寇長林，駱曉聲，巨曉棠

（1 河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物營養(yǎng)與資源環(huán)境研究所，鄭州 450002；2 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京 100093；3 河南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與環(huán)境重點實驗室，鄭州 450002）

近年來，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，蔬菜種植面積不斷擴大，中國蔬菜播種面積和產(chǎn)量均達世界的40%以上。設(shè)施蔬菜經(jīng)濟效益高，生產(chǎn)發(fā)展迅速，已經(jīng)由1999年的約120 × 104hm2增加到目前的大約 387 × 104hm2[1-2]。黃淮海平原地區(qū)是全國設(shè)施蔬菜的主要產(chǎn)區(qū)，總面積占全國的60%[3]，是中國重要的蔬菜生產(chǎn)基地。大多數(shù)蔬菜屬淺根型作物，對土壤水分和養(yǎng)分不足敏感，因而在蔬菜生產(chǎn)上，菜農(nóng)習(xí)慣采用高量肥料投入和頻繁灌水維持。較多的調(diào)查結(jié)果表明，設(shè)施菜田施氮量超過N 1000 kg/hm2已是普遍現(xiàn)象[4]，對北京近郊的調(diào)查表明，菜田氮肥平均用量1741 kg/hm2[5]，在山東壽光，溫室菜田氮肥年平均投入量高達4088 kg/hm2[6-7]，遠遠高于蔬菜的氮素需求量[8]。同時，設(shè)施菜田灌溉頻繁，全年灌水總量平均高達1307 mm[9]。高量的氮肥投入導(dǎo)致設(shè)施菜田高的土壤硝態(tài)氮殘留累積[10-11]及硝態(tài)氮的淋溶損失。一方面造成了肥料資源的浪費，增加了生產(chǎn)成本。另一方面，一些蔬菜種植區(qū)由于長期過量施肥，土壤硝態(tài)氮大量累積，硝酸鹽的淋溶對地下水環(huán)境產(chǎn)生破壞，地下硝酸鹽含量超標(biāo)現(xiàn)象較為嚴(yán)重。比較多的調(diào)查結(jié)果表明，農(nóng)村地下水硝態(tài)氮含量以蔬菜種植區(qū)超標(biāo)最為嚴(yán)重[12-13]。

如何改變設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中傳統(tǒng)的水氮管理方式，在保證農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和環(huán)境安全的前提下做到合理有效地施用氮肥，促進設(shè)施蔬菜優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展，是當(dāng)前我國設(shè)施蔬菜發(fā)展過程中亟待解決的問題，菜田土壤氮素淋失得到了研究者的廣泛重視。有關(guān)設(shè)施蔬菜減氮調(diào)控措施的研究較多，不同研究者采用的推薦施肥方法不同。較多研究提出了根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)量的養(yǎng)分平衡施氮技術(shù)[14-19]，也有研究者根據(jù)當(dāng)?shù)亓?xí)慣施肥量按比例減施化肥進行推薦施肥[20-22]，或者根據(jù)氮肥用量試驗推薦施氮[23-25]。何飛飛等[14]在壽光的試驗表明，在氮肥總投入量分別減少62%和78%的情況下，番茄產(chǎn)量不降低, 但顯著降低了土壤—蔬菜體系中氮素表觀損失量。在山東壽光番茄的不同施氮模式的研究[21]表明，減施化肥氮45%結(jié)合調(diào)節(jié)土壤C/N和采用滴灌的集成模式能夠提高作物對氮肥的吸收和利用效率，減少土壤硝態(tài)氮的殘留。在河北春季設(shè)施番茄大棚的研究表明，優(yōu)化施氮減氮240 kg/hm2，蔬菜產(chǎn)量及效益沒有降低，硝態(tài)氮淋溶量減少50.1 kg/hm2[26]。北京郊區(qū)設(shè)施菜地優(yōu)化施氮及灌溉，硝態(tài)氮淋溶量大幅度降低[27]。各地的試驗條件不同研究結(jié)果也大不相同。有機肥在設(shè)施蔬菜上用量大，類型多樣，有關(guān)設(shè)施蔬菜有機肥利用的研究，主要集中在單施有機肥及有機無機肥配合施用模式的效果對比研究[7,28-30]。肖輝等[29]研究結(jié)果表明，有機肥對設(shè)施土壤硝態(tài)氮的影響不同季節(jié)呈現(xiàn)不同特點，夏季高量有機肥的施用會引起硝酸鹽在土壤、蔬菜中的累積，并加劇了硝酸氮向土壤深層的遷移；而冬季卻相反，高量有機肥能夠降低土壤及蔬菜中硝酸鹽的含量，減少硝酸氮向土壤深層遷移。有研究認(rèn)為，番茄有機無機肥配合施用模式可顯著降低滲漏水中硝態(tài)氮滲漏量，較習(xí)慣施肥平均降低55.1%，有機肥替代是降低菜田氮淋溶的有效措施。在設(shè)施蔬菜節(jié)水方面的研究較少，更多的是節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用[31-32]，蔬菜節(jié)水增效作用是明確的。有關(guān)緩釋肥在設(shè)施蔬菜施用方面主要集中在緩釋肥自主研發(fā)產(chǎn)品的增產(chǎn)效果評價[33]，缺少緩釋肥對設(shè)施菜田土壤硝態(tài)氮累積變化的影響研究。綜合來看，針對不同區(qū)域的相關(guān) (土壤、節(jié)水) 條件，研究蔬菜適宜的優(yōu)化減氮模式具有重要現(xiàn)實意義。

