優化施肥對蘿卜產量和肥料利用率的影響

張佳佳，丁文成，艾 超，崔榮宗，李明悅，金崇偉，徐新朋，何 萍*

（1 中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所，北京 100081；2 山東省農業科學院農業資源與環境研究所/山東省植物營養與肥料重點實驗室，山東濟南 250100；3 天津市農業資源與環境研究所，天津 300192；4 浙江大學環境與資源學院/污染環境修復與生態健康教育部重點實驗室，浙江杭州 310029）

蘿卜為十字花科植物，是以直根膨大形成肉質根為食用器官的根類蔬菜，因豐富的營養價值和超強的保健作用深受世界各地人們的喜愛[1]。近年來我國蘿卜種植規?；痉€定，種植面積120萬hm2，總產量2680萬t，在我國蔬菜生產和消費中占有重要地位[2]。

施肥是保證蔬菜優質高產的重要技術措施之一，但目前蔬菜施肥多按當地傳統經驗進行，菜農一味追求高產以致施肥過量或不均衡現象普遍存在且日益嚴重[3-4]。在對全國31個省份露地蔬菜的施肥調查中發現[5]，20余種蔬菜 (包括葉菜類、根菜類、瓜類和蔥姜蒜類) 氮肥年平均用量為N 600～800 kg/hm2，施氮量最高的地區達N 1000 kg/hm2，但未顯著增加產量，導致了較低的氮肥利用率和嚴重的環境污染。在天津市調查的80個農戶，蘿卜單季氮磷施用量分別為N 340 kg/hm2和P2O5300 kg/hm2，大部分農戶不施鉀肥[6]，而蘿卜為喜鉀作物，對鉀的需求量很大，其吸收量大于氮。此外，菜農施用鉀肥多以硫酸鉀為主，認為氯化鉀會對蔬菜產生毒害作用，從而降低產量和影響品質，但研究表明[7-8]，即使在忌氯作物馬鈴薯和甘薯上，施用適當的含氯鉀肥并未影響其產量和品質，甚至比含硫鉀肥增產提高品質效果更突出，且氯化鉀經濟效益優于硫酸鉀。蔬菜生產中有機無機配施已成為我國施肥制度的主要特色之一，其在提高產量、培肥地力、促進養分循環和再利用中的地位和作用已得到普遍證實和肯定[9-10]。但有機肥過量施用不僅不能顯著提高產量和肥料利用率，而且同樣會引起硝態氮累積及污染地下水等環境問題[11]。綜上所述，蘿卜生產中肥料養分過量或不平衡投入，不僅影響產量、降低肥料利用率，而且對環境構成威脅。因此，迫切需要探討蘿卜科學的施肥管理措施。

當前關于蘿卜生長發育性狀[12]、品質性狀[13]及需肥特性[14]等方面的研究較多，而對于通過優化施肥量和施肥時間對蘿卜產量和肥料利用率影響的研究鮮有報道。本文利用在四個蘿卜產區開展的兩季不同施肥措施田間試驗，研究了通過優化施肥量和施肥時間對蘿卜產量和肥料利用率的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

表1 田間試驗點氣候類型信息Table 1 Climate types information of field experimental sites

于2016年秋季和2017年春季在天津、山東、浙江和河北設置4個田間試驗點，試驗點氣候類型信息見表1，試驗開始前0—20 cm耕層土壤基本理化性質見表2。其中山東和河北地區兩季為定位試驗。

1.2 試驗設計

田間試驗共設7個處理，分別為：農民習慣施肥 (FP)；優化施肥[NPK (S)，鉀肥為硫酸鉀]；基于NPK (S) 處理的不施氮、不施磷和不施鉀處理；優化施肥 + 有機肥 (NPKM (S)，鉀肥為硫酸鉀)；優化施肥 + 有機肥[NPKM (Cl)，鉀肥為氯化鉀]。缺素處理用于計算當季肥料利用效率。FP、NPK (S)、NPKM(S) 和NPKM (Cl) 處理施肥量見表3。小區面積為30 m2，每個處理3次重復，隨機排列。

