楊榮全，謝立勇，鄭益旻，，李 明，魏 娜，李迎春，巨曉棠，郭李萍**

(1.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所 北京 100081； 2.沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院沈陽(yáng) 110161； 3.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 北京 100193)

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程及國(guó)民生活水平的提高，對(duì)蔬菜的需求量不斷增加[1]。蔬菜作物根系淺，吸收土壤中礦質(zhì)養(yǎng)分及水分的能力弱，施肥和灌溉是保證蔬菜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的必要措施[2]。然而，菜農(nóng)在蔬菜生產(chǎn)過程中過量施用化肥的現(xiàn)象比較普遍，化肥的高投入不僅沒有增加農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益[3]，還降低了肥料利用率，導(dǎo)致土壤中硝酸鹽累積量增大，隨水淋溶至深層土壤，對(duì)地下水的質(zhì)量造成巨大威脅[3-4]。因此，研究及篩選適合高產(chǎn)高效綠色蔬菜生產(chǎn)的水肥管理措施對(duì)指導(dǎo)科學(xué)施肥和提高資源利用效率以及保護(hù)環(huán)境有積極作用[5]。

旱地土壤中主要的無(wú)機(jī)氮形態(tài)——硝態(tài)氮由于帶負(fù)電而無(wú)法被同樣帶負(fù)電的土壤腐殖質(zhì)所吸附，很容易隨水流失，造成淋溶損失[6-7]。已有研究表明施肥、降雨和灌溉、土壤特性、耕作方式、作物種類和種植方式等均會(huì)對(duì)氮素淋溶產(chǎn)生影響[8]，施用生物炭[9]、硝化抑制劑[10]、秸稈還田[11]等也對(duì)減少肥料氮淋溶起一定作用。研究表明，生物炭具有強(qiáng)大的比表面和豐富的有機(jī)基團(tuán)，能夠通過增加土壤持水能力減少淋溶體積，以及通過吸附銨態(tài)氮、減少硝化作用產(chǎn)生的硝態(tài)氮來減少氮素淋溶[12]。硝化抑制劑通過抑制土壤中銨態(tài)氮向硝態(tài)氮的轉(zhuǎn)化而減少氮淋溶[13]。秸稈還田能夠提高土壤碳氮比，秸稈腐解過程中可以固存一定量的土壤無(wú)機(jī)氮，從而防止無(wú)機(jī)氮的損失[14]。水分在硝態(tài)氮淋失過程中發(fā)揮著載體作用，降雨量和灌溉量越大，淋溶液中的硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)越高[15]，氮淋溶總量由淋溶液體積和淋溶液中的氮素濃度共同決定[16]，所以適當(dāng)降低灌溉量和減少氮肥施用量是減少氮淋溶的關(guān)鍵。但目前一些試驗(yàn)在監(jiān)測(cè)周年氮淋溶，包括非生長(zhǎng)季氮淋溶方面不夠全面，或者僅針對(duì)某一季蔬菜作物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，全面監(jiān)測(cè)不同措施對(duì)露地菜地周年氮淋溶方面的研究還比較缺乏。

我國(guó)褐土土類面積約454 萬(wàn)hm2，主要分布在山西、陜西、河南及京津冀魯?shù)牟糠值貐^(qū)，褐土有5個(gè)亞類，包括石灰性褐土、潮褐土、褐土、褐土性土、淋溶褐土，分別占褐土總面積的36.8%、26.2%、14.2%、12.3%和10.6%，其中潮褐土在河北分布較多(根據(jù)中國(guó)第2 次土壤普查數(shù)據(jù)整理)。河北省現(xiàn)有露地蔬菜面積6.7 萬(wàn)hm2，主要種植黃瓜(Cucumis sativus)、番茄(Lycopersicon esculentum)、菜花(Brassica oleracea var.botrytis)、甘藍(lán)(Brassica oleracea)、白菜(Brassica pekinensis)、蘿卜(Raphanus sativus)等，年產(chǎn)各類鮮菜300 萬(wàn)t。潮褐土蔬菜區(qū)屬于全國(guó)蔬菜區(qū)劃6 大區(qū)中的黃土高原夏秋蔬菜優(yōu)勢(shì)區(qū)及黃淮海與環(huán)渤海蔬菜區(qū)。我們?cè)诒本?、河北、河? 省(市)共29 個(gè)褐土樣點(diǎn)的實(shí)地取樣測(cè)定，露地菜地土壤養(yǎng)分普遍高于玉米(Zea mays)地，露地菜地每季的氮磷鉀肥用量分別比相鄰玉米地高2.7～4.5 倍、1.2～4.0 倍及1.5～6.6 倍[17]，在雨季及灌溉條件下過量的氮素隨水淋溶對(duì)地下水質(zhì)量會(huì)造成威脅[18]。

