滴灌施肥中施氮量对两年蔬菜产量, 氮素平衡及土壤硝态氮累积的影响

中国农业科学 2007,40(11):2535-2545

Scientia Agricultura Sinica

滴灌施肥中施氮量对两年蔬菜产量、氮素平衡

及土壤硝态氮累积的影响

张学军1,2,赵 营2,陈晓群2 ,吴礼树1,胡承孝1

(1华中农业大学资源与环境学院,武汉 430070;2宁夏农林科学院农业资源与环境研究所,银川 750002)

摘要:【目的】研究滴灌施肥中传统施氮和减氮的处理对宁夏引黄灌区温棚两年蔬菜的产量、氮素平衡和硝态氮累积及淋洗状况的影响。【方法】试验于2004~2006年在宁夏引黄灌区日光温室条件下,以番茄-番茄-黄瓜-

番茄四茬蔬菜为材料,研究滴灌施肥中的传统施氮和减氮两处理对宁夏引黄灌区温棚两年蔬菜的产量、氮素平衡

和硝态氮累积及淋洗状况的影响。【结果】在前两茬传统施氮与增(减)氮两处理,对番茄的产量与吸氮量影响不

大,在第三、四茬随着施氮量的下调,蔬菜果实产量、总吸氮量受到影响,第4茬番茄产量比第1茬下降了48.7~

72.3 t·ha-1;不同施氮处理会造成对当季蔬菜收获后土壤表层0~30 cm NO3--N累积量高,在第4茬番茄收获后,

在表层NO3--N累积量比第1茬下降了91.1%~92.2%,同时造成下茬蔬菜收获后土壤NO3--N累积量向下层运移,第

2茬冬春茬番茄收获后,在60~90 cm土层NO3--N累积量比第1茬增加了105.4%~137.3%,在第3茬秋冬茬黄瓜

收获后,90~120 cm土层NO3--N累积量比第1茬增加了4.8%~30.8%,而120 cm以下土层NO3--N累积变化不大;

连续种植四茬蔬菜,有机肥也有向下淋失的可能。第4茬番茄收获后,在有机肥处理和有机肥后效处理中60~90

cm土层的NO3--N累积量比第2茬高22.7%;在黄瓜-番茄种植体系下,滴灌量及土壤表层水分含量对土壤溶液NO3--N

含量有直接影响,表层土壤溶液中NO3--N有不断向下层淋洗的趋势,施氮量高的处理表现的更为明显;四茬蔬菜

整个种植体系下氮素平衡,在氮素的总输入项中,以施氮量和灌溉水为主,总输入量随氮肥施用量的增加而增加,

氮素输出项中以Nmin残留为主。【结论】在当地设施蔬菜滴灌施肥条件下,传统施氮量800 kg·ha-1过高并没有使

当季蔬菜增产,造成当季蔬菜收获后土壤表层0~30 cm NO3--N累积量高,并对下茬蔬菜收获后有向下淋失的趋势

影响,因此采取减量施氮是切实可行的。在有机肥和磷钾肥配施基础上,秋冬茬番茄氮肥推荐施用量在100~150

kg·ha-1、冬春茬番茄推荐施氮量在250~300 kg·ha-1、秋冬茬黄瓜氮肥推荐施用量在400~450 kg·ha-1。

关键词:番茄;黄瓜;滴灌;NO3--N;氮素平衡

Effects of Application of Nitrogen on Vegetable Yield, Nitrogen Balance

and Soil Nitrogen Accumulation Under Two Years’ Drip Fertigation ZHANG Xue-jun1,2, ZHAO Ying2, CHEN Xiao-qun2,WU Li-shu1, HU Cheng-xiao1

(1College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070; 2Institute of Agricultural Resources and Environment, Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Yinchuan 750002)

Abstract:【Objective】Effects of conventional application of N and reduced application of N on vegetable yield and nitrogen

balance and nitrogen accumulation and nitrate leaching under two years’ drip fertigation in irrigation areas by diverting water from

Yellow Rriver of Ningxia were studied. 【Method】The experiments under greenhouse conditions were conducted with

tomato-tomato- cucumber-tomato planting system from 2004 to 2006.【Result】The first two season’s tomato yield and total assimilated N were not increased in the conventional application of nitrogen and increased/decreased application of nitrogen treatment. After two seasons, with the decrease of application of nitrogen, the tomato’s yield in fourth season decreased by 48.7-72.3

收稿日期:2007-03-09;接受日期:2007-06-06

基金项目:国家自然科学基金项目(40261007);宁夏回族自治区自然科学基金项目(ZD3)

