摘要： 為篩選華南地區(qū)典型紅壤蔬菜地最佳施肥模式，提升肥料利用率與蔬菜產(chǎn)量，本研究依托典型紅壤蔬菜種植區(qū)定位試驗(yàn)，設(shè)不施肥對(duì)照（CK）、常規(guī)單施化肥（CF）、測(cè)土配方施肥（TF）、有機(jī)肥替代15%化肥（MNPK15）、有機(jī)肥替代30%化肥（MNPK30）、有機(jī)肥替代15%化學(xué)氮肥（MN15）和有機(jī)肥替代30%化學(xué)氮肥（MN30）7個(gè)處理，系統(tǒng)研究不同有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施模式及有機(jī)肥替代化學(xué)氮肥替代水平對(duì)紅壤菜地土壤理化性質(zhì)、生菜產(chǎn)量及氮肥利用率的影響。經(jīng)過(guò)連續(xù)4個(gè)生長(zhǎng)季的施肥試驗(yàn)，結(jié)果表明，與常規(guī)單施化肥處理相比，有機(jī)肥替代化肥特別是有機(jī)肥高比例（30%）替代化肥雖然能有效增加有機(jī)質(zhì)（SOM）、堿解氮含量，但對(duì)土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量的提高作用不明顯。各施肥處理之間生菜產(chǎn)量差異不顯著，但均顯著高于不施肥對(duì)照；各施肥處理的氮肥表觀利用率（除MNPK30處理）與氮肥農(nóng)學(xué)利用率差異不顯著， MNPK15處理氮素土壤依存率最低，顯著低于CF和MNPK30處理（Plt;0.05）。綜上所述，有機(jī)肥替代15%化肥（MNPK15處理）在提升土壤肥力，保持生菜養(yǎng)分吸收與生菜產(chǎn)量方面具有較大潛力。本研究結(jié)果對(duì)于改善研究區(qū)紅壤菜地土壤性狀，減少化肥使用量及緩解農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題具有一定參考意義。

關(guān)鍵詞： 有機(jī)肥替代化肥；紅壤；菜地肥力；生菜；氮肥利用率

中圖分類號(hào)： S147 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1000-4440（2023）03-0692-07

Effects of different fertilization patterns on red soil fertility and nitrogen use efficiency in typical vegetable fields in South China

ZHAO Yi1， CHEN Hai-bin1， DU Jian-jun1， SHI Xin-yu1， ZHANG Zhen-hua2， FAN Ru-qin1

（1.College of Resources and Environment， Zhongkai University of Agriculture and Engineering/Guangdong Engineering and Technology Center for Environmental Pollution Prevention and Control in Agricultural Producing Areas， Guangzhou 510225， China;2.Institute of Agricultural Sciences in the Coastal Distric of Jiangsu Province， Yancheng 224002， China）

Abstract： In order to screen the best fertilization mode in typical vegetable producing area in South China and improve fertilizer utilization rate and vegetable yield， seven fertilization treatments were comparatively studied， including no fertilization control （CK）， conventional chemical fertilizer application （CF）， soil testing and formula fertilization （TF）， organic fertilizer replacing 15% chemical chemical fertilizer （MNPK15）， organic fertilizer replacing 30% chemical chemical fertilizer （MNPK30）， organic fertilizer replacing 15% nitrogen fertilizer （MN15） and organic fertilizer replacing 30% nitrogen fertilizer （MN30）. The effects of different fertilization modes on soil physicochemical properties， lettuce yield and nitrogen use efficiency were systematically studied. The results showed that after continuous vegetable cultivation for four seasons， compared with CF treatment， organic fertilizer replacing treatments， especially the high replacing proportion （30%） treatments effectively increased contents of soil organic matter and alkali-hydrolyzable nitrogen， however， the effects on contents of soil total nitrogen， available phosphorus and available potassium were not significant. The difference of lettuce yield among fertilization treatments was not significant， but the lettuce yield under six fertilization treatments was significantly higher than that under CK. Except for MNPK30 treatment， there was no significant difference in the apparent nitrogen utilization rate and agronomic nitrogen utilization rate among the fertilization treatments. The nitrogen soil dependency rate under MNPK15 treatment was the lowest， which was significantly lower than that under CF and MNPK30 treatments （Plt;0.05）. In conclusion， organic fertilizer replacing 15% fertilizer treatment （MNPK15 treatment） had great potential in improving soil fertility， maintaining nutrient uptake and yield of lettuce. The results of this study have certain reference significance for improving the red soil properties of vegetable fields， reducing the use of chemical fertilizers and alleviating agricultural non-point source pollution in the study area.

