设施番茄-黄瓜轮作体系适宜水氮管理和双氰胺调控模式研究

田晓楠,张丽娟,聂文静,王小敏,杨迎,李博文*,郭艳杰*

设施番茄-黄瓜轮作体系适宜水氮管理和双氰胺调控模式研究

田晓楠1,张丽娟1,聂文静2,王小敏1,杨迎1,李博文1*,郭艳杰1*

1. 河北农业大学 资源与环境科学学院;河北省农田生态环境重点实验室;河北省蔬菜产业协同创新中心, 河北 保定 071001 2. 河北师范大学环境科技有限公司, 河北 石家庄 050000

本文采用田间小区试验法研究了不同水氮管理配施双氰胺（DCD）对设施番茄-黄瓜轮作体系经济效益及土壤基本理化性质的影响，探索适宜的番茄-黄瓜轮作水氮管理与DCD调控模式。结果表明：在番茄-黄瓜轮作体系中，与农民常规相比，减氮控水配施DCD处理在保证产量的前提下，节省全年总投入4600～6134 yuan/hm2，产投比增加4.29%～10.86%；设施番茄、黄瓜氮素利用率分别显著提高到31.41%、18.57%。设施番茄体系中，减氮控水配施DCD处理较农民常规氮肥农学效益提高了20.82%～61.04%，灌溉水农学效益增加了25.82%～40.20%。设施黄瓜体系中，减氮控水配施DCD处理化肥农学效益和灌溉水效益显著提高。其中，氮肥农学效益是农民常规处理的1.17～2.53倍；生育期内减氮控水配施DCD处理灌溉量较农民常规减少了33.87%，但灌溉水农学效益却提高了54.31%～63.79%。另外，减氮控水配施DCD还可在一定程度上减轻土壤酸化和盐分累积、增加土壤阳离子交换量。综合分析，设施番茄、黄瓜追施氮量分别为250 kg N/hm2、380 kg N/hm2，同时配施10%DCD，并结合控水灌溉3200 m3/hm2、4100 m3/hm2，可实现经济与环境双赢，是适宜的调控模式。

设施番茄-黄瓜轮作; 水氮管理; 双氰胺; 调控模式

近年来，设施蔬菜栽培已成为我国农业和农村经济发展的重要支柱产业。据统计，截至2019年，河北省设施蔬菜面积已达194.8×103hm2，占蔬菜总面积22.43%[1]。然而，作为一种高投入高产出的产业，设施蔬菜生产中菜农为追求更高经济效益，盲目施肥（尤其是氮肥）及漫灌，获得高收益的同时带来了众多负面效应。例如，河北省设施番茄、黄瓜常规纯氮投入量高达3297 kg N/hm2、4701 kg N/hm2，其中，化肥纯氮投入量为990 kg N/hm2、1300 kg N/hm2，已超过推荐量的2.5倍[2]，但氮肥利用率仅14.5%～22.5%，低于世界平均水平，氮素损失严重[3]。另外，设施蔬菜灌溉用水量一般在9000～9750 m3/hm2/a，最高达12000 m3/hm2/a，水分利用率只有50%～60%[4,5]。如此不合理的水氮管理模式导致水肥资源浪费、蔬菜作物减产、品质下降、同时还对环境造成了负面影响。目前，大气中每年有80%～90%的N2O和1%～47%NH3来源于农业土壤，而N2O和NH3作为PM2.5的重要前驱物，可加剧雾霾产生[6,7]。因此，如何在保证经济效益的同时提高氮肥利用率，减少环境负效应是设施蔬菜可持续发展的关键。

大量研究表明，减氮控水管理模式以及添加硝化抑制剂是减少氮素损失，提高氮肥利用率，减轻环境负效应的有效调控措施。其中，减氮控水管理是实现蔬菜可持续发展的重要措施；双氰胺（DCD）作为当前最广泛使用的硝化抑制剂之一，因其具有价格低，易溶于水，低残留，环境效益较好等优点备受人们青睐[8]。已有研究表明，减氮控水管理配施硝化抑制剂在减缓环境污染的同时可提高作物产量，改善作物品质[9]。当前有关减氮控水基础上配施硝化抑制剂多集中在单季作物，轮作条件下施用效果以及经济和环境效益，尤其是对土壤环境基本理化性质的影响研究相对较少。为此，本文以设施番茄-黄瓜轮作生产体系为研究对象，分析减氮控水配施DCD对番茄-黄瓜轮作体系经济和环境效益的影响，探索设施番茄和黄瓜适宜的水氮管理与DCD调控模式，从而为设施蔬菜的健康生产可持续发展提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地基本情况

