董 畔，張成軍，彭正萍，王男男，趙同科*

（1 河北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，河北保定 071000；2 北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097）

京郊設施黃瓜氮素施用量的優(yōu)化運籌研究

董 畔1,2，張成軍2，彭正萍1，王男男1,2，趙同科2*

（1 河北農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院，河北保定 071000；2 北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所，北京 100097）

【目的】京郊設施蔬菜黃瓜普遍存在氮素施用量高，利用效率較低，土壤殘留多，黃瓜果實硝酸鹽含量較高等問題。研究產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)且土壤氮素殘留水平合理的氮肥施用量，可為優(yōu)化施肥、提高生產(chǎn)和環(huán)境效益提供科學依據(jù)?！痉椒ā坎捎迷O施蔬菜田間小區(qū)試驗法，以金胚 98 黃瓜為試材，在施用商品有機肥 15 t/hm2的條件下，設置 5 個不同施氮水平，分別為 0、120、240、360、480 kg/hm2，調(diào)查了黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)、氮素殘留、經(jīng)濟效益，分析不同施氮條件下土壤的氮素平衡?！窘Y(jié)果】與不施氮處理相比，氮素增加后各處理黃瓜產(chǎn)量顯著提高，并隨施氮量的增加呈先增加后降低趨勢，當施氮量為 360 kg/hm2時，產(chǎn)量最高；氮素殘留量隨施氮量的增加呈上升趨勢；黃瓜硝酸鹽含量隨施氮量的增加而增加，并在施氮量 480 kg/hm2時，黃瓜硝酸鹽含量超標；可溶性糖含量隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，在施氮量為 360 kg/hm2時，可溶性糖含量最高；黃瓜氮素含量隨著施氮量的增加都有所增加，施 N 240、360、480 kg/hm2處理較不施氮處理差異顯著(P ＜0.05)，在 N 480 kg/hm2處理下氮素含量較 N 360 kg/hm2處理有所降低；氮肥的施入對磷、鉀含量無顯著影響(P＞ 0.05)；不同施氮情況下氮素利用率在 4.9%～24.9% 之間，氮素殘留率在 24.5%～58.0% 之間，當施氮量為 240 kg/hm2時氮素利用率最高，殘留率最低；隨著施氮量的增加，氮的表觀損失量增加，但當施氮量為 360 kg/hm2時，氮的表觀損失量較施氮量為 240 kg/hm2有略微減少。【結(jié)論】綜合考慮土壤環(huán)境和產(chǎn)量之間的關(guān)系，在溫室土壤無機氮含量為 35.2 mg/kg 和基施商品有機肥 15 t/hm2的試驗條件下推薦 341.7 kg/hm2為最佳施氮量，可獲得最高產(chǎn)量 78.4 t/hm2；當施氮量為 329.6 kg/hm2時，是獲取最佳經(jīng)濟效益的推薦施氮量。

溫室黃瓜；氮肥水平；產(chǎn)量；品質(zhì)；純收益

氮素是植物生長發(fā)育必需的營養(yǎng)元素之一，約占作物體干重的 0.3%～5%，是植物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和一些激素等的重要組成部分[1]，也是限制作物生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因素。氮源對于陸地和水生生物的多樣性，氣候變化以及人類健康至關(guān)重要[2]。氮肥供應不足會造成作物生長緩慢，產(chǎn)量過低，但施用過多也造成很多負面效應。近年，京郊地區(qū)設施蔬菜發(fā)展迅速，生產(chǎn)者為了達到高產(chǎn)出、高收益的目的，盲目大量地施用化肥，特別是氮肥。經(jīng)調(diào)查，京郊地區(qū)菜田和果園化肥施用量較高，氮、磷、鉀肥均顯著高于糧田，菜田氮肥用量為 1741 kg/hm2，是糧田氮肥用量的 4.5 倍[3]。研究表明，雖然氮肥的增產(chǎn)效果最佳，但過量施用氮肥無顯著增產(chǎn)效應，與 20 世紀 80 年代相比，氮肥利用效率明顯降低，磷肥肥效基本不變，而鉀肥肥效在快速提升[4]。燕飛等[5]綜合黃瓜品質(zhì)及產(chǎn)量兩個因素，在中等土壤肥力的塑料大棚黃瓜春季栽培中，推薦最佳施氮量為 487 kg/hm2。氮肥的過量施入，非但不會獲得高產(chǎn)，還增加生產(chǎn)成本，影響產(chǎn)品品質(zhì)，使蔬菜硝酸鹽含量升高。大量研究表明，硝酸鹽在反硝化作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，然后在人體內(nèi)轉(zhuǎn)化成亞硝胺，亞硝胺是一種有毒物質(zhì)，可導致高鐵血紅蛋白癥及消化系統(tǒng)癌變[6]。封錦芳等[7]對 2006年北京蔬菜硝酸鹽含量調(diào)查表明，北京市居民每日通過蔬菜攝入的硝酸鹽量為 328.2 mg，比 WHO/FAO的 ADI 值(300 mg/d)高 9.4%。隨施氮量的增加，果實中硝酸鹽含量呈正比例增加[8]，因此，需要根據(jù)硝酸鹽含量標準，探索出合理的氮肥施入量，實現(xiàn)品質(zhì)和產(chǎn)量雙收。