作者简介:张学军(19 65-),男,宁夏银川人,副研究员,博士研究生,研究方向为土壤养分高效利用与土壤-植物系统中的氮素行为。Tel:0951-*******;

Fax:0951-*******;E-mail:zhxjun2002@https://www.360docs.net/doc/3716252437.html,

2536 中国农业科学40卷

t·ha-1 compared with the yield in the first season, with the increasing application of nitrogen, the vegetable yield and total assimilated N were increased. Over application of nitrogen caused high accumulation of NO3--N within upper soil(0-30 cm) after first season tomato harvest, the NO3--N accumulation within upper soil after the fourth season harvest were reduced by 91.1%-92.2% compared with after first season harvest. Different application of nitrogen at different rates caused soil NO3--N accumulation moving down. NO3--N accumulation within 60-90 cm soil after the second tomato harvest increased by105.4%-137.3% compared with that after the first tomato harvested. Compared with that after the first tomato harvest, the NO3--N accumulation within 60-90 cm soil increased by 4.8%-30.8% after the third cucumber harvest, but the soil NO3--N accumulation under soil depth 120 cm changed a little. It was possible that the organic fertilizer moved down after four seasons of vegetable planting. Under the treatment of organic fertilizer, compared with that after second tomato harvest, the NO3--N accumulation within 60-90 cm soil increased by 22.7% after the fourth tomato harvested. Under the planting system of cucumber-tomato, dripping amount and the content of upper soil (0-30 cm) water made a significant difference to NO3--N in soil solution. The NO3--N of soil solution in upper layer (0-30 cm) could leach down, especially in the application of nitrogen treatment. The application of nitrogen and irrigation took the main place in nitrogen input, the soil Nmin residue took the main place in nitrogen output.【Conclusion】Under the condition of drip fertigation in vegetable planting in greenhouse, season’s vegetable yield in conventional application of N (800 kg·ha-1) were not increased and caused high accumulation of NO3--N in upper soil layer (0-30 cm) after first season vegetable harvest and caused soil NO3--N accumulation moving down after next vegetable harvest, it is feasible to reduce nitrogen application. Based on organic fertilizer and phosphor (P) nitrogen fertilizer and potassium (K) fertilizer, the nitrogen fertilizer application was about 100-150 kg·ha-1 for autumn-winter season tomato, about 250-300 kg·ha-1 for winter-spring season tomato, about 400-450 kg·ha-1 for autumn-winter season cucumber.

Key words: Tomato; Cucumber; Drip fertigation; NO3--N; Nitrogen balance

0 引言

【研究意义】土壤-作物体系的氮素平衡,是评价氮肥管理合理与否的关键。日光温室蔬菜滴灌施肥技术是提高水肥利用效率的技术方法之一,在生产上应用面积逐步扩大。与传统灌水施肥相比,滴灌施肥中的氮素管理技术较大幅度地降低蔬菜施氮量,对改善蔬菜品质和减少对环境的影响具有十分重要的意义,研究和探明滴灌条件下施氮量对蔬菜产量、氮素平衡和硝态氮累积及淋洗的状况的影响,不仅可以为该项技术推广应用提供理论基础,也可以为评估调整氮肥施用量对各茬蔬菜产量和硝态氮累积及淋洗的影响提供参考。【前人研究进展】蔬菜是应用滴灌面积较广泛的一类作物,约占世界滴灌面积的16%[1]。关于滴灌施肥已开展了大量研究。Papadopmoulos等[2]研究表明,滴灌施肥技术不仅达到了良好的节水节肥效果,也适合控制根层土壤中的无机氮含量。滴灌施肥对减轻土壤和地下水硝酸盐污染也十分有效[3~5]。滴灌施肥条件下作物对氮素的利用效率比其它施肥方式高,但对作物产量的影响不明显[6~8],但滴灌施肥频率对番茄产量和根系分布影响很大[9]。Thompson等[10]研究表明在滴灌施肥中滴灌量较高时,硝态氮淋失量也会增加,同时氮肥利用率也降低。在氮素管理方面巨晓棠等[11,12]研究表明,减量施氮的氮素管理方法,是获得适宜的氮素供应水平的有效方法。在氮素淋失研究方法上,土壤溶液提取器法被广泛运用于轻质土壤上的氮素淋失 [13],也有应用土壤溶液方法对作物生长进行诊断并提出适宜作物生长的临界氮浓度[14]。【本研究切入点】目前对温棚蔬菜滴灌条件下,氮素平衡及淋洗研究报道很少。本试验在宁夏引黄灌区温棚蔬菜种植条件下,以番茄-番茄-黄瓜-番茄轮作为研究对象,采用田间试验与室内分析相结合的方法,对各茬蔬菜产量、氮素平衡、土壤剖面硝态氮累积及淋洗进行研究。【拟解决的关键问题】旨在为生产上应用滴灌施肥中的氮肥管理技术提供理论依据,同时揭示施氮量对蔬菜产量、氮素平衡和硝态氮累积及淋洗状况的影响,为进一步提出滴灌施肥中各茬蔬菜合理的氮肥施用量提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2004年8月至2006年6月在宁夏银川市郊区杨家寨3队已种植8年的日光温室中进行。番茄-番茄-黄瓜-番茄轮作方式,两年的试验在同-田块上进行。供试土壤为灌淤土,为当地中高肥力田块,前作为黄瓜,试验前0~30 cm土层基础土样土壤有机质平均含量为19.2 g·kg-1,全氮、磷、钾含量分别为1.5、2.8、22.6 g·kg-1,速效磷和速效钾含量分别为184.0、265.6 mg·kg-1。第1茬番茄移栽前,测定0~180 cm各土层的土壤容重、土壤水分含量及NO3--N的含量,