農民習慣施肥：施肥量依據當地農民習慣而定，肥料品種均為復合肥或摻混肥，肥料均作為基肥播種前一次性撒施并旋耕入土。

優化施肥：按照每生產1 t蘿卜需吸收N 3.1～3.5 kg、P2O51.1～1.9 kg和K2O 4.4～4.8 kg的養分比例[15]確定施 N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2、K2O 180 kg/hm2。根據蘿卜生長發育特性，確定氮肥基追比為4∶3∶3，追肥分別在蓮座期和肉質根膨大中期進行，鉀肥基追比為6∶4，追肥在膨大中期進行，磷肥一次性基施?；示鶠椴シN前撒施并旋耕入土，追肥穴施在植株附近。氮磷鉀肥分別為：尿素 (N 46%)、過磷酸鈣 (P2O512%) 和硫酸鉀 (K2O 50%)。

優化施肥 + 有機肥：優化施肥基礎上配施有機肥。有機肥全部播種前基施，化肥施用量和施肥方法同NPK (S) 處理。供試鉀肥設硫酸鉀NPKM (S) 和氯化鉀NPKM (Cl) 兩個處理。

蘿卜品種均采用當地常規品種，田間試驗基本信息見表4。各地區按常規進行統一田間管理。

表2 土壤基本化學性質Table 2 Chemical properties of the soils

1.3 養分測定及數據分析

蘿卜收獲時，每個小區全部收獲測定產量，記錄各處理鮮重。每小區取代表性蘿卜5株，將肉質根和葉片分開，于105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重稱重，用于計算收獲指數和含水量。烘干樣品粉碎后測定肉質根和葉片中的全氮、全磷和全鉀含量，全氮、全磷和全鉀含量采用H2SO4-H2O2方法消煮，并分別采用凱氏法、釩鉬黃比色法和原子吸收法測定。

田間試驗于播種前后分別采集0—20、20—40、40—60、60—80和80—100 cm土壤測定土壤硝態氮和銨態氮含量，使用0.01 mol/L CaCl2浸提，土與浸提液的比例為1∶10，用SEALAA3流動注射分析儀測定。土壤含水量在105℃烘干測定。

植株養分吸收量 (plant nutrient accumulation,kg/hm2) = 肉質根干物質重 × 肉質根養分含量 + 葉片干物質重 × 葉片養分含量；

氮素回收率 (recovery efficiency of nitrogen, REN) =(施氮處理植株氮累積量-不施氮處理植株氮累積量)/施氮量 × 100%；

氮素農學效率 (agronomy efficiency of nitrogen,AEN, kg/kg) = (施氮處理肉質根產量-不施氮處理肉質根產量)/施氮量；

氮素偏生產力 (partial factor productivity of nitrogen,PFPN, kg/kg) = 施氮處理肉質根產量/施氮量；

磷和鉀養分利用率計算同氮。

氮素表觀損失的計算公式為[16]：

氮素表觀損失=施氮量 + 土壤起始氮 + 土壤氮素凈礦化 - 植株吸氮量 - 收獲后土壤殘留氮；

土壤氮礦化量=不施氮小區植株吸氮量 + 不施氮小區土壤氮殘留 - 不施氮小區起始氮。

試驗數據采用SAS 9.3軟件進行方差分析，多重比較采用LSD最小極差法。用Microsoft Excel 2016軟件進行圖表制作。

2 結果與分析

2.1 產量

圖1顯示，與FP處理相比，2016年秋季天津、山東、浙江和河北四個地區NPK (S) 處理的產量平均增加了4.2 t/hm2，2017年春季平均增加了2.0 t/hm2，其中河北地區增加達到顯著水平。與NPKM(S) 處理相比，2016年秋季四個地區NPK (S) 處理的產量平均增加了6.6 t/hm2，其中河北地區達到顯著水平，2017年春季各地區兩處理間產量均無顯著性差異。NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季四個地區產量均無顯著性差異。

2.2 植株養分吸收量

圖2表明，2016年秋季天津、山東、浙江和河北四個地區NPK (S) 處理的植株氮、磷和鉀養分吸收量較FP處理平均分別增加了28.4、5.6和17.2 kg/hm2，2017年春季平均分別增加了13.0、3.0和14.7 kg/hm2，其中河北地區達到顯著水平。NPK (S)和NPKM (S) 處理以及NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季四個地區均無顯著性差異。

表3 FP、NPK (S)、NPKM (S) 和 NPKM (Cl) 處理施肥量Table 3 Rates of fertilizer application for FP, NPK (S), NPKM (S), and NPKM (Cl) treatments for radish in different sites