大量施用氮肥還會造成土壤氮素累積、土壤酸化，降低土壤質(zhì)量[9]。研究發(fā)現(xiàn)，施入土壤中的肥料氮比自然界中的氮源更容易從土壤中淋洗[10]，地下水硝酸鹽含量超標現(xiàn)象與氮肥施用過量密切相關(guān)[11–12]，施氮量、施肥方式也會直接影響硝態(tài)氮在土壤中轉(zhuǎn)化[13–14]。杜連鳳等[15]研究表明，土壤、植株和地下水硝酸鹽含量與氮肥施用量直接相關(guān)，菜田和果園施氮量大，其土壤硝酸鹽累積明顯，地下水硝酸鹽超標率高。高茹等[16]指出，土壤硝態(tài)氮含量是影響硝態(tài)氮淋失強度的決定因素，控制土壤氮素累積和化肥施用水平是降低其淋失風險的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。中國作為世界最大化肥生產(chǎn)和消費國，2013 年的化學氮肥用量達 2394.2 × 104t[17]。北京 2014 年的氮肥用量 53678 t，雖然數(shù)量同比 2013 年降低 10%[18]，但由于平原造林使得耕地減少，氮肥用量仍然處于過量水平。京郊地區(qū)土壤氮養(yǎng)分盈余量最多，農(nóng)學利用效率只有24.2%，施入氮肥大量殘留[19]，造成土壤嚴重污染。因此，在現(xiàn)有生產(chǎn)基礎(chǔ)上，本研究采用田間試驗，研究低成本、高產(chǎn)出、高品質(zhì)的優(yōu)化施氮量，以期找到最佳施氮量，擬為京郊設施蔬菜黃瓜氮肥科學施用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在北京市房山區(qū)農(nóng)科所溫室進行，供試土壤為潮土，其 0—20 cm 土層有機質(zhì)含量 27.7 g/kg、全氮含量 1.9 g/kg、有效磷含量 0.4 g/kg、速效鉀含量 0.6 g/kg、硝態(tài)氮含量 30.6 mg/kg、銨態(tài)氮含量 4.6mg/kg，0—100 cm 總無機氮含量為 169.8 mg/kg。供試黃瓜品種為北京中研惠農(nóng)種業(yè)有限公司培育的金胚 98。供試肥料為尿素 (含 N 46%)、過磷酸鈣 (含P2O518%)、硫酸鉀 (含 K2O 52%)、商品有機肥 (有機質(zhì)含量≥45%，含 N 2.1%、P 0.8%、K 1.5%)。

1.2 試驗設計

設置 5 個施氮水平，分別為 N 0、120、240、360、480 kg/hm2，表示為 N0、N120、N240、N360、N480，每個水平 3 次重復。各處理除氮肥外其他肥料用量均一致，有機肥 15 t/hm2、磷肥 (P2O5) 150 kg/hm2、鉀肥(K2O) 300 kg/hm2，有機肥和磷肥均作基肥一次性施入，氮、鉀肥分 5 次施入，第一次基肥施入 20% 氮肥、20% 鉀肥，第二次在根瓜收獲后進行追肥，以后看天氣情況，每 7～10 d 追肥一次 (氮、鉀肥的追肥量均為整個生育期的 20%)。隨機區(qū)組排列，小區(qū)長 6 m、寬 3 m，實際留苗密度為 3.3 × 104plant/hm2，于 2015 年 1 月 31 日定植，5 月 19 日收獲。

1.3 測定項目及方法

在試驗末期采集黃瓜測定硝酸鹽、可溶性糖，并烘干部分樣品測定全氮、全磷、全鉀含量；采集植株樣品，烘干，測試全氮含量。種植前采集0—100 cm 基礎(chǔ)土樣，0—20 cm 測定有機質(zhì)、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷、速效鉀，其他土層測試硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量；收獲后每個小區(qū)取 100 cm 土層土樣，每 20 cm 一層，分別測定硝態(tài)氮、銨態(tài)氮含量。產(chǎn)量根據(jù)其長勢分批采收計算。

土壤有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量—外加熱法；有效磷采用鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用 NH4OAc浸提—火焰光度法測定；全氮采用凱氏定氮法[20]；硝態(tài)氮、銨態(tài)氮經(jīng) 1 mol/L KCl 浸提并用連續(xù)流動分析儀測定；黃瓜硝酸鹽采用水楊酸比色法測定[21]；可溶性糖采用蒽酮比色法[22]測定。