试验地设在河北省沧州献县蔡西村富农蔬菜基地（E116°12′，N38°18′）。该基地已有20余年的设施栽培历史，拥有405个设施大棚，常见轮作模式为西红柿（春夏茬）和黄瓜（秋冬茬）轮作。该区域属温带大陆性季风气候，常年降水量560 mm，年日照2800 h，无霜期189 d，年日平均气温12.2 ℃，四季分明，光照充足，土壤类型为砂质壤土，适合温室大棚蔬菜的发展。试验地温室0～30 cm耕层土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤的基本理化性质

1.2 供试材料

供试氮肥为尿素（N，46%），磷肥为过磷酸钙（P2O5，12%），钾肥为硫酸钾（K2O，50%），硝化抑制剂为双氰胺（DCD），优级纯（N，66.7%）。

供试作物为番茄（品种：秦风F1）和黄瓜（品种：盛丰70）。

1.3 试验设计

采用田间小区试验法，番茄（春夏茬）和黄瓜（秋冬茬）轮作，一年两季。番茄、黄瓜均设5个处理，分别为：对照（CK）、农民常规水氮管理（CM）、推荐水氮管理1（RM1+DCD）、推荐水氮管理2（RM2+DCD）、推荐水氮管理3（RM3+DCD），每处理3次重复。试验地于春夏茬番茄幼苗移植前1周施入含氮270 kg N/hm2的腐熟鸡粪作为基肥，供试氮肥尿素于番茄生长的第一、二、四、五穗果实膨大期和收获中期根据植物生长状况进行5次追施（按番茄生育期需肥规律和需肥量分配）。CK不追施任何氮素；CM共追施氮素410 kg N/hm2；RM1+DCD共追施氮素170 kg N/hm2；RM2+DCD共追施氮素210 kg N/hm2；RM3+DCD共追施氮素250 kg/hm2。DCD施用量为化学氮肥纯氮量10%。所有处理均按当地传统习惯追施磷、钾肥，施用总量为240 kg P2O5/hm2和400 kg K2O/hm2。

秋冬茬黄瓜试验开始时普施有机肥810 kg N/hm2基肥（腐熟的鸡粪加牛粪，1:1），供试氮肥全部为追施，共追肥4次（按黄瓜生育期需肥规律和需肥量分配）。CK不追施任何氮素；CM共追施氮素870 kg N/hm2；RM1+DCD共追施氮素380 kg N/hm2；RM2+DCD共追施氮素470 kg N/hm2；RM3+DCD共追施氮素560 kg N/hm2。DCD施用量为氮肥纯氮量10%。所有处理均按当地传统习惯追施磷、钾肥，施用总量为160 kg P2O5/hm2和130 kg K2O/hm2。

番茄-黄瓜轮作体系中，DCD与尿素混匀后施入土壤，追肥方式均为沟施后覆土灌水。对照和农民常规水氮管理灌水量均与当地常规灌水量相同，其他处理均采用控水灌溉，灌水量根据TDR（时域反射仪）结果确定，当土壤含水率低于作物生长的有效土壤含水率的50%时开始灌水至有效含水率的80%。各处理作物生育期氮肥施用及灌水量设置详见表2。除施肥和灌水外，其余田间管理措施都与当地农民常规管理模式一致。番茄和黄瓜均采用畦栽法种植，番茄小区面积为2.1 m×6 m（定植3行），小区间距0.9 m，种植密度为3.6万株/hm2；黄瓜小区面积为2 m×6 m，株距0.3 m，小区间距0.9 m，种植密度为4.2万株/hm2。

表2 设施番茄-黄瓜施肥具体方案

注：RM1、RM2、RM3：减氮控水处理。下同。

Note: RM1, RM2, RM3: nitrogen reduction and water control treatment. The same as below.

