氮肥用量对高寒地区白萝卜产量与养分吸收利用的影响

魏全全,张 萌,顾小凤,柳玲玲,芶久兰*

(1.贵州省土壤肥料研究所,贵州 贵阳 550006;2.农业农村部 贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站,贵州 贵阳 550006)

0 引言

【研究意义】白萝卜(Raphanussativus)是我国重要的蔬菜作物,也是贵州省主栽的冷凉蔬菜作物之一,由于贵州地处高原,错季蔬菜成为贵州蔬菜产业名牌,发展冷凉蔬菜白萝卜产业对贵州推进实施乡村振兴战略具有重要意义。氮既是农作物的重要限制养分因素[1-2],又是农田生态环境的主要污染因子[3],其合理施用是保障作物高产、养分高效及环境友好的重要措施。随着贵州白萝卜产业的快速发展,氮肥不合理施用导致白萝卜产质量和氮肥利用效率降低,严重制约白萝卜产业的发展。因此,探究合理的氮肥施用措施对保障白萝卜促进养分吸收、提高产质量和改良土壤环境具有现实意义。【前人研究进展】合理施用氮肥可提高肥料利用效率,维持作物产量、品质。卢杨等[4]研究表明,当纯氮施用量超过150 kg/hm2时,冀西北坝上旱地大白萝卜的产量无显著增加;王晴芳等[5]研究发现,施纯氮量为120 kg/hm2是兼顾湖北恩施州白萝卜产量和氮肥利用效率的最佳氮肥运筹方式;王雪等[6]研究表明,当纯氮施用量为126 kg/hm2时,萝卜干物质量优于其他施氮水平,适宜的氮素供应可有效协调冀西北萝卜干物质的累积特征参数与源库活性的关系;张佳佳等[7]研究认为,在保证萝卜产量的基础上,优化施肥量和施肥时期可有效提高肥料的利用率,降低氮素损失;范海燕等[8]研究表明,在滴灌条件下,露地白萝卜的纯氮适宜施用量为255 kg/hm2。【研究切入点】当前,优质、高产、高效的白萝卜高效氮肥管理技术研究主要集中在中低海拔地区[4-10],有关高海拔地区冷凉蔬菜白萝卜的高效氮肥管理技术研究鲜有报道。因此,有必要开展相关研究,明确其适宜施氮水平。【拟解决的关键问题】探究不同氮肥用量对贵州高寒地区白萝卜产量和养分吸收利用的影响,以期为高山冷凉蔬菜白萝卜高产、养分高效利用的最佳氮肥管理栽培奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在贵州省毕节市威宁县草海镇进行,地处104°10′7″E、26°53′5″N,海拔2 237 m,平均气温11℃,日照时间2 000 h,年平均降雨量900～1 000 mm。试验田块为冬闲田,供试土壤为灰泡土,pH 5.5,有机质40.8 g/kg,全氮2.53 g/kg,碱解氮133.6 mg/kg,有效磷20.9 mg/kg,速效钾111.0 mg/kg。

1.2 试验材料

1.2.1 烤烟 供试白萝卜品种为地增宝2号,由北京东汇盛种业科技有限公司提供。

1.2.2 肥料 尿素(N 46%),由贵州赤天化股份有限公司生产;过磷酸钙(P2O512%),由贵州黔天化生态肥业有限公司生产;硫酸钾(K2O 50%),由国投新疆罗布泊钾盐有限责任公司生产。

1.3 试验方法

1.3.1 试验设计 试验采用随机区组排列,设5个处理(表1),以不施肥为对照(CK),3次重复。白萝卜于2020年4月16日点播,小区面积21.6 m2(1.8 m/行×2垄×6 m),种植密度1.0 556×105株/hm2。磷(P2O5)和钾(K2O)的用量均为150 kg/hm2,其中,60%氮肥、全部磷肥和钾肥作基肥一次性施用,另外40%氮肥作追肥施用,于7月4日统一收获。其他田间生产管理均采用当地农业技术推广部门推荐的技术。

