阮兆英,袁文靜,祁百福,黃少珍,楊澤柳,魯長(zhǎng)青
(深圳市農(nóng)業(yè)科技促進(jìn)中心,廣東 深圳 518055)
【研究意義】在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中,肥料施用仍存在眾多不合理現(xiàn)象,如施肥量過大、養(yǎng)分比例失衡等。這不僅造成土壤養(yǎng)分失衡,土壤酸化、次生鹽漬化[1-2],病蟲害滋生[3],還會(huì)產(chǎn)生環(huán)境污染問題,如大量氮和磷的化合物進(jìn)入土壤和水體中,并且循環(huán)和降解過程比較緩慢,不僅造成水體富營(yíng)養(yǎng)化,導(dǎo)致藻類滋生,出現(xiàn)部分河水中的魚蝦發(fā)生死亡的現(xiàn)象[4]。這些現(xiàn)象讓人誤以為施用化肥如同洪水猛獸,需要禁止使用才能確保糧食安全,避免環(huán)境惡化。然而,聯(lián)合國(guó)統(tǒng)計(jì)信息表明,化肥可以提高40%~60%作物單產(chǎn),我國(guó)以占世界7%的耕地養(yǎng)活世界22%的人口,化肥的功勞不可磨滅[5]。因此,有必要通過測(cè)土配方施肥來(lái)優(yōu)化傳統(tǒng)施肥方式,并了解作物對(duì)肥料利用率情況,這對(duì)合理施肥具有重要的意義。
【前人研究進(jìn)展】2003 年農(nóng)業(yè)部提出了“沃土工程項(xiàng)目規(guī)劃”,重點(diǎn)推廣測(cè)土配方施肥,綜合利用有機(jī)肥資源,提高土壤的基礎(chǔ)地力。2005年農(nóng)業(yè)部在全國(guó)啟動(dòng)了測(cè)土配方施肥項(xiàng)目,以保護(hù)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境,實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[6],2015 年農(nóng)業(yè)部印發(fā)了“到2020 年化肥使用量零增長(zhǎng)行動(dòng)方案”、2016 年農(nóng)業(yè)部發(fā)布了“大力推進(jìn)種養(yǎng)循環(huán)、開展果菜茶有機(jī)肥替代行動(dòng)”[7]??茖W(xué)施肥是保證農(nóng)作物高產(chǎn),減少農(nóng)業(yè)面源污染的根本。在實(shí)現(xiàn)糧食作物高產(chǎn),解決人民溫飽的同時(shí)需要考慮實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)作物的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),增加農(nóng)民經(jīng)濟(jì)收入和改善人民生活。大量的研究表明與單施化肥相比,氮、磷、鉀肥配施可以顯著提高作物的產(chǎn)量[8],而且可以提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和全氮含量[9],從而提高土壤肥力。當(dāng)化肥用量超過一定水平后,作物產(chǎn)量將不再顯著增加,甚至可能出現(xiàn)下降趨勢(shì)[10-11]。前期我們對(duì)深圳市肥料使用量的統(tǒng)計(jì)調(diào)查發(fā)現(xiàn)菜農(nóng)偏好施用15-15-15復(fù)合肥,致使菜地土壤普遍氮素水平偏高,磷、鉀明顯富集,交換性鈣、交換性鎂比例失衡[12]。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果和生產(chǎn)實(shí)踐表明,合理、科學(xué)施肥可以促進(jìn)蔬菜作物生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量品質(zhì)的提高。李永勝等[13]在研究菜心減量?jī)?yōu)化施肥發(fā)現(xiàn),優(yōu)化施肥可以顯著改善菜心品質(zhì),提高肥料利用率。張揚(yáng)[14]的研究表明,根據(jù)作物需肥量及土壤情況,合理施用化肥對(duì)土壤肥力的提高和菜椒果實(shí)的品質(zhì)有積極促進(jìn)作用。
