駱曉聲，李艷芬，寇長林*，趙晨云

(1.河南省農(nóng)業(yè)科學院 植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，河南 鄭州 450002；2.焦作市農(nóng)村能源環(huán)境保護管理站，河南 焦作 454000)

隨著經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平的提高，設(shè)施蔬菜種植面積不斷增加[1]。設(shè)施蔬菜氮、磷肥施用量普遍較高。在北京市郊區(qū)的調(diào)查表明，設(shè)施蔬菜農(nóng)田氮肥年均用量超過1 000 kg/hm2，遠超作物的氮素需求量[2]。設(shè)施菜田P2O5平均用量為767.9 kg/hm2，土壤磷含量是一般農(nóng)田的幾倍到幾十倍[3-4]。高的氮、磷投入增加了設(shè)施菜田硝態(tài)氮和磷的淋溶風險，硝態(tài)氮淋溶污染地下水，威脅人體健康。磷是水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵因素，兩者的淋溶損失與農(nóng)業(yè)面源污染的產(chǎn)生有重要的關(guān)系[5-6]。在保持蔬菜高產(chǎn)的前提下，適當減施氮、磷肥，對于降低設(shè)施菜田硝態(tài)氮和磷的淋溶具有重要意義。

河南省是新興的蔬菜種植業(yè)大省，近年來蔬菜種植面積不斷擴大，2016年河南省蔬菜種植面積達177.25 萬hm2，位列全國第二[7]。河南省設(shè)施菜田有機肥和化肥的氮、磷輸入量較大，氮、磷淋溶及造成的面源污染潛在風險較大。目前，關(guān)于河南省設(shè)施菜田氮、磷淋溶的研究還未見報道。為此，在河南省西北部選取典型設(shè)施菜田，研究減施化肥和有機肥對設(shè)施菜田硝態(tài)氮、總磷淋溶及蔬菜產(chǎn)量的影響，從而為設(shè)施菜田氮、磷肥的科學施用提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況及試驗材料

試驗于2016年1—12月在河南省博愛縣孝敬鎮(zhèn)蔣村(35.101°N、112.998°E)進行。蔬菜大棚土壤類型為壤質(zhì)潮土，棚齡為3 a，試驗開始前采集基礎(chǔ)土壤樣品，0～20 cm和20～40 cm土壤容重分別為1.31 g/cm3和1.36 g/cm3。土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量為：有機質(zhì)26.4 g/kg、全氮1.55 g/kg、硝態(tài)氮29.6 mg/kg、全磷1.10 g/kg、速效磷71.5 mg/kg、速效鉀342.3 mg/kg，土壤pH值 為7.85。試驗期內(nèi)共種植兩季蔬菜，第一季茄子4月17日定植，7月30日收獲，1 m×0.7 m寬窄行種植，株距0.4 m，基本苗30 000株/hm2。第二季豆角8月21日定植，12月15日收獲，1.0 m×0.4 m寬窄行種植，株距0.4 m，每穴3粒，密度約135 000株/hm2。

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置3個處理，分別為：農(nóng)戶常規(guī)施肥+畦灌(簡稱常規(guī)+畦灌)、減量施肥+畦灌(簡稱減肥+畦灌)、減量施肥+溝灌(簡稱減肥+溝灌)處理。畦灌為沿試驗小區(qū)漫灌，溝灌為在試驗小區(qū)內(nèi)開溝灌溉，每次灌水量約為450 m3/hm2。小區(qū)面積4 m×9 m=36 m2，每個處理3次重復。2016年3月13日基施有機肥(由鮮雞糞堆置)，常規(guī)+畦灌處理施用量為150 t/hm2， 2個減肥處理施用量均為120 t/hm2，有機肥含水率為52.0%，氮、磷、鉀(N-P2O5-K2O)干基養(yǎng)分含量分別為1.12%、0.98%、0.93%，有機肥的氮、磷、鉀養(yǎng)分投入見表1?；试谑卟松L期間施用，2個減肥處理施用量均為常規(guī)+畦灌處理施用量的1/2，2個蔬菜季化肥施用量見表1，施用方法為結(jié)合灌溉沖施。2016年灌溉日期為4月17日、5月7日、5月19日、6月21日、7月10日、8月21日、9月4日、9月20日、10月18日，其中，5月7日、5月19日、6月21日、7月10日、9月4日、9月20日、10月18日施用化肥，茄子季和豆角季常規(guī)處理每次N、P2O5、K2O用量均為42.0、48.0、45.0kg/hm2，減肥處理N、P2O5、K2O每次用量均為21.0、24.0、22.5 kg/hm2。

