和施肥装置连接一个处理的3个重复小区，在所有小区南边设置进水阀门。灌溉时采用3个重复（5个小区）间轮替灌溉，每次灌溉时首先关闭重复2和重复3的10个小区的进水阀门，打开重复1的5个小区的进水阀门，设置好小区灌水量，然后打开水管总开关对重复1的5个小区分别进行定量灌水和施肥。等待重复1的5个处理小区灌溉完毕后，关闭重复1的5个小区进水阀门，打开重复2的5个小区进行定量灌溉，方法与重复1相同，重复3与重复1相同。这样可以实现对每个小区进行水量和肥料控制，同时最大节省时间和人力财力。

这部分试验探究有机肥与化肥施肥量差异性对土壤氮淋溶的影响，筛选对土壤氮淋溶和蔬菜品质产量等综合因素方面较为优秀的有机肥与化肥配施的施肥量，探究增施活性炭的效果。

试验方法

◆土壤样品采集与测定

试验前期采集温室土壤的基础数据，包括全氮、速效磷、速效钾、pH、田间持水量、萎蔫含水量、饱和含水量、饱和导水率等。试验开始前在试验地挖 1 m 深土壤剖面，按照气象仪监测土壤层次取原状土壤样品，测定土壤基本理化性状;土壤质地用比重计法;土壤容重用环刀法。

土壤样品采集用土钻多点、混合采集各小区0～100 cm深处土壤样品。土壤样品分为两份，其中一份风干保存（不少于1.0 kg），另一份为新鲜土壤样品，用封口袋冷冻保存（不少于1.0 kg）。一部分新鲜土样采用氯化钙浸提，浸提液震荡过滤取滤液通过连续流动分析仪检测硝态氮、铵态氮;一部分土样阴凉风干后过筛，消煮后通过凯氏定氮仪检测全氮，钼锑抗比色法检测全磷，火焰光度计检测有效钾。

◆植株样品采集与测定

辣椒产量统计方法为，在小区内随机选取5株辣椒做标记，采收随机选取的5株辣椒所有辣椒果实并且统计产量，然后统计小区内所有辣椒植株的数量。小区辣椒产量=小区辣椒植株数量×（随机选取5株辣椒果实的总产量/5）。

辣椒植株生长后期进行采集，测定产量，放入烘箱105℃烘0.5 h杀青，然后75℃烘干，用研磨机研磨，检测辣椒果实含水量、全氮、硝酸盐含量、VC含量、总酸量、可溶性固形物含量等。

◆淋溶液样品采集与测定

试验温室各处理小区中央0.9 m土层下都设置淋溶液渗滤池。

渗滤液的收集依据渗滤池法，渗滤池的大小按照试验设计而定，渗滤池从地面下挖0.9 m深，渗滤池底部中心根据淋溶桶的体积下挖一个圆柱状坑，把渗滤池底部修成四面高中心低，方便渗滤液进入淋溶桶中。放置好淋溶桶后，盖上带纱网的漏水桶盖，用防水膜铺满渗滤池，用压膜环固定防水膜，带纱网的漏水桶盖上覆盖好细沙及小石子，防止泥土进入淋溶桶，淋溶桶上方开两个小孔，装上管件，作为吸水管和气管，吸水管及气管顶端露出地面100 cm，方便吸取渗滤液及通气。安置好渗滤液收集装置后，按照土壤深度依次回填，填土距地面35 cm时灌一次水，帮助土层沉静压实，减去距地面30 cm的防水膜，方便进行农业操作。

淋溶水样采集和分析需要取出淋溶液收集桶内全部淋溶液，记录淋溶液总量。摇匀后，取2个

混合水样（每个样约500 mL，如淋溶液不足1000 mL则将淋溶液全部作为样品采集，供化验和备用），其中一个分析测试用，另一个备用。淋溶液采集样品瓶可用普通矿泉水瓶，采样前需用蒸馏水洗净，采样时再用淋溶液润洗。水样瓶需进行编号，每个样品瓶写两个同样的编号，以防编号丢失，记录淋溶液含量，通过连续流动分析仪检测硝态氮、铵态氮。渗滤池如图1所示。