2.3 肥料利用率

2.3.1 氮肥利用率 圖3所示，與FP處理相比，2016年秋季天津、山東、浙江和河北四個地區NPK(S) 處理的AEN、REN和PFPN平均分別增加了44.0 kg/kg、26.7%和131.2 kg/kg，2017年春季平均分別增加了21.7 kg/kg、11.1%和89.9 kg/kg，除河北地區PFPN外，均達到顯著水平。

與NPKM (S) 處理相比，2016年秋季四個地區NPK (S) 處理的AEN、REN和PFPN平均分別增加了65.5 kg/kg、17.9%和235.0 kg/kg，2017年春季平均分別增加了2.6 kg/kg、9.1%和208.5 kg/kg，除2017年春季山東地區外均達到顯著水平。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季四個地區NPKM (S) 處理的AEN、REN和PFPN平均分別增加了0.4 kg/kg、3.9%和1.7 kg/kg，整體未達到顯著水平。

表4 田間試驗基本信息Table 4 Management of experiments in each site

圖1 不同施肥處理蘿卜肉質根產量Fig. 1 Fleshy root yield of radish under different treatments

2.3.2 磷肥利用率 圖4所示，兩季四個地區NPK(S) 處理的磷肥利用率均顯著高于FP處理。其中2016年秋季NPK (S) 處理的AEP、REP和PFPP較FP處理平均分別增加了63.4 kg/kg、18.3%和304.7 kg/kg，2017年春季平均分別增加了42.7 kg/kg、12.3%和288.7 kg/kg。

與NPKM (S) 處理相比，兩季四個地區NPK (S)處理的AEP、REP和PFPP平均分別增加了20.8 kg/kg、6.6%和217.2 kg/kg，REP和PFPP均達到顯著水平。其中2016年秋季NPK (S) 處理的AEP、REP和PFPP較NPKM (S) 處理平均分別增加了68.5 kg/kg、12.4%和284.5 kg/kg，AEP和PFPP均達到顯著水平；2017年春季四個地區NPK (S) 處理的AEP較NPKM (S) 處理平均降低了26.8 kg/kg，未達到顯著水平，而REP和PFPP平均分別增加了0.8%和150.0 kg/kg，PFPP達到顯著水平。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季四個地區NPKM (S) 處理的AEP、REP和PFPP較NPKM(Cl) 處理平均增加了3.0 kg/kg、6.2%和1.1 kg/kg，REP達到顯著水平。

2.3.3 鉀肥利用率 圖5所示，與FP處理相比，兩季四個地區NPK (S) 處理的AEK和REK平均分別增加了17.6 kg/kg和11.5%，AEK達到顯著水平，而PFPK平均降低了35.2 kg/kg，但未達到顯著水平。

圖2 不同施肥處理蘿卜養分吸收量Fig. 2 Plant nutrient uptake of radish under different treatments

與NPKM (S) 處理相比，兩季NPK (S) 處理的AEK、REK和PFPK平均分別增加了9.0 kg/kg、3.6%和89.5 kg/kg，PFPK達到顯著水平。其中2016年秋季NPK (S) 處理的AEK、REK和PFPK較NPKM (S)處理平均分別增加了39.8 kg/kg、11.4%和124.5 kg/kg，均達到顯著水平；2017年春季NPK (S) 處理的AEK和REK平均分別降低了21.8 kg/kg和4.2%，AEK達到顯著水平，而PFPK較NPKM (S) 處理顯著增加了54.5 kg/kg。

NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季NPKM(S) 處理的AEK、REK和PFPK平均分別增加了2.3 kg/kg、7.4% 和1.8 kg/kg，REK達到顯著水平。

圖3 不同施肥處理蘿卜氮肥利用率Fig. 3 Nitrogen use efficiency of radish under different treatments

2.4 氮素表觀損失

由表5可知，與FP處理相比，2016年秋季天津、山東、浙江和河北四個地區NPK (S) 處理的氮素表觀損失平均降低了157.8 kg/hm2，氮素殘留量平均降低了52.7 kg/hm2，四個地區均達到顯著水平；2017年春季天津、山東和浙江三個地區NPK (S) 處理的氮素表觀損失平均降低了84.0 kg/hm2，氮素殘留量平均降低了45.1 kg/hm2，三個地區均達到顯著水平，而河北地區FP處理的氮素表觀損失較NPK(S) 處理顯著降低了29.8 kg/hm2，氮素殘留無顯著性差異。

