设施菜地有机肥替代化肥潜力研究

杨岩，肖建军，徐钰，石璟，王梅，李妮，江丽华，4，马荣辉，郭跃升

（1.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；2.农业部废弃物基质化利用重点实验室，山东 济南 250100；3.平原县农业农村局，山东 平原 253100；4.农业部山东耕地保育科学观测实验站，山东 济南 250100；5.山东省农业技术推广中心，山东 济南 250100）

我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国，播种面积和产量均为世界第一。然而，蔬菜尤其是设施蔬菜种植中的不合理施肥［1，2］，在导致肥料利用率和生产效益降低的同时，还导致土壤质量退化、重金属积累、蔬菜可食部分和地下水硝酸盐超标等一系列问题，严重制约了蔬菜产业的可持续发展［3－7］。

化肥的过量施用一直是学者们关注的焦点，并且在蔬菜化肥减施潜力［2］及化肥减施或推荐施肥方面［8－10］也取得较多的研究成果。然而，蔬菜种植中有机肥施用的盲目性却不容忽视。研究表明，长期不合理施用有机肥，会导致设施菜地土壤次生盐渍化［11－13］、土壤酸化［3，14］、养分不平衡［15－17］等土壤质量退化问题，进而出现产量品质下降、病虫害加重等一系列问题，严重影响设施农业的可持续发展和经济效益。因此，在国家推进“果菜茶有机替代”和“化肥农药双减”系列项目研究的大背景下，开展设施菜地有机肥替代化肥潜力研究尤为重要。本试验在养分推荐用量条件下，通过研究不同商品有机肥用量对蔬菜产量、品质、养分利用效率和经济效益的影响，以明确有机肥替代化肥的最佳比例，为化肥减施和有机肥精准施用提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验于2018—2019年在山东省平原县坊子乡叶庄村进行。试验地为潮土，0～20 cm土层pH值为（土∶水＝1∶2.5）7.66，有机质含量18.70 g／kg、硝态氮48.82 mg／kg、铵态氮3.84 mg／kg、速效磷（P2O5）496.79 mg／kg、速效钾（K2O）225.5 mg／kg。

供试化肥及牛粪堆肥均由山东德鲁克农业有限公司提供；商品有机肥由德州市佳和牧业有限公司提供。具体养分含量如表1所示。

表1 供试肥料养分含量

试验期内种植两季蔬菜。第1季为番茄，品种为高棵，行株距85 cm×35 cm。2018年2月1日定植，6月15日拉秧，全生育期共135天。第2季为西葫芦，品种为佳丽99，行株距90 cm×75 cm。2018年10月29日定植，2019年4月28日拉秧，全生育期共182天。

1.2 试验设计

根据当地施肥情况，试验以商品有机肥提供氮素分别替代氮肥推荐用量的20%、40%和60%，设置3、6、9 t／hm2三个有机肥用量梯度（化肥施用量为减去有机肥提供的氮磷钾量），氮空白对照及推荐化肥用量共5个处理。随机区组排列，重复3次。小区面积为32.4 m2。各处理每季均基施堆肥150 m3／hm2，其纯养分量为（N－P2O5－K2O）195.5－80.0－82.2（kg／hm2），其余施肥量详见表2。

表2 试验设计（kg／hm2）

1.3 取样及指标测定

于番茄、西葫芦盛果期，每处理多点采集果实样品10个，测定其横径、单果重；之后切碎混匀，采用2，6－二氯靛酚滴定法测定还原性VC含量，紫外分光光度法测定硝酸盐含量。采集适量果实和拉秧时的植株，烘干至恒重后磨碎，采用浓H2SO4－H2O2消煮－蒸馏定氮法分析全氮含量。

对全生育期内的番茄、西葫芦产量按照试验小区分次记录，计算经济效益及产投比。

1.4 有关指标计算和统计方法［18］

氮肥农学效率（kg／kg）＝施氮作物增产量／施氮量；氮肥利用率（%）＝（施氮区植株地上部养分积累量－不施氮区植株地上部养分积累量）／施氮量×100；氮肥偏生产力（kg／kg）＝经济产量／施氮量；氮素积累量（kg／hm2）＝非收获物干重×非收获物氮素含量＋收获物干重×收获物氮素含量。

1.5 数据分析

采用Microsoft Excel 2010和SAS8.1软件进行数据处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥替代化肥处理对蔬菜果实性状及品质的影响