数据处理

试验数据制图采用Microsoft Excel 2007，数据的差异性分析、方差分析等采用SPSS Statistics 19.0;氮素利用率=（施氮区作物氮素吸收量-不施氮处理作物氮素吸收量）/小区施氮量×100%。

經济效益=作物产量×作物单价-作物种子-人工费-机械费-肥料投入（据调查2019年北京地区辣椒价格平均为10元/kg;辣椒种子价格380元/hm2;人工费+机械费=5760元/hm2;鸡粪476元/t;复合肥13000元/t）。

试验结果

施肥方式对淋溶液中氮含量的影响

由图2可知，不同施肥方式各处理间淋溶液中氨态氮的含量存在差异，N1处理组与其他4个处理组硝态氮含量差异显著，其他4个处理组间差异不显著。N1处理组淋溶液中氨态氮含量最低，氨态氮含量仅为0.014 mg/L，N2处理组淋溶液氨态氮含量最高，氨态氮含量为0.036 mg/L;FP处理组比N1处理组淋溶液氨态氮含量高56%，N1处理组相较于FP处理组淋溶液中氨态氮含量明显降低，说明化肥减量在一定情况下可以降低淋溶液中氨态氮的含量。N2处理组比N1处理组淋溶液氨态氮含量高61%，可看出基肥施用量相同的情况下，化肥的减量并没有使淋溶液中氨态氮降低;N3处理组比N4处理组淋溶液氨态氮含量高1.1%，且差异不显著，说明增施活性炭能减少氨态氮的淋溶。

对淋溶液中硝态氮含量检测发现（图3），不同施肥方式淋溶液中硝态氮的含量差异显著，FP处理与N1处理、N3处理差异显著，与其他处理差异不显著。在不同施肥处理中N1处理组淋溶液中硝态氮含量最低，硝态氮含量仅为34.95 mg/L，FP处理组硝态氮含量最高，硝态氮含量为126.01 mg/L;硝态氮含量从大到小依次为FP处理>N4处理>N2处理>N3处理>N1处理，N1处理组比FP处理组有效阻控硝态氮含量达73%，差异显著;N4处理组比N3处理组硝态氮含量高30%，说明活性炭反而促进了硝态氮的淋溶，促进淋溶效果差异不显著。各减量施肥处理组淋溶液总氮含量均比FP处理组显著降低30%～73%，说明降低施肥量能显著降低淋溶液中硝态氮的含量。

施肥方式对淋溶液中总氮与可溶性总氮含量的影响

淋溶液中可溶性总氮与总氮含量各处理间差异显著，说明施肥处理对氮素淋溶影响效果显著。淋溶液中总氮（图4）和可溶性总氮（图5）含量与硝态氮含量相似，总氮与可溶性总氮含量从大到小依次为FP处理>N4处理>N2处理>N3处理>N1处理，硝态氮是淋溶液氮素含量的主要影响因子。

施肥对辣椒植株氮素利用率的影响

对2019年监测期植株生长期氮素吸收量与利用率进行分析，5个处理组辣椒植株氮素吸收量差异均不显著。辣椒植株吸氮量与利用率（表2）结果显示：氮素吸收量最大处理组为N2处理，N2处理组氮素吸收量高于FP传统处理和N1处理分别为12.9%和13.4%，说明在一定情况下基肥使用量相同的情况下，追肥使用量越越低越能促进辣椒植株对氮素的利用率;N2处理氮素吸收量高于N3处理和N4处理组分别为34%和14.2%，说明在化肥使用量相同的情况下，基肥施用量越大氮素的吸收量越大;N3处理和N4处理组对比，在施肥量完全相同的情况下，N4处理组比N3处理组的辣椒氮素吸收量增加了17.4%，说明在施肥量相同的情况下，增施活性炭能提升氮素的吸收量，但是氮素吸收量增加不显著。