本文在河北潮褐土區(qū)設(shè)置典型露地菜地大田試驗(yàn)，研究控水、減氮、改肥(施用改良劑-抑制劑、生物炭、秸稈還田)等不同水肥管理措施對(duì)華北潮褐土區(qū)露地一年兩季蔬菜全年土壤氮素淋溶的影響及阻控作用，以篩選合適的水肥管理措施，提高氮肥利用效率、降低氮淋溶損失和對(duì)地下水污染的風(fēng)險(xiǎn)，為蔬菜綠色生產(chǎn)的水肥管理提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

田間試驗(yàn)設(shè)在河北省保定市清苑區(qū)(115.45°E、38.71°N)，該地區(qū)屬典型溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年均溫差較大，平原地區(qū)最熱月7月平均氣溫為27 ℃，平原地區(qū)最冷月1月的平均氣溫為?3 ℃年，年均降水量在500 mm 左右，其中7—8月份降水占全年降水量的60%左右。2018年冬前露地蔬菜收獲后到2019年第2 季蔬菜結(jié)束的周年氣溫及降水如圖1 所示。

1.2 供試土壤

供試土壤為潮褐土，試驗(yàn)前采集土壤剖面樣品，pH 8.0，土壤質(zhì)地表層(0～20 cm)為砂土、中層(20～60 cm)為砂壤土，底層(60～100 cm)為壤質(zhì)黏土。試驗(yàn)開始前土壤理化性狀如表1 所示。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及田間管理

本試驗(yàn)為2019年兩季露地蔬菜試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)9個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3 次重復(fù)并隨機(jī)區(qū)組排列，共27 個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積28.8 m2(3.6 m×8 m)。種植的蔬菜為該地區(qū)典型露地蔬菜，一年兩季蔬菜分別為春栽黃瓜和秋栽白菜。其中，氮肥水平設(shè)置4 個(gè)處理，分別為不施肥(CK)、農(nóng)民常規(guī)施肥[N3，黃瓜季和白菜季均為550 kg(N)·hm-2]、農(nóng)民常規(guī)施肥基礎(chǔ)上黃瓜季和白菜季均減氮50%(N1)和減氮20%(N2)。在減氮20%基礎(chǔ)上設(shè)置3 個(gè)優(yōu)化處理，分別為N2 水平施用雙抑制劑包衣尿素(N2I)、N2 水平增施生物炭(N2B)和N2 水平結(jié)合秸稈還田(N2S)。另設(shè)置2 個(gè)灌溉水平，基于N2 水平的減灌處理N2W1和N2W2(灌溉量是常規(guī)灌溉量的85%和70%)。灌溉方式為水管引水到小區(qū)后漫灌，灌溉水源為當(dāng)?shù)貦C(jī)井水。黃瓜季進(jìn)行了6 次灌溉，分別在5月4日、5月14日、6月2日、6月22日、7月1日和7月22日，灌溉量分別為： 60.9 mm、77.2 mm、69.5 mm、75.5 mm、64.3 mm 和79.7 mm。白菜季進(jìn)行3 次灌溉，分別在9月4日、9月24日和10月15日進(jìn)行，灌溉量分別為： 75.5 mm、77.2 mm 和77.2 mm。

表1 試驗(yàn)前試驗(yàn)地土壤理化性狀Table 1 Basic physical and chemical properties of the studied soil before the experiment