本研究選取黃淮海典型設(shè)施番茄大棚，通過設(shè)置不同優(yōu)化施氮模式，包括減氮優(yōu)化、有機肥替代及包膜尿素對比，研究不同施氮模式設(shè)施番茄菜田土壤硝態(tài)氮殘留特征及其氮平衡，為設(shè)施番茄菜田氮肥優(yōu)化管理提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗大棚概況

試驗位于黃淮海平原中北部的惠民縣試驗大棚，棚齡 6 年，棚內(nèi)面積 355.2 m2(48 m × 7.4 m)，常年采用芹菜-番茄種植模式，本試驗番茄上茬作物為芹菜。芹菜季大致施有機肥 (以牛欄糞為主) 2000 kg/hm2，化肥 N 1010 kg/hm2、P2O5656 kg/hm2，鉀肥很少用。番茄施用的有機肥以牛欄糞和雞糞為主，基施量折合 N 468 kg/hm2、P2O5237 kg/hm2、K2O 563 kg/hm2，番茄還基施和追施化肥N 1130 kg/hm2、P2O5620 kg/hm2、K2O 360 kg/hm2。試驗土壤類型為黃潮土，質(zhì)地為中壤質(zhì)土壤，0—30 cm土壤有機質(zhì)15.77 g/kg、全氮 1.19 g/kg、有效磷 118 mg/kg、速效鉀120 mg/kg、pH 8.09、電導(dǎo)率 0.48 S/m，0—30、30—60、60—90 cm 土層 NO3–-N含量分別為12.9、13.9和21.6 mg/kg。試驗地常年地下水埋深在1～3 m，試驗實施階段地下水位0.8～1.4 m。

1.2 試驗處理

試驗設(shè)5個處理，分別為：1) 不施氮肥對照(CK)；2) 傳統(tǒng)施氮量 (TF)，根據(jù)試驗前對當(dāng)?shù)夭宿r(nóng)大棚番茄施氮量調(diào)查結(jié)果，將傳統(tǒng)施氮量設(shè)定為N 1000 kg/hm2；3) 單施有機肥 (OF)，根據(jù)有機肥氮含量的實測結(jié)果，有機肥氮投入量N 471.5 kg/hm2，基肥和追肥全部用有機肥；4) 推薦施氮量 (CF)，根據(jù)作物需要[34-35]并結(jié)合當(dāng)?shù)亓?xí)慣施氮量減量約50%，設(shè)置 N 500 kg/hm2為推薦施氮量；5) 包膜尿素 (CRF)，與推薦施氮量相同，肥料品種改為包膜尿素。每個處理 3 次重復(fù)，小區(qū)面積為20.72 m2(2.8 m × 7.4 m)，區(qū)組內(nèi)隨機排列。番茄以寬窄行種植，每個小區(qū)共栽種4行番茄，寬行行距80 cm，窄行行距60 cm，每行種植21株。各小區(qū)間埋置長8 m、深50 cm的薄膜，用以防止小區(qū)間水分和養(yǎng)分的滲透。各處理均施 P2O5220 kg/hm2和K2O 1000 kg/hm2，除對照外，其他各處理均施用相當(dāng)于N 65 kg/hm2的有機肥作基肥。