表1 2個蔬菜季不同處理施肥量 kg/hm2

1.3 淋溶水的采集

淋溶水的采集采用田間原位滲漏池法，在每個試驗小區(qū)的中間挖取1個長1.5 m、寬0.8 m、高0.9 m的淋溶池，在池底部的正中再挖取1個直徑0.4 m、深0.35 m的圓柱形，放置采集桶。淋溶池挖掘過程中將0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～90 cm 4個層次的土壤分開放置并按原層次回填。埋入地下的收集桶有2個孔，分別穿入一個PVC管連通到地面，一個管用于通氣，另一個管用于取樣時連接淋溶水收集瓶和抽氣泵。每次灌溉后采集淋溶水樣品，標記后冷藏備用。淋溶水的取樣日期，茄子季為2016年4月25日、5月12日、5月25日、6月23日、7月14日；豆角季為8月25日、9月13日、9月26日、10月21日。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 硝態(tài)氮、總磷含量 淋溶水硝態(tài)氮含量采用流動分析儀(BRAN+LUEBBE AA3)法測定，總磷含量采用過硫酸鉀氧化—鉬藍比色法測定。然后按照下面公式計算硝態(tài)氮、總磷淋溶量。

式中，F(xiàn)表示淋溶量(kg/hm2)，n表示地下淋溶的次數(shù)，Vi表示第i次產(chǎn)流的水量(L)，Ci表示第i次產(chǎn)流的氮、磷質(zhì)量濃度(mg/L)，S為監(jiān)測單元面積(1.2 m2)，f表示由監(jiān)測單元轉(zhuǎn)換成公頃的換算系數(shù)。

1.4.2 產(chǎn)量 每季蔬菜果實開始收獲后，對每個小區(qū)每次收獲的產(chǎn)量稱質(zhì)量，將每次產(chǎn)量累計相加即為小區(qū)當季蔬菜的產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Word 2007、 Excel 2007和Sigmaplot 10.0作圖，利用SPSS 13.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 減量施肥對設(shè)施菜田淋溶水硝態(tài)氮、總磷質(zhì)量濃度的影響

2.1.1 硝態(tài)氮質(zhì)量濃度 由表2可知，茄子季減肥處理淋溶水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度均低于常規(guī)處理，其中2次減肥+畦灌處理、3次減肥+溝灌處理、2次兩者同時顯著低于常規(guī)+畦灌處理；茄子季常規(guī)+畦灌、減肥+畦灌、減肥+溝灌處理淋溶水硝態(tài)氮平均質(zhì)量濃度分別為66.6、47.5、38.4 mg/L。豆角季減肥處理淋溶水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度均低于常規(guī)處理，其中2次達顯著水平；常規(guī)+畦灌、減肥+畦灌、減肥+溝灌處理淋溶水硝態(tài)氮平均質(zhì)量濃度分別為71.6、39.0、40.1 mg/L。2個蔬菜季減肥+畦灌、減肥+溝灌處理淋溶水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度分別較常規(guī)+畦灌處理平均降低35.5%、44.8%。

表2 減量施肥對設(shè)施菜田硝態(tài)氮質(zhì)量濃度的影響 mg/L

注：同一蔬菜季同行數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示不同處理之間差異顯著(P<0.05)，下同。