1.4 样品采集与测定

1.4.1 土壤样品测定黄瓜直播前、初瓜期、盛瓜期、末瓜期和拉秧后0～30 cm土壤样品的pH和阳离子交换量（CEC），及黄瓜直播前、拉秧后0～30 cm土壤样品的盐分组成。土壤pH值用pH计测定（水土比2.5:1）；全氮用半微量开氏法测定。土壤阳离子交换量采用1 mol/L中性乙酸铵浸提—火焰光度法测定。土壤盐基离子采用去离子水，按土水比1:5提取，振荡3 min，布氏漏斗抽滤得土壤浸出液。CO32-、HCO3-采用双指示剂中和滴定法；Cl-采用AgNO3滴定法；SO42-采用EDTA间接络合滴定法；K+、Na+采用火焰光度法；Ca2+、Mg2+采用EDTA滴定法。

1.4.2 植物样品分别于番茄（黄瓜）各试验小区选取具代表性植株3株，拉秧时拔取该植株，将茎、叶、果分开，测定植株地上部的全氮含量，计算番茄（黄瓜）植株的氮素利用率。番茄（黄瓜）产量在摘果（瓜）当日用电子天平以小区为单位记录，整个收获期统计各小区总产量。

1.5 数据处理与分析

（1）氮素利用率（%）=（施氮区植株吸氮量－不施氮区植株吸氮量）/施氮量×100%；

（2）氮肥农学效益（kg/kg）＝（施氮区产量－不施氮区产量）/施氮量；

（3）灌溉水农学效益（kg/m3）=产量/灌溉量；

（4）产投比（yuan/yuan）=产值/投入成本。

文中所列数据均为三次重复的平均值，采用Microsoft Excel 2016进行数据处理、作图，采用SPSS 22.0进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同水氮管理配施DCD条件下设施番茄-黄瓜经济效益分析

2.1.1 不同水氮管理配施DCD下设施番茄-黄瓜农资投入分析由表3可以看出，番茄-黄瓜轮作体系农资成本主要由水、电、肥、劳动力等组成，除劳动力成本外，以水肥成本为主。在番茄种植体系中，农民常规CM水肥投入高达20165 yuan/hm2。与CM相比，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD可分别减少58.54 %、48.78%、39.02%化学氮肥投入，减少29.20%灌溉用水电投入；虽然配施抑制剂增加了DCD成本投入，但与CM相比，减氮控水配施DCD处理总投入仍分别减少8.70%、7.76%、6.83%。

在黄瓜种植体系中，农民常规处理水肥投入高达26755 yuan/hm2，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD可分别减少化学氮肥投入56.32%、45.98%、35.63%，减少34.11%灌溉用水电费用；与CM相比，减氮控水配施DCD处理总投入可分别减少12.42%、10.75%、9.06%。

综合全年来看，农资投入主要以水肥费用占很大比例，CM水肥费用占农资投入的82.43%，减氮控水配施DCD处理水肥费用占农资投入的71.65%～74.35%。由于受“施肥越多，产量越高”的常规种植观念影响，本研究中设施春夏季番茄-秋冬季黄瓜轮作农民常规CM全年仅追肥所需氮、磷、钾肥费用已高达21623 yuan/hm2，其中，化学氮肥费用占化学肥料费用的29.60%。农民常规处理灌溉用水电费用达9297 yuan/hm2，占全年总费用的16.33%。与CM相比，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD全年化学氮肥投入可分别减少57.03%、46.88%、36.72%，全年灌溉用水电费用可减少32.04%，全年总投入分别减少10.78%、9.43%、8.08%。由此可知，减氮控水配施DCD处理不仅具有节水、节肥效果，还能明显减少农民总体投入。

表3 不同水氮管理配施DCD下番茄-黄瓜农资投入分析/(yuan/hm2)

注：鸡粪300 yuan/t，牛粪100 yuan/t，尿素2.3 yuan/kg，磷肥2.5 yuan/kg，钾肥6.5 yuan/kg ，DCD 9.0 yuan/kg，水费0.81 yuan/m3，电费0.6 yuan/kw/h，其它费用主要包括劳动力成本。

Note: Chicken manure 300 yuan/t, cow dung 100 yuan/t, urea 2.3 yuan/kg, phosphorus fertilizer 2.5 yuan/kg, potash 6.5 yuan/kg, DCD 9.0 yuan/kg, water 0.81 yuan/m3, electricity 0.6 yuan/kw/h, other costs mainly include labor costs.