各施肥處理均為有機(jī)肥和化學(xué)肥料配合使用，其中有機(jī)肥提供當(dāng)季作物總氮量的35%，作為基肥一次性施入。磷肥也作為基肥在每季作物基肥時(shí)一次性施入，氮肥和鉀肥分次施入。65%的化學(xué)氮肥在黃瓜季分3 次追肥施入(6月2日、7月1日、7月22日)，鉀肥分2 次施入(第1 次追肥6月2日、第3 次追肥7月22日)。白菜季氮肥的35%有機(jī)肥及全部磷肥以基肥施入，其余65%化學(xué)氮肥分2 次追肥施入(9月24日和10月15日)； 鉀肥分2 次追肥施入(9月24日和10月15日)。基肥于小高畦上開溝施入20 cm 深度并覆土； 追肥施用方法為均勻撒施于壟溝后灌溉。所有處理磷、鉀肥用量相同，每季用量分別為P2O5200 kg·hm?2、K2O 300 kg·hm?2。有機(jī)肥為充分發(fā)酵的商品有機(jī)肥、養(yǎng)分含量分別為N 1.3%、P2O51.36%、K2O 1.36%?；瘜W(xué)氮肥為尿素(含N 46%)、磷肥為過磷酸鈣(含P2O516%)、鉀肥為硫酸鉀(含 K2O 50%)。抑制劑包衣材料為脲酶抑制劑(nBPT)和硝化抑制劑(雙氰胺)噴霧包衣。生物炭用量為28 t·hm?2·a?1，以基肥形式一次性施入小高畦和大壟溝、小高畦開溝施入后覆土。玉米秸稈切成7 cm左右覆蓋于地表，秸稈用量為6000 kg·hm?2。

每個(gè)小區(qū)布置3 壟2 溝，壟、溝寬分別為90 cm和 60 cm，每壟種植兩行，黃瓜品種為‘改良先鋒518’、白菜品種為‘北京新3 號(hào)’，均在4～5 片真葉時(shí)移栽，株距45 cm。黃瓜于2019年5月2 移栽、8月5日拉秧； 白菜于9月6日移栽、11月10日收獲。各處理施肥信息如表2 所示。

表2 各處理的施肥量Table 2 Information of fertilization for treatments

1.4 取樣及測(cè)定方法

1.4.1 氮淋溶取樣及測(cè)定方法

本研究采用簡(jiǎn)易滲漏池方法(lysimeter)[19]收集淋溶液，滲漏池長(zhǎng)160 cm、寬60 cm、高80 cm，每小區(qū)1 個(gè)，共27 個(gè)，占每個(gè)小區(qū)1 壟1 溝的位置。池中土壤于2017年春季分層挖出(每隔20 cm為1 層)并重新按各層土壤原容重回填。土體周圍用塑料布圍隔，土體下方放置淋溶桶(直徑40 cm，高35 cm)，淋溶桶蓋上鋪有2 層80 目尼龍網(wǎng)及3 cm厚石英砂，上方土體中的淋溶液在滲漏到80 cm深度時(shí)可全部進(jìn)入淋溶桶，淋溶桶內(nèi)有連接管線連接到土面，桶內(nèi)的淋溶液可用真空泵抽出，淋溶液抽出之后可對(duì)淋溶桶進(jìn)行清洗。

本研究在每次灌溉或降雨后第2 d 和第6 d 收集淋溶液，記錄淋溶液體積，將2 次收集的淋溶液按體積比混合，混合液中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總氮濃度用流動(dòng)分析儀測(cè)定(型號(hào)AA3)。

1.4.2 土壤采樣及測(cè)定

在黃瓜和白菜種植前、收獲后和歷次施肥后的第7 d 用土鉆在每個(gè)小區(qū)按0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm 和60～80 cm 分層取土。每個(gè)小區(qū)取3 鉆，同小區(qū)同一深度的3 鉆土樣混合裝入自封袋，新鮮土測(cè)定水分、硝態(tài)氮和銨態(tài)氮。土壤基礎(chǔ)理化性狀測(cè)定采用風(fēng)干土，測(cè)定方法為常規(guī)方法。鮮土土壤水分測(cè)定采用鋁盒烘干法； 硝態(tài)氮和銨態(tài)氮用2 mol·L?1KCl 溶液浸提(土水比1∶5)，流動(dòng)分析儀(型號(hào)AA3)測(cè)定，結(jié)合土壤含水量分別計(jì)算含量。

1.4.3 蔬菜測(cè)產(chǎn)取樣及含氮量測(cè)定

測(cè)產(chǎn)取樣： 每個(gè)小區(qū)標(biāo)定4 株連續(xù)的黃瓜植株進(jìn)行全生育期測(cè)產(chǎn)。收獲時(shí)，分別測(cè)定生物量鮮重、干重。在第2 次追肥后隨機(jī)選取記產(chǎn)小區(qū)黃瓜測(cè)定果實(shí)含氮量，葉和莖的含氮量及干重在拉秧時(shí)測(cè)定。白菜在收獲時(shí)全小區(qū)稱鮮重測(cè)產(chǎn)，每小區(qū)隨機(jī)取1 顆白菜的1/4 稱取鮮重(白菜順縱軸切1/4 稱鮮重及干重)，置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，80 ℃下烘至恒重為干重并換算出水分含量。蔬菜果實(shí)及地上部莖葉烘干后用粉碎機(jī)粉碎測(cè)定全氮含量。含氮量測(cè)定參考文獻(xiàn)[20]。并按下式計(jì)算地上部氮素吸收量：

