氮肥有机替减对成都平原稻菜轮作区莴笋产量和土壤理化性状的影响

2021-08-05郑盛华万柯均陈尚洪陈红琳沈学善王昌桃刘定辉

西南农业学报 2021年5期

郑盛华，万柯均，陈尚洪，陈红琳，沈学善，王昌桃，刘定辉

(四川省农业科学院土壤肥料研究所/农业农村部西南山地农业环境重点实验室，四川成都 610066)

【研究意义】露地蔬菜生产大量依赖化肥的供应[1-2]。莴笋是成都平原稻菜轮作区大面积种植的露地蔬菜。前期调研发现，彭州市等长年稻菜轮作大田存在土壤酸化和养分失衡等问题。实际生产中，大田施肥中农民往往根据经验判断，存在过量施用化肥、偏施氮肥等问题。长年的露地连坐菜田和稻菜轮作田中，土壤酸化、氮肥过量、养分失衡等问题已成为土壤生态限制因子，影响莴笋的产量和品质，造成土壤微生物环境失衡，引发植物生理性病害[3-5]。氮肥有机替减是减少氮肥用量，提高蔬菜产量，实现菜田土壤可持续发展的有效措施[6]。【前人研究进展】有机肥因其含有丰富的有机质、中微量元素、氨基酸、核糖、维生素等有机营养成分，以及有益微生物、活性酶等[7-8]，施入土壤后可以改善土壤结构，提高土壤保水保肥性能[9]，促进蔬菜生长，从而提高产量和品质。大棚田间试验下，化肥减施下配施适当比例生物有机肥，可增强莴笋叶片光合能力, 提高产量和改善可食用部分品质，还可调节土壤微生物结构，改善莴笋根际土壤理化性状[10-11]。有机肥氮替代总氮量25 %下, 可显著提高包心菜和小青菜产量，减少氨挥发水平[12]。与单施化肥处理相比，有机肥部分替代无机处理番茄总产量提高7.5 %，土壤N2O排放总量降低45.1 %[13]。【本研究切入点】前人针对不同的氮肥减施和有机肥配施对蔬菜产量和品质的影响等研究较多。针对长年稻菜轮作大田下，研究等氮和减氮条件下有机肥部分替代化肥对蔬菜产量，以及缓解土壤酸化等障碍因子作用机制，保障稻菜轮作大田土壤可持续性的研究较少。【拟解决的关键问题】本试验以露地莴笋为研究对象，研究氮肥有机替减对长年稻菜轮作大田莴笋产量和土壤理化性状的影响，为成都平原稻菜轮作区莴笋合理施肥和土壤可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2018年9-12月在四川省成都市彭州九尺镇高林村进行。试验地属亚热带湿润气候区，无霜期278 d，多年平均气温15.7 ℃，多年平均降雨量960 mm，年日照时数1180 h。试验地为长年稻菜轮作大田，土壤基础养分状况为pH 5.67、有机质28.5 g·kg-1、全氮1.6 g·kg-1、碱解氮152.3 mg·kg-1、有效磷74.4 mg·kg-1、速效钾143 mg·kg-1。

1.2 试验设计

采用二因素区组试验设计，氮肥减施和有机肥替代以氮素施用量为标准，每个处理设置3 次重复。小区面积3 m×5 m，每小区间扎埂隔断30 cm。纯氮投入设常规施氮和减氮25 %共2个水平。有机氮替代水平设不替代、25 %替代、50 %替代共3个水平。试验共设置7个处理，即不施肥(CK)、常规施N(NPK1)、常规施N+有机替代25 %(25 % O1)、常规施N+有机替代50 %(50 % O1)、减N25 %(NPK2)、减N25 %+有机替代25 %(25 % O2)、减N25 %+有机替代50 %(50 % O2)。

作物有机肥和磷、钾肥均一次性基施，氮肥按基施、追施=60 %∶40 %分2次施用。以等N施用量为基准，P、K用量相应折算，各处理P、K施用量保持一致。N、P、K常规施肥量参考当地农民习惯，其中N肥225 kg·hm-2，P2O5肥150 kg·hm-2，K2O肥150 kg·hm-2。

1.3 试验材料

试验地轮作模式为莴笋-水稻。莴笋品种为竹筒青，采用育苗移栽，供试肥料中化肥用尿素(N46 %)、过磷酸钙(P2O512 %)和氯化钾(K2O 60 %)，有机肥为商品猪粪有机肥，根据肥料商品标识和含水率，折算有效肥效。莴笋于2018年10月初移栽，12月中旬收获。

1.4 测定项目与方法

产量：于成熟期将每个小区的莴笋全部收获，除去烂叶，实际称量茎叶鲜重计产。形态指标：于收获前每个小区选连续10株莴笋测定株高和茎粗。叶绿素SPAD值：于莴笋收获前，利用SPAD-502plus叶绿素仪测定每个小区连续10株莴笋顶部第一片叶子中部叶绿素SPAD值。土壤速效养分：在莴笋收获后采取5点随机采集各小区0～20 cm耕层土壤，有机质含量采用重铬酸钾容量法测定，碱解氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷含量采用碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提—火焰光度法测定。土壤紧实度：用英国Spectrum 900土壤紧实度仪，于莴笋收获后在每个小区S型选择3点重复，测试0～20 cm土壤紧实度。

1.5 数据处理

试验数据采用Excel 2013和SPSS 20.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 氮肥有机替减对莴笋产量的影响