Key words： organic fertilizer replacing chemical fertilizer；red soil;soil fertility of vegetable fields;；lettuce；nitrogen fertilizer utilization rate

中國(guó)農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題日趨突出，化肥和農(nóng)藥的濫用是面源污染的主要原因之一[1-2]。大量研究結(jié)果表明，合理施肥可以有效提高肥料利用率，在降低氮、磷流失和降低農(nóng)業(yè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)方面具有較大潛力[3]；施用有機(jī)肥處理的作物產(chǎn)量及品質(zhì)顯著高于單施化肥處理[4-5]。研究結(jié)果證明，有機(jī)肥與化肥之間存在能促進(jìn)作物生長(zhǎng)的最佳組合比例，而該比例受各地區(qū)農(nóng)田土壤肥力水平、肥料種類、施肥方法、氣候條件和作物種類等影響因子控制[6-7]。

為追求高產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，化肥過(guò)量施用在蔬菜種植區(qū)尤為普遍。黃紹文等[8]的研究結(jié)果表明，中國(guó)蔬菜栽培中N、P2O5和K2O各自總投入超量嚴(yán)重，在有機(jī)無(wú)機(jī)配施的模式下，蔬菜種植化肥減施潛力可高達(dá)50%以上。2018年中國(guó)蔬菜種植面積占農(nóng)作物種植面積的12.3%，然而關(guān)于中國(guó)有機(jī)肥氮替代化肥氮施肥模式對(duì)蔬菜產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益的研究不足，不同地區(qū)特定土壤、氣候和種植模式下最佳的施肥比例尚不明確。近年來(lái)，有研究結(jié)果表明，包心菜（結(jié)球甘藍(lán)）和小青菜（不結(jié)球白菜）在有機(jī)肥替代25%化學(xué)氮肥模式下產(chǎn)量最高，提高了氮肥利用率，達(dá)到了最佳的經(jīng)濟(jì)效益[9]；對(duì)包菜（結(jié)球甘藍(lán)）和茄子[10]、小白菜（不結(jié)球白菜）和生菜（葉用萵苣）[11]等蔬菜種植的研究結(jié)果均表明合理比例的有機(jī)肥替代化肥能有效提高蔬菜品質(zhì)與產(chǎn)量，降低氮、磷流失。華南地區(qū)復(fù)種指數(shù)高，紅壤菜地利用強(qiáng)度高，土壤酸化較為嚴(yán)重[12]；華南地區(qū)降雨量大、降雨強(qiáng)度高的自然環(huán)境特征，導(dǎo)致常年菜地系統(tǒng)成為化肥面源污染高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，耕地質(zhì)量退化，威脅農(nóng)產(chǎn)品安全[13]。生菜（葉用萵苣）是華南地區(qū)較受歡迎的蔬菜，近年來(lái)已成為華南地區(qū)主要栽培蔬菜，種植面積最大，具有多種營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，在市場(chǎng)上的需求量持續(xù)走高[14]。因此本研究擬以生菜為研究對(duì)象，依托華南紅壤地區(qū)典型的蔬菜生產(chǎn)基地，通過(guò)定位試驗(yàn)綜合對(duì)比研究7種不同施肥模式下紅壤菜田土壤理化性質(zhì)、生菜養(yǎng)分吸收及氮肥表觀利用率等的差異，確定最佳施肥方案，以期為研究區(qū)域地力提升、化肥減量增效與面源污染防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021年10月至2022年1月在廣東省梅州市五華縣安流鎮(zhèn)長(zhǎng)江村（23°76′ N， 115°72′ E）進(jìn)行，該地屬于典型的南亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均溫度為21.1～22.3 ℃，年平均日照為1 946.1 h，年降雨量為1 000～2 000 mm。試驗(yàn)點(diǎn)位于蔬菜生產(chǎn)基地內(nèi)，蔬菜種植歷史20年以上，土壤為典型紅壤。試驗(yàn)前土壤理化性狀如下：pH 5.98、有機(jī)質(zhì)含量 18.84 g/kg、全氮含量 1.14 g/kg、全磷含量 0.42 g/kg、全鉀含量 26.42 g/kg、堿解氮含量 94.49 mg/kg、速效磷含量 16.77 mg/kg、 速效鉀含量 85.56 mg/kg、陽(yáng)離子交換量（CEC） 9.87 cmol/kg。當(dāng)季供試蔬菜品種為生菜。肥料品種為：尿素（N 46%）、過(guò)磷酸鈣（P2O5 12%）、氯化鉀（K2O 60%）、復(fù)合肥（N 15%、P2O5 15%、K2O 15%）、有機(jī)肥（N 1.10%、P2O5 0.63%、K2O 1.13%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與測(cè)定方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)不施肥對(duì)照（CK）、常規(guī)單施化肥（CF）、測(cè)土配方施肥（TF）、有機(jī)肥替代15%化肥（MNPK15）、有機(jī)肥替代30%化肥（MNPK30）、有機(jī)肥替代15%化學(xué)氮肥（MN15）、有機(jī)肥替代30%化學(xué)氮肥（MN30）7個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。MNPK15和MNPK30處理采用化學(xué)化肥減量配合有機(jī)肥施用，氮、磷、鉀養(yǎng)分的有機(jī)肥替代率為15%和30%；MN15和MN30處理采用化學(xué)氮肥減量配合有機(jī)肥施用，氮素的有機(jī)肥替代率為15%和30%，磷、鉀養(yǎng)分沒(méi)有替代。MNPK15、MN15處理有機(jī)肥施入量為2 044.4 kg/hm2，MNPK30、MN30處理有機(jī)肥施入量為4 088.9 kg/hm2；MNPK15、MNPK30有機(jī)肥替代化肥處理中磷、鉀用量扣除了有機(jī)肥帶入量，剩余部分以化肥補(bǔ)充，氮、磷、鉀總施用量與常規(guī)單施化肥處理一致，而MN15、MN30替代氮肥處理未扣除有機(jī)肥本身磷、鉀含量，化學(xué)磷、鉀肥施用量與測(cè)土配方施肥處理施用量一致。各施肥處理方案見(jiàn)表1。每個(gè)小區(qū)面積為20 m2，采用隨機(jī)區(qū)組方式分配各處理小區(qū)。結(jié)球生菜育苗后于4葉期進(jìn)行移栽，移栽前土壤施基肥，行株距為30 cm×20 cm，移栽后10 d進(jìn)行第1次追肥，移栽后25 d進(jìn)行第2次追肥，第2次追肥后16 d收獲并測(cè)產(chǎn)。