1.4 其他指標計算方法

1.4.1 氮素去向計算 (0—100 cm) 本次試驗所設變量僅為化肥氮，因此計算中所提到的氮素均為化肥氮。

氮素利用率 = (施氮區(qū)作物吸收氮總量?對照區(qū)作物吸收氮總量)/施氮量 × 100%

氮素殘留率 = (各土層施氮區(qū)土壤無機氮殘留?各土層無氮區(qū)土壤無機氮殘留)/施氮量 × 100%

1.4.2 土壤氮素平衡計算 計算 0—100 cm 土壤氮素平衡時，氨揮發(fā)損失氮量根據(jù)本試驗設計施氮量并參考文獻[23]。

損失氮 (kg/hm2) = 氮輸入? 氮輸出

氮輸入 = 施入肥料氮 + 有機礦化氮 + 基礎(chǔ)土壤氮

氮輸出 = 作物吸收氮 + 收獲時土壤殘留氮 + 氨揮發(fā)氮

有機礦化氮通過不施肥試驗求得：

有機礦化氮 = 作物吸收氮 + 收獲時土壤殘留氮 –基礎(chǔ)土壤氮[24]

1.4.3 經(jīng)濟效益分析 用黃瓜各處理總產(chǎn)值減去肥料成本和其他田間管理成本定為純收益。各處理除了氮肥用量不同外，其他均一致。黃瓜按批發(fā)價 1.9 yuan/kg計算[18]。各處理所用的化肥價格：尿素 2.0 yuan/kg、過磷酸鈣 1.2 yuan /kg、硫酸鉀 7.5 yuan/kg、有機肥0.4 yuan/kg。幼苗成本 0.6 yuan/plant。其他田間管理費，包括機耕、農(nóng)藥、灌溉、各種農(nóng)藝措施用工等。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用 Excel2003 和 SPSS17.0 進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥用量調(diào)控對黃瓜產(chǎn)量的影響

由圖 1 可以看出，氮肥的施用顯著提高黃瓜產(chǎn)量，且隨著施氮量的增加呈先增加后降低的趨勢，其中在 N360處理下產(chǎn)量最高，為 80.3 t/hm2。各施氮處理 N120、N240、N360、N480產(chǎn)量較 N0分別增產(chǎn)6.7%、8.2%、13.9%、8.8%。說明黃瓜在生長過程中對氮素的需求較大，產(chǎn)量會隨著施氮量的增加而增加，但達到一定施氮量后，繼續(xù)增施氮肥，反而會使產(chǎn)量下降，原因可能是大量氮肥的施用導致黃瓜植株貪青晚熟，從而引起果實產(chǎn)量降低。

圖1 不同施氮水平的黃瓜產(chǎn)量Fig. 1 Cucumber yield under different N application rates

2.2 不同氮肥用量調(diào)控對黃瓜品質(zhì)的影響

2.2.1 不同氮肥用量調(diào)控對黃瓜硝酸鹽含量的影響

除 N120處理外，其他各施氮處理的黃瓜硝酸鹽含量較對照顯著增加(P ＜ 0.05) (圖 2)。各施氮處理硝酸鹽含量高出對照 19.7%～66.7%，且隨著施氮水平的升高，黃瓜硝酸鹽含量升高。其中 N480處理的硝酸鹽含量最高，為 468.9 mg/kg，高出我國蔬菜硝酸鹽允許含量 432 mg/kg[5]。徐坤范等[25]研究表明，隨著施氮量的增加，黃瓜果實的硝酸鹽含量大幅度升高，施氮量與硝酸鹽含量呈顯著正相關(guān)。通過本試驗硝酸鹽含量與施氮量間的相關(guān)分析 (R2= 0.9935) 結(jié)果表明，當施氮量大于 391.2 kg/hm2時，黃瓜硝酸鹽含量超標。

2.2.2 不同氮肥用量調(diào)控對黃瓜可溶性糖含量的影響 不同施氮處理的黃瓜可溶性糖含量隨施氮水平的升高而升高，各施氮處理的可溶性糖含量較對照提高 1.5%～12.6%，N360、N480處理與對照差異顯著(P ＜0.05) (圖 2)。N360處理的可溶性糖含量最高，為1.8%，但在其水平上繼續(xù)增加施氮量，可溶性糖含量則有所降低?？扇苄蕴菍S瓜的綜合風味影響較大，黃瓜可溶性糖含量高，生食甜味較濃，粗纖維含量低，瓜肉則細嫩而脆[25]。黃瓜甜度和香氣均與可溶性糖的含量線性正相關(guān)[26]，因此本次試驗表明適量施氮處理可以有效改善黃瓜的口感，但超過一定施氮量，反而降低。

圖2 不同施氮水平的黃瓜硝酸鹽、可溶性糖含量Fig. 2 Nitrate content and soluble sugar content of cucumber under different N application rates