試驗所用肥料推薦施氮量和習(xí)慣施氮量兩處理氮肥為尿素，包膜尿素由中國農(nóng)業(yè)大學(xué)生產(chǎn)，含氮量42.5%，氮釋放期為60天。單施有機肥處理的追施有機肥為雞糞 (全氮含量15.834 g/kg，干基)。試驗磷肥為重過磷酸鈣，鉀肥為硫酸鉀，除對照外的其他處理基施有機肥為豬圈糞 (含氮量4.004 g/kg，干基)。全部磷肥作基肥，鉀肥50%作基肥，其余分次追施；普通尿素30%作基肥，其余分次追施；包膜尿素基施2/3，其余一次追施。雞糞分4次追施。灌水方式采用膜下灌水方式，灌水量以水表讀數(shù)實行定量灌溉。根據(jù)對當(dāng)?shù)卦O(shè)施番茄的調(diào)查，農(nóng)戶每次灌水量65 mm，全生育期灌水7～9次，灌水總量450～515 mm，平均 482.5 mm，試驗設(shè)計節(jié)水20%，預(yù)期全生育期灌溉量390 mm。這和郝小雨等[7]依據(jù)田間持水量 (25.0%) 進行灌溉的灌溉模式一致，與周博等[36]依據(jù)張力計監(jiān)測確定的灌水量接近。

1.3 土壤、植株和灌水樣品采集

在種植前和收獲后按30 cm一層取0—180 cm土壤樣品。在每次施肥灌水前一天，按30 cm一層取0—90 cm土壤樣品，每區(qū)取3個點，同層各點混合，裝入塑料密封袋中標(biāo)記封口并放入冰盒中。

番茄收獲后每區(qū)各取5株，樣品分秸稈和葉片兩部分，迅速帶回實驗室稱鮮重，烘干后稱干重。在每次采摘番茄稱產(chǎn)和數(shù)果數(shù)后，每區(qū)隨機選取5～8個果實帶回實驗室稱取鮮重和烘干重。各植株樣品粉碎后放陰涼干燥處密封保存，待室內(nèi)分析。

在每次灌溉時，取灌溉水樣，樣品裝入150 mL塑料瓶中，立即密封帶回實驗室冷凍待測。另外，灌溉水井測量一次水位變化。對所使用有機肥先取10個1 kg左右的樣品，放在干凈的塑料板上，將其中塊狀物打碎后混合均勻，測定含水量，同時從中取出約2 kg用于分析其養(yǎng)分含量。

1.4 樣品分析方法

土壤樣品帶回實驗室后，立即過5 mm篩，混合均勻，直接用于無機氮測定。土壤無機氮測定用0.01 mol/L的CaCl2溶液浸提，用流動分析儀(TRAACS2000 BRAN+LUEBBE 公司，德國) 測定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。植株和有機肥樣品全氮采用凱氏定氮法測定。灌水采用相同的流動分析儀測定硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。

1.5 氮素平衡計算

日光溫室內(nèi)番茄根系較淺，在生育后期根系能夠達到60 cm土層，故把0—60 cm土體作為番茄根區(qū)，60 cm以下土層的氮素視為在農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的損失。這里如果不考慮氮素的干濕沉降，參照文獻[37-40]中有關(guān)氮平衡的計算，并稍加改動。氮素輸入項：化肥氮、有機肥氮、灌水帶入的氮、0—60 cm土壤起始礦質(zhì)態(tài)氮、作物生長期間的礦化態(tài)氮。氮素輸出項：作物吸收氮、土壤殘留礦質(zhì)態(tài)氮和氮素表觀損失。相關(guān)計算如下：

氮素表觀礦化量=對照區(qū)作物吸氮量+對照區(qū)收獲時土壤無機氮（Nmin） ? 對照區(qū)播前土壤Nmin ?灌水帶入的氮

氮素表觀損失量=氮素總輸入 ? 作物吸收氮素 ?土壤殘留Nmin

菜地氮素平衡盈余率（%）=(氮素收入 ? 氮素支出) /氮素支出 × 100

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

運用SPSS 11.0的ANOVA程序進行方差分析和LSD檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮處理的產(chǎn)量效應(yīng)