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2010。方程分析及顯著性檢驗(yàn)采用SPSS 13.0 軟件中的LSD 法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水肥處理的蔬菜產(chǎn)量

不同水肥處理的黃瓜和白菜產(chǎn)量如圖2 所示。減氮20%各處理的蔬菜產(chǎn)量與農(nóng)民常規(guī)氮水平無(wú)顯著差異，而減氮50%處理減產(chǎn)7.1%～19.6%。所有處理的產(chǎn)量都較無(wú)肥對(duì)照處理顯著增加(P<0.05)，增產(chǎn)幅度22.6%～83.0%。除了降低灌溉量的處理和N1、CK 處理，其他各處理對(duì)黃瓜季產(chǎn)量都沒有顯著影響。對(duì)于控制灌溉量的處理，在需水量較高的黃瓜季，控制灌溉量30%處理對(duì)黃瓜產(chǎn)量有負(fù)面影響，黃瓜產(chǎn)量比等氮量處理(N2)顯著降低了13.9%； 而控制灌溉量15%～30%對(duì)白菜產(chǎn)量沒有負(fù)面影響。施用抑制劑的處理，黃瓜產(chǎn)量和白菜產(chǎn)量分別比等氮量處理(N2)提高8.0%和9.0%，但均未達(dá)顯著水平。在本研究中減氮加生物炭處理的白菜產(chǎn)量有所降低，原因有待分析。

2.2 不同水肥處理的土壤淋溶液氮濃度

在歷次施肥和降雨后一周內(nèi)收集不同水肥處理在土壤剖面80 cm 處的淋溶液，從黃瓜移栽開始到白菜收獲結(jié)束，包括播前休閑期和同年兩季蔬菜期間的短暫裸地期，累計(jì)共發(fā)生并收集到14 次淋溶液，各處理全年歷次淋溶液中的總氮濃度為 5.9～48.6mg?L?1，其中硝態(tài)氮濃度為2.4～46.3 mg?L?1，銨態(tài)氮濃度較低(0.15～0.26 mg?L?1)； 可溶性有機(jī)氮濃度(總氮減去無(wú)機(jī)氮)為3.5～7.8 mg?L?1。可見硝態(tài)氮是淋溶液中主要的氮形態(tài)。

以淋溶液中硝態(tài)氮濃度為例(圖3)，各處理中N3處理的濃度最高，為6.8～46.3 mg?L?1； 其次是N2 處理，6.2～38.8 mg?L?1。N2 基礎(chǔ)上優(yōu)化的3 個(gè)處理的淋溶液硝態(tài)氮濃度比較接近，為15.6～16.8 mg?L?1； 控制灌溉的2 個(gè)處理淋溶液中硝態(tài)氮濃度與N2 水平的3 個(gè)肥料優(yōu)化處理接近(15.0～16.2 mg?L?1)，都起到了降低淋溶液中硝態(tài)氮濃度的作用。N1 處理由于減氮幅度較大(減氮達(dá)50%)，其淋溶液中硝態(tài)氮濃度大部分時(shí)期都低于其他施肥處理(濃度平均值為11.2 mg?L?1)。

2.3 不同水肥處理的氮素淋溶特征

將淋溶液中不同形態(tài)氮濃度乘以歷次淋溶液的體積得到蔬菜生育期不同形態(tài)氮的總淋溶量。結(jié)果表明，各施肥處理的硝態(tài)氮淋溶量占氮素總淋溶量的70.9%～80.6%； 其次是有機(jī)氮，占比18.1%～28.5%；而淋溶的銨態(tài)氮?jiǎng)t僅占總氮淋溶量的0.9%～1.6%。以總氮淋溶量為例，各處理全年總氮淋溶量為61.7～171.7 kg(N)?hm?2，其中黃瓜季淋溶占51.4%～63.7%。農(nóng)民常規(guī)施肥處理(N3)總氮淋溶量為168.1 kg(N)?hm?2?a?1，占施氮量的9.7%。減氮20%和50%使總氮年度淋溶量分別降低23.3%和42.2%； 灌溉量降低15%和30%分別使總氮淋溶量比單純減氮處理降低24.5%和34.1%； 減氮20%配合聯(lián)合抑制劑、生物炭及秸稈覆蓋還田使全年總氮淋溶量比常規(guī)N3處理降低16.5%～24.8%。水肥優(yōu)化處理降低氮淋溶的效果均顯著。