表1 不同处理的肥料施用量Table 1 Fertilizer application rate of different treatments kg/hm2

1.3.2 指标测定

1) 土壤理化性质。土壤样品在作物种植前采集,按照“S”形土壤取样法设置15个采样点,采集0～20 cm土壤样品,风干磨细过筛后装入密封袋,参照鲍士旦[11]的方法测定土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾。

2) 生物量。于白萝卜苗期(5月31日,播种后45 d)、肉质根形成期(6月13日,播种后58 d)、肉质根膨大期(6月27日,播种后72 d)和收获期(7月4日,播种后79 d),各小区选取长势一致、有代表性的植株4株,105℃下杀青30 min,60℃烘箱中烘至恒重,记录干重,折算白萝卜生物量。

3) 植株养分含量。于上述白萝卜关键生育期,各小区分别选取长势一致、有代表性植株4株,分为叶片和肉质根,105℃下杀青30 min,60℃烘箱中烘至恒重,磨碎混匀,参照鲍士旦[11]的方法测定N、P和K含量。

4) 产量。于白萝卜收获期,各处理实打实收,分别计产。相关参数的计算参照彭少兵等[12-14]的方法。

氮素农学效率AEN=(施氮区产量-对照区产量)/施氮量

氮素偏生产力PEPN=施氮区产量/施氮量

氮素吸收利用效率REN=(施氮区氮素总吸收量-对照区氮素总吸收量)/施氮量×100%

同理计算磷素和钾素的农学效率、偏生产力及吸收利用效率,肥料投入按2020年尿素2.0元/kg、过磷酸钙0.8元/kg、硫酸钾3.0元/kg计算,其中,肥料成本不计入成本(种苗和劳动力均为农户提供)。

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Excel 2007、SPSS 20.0和Origin 8.0对试验数据进行统计分析与绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理白萝卜的产量、产值及经济效益

从表2看出,不同施肥处理白萝卜的产量、产值及经济效益不同。产量：白萝卜产量为61 025～104 662 kg/hm2,以N180处理最高,CK最低,不同施肥处理较CK显著提高23 914～43 637 kg/hm2,其中,N180处理与N120处理差异不显著。产值：以2020年市价1.00元/kg算,白萝卜产值为61 025～104 662元/hm2,以N180处理最高,CK最低,不同施肥处理较CK提高23 914～43 637元/hm2。经济效益：白萝卜经济效益为61 025～101 980元/hm2,以N180处理最高,CK最低,不同施肥处理较CK提高22 014～40 955元/hm2。表明,合理施用氮肥能提高白萝卜产量,增加产值和经济效益,以N180处理最优,N120处理其次。

表2 不同处理白萝卜的产量、产值及经济效益Table 2 Yield,output value and economic benefit of white radish under different treatments

2.2 不同处理白萝卜的生物量

由图1可知,在同一生育时期,不同处理白萝卜叶片和肉质根的生物量随着施氮量的增加而增加,在相同施氮量情况下,白萝卜叶片和肉质根生物量均随生育期的延长而增加。叶片：苗期白萝卜叶片生物量快速增加,为300.6～855.6 kg/hm2,依次为N180>N120>N60>N0>CK,各处理较CK显著提高64.7%～184.6%,N120与N180处理差异不显著;肉质根形成期和膨大期分别为1 093.6～1 875.6 kg/hm2和1 352.0～2 261.3 kg/hm2;肉质根膨大期后各处理生物量增速减缓,至收获期为1 785.9～2 528.6 kg/hm2,依次为N120>N180>N60>N0>CK,各处理较CK显著提高20.3%～41.8%,N60、N120与N180处理差异不显著。肉质根：肉质根形成期,白萝卜肉质根生物量快速增加,为961.5～1 868.1 kg/hm2,依次为N180>N120>N60>N0>CK,各处理较CK显著提高8.2%～94.3%,N120与N180处理差异不显著;膨大期为2 588.7～4 987.6 kg/hm2,各处理较CK显著增加1 249.9～2 398.8 kg/hm2;肉质根膨大期后各处理生物量增速减缓,至收获期为3 624.0～6 354.8 kg/hm2,依次为N180>N120>N60>N0>CK,各处理较CK显著提高40.1%～75.4%,N120与N180处理差异不显著。