11期张学军等:滴灌施肥中施氮量对两年蔬菜产量、氮素平衡及土壤硝态氮累积的影响 2537 其结果见表1。

表1 试验地各土层容重、水分含量和NO3--N含量

Table 1 The content of soil bulk density, soil moisture and

NO3--N in different soil depth of field experiment

土层深度Soil depth (cm)

土壤容重

Soil bulk density

(g·cm-3)

土壤水分含量

Soil moisture

(%)

土壤硝态氮含量

NO3--N content

(mg·kg-1)

0~30 1.37 16.26 4.04 30~60 1.55 20.2 4.19 60~90 1.63 20.88 4.78 90~120 1.45 21.13 4.87 120~150 1.48 21.14 4.34 150~180 1.46 21.7 6.48

1.2 试验设计

2004年8月3日定植秋冬茬番茄,试验设置6个

处理CK(不施肥)、OM1(有机肥)、N0+OM1、N1+OM1、

N2+OM1、N3+OM1。根据调查资料[15],OM1处理有机

肥为生物有机肥(干基N 1.28%),用量为18 000 kg·ha-1,其中N2为农民的传统施氮量;N3为增氮处理,

评价增施氮量对番茄产量和环境有无影响;N1为减氮

处理,评价减少施氮量对番茄产量和环境有无影响。

2005年1月18日定植冬春茬番茄,试验设置6

个处理为:CK(不施肥)、OM(未施有机肥)、0.5N1、

N1、1.5N1、N2,根据当地冬春茬不施有机肥的传统,

本茬无有机肥处理,上茬有机肥处理作为参比对照以

观察有机肥的后效及其对土壤氮磷钾和番茄产量的影响;其它各处理用以评价减少施氮量对番茄产量和环

境有无影响。

2005年秋冬茬黄瓜于8月24日定植,试验设置6

个处理为:CK(不施肥)、OM2、0.375N1+OM2、

0.75N1+OM2、1.125N1+OM2、1.5N1+OM2,其中

OM2处理有机肥为鸽粪(干基N 3.24%),用量为12 790 kg·ha-1,其它各处理为评价减少施氮量对黄瓜产量

和环境有无影响。

2006年冬春茬番茄于2005年12月7日定植,各

处理与2005年秋冬茬黄瓜一致,本茬根据当地冬春茬

不施有机肥的传统,没有施用有机肥处理,上茬有机

肥处理作为参比对照以观察有机肥的后效及其对土

壤氮磷钾和番茄产量的影响(具体各茬施氮量见表2)。

根据蔬菜的营养特性,各施肥处理的磷、钾肥用

量相同,P2O5 300 kg·ha-1,前两茬钾肥用量为K2O 750 kg·ha-1,第3、4茬根据所测土壤速效钾含量较高的原因,钾肥分别下调至K2O 450 和600 kg·ha-1,磷肥品种为普通过磷酸钙(P2O5 12%),钾肥为硫酸钾(基施,K2O 33%)和硝酸钾(追施,K2O 37%)。各茬磷肥和有机肥全部基施,钾肥基追的比例为3﹕7,追肥时间与氮肥同步。

每个小区面积4 m×6.5 m=26 m2,重复3次,随机区组排列。

按照各种蔬菜的需水规律以及秋冬茬、冬春茬棚中土壤水分特点,在每次滴灌时用水表详细记载滴灌量,各茬蔬菜全生育期的滴灌总量分别为222.4、266.5、164.2和252.3 mm,其滴灌时间及滴灌量见图1。