2.2.3 不同氮肥用量調(diào)控對黃瓜礦物元素含量的影響 黃瓜氮素含量隨著施氮量的增加都有所增加，N240、N360、N480較不施氮處理差異性顯著(P ＜ 0.05)，在 N480處理下氮素含量較 N360有所降低，可能是由于較多的施氮量導致植株生長旺盛，從而使果實對養(yǎng)分的吸收量減少。試驗中所有處理磷、鉀施入量相同，從表 1 可知，不同的施氮量下磷、鉀含量較不施氮處理差異性不顯著(P ＞ 0.05)，表明氮肥的施入對黃瓜磷、鉀含量無顯著影響。

表1 不同氮水平下黃瓜養(yǎng)分含量Table 1 Cucumber nutrient content under different N treatments

2.3 不同氮肥用量調(diào)控對氮素利用及其損失的影響

2.3.1 不同氮肥用量調(diào)控對氮素利用影響 表 2 表明，各施氮處理的地下部無機氮殘留量均高于地上部吸氮量，隨著施氮量的增加，地上部吸氮量呈先增加后降低的趨勢，各施氮處理地上部吸氮量較對照增加 4.9%～24.9%，且在 N360水平地上部吸氮量最高；隨著施氮量的增加，地下部無機氮殘留量呈上升趨勢 (圖 3)；從氮素利用率和氮素殘留率可以看出，N240水平的氮素利用率最高，氮素殘留率最低。隨著施氮量的增加氮素利用率呈先增加后降低的趨勢，氮素殘留率呈先降低后增加的趨勢。綜上所述，N240處理對提高氮素利用率降低氮素殘留率的作用效果最佳。

表2 不同氮水平下的氮素去向Table 2 Nitrogen uptake and residue under different N treatments

圖3 不同氮水平下氮素殘留量和黃瓜產(chǎn)量的二次曲線模擬Fig. 3 Quadratic curve of N retention and cucumber yield under different N treatments

2.3.2 不同氮肥用量調(diào)控下的氮素損失量 由表 3 可知，根據(jù) N0處理得出的有機礦化氮在氮輸入項中起著重要的作用，占氮總輸入的 25.8%～45.9%，與作物吸氮量接近。隨著施氮量的增加，氮損失量也增加，且在 N360處理氮損失量較低，即 N480＞ N240＞N360＞ N120，表明氮肥的不合理施入是 N 損失的直接因素，當施氮量為 360 kg/hm2時，是氮的表觀損失量最少的優(yōu)化施氮量。因此在保證作物需求的情況下，合理安排氮肥用量，可以降低氮損失，更好地調(diào)節(jié)氮平衡。

2.4 溫室黃瓜優(yōu)化施氮量及經(jīng)濟效益分析

不同氮肥調(diào)控下的氮素殘留量和黃瓜產(chǎn)量分別與施氮量間呈顯著一元二次模型相關(guān) (圖 3)，當施氮量為 347.5 kg/hm2時，黃瓜產(chǎn)量最高為 78.5 t/hm2。綜合考慮土壤環(huán)境問題和產(chǎn)量，可以得出當施氮量為 341.7 kg/hm2時，氮素殘留量最低為 359.6 mg/hm2時，產(chǎn)量最高為 78.4 t/hm2。

除肥料成本以外，不同施氮量的其他成本均一致 (表 4)。氮肥的施入都有效地增加了黃瓜的純收益，N120、N240、N360、N480純收益較 N0增加了8.5%～17.3%。隨著施氮量的增加，純收益呈先升高后降低的趨勢，在 N360水平上增加施氮量，純收益降低。N360水平的純收益最高，其較 N0的增收率是其他施氮處理的 2 倍。將純收益與施氮量進行二元曲線模擬得出方程 y = –0.1554x2+ 102.45x + 96985，可知當施氮量為 329.6 kg/hm2時，純收益最高為148000 yuan/hm2。據(jù)調(diào)查，京郊設施黃瓜農(nóng)民習慣施肥肥料成本為 15000 yuan/hm2，總收入為 143000 yuan/hm2，若將農(nóng)民其他成本與本試驗一致，其純收益為 104000 yuan/hm2，較 N0增收只有 4.4%。由此可見，農(nóng)民習慣施肥雖總收入可觀，但其忽視了成本，大量肥料投入并沒有帶來較高的純收益。