按時(shí)間序列統(tǒng)計(jì)周年總氮淋溶量，黃瓜季和白菜季播前及歷次施肥后的總氮淋溶量如圖4 所示。

在黃瓜季(圖4a)，前一年冬季到當(dāng)年春季蔬菜移栽前累積的總氮淋溶量占5.6%～19.6%； 4 次施肥后的淋溶量分別占總淋溶量的 22.1%～28.3%(平均26.3%)、23.9%～26.9%(平均24.1%)、5.4%～12.2%(平均9.1%)和25.5%～36.7%(平均30.4%)，其中基肥和最后1 次追肥后的淋溶量占比較高，這與基肥的施氮量(占黃瓜季35%)及最后1 次追肥后的水分輸入量(灌溉+降雨共287.3 mm，占黃瓜季的32%)較高有關(guān)。在白菜季(圖4b)，白菜移栽前休閑期及白菜3次施肥后的總氮淋溶分別占白菜生育期總氮淋溶的20.2%～33.4%(平 均 28.5%)、25.9%～34.2%(平 均29.3%)和18.4%～27.8%(平均21.0%)。值得注意的是，在黃瓜拉秧后到白菜移栽前的裸地期間(共25 d)其總氮淋溶量也不容忽視，占白菜生育期總氮淋溶量的14.8%～29.55%(平均21.2%)，主要是前茬黃瓜季追肥后殘留于土壤中的氮素及土壤中礦化的氮素在降雨(39.8 mm)后的淋溶，也產(chǎn)生了相當(dāng)數(shù)量的氮淋溶量。

由于施肥和水分輸入是土壤氮淋溶的主要原因，按照不同的事件(休閑期、生長(zhǎng)期施肥、生長(zhǎng)期降雨)匯總不同事件造成的氮淋溶(圖5)。結(jié)果顯示，不同事件對(duì)氮素淋溶的影響效果也不盡相同，對(duì)總氮淋溶損失的貢獻(xiàn)依次為： 施肥>灌溉>降雨。本試驗(yàn)農(nóng)民習(xí)慣水肥管理模式(CK)為施肥后緊接著進(jìn)行漫灌，因此施肥結(jié)合灌溉對(duì)氮淋溶的影響最為顯著。黃瓜季，施肥結(jié)合灌溉造成的總氮淋溶占黃瓜季淋溶總量的37.2%～50.1%(平均46.2%)； 單獨(dú)灌溉對(duì)氮淋溶的貢獻(xiàn)為19.2%～23.2%(平均20.8%)； 本年度降雨條件下(中等降雨年型)降雨事件對(duì)氮淋溶的貢獻(xiàn)為21.7%～25.1%(平均23.5%)，降雨對(duì)氮淋溶的貢獻(xiàn)不可忽視； 而冬前和春季休閑期的總氮淋溶則較低，為5.1%～14.6%(平均9.5%)，也造成了一定的氮淋溶損失。白菜季，移栽前裸地期的總氮淋溶占白菜季總氮淋溶量的14.8%～29.5%(平均20.7%)，施肥事件各處理引起的總氮淋溶占比在 55.1%～73.4%(平均68%)，降雨引起的總氮淋溶占比為8.1%～15.4%(平均12.0%)。依然是施肥事件后的總氮淋溶占比為主。白菜生育期除了配合施肥進(jìn)行的灌溉，沒有進(jìn)行額外的單獨(dú)灌溉，期間有數(shù)次雨量不大的降雨(降雨量都在30 mm 以下)且都未緊接著施肥事件發(fā)生，因此降雨引起的淋溶占比較小，占白菜季總氮淋溶量的10.5%～21.9%。

2.4 不同水肥處理的土壤剖面氮平衡特征

根據(jù)測(cè)定的不同水肥管理措施下各處理的氮素輸入及輸出，估算得到0～80 cm 剖面土壤氮平衡(表3)。其中氮輸入中肥料氮包括有機(jī)氮和無(wú)機(jī)氮； 氮沉降數(shù)據(jù)為中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)劉學(xué)軍教授在試驗(yàn)地附近(河北農(nóng)業(yè)大學(xué))實(shí)際測(cè)定到的當(dāng)年蔬菜生育期氮干濕沉降數(shù)值； 非共生固氮根據(jù)文獻(xiàn)[21]數(shù)據(jù)估算。

