魏全全,張 萌,顧小鳳,柳玲玲,芶久蘭*

(1.貴州省土壤肥料研究所,貴州 貴陽 550006;2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部 貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測實(shí)驗(yàn)站,貴州 貴陽 550006)

0 引言

【研究意義】白蘿卜(Raphanussativus)是我國重要的蔬菜作物,也是貴州省主栽的冷涼蔬菜作物之一,由于貴州地處高原,錯季蔬菜成為貴州蔬菜產(chǎn)業(yè)名牌,發(fā)展冷涼蔬菜白蘿卜產(chǎn)業(yè)對貴州推進(jìn)實(shí)施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略具有重要意義。氮既是農(nóng)作物的重要限制養(yǎng)分因素[1-2],又是農(nóng)田生態(tài)環(huán)境的主要污染因子[3],其合理施用是保障作物高產(chǎn)、養(yǎng)分高效及環(huán)境友好的重要措施。隨著貴州白蘿卜產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,氮肥不合理施用導(dǎo)致白蘿卜產(chǎn)質(zhì)量和氮肥利用效率降低,嚴(yán)重制約白蘿卜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此,探究合理的氮肥施用措施對保障白蘿卜促進(jìn)養(yǎng)分吸收、提高產(chǎn)質(zhì)量和改良土壤環(huán)境具有現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】合理施用氮肥可提高肥料利用效率,維持作物產(chǎn)量、品質(zhì)。盧楊等[4]研究表明,當(dāng)純氮施用量超過150 kg/hm2時(shí),冀西北壩上旱地大白蘿卜的產(chǎn)量無顯著增加;王晴芳等[5]研究發(fā)現(xiàn),施純氮量為120 kg/hm2是兼顧湖北恩施州白蘿卜產(chǎn)量和氮肥利用效率的最佳氮肥運(yùn)籌方式;王雪等[6]研究表明,當(dāng)純氮施用量為126 kg/hm2時(shí),蘿卜干物質(zhì)量優(yōu)于其他施氮水平,適宜的氮素供應(yīng)可有效協(xié)調(diào)冀西北蘿卜干物質(zhì)的累積特征參數(shù)與源庫活性的關(guān)系;張佳佳等[7]研究認(rèn)為,在保證蘿卜產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,優(yōu)化施肥量和施肥時(shí)期可有效提高肥料的利用率,降低氮素?fù)p失;范海燕等[8]研究表明,在滴灌條件下,露地白蘿卜的純氮適宜施用量為255 kg/hm2。【研究切入點(diǎn)】當(dāng)前,優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、高效的白蘿卜高效氮肥管理技術(shù)研究主要集中在中低海拔地區(qū)[4-10],有關(guān)高海拔地區(qū)冷涼蔬菜白蘿卜的高效氮肥管理技術(shù)研究鮮有報(bào)道。因此,有必要開展相關(guān)研究,明確其適宜施氮水平?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探究不同氮肥用量對貴州高寒地區(qū)白蘿卜產(chǎn)量和養(yǎng)分吸收利用的影響,以期為高山冷涼蔬菜白蘿卜高產(chǎn)、養(yǎng)分高效利用的最佳氮肥管理栽培奠定理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在貴州省畢節(jié)市威寧縣草海鎮(zhèn)進(jìn)行,地處104°10′7″E、26°53′5″N,海拔2 237 m,平均氣溫11℃,日照時(shí)間2 000 h,年平均降雨量900～1 000 mm。試驗(yàn)田塊為冬閑田,供試土壤為灰泡土,pH 5.5,有機(jī)質(zhì)40.8 g/kg,全氮2.53 g/kg,堿解氮133.6 mg/kg,有效磷20.9 mg/kg,速效鉀111.0 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 烤煙 供試白蘿卜品種為地增寶2號,由北京東匯盛種業(yè)科技有限公司提供。