1.2.2 樣品采集及測(cè)定方法 土壤樣品用“梅花形”5點(diǎn)采集。用土鉆取0～15 cm土層土壤樣品，除去可見(jiàn)動(dòng)植物殘?bào)w和石子等雜質(zhì)后，進(jìn)行均勻混合處理。土壤理化性質(zhì)指標(biāo)測(cè)定在土壤樣品風(fēng)干、過(guò)篩后進(jìn)行。土壤pH值采用2.5∶1.0水土比（質(zhì)量比），攪拌5 min后，靜置30 min直接用pH計(jì)測(cè)定。容重、土壤有機(jī)質(zhì)（SOM）含量、全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量和陽(yáng)離子交換量等具體測(cè)定方法參考《土壤農(nóng)化分析》[15]。

生菜收獲后每個(gè)小區(qū)計(jì)算產(chǎn)量，隨機(jī)采集6株生菜樣品，稱鮮質(zhì)量后，放入105 ℃干燥箱殺青0.5 h，80 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱干物質(zhì)質(zhì)量，磨細(xì)過(guò)60目篩后密封備用。測(cè)定生菜氮、磷、鉀養(yǎng)分含量及累積量[15]，并計(jì)算氮肥表觀利用率、氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮素土壤依存率[6]。

氮肥表觀利用率=（施氮肥區(qū)作物總氮素吸收量-不施氮肥區(qū)作物總氮素吸收量）/氮肥施用量×100%；

氮肥農(nóng)學(xué)利用率（kg/kg）=（施氮肥區(qū)作物產(chǎn)量-不施氮肥區(qū)作物產(chǎn)量）/氮肥施用量；

氮素土壤依存率=不施氮肥區(qū)作物總氮素吸收量/施氮肥區(qū)作物總氮素吸收量×100%。

1.2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析 用Excel 2016軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及圖表繪制，用SPSS 17.0軟件進(jìn)行單因素方差分析，并利用LSD檢驗(yàn)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響