【本研究切入點(diǎn)】在深圳地區(qū)各個(gè)農(nóng)場(chǎng)基本上以種植蔬菜為主。在每年的春夏時(shí)節(jié),由于氣候高溫高濕且常伴有臺(tái)風(fēng)登陸,傳統(tǒng)的葉菜類蔬菜在無(wú)設(shè)施條件下很難生產(chǎn)。試驗(yàn)選用的油麥菜品種為四季甜嘜菜大芽豐產(chǎn)(809),該品種為菊科苦苣屬的苦苣(荬)菜種(Sonchus oleraceusL.)[15],由于其抗蟲、抗病、抗熱、耐雨打、高產(chǎn)等特點(diǎn),深受廣大菜農(nóng)喜愛,是春夏時(shí)節(jié)本地葉菜的重要補(bǔ)充品種之一。【擬解決的關(guān)鍵問題】針對(duì)目前葉菜類蔬菜施肥中存在的普遍問題,開展減量施肥和優(yōu)化施肥研究,探討不同肥料種類和用量對(duì)油麥菜產(chǎn)量的影響,并對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和肥料貢獻(xiàn)率進(jìn)行分析,旨在為油麥菜合理施肥和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培提供科學(xué)依據(jù)。
試驗(yàn)在深圳市坪山區(qū)龍?zhí)锝值郎钲谑修r(nóng)業(yè)科技促進(jìn)中心試驗(yàn)場(chǎng)(114°21' 15.4" E,22°44' 58.5" N)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)地處北回歸線以南,屬于典型的亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,海拔30.4 m,光照資源充足。試驗(yàn)地耕層土壤為沙壤土,在試驗(yàn)開始前其理化性質(zhì)為:pH 6.41,有機(jī)質(zhì)12.00 g/kg,堿解氮62.60 mg/kg,速效鉀34.00 mg/kg,有效磷206.30 mg/kg。供試油麥菜品種為四季甜嘜菜大芽豐產(chǎn)(809),由深圳市范記種子有限公司提供,供試肥料為復(fù)合肥(18-8-15)、尿素、過磷酸鈣和氯化鉀。
試驗(yàn)設(shè)6 個(gè)處理:無(wú)肥區(qū),全生育期不施用任何肥料;無(wú)氮區(qū),每667 m2施入P2O51.40 kg、K2O 8.39 kg;無(wú)鉀區(qū),每667 m2施入N 12.46 kg、P2O51.40 kg;無(wú)磷區(qū),每667 m2施入N 12.46 kg、K2O 8.39 kg;配方肥區(qū),每667 m2施入N 12.46 kg、P2O51.40 kg、K2O 8.39 kg;常規(guī)施肥區(qū),每667 m2施入N 12.46 kg、P2O55.54 kg、K2O 10.38 kg。每個(gè)處理3 次重復(fù),隨機(jī)排列,小區(qū)面積包溝9 m2(長(zhǎng)6 m,寬1.2 m),處理間通過排水溝隔開,溝寬0.3 m。
試驗(yàn)于2020 年4 月13 日播種育苗,5 月13日移栽。移栽前各處理按要求分別施入基肥。其中,無(wú)肥區(qū)處理全生育期不施肥,其他各個(gè)處理除過磷酸鈣100%施入土壤以外,其他肥料按照總施肥量的30%施入土壤作為基肥。追肥分3 次施入,分別為:移栽后7 d 第1 次追肥20%,移栽后17 d 第2 次追肥30%,移栽后27 d 第3 次追肥20%。于6 月10 日采收。各處理每個(gè)時(shí)期的施肥量見表1。其他栽培管理與大田相同,嚴(yán)格控制整個(gè)生長(zhǎng)期的病蟲草害。