1.2.2 肥料 尿素(N 46%),由貴州赤天化股份有限公司生產(chǎn);過磷酸鈣(P2O512%),由貴州黔天化生態(tài)肥業(yè)有限公司生產(chǎn);硫酸鉀(K2O 50%),由國投新疆羅布泊鉀鹽有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列,設(shè)5個處理(表1),以不施肥為對照(CK),3次重復(fù)。白蘿卜于2020年4月16日點(diǎn)播,小區(qū)面積21.6 m2(1.8 m/行×2壟×6 m),種植密度1.0 556×105株/hm2。磷(P2O5)和鉀(K2O)的用量均為150 kg/hm2,其中,60%氮肥、全部磷肥和鉀肥作基肥一次性施用,另外40%氮肥作追肥施用,于7月4日統(tǒng)一收獲。其他田間生產(chǎn)管理均采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)技術(shù)推廣部門推薦的技術(shù)。

表1 不同處理的肥料施用量Table 1 Fertilizer application rate of different treatments kg/hm2

1.3.2 指標(biāo)測定

1) 土壤理化性質(zhì)。土壤樣品在作物種植前采集,按照“S”形土壤取樣法設(shè)置15個采樣點(diǎn),采集0～20 cm土壤樣品,風(fēng)干磨細(xì)過篩后裝入密封袋,參照鮑士旦[11]的方法測定土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀。

2) 生物量。于白蘿卜苗期(5月31日,播種后45 d)、肉質(zhì)根形成期(6月13日,播種后58 d)、肉質(zhì)根膨大期(6月27日,播種后72 d)和收獲期(7月4日,播種后79 d),各小區(qū)選取長勢一致、有代表性的植株4株,105℃下殺青30 min,60℃烘箱中烘至恒重,記錄干重,折算白蘿卜生物量。

3) 植株養(yǎng)分含量。于上述白蘿卜關(guān)鍵生育期,各小區(qū)分別選取長勢一致、有代表性植株4株,分為葉片和肉質(zhì)根,105℃下殺青30 min,60℃烘箱中烘至恒重,磨碎混勻,參照鮑士旦[11]的方法測定N、P和K含量。

4) 產(chǎn)量。于白蘿卜收獲期,各處理實(shí)打?qū)嵤?分別計(jì)產(chǎn)。相關(guān)參數(shù)的計(jì)算參照彭少兵等[12-14]的方法。

氮素農(nóng)學(xué)效率AEN=(施氮區(qū)產(chǎn)量-對照區(qū)產(chǎn)量)/施氮量

氮素偏生產(chǎn)力PEPN=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量

氮素吸收利用效率REN=(施氮區(qū)氮素總吸收量-對照區(qū)氮素總吸收量)/施氮量×100%

同理計(jì)算磷素和鉀素的農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力及吸收利用效率,肥料投入按2020年尿素2.0元/kg、過磷酸鈣0.8元/kg、硫酸鉀3.0元/kg計(jì)算,其中,肥料成本不計(jì)入成本(種苗和勞動力均為農(nóng)戶提供)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Microsoft Excel 2007、SPSS 20.0和Origin 8.0對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理白蘿卜的產(chǎn)量、產(chǎn)值及經(jīng)濟(jì)效益

從表2看出,不同施肥處理白蘿卜的產(chǎn)量、產(chǎn)值及經(jīng)濟(jì)效益不同。產(chǎn)量：白蘿卜產(chǎn)量為61 025～104 662 kg/hm2,以N180處理最高,CK最低,不同施肥處理較CK顯著提高23 914～43 637 kg/hm2,其中,N180處理與N120處理差異不顯著。產(chǎn)值：以2020年市價(jià)1.00元/kg算,白蘿卜產(chǎn)值為61 025～104 662元/hm2,以N180處理最高,CK最低,不同施肥處理較CK提高23 914～43 637元/hm2。經(jīng)濟(jì)效益：白蘿卜經(jīng)濟(jì)效益為61 025～101 980元/hm2,以N180處理最高,CK最低,不同施肥處理較CK提高22 014～40 955元/hm2。表明,合理施用氮肥能提高白蘿卜產(chǎn)量,增加產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益,以N180處理最優(yōu),N120處理其次。