由表1可以看出，5個處理之間果實產(chǎn)量131821～140149 kg/hm2，番茄果實產(chǎn)量以施氮量最高的傳統(tǒng)施肥量處理最低，其次為對照，單施有機肥處理產(chǎn)量最高。整體上看，不同處理番茄的果實產(chǎn)量沒有顯著差異。以上結(jié)果表明，在傳統(tǒng)設(shè)施蔬菜田，不施氮肥導(dǎo)致產(chǎn)量較低，但過量施肥并不能增加產(chǎn)量，比優(yōu)化施氮量過多的氮肥投入不僅不能增產(chǎn)，反而可能減產(chǎn)。同樣，果實干物重也以單施有機肥處理最高，而以對照為最低。與果實干物重相似，各處理間番茄莖稈、葉片和地上總生物量也沒有明顯差異。

表 1 不同施氮處理番茄產(chǎn)量及地上生物量 (kg/hm2)Table 1 Effects of fertilizer treatment on above ground biomass and tomato yield

2.2 不同處理番茄氮素吸收量

在植株各部分吸氮量中 (表2)，只有莖稈吸氮量在各處理間存在顯著性差異，由于莖稈吸收氮量只占總吸收氮量的5.8%～8.9%，所以植株總吸氮量各處理間沒有明顯差異。傳統(tǒng)施氮量處理比推薦施氮量處理施肥量增加一倍，但番茄各部位吸收氮量并沒有顯著升高，說明番茄對氮素的吸收并未因增加氮肥投入而增加。在施氮處理中，傳統(tǒng)施氮處理莖稈吸收氮量顯著低于包膜尿素處理。盡管各處理植株總吸收氮量之間沒有顯著差異，但包膜尿素處理吸氮量最高，原因可能是包膜肥料能夠減少氮素淋洗而有利于植株對其吸收。

表 2 不同施氮處理植株吸收氮量 (N kg/hm2)Table 2 N uptake by tomato under different fertilization regimes

2.3 土壤硝態(tài)氮含量的動態(tài)變化

不同施氮措施對土體硝態(tài)氮累積影響很大，但不同土層在不同時段差較大 (圖1)，在根系最密集的0—30 cm土層，各處理硝態(tài)氮平均累積量差異顯著，以TF和CRF處理最大，分別是CK的4.7和3.6倍，其次為CF和OF處理，分別是CK的2.5和1.8倍，CRF和CF處理差異顯著；30—60 cm仍以TF處理最高，顯著高于CRF和CF處理，而CRF和CF處理差異不顯著，但顯著高于OF處理和CK。60—90 cm土層，各處理差異進一步縮小，TF、CRF和CF處理間差異不顯著，但均顯著高于 OF處理和CK，OF處理和CK差異不顯著。

圖 1 各處理土壤各層硝態(tài)氮在番茄生育期間的平均累積量Fig.1 Average accumulation of soil nitrate-N in different soil layers under different fertilization regimes

0—60 cm土層的硝態(tài)氮累積量也以TF處理最大，分別比CF和CRF處理高62.2%和28.1%，是CK的3.6倍；其次為CRF和CF處理，分別是CK的2.8和2.2倍，且二者差異顯著；OF處理顯著高于CK 58.4%。以上結(jié)果表明，CRF處理的硝態(tài)氮比CF處理更多保持在土壤上層，0—30和0—60 cm土層硝態(tài)氮累積量平均比CF處理分別高43.0%和26.6%，更有利于養(yǎng)分的吸收，一般認(rèn)為0—60 cm土層的土壤硝態(tài)氮是作物可吸收的養(yǎng)分。