2.1.2 總磷質(zhì)量濃度 由表3可知，試驗期內(nèi)淋溶水總磷質(zhì)量濃度為0.15～1.00 mg/L，常規(guī)處理總磷質(zhì)量濃度均高于減肥處理，其中4次常規(guī)處理總磷質(zhì)量濃度顯著高于減肥+畦灌處理、1次顯著高于減肥+溝灌處理同時也顯著高于減肥+畦灌處理。茄子季常規(guī)處理+畦灌、減肥+畦灌、減肥+溝灌處理淋溶水總磷平均質(zhì)量濃度分別為0.66、0.33、0.38 mg/L，減肥后淋溶水總磷質(zhì)量濃度分別降低50.0%、42.4%。豆角季常規(guī)+畦灌、減肥+畦灌、減肥+溝灌處理淋溶水總磷平均質(zhì)量濃度分別為0.49、0.29、0.36 mg/L，減肥后總磷平均質(zhì)量濃度分別降低40.8%、26.5%。2個蔬菜季減肥+畦灌、減肥+溝灌處理總磷質(zhì)量濃度分別較常規(guī)+畦灌處理平均降低45.4%、34.5%。

表3 減量施肥對設(shè)施菜田淋溶水總磷質(zhì)量濃度的影響 mg/L

2.2 減量施肥對設(shè)施菜田硝態(tài)氮、總磷淋溶量的影響

由表4可知，2個蔬菜季常規(guī)+畦灌、減肥+畦灌、減肥+溝灌處理硝態(tài)氮淋溶總量分別為145.8 、83.2、83.5 kg/hm2，減肥+畦灌、減肥+溝灌處理硝態(tài)氮淋溶量分別較常規(guī)+畦灌處理降低42.9%、42.7%。其中，茄子季減肥+畦灌、減肥+溝灌處理硝態(tài)氮淋溶量分別比常規(guī)+畦灌處理降低48.3%、40.3%，豆角季分別降低34.9%、46.4%。3個處理總磷淋溶總量為0.70～1.16 kg/hm2，減肥+畦灌、減肥+溝灌處理總磷淋溶量分別較常規(guī)+畦灌處理顯著降低39.7%、36.2%。其中，茄子季總磷淋溶量為0.42～0.77 kg/hm2，減肥+畦灌、減肥+溝灌處理總磷淋溶量分別比常規(guī)+畦灌處理顯著降低45.5%、37.7%，豆角季減肥+畦灌、減肥+溝灌處理總磷淋溶量分別比常規(guī)+畦灌處理降低28.2%、33.3%。

表4 減量施肥對設(shè)施菜田硝態(tài)氮和總磷淋溶量的影響 kg/hm2

2.3 減量施肥對設(shè)施菜田蔬菜產(chǎn)量的影響

由圖1可知，茄子產(chǎn)量為17.5～18.7 t/hm2，減肥+畦灌處理產(chǎn)量最高，常規(guī)+畦灌處理次之，減肥+溝灌處理最低，三者之間的差異不顯著；豆角產(chǎn)量為6.22～6.89 t/hm2，產(chǎn)量表現(xiàn)為減肥+畦灌>常規(guī)+畦灌>減肥+溝灌，差異不顯著。綜合2季蔬菜產(chǎn)量結(jié)果，減量施肥后蔬菜產(chǎn)量沒有明顯降低，且減肥+畦灌處理產(chǎn)量最高。

同一蔬菜季相同小寫字母表示不同處理之間差異不顯著(P>0.05)