2.1.2 不同水氮管理配施DCD下设施番茄-黄瓜收益分析本研究中番茄（春夏）和黄瓜（秋冬）轮作，番茄和黄瓜采摘时期分别在6-7月和10-11月，番茄和黄瓜分别采取当时2.3 yuan/kg、1.5 yuan/kg的平均市场价格来计算其收益。不同水氮管理配施DCD下设施番茄-黄瓜轮作体系的收益状况见表4。在番茄种植体系中，未追施化学氮肥的CK番茄产量较低，各施氮处理产量、产值均有所增加，但处理间差异不显著（>0.05）。在本研究追施氮量170 kg N/hm2～410 kg N/hm2范围内，番茄产量随追施氮量增加而增加。与CM产量和产值相比，减氮控水配施DCD处理产量和产值虽有所降低，但均未达到显著性差异（>0.05）；减氮控水配施DCD处理间，随着氮肥追施量的增加，产投比也随之增加，表现为：RM3+DCD>RM2+DCD>RM1+DCD。其中，RM3+DCD产投比达到13.50 yuan/yuan，较CM增加7.31%。这表明，减氮控水配施DCD对番茄产量、产值、利润无明显影响。

在黄瓜种植体系中，未追施任何化学氮肥的CK处理黄瓜产量最低为60.37 t/hm2，与CK相比，各施氮处理黄瓜产量显著增加（>0.05），但随着施氮量增加秋冬季黄瓜产量呈现逐渐降低的现象，CM产量最低。这说明本研究条件下黄瓜追氮量达到380 kg N/hm2时，产量不再随施氮量的增加而增加。与CM相比，减氮控水配施DCD处理增产2.79%～8.66%，利润提高8.32%～17.17%，产投比增加15.73%～24.33%，且处理间差异不显著（>0.05）。其中，RM1+DCD产投比高达4.19 yuan/yuan，较RM2+DCD产投比增加7.44%，较RM3+DCD产投比增加3.71%。

在整个轮作体系中，与CK相比，各施氮处理显著增加蔬菜产量19.81%～27.20%，不同减氮控水配施DCD处理较农民常规不仅降低了8.08%～10.78%的总投入，且不影响产量，因此对产值和利润影响也不大，且处理间差异也不显著（>0.05），表现为RM3+DCD>RM2+DCD>RM1+DCD。

综上可知，与农民常规施肥处理相比，减氮控水配施DCD处理对番茄、黄瓜产量无显著影响，且具有节肥、节水效果，能明显提高作物利润和产投比。其中，在设施番茄种植体系中，RM3+DCD收益方面较优；在设施黄瓜种植体系中，RM1+DCD收益方面较优。

表4 不同水氮管理配施DCD下番茄-黄瓜收益

注：同一列中带有相同字母表示在0.05水平差异不显著。下同。

Note: The same letter in the same column indicates that the difference is not significant at the 0.05 level by LSD(<0.05). The same as below.

2.2 不同水氮管理配施DCD对设施番茄-黄瓜氮素吸收利用的影响

2.2.1 不同水氮管理配施DCD对设施番茄-黄瓜氮素利用率的影响在番茄体系中，农民常规CM中番茄总吸氮量含量最高（表5），减氮控水配施DCD处理与CM相比，番茄总吸氮量虽有所降低，但处理间无明显差异（>0.05）；分析氮素利用率可知，CM施氮量最高，但氮素利用率仅有13.83%，这表明，过量追肥并不会提高作物对氮素的吸收利用。与CM相比，减氮控水配施DCD处理氮素利用率达到17.10%～31.41%，氮素利用率显著提高，表现为：RM1+DCD>RM2+DCD>RM3+DCD，其中RM1+DCD提高氮素利用率上效果较优，高达31.41%。