注：不同小写字母表示差异达显著水平(P<0.05),下同。Note：Different lowercase letters indicate significance of difference at P<0.05 level.The same below.图1 不同处理白萝卜叶片和肉质根的生物量Fig.1 Leaf and fleshy root biomass of white radish under different treatments

2.3 不同处理白萝卜的养分累积特征

从表3看出,在同一取样时期,白萝卜叶片和肉质根的氮、磷、钾含量随施氮量的增加而增加。苗期、肉质根形成期、肉质根膨大期和收获期叶片的氮含量均以N180处理最大,分别为4.45%、3.56%、3.27%和2.98%;磷含量分别以N120、N180、N180和N180处理最大,分别为0.689%、0.563%、0.478%和0.436%;钾均以N180处理最大,分别为5.45%、4.42%、3.72%和3.40%,且各施肥处理的氮、磷、钾含量均显著高于CK。肉质根形成期、肉质根膨大期和收获期叶片的氮含量分别以N120、N180和N180处理最大,分别为2.87%、2.75%和2.57%;磷含量均以N180处理最大,分别为0.558%、0.461%和0.443%;钾分别均以N180、N180和N120处理最大,分别为4.48%、4.27%和3.62%,且各施肥处理的氮、磷和钾含量均显著高于CK。在相同施氮量情况下,白萝卜叶片和肉质根的氮、磷、钾含量均随着生育期的延长而降低,均依次为苗期>肉质根形成期>肉质根膨大期>收获期。因此,种植白萝卜必须保证生育早期有较充足的养分供应,以满足后期生长对养分素的需求,从而获得高产。

表3 不同处理白萝卜的氮、磷和钾含量Table 3 Nitrogen,phosphorus and potassium content of white radish under different treatments %

由图2可知,不同处理白萝卜的养分累积与生物量变化趋势相似。在同一生育时期,白萝卜叶片和肉质根的养分累积量随施氮量增加而增加,在相同施氮量下,叶片和肉质根的养分累积量随生育期的延长而增加。叶片：苗期白萝卜的氮、磷和钾累积量快速增加,均以N180处理最大,分别为38.14 kg/hm2、5.87 kg/hm2和46.69 kg/hm2,较CK显著提高208.1%、231.6%和270.0%,N120与N180处理差异不显著;肉质膨大期后,各处理氮、磷和钾累积量增速减缓,至收获期均以N180处理最大,分别为75.34 kg/hm2、11.04 kg/hm2和85.87 kg/hm2,较CK显著提高76.5%、105.2%和89.6%,N120与N180处理差异不显著。肉质根：肉质根形成期白萝卜的氮、磷和钾累积量快速增加,均以N180处理最大,分别为52.32 kg/hm2、10.40 kg/hm2和83.70 kg/hm2,较CK显著提高128.6%、134.8%和127.8%,N120与N180处理差异不显著;肉质膨大期后,各处理氮、磷和钾累积量增速减缓,至收获期均以N180处理最大,分别为163.51 kg/hm2、28.13 kg/hm2和229.42 kg/hm2,较CK显著提高116.7%、100.5%和92.2%,N120与N180处理差异不显著。

图2 不同处理白萝卜的养分累积量Fig.2 Nutrient accumulation of white radish under different treatments

2.4 不同处理白萝卜的氮素利用效率

由表4看出,N60、N120、N180处理的白萝卜氮素农学效率为109.57～159.25 kg/kg,以N120处理最高,N120与N60处理差异不显著,较N180处理显著提高45.34%;氮素偏生产力为581.46～1 574.62 kg/kg,以N60处理最高,N60分别较N120和N180处理显著提高81.60%和170.80%;氮素吸收利用率39.44%～59.57%,以N60处理最高,N60与N120处理差异不显著,较N180处理显著提高51.04%。表明,随着施氮量增加,氮素利用效率呈降低趋势,氮素农学效率、偏生产力和吸收利用率均在N180处理达最低。