從土壤硝態(tài)氮累積量隨生育期的變化來看，不同處理及土層差異顯著 (圖2)。0—30 cm土層，TF和CRF處理土壤硝態(tài)氮累積量一直最高，二者之間的差異在移栽后76天前較小，之后變大，而CF和OF處理土壤硝態(tài)氮累積量一直相對平穩(wěn)；30—60 cm土層，整個生育期內(nèi)各處理土壤硝態(tài)氮累積量差異明顯，這一層土壤受控因素復(fù)雜；而60—90 cm土層，各處理土壤硝態(tài)氮累積量變化較小，尤其在生育前期各處理差異較小，到移栽后76天后各處理出現(xiàn)相對穩(wěn)定的分化過程。就0—60 cm土體硝態(tài)氮累積量來看，各處理間的動態(tài)變化與0—30 cm土層相近，也以TF和CRF處理較高，并且前期二者差異較小，之后差異變大。CF、OF和CK處理也和表層土壤的3個處理變化趨勢相似。為了更好地說明土壤硝態(tài)氮積累的動態(tài)變化，以下以土壤硝態(tài)氮含量的空間動態(tài)進一步討論。

圖 2 土壤各層硝態(tài)氮累積量隨番茄生長時期的動態(tài)變化Fig.2 Dynamics of soil nitrate-N accumulation in different soil layers with the growing days of tomato

由圖3可以看出，盡管硝態(tài)氮含量差異很大，但各處理土壤硝態(tài)氮含量變化趨勢相似，均在移栽后20～60天表層有一累積過程，不同處理持續(xù)時間不同，可能與土壤氮礦化、肥料施用、作物吸收有關(guān)，CK累積過程持續(xù)時間很短，僅約20天左右，單施有機肥處理持續(xù)40天，而CF、TF、CRF處理則長達50～60天。在移栽后80～100天，各處理硝態(tài)氮有一消耗過程，出現(xiàn)的土層和開始時間有所差異。CK處理這個消耗過程則從移栽后60天已經(jīng)由表層開始，而CF、TF處理在45 cm以下層次移栽后80天才出現(xiàn)，而TF處理60 cm以上土層沒有出現(xiàn)明顯的消耗過程。移栽后110～120天之后，上層又表現(xiàn)出累積趨勢，這可能與土壤礦化增強和后期番茄吸收能力降低有關(guān)，已對番茄生產(chǎn)意義不大。從硝態(tài)氮含量上來看，TF和CRF處理上層硝態(tài)氮含量顯著高于OF、CF處理，且CF、TF處理表現(xiàn)出明顯的向下淋洗趨勢。而CRF處理45 cm以下土層硝態(tài)氮含量一直低于N 25 mg/kg，說明包膜尿素能夠減輕氮素的向下遷移。

圖 3 番茄生育期土壤硝態(tài)氮含量動態(tài)變化Fig.3 Dynamics of soil nitrate-N content during tomato growth period

總的來說，各施氮處理表層硝態(tài)氮累積量差異變化與施肥和作物氮吸收能力有關(guān)。在番茄生育初期，由于作物吸收能力較弱，引起氮素在表層的累積，至移栽后65天之后，番茄對氮素的吸收能力漸強，使硝態(tài)氮累積量逐步降低。而包膜尿素處理，以底肥方式施入了總施肥量的2/3肥料，很可能在移栽后47天左右達到了釋放高峰期，而在移栽后第66天追施的包膜尿素要到移栽后100天之后才能達到氮素釋放高峰。從這一點來看，番茄包膜肥施用應(yīng)適當(dāng)減少基施的數(shù)量，第一次追施應(yīng)在移栽后第30～45天較為適宜。

2.4 不同施氮處理對土壤硝態(tài)氮殘留的影響

各處理0—180 cm土體硝態(tài)氮殘留量差異很大，以TF處理最高，比基礎(chǔ)土壤增加44.8%，其次為CRF和CF處理，比基礎(chǔ)土壤增加19.0%和7.8%，OF處理和CK最小，二者比基礎(chǔ)土壤有所降低。在土體分布上，基礎(chǔ)土壤90—180 cm硝態(tài)氮殘留量占2/3，而CK、OF和CF處理90—180 cm土層硝態(tài)氮占比有所降低，TF和CRF處理90—180 cm土層硝態(tài)氮殘留量比例更低。