在黄瓜体系中，农民常规处理氮素利用率最低，只有9.72%，而其追氮量高达870 kg/hm2，存在氮素大量损失问题。减氮控水配施DCD处理氮素利用率为17.36%～18.57%，与CM相比，氮素利用率显著提高（<0.05）。减氮控水配施DCD处理间无明显差异（>0.05），其中RM2+DCD在提高氮素利用率上效果较优，为18.57%。

综上可知，在整个轮作体系中，农民常规大量施用氮肥并没有促进番茄和黄瓜对氮素的吸收利用，致使氮素利用率低。减氮控水配施DCD处理在不影响番茄和黄瓜对氮素吸收的前提下，显著提高作物氮素利用率，减少了氮素的损失。在设施番茄种植体系中，RM1+DCD在氮素吸收、提高氮素利用率方面效果最佳；在设施黄瓜种植体系中，RM2+DCD在促进黄瓜氮素吸收方面效果最佳。

表5 不同水氮管理配施DCD条件下番茄-黄瓜的氮素利用率

2.2.2 不同水氮管理配施DCD对设施番茄-黄瓜化学氮肥和灌溉水农学效益的影响分析不同水氮管理下设施番茄和黄瓜的氮肥和灌溉水农学效益（表6）可知，番茄体系中，农民常规CM的氮肥农学效益仅为7.11 kg/kg。减氮控水配施DCD处理氮肥农学效益提高到8.59 kg/kg～11.45 kg/kg（<0.05），整体表现为：RM3+DCD>RM2+DCD>RM1+DCD>CM，其中RM3+DCD化学氮肥农学效益提高最大。对于灌溉水农学效益来说，与CM相比，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD番茄的农学效益提高25.82%～40.20%，其中RM3+DCD在保证番茄产量的前提下，番茄灌溉水农学效益高达4.29 kg/m3。

黄瓜体系中，CM的氮肥农学效益为1.29 kg/kg。与CM相比，减氮控水配施DCD处理化肥农学效益提高到2.80 kg/kg～4.54 kg/kg。不同减氮控水配施DCD处理表现为：RM1+DCD>RM3+DCD>RM2+DCD，RM1+DCD在提高化学氮肥农学效益方面效果较好。与CM相比，减氮控水配施DCD可降低黄瓜生育期内33.87%灌溉量，显著提高灌溉水农学效益54.31%～63.79%，但处理间差异不显著（>0.05）。

从全年来看，与CM相比，减氮控水配施DCD处理化学氮肥农学效益提高了50%以上，处理间表现为RM1+DCD处理最佳。与CM相比，减氮控水配施DCD处理在保证全年产量的前提下，降低了生育期内31.78%的灌溉量，从而显著提高灌溉水农学效益40.31%～50.51%，但处理间无显著差异（>0.05）。

综上可知，减氮控水配施DCD能提高化学氮肥农学效益和氮素利用率，节省投入。在设施番茄种植体系中，RM3+DCD处理对其农学效益方面较优；在设施黄瓜种植体系中，RM1+DCD处理对其农学效益方面较优。

表 6 不同水氮管理配施DCD下设施番茄-黄瓜的氮肥和灌溉水农学效益

2.3 不同水氮管理配施DCD对土壤基本理化性质的影响

2.3.1 土壤pH 在黄瓜种植体系中，随黄瓜生长，CK处理0～30 cm土壤pH值较为平稳，无明显变化，各施氮处理由于追施氮量不同，对设施土壤pH值影响也不同（图1）。设施土壤pH值随施氮量的增加呈下降趋势，CM土壤pH值在初瓜期有所升高后迅速下降。黄瓜拉秧后，各处理pH值均有不同程度降低，呈现不同的酸化趋势，CM、RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD与直播前土壤初始背景值相比分别下降12.75%、4.74%、11.50%、11.87%。由此可见，随氮肥施入导致土壤表现出不同酸化趋势，CM酸化趋势最为明显，DCD的添加减缓了酸化趋势，RM1+DCD处理抑制土壤酸化方面效果相对较好。