1.3 样品采集及分析

1.3.1 土样采取与测定土样采用土钻法,分别在各茬蔬菜种植前和收获后,在0~30、30~60、60~90、90~120、120~150和150~180 cm的6个层次上取土样,每小区取3个样点,取样点在畦上两株之间。将取自同一土层的土样于田间混合均匀后,置于预先装有冰块的保温箱中,带回实验室后,立即过2 mm 筛,混合均匀后0~4℃冷藏,用0.01 mol·L-1CaCl2浸提,流动注射分析仪(TRAACS2000)测定土壤NO3--N 和NH4+-N含量。

1.3.2 植株取样与测定 2004年秋冬茬番茄11月4 日至2005年1月18日为收获期,共采摘15次;2005年冬春茬番茄,4月24日至6月20日为收获期,共采摘23次;2005年秋冬茬黄瓜,9月16日至11月26日为收获期,共采摘20次;2006年冬春茬番茄,3月23日至5月26日为收获期,共采摘21次。

番茄和黄瓜采摘期间,详细记录各次采摘果实的鲜重,并分别于收获前期、中期和后期,取果实样品,测定果实含水量。果实样品烘干后磨碎,混合均匀并过0.5 mm筛,阴凉干燥处密封保存。蔬菜收获期后,地上部分成茎、叶柄和叶片三部分取样,烘干粉碎,并混合均匀,过0.5 mm筛,阴凉干燥处密封保存。植株样用浓H2SO4-H2O2消解,然后用凯氏法测定全氮含量。

1.3.3 灌溉水及土壤溶液取样与测定在蔬菜各生育期间,每隔1个月左右,取一次灌溉水样,过滤后于-20℃保存,用流动注射分析仪测定其无机氮含量。同时记录每次灌溉时间和灌溉量,并计算通过灌溉携入氮素的量。为了进一步验证各施氮处理不同层次NO3--N淋失的情况,在第3茬(2005年秋冬茬黄瓜)和第4茬(2006年冬春茬番茄)蔬菜生长期间,采用

2538 中 国 农 业 科 学 40卷 表2 2004~2006年蔬菜试验氮肥基追肥量和追肥时间

Table 2 Time and amount of N fertilizer for basal and topdressing fertilizer from 2004 to 2006

处理号 Code 基肥 Basal N ( kg·ha -1

)

追肥日期与追肥量

Time (mon-d) and amount of topdressing (kg·ha -1

)

总追肥

Total topdressing (kg·ha -1)第1茬(番茄)First season (tomato, 2004)

9-21 10-4 10-10 10-15 11-5 11-19

N 0 0 0 0 0 0 0 0 0 N 1 40 60 60 60 60 60 60 360 N 2 80 120 120 120 120 120 120 720 N 3 120 180 180 180 180 180 180 1080

第2茬(番茄)Second season (tomato, 2005)

3-8 3-23 4-1 4-12 4-20 5-2 0.5N 1 20 30 30 30 30 30 30

180

N 1 40 60 60 60 60 60 60 360 1.5N 1 60 90 90 90 90 90 90

540

N 2 80 120 120 120 120 120 120 720

第3茬(黄瓜)Third season (cucumber, 2005)

9-21 10-3 10-9 10-15 10-22 10-29 0.375N 1 15 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 22.5 135 0.75N 1 30 45 45 45 45 45 45 270 1.125N 1 45 67.5 67.5 67.5 67.5 67.5 67.5 405 1.5N 1 60 90 90 90 90 90 90

540

第4茬(番茄)Fourth season (tomato, 2006)

2-7 2-19 3-6 3-18 0.375N 1 15 33.8 33.8 33.8 33.8 135 0.75N 1 30 67.5 67.5 67.5 67.5 270 1.125N 1 45 101.3 101.3 101.3 101.3 405 1.5N 1 60

135 135 135 135

540

图1 各茬蔬菜滴灌量动态

Fig. 1 Dynamics of drip-irrigation amount with different vegetable season

土壤溶液原位提取器方法,在每个小区15、30、45、60和90 cm 不同土壤层次处,安装吸压式土壤溶液取样器,对0~90 cm 土层土壤溶液中NO 3--N 含量进行

实时监测。分别在追肥前、开花期、坐果期、采果盛期的灌溉后3~5 d ,待土壤恢复到田间含水量水平时,通过取样器抽取各小区15、30、45、60和90 cm 不同

11期 张学军等:滴灌施肥中施氮量对两年蔬菜产量、氮素平衡及土壤硝态氮累积的影响 2539

土壤层次土壤溶液。溶液提取后于-20℃冰柜中保存,测定前解冻。利用流动注射分析仪(TRAACS 2000)测定土壤溶液中NO 3--N 含量。安装土壤溶液器后,第一次提取不同施氮处理土壤溶液NO 3--N 含量见表3。