表3 不同氮水平下的土壤氮素平衡Table 3 Soil nitrogen balance under different N treatments

表4 不同氮水平下的經(jīng)濟效益Table 4 Economic benefits under different N treatments

3 討論與結(jié)論

施肥是設施蔬菜生產(chǎn)中的一項關(guān)鍵技術(shù)，它直接影響到蔬菜的產(chǎn)量和品質(zhì)。由于設施栽培生態(tài)條件和栽培方式與常規(guī)露地栽培不同，因此對肥水管理等提出了特殊要求[27]。程福皆等[28]研究結(jié)果表明，在施氮 0～900 kg/hm2范圍內(nèi)，隨施氮量的增加，可溶性蛋白、游離氨基酸含量逐漸升高。本試驗在溫室土壤無機氮含量為 35.20 mg/kg 和基施商品有機肥15 t/hm2的條件下，研究了獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)且能維持土壤氮素平衡的最佳施氮量。本研究結(jié)果表明，不同氮肥處理下黃瓜總產(chǎn)量較對照差異性顯著，N360的增產(chǎn)效果最佳，為 80.3 t/hm2，較崔健等[29]研究出的嫁接黃瓜產(chǎn)量 60.4 t/hm2增產(chǎn) 33.0%，在其基礎(chǔ)上增加施氮量產(chǎn)量則降低。各施氮處理的黃瓜硝酸鹽含量均明顯高于對照，N480水平下的硝酸鹽含量超標?？扇苄蕴呛侩S著施氮量增加而增加，在 N360達到最高為 1.8%，增施氮量可溶性糖含量則降低。黃瓜氮素含量隨著施氮量的增加都有所增加，N240、N360、N480與 N0差異性顯著，N480氮素含量較 N360有所降低；氮肥的施入對磷、鉀含量無顯著影響。不同施氮水平處理下的氮素利用率在 4.9%～24.9% 之間，氮素殘留率在 24.5%～58.0% 之間。將氮素殘留量與產(chǎn)量進行二次曲線模擬得出施氮量為 341.7 kg/hm2是解決環(huán)境和產(chǎn)量問題的最佳施氮量。當施氮量為329.6 kg/hm2時，純收益最高，為 148000 yuan/hm2。

試驗結(jié)束時正值黃瓜采收旺季，土壤中的氮素還沒有被充分利用，因此得出的氮素利用率較低。本試驗 360 kg/hm2的施氮量加上基施有機肥中 2% 的含氮量與當?shù)氐氖┑?1741 kg/hm2[3]相比，本試驗的施氮量僅是其施氮量的 43.7%。經(jīng)調(diào)查，當?shù)卦O施蔬菜黃瓜整個周期 (按 5 個月計) 最高產(chǎn)量為 165 t/hm2。本試驗在 N360處理下的黃瓜平均每月產(chǎn)量為26.8 t/hm2，若按 5 個月計，黃瓜產(chǎn)量為 133.8 t/hm2，是當?shù)攸S瓜產(chǎn)量的 80.1%，對氮素的吸收量為 343.6 kg/hm2，N360處理下的氮素殘留量 (表 2) 完全可以滿足。研究發(fā)現(xiàn)，在我國一年兩季的糧食生產(chǎn)中，每年氮肥施用量為 550～600 kg/hm2，遠遠超過作物的吸收量[12]。本次試驗得出的氮素利用率較趙營等[30]研究得出的氮素利用率 (2%～6%) 整體提高了 75%。綜合考慮環(huán)境和產(chǎn)量的最佳施氮量為 341.7 kg/hm2，較前人研究的施氮量 487.8 kg/hm2[4]降低 30.0%。殘留在土壤中的氮素養(yǎng)分仍然可以被利用[31–33]，當下一茬作物生長時，土壤中殘留的氮素養(yǎng)分則發(fā)揮其供給效應。董嫻嫻等[34]研究了肥料氮在兩個輪作季四茬作物中的后效，結(jié)果表明后三茬作物均能吸收利用第一茬冬小麥殘留在土壤中15N 標記肥料。卜容燕等[35]研究結(jié)果表明，水稻季施用的氮肥殘留相當于在油菜季施氮 5～33 kg/hm2的增產(chǎn)效果。由于設施蔬菜土壤中氮殘留量日趨嚴重，為了在維護土壤環(huán)境的基礎(chǔ)上提高經(jīng)濟效益，生產(chǎn)者開始注重有機無機配施[36–37]。本研究選擇一定的有機肥及磷鉀用量，合理利用土壤中殘留氮源，優(yōu)化運籌氮素，探索設施栽培黃瓜合理的有機無機配施量，從而為設施蔬菜科學施肥提供技術(shù)指導。

綜上所述，在本試驗條件下 (土壤無機氮含量為35.2 mg/kg 和基施商品有機肥 15 t/hm2)，當施氮量為360 kg/hm2時，增產(chǎn)效果最佳，品質(zhì)最佳；當施氮量為 240 kg/hm2時，氮素利用率最高；綜合考慮土壤環(huán)境和產(chǎn)量，推薦 341.7 kg/hm2為最佳施氮量，可獲得最高產(chǎn)量 78.4 t/hm2，施氮量為 329.6 kg/hm2是獲取最佳經(jīng)濟效益的推薦施氮量。

[1]黃建國. 植物營養(yǎng)學[M]. 北京: 中國林業(yè)出版社, 2004. 106–107. Huang J G. Plant nutrition[M]. Beijing: China Forestry Press, 2004. 106–107.