表2 不同處理白蘿卜的產(chǎn)量、產(chǎn)值及經(jīng)濟(jì)效益Table 2 Yield,output value and economic benefit of white radish under different treatments

2.2 不同處理白蘿卜的生物量

由圖1可知,在同一生育時(shí)期,不同處理白蘿卜葉片和肉質(zhì)根的生物量隨著施氮量的增加而增加,在相同施氮量情況下,白蘿卜葉片和肉質(zhì)根生物量均隨生育期的延長而增加。葉片：苗期白蘿卜葉片生物量快速增加,為300.6～855.6 kg/hm2,依次為N180>N120>N60>N0>CK,各處理較CK顯著提高64.7%～184.6%,N120與N180處理差異不顯著;肉質(zhì)根形成期和膨大期分別為1 093.6～1 875.6 kg/hm2和1 352.0～2 261.3 kg/hm2;肉質(zhì)根膨大期后各處理生物量增速減緩,至收獲期為1 785.9～2 528.6 kg/hm2,依次為N120>N180>N60>N0>CK,各處理較CK顯著提高20.3%～41.8%,N60、N120與N180處理差異不顯著。肉質(zhì)根：肉質(zhì)根形成期,白蘿卜肉質(zhì)根生物量快速增加,為961.5～1 868.1 kg/hm2,依次為N180>N120>N60>N0>CK,各處理較CK顯著提高8.2%～94.3%,N120與N180處理差異不顯著;膨大期為2 588.7～4 987.6 kg/hm2,各處理較CK顯著增加1 249.9～2 398.8 kg/hm2;肉質(zhì)根膨大期后各處理生物量增速減緩,至收獲期為3 624.0～6 354.8 kg/hm2,依次為N180>N120>N60>N0>CK,各處理較CK顯著提高40.1%～75.4%,N120與N180處理差異不顯著。

注：不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05),下同。Note：Different lowercase letters indicate significance of difference at P<0.05 level.The same below.圖1 不同處理白蘿卜葉片和肉質(zhì)根的生物量Fig.1 Leaf and fleshy root biomass of white radish under different treatments

2.3 不同處理白蘿卜的養(yǎng)分累積特征

從表3看出,在同一取樣時(shí)期,白蘿卜葉片和肉質(zhì)根的氮、磷、鉀含量隨施氮量的增加而增加。苗期、肉質(zhì)根形成期、肉質(zhì)根膨大期和收獲期葉片的氮含量均以N180處理最大,分別為4.45%、3.56%、3.27%和2.98%;磷含量分別以N120、N180、N180和N180處理最大,分別為0.689%、0.563%、0.478%和0.436%;鉀均以N180處理最大,分別為5.45%、4.42%、3.72%和3.40%,且各施肥處理的氮、磷、鉀含量均顯著高于CK。肉質(zhì)根形成期、肉質(zhì)根膨大期和收獲期葉片的氮含量分別以N120、N180和N180處理最大,分別為2.87%、2.75%和2.57%;磷含量均以N180處理最大,分別為0.558%、0.461%和0.443%;鉀分別均以N180、N180和N120處理最大,分別為4.48%、4.27%和3.62%,且各施肥處理的氮、磷和鉀含量均顯著高于CK。在相同施氮量情況下,白蘿卜葉片和肉質(zhì)根的氮、磷、鉀含量均隨著生育期的延長而降低,均依次為苗期>肉質(zhì)根形成期>肉質(zhì)根膨大期>收獲期。因此,種植白蘿卜必須保證生育早期有較充足的養(yǎng)分供應(yīng),以滿足后期生長對養(yǎng)分素的需求,從而獲得高產(chǎn)。