表3 不同施氮处理0~90 cm 各层次土壤溶液NO 3-

-N 含量 Table 3 The content of NO 3--N in different soil depth of field

experiment (mg·L -1)

土壤层次 Soil depth(cm)

CK OM 0.5N 1 1.5N 1

N 2

0~15 44.6 96.74 51.3 108.4 110.0 15~30 76.46 76.9 57.35 151.3 135.8

30~45 134.42 297.7 189.9 45~60 76.74 312.5 191.8 60~90 75.35 124.1

1.3.4 计算公式及方法 氮肥利用率(%)=(施氮区吸氮量-无氮区吸氮量)/施氮量×100。

表观残留Nmin (kg·ha -1)=土层厚度(cm )×土壤容重(g·cm -3)×Nmin 浓度(mg·kg -1)/10

氮表观损失=(施氮量+土壤初始无机氮+灌水输入氮)-(作物吸收+土壤残留无机氮)

氮素的矿化是根据不施氮区作物吸氮量与试验前后土壤无机氮的净变化来加以估计[1,3]

,不考虑氮肥的

激发效应,假定施肥处理的土壤氮矿化量与不施氮区

相同。

文中数据均采用Excel 和DPS 软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 两年施氮量对四茬蔬菜地上部产量和氮素吸收

量的影响

表4列出了4茬不同施氮量对蔬菜地上部产量和氮素吸收量的影响。表4看出,在前两茬传统施氮与增氮两个处理的番茄产量与吸氮量并没有随施氮量增加而显著增加,而减氮(N 1+OM 1)和不施氮处理(N 0+OM 1)与传统施氮处理的产量与吸氮量相当;在第3、4茬随着施氮量的下调,第4茬番茄产量比第1茬下降了48.7~72.3 t·ha -1

,蔬菜果实产量、总吸氮量随着施氮量的增加而增加,各施氮处理间差异显著;连续种植四茬蔬菜,不施肥和单施有机肥的处理对蔬菜产量、吸氮量影响很大,并与各施氮处理差异显著;

以上数据表明在当地设施蔬菜滴灌条件下施氮量过高,蔬菜产量并没有随施氮量增加而同步增加,采取减氮的氮素管理措施是切实可行的。在施用有机肥和磷钾的基础上,秋冬茬番茄氮肥推荐施用量在100~150 kg·ha -1、冬春茬番茄推荐施氮量在250~300 kg·ha -1、秋冬茬黄瓜氮肥推荐施用量在400~450 kg·ha -1,这样既保证蔬菜获得一定的产量,并满足地上部对氮素需求。

2.2 两年蔬菜不同施氮量对土壤剖面硝态氮累积的

影响

图2为两年蔬菜不同施氮量对土壤剖面硝态氮累积的影响,连续4茬种植蔬菜,在滴灌条件下,当季施氮量过高会造成对当季蔬菜收获后土壤表层NO 3-

-N 累积量高,随着蔬菜种植,表层NO 3--N 累积

对第3茬蔬菜收获后有向下土层(90~120 cm )淋失的趋势,图2可看出,第1茬番茄收获后,各施氮处理(N 1+OM 1、N 2+OM 1、N 3+OM 1)在0~30 cm 土层NO 3--N 累积最明显,

在第4茬番茄收获后,在表层0~30 cm 各施氮处理NO 3--N 累积量比第1茬下降了91.1%~92.2%;而在第2茬番茄收获后,各减氮处理(N 1、1.5N 1和N 2),在60~90 cm 土层NO 3--N 累积量明显增加,比第1茬增加了105.4%~137.3%,而且0~90 cm 的NO 3--N 累积量占0~180 cm 总累积量的73%~75%;在第3茬黄瓜收获后,各减氮处理(0.375N 1+OM 2、0.75N 1+OM 2、1.125N 1+OM 2、1.5N 1+OM 2)在90~120 cm 土层NO 3--N 累积量变幅在101.7~148.6 kg·ha -1,同层次相比,比第1茬增加了4.8%~30.8%,120 cm 以下土层NO 3--N 累积变化不大。连续种植4茬蔬菜,有机肥也有向下淋失的可能性,在有机肥处理和有机肥后效处理中,从第2茬开始到第4茬番茄收获后,在60~90 cm 土层的NO 3--N 累积量比第2茬高22.7%,