[2]Townsend A R, Howarth R W. Fixing the global nitrogen problem[J]. Scientific American, 2010, 302(2): 64–71.

[3]杜連鳳, 吳瓊, 趙同科, 等. 北京市郊典型農(nóng)田施肥研究與分析[J].中國土壤與肥料, 2009, (3): 75–78. Du L F, Wu Q, Zhao T K, et al. Investigation of fertilizer application in different farmlands in suburbs of Beijing[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2009, (3): 75–78.

[4]劉芬, 同延安, 王小英, 等. 渭北旱塬小麥施肥效果及肥料利用效率研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2013, 19(3): 552–558. Liu F, Tong Y A, Wang X Y, et al. Effects of N, P and K fertilization on wheat yield and fertilizer use efficiency in Weibei rainfed highland[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2013, 19(3): 552–558.

[5]燕飛, 鄒志榮, 董潔, 等. 不同施肥處理對大棚黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學報, 2009, 18(5): 272–275. Yan F, Zou Z R, Dong J, et al. Effects of different fertilization treatment on yield and quality of cucumber in plastics greenhouse[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2009, 18(5): 272–275.

[6]李濤, 萬廣華, 蔣慶功, 等. 施肥對蔬菜中硝酸鹽含量的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2014, (4): 20–21, 24. Li T, Wan G H, Jiang Q G, et al. The effect of applying fertilizer on the nitrate content in vegetables[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2014, (4): 20–21, 24.

[7]封錦芳, 施致雄, 吳永寧, 等. 北京市春季蔬菜硝酸鹽含量測定及居民暴露量評估[J]. 中國食品衛(wèi)生雜志, 2007, 18(6): 514–517. Feng J F, Shi Z X, Wu Y N, et al. Assessment of nitrate exposure in Beijing residents via consumption of vegetables[J]. Chinese Journal of Food Hygiene, 2007, 18(6): 514–517.

[8]劉玉梅. 不同施氮水平對嫁接黃瓜不同部位硝酸鹽含量的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學報, 2008, 17(2): 225–228. Liu Y M. Effects of different nitrogen levels on nitrate content in different parts of grafted cucumber[J]. Acta Agriculturae Borealioccidentalis Sinica, 2008, 17(2): 225–228.

[9]Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science, 2010, 327(5968): 1008–1010.

[10]Crews T E, Peoples M B. Legume versus fertilizer sources of nitrogen: ecological tradeoffs and human needs[J]. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2004, 102(3): 279–297.

[11]Ju X T, Xing G X, Chen X P, et al. Reducing environmental risk by improving N management in intensive Chinese agricultural systems[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2009, 106(9): 3041–3046.

[12]Zhao R F, Chen X P, Zhang F S, et al. Fertilization and nitrogen balance in a wheat-maize rotation system in North China[J]. Agronomy Journal, 2006, 98(4): 938–945.

[13]于紅梅, 李子忠, 龔元石. 不同水氮管理對蔬菜地硝態(tài)氮淋洗的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2005, 38(9): 1849–1855. Yu H M, Li Z Z, Gong Y S. Effects of different water and nitrogen management on vegetables field nitrate leaching[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2005, 38(9): 1849–1855.

[14]Home P G, Panda R K, Kar S. Effect of method and scheduling of irrigation on water and nitrogen use efficiencies of Okra (Abesculentus esculentus)[J]. Agricultural Water Management, 2002, 55(2): 159–170.

[15]杜連鳳, 趙同科, 張成軍, 等. 京郊地區(qū)3種典型農(nóng)田系統(tǒng)硝酸鹽污染現(xiàn)狀調(diào)查[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2009, 42(8): 2837–2843. Du L F, Zhao T K, Zhang C J, et al. Investigation on nitrate pollution in soils, ground water and vegetables of three typical farmlands in Beijing region[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(8): 2837–2843.

[16]高茹, 李裕元, 楊蕊, 等. 亞熱帶主要耕作土壤硝態(tài)氮淋失特征試驗研究[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2012, 18(4): 839–852. Gao R, Li Y Y,Yang R, et al. Study on nitrate leaching characteristics in arable soils in subtropical region[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2012, 18(4): 839–852.

[17]中華人民共和國. 中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京, 中國統(tǒng)計年鑒出版社, 2013. The People's Republic of China. China statistical yearbook[M]. Beijing: China Statistical Yearbook Press, 2013.

[18]中華人民共和國. 中國統(tǒng)計年鑒[M]. 北京, 中國統(tǒng)計年鑒出版社, 2014. The People's Republic of China. China statistical yearbook[M]. Beijing: China Statistical Yearbook Press, 2014.