表1 各處理每個(gè)時(shí)期的施肥量情況Table 1 Fertilizer application amount of different treatments in each period(g)
各處理內(nèi)每個(gè)重復(fù)選取6 株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株沿土面剪取地上部分進(jìn)行稱重測(cè)產(chǎn),并記錄單株生物量。植物樣品檢測(cè)全株氮、磷、鉀的含量。全氮含量采用自動(dòng)定氮儀法測(cè)定,全磷含量采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)測(cè)定,全鉀含量采用火焰光度計(jì)法測(cè)定。使用土鉆采用5 點(diǎn)法在每個(gè)小區(qū)中采集0~15 cm 土層土壤混合均勻,用于檢測(cè)土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和速效鉀含量。土壤pH 值使用臺(tái)式多參數(shù)測(cè)量?jī)xS220-K 測(cè)定,堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定,有效磷采用鉬銻抗比色法測(cè)定,速效鉀采用原子吸收分光光度計(jì)PE pinAAcle 900T 測(cè)定。所有采集的樣品均委托華測(cè)檢測(cè)認(rèn)證有限公司進(jìn)行測(cè)定。
土壤地力貢獻(xiàn)率(%)=不施肥處理產(chǎn)量/施肥處理最高產(chǎn)量×100
肥料貢獻(xiàn)率(%)=(施肥處理產(chǎn)量-不施肥處理產(chǎn)量)/施肥處理產(chǎn)量×100
農(nóng)學(xué)利用率(kg/kg)=(施肥處理產(chǎn)量-不施肥處理產(chǎn)量)/(施氮量+施磷量+施鉀量)
肥料利用率(%)=(施肥區(qū)養(yǎng)分吸收量-缺素區(qū)養(yǎng)分吸收量)/(肥料施用量×肥料養(yǎng)分含量)×100
產(chǎn)值=產(chǎn)量×油麥菜銷售價(jià)
肥款=肥料用量×肥料價(jià)格
施肥收入=產(chǎn)值-無(wú)肥區(qū)產(chǎn)值-肥款
產(chǎn)投比=(產(chǎn)值-無(wú)肥區(qū)產(chǎn)值)/ 肥款
試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007 整理,采用SPSS 17.0 軟件分析數(shù)據(jù)、Origin 8.5 軟件作圖。不同處理間多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。
不同施肥處理油麥菜的產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖1。試驗(yàn)結(jié)果顯示,與不施肥對(duì)照相比,施肥可以大大提高油麥菜的生物量,增產(chǎn)幅度為81.89%~410.63%,增幅效果顯著。與無(wú)肥區(qū)相比,各施肥處理僅無(wú)氮區(qū)的油麥菜生物量差異不顯著,其他施肥處理油麥菜生物量均顯著提高,表現(xiàn)為配方肥區(qū)>無(wú)磷區(qū)>常規(guī)施肥區(qū)>無(wú)鉀區(qū)>無(wú)氮區(qū)>無(wú)肥區(qū),以配方肥區(qū)油麥菜生物量最高達(dá)到333.12 g/株。同時(shí),也可以看出在土壤有效磷含量較高時(shí)可少施磷肥或者不施磷肥,對(duì)油麥菜生物量影響不大。
圖1 不同施肥處理對(duì)油麥菜生物量的影響Fig.1 Effects of different fertilization treatments on the biomass of Lactuca sativa