表3 不同水肥管理措施下土壤0～80 cm 剖面氮平衡Table 3 N balance in the 0?80 cm soil profile under different water and fertilizer treatments kg(N)·hm?2

數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，在本試驗(yàn)條件下，除無(wú)肥處理外，其他各處理氮平衡都為盈余。但由于蔬菜生育期灌溉量大及灌溉次數(shù)頻繁，盈余氮素的損失量都較高，各施肥處理的氮盈余量依次為N3>N2I>N2>N2W2>N2S>N2W1>N2B>N1，減氮20%處理的氮盈余比常規(guī)N3 處理降低28.4%～36.4%。農(nóng)民習(xí)慣水肥處理(N3)的年度氮盈余達(dá)572.8 kg(N)?hm?2，其中氮淋溶占到盈余量的30%。

收獲后各施肥處理80～200 cm 剖面中的無(wú)機(jī)氮積累量高達(dá)66.7～237.4 kg(N)·hm?2，是0～80 cm 剖面中含量的0.85～1.64 倍，而且有部分氮可能已淋溶到更深層次(>2 m)，氮淋溶并向深層土壤遷移粗略估計(jì)為本試驗(yàn)點(diǎn)氮損失的主要去向。

3 討論

3.1 不同水肥處理的氮平衡及損失途徑

保持土壤-作物體系氮素平衡是合理施肥的重要依據(jù)。從理論上來講，農(nóng)田土壤氮素輸入主要包括肥料氮的施入以及一些其他來源(氮沉降、大氣固氮、種子帶入)； 氮素的輸出包括作物吸收以及其他一些不可避免的氮損失(淋溶、氨揮發(fā)、硝化反硝化損失等)[22]。由于蔬菜地氮肥用量大，本研究中的氮輸入主要關(guān)注肥料氮施入及蔬菜移栽前土壤中的無(wú)機(jī)氮，氮的輸出主要考慮作物吸收和土壤中無(wú)機(jī)氮?dú)埩艏暗苋軗p失。

數(shù)據(jù)顯示，隨施氮量增加，土壤氮平衡從虧缺表現(xiàn)為盈余(盈余指超過作物吸收的盈余氮)，本試驗(yàn)條件下氮素表觀平衡中盈余的氮主要是土壤氮?dú)埩?粗略估計(jì)約占盈余量的50%以上)，其次是氮淋溶。因此，土壤殘留和氮淋溶是露地菜地氮損失的最主要去向，本試驗(yàn)點(diǎn)氮去向的其他測(cè)定數(shù)據(jù)(氨揮發(fā)、N2O 排放損失)也說明了這點(diǎn)[23]。這可能與露地蔬菜生產(chǎn)中水分輸入量較高(年度水分輸入量為1055.5～1355.6 mm)，過量速效性氮肥表面撒施結(jié)合大水漫灌使氮素淋溶到蔬菜根系無(wú)法到達(dá)的深層土壤中，成為氮素?fù)p失的最主要途徑，積累在土壤中的無(wú)機(jī)氮在偶發(fā)性的大降雨事件后會(huì)向更深層移動(dòng)。很多研究[24-26]表明，土壤中殘留的無(wú)機(jī)氮不斷淋溶到深層土壤中是氮盈余的主要去向，這些殘留的無(wú)機(jī)氮在偶發(fā)大降水情況下即可繼續(xù)淋溶到深層，對(duì)地下水造成巨大威脅。因此，綜合本研究監(jiān)測(cè)及前人研究結(jié)果，控制氮肥用量及避免單獨(dú)施用速效性氮肥，使氮肥用量與作物的吸收量相匹配[27-28]，并結(jié)合合理的灌溉管理[29]、氮肥增效措施(使用硝化抑制劑和脲酶抑制劑)[30]、施用生物炭[31]、秸稈還田[32]等措施，不但能使氮盈余降低，而且能促進(jìn)施入的氮素被作物吸收、防止無(wú)機(jī)氮以各種方式損失。