0~90 cm 以上层次NO 3--N 残留量占0~180 cm 总累积量的49.5%,合理地降低施氮量是减少NO 3--N 残留的直接和有效途径。

2.3 4茬蔬菜种植体系中氮素平衡

土壤-作物体系氮素平衡是评价氮肥合理施用与否的关键,也是氮肥优化管理技术的重要手段。因此,根据2004~2006年番茄-番茄-黄瓜-番茄种植体系中氮素输入和输出项,表观评估了土壤-作物体系下的氮素平衡。在计算氮素表观平衡时,将土层定义在0~60 cm 范围内,即蔬菜地上部吸收利用的主要土层范围。

2540 中国农业科学40卷

表4 2004~2006年蔬菜地上部产量和氮素吸收量

Table 4 Shoot N uptake and yield of vegetables from 2004 to 2006

处理Treatment

果实产量

Fruit yield (t·ha-1)

茎秆产量1)

Stems yield (t·ha-1)

果实吸氮

Fruit N uptake (kg·ha-1)

茎秆吸氮

Stems N uptake (kg·ha-1)

总吸氮量

Total N uptake (kg·ha-1)

第1茬(番茄)First season (tomato, 2004)

CK 97.3 b 1.2 d110.1 d28.0 e138.1 b OM198.5 b 2.1 c122.3 cd47.1 d169.4 b N0+OM1124.0 a 2.7 ab168.4 a64.1 bc232.6 a N1+OM1116.7 a 2.3 bc149.6 abc54.5 cd204.0 a N2+OM1126.1 a 2.9 a153.4 ab72.1 ab225.5 a N3+OM1125.8 a 2.9 a134.9 bcd78.8 a213.7 a 第2茬(番茄)second season (tomato, 2005)

CK 105.6 b 2.9 a119.1 b68.0 a187.1 b OM 113.8 ab 3.3 a141.2 ab75.0 a216.2 ab 0.5N1120.4 a 3.6 a163.8 a86.9 a250.7 a N1109.0 ab 3.4 a140.5 ab81.8 a222.3 ab 1.5N1117.2 ab 2.6 a142.0 ab65.0 a207.0 ab N2104.8 b 2.5 a112.3 b67.3 a179.6 b 第3茬(黄瓜)Third season (cucumber, 2005)

CK 55.1 c 2.8 a80.1 b76.1 a156.2 b OM262.3 bc 3.4 a96.4 ab89.8 a186.2 ab 0.375N1+OM260.9 bc 3.0 a97.8 ab73.7 a171.5 ab

0.75N1+OM276.3 a 3.5 a119.5 a97.5 a217.0 a

1.125N1+OM270.1 ab

2.6 a111.3 a64.4 a175.7 ab 1.5N1+OM280.6 a 2.5 a121.8 a68.7 a190.4 ab 第4茬(番茄)Fourth season (tomato, 2006)

CK 25.3 c 5.3 b25.5 d105.9 b131.4 c OM228.5 c 4.6 b29.0 d96.9 b125.9 c 0.375N144.4 b 4.6 b45.8 c110.9 b156.7 c

0.75N168.9 a7.1 a70.2 b168.5 a238.8 a

1.125N176.3 a 5.1 b8

2.2 a117.6 b199.8 b 1.5N177.4 a 5.4 b8

3.9 a111.4 b195.2 b 1)为干物质产量。各茬同一列数据不同字母代表差异达5%显著水平

1)is dry matter yield. The values in the same line without same letters show significant difference at 5% level for each vegetable season

对于连续4茬蔬菜种植体系下氮素平衡而言(表5),在氮素的总输入项中,施氮量、灌溉水输入的氮和氮矿化量占重要地位,总输入量随氮肥施用量的增加而增加。氮素输出项中,以Nmin残留为主,它也是氮素盈余的主要来源。施氮量、播前Nmin与氮素矿化量之和(963.5~4163.5 kg·ha-1)已远超出了两年蔬菜地上部的氮素需求之和(697.7~882.1 kg·ha-1),土壤本身供氮量高达318.7 kg·ha-1。因此,为了减少氮素的表观残留和损失量,考虑到土壤自身氮素供应能力,施氮量应尽可能的控制到300~400 kg·ha-1水平以下。

2.4 黄瓜-番茄种植体系下土壤溶液硝态氮含量动态

变化

结合图1,从图3中可看出,在秋冬茬黄瓜滴灌次数与滴灌量比冬春茬少(图1),从土壤水分含量动态变化也可以看出,秋冬茬黄瓜田间土壤水分变化比较平稳,逐渐降低后有回升的趋势,而冬春茬番茄田间土壤水分变化大,波动性较大,说明土壤水分含