图1 不同水氮管理配施DCD下设施黄瓜土壤pH

2.3.2 土壤CEC图2为番茄收获后，黄瓜生育期内不同水氮管理配施DCD下土壤CEC变化趋势。经过一年轮作后，CK土壤CEC变化趋势平稳，各施氮处理在初瓜期达到峰值后逐渐降低。其中，CM拉秧后土壤CEC较CK降低了9.04%。与CM相比，减氮控水配施DCD可提高土壤CEC，RM1+DCD、RM2+DCD、RM3+DCD拉秧后土壤CEC分别提高了16.88%、16.25%、12.93%，其中，RM1+DCD效果最佳。

图2 不同水氮管理配施DCD下设施黄瓜土壤CEC

2.3.3 耕层土壤盐分组成图3为设施黄瓜直播前及拉秧后不同水氮管理配施DCD下耕层土壤盐分离子组成。可以看出，该试验地耕层土壤盐分离子在黄瓜直播前以阳离子Na+、阴离子Cl-为主，分别占盐分离子总量的15.76%、34.70%。随黄瓜生长发育，拉秧后，减氮控水配施DCD处理的各盐分离子含量均低于CM相应含量，其中，耕层土壤阳离子K+、Na+、Ca2+、Mg2+离子含量分别降低了10.52%～20.47%、27.17%～27.29%、9.63%～13.65%、21.13%～24.32%；土壤阴离子HCO3-、SO42-、Cl-含量分别下降了0.04%～3.90%、28.45%～36.90%、3.22%～12.08%。土壤NO3-离子含量累积明显，其中CM含量为1071.62 mg/kg，减氮控水配施DCD处理的NO3-离子含量较CM降低了29.57%～30.56%。由此可知，减氮控水配施DCD可有效降低耕层土壤中含盐量，减少因施肥引起的盐分累积，改善土壤质量。其中，RM1+DCD处理效果最佳。

图3 设施黄瓜不同时期耕层土壤盐分离子组成

3 讨 论

在设施蔬菜栽培中，农民为追求高产及更高经济效益，盲目过量投入氮肥并采用频繁大水漫灌等不合理的农业措施，导致氮肥的增产效率低下，氮素利用率不高，且易发生硝酸盐的积累造成土壤酸化、盐碱化，显著影响了土壤质量。本研究中，农民常规水氮管理模式导致水肥投入过高，全年水肥投入高达46920 yuan/hm2，收益和产投比却很低，分别为36.77万yuan/hm2，7.46 yuan/yuan。在轮作体系中，减氮控水配施DCD处理并没有引起番茄、黄瓜产量显著降低，还使全年产投比增加了4.29%～10.86%。这与张琳[9]等人的研究结果一致，长期集约化种植导致设施内土壤中无机氮本底值较高，而适量减氮控水足以满足蔬菜生长对氮素需求，不会显著降低作物产量和经济效益。大量研究表明，氮肥过量施用导致作物总吸氮量不高，并且氮素利用率也随之下降。而硝化抑制剂DCD与尿素配合施用可在一定程度上使作物体内的氮素吸收总量得到提高，提高土壤氮素的利用效率。本研究条件下，在番茄季，与CM相比，硝化抑制剂DCD的施入对番茄吸氮量无显著性差异，与Chuan等[10]研究表明，硝化抑制剂的施入可增加作物吸氮量结果不同，这可能是由于本研究为大田试验，受环境和管理的影响因素，可能导致作物吸氮量不能达到理想吸氮量[11]。在黄瓜季，与CM相比，RM1+DCD、RM2+DCD处理能提高蔬菜氮素吸收量1.27%～5.92%，这是由于DCD的施入抑制相关土壤微生物的活动，有效缓解化学氮肥的水解，提高氮素利用率。