由表2可知，土壤酸堿度和容重在不同施肥處理間的差異均不顯著；MNPK30處理SOM含量最高（23.02 g/kg），較CF、TF處理顯著提高28.68%、21.41% （Plt;0.05），MNPK15處理與MN30處理間SOM含量差異不顯著；土壤全氮含量除CK外各處理間均無(wú)顯著差異；堿解氮含量表現(xiàn)為MN30gt;MNPK30gt;MN15gt;MNPK15gt;TFgt;CKgt;CF，MN30堿解氮含量（270.10 mg/kg）顯著高于其他處理 （Plt;0.05）；各施肥處理間，速效磷含量以TF處理最低，顯著低于其他施肥處理。速效鉀含量各施肥處理間差異不顯著。CEC以MNPK15處理最低，顯著低于MNPK30和MN15處理，與CF、TF、MN30處理差異不顯著。可見(jiàn)，有機(jī)肥替代化肥特別是有機(jī)肥高比例（30%）替代化肥雖然能有效增加SOM、堿解氮含量，但對(duì)土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量的提高作用不明顯。

2.2 不同施肥處理對(duì)生菜產(chǎn)量的影響

由圖1可知，所有施肥處理較不施肥對(duì)照（CK）均能有效提高生菜產(chǎn)量，不同施肥處理增產(chǎn)幅度不同。不同施肥處理生菜產(chǎn)量大小為MN15gt;MNPK15gt;TFgt;MN30gt;MNPK30gt;CFgt;CK。與CK相比，各施肥處理生菜產(chǎn)量增加9 230.43～16 780.46 kg/hm2，增幅高達(dá)74.60%～136.34%，各施肥處理間無(wú)顯著差異。TF、MNPK15、MN15處理產(chǎn)量增幅相似；MNPK30、MN30處理生菜產(chǎn)量低于MNPK15、MN15處理。

2.3 不同施肥處理對(duì)生菜氮、磷、鉀養(yǎng)分累積量及氮肥利用率的影響

由圖2可知，不同施肥處理生菜氮、磷、鉀累積量變化趨勢(shì)較為一致。與CK相比，各處理生菜養(yǎng)分累積量均顯著增加，其中MNPK15處理生菜氮、鉀累積量增加最為明顯，含量分別為38.10 kg/hm2、133.09 kg/hm2。有機(jī)肥替代各處理間差異不顯著。

由表3可知，生菜的氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥表觀利用率均以MNPK15處理最高，分別為120.13 kg/kg和20.81%，但各施肥處理間氮肥農(nóng)學(xué)利用率無(wú)顯著差異，而MNPK15處理氮肥表觀利用率顯著高于MNPK30處理（Plt;0.05）。MN15處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率和氮肥表觀利用率與MN30處理差異不顯著。在氮素土壤依存率方面，MNPK30處理高達(dá)28.81%，顯著高于其他處理 （Plt;0.05）， MN15處理與MN30處理間無(wú)顯著差異。

3 討論

3.1 不同施肥處理對(duì)土壤基本理化性質(zhì)的影響

研究結(jié)果顯示，有機(jī)肥長(zhǎng)期施用可以降低土壤容重、改善土壤結(jié)構(gòu)[16]、促進(jìn)養(yǎng)分吸收、提升土壤肥力[17-18]。本研究各處理間容重差異不顯著，可能與試驗(yàn)周期相對(duì)較短有關(guān)（本研究為第4季），有機(jī)肥對(duì)容重的作用尚沒(méi)有顯現(xiàn)[19]。本試驗(yàn)施用有機(jī)肥后，土壤pH值有所下降的原因可能是礦物氮在土壤有機(jī)肥分解過(guò)程中進(jìn)行硝化反應(yīng)，使土壤pH降低[20]，并且施用有機(jī)肥對(duì)土壤pH值的影響與土壤初始酸堿性也息息相關(guān)。同時(shí)土壤pH也與試驗(yàn)周期長(zhǎng)短有關(guān)，Zhong等[21]在酸性紅壤上進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)21年的研究，發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥配施化肥可使土壤的pH值從5.36增加到5.85。本研究結(jié)果顯示，有機(jī)肥替代30%化肥處理（MNPK30）對(duì)SOM、堿解氮的改善效果較好，這與Cai等[22]進(jìn)行的長(zhǎng)達(dá)25年的定位試驗(yàn)結(jié)果相似。有機(jī)肥本身SOM含量較高，有機(jī)肥替代處理直接增加了SOM的輸入。在作物生長(zhǎng)過(guò)程中有機(jī)物料腐解后釋放出氮、磷、鉀等元素，促使微生物分解土壤中的有機(jī)物質(zhì)[23-24]，從而提高土壤供肥能力[25-26]?？梢?jiàn)，適量有機(jī)肥和無(wú)機(jī)肥共同施用可改善土壤基本理化性質(zhì)，有利于培肥地力。由于本試驗(yàn)時(shí)間較短，最有效的有機(jī)肥替代比例還需進(jìn)一步驗(yàn)證，且有機(jī)肥無(wú)機(jī)肥配施對(duì)土壤性質(zhì)的影響機(jī)理則需更深入探究。