除對照外，其它各處理0—90 cm土層硝態(tài)氮殘留量比試驗前均明顯增加，大小依次為傳統(tǒng)施氮量、包膜尿素、推薦施氮、單施有機肥處理，分別為試驗前的2.68、2.06、1.65、1.29倍，而對照僅為試驗前的0.84倍 (圖4)。單施有機肥、推薦施氮量和包膜尿素處理0—90 cm土層硝態(tài)氮殘留量分別為N 261.7、336.3、418.2 kg/hm2，分別比對照增加了53.4%、97.1%、145.1%，比傳統(tǒng)施氮量降低了51.9%、38.3%、23.2%。但單施有機肥處理0—90 cm土層硝態(tài)氮殘留量與對照差異不顯著，基本能保持原有土壤硝態(tài)氮水平。包膜尿素處理0—90 cm土層硝態(tài)氮殘留量與推薦施氮量差異不顯著，但比單施有機肥處理顯著提高了56.8%，而推薦施氮量處理硝態(tài)氮殘留量與單施有機肥處理沒有明顯差異。

圖 4 不同施氮處理土壤硝態(tài)氮殘留量Fig.4 Soil nitrate-N residue under different fertilization regimes

與0—90 cm土層不同，所有處理90—180 cm土壤硝態(tài)氮殘留量均比試驗前降低，CK、OF、CF、TF、CRF處理的殘留量分別為試驗前的56.8%、69.5%、80.2%、86.0%和77.6%，但4個施氮處理間沒有顯著差異。4個施氮肥處理在90—180 cm土壤硝態(tài)氮殘留量明顯低于基礎(chǔ)土樣，可能是減少灌溉量也減少了硝態(tài)氮隨水分的向下淋洗，甚至稍微缺水狀態(tài)還可能引起該層次積累的硝態(tài)氮隨蒸發(fā)向表層移動，具體原因有待進一步研究。

2.5 不同施氮處理的氮素平衡

以0—60 cm土體作為土壤-作物系統(tǒng)番茄的根區(qū)，將0—60 cm土層Nmin作為土壤有效礦質(zhì)氮輸入。氮素輸入項包括化肥氮、有機肥氮、灌水輸入氮和試驗前土壤起始Nmin以及作物生長期間土壤礦化的氮。而氮素輸出包括作物收獲攜出和土壤殘留。由于番茄生長期間以薄膜覆蓋，不考慮大氣沉降輸入的氮。氮素總平衡是氮素礦化、固定和損失的總和。

根據(jù)有機肥養(yǎng)分實測結(jié)果，單施有機肥處理實際施氮量為N 471.5 kg/hm2，接近但未達到試驗設(shè)計的 500 kg/hm2施氮水平 (表 3)，氮素平衡盈余率65.51%，有機肥投入氮量能夠滿足作物生長需求。

表 3 不同施氮處理的氮素平衡 (kg/hm2)Table 3 Effects of fertilization regime on nitrogen balance in soil-crop system

另外兩種優(yōu)化施氮模式推薦施氮量和包膜尿素處理，二者土壤硝態(tài)氮殘留量分別為N 227.2和N 310.5 kg/hm2，氮素表觀損失量分別為N 443.7和N 352.3 kg/hm2，氮素表觀盈余率分別為66.37%和38.09%，3個指標(biāo)依次分別比傳統(tǒng)施氮量降低22.6%～43.4%、42.2%～54.1%、37.3%～61.8%。同時，在相同施氮量下，包膜尿素處理土壤殘留量明顯高于推薦施肥處理，因而，其氮素損失量和氮素平衡盈余率明顯降低。

3 討論

本研究不同施氮處理之間的番茄果實產(chǎn)量和生物量沒有顯著差異。不施肥處理番茄產(chǎn)量為133.4 t/hm2，已達到較高產(chǎn)量水平，表明本試驗即使不施氮肥，土壤本身的供氮能力已能夠保證番茄獲得較高的產(chǎn)量。但氮肥投入影響土壤氮的累積與供應(yīng)，從生育期內(nèi)土壤硝態(tài)氮累積動態(tài)來看，對照處理0—30 cm 硝態(tài)氮含量為25～80 kg/hm2，多數(shù)低于40 kg/hm2，這個量已低于陳清等[41]所采用的土壤Nmin 緩沖值 50～60 kg/hm2。其 0—60 cm 土壤硝態(tài)氮殘留量為62～136 kg/hm2，也低于Everaarts推薦的菜花生育期內(nèi)土壤 Nmin 緩沖值 225 kg/hm2[42]。不施肥處理導(dǎo)致土壤殘留氮顯著降低，在短期內(nèi)沒有降低產(chǎn)量，但在第二季以后可能會成為作物生長的限制因素，尤其是在菜農(nóng)高灌水量條件下。這充分說明，即便是在經(jīng)過多年培育的設(shè)施菜田，不施肥地力下降很快，適量氮投入是維持地力和正常生產(chǎn)所必須的。