3.2 不同水肥處理下氮淋溶損失及主要影響因素

本試驗(yàn)中氮淋溶量隨施氮量的增加而增加，二者呈線性關(guān)系，淋溶量y=53.6+0.096x (R2=0.9317)。試驗(yàn)點(diǎn)從上一年蔬菜收獲到本年度第2 季蔬菜收獲結(jié)束的降水量共398.7 mm (屬中等偏旱年份)，灌溉量共656.8 mm，總計(jì)年度水分輸入為1055.5 mm。在本年度試驗(yàn)條件下，N3 處理的淋溶系數(shù)為10.1%，相比本試驗(yàn)地在第1年和第2年的結(jié)果，本年度0～80 cm 總氮淋溶量與施氮量的關(guān)系分別為 y=122.9+0.289x (R2=0.9961)和y=85.7+0.248x (R2=0.9999)，前2年N3 處理的總氮淋溶系數(shù)分別為29.1%和24.9%[19，33]，這與前兩年的施肥量及水分輸入量高相關(guān)。本試驗(yàn)地2017年施肥量1560 kg(N)?hm?2?a?1，且黃瓜生育期有連續(xù)降水(屬偏濕年份)； 2018年水分輸入量 1355.6 mm (灌溉量 989.4 mm+降水量366.2 mm)； 且前2年灌溉為大水渠灌，灌溉水可能優(yōu)先通過土壤中大孔隙產(chǎn)生優(yōu)先流[34-35]； 而本試驗(yàn)?zāi)甓鹊墓喔葹橥ㄟ^水管引入各小區(qū)，灌溉水速度比前2年低(出水量40 m3?h?1vs 25 m3?h?1)。因此，施氮量、降雨年型及灌溉水供應(yīng)速度(與短時(shí)大降雨及持續(xù)均勻小降雨間的區(qū)別類似)都對(duì)氮淋溶起主要作用。

與種植糧食作物的農(nóng)田相比，設(shè)施菜地采用滴灌的比例較高，而露地菜地主要采用大水漫灌形式，加之高頻率的灌溉，更加重了由于高施肥量引起的露地菜地氮淋溶狀況[36]。本試驗(yàn)結(jié)果表明： 在同等施肥處理下黃瓜季總氮淋溶占全年的51.4%～63.7%，氮素淋失量高于白菜季，其原因是由于黃瓜季節(jié)高灌溉頻率(6 次)和高灌水量(427.1 mm)。趙營(yíng)等[37]通過對(duì)設(shè)施菜地黃瓜-番茄(Lycopersicon esculentum)輪作地的研究發(fā)現(xiàn)，由于黃瓜季灌溉量大且休閑期進(jìn)行了2 次大水漫灌，氮素淋溶主要發(fā)生在黃瓜季和休閑期，這與本研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明，黃瓜-白菜輪作周期農(nóng)民常規(guī)灌溉的基礎(chǔ)上減少灌溉量15%和30%，黃瓜季和白菜季0～80 cm 土壤剖面總氮淋溶量分別降低24.5%、34.1%和42.5%、57.3%，其中黃瓜季和白菜季氮素淋溶分別占到當(dāng)季施氮量的9.8%和5.0%。Tarkalson 等[38]報(bào)道，當(dāng)灌水量從318 mm 減少到185 mm 時(shí)，硝酸鹽濃度和硝酸鹽淋溶量分別降低47.9%和85.3%。石敏等[39]研究表明，控制灌溉與常規(guī)灌溉相比，氮素淋失總量約占常規(guī)灌溉的1/3，與本研究結(jié)果一致。因此，適當(dāng)控制灌溉量或分次少量灌水措施可有效地降低土壤殘留硝態(tài)氮的淋失。劉健[40]認(rèn)為通透性越高的土壤氮素淋溶損失的風(fēng)險(xiǎn)越高，砂壤土氮素的淋失可以占施氮量的30%，其研究結(jié)果遠(yuǎn)高于本試驗(yàn)結(jié)果，主要原因可能與本試驗(yàn)地0～80 cm 土壤質(zhì)地較輕有關(guān)。Silva 等[41]研究表明根隙、土壤裂縫等大孔隙對(duì)硝態(tài)氮的淋失有一定的影響，質(zhì)地越粗，硝態(tài)氮淋失量越大，加上露地蔬菜大水大肥管理模式，可能造成2 m 以下土層累積大量硝態(tài)氮[42]。