[19]王柳. 京郊日光溫室土壤環(huán)境特征與黃瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)相關(guān)性的研究[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)大學博士學位論文, 2003. Wang L. The relationship between solar greenhouse soil environment and cucumbers' quality and yield[D]. Beijing: PhD Dissertation of China Agricultural University, 2003.

[20]鮑士旦. 土壤農(nóng)化分析[M]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2000. 264–268. Bao S D. Soil agro-chemical analysis[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000. 264–268.

[21]郝再彬, 蒼晶, 徐仲. 植物生理實驗[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學出版社, 2004: 35–37. Hao Z B, Cang J, Xu Z. Plant physiology experiment[M]. Harbin: Harbin Industrial University Press, 2004: 35–37.

[22]高俊鳳. 植物生理學實驗技術(shù)[M]. 世界圖書出版公司, 2000: 145–148. Gao J F. Plant physiology experiment technology[M]. World Publishing Corporation, 2000: 145–148.

[23]聶文靜, 李博文, 郭艷杰, 等. 氮肥與DCD配施對棚室黃瓜土壤NH3揮發(fā)損失及N2O排放的影響[J]. 環(huán)境科學學報, 2012, 32(10): 2500–2508. Nie W J, Li B W, Guo Y J, et al. Effects of nitrogen fertilizer and DCD application on ammonia volatilization and nitrous oxide emission from soil with cucumber growing in greenhouse[J]. Journal of Environmental Science, 2012, 32(10): 2500–2508.

[24]陳清, 張宏彥, 張曉晟, 等. 京郊大白菜的氮素吸收特點及氮肥推薦[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2002, 8(4): 404–408. Chen Q, Zhang H Y, Zhang X C, et al. Characteristics of N uptake and N recommendation for autumn Chinese cabbage in Beijing suburb[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2002, 8(4): 404–408.

[25]徐坤范, 李明玉, 艾希珍. 氮對日光溫室黃瓜呈味物質(zhì),硝酸鹽含量及產(chǎn)量的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2006, 12(5): 717–721. Xu K F, Li M Y, Ai X Z. Effect of nitrogen on taste compounds, nitrate and yield of cucumber in solar-greenhouse[J]. Plant Nutritionand Fertilizer Science, 2006, 12(5): 717–721.

[26]劉春香, 何啟偉, 孟靜靜. 黃瓜感官檢驗與主要芳香物質(zhì), 可溶性糖的相關(guān)關(guān)系[J]. 中國蔬菜, 2005, (1): 8–10. Liu C X, He Q W, Meng J J. Correlationship between sensory analysis, major volatile compounds and sugar content in cucumber fruit[J]. China Vegetables, 2005, (1): 8–10.

[27]王小波. 設施蔬菜施肥亟待解決的問題及其方法[J]. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè), 2007, (4): 26–27. Wang X B. Facility vegetable fertilization problem to be solved and its methods[J]. Modern Agricultural, 2007, (4): 26–27.

[28]程福皆, 曹辰興, 康鸞, 等. 不同氮鉀水平對春棚小黃瓜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J]. 西北農(nóng)業(yè)學報, 2009, 18(5): 276–279. Cheng F J, Cao C X, Kang L, et al. Effects of different levels of nitrogen and potassium on yield and quality of spring mini-cucumber in arched shed[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2009, 18(5): 276–279.

[29]崔健, 劉素芹, 宋云云, 等. 嫁接與施肥對黃瓜產(chǎn)量及氮吸收利用效率的研究[J]. 農(nóng)學學報, 2012, 2(7): 63–65. Cui J, Liu S Q, Song Y Y, et al. Effect of grafting cultivation and nitrogen application on yield and nitrogen utilization of cucumber[J]. Agricultural Science, 2012, 2(7): 63–65.

[30]趙營, 張學軍, 羅健航, 等. 施肥對設施番茄-黃瓜養(yǎng)分利用與土壤氮素淋失的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2011, 17(2): 374–383. Zhao Y, Zhang X J, Luo J H, et al. Effect of fertilization on nitrogen leaching loss from soil and nutrients utilization by tomato and cucumber in greenhouse[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(2): 374–383.

[31]Macdonald A J, Poulton P R, Stockdale E A, et al. The fate of residual15N-labelled fertilizer in arable soils: its availability to subsequent crops and retention in soil[J]. Plant and Soil, 2002, 246:123–137.

[32]Zhang L J, Ju X T, Gao Q, et al. Recovery of15N-labeled nitrate injected into deep subsoil by maize in a calcaric allurial cambisol in North China Plain[J]. Communication of Soil Science and Plant Analysis, 2007, 38(11–12):1563–1577.

[33]孫政才. 冬小麥施氮在下茬夏玉米后效定量研究[J]. 北京農(nóng)業(yè)科學, 1997, 15(4): 19–20. Sun Z C. Quantitative research on the after effect of nitrogen applied in winter wheat for following summer maize[J]. Beijing Agricultural Science,1997, 15(4): 19–20.