11期张学军等:滴灌施肥中施氮量对两年蔬菜产量、氮素平衡及土壤硝态氮累积的影响

2541

图2各茬蔬菜收获后不同处理下0~180 cm土壤剖面NO3--N累积动态变化

Fig. 2 Dynamics of NO3--N accumulation in 0-180 cm soil profile with different treatment

表5 4茬蔬菜种植体系下氮素平衡

Table 5 Nitrogen balance of total growing system (kg·ha-1)

秋冬茬番茄+冬春茬番茄+秋冬茬黄瓜+冬春茬番茄Autumn-winter tomato+ Winter-spring tomato+ Autumn- winter cucumber + Winter-spring tomato (2004-2006) 对照

CK

有机肥

OM1+OM2

0.375N1~N1 0.75N1~N1 1.125N1~N2 1.125N1~N3

A 氮输入 Nitrogen input

①施氮量Nitrogen fertilizer ratio 0 644.8 1144.8 2044.8 2944.8 3844.8

②播前Nmin, Nmin before sowing 69.6 69.6 69.6 69.6 69.6 69.6

③矿化 Net mineralization 249.1 249.1 249.1 249.1 249.1 249.1

④灌溉水 Irrigation 328.6 328.6 328.6 328.6

328.6 328.6 总投入:(①+②+③+④)Total input 647.3 1292.1 1792.1 2692.1 3592.1 4492.1

B 氮输出 Nitrogen output

⑤果实吸收 Fruit uptake 334.8 388.9 475.8 479.8 488.9 452.9

⑥茎秆吸收 Stems uptake 278 308.8 335.6 402.3 319.1 326.2

⑦残留Nmin Reside Nmin 444.0 748.6 625.7 1815.4 1495.5 1872.2

⑧表观损失 Apparent losses -154.2 355.0 -5.4 1288.6 1840.8 氮赢余:(⑦+⑧)Nitrogen Surplus 444.0 594.4 980.7 1810.0 2784.1 3713.0

2542 中国农业科学40卷

图3 黄瓜-番茄季周年轮作田间土壤含水量动态变化

Fig. 3 Dynamics of soil water content in cucumber and tomato season

量的高低与滴灌水量的多少密切相关,同时也说明,冬春茬在4~6月期间频繁滴灌,在土壤表层保持一定土壤水分,从而使NO3--N随水运移,在很高含水量下随水向下运动。

在黄瓜-番茄种植体系下,不同施氮处理条件下土壤剖面土壤溶液中NO3--N含量均有不同程度变化。滴灌量及滴灌时间对土壤溶液NO3--N含量有直接影响(图1、图3),不同施氮处理下,随着生育期的增加,表层土壤溶液中NO3--N有不断向下淋洗的趋势,而且在施氮量高表现的更为明显,从图4可以看出,在0.375N1的处理条件下,黄瓜季各土壤剖面土壤溶液中NO3--N含量在生育期的后期增加,滴灌末期土壤溶液中NO3--N浓度呈明显的层次分布,但以0~15 cm范围变化较大,峰值出现第3茬黄瓜生育后期(12

图4 不同处理对黄瓜-番茄轮作体系下土壤溶液NO3--N含量的影响(2005~2006)

Fig. 4 Effect of different treatment on NO3--N content of soil solution with cucumber-tomato rotation system

11期张学军等:滴灌施肥中施氮量对两年蔬菜产量、氮素平衡及土壤硝态氮累积的影响 2543

月19日左右),在1.125N1处理条件下,15~30 cm 土层的土壤溶液NO3--N含量变化最大,峰值出现在第4茬番茄生育中前期(1月11日),变幅在151.3~688.8 mg·L-1范围;在1.5N1的处理条件下,60~90 cm 土壤溶液NO3--N含量变幅最大,峰值出现在第4茬番茄生育中后期(5月10日),变幅在124.1~596.0 mg·L-1之间;单施有机肥也会造成的土壤NO3--N向深层淋洗,单施有机肥处理,0~30 cm土壤溶液中NO3--N含量明显增加,随着冬春茬番茄期间滴灌量不断增加(图1、图3),土壤水分含量增加,有机肥后效处理15~30 cm土壤溶液NO3--N含量也呈增加的趋势,峰值出现第4茬番茄生育后期(5月10日左右),最高可达278.5 mg·L-1,这进一步验证了2.3的试验结果。