本研究結(jié)果表明，在減氮20%基礎(chǔ)上添加脲酶抑制劑和硝化抑制劑的處理(N2I)比不添加抑制劑的處理(N2)總氮及硝態(tài)氮淋溶量分別降低 22.1%和21.7%。俞巧鋼等[43]通過對(duì) 3，4-二甲基吡唑磷酸(DMPP)在小粉土和青紫泥土壤上的研究表明，硝態(tài)氮的累積淋失量分別降低66.8%和69.4%，其降低比率較高可能是由于土壤質(zhì)地不同，本試驗(yàn)土壤為潮褐土，黏粒含量為9.3%，而小粉土和青泥土黏粒含量分別為29.0%和46.4%，黏粒含量較高，氮素在土壤中下滲速度較慢，因此淋溶總量低、阻控效果優(yōu)于本試驗(yàn)。串麗敏等[44]對(duì)潮土的土柱模擬試驗(yàn)研究表明，硝化抑制劑雙氰胺(DCD)和脲酸抑制劑正丁基硫代磷酰三胺(NBPT)配施可顯著降低硝態(tài)氮淋失量17.2%，施用抑制劑在一定程度上能夠減少淋溶液中硝態(tài)氮濃度，主要原因是由于脲酶抑制劑能使尿素水解速率減緩，同時(shí)硝化抑制劑抑制銨態(tài)氮向硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化的緣故，其他相關(guān)研究[45]也與本試驗(yàn)的結(jié)果一致。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，與不添加生物炭的N2 處理相比，添加生物炭使得總氮和硝態(tài)氮淋溶量分別降低25.5%和24.7%。Pratiwi 等[46]通過土柱試驗(yàn)表明：在肥沃土地上添加的稻殼炭能減少總氮淋失23%；與本研究的結(jié)果接近。方明等[47]的研究表明，與單獨(dú)添加氮肥相比，施用花生殼生物炭0.5%～4%(w/w)使潮土硝態(tài)氮淋失量顯著降低11.9%～34.2%，生物炭用量高的處理對(duì)氮淋失的阻控效果更好； 同一試驗(yàn)條件下生物炭使紅壤硝態(tài)氮淋失降低25.8%～73.0%，本研究結(jié)果與其潮土結(jié)果相似，這與紅壤pH 低及南方土壤中黏粒礦物以1∶1 型為主、土壤整體淋溶率高有一定關(guān)系。

一般來講，秸稈還田可提高土壤中的C/N，增加土壤中微生物量碳，對(duì)土壤氮素有一定固持作用，可將土壤中無(wú)機(jī)氮以微生物量氮的形式暫時(shí)保存，避免了無(wú)機(jī)氮以淋溶等形式損失[48-49]。王偉等[50]報(bào)道，傳統(tǒng)施肥加秸稈處理使硝態(tài)氮淋溶降低29.8%。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，相比N2 處理，秸稈還田使得硝態(tài)氮淋溶量降低15.4%，其阻控氮淋溶的效果與其他試驗(yàn)結(jié)果相比偏低，可能與本試驗(yàn)秸稈還田量較低有關(guān)。

總之，由于露地蔬菜種植系統(tǒng)水熱同季，大水漫灌條件下氮素的淋溶不可避免。因此在經(jīng)濟(jì)投入允許的條件下，采用滴灌或水肥一體化，能同時(shí)大幅降低氮肥用量和灌溉量，是降低氮淋溶的有效措施[51-52]。生物炭對(duì)阻控氮淋溶有一定效果，但生物炭的成本也較高[53-54]，大面積使用可能有一定難度。綜合來講，合理降低氮肥用量，配合脲酶抑制劑和硝化抑制劑以及適量的灌溉量控制，是降低土壤氮淋溶較為可行的措施。

4 結(jié)論

1)對(duì)于水熱同季及水氮充足的露地菜地，深層土壤氮?dú)埩艏暗苋苁鞘┓视嗟械闹饕ハ颉?/p>

2)氮淋溶量與施氮量呈線性關(guān)系，具體的氮淋溶背景值及淋溶系數(shù)與施氮量范圍及不同年型的降雨特征有關(guān)。

3)在灌溉量充足及每季施氮550 kg(N)?hm?2水平下，減氮 20%對(duì)蔬菜產(chǎn)量沒有顯著影響，減氮50%及灌溉量降低30%對(duì)水肥需求量較高的黃瓜產(chǎn)量有顯著的負(fù)面影響。

4)黃瓜-白菜一年兩季露地種植系統(tǒng)在常規(guī)施氮量[每季550 kg(N)?hm?2]水平下，0～80 cm 剖面總氮淋溶量占施氮量的10%； 減氮20%使總氮淋溶降低23.8%； 減氮20%配合優(yōu)化氮肥管理(聯(lián)合抑制劑、生物炭、秸稈還田)及適當(dāng)控制灌溉量(15%)均可使氮淋溶降低34.0%以上，實(shí)際生產(chǎn)中可因條件選擇合適的阻控措施。