土壤地力貢獻(xiàn)率是反映土壤生產(chǎn)能力的指標(biāo),而肥料貢獻(xiàn)率是肥料對(duì)作物產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率,把無(wú)肥區(qū)處理的產(chǎn)量視為土壤(地力)對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn),以其為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算,反映投入肥料的生產(chǎn)能力的指標(biāo)[16]。通過計(jì)算得出土壤地力貢獻(xiàn)率為19.58%,這一數(shù)據(jù)可以說(shuō)明土壤中的基礎(chǔ)肥力對(duì)油麥菜的產(chǎn)量貢獻(xiàn)不超過20%,生育期施肥對(duì)提高油麥菜產(chǎn)量有重要的意義。從土壤本底的數(shù)據(jù),通過測(cè)土配方施肥計(jì)算,并對(duì)照葉菜類蔬菜的推薦施肥指標(biāo),可得出試驗(yàn)田為低氮、富磷、低鉀的土壤。
如圖2 所示,各個(gè)處理肥料的貢獻(xiàn)率為40.71%~79.91%,與無(wú)氮區(qū)處理相比,其他施肥處理的肥料貢獻(xiàn)率均顯著提高。表明適當(dāng)增施氮肥可顯著提高油麥菜的產(chǎn)量,尤其是施用氮肥是油麥菜產(chǎn)量形成的關(guān)鍵原因。
圖2 不同施肥處理肥料貢獻(xiàn)率比較Fig.2 Comparison of fertilizer contribution rates of different fertilization treatments
農(nóng)學(xué)利用率是指單位施入養(yǎng)分量(N+P2O5+K2O)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)收獲物,反映了單位養(yǎng)分量增加作物產(chǎn)量的能力[16]。不同施肥處理肥料農(nóng)學(xué)利用率的變幅為54.57~120.41 kg/kg。各處理農(nóng)學(xué)利用率表現(xiàn)為無(wú)鉀區(qū)>配方肥區(qū)>無(wú)磷區(qū)>常規(guī)施肥區(qū)>無(wú)氮區(qū)(圖3)。與配方肥處理相比常規(guī)施肥的油麥菜產(chǎn)量無(wú)顯著差異,而農(nóng)學(xué)利用率卻顯著低于配方肥處理,說(shuō)明過量施肥會(huì)降低肥料農(nóng)學(xué)利用率,造成肥料的浪費(fèi)。而無(wú)氮區(qū)處理缺少了油麥菜產(chǎn)量形成的關(guān)鍵氮肥,肥料農(nóng)學(xué)利用率顯著低于無(wú)鉀區(qū)、無(wú)磷區(qū)、配方肥區(qū)處理。而對(duì)葉菜類蔬菜來(lái)說(shuō)可以少施鉀肥,當(dāng)土壤磷肥充足時(shí),可以不施磷肥,以提高肥料農(nóng)學(xué)利用率,避免肥料浪費(fèi)。
圖3 不同施肥處理肥料農(nóng)學(xué)利用率比較Fig.3 Comparison of agronomic utilization rates of different fertilization treatments
通過對(duì)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分的分析,可以得出試驗(yàn)地的土壤為低氮、富磷、低鉀。由于葉菜類蔬菜喜氮,因此對(duì)常規(guī)施肥區(qū)采用等氮量的施肥設(shè)計(jì)從市場(chǎng)上挑選相近的肥料配比與配方肥處理進(jìn)行施肥比較。由表2 可知,配方肥處理氮肥利用率、磷肥利用率和鉀肥利用率均高于常規(guī)施肥。其中,氮肥利用率提高4.48%,磷肥利用率提高14.80%。而鉀肥利用率配方肥處理比常規(guī)施肥處理提高5.59%。由此可以得出,在土壤富磷的前提下,葉菜類可以少施磷肥,同時(shí)適當(dāng)使用單質(zhì)肥配比,可以提高肥料利用率,避免使用過多的肥料而造成肥料浪費(fèi)。