辣椒植株氮素利用率中N4处理组与其余4个处理组差异显著。N1处理、N2处理、N3处理、N4处理组均比FP传统施肥处理组辣椒植株氮素利用率高;N4处理氮素利用率显著高于其他4个处理组;N2处理氮素利用率比FP和N1处理分别高出2.33%和1.85%，说明基肥施用量相同的情况下，追肥施用量越大，辣椒植株氮素利用率越低;N4处理组氮素利用率高于N3处理和N2处理组分别为1.44%和4.06%，说明在化肥使用量相同的情况下，基肥施用量越小，氮素的利用率越大，N4处理组的是在施肥量完全相同的情况下，增施860 kg/667 m2的活性炭，氮素利用率增加了1.44%，说明在施肥量相同的情况下增加活性炭能提升氮素利用率。

施肥方式对辣椒产量和经济效益的影响

对2019年监测期辣椒产量与经济效益进行统计（表3）。

结果显示成本方面FP处理组的成本最大，成本大小依次为FP处理>N1处理>N2处理>N4处理>N3处理。产量方面变量处理组都比FP有所增加，N1处理产量最高，达到了20026.46 kg/hm2，产量大小依次为N1处理>N4处理>N3处理>N2处理>FP处理，N1处理产量高于FP和N2处理组43.23%和21.24%，说明在基肥施用量相同的情况下，追肥施用量降低时产量会先增加后降低，化肥使用量较高时会影响根系对肥料的利用与吸收，阻碍作物的生长，施肥量过少则作物生长所需元素不足;N4处理组产量比N3处理组高0.67%，在底肥与追肥相同的情况下，N4处理增施活性炭可以增加产量，但是产量增加不显著。

产量是决定经济效益的重要因素，N1处理组经济效益最高，达到了18.36万/hm2，FP处理经济效益最低，N1处理经济效益高出FP和N2处理组49.15%和23.64%;N4处理组经济效益比N3处理组高0.7%，基肥与追肥施用量相同的情况下增施活性炭能增加一部分金及效益。成本投入的变化在于各个小区的施肥量，施肥量减少产量在一定程度上增加，经济效应也同时增加;产量大致相同的情况下，减少成本投入经济效益会增加。

不同施肥处理对辣椒果实硝酸盐含量的影响

蔬菜硝酸盐含量是影响蔬菜品质的重要影响因素之一，蔬菜无公害种植应该把硝酸盐含量控制在一定范围内。图6为不同施肥处理下辣椒果实硝酸盐含量，5个处理组硝酸盐含量水平都较低，远低于中国茄果类蔬菜硝酸盐限量（NO3-432 mg/kg）。

5个处理组硝酸盐含量水平差异显著，FP、N1、N2等3个处理组显示在基肥相同的情况下，追肥施用量越低辣椒果实硝酸盐含量越高。N2比FP硝酸盐含量高出25%，FP与N2两个处理差异极显著;N2处理比N1硝酸盐含量高出8%，且差异显著;N2、N3、N4等3个处理组显示在追肥施用量相同的情况下，基肥施用量降低辣椒果实硝酸盐含量逐渐降低，N2处理比N3硝酸盐含量高出20%，差异显著;N3与N4处理组对比，说明在施肥相同的情况下，施用活性炭降低果实6%的硝酸盐吸收量，差异显著。

不同施肥处理对辣椒果实VC含量的影响

由图7分析可知，N4处理组辣椒VC含量与其余4个处理组差异显著。N4处理组辣椒果实VC含量最高，FP、N1、N2等3个处理组显示在基肥相同的情况下，追肥施用化肥量逐渐降低时，辣椒果实VC含量先上升后降低;N2、N3两个处理组显示在追肥施用量相同的情况下，基肥施用量降低时，辣椒果实VC含量也降低;N3与N4处理组对比，说明在施肥相同的情况下，施用活性炭可以增加辣椒果实VC含量，差异显著。