硝化抑制剂能明显减缓土壤酸化的程度，还可以降低蔬菜生长过程中盐离子的数量，抑制土壤耕层硝酸盐的生成对缓和蔬菜生长过程中土壤盐渍化有显著效果[12]。在本试验番茄-黄瓜轮作体系中，结果表明，农民常规施肥会降低土壤中pH，硝化抑制剂DCD的加入可通过使土壤保持较高OH-浓度，而抑制硝化作用过程中H+的产生，进而有效缓解氮肥施用引起的土壤pH值降低。这些与Zaman[13]等结果相一致，均表明硝化抑制剂能增加土壤pH值，减缓土壤酸化。硝化抑制剂的加入还可增加土壤CEC。本研究条件下，轮作后，减氮控水配施DCD处理土壤CEC较农民常规处理提高了12.93%～16.88%。这是因为DCD抑制了土壤的硝化过程，明显降低了土壤中硝态氮浓度，且可通过增加土壤胶体表面负电荷数量，提高其吸附阳离子能力，从而增加土壤阳离子交换量[14]。番茄、黄瓜对土壤盐分积累较为敏感[2]。土壤盐分积累可引起水分胁迫，使根系吸水困难，直接影响番茄、黄瓜的生长发育[15]。由于硝化抑制剂的施用降低了硝酸盐的淋溶损失量，同时一些土壤阳离子如K+、Ca2+、Mg2+的淋溶损失也相应降低，使作物对氮素、盐基离子等的吸收量提高[12]。在本研究中，减氮控水配施DCD处理相对于农民常规处理可有效降低耕层土壤中八大离子含量，减少因施肥引起的盐分累积，改善土壤质量，从而提高作物产量。

综上可知，本研究减氮控水配施DCD处理可在保证作物产量的前提下，减少农民总投入，提高经济效益、农学效益和改善土壤质量方面起到了一定作用。

4 结 论

设施番茄-黄瓜生产体系中，降低氮肥追施量、灌溉水用量的同时配施DCD，对番茄和黄瓜产量无显著影响，显著提高了作物氮素利用率及化肥、灌溉水农学效益。与农民常规处理相比，减氮控水配施DCD全年可减少36.72%～57.03%的化学氮肥投入、32.04%的灌水量，节省4600 yuan/hm2～6134 yuan/hm2的全年总投入，产投比增加4.29%～10.86%。同时，减氮控水配施DCD处理全年化学氮肥农学效益可提高50%以上，全年灌溉水农学效益提高40%以上，并减轻土壤酸化和盐分累积现象，增加土壤阳离子交换量12.93%～16.88%。综合来看，设施番茄、黄瓜体系中追施氮量分别为250 kg N/hm2、380 kg N/hm2，配施10%DCD结合控水灌溉3200 m3/hm2、4100 m3/hm2，可实现经济与环境双赢。

[1] 《全国农产品成本收益资料汇编-2020》编辑委员会和编辑部.全国农产品成本收益资料汇编[M].北京:中国统计 出版社,2020

[2] 王丽英,武雪萍,张彦才,等.适宜施氮量保证滴灌日光温室黄瓜番茄产量降低土壤盐分及氮残留[J].农业工程学报,2015,31(17):91-98

[3] 尹兴,张丽娟,李博文,等.氮肥与双氰胺配施对温室番茄生产及活性氮排放的影响[J].中国农业科学,2018,51(9):1725-1734

[4] 刘晓敏,魏伟.重视蔬菜节水技术的推广与应用——以河北省为例[J].蔬菜,2012(7):1-3

[5] 刘蕾,王凌,刘晓艳,等.河北省设施蔬菜生产中水肥管理存在的问题与发展策略[J].河北农业科学,2017,21(3):59-62

[6] 赵晨旭,徐鹏,廖雅君,等.气态活性氮排放的环境影响研究进展[J].环境污染与防治,2017,39(5):569-573

[7] 习斌,张继宗,左强,等.保护地菜田土壤氨挥发损失及影响因素研究[J].植物营养与肥料学报,2010,16(2):327-333

[8] Guo YJ, Di HJ, Cameron KC,. Effect of 7-year application of a nitrification inhibitor, dicyandiamide (DCD), on soil microbial biomass, protease and deaminase activities, and the abundance of bacteria and archaea in pasture soils [J]. Journal of Soils and Sediments, 2013,13(4):753-759