表4 不同处理白萝卜的氮素利用效率 Table 4 Nitrogen utilization efficiency of white radish under different treatments

3 讨论

贵州高寒地区的海拔较高,气候冷凉,昼夜温差较大,适宜冷凉反季节蔬菜生长,近年来白萝卜等冷凉反季节蔬菜种植面积不断扩大[15-16]。氮素是植株生长发育需求最大的营养元素之一,氮肥施用量与作物产量密切相关,适宜的氮素用量可有效提高作物产量及氮素利用效率,而高投入虽能在一定程度上提高作物产量,但会增加养分损失的可能性[17],威胁环境安全。研究结果表明,随着施氮量的增加,白萝卜产量和经济效益呈增加趋势,均以施用尿素N180处理达最大,分别为104 662 kg/hm2和101 980元/hm2,与卢杨等[4-10]在中低海拔地区的研究结果略有不同,可能是由于试验地独特的高寒气候导致白萝卜需肥与中低海拔地区不同,致使白萝卜对氮磷钾养分的累积量不同,导致白萝卜产量存在差异。施用尿素N180处理白萝卜的产量和经济效益仅较施用尿素N120处理高612 kg/hm2和352元/hm2,其差异不显著,可能是由于施氮量过高,加速氮肥流失,造成氮肥回收率和土壤残留率下降,从而导致白萝卜产量和经济效益未显著增加[18-19]。

偏生产力、农学效率和吸收利用率是表征肥料利用率的常用指标,其与产量、施肥量和土壤肥力水平关系最为密切[20]。农学效率(AE)指单位施肥量所增加的作物籽粒产量,是评价肥料增产效应较为准确的指标,也是农业生产中最关心的经济指标之一;肥料偏生产力(PEP)指单位投入的肥料所能生产作物的产量,是反应土壤基础养分水平和化肥施用量综合效应的指标,在一定程度上反映生产一定产品需要付出的化肥代价,对施肥的宏观决策有一定的指导意义;吸收利用率(RE)指作物对施入土壤中肥料的回收效率,反映作物对肥料的吸收状况。现代作物生产系统的氮肥农学效率、偏生产力和氮素吸收利用效率分别可达20～35 kg/kg、40～70 kg/kg和30%～50%[21]。研究结果表明,施用尿素N120处理白萝卜的氮素农学效率、偏生产力和吸收利用率分别为159.25 kg/kg、867.08 kg/kg和56.45%,均显著高于施用尿素N180处理,与卢杨等[4-10]的研究结果类似,可能的原因是施用尿素N180处理的氮素投入量过高会加速氮肥流失,造成氮肥回收率和土壤残留率下降,未能有效提高白萝卜产量和养分累积量。另外,试验地的氮素基础养分略高也是导致氮素吸收利用效率较低的原因之一。因此,应合理科学的施用氮素,以避免过量投入造成浪费。由于过于的追求经济效益,菜农往往施用较多的化学肥料,忽略有机肥的科学合理投入,从而造成土壤中养分盈余过多,减肥潜力较大。在未来的研究中,要多注重白萝卜等蔬菜减肥方面的研究,映衬在化肥“零增长”下,养分高效利用的发展目标[22-23],减少化肥施用量,提高肥料利用率。在国家“两减”大背景下,如何做到化肥减施高效利用成为现代农业的发展目标,单纯施用单质或复合肥很难提高肥料利用率,应配施有机肥、生物炭、秸秆等外源物料[24-25]和增效剂[26-27]以达化肥减施增效目的,同时应注重科学合理的耕作制度,防止白萝卜连作和病虫害现象的发生。

4 结论

综合不同氮肥处理贵州高寒地区白萝卜的经济指标和养分吸收特征,以纯氮施用量120 kg/hm2+纯氮施用量150 kg/hm2+纯氮施用量150 kg/hm2效果最佳,可有效提高氮素利用效率,降低氮素损失,同时保证较高的产量和经济效益(104 050 kg/hm2和101 628 元/hm2),在实际生产中还应注重氮磷钾的合理施用,以促进高山冷凉蔬菜白萝卜产业的可持续发展。