傳統(tǒng)施肥量處理，生育期內(nèi)0—30 cm土層硝態(tài)氮累積量為210～280 kg/hm2，0—60 cm 土層為340～400 kg/hm2，遠遠高于推薦的土壤Nmin緩沖值。說明農(nóng)民習(xí)慣施肥過高的氮肥投入導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮殘留大幅增加。收獲后0—30 cm土層硝態(tài)氮積累量達248 kg/hm2，為收獲后推薦土壤殘留Nmin 100 kg/hm2的 2 倍以上。

3種優(yōu)化施氮模式中，以有機氮為主要氮源的單施有機肥處理，盡管氮投入量不足500 kg/hm2，但生育期內(nèi)在0—30 cm土層土壤硝態(tài)氮含量高于一些研究[41,43]推薦的土壤 Nmin 緩沖值，而 0—60 cm 土壤硝態(tài)氮累積量低于Everaarts推薦的土壤Nmin緩沖值[42]，尚不足以滿足需求，這可能與有機肥氮的緩效性有關(guān)。這說明單施有機肥處理硝態(tài)氮主要累積在表層，但可以滿足番茄生長的需要，生產(chǎn)上以有機肥配合化肥更具持續(xù)性；而以化肥氮為主要氮源的推薦施氮量處理番茄生育期內(nèi)在0—30和0—60 cm土層硝態(tài)氮累積量均高于單施有機肥處理，且與一些研究推薦Nmin緩沖值相比，在0—30 cm土層與單施有機肥處理有相似情況，即0—30 cm土層硝態(tài)氮積累量顯著高于推薦Nmin緩沖值，但0—60 cm土層硝態(tài)氮積累量與推薦Nmin緩沖值明顯接近。這表明在本研究灌水量低于常規(guī)灌水量條件下，所推薦的500 kg/hm2施氮量是適宜的。同時，根據(jù)德國KNS系統(tǒng)推薦施肥的要求[44]，蔬菜收獲后土壤Nmim殘留量不能超過N 100 kg/hm2，而這兩個處理在收獲后0—30 cm硝態(tài)氮積累量分別為N 123.9和N 128.3 kg/hm2，這兩個處理施氮量也是適合的。由此來看，推薦施氮量和單施有機肥處理生育期內(nèi)能夠提供適宜根層供氮水平，而收獲后又不會累積過高硝態(tài)氮。有機肥處理氮投入量比化肥氮略低，與N 500 kg/hm2相比，其表觀損失約低6.8%，氮平衡盈余量和盈余率約低10%，但總體趨勢變化不大。

與推薦施氮量相比，包膜尿素處理番茄生育期內(nèi)0—30和0—60 cm硝態(tài)氮累積量高于上述一些研究推薦的土壤Nmin緩沖值，多數(shù)情況高于推薦施氮量處理硝態(tài)氮積累量，盡管二者差異不顯著。這說明包膜尿素處理有利于氮素在上層土壤的累積 (圖3和圖4)。朱本岳等[45]的模擬試驗表明，控釋尿素淋洗損失比普通尿素減少59.7%。張慶利等[46]的淋洗試驗表明，控釋氮肥表層土壤能保持較高的有效氮含量，而降低其它土層中速效氮含量[46]。Cartagena等[47]研究表明，在田間高施肥量和灌水條件下，施不同形態(tài)氮肥處理玉米產(chǎn)量沒有明顯差異，而收獲后土壤無機氮含量以控釋肥處理最高，這個結(jié)果與本研究相似。表明設(shè)施番茄施用包膜尿素有利于減少氮素向下淋洗和在上層土壤的保持。對于包膜尿素和推薦施氮量兩處理，需要注意的是在移栽后76～106天，二者土壤硝態(tài)氮含量差異減小，這是由于底施包膜尿素已過氮素釋放高峰，而追施肥尚未達到最高釋放階段?？蒯尩什幌衿胀ǖ试诤芏虝r間內(nèi)養(yǎng)分即完全釋放出來，包膜尿素在土壤中的釋放呈單峰變化，釋放期60天的尿素N釋放高峰出現(xiàn)在施肥后35天左右[48]。因此，就本研究所采用包膜尿素來說，適當(dāng)減少底施所占比例，而將追施時間提前至移栽后30～45天可能與番茄氮素需求規(guī)律更為吻合，在這種情況下適當(dāng)減少包膜尿素的投入也是可行的。另外，包膜尿素在第一年導(dǎo)致上層土壤氮素殘留量的增加，可能加劇菜田后期硝態(tài)氮的淋溶損失。據(jù)Maeda等[49]7年的試驗研究表明，施用包膜肥后1 m深土壤溶液NO3?-N在第二年夏季顯著增加，濃度可達N 30～60 mg/L。這在進一步的研究或生產(chǎn)中需要加以注意。