表3 不同處理白蘿卜的氮、磷和鉀含量Table 3 Nitrogen,phosphorus and potassium content of white radish under different treatments %

由圖2可知,不同處理白蘿卜的養(yǎng)分累積與生物量變化趨勢相似。在同一生育時(shí)期,白蘿卜葉片和肉質(zhì)根的養(yǎng)分累積量隨施氮量增加而增加,在相同施氮量下,葉片和肉質(zhì)根的養(yǎng)分累積量隨生育期的延長而增加。葉片：苗期白蘿卜的氮、磷和鉀累積量快速增加,均以N180處理最大,分別為38.14 kg/hm2、5.87 kg/hm2和46.69 kg/hm2,較CK顯著提高208.1%、231.6%和270.0%,N120與N180處理差異不顯著;肉質(zhì)膨大期后,各處理氮、磷和鉀累積量增速減緩,至收獲期均以N180處理最大,分別為75.34 kg/hm2、11.04 kg/hm2和85.87 kg/hm2,較CK顯著提高76.5%、105.2%和89.6%,N120與N180處理差異不顯著。肉質(zhì)根：肉質(zhì)根形成期白蘿卜的氮、磷和鉀累積量快速增加,均以N180處理最大,分別為52.32 kg/hm2、10.40 kg/hm2和83.70 kg/hm2,較CK顯著提高128.6%、134.8%和127.8%,N120與N180處理差異不顯著;肉質(zhì)膨大期后,各處理氮、磷和鉀累積量增速減緩,至收獲期均以N180處理最大,分別為163.51 kg/hm2、28.13 kg/hm2和229.42 kg/hm2,較CK顯著提高116.7%、100.5%和92.2%,N120與N180處理差異不顯著。

圖2 不同處理白蘿卜的養(yǎng)分累積量Fig.2 Nutrient accumulation of white radish under different treatments

2.4 不同處理白蘿卜的氮素利用效率

由表4看出,N60、N120、N180處理的白蘿卜氮素農(nóng)學(xué)效率為109.57～159.25 kg/kg,以N120處理最高,N120與N60處理差異不顯著,較N180處理顯著提高45.34%;氮素偏生產(chǎn)力為581.46～1 574.62 kg/kg,以N60處理最高,N60分別較N120和N180處理顯著提高81.60%和170.80%;氮素吸收利用率39.44%～59.57%,以N60處理最高,N60與N120處理差異不顯著,較N180處理顯著提高51.04%。表明,隨著施氮量增加,氮素利用效率呈降低趨勢,氮素農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和吸收利用率均在N180處理達(dá)最低。

表4 不同處理白蘿卜的氮素利用效率 Table 4 Nitrogen utilization efficiency of white radish under different treatments

3 討論

貴州高寒地區(qū)的海拔較高,氣候冷涼,晝夜溫差較大,適宜冷涼反季節(jié)蔬菜生長,近年來白蘿卜等冷涼反季節(jié)蔬菜種植面積不斷擴(kuò)大[15-16]。氮素是植株生長發(fā)育需求最大的營養(yǎng)元素之一,氮肥施用量與作物產(chǎn)量密切相關(guān),適宜的氮素用量可有效提高作物產(chǎn)量及氮素利用效率,而高投入雖能在一定程度上提高作物產(chǎn)量,但會增加養(yǎng)分損失的可能性[17],威脅環(huán)境安全。研究結(jié)果表明,隨著施氮量的增加,白蘿卜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益呈增加趨勢,均以施用尿素N180處理達(dá)最大,分別為104 662 kg/hm2和101 980元/hm2,與盧楊等[4-10]在中低海拔地區(qū)的研究結(jié)果略有不同,可能是由于試驗(yàn)地獨(dú)特的高寒氣候?qū)е掳滋}卜需肥與中低海拔地區(qū)不同,致使白蘿卜對氮磷鉀養(yǎng)分的累積量不同,導(dǎo)致白蘿卜產(chǎn)量存在差異。施用尿素N180處理白蘿卜的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益僅較施用尿素N120處理高612 kg/hm2和352元/hm2,其差異不顯著,可能是由于施氮量過高,加速氮肥流失,造成氮肥回收率和土壤殘留率下降,從而導(dǎo)致白蘿卜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益未顯著增加[18-19]。