[9] 张琳.不同调控措施对设施菜田土壤氮素损失的影响[D].保定:河北农业大学,2014:46-47

[10] Chuan LM, Zhao TK, An ZZ,. Effects of adding a Nitrification inhibitor dicyandiamide (DCD) on the growth and quality of rape [J]. Journal of Agro-Environment Science, 2010,29(5):870-874

[11] Abalos D, Jeffery S, Sanz-Cobena A,. Meta-analysis of the effect of urease and nitrification inhibitors on crop productivity and nitrogen use efficiency [J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2014,189:136-144

[12] 刘静静,牛庆良,黄丹枫,等.硝化抑制剂对小白菜生长和土壤性质的影响[J].上海交通大学学报(农业科学版),

2014,32(1):11-15

[13] Zaman M, Nguyen ML, Blennerhassett JD,. Reducing NH3, N2O losses from a pasture soil with urease or nitrification inhibitors and elemental S-amended nitrogenous fertilizers [J]. Biology and Fertility of Soils, 2008,44(5):693-705

[14] 杨剑波.硝化抑制剂DMPP对氮素转化的影响及其作用机理研究[D].南京:南京农业大学,2012:3-4

[15] 郭文忠,刘声峰,李丁仁,等.设施蔬菜土壤次生盐渍化发生机理的研究现状与展望[J].土壤,2004,36(1):25-29

Study on Appropriate Water and Nitrogen Management and Dicyandiamide Regulation Model of Greenhouse Tomato-Cucumber Rotation System

TIAN Xiao-nan1, ZHANG Li-juan1, NIE Wen-jing2, WANG Xiao-min1, YANG Ying1, LI Bo-wen1*, GUO Yan-jie1*

1.071001,2.050000,

In this paper, a field plot experiment was carried out to study the effects of different water and nitrogen managements combined with dicyandiamide (DCD) application on the economic benefits and soil basic physical and chemical properties in the greenhouse tomato-cucumber rotation system, aiming to explore the appropriate water and nitrogen management and DCD regulation mode of greenhouse tomato-cucumber rotation. The results showed that compared with the conventional management treatment, the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment in the tomato-cucumber rotation system could save 4600～6134 yuan/hm2of total annual investment, increase the input-output ratio by 4.29%～10.86%; and the nitrogen use efficiency of greenhouse tomato and cucumber was also significantly increased to 31.41% and 18.57%, respectively. In the greenhouse tomato system, the agronomic efficiencies of nitrogen and irrigation water in the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment was increased by 20.82%～61.04% and 25.82%～40.20%, respectively. Similarly, in the greenhouse cucumber system, the agronomic efficiencies of nitrogen and irrigation water in the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment were significantly improved, and the nitrogen agronomic efficiency was 1.17～2.53 times higher than that of the conventional management of farmers' treatment. During the growing period, compared with the conventional management treatment, the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment could reduce the amount of irrigation water by 33.87%, while the agronomic efficiency of irrigation waterwas increased by 54.31%～63.79%. In addition, the nitrogen reduction and water control combined with DCD treatment could also reduce soil acidification and salt accumulation, and increase the soil CEC content to a certain extent. In conclusion, the topdressing nitrogen applied at the rate of 250, and 380 kg/hm2, respectively, DCD was applied at the rate of 10% of applied nitrogen, and the amount of irrigation water was 3200 and 4100 m3/hm2, respectively, which could achieve a win-win economic and environmental situation and is considered to be an appropriate regulation mode for the greenhouse tomato and cucumber.

Greenhouse tomato-cucumber rotation; water and nitrogen management; dicyandiamide; regulation mode

X53

A

1000-2324(2021)03-0343-09

2020-11-14

2021-01-17

河北省高等学校科学技术研究(青年拔尖人才)项目(BJ2017025); 河北省重点研发计划项目(19224007D);河北省蔬菜产业技术体系资助项目

田晓楠(1995-),女,在读硕士,主要从事土壤环境科学研究. E-mail:xn_tian1995@163.com

Author for correspondence. E-mail:kjli@hebau.edu.cn; guoyanjie928@126.com