3 讨论

有关滴灌施肥国外有很多相关研究,并对这种施肥措施给予肯定[18,19],具有明显的增产效应,我国温室大棚使用滴灌施肥试验研究表明,滴灌施肥可减少用肥量,提高产量,节约用工[20],本试验在地处西北干旱地区的宁夏引黄灌区,开展温棚条件下滴灌施肥中氮素管理研究,得出滴灌条件下采取减氮的氮素管理措施是切实可行的,在施用有机肥和磷钾的基础上,秋冬茬番茄氮肥推荐施用量在100~150 kg·ha-1、冬春茬番茄推荐施氮量在250~300 kg·ha-1、秋冬茬黄瓜氮肥推荐施用量在400~450 kg·ha-1,这样既保证蔬菜获得一定的产量,并满足地上部氮素需求。在轮作体系中保证作物产量的基础上,对高施氮量进行下调是当今生产的一个必需措施[14]。

滴灌施肥对NO3--N的分布、淋失与施肥方式、施肥量[21]、滴灌量[10]影响较大。本试验得出当季施氮量过高会造成对当季蔬菜收获后土壤表层NO3--N累积量高,随着蔬菜种植和滴灌量的增加(图1),表层NO3--N累积对下茬蔬菜收获后有向下土层淋失的趋势,尤其是在2005年冬春茬番茄表现最为明显,氮素淋溶量随灌水量增加而增加,这与习金根[22]和Thompson[10]结果一致。另外连续种植4茬蔬菜,有机肥也有向下淋失的可能性,这与袁新民[23]的研究结果比较一致。

土壤-作物体系氮素平衡是评价氮肥合理施用与否的关键。本试验研究得出施氮量、播前Nmin与氮素矿化量之和,已远超出了周年蔬菜地上部的氮素需求之和,土壤本身供氮量很高,因此,当地滴灌条件下,施氮量应尽可能地控制到300~400 kg·ha-1水平以下。有研究表明,日光温室番茄生产系统中,表观氮素损失随施氮量增加而增加,总氮素供应水平在200~800 kg·ha-1之间时,氮素表观损失量与总氮素供应水平正相关[24],本试验有类似的研究结果。Prabhakar等[25]总结前人资料,并利用模型求得番茄的最佳施氮量在116~168 kg·ha-1之间,比我国实际生产中氮肥用量少很多。在滴灌条件下温室蔬菜施氮量过高情况下,施氮量可适当下调,以减少Nmin残留对环境的污染。

本研究通过土壤溶液提取法研究在黄瓜-番茄轮作条件下,土壤溶液NO3--N动态变化,得出不同施氮处理下随着后期滴灌量的增加,表层土壤溶液中NO3--N有不断向下淋洗的趋势,而且在施氮量越高表现的更为明显,有研究表明土壤水分含量与NO3--N 含量有很好相关性[26],而滴灌施肥中土壤溶液稳定在一个恒量的标准[27]。滴灌条件下水分从点水源进入土壤,然后向各个方向扩散,同一滴头流量灌水量越大,滴头湿润范围越大[21],这与笔者的研究结果相似;连续4茬蔬菜种植,滴灌条件下,虽然减氮处理明显减少了表层土壤溶液中NO3--N含量,但前期高氮量处理造成后期的土壤溶液中NO3--N含量向下淋失,有关研究表明初始浓度不同,在水平方向和垂直方向的水分和溶质运移表现出不同的特征,初始浓度大时水分和溶质运移基本一致,而在初始浓度小时,水分的运动比溶质运移超前[28]。

4 结论

本试验结果是在地处西北干旱地区的宁夏引黄灌区在设施蔬菜滴灌施肥中得出:连续种植4茬蔬菜,当地的传统施氮量没有增产作用,传统施氮量造成土壤表层NO3--N累积和造成土壤表层NO3--N有向下淋失的趋势,减氮处理的淋失可能性较少;在黄瓜-番茄轮作期间,土壤表层土壤溶液中的NO3--N含量,施氮量高的处理有向下淋失趋势;减量施氮是一项切实可行的措施。

因此,结合当地的土壤肥力状况,设施蔬菜滴灌施肥在有机肥和磷钾肥配施基础上,秋冬茬番茄氮肥推荐施用量在100~150 kg·ha-1、冬春茬番茄推荐施氮量在250~300 kg·ha-1、秋冬茬黄瓜氮肥推荐施用量在300 kg·ha-1,这样既保证蔬菜获得一定的产量,并满足地上部对氮素需求,同时又不会造成对环境污染的潜在威胁。对于有机肥与磷、钾肥的合理施用量本文以

2544 中国农业科学40卷

恒量控制。磷、钾对氮肥作用以后还有待于进一步研究。

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(责任编辑李云霞)

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