偏生產(chǎn)力、農(nóng)學(xué)效率和吸收利用率是表征肥料利用率的常用指標(biāo),其與產(chǎn)量、施肥量和土壤肥力水平關(guān)系最為密切[20]。農(nóng)學(xué)效率(AE)指單位施肥量所增加的作物籽粒產(chǎn)量,是評價(jià)肥料增產(chǎn)效應(yīng)較為準(zhǔn)確的指標(biāo),也是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最關(guān)心的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)之一;肥料偏生產(chǎn)力(PEP)指單位投入的肥料所能生產(chǎn)作物的產(chǎn)量,是反應(yīng)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量綜合效應(yīng)的指標(biāo),在一定程度上反映生產(chǎn)一定產(chǎn)品需要付出的化肥代價(jià),對施肥的宏觀決策有一定的指導(dǎo)意義;吸收利用率(RE)指作物對施入土壤中肥料的回收效率,反映作物對肥料的吸收狀況。現(xiàn)代作物生產(chǎn)系統(tǒng)的氮肥農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和氮素吸收利用效率分別可達(dá)20～35 kg/kg、40～70 kg/kg和30%～50%[21]。研究結(jié)果表明,施用尿素N120處理白蘿卜的氮素農(nóng)學(xué)效率、偏生產(chǎn)力和吸收利用率分別為159.25 kg/kg、867.08 kg/kg和56.45%,均顯著高于施用尿素N180處理,與盧楊等[4-10]的研究結(jié)果類似,可能的原因是施用尿素N180處理的氮素投入量過高會加速氮肥流失,造成氮肥回收率和土壤殘留率下降,未能有效提高白蘿卜產(chǎn)量和養(yǎng)分累積量。另外,試驗(yàn)地的氮素基礎(chǔ)養(yǎng)分略高也是導(dǎo)致氮素吸收利用效率較低的原因之一。因此,應(yīng)合理科學(xué)的施用氮素,以避免過量投入造成浪費(fèi)。由于過于的追求經(jīng)濟(jì)效益,菜農(nóng)往往施用較多的化學(xué)肥料,忽略有機(jī)肥的科學(xué)合理投入,從而造成土壤中養(yǎng)分盈余過多,減肥潛力較大。在未來的研究中,要多注重白蘿卜等蔬菜減肥方面的研究,映襯在化肥“零增長”下,養(yǎng)分高效利用的發(fā)展目標(biāo)[22-23],減少化肥施用量,提高肥料利用率。在國家“兩減”大背景下,如何做到化肥減施高效利用成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展目標(biāo),單純施用單質(zhì)或復(fù)合肥很難提高肥料利用率,應(yīng)配施有機(jī)肥、生物炭、秸稈等外源物料[24-25]和增效劑[26-27]以達(dá)化肥減施增效目的,同時(shí)應(yīng)注重科學(xué)合理的耕作制度,防止白蘿卜連作和病蟲害現(xiàn)象的發(fā)生。

4 結(jié)論

綜合不同氮肥處理貴州高寒地區(qū)白蘿卜的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和養(yǎng)分吸收特征,以純氮施用量120 kg/hm2+純氮施用量150 kg/hm2+純氮施用量150 kg/hm2效果最佳,可有效提高氮素利用效率,降低氮素?fù)p失,同時(shí)保證較高的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益(104 050 kg/hm2和101 628 元/hm2),在實(shí)際生產(chǎn)中還應(yīng)注重氮磷鉀的合理施用,以促進(jìn)高山冷涼蔬菜白蘿卜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。