表2 兩種不同施肥配比的肥料利用率Table 2 Fertilizer utilization rates of two different fertilization ratios
從表3 可以看出,各施肥處理之間收獲的產(chǎn)值比較為配方肥區(qū)>無(wú)磷區(qū)>常規(guī)施肥區(qū)>無(wú)鉀區(qū)>無(wú)氮區(qū)>無(wú)肥區(qū),與無(wú)肥區(qū)處理相比產(chǎn)值增幅為81.89%~410.69%。其中配方肥區(qū)產(chǎn)值最高,產(chǎn)值收益最可觀。不同處理間的肥料投入相差較大,這會(huì)影響到施肥收入和產(chǎn)投比。各處理之間的比較以配方肥區(qū)施肥收入最高達(dá)57839.29 元/hm2,而無(wú)氮區(qū)施肥收入最低為11 005.56 元/hm2。
表3 不同施肥處理油麥菜經(jīng)濟(jì)效益比較Table 3 Comparison of economic benefits of Lactuca sativa under different fertilization treatments
從產(chǎn)投比(施肥收入與肥料成本的比值)來(lái)看,以無(wú)鉀區(qū)最高為27.63,配方肥區(qū)的產(chǎn)投比為24.74,而無(wú)氮區(qū)的產(chǎn)投比最低為11.85。與無(wú)氮區(qū)處理相比,無(wú)鉀區(qū)處理和配方肥區(qū)處理產(chǎn)投比分別提高133.16%和108.78%。
試驗(yàn)結(jié)束后,對(duì)各處理土壤分別進(jìn)行分析檢測(cè),由表4 可知,各處理的pH 值、有機(jī)質(zhì)含量、水解氮含量、有效磷含量及速效鉀含量等指標(biāo)均發(fā)生了一定的變化。無(wú)肥區(qū)和無(wú)氮區(qū)試驗(yàn)前后pH值略有提升但是變化不大,其他處理的pH 值均有所下降,由此可以推斷,使用氮肥可能是影響土壤pH 值變化的重要原因之一。各施肥處理施肥前后有機(jī)質(zhì)含量的變化規(guī)律不大,變化幅度在11.00~12.40 之間。與初始土壤中的水解氮含量相比,試驗(yàn)后土壤水解氮含量各處理都有所提升,其中常規(guī)施肥區(qū)土壤水解氮含量最高。
表4 不同施肥處理土壤主要養(yǎng)分含量變化情況Table 4 Changes in main nutrient contents of soil under different fertilization treatments
土壤有效磷含量?jī)H無(wú)氮區(qū)處理有效磷含量變化幅度較大,其他處理在施肥后有效磷均有所提高;各處理施肥后,土壤速效鉀含量均有所提高,以常規(guī)施肥區(qū)土壤速效鉀含量提高最多。
土壤地力貢獻(xiàn)率可以評(píng)價(jià)農(nóng)田土壤養(yǎng)分供給能力。對(duì)葉菜類蔬菜而言,氮素是土壤養(yǎng)分的主要限制因子,本試驗(yàn)中土壤地力貢獻(xiàn)率為19.58%,而區(qū)惠平等[17]在甘蔗上的研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)過一定年限的種植土壤的基礎(chǔ)地力貢獻(xiàn)率仍能維持在50%以上。土壤地力貢獻(xiàn)率低,是無(wú)肥區(qū)和無(wú)氮區(qū)產(chǎn)量不高的真正原因,不施氮肥嚴(yán)重影響油麥菜的正常生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中與無(wú)肥處理相比,無(wú)氮處理的油麥菜產(chǎn)量略高但無(wú)顯著差異,施入氮肥后可以顯著提高油麥菜產(chǎn)量。研究表明在土壤本底有效磷、速效鉀含量充足的前提下,適當(dāng)減少鉀肥和磷肥的投入對(duì)作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量影響不大[18]。前期本底檢測(cè)可以推斷出試驗(yàn)農(nóng)田土壤為低氮、高磷、低鉀,在不施磷肥情況下,油麥菜的生物量高于常規(guī)施肥區(qū),因此可以適當(dāng)減少磷肥投入。