另一方面，從土壤無機氮含量變化來看，番茄生育期內(nèi)，存在兩個明顯的硝態(tài)氮積聚過程，一個階段是移栽后20～60天，另一個是在移栽后110～120天左右。同時，移栽后80～100天30—60 cm土層有一個消耗階段。土壤中硝態(tài)氮積聚與消耗受施肥、灌水、作物吸收等的影響。一些研究表明，控制施氮量結(jié)合有效的施用方式是確保高產(chǎn)和減少土壤硝態(tài)氮累積和淋洗的關(guān)鍵[50]，硝態(tài)氮淋洗可通過優(yōu)化灌水進一步降低[51]，在大田糧食作物上，氮肥優(yōu)化、灌水模式、有機替代減肥常被作為維持高產(chǎn)出和減少氮肥灌水及最小化硝態(tài)氮淋洗的措施[52]。如能運用模型模擬方法對評估土壤硝態(tài)氮淋洗、供應(yīng)和水肥管理推薦具有重要意義。薛長亮等[53]應(yīng)用RZWQM模型模擬了石家莊玉米田4種氮肥用量下土壤硝態(tài)氮淋溶，但存在一定的偏差，在蔬菜上，尚未見類似報道。

綜合來看，施氮量增加，植株氮吸收量并無明顯變化，相應(yīng)地其氮素盈余量、在土壤中的殘留量和損失量顯著提高，大量土壤硝態(tài)氮殘留量勢必會導(dǎo)致硝態(tài)氮向土壤下層淋洗而污染地下水。按照張維理等[54]的研究結(jié)果，施氮量超過N 500 kg/hm2，且作物吸氮量不足施氮量40%時，地下水硝酸鹽含量一般要超標(biāo)。從本研究結(jié)果來看，推薦施氮處理和包膜尿素處理施N量500 kg/hm2，作物吸收N分別為218.9 kg/hm2和227.0 kg/hm2，占施氮量的比例均超過40%，傳統(tǒng)施氮處理中作物吸收N量僅占氮肥用量的22%，必然會對環(huán)境造成危害，尤其是造成地下水硝酸鹽污染。據(jù)我們對試驗大棚所在區(qū)地下水的調(diào)查，由于長期大量施肥，已導(dǎo)致該區(qū)地下水硝酸鹽嚴(yán)重污染，在所測39個樣品中，年度地下水硝酸鹽含量維持在N 10～49 mg/L，平均達20.3 mg/L，硝態(tài)氮含量超過11.3 mg/L比率達87.2%。因此，在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)上應(yīng)對氮肥投入予以優(yōu)化控制。

4 結(jié)論

在本研究條件下，將番茄施N量由1000 kg/hm2減至 500 kg/hm2，既能保證番茄產(chǎn)量，又不使土壤產(chǎn)生過高的硝態(tài)氮殘留，適宜于在生產(chǎn)中應(yīng)用。由于前茬施肥量高，施肥處理沒有顯示出產(chǎn)量差異，但是減少氮肥投入，施用包膜尿素在0—30 cm 土層存留的硝態(tài)氮顯著多于普通尿素 (43.0%)，更有利于后期及后茬作物的利用，降低氮素的淋洗損失，使氮素在土壤上層得以保持，長期施用可能更有利于實現(xiàn)產(chǎn)量與環(huán)境效益雙贏。雞糞完全替代化肥在減少土壤中硝態(tài)氮的殘留方面顯示出優(yōu)越性，但長期的效果還需進一步研究。