由表3看出，与OPT处理相比，有机肥替代处理两季作物的单果重均显著降低，其中OF2处理番茄和西葫芦单果重最低，分别较OPT降低35.73%和14.27%。此外，OF1处理西葫芦横径较OPT显著减小2.80 mm，而对番茄横径无显著影响。两季作物有机肥替代处理的VC含量较OPT均表现出增加趋势，但无显著差异，可能与试验时间较短有关。番茄和西葫芦的硝酸盐含量均随着有机肥用量的增加而呈降低趋势，其中OF2和OF3处理的硝酸盐含量较OPT显著降低，但二者无显著差异。

表3 不同处理果实性状及品质

2.2 有机肥替代化肥处理对蔬菜产量的影响

由图1看出，有机肥替代处理番茄季均显著增产，其中OF2产量最高，达137.55 t／hm2，增产15.04%，而CK产量未出现显著变化，可能与基础地力较高，试验时间较短有关。西葫芦季OPT处理产量最高，但与OF1差异不显著，CK产量最低，OF2、OF3产量较OPT显著降低3.84%、3.71%。这可能与有机肥替代比例相对较大，而有机肥肥效较缓慢有关。就两季蔬菜总产量来看，有机肥替代处理的增产效果显著，其中OF1处理增产率最高，达6.13%。

图1 不同处理蔬菜产量

2.3 不同处理氮肥利用效率比较

有机肥替代化肥能够有效增加氮素积累量和氮肥利用效率，其中OF1与OPT处理间差异显著，番茄季氮素积累量和氮肥利用率分别增加11.63%和68.65%；西葫芦季氮素积累量和氮肥利用率分别增加14.15%和75.85%（表4）。有机肥替代化肥处理西葫芦季的氮肥偏生产力和氮肥农学效率较OPT处理有所降低，其中OF2和OF3的氮肥偏生产力较OPT分别降低3.84%和3.72%，氮肥农学效率分别减少32.35%和31.31%，差异均达显著水平，这主要与西葫芦季产量相对较低有关。

表4 不同处理氮素利用效率

就两季累计氮素利用效率来看，有机肥替代化肥处理较OPT处理均有所提高，其中OF1处理的氮素积累量、氮肥利用率、氮肥偏生产力和农学利用效率均为最高，较OPT处理分别提高13.05%、72.88%、6.13%和75.03%，且差异均达显著水平。

2.4 不同处理经济效益分析

由表5看出，与OPT相比，有机肥替代化肥处理能够增加两季蔬菜总产值，降低肥料成本，增加纯收益，提高产投比。其中，OF1处理总产值最高，达80.41万元／hm2，较OPT增加4.64万元／hm2，增加纯收益4.73万元／hm2，产投比提高6.75%。此外，OF2处理肥料成本最低，较OPT处理减少1.48%。

表5 两季蔬菜经济效益分析

3 讨论与结论

研究表明，有机无机肥配施较单施无机肥能够显著增加番茄VC，并显著降低其硝酸盐含量［19］。本试验条件下，有机肥替代化肥处理与纯施化肥处理（OPT）的VC含量虽有增加趋势，但差异未达显著水平；而硝酸盐含量却表现出显著降低的变化规律。这可能与试验开展时间较短及有机肥养分释放特征存在差异有关，后期需继续开展相关指标监测研究。

本试验条件下，OF1处理两季蔬菜总产量最高，达268.04 t／hm2，其有机态和无机态氮素比例为1.11∶1，与毕智超等［20］提出的有机态和无机态氮素比例1∶1时能够显著提高蔬菜产量的结论一致。此外，OF1处理施用有机肥的养分总量占所有养分投入量的比例为52.59%，也与黄绍文等［2］提出的蔬菜有机肥养分用量占养分总用量的适宜比例为40%～50%的结论较为接近。其余有机肥替代化肥处理（OF2和OF3）两季蔬菜总产量虽然与OF1处理无显著差异，但西葫芦产量却显著降低，可能与两季有机肥养分投入量过大而不能够满足西葫芦养分吸收量有关。因此在实际生产中调整有机肥替代化肥比例的同时，亦应控制有机态养分的投入比例。

综上所述，本试验条件下，3 t／hm2商品有机肥替代氮肥推荐量的20%（OF1）在两季蔬菜上均显著增产增效，较OPT处理增产6.13%，纯收益增加4.73万元／hm2。此外，本试验中有机肥替代化肥处理的纯收益表现出随有机肥投入量的增加而下降的趋势，但还需进一步研究验证其显著性。