3 結(jié)論與討論

設(shè)施蔬菜農(nóng)田化肥及有機肥投入量普遍較高，在頻繁灌溉條件下硝態(tài)氮發(fā)生淋溶的風險較大[8]。在山東壽光設(shè)施蔬菜農(nóng)田的研究表明，硝酸鹽的淋失量達到152.0～347.0 kg/hm2，淋溶水硝態(tài)氮質(zhì)量濃度為17.0～457.0 mg/L[9]。在江蘇宜興番茄—黃瓜—芹菜1 a 3季蔬菜輪作模式下硝態(tài)氮淋溶量達163.4～249.2 kg/hm2[10]。本研究硝態(tài)氮淋溶量低于上述報道結(jié)果。對設(shè)施菜田進行肥料減施、灌溉方式優(yōu)化，能降低硝態(tài)氮淋溶量，保持蔬菜高產(chǎn)。李銀坤等[11]研究發(fā)現(xiàn)，通過灌溉施肥模式的優(yōu)化，設(shè)施番茄在養(yǎng)分(N+P2O5+K2O)周年投入量降低5.0%和17.2%的基礎(chǔ)上，產(chǎn)量增加7.5%～10.5%。李靜等[12]研究發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量增加，設(shè)施黃瓜的產(chǎn)量增加，施氮量360 kg/hm2處理黃瓜產(chǎn)量與施氮量540 kg/hm2處理較接近，氮利用率明顯提高。姜慧敏等[13]將傳統(tǒng)施氮肥1 000 kg /hm2優(yōu)化為500 kg/hm2，設(shè)施番茄產(chǎn)量提高，氮素農(nóng)學效率和氮素利用率顯著提高，氮素損失率比傳統(tǒng)降低24.2%。本研究通過有機肥和化肥的減施，設(shè)施菜田硝態(tài)氮、總磷質(zhì)量濃度均降低，而蔬菜產(chǎn)量沒有降低，這與前人研究結(jié)果相似[11-13]。由于有機肥施用量較高，在少量有機肥施用條件下，設(shè)施菜田硝態(tài)氮的淋溶量較少，但隨著有機肥用量的增加，有機肥的施用會明顯加劇硝態(tài)氮的淋溶[14-15]，高量有機肥施用條件下有機肥對硝態(tài)氮淋溶的影響值得關(guān)注。

磷在土壤中容易被吸附固定，淋溶總量相對較低。設(shè)施菜田磷的淋溶研究以土壤殘留研究為主。設(shè)施土壤有效磷積累量高，在高土壤有效磷含量基礎(chǔ)上，適當降低磷的投入具有較好的效果。在常規(guī)施磷量基礎(chǔ)上減施磷肥60%，黃瓜、番茄分別施P2O5300、225 kg/hm2即可維持中高產(chǎn)，同時降低磷殘留[16]。土壤速效磷含量≥40 mg/kg，施磷量不超過300 kg/hm2，黃瓜產(chǎn)量即可達到170 t/hm2[17]。本研究在化肥減施50%和有機肥減施20%的條件下，蔬菜產(chǎn)量沒有降低，說明減肥的施肥方案能夠保持蔬菜高產(chǎn)。對淋溶水的研究結(jié)果表明，設(shè)施菜田總磷質(zhì)量濃度為0.15～1.00 mg/L，總磷淋溶量為0.70～1.16 kg/hm2，大大高于習斌等[18]在華北玉米農(nóng)田的研究結(jié)果(淋溶水總磷質(zhì)量濃度為0.06～0.09 mg/L，不同處理總磷淋溶量介于0.04～0.10 kg/hm2)，低于韋高玲等[19]在菜地的研究結(jié)果(表層土壤淋溶水總磷質(zhì)量濃度為3.75～12.7 mg/L，同時通過肥料減施20%，總磷和可溶性總磷的淋溶量分別顯著下降了27.8%和27.6%)。

通過化肥和有機肥的減施，本研究設(shè)施菜田硝態(tài)氮淋溶量平均降低42.8%，總磷淋溶量平均降低38.0%，而蔬菜產(chǎn)量并沒有降低，說明適宜地降低肥料施用量，能夠在保持蔬菜高產(chǎn)的前提下，降低氮、磷的淋溶損失。對于設(shè)施菜田長期減肥對氮、磷淋溶及蔬菜產(chǎn)量的影響有必要開展長期的監(jiān)測研究。