施肥對(duì)油麥菜有明顯的增產(chǎn)作用,也可以從肥料的貢獻(xiàn)率和農(nóng)學(xué)利用率體現(xiàn)出來(lái),各施肥處理肥料貢獻(xiàn)率為配方肥區(qū)>無(wú)磷區(qū)>無(wú)鉀區(qū)>無(wú)氮區(qū)。配方肥可以獲得較高的作物產(chǎn)量,氮磷鉀肥對(duì)作物的增產(chǎn)效果是氮>鉀>磷,結(jié)果也證實(shí)氮肥對(duì)油麥菜增產(chǎn)起主導(dǎo)作用,鉀肥的增產(chǎn)要優(yōu)于磷肥。由于本試驗(yàn)所選地塊土壤有效磷含量相對(duì)充足、植株對(duì)磷肥的需求相對(duì)較弱,研究成果與孫曉等[19]和宇萬(wàn)太等[20]相似。油麥菜地上部可食用部分可達(dá)90%以上,與糧食作物相比葉菜類蔬菜具有更高的農(nóng)學(xué)利用率。孫曉等[19]在氮磷鉀豐缺對(duì)白菜產(chǎn)量和養(yǎng)分利用率的研究中發(fā)現(xiàn)白菜的農(nóng)學(xué)利用率最高可達(dá)131.32 kg/kg,王東升等[21]在白菜的研究農(nóng)學(xué)利用率最高可達(dá)到278.69 kg/kg,這與本試驗(yàn)結(jié)果相吻合。肥料農(nóng)學(xué)利用率的大小也可用于評(píng)價(jià)肥料的增產(chǎn)效果,本試驗(yàn)中各施肥處理農(nóng)學(xué)利用率以無(wú)鉀區(qū)最高,無(wú)氮區(qū)和常規(guī)施肥區(qū)的農(nóng)學(xué)利用率顯著低于其他處理。
測(cè)土配方施肥是綜合考慮了土壤、肥料和作物三者之間的相互關(guān)系,從中尋求合理的施肥比例,以減少化肥施用量。前人的研究表明肥料利用率高低與氣候條件、耕作管理技術(shù)及作物種類等因素有關(guān),但主要是由于肥料的過量使用導(dǎo)致利用率低[22-24]。本試驗(yàn)通過測(cè)土配方施肥技術(shù)優(yōu)化施肥比例,減少肥料的使用量,結(jié)果表明配方肥處理氮、磷、鉀肥的利用率分別為43.52%、22.27%和57.54%,與常規(guī)施肥相比分別提高4.48%、14.80%和5.59%。施肥的目的在提高產(chǎn)量的同時(shí),也要考慮經(jīng)濟(jì)效益[13]。從養(yǎng)分投入來(lái)看,常規(guī)施肥處理的有效養(yǎng)分總量(N+P2O5+K2O)最高,達(dá)到425.70 kg/hm2,其他處理的施肥量均低于常規(guī)施肥處理。從產(chǎn)量上看,常規(guī)施肥處理與無(wú)鉀區(qū)、無(wú)磷區(qū)和配方肥區(qū)均無(wú)顯著差異,但以配方肥處理產(chǎn)量最高,無(wú)磷肥區(qū)次之。因此,各施肥處理的經(jīng)濟(jì)效益以配方肥施肥處理收入最為可觀,收入最高。
本研究結(jié)果表明,在土壤地力貢獻(xiàn)率較低的情況下,施肥可顯著提高油麥菜的生物量和產(chǎn)量,以配方肥處理達(dá)到最高水平。從肥料的貢獻(xiàn)率和農(nóng)學(xué)利用率分析可以得出,在油麥菜產(chǎn)量形成過程中氮肥對(duì)增產(chǎn)起主導(dǎo)作用,鉀肥的增產(chǎn)效果優(yōu)于磷肥。基于測(cè)土配方施肥技術(shù)指導(dǎo)并優(yōu)化油麥菜的施肥方式可以提高氮、磷、鉀肥的利用率,其中氮肥利用率達(dá)43.52%,磷肥利用率達(dá)22.27%,鉀肥利用率達(dá)57.54%,均顯著高于常規(guī)施肥處理,同時(shí)也可以提高農(nóng)戶的經(jīng)濟(jì)收益。因此,本研究結(jié)果可為宣傳和推廣測(cè)土配方施肥技術(shù)提供一定的理論研究基礎(chǔ),為實(shí)現(xiàn)化肥零增長(zhǎng)和肥料利用率提高到40%以上的目標(biāo)提供依據(jù)。