由表1可知，氮肥减施和有机肥替代处理莴笋产量较不施肥(CK)和常规施肥(NPK1)均显著增产(P<0.05)。与CK相比，有机肥替代处理的增幅为14.3 %～16.0 %，氮肥减施(NPK2)处理的增幅为12.7 %，而氮肥有机替减的增幅则为15.4 %～17.7 %。与NPK1相比，25 % O1、50 % O1增幅为6.3 %～7.9 %，NPK2增幅为4.8 %，而25 % O2、50 % O2增幅则为7.3 %～9.4 %。由此可见，试验地氮肥减施和有机肥替代均能提高莴笋的产量。所有处理中，莴笋产量以50 % O2的增幅最大，与NPK2相比也显著增产(P<0.05)。

表1 氮肥有机替减对莴笋产量的影响

2.2 氮肥有机替减对莴笋生物性状的影响

由表2可知，氮肥有机替减处理下，莴笋株高和叶绿素SPAD值较CK显著增高(P<0.05)。减氮处理与常规施肥之间差异不显著。各处理中莴笋茎粗差异不显著。随着有机肥替代比例的增加，莴笋各生物性状均呈增大的趋势，但差异不显著。

表2 氮肥有机肥替减对莴笋生物性状的影响

2.3 氮肥有机替减对土壤养分含量的影响

由表3可知，与常规施肥NPK1相比，氮肥有机替减措施减少了莴笋根层土壤碱解氮含量，缓解土壤酸化。试验地莴笋收获后，土壤pH值较CK均显著降低(P<0.05)。在有机替减处理中，随有机肥替代比例的增加，pH呈上升趋势。

表3 氮肥有机替减对0～20 cm土壤养分含量的影响

从土壤全氮含量看，50 % O1和NPK2土壤全氮含量显著高于CK(P<0.05)。氮肥减施处理较常规施肥处理的土壤碱解氮含量下降。随有机肥替代比例的增加，土壤碱解氮含量总体呈降低趋势。相关分析表明，pH与碱解氮呈显著负相关(P<0.05，图1)。

有机质含量随有机肥替代比例的增加而增加，但差异不显著。各处理的土壤有效磷含量差异不显著。土壤速效钾含量中，NPK1显著高于CK(P<0.05)，其他处理差异不显著。

2.4 氮肥有机替减对土壤紧实度的影响

由图2所示，土壤紧实度随土层深度增加而升高。在相同土层深度下，随着有机肥替代比例的增加，土壤紧实度呈降低趋势，即紧实度CK最大，而有机肥替代50 %处理下土壤紧实度最小。由此可见，有机肥替减可以降低土壤紧实度，改善土壤物理性状。

3 讨论

作为植物生长发育所需的重要营养元素，氮肥的合理施用与蔬菜产量、品质等之间存在密切关系。优化氮肥施用对提高蔬菜产量，维持土壤肥力，培肥土壤具有重要意义[14]。本研究表明，氮肥有机替减处理能显著提高莴笋产量，其中减氮25 %+有机肥替代50 %处理产量增幅最大。氮肥极易通过挥发、淋溶等方式损失，而有机肥分解缓慢，具有长效性。通过减施氮肥并配施一定比例的有机肥，不仅满足了蔬菜生产的高产需求，而且还降低了氮素养分的流失风险[15]。在莴笋的生物性状中，氮肥有机替减处理下，莴笋株高和叶绿素SPAD值较CK均显著增高(P<0.05)，这与张迎春等[11]研究结果基本一致。有研究认为，氮肥过量施用时，莴笋体内的氮素代谢过于旺盛，造成碳、氮代谢失衡，使得其氮素积累过多，在强光照条件下叶片容易出现萎蔫，导致光合速率下降，进而影响莴笋的整个形态特征[16]。而有机肥中含有维持叶绿素结构和功能的多种中微量元素，有机肥施用能促进叶绿素含量的升高及莴笋形态的发展[17]。因而，合理的有机替减措施能够促进莴笋生物性状的增长。

研究表明，减施化肥和配施有机肥能有效改善土壤理化性状，培肥土壤[10]。本试验中，氮肥有机替减后土壤pH值随有机肥替代比例的提高而升高，起到了缓解酸化的效果，这与赵晶等[18]等研究结果一致。作物生长过程中吸收了部分氮素，同时土壤淋溶和氨挥发损失了部分氮素，增加了H+离子使得土壤酸化[19]。本研究中，与常规化肥相比，氮肥有机替减处理降低土壤中碱解氮含量，提高了pH值，缓解土壤酸化，其中土壤pH与碱解氮呈显著负相关(P<0.05)。这可能是N肥减施和有机猪粪替代的双重作用下，一方面减少了N素投入，降低了碱解氮等含量，另一方面有机猪粪提高了土壤的酸碱缓冲能力。蔡泽江[20]研究认为，猪粪氮替代化肥氮能有效防治红壤酸化。有机氮替代化肥氮通过降低硝化作用、减少硝态氮和 H+产生量，以及增加 C/N 比等，从而缓解了土壤酸化。具体机理有待进一步研究。

前人研究表明施用有机肥能显著提高有机碳含量，可利于土壤氮素的积累[21]，同时有机肥适当比例的替代化肥能提高土壤速效养分[22]。本试验在减氮处理和有机猪粪替代处理下，土壤有机质、有效磷和速效钾的差异不显著，对全氮含量影响也较小，仅碱解氮含量与CK差异显著(P<0.05)。氮肥过量施用易造成土壤的板结，进而影响作物的生长。本研究表明，氮肥有机替减处理不同程度地降低了土壤紧实度，且随有机肥替代比例的增加而降低，这与[23]等人研究结果一致。减施氮肥对土壤紧实度有一定的缓解作用，而有机肥本身具有良好的疏松性，施用后可增加土壤孔隙度[24]，因此，氮肥有机替减措施能有效降低菜田土壤紧实度，缓解土壤板结。有机肥替减氮肥对土壤养分和理化性状的影响将是一个长期而持续的过程。