不同施肥处理对辣椒果实总酸量与可溶性固形物含量的影响

由图8～9可知，不同施肥处理对辣椒总酸含量和可溶性固形物含量差异均不显著。这两个指标都可以表示辣椒果实的成熟度，确定辣椒的采收期，一定程度上反映果实的新鲜度;试验中的减量施肥处理并不会对辣椒总酸量以及辣椒固形物含量造成不良影响。

讨论与结论

王文军[7]等人研究发现，氮肥减量20%～40%或氮磷钾肥各减量20%都能够提高蔬菜产量、产值和利润。邹朋[8]研究发现与常规施肥相比，施用75%施氮量的控释肥料加配施25%普通尿素的掺混肥处理使辣椒增产15.83%，节本增效效果最为显著，其经济和社会效益最佳。本试验中有机肥4000 kg/667 m2+化肥15 kg/667 m2（N1处理）与传统施肥处理有机肥4000 kg/667 m2+化肥20 kg/667 m2（FP）相比，化肥减量25%，产量显著增加43%，经济效益也显著增加。刘蕾[9]研究结果发现减量施肥能显著降低崇礼区坡地氮磷径流损失，其中，化肥减量25%和专用肥处理对全氮及硝态氮径流损失的削减效果较好，较常规施肥可减少全氮径流损失量22.48%～23.58%、硝态氮径流损失量29.90%～30.01%。本试验发现，有机肥4000 kg/667 m2+化肥15 kg/667 m2（N1处理）比传统施肥处理（FP）化肥减量25%处理下，N1处理组比FP处理组有效阻控硝态氮含量达32%，与刘蕾的研究相符。

淋溶液中氮元素可以反映出人为施肥造成的氮淋失量，N1处理组淋溶液硝态氮、氨态氮、总氮含量比其他4个处理组显著降低，产量与经济效益也最佳;果实品质方面辣椒硝酸盐含量差异显著，FP处理组与N4处理组硝酸盐含量最低，不过其余各处理组硝酸盐含量都远低于我国茄果类蔬菜硝酸盐限量（NO3- 432 mg/kg），其余各项品质检测差异不显著。因此，N1处理组（有机肥4000 kg/667 m2+化肥15 kg/667 m2）可应用于辣椒保护地栽培，起到氮素阻控作用，且经济效益良好。

参考文献

[1] 韩张雄，董亚妮，王曦婕，等.设施蔬菜地施用磷肥对土壤及环境中磷素积累的影响研究现状[J].中国农业信息，2016（20）：70-72.

[2] 张桃林.加强土壤和产地环境管理促进农业可持续发展[J].中国科学院院刊，2015，30（4）：435-444.

[3] 方宇媛，许信旺，吴文忠，等.种植业水环境面源污染及防治对策研究[J].池州学院学报，2010，24（6）：72-75.

[4] 张志剑，王兆德，姚菊祥，等.水文因素影响稻田氮磷流失的研究进展[J].生态环境，2007（6）：1789-1794.

[5] 李天来.我国日光温室产业发展现状与前景[J].沈阳农业大学学报，2005（2）：131-138.

[6] 杜新强，方敏，冶雪艳.地下水“三氮”污染来源及其识别方法研究进展[J].环境科学，2018，39（11）：5266-5275.

[7] 王文军，朱克保，叶寅，等.水肥一体肥料减量对大棚番茄产量、品质和氮肥利用率的影响[J].中国农学通报，2018，34（28）：

38-42.

[8] 邹朋，陈宏坤，张哲，等.控释掺混肥对辣椒产量、氮素利用率及生长发育的影响[J].农业科技通讯，2016（11）：125-128.

[9] 刘蕾，张国印，郜静，等.减量施肥对崇礼区农业氮磷流失的削减效应[J].河北农业科学，2019，23（6）：82-87.

作者简介：刘迪（1995-），女，山东巨野人，硕士研究生，研究方向为设施果蔬高效栽培、设施园艺环境工程调控。E-mail：liudi95@qq.com。