3.2 不同施肥處理對(duì)生菜產(chǎn)量的影響

有研究者指出，有機(jī)肥以適當(dāng)比例配施化肥具有明顯增產(chǎn)效果[27]，可能是因?yàn)榛逝c有機(jī)肥合理配施可通過(guò)提高作物光合能力，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育[28]。本研究中不同施肥模式下生菜產(chǎn)量為：MN15gt;MNPK15gt;TFgt;MN30gt;MNPK30gt;CFgt;CK，各施肥處理的生菜產(chǎn)量均顯著大于不施肥對(duì)照，但各施肥處理間差異不顯著，這主要是由于合適比例的有機(jī)氮替代部分化肥氮能夠改善土壤中氮素的供應(yīng)過(guò)程，使得土壤養(yǎng)分能夠平穩(wěn)釋放所造成的結(jié)果[29]。其他研究結(jié)果也證明有機(jī)氮替代部分化肥氮可通過(guò)改善土壤中氮素供應(yīng)保持蔬菜的產(chǎn)量[30-31]，與本試驗(yàn)的研究結(jié)果一致。趙吉霞等[32]針對(duì)云南紅壤研究不同氮替代水平對(duì)玉米產(chǎn)量的影響試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米產(chǎn)量隨著替代比例的增加并沒(méi)有下降，與本試驗(yàn)研究結(jié)果類似。說(shuō)明適量的有機(jī)肥替代化肥能保持作物產(chǎn)量不下降。

3.3 不同施肥處理對(duì)生菜養(yǎng)分累積及氮肥利用率的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，15%有機(jī)肥替代化肥處理在顯著降低（Plt;0.05）氮素土壤依存率的同時(shí)，減少了化肥用量。這與李太魁等[33]的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)檫m量有機(jī)肥配施可以促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育，促進(jìn)作物吸收利用養(yǎng)分，減少化肥的使用量，進(jìn)而提高化肥表觀利用率和農(nóng)學(xué)利用率，降低化肥在土壤中的存留率[34]。有機(jī)肥替代15%化肥（MNPK15）處理氮素土壤依存率顯著低于有機(jī)肥替代30%化肥處理（MNPK30）（Plt;0.05），表明適量的有機(jī)替代能有效促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。此外，郭龍等[35]在不同有機(jī)肥替代率對(duì)小麥減肥增效及減少麥田氮、磷流失的研究中發(fā)現(xiàn)，豬糞有機(jī)肥30%～50%的養(yǎng)分替代可以確保小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，同時(shí)有效降低麥田氮徑流流失量，提高養(yǎng)分利用率。綜合來(lái)看，本研究中有機(jī)肥替代15%化肥（MNPK15）和有機(jī)肥替代30%氮肥（MN30）處理在一定程度上減少了化肥施用，對(duì)于控制研究區(qū)域氮素流失污染環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)具有一定意義。

4 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，有機(jī)肥以合理替代比例替代化肥不僅有助于研究區(qū)域堿解氮含量和SOM含量的提高，而且能保持生菜產(chǎn)量和養(yǎng)分的吸收。供試紅壤菜地上有機(jī)肥替代15%化肥的處理更有利于保持生菜產(chǎn)量，在減少化肥使用量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)氮的高效利用。因此，有機(jī)肥替代15%化肥處理可作為研究區(qū)域?qū)崿F(xiàn)化肥減量增效、推進(jìn)綠色種養(yǎng)循環(huán)農(nóng)業(yè)的推薦施肥方式。

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（責(zé)任編輯：陳海霞）

收稿日期：2022-12-03

基金項(xiàng)目：廣東省重點(diǎn)領(lǐng)域研發(fā)計(jì)劃-精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)項(xiàng)目（2020B0202080002）；廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系農(nóng)業(yè)資源環(huán)境創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目（2020KJ118）；國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（42177299）

作者簡(jiǎn)介：趙 懿（1997-），女，云南楚雄人，碩士研究生，主要從事科學(xué)施肥和土壤改良方面的研究。（E-mail）zhaoyi12cwj520@163.com

通訊作者：范如芹 ，（E-mail）fanruqin2007@126.com