[34]董嫻嫻, 劉新宇, 任翠蓮, 等. 潮褐土冬小麥-夏玉米輪作體系氮肥后效及去向研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2012, 45(11): 2209–2216. Dong X X, Liu X Y, Ren C L, et al. Fate and residual effect of fertilizer nitrogen under winter wheat-summer maize rotation in north China in meadow cinnamon soils[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(11): 2209–2216.

[35]卜容燕, 任濤, 魯劍巍, 等. 水稻-油菜輪作條件下氮肥效應及其后效[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學, 2012, 45(24): 5049–5056. Bu R Y, Ren T, Lu J W, et al. Study on N fertilizer efficiency and the residual effect under rice-oilseed rape rotation system[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(24): 5049–5056.

[36]張紅梅, 金海軍, 丁小濤, 等. 有機肥無機肥配施對溫室黃瓜生長,產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J]. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2014, 20(1): 247–253. Zhang H M, Jin H J, Ding X T, et al. Effects of application of organic and inorganic fertilizers on the growth, yield and quality of cucumber in greenhouse[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(1): 247–253.

[37]劉益仁. 有機無機肥配施提高麥稻輪作系統(tǒng)中水稻氮肥利用率的機制[J]. 應用生態(tài)學報, 2012, 23(1): 81–86. Liu Y R. Mechanisms for the increased fertilizer nitrogen use efficiency of rice in wheat-rice rotation system under combined application of inorganic and organic fertilizers[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(1): 81–86.

Nitrogen fertilizer optimization strategy for greenhouse cucumber production in Beijing suburbs

DONG Pan1,2, ZHANG Cheng-jun2, PENG Zheng-ping1, WANG Nan-nan1,2, ZHAO Tong-ke2*
( 1 College of Resources and Environmental Sciences, Agricultural University of Hebei, Baoding 071000, China; 2 Institute of Plant Nutrition and Resources, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097, China )

【Objectives】Excessive fertilization, lower nitrogen use efficiency, high nitrogen residual and higher nitrate content are common in facility vegetables cucumber in Beijing suburbs. The objective of this study was to research the reasonable nitrogen application rate for higher yield, better quality of vegetable, lower residual nitrogen in soil and much better environmental benefits.【Methods】Field plot trail was adopted in this experiment and cucumber cultivar Jinpei 98 was used as test material. Five different N levels were set up: 0, 120, 240, 360, 480 kg/hm2. The cucumber yield, quality, nitrogen residue, economic benefits and the nitrogen balance under different N applications were investigated.【Results】Compared with no N application treatment, the cucumber yield in all the other treatments were significantly improved with the highest yield at N rate of 360 kg/hm2. The nitrogen residual amount was increased with the increasing of nitrogen application rate. The nitrate contents in cucumber were also increased, and exceeded the nitrate critical level at N rate of 480 kg/hm2. Thecontent of soluble sugar increased first and then decreased with the increasing of N application rate and the content of soluble sugar was the highest at 360 kg/hm2. The nitrogen content of cucumber increased with the increasing of N application. Compared with no N treatment, the nitrogen content of cucumber in treatments with N 240, 360 and 480 kg/hm2was significantly increased (P ＜ 0.05), but the nitrogen content of treatment with N 480 kg/hm2was lower than the treatment with N 360 kg/hm2. The application of nitrogen fertilizer had no significant effect on phosphorus, potassium content (P ＞ 0.05). Under different nitrogen application conditions, the nitrogen utilization efficiency was between 4.9%–24.9% and the nitrogen retention rate was between 24.5%–58.0%. Nitrogen utilization efficiency was the highest, residual rate was the lowest when the nitrogen application rate was 240 kg/hm2. The loss of nitrogen was increased with the increasing of nitrogen application, the loss of nitrogen in the treatment with N 360 kg/hm2was lower than treatment with N 240 kg/hm2.【Conclusion】Comprehensive consideration of the relationship between soil environment effect and yield under the tested soil condition, the recommended N application rate was 341.7 kg/hm2, and the maximum yield was 78.4 t/hm2. To obtain the best economic benefits, the nitrogen application rate was 329.6 kg/hm2.

greenhouse cucumber; nitrogen fertilizer rate; yield; quality; net benefit

S642.2; S625.5+4

A

1008–505X(2016)06–1628–08

2015–11–23 接受日期：2016–01–29

農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護項目（2015 年度）；國際植物營養(yǎng)研究所 IPNI 中國項目（2015 年度）資助。

董畔（1990—），女，河北省鹿泉市人，碩士研究生，主要從事植物營養(yǎng)與生態(tài)環(huán)境研究。E-mail：dpan528@sina.com

* 通信作者 E-mail: tkzhao@126.com