與NPKM (S) 處理相比，2016年秋季四個地區NPK(S) 處理的氮素表觀損失平均降低了113.8 kg/hm2，氮素殘留平均降低了61.4 kg/hm2，四個地區均達到顯著水平；2017年春季四個地區NPK (S) 處理的氮素表觀損失平均降低了55.4 kg/hm2，氮素殘留平均降低了44.0 kg/hm2，除山東地區外均達到顯著水平。NPKM (S) 和NPKM (Cl) 處理相比，兩季平均的氮素表觀損失和氮素殘留量均無顯著性差異。

3 討論

3.1 不同施肥措施對蘿卜產量的影響

施肥措施、土壤肥力和環境條件等因素與作物生長密切相關，進而對產量產生影響，化肥是蔬菜優質高產的物質基礎，平衡施肥能夠通過調控營養代謝促進蔬菜高產優質[17]。但目前菜農一味追求高產導致過量或不平衡施肥現象普遍存在。本試驗中，農民習慣施肥 (FP) 單季氮 (N)、磷 (P2O5)、鉀 (K2O)平均施用量分別為279、236和230 kg/hm2，最高施肥量分別達770、783和690 kg/hm2，遠遠高于蘿卜對養分的需求，但其平均產量和養分吸收量均低于優化施肥[NPK (S)]處理，其中河北地區差異達到顯著水平，原因在于NPK (S) 處理施肥量是根據蘿卜的養分需求特性確定的，并按照蘿卜關鍵生育時期對養分的需求進行追肥，而河北地區FP處理施肥量偏低，且施肥比例為1∶1∶1，不能滿足蘿卜對氮磷鉀養分的需求?？梢?，農民習慣施肥量非常不合理，養分過量或不均衡投入均不能顯著提高蘿卜產量和養分吸收量。

圖5 不同施肥處理蘿卜鉀肥利用率Fig. 5 Potassiumuse efficiency of radish under different treatments

表5 不同施肥處理的氮素去向 (kg/hm2)Table 5 Fate of nitrogen under different treatments

研究表明，有機無機肥料配施可協調養分平衡供應，滿足作物生育期對養分的需求，從而提高作物產量[18-19]。本試驗中，有機無機配施是在優化施肥基礎上配施有機肥[NPKM (S)]，兩季NPKM (S) 處理氮 (N)、磷 (P2O5) 和鉀 (K2O) 養分投入量較NPK (S)處理平均增幅分別達95.7%、92.7%和37.3%，但兩個處理產量和養分吸收量均無顯著性差異，這與Dawe等[20]和Ladha等[21]總結的亞洲25個稻田長期定位試驗以及魏猛等[22]在甘薯上的研究結果一致，無論是單施化肥還是有機無機配施，只要投入的養分滿足作物生長需要，則作物產量差異性不顯著。本試驗條件下，在優化施肥基礎上配施有機肥，蘿卜產量沒有顯著提高，說明優化施肥養分投入量可以滿足蘿卜生長對養分的需求，施肥量是適宜的，可為蘿卜生產合理施肥提供依據。由此可知，為實現我國化肥零增長的目標，在蘿卜生產中養分投入相同的前提下，可以采用有機肥替代部分化肥的方式以減少化肥施用量，但合理的替代比例有待進一步田間驗證。

長期以來，蘿卜生產中菜農認為施用氯化鉀會對其產生不利影響，從而降低產量和影響品質，導致生產中不敢使用氯化鉀，取而代之的是成本更高的硫酸鉀，使得經濟效益降低。但侯慶山等[7]和周芳等[8]的研究結果表明，即使在忌氯作物甘薯和馬鈴薯上，氯化鉀施用不超過一定量的情況下 (甘薯K2O不超過225 kg/hm2，馬鈴薯K2O不超過270 kg/hm2)，Cl-不會在土壤中迅速積累從而對產量和品質造成影響，且施用適當的含氯鉀肥比含硫鉀肥增產提質效果更突出，但Cl-對露地蘿卜的毒害作用未有報道。本研究發現，施用硫酸鉀和氯化鉀的蘿卜產量和品質 (硝酸鹽和維生素C含量) 均無顯著性差異。因此，蘿卜生產中可以使用氯化鉀。

3.2 不同施肥措施對蘿卜肥料利用率和氮素損失的影響

肥料養分過量或不平衡投入不僅影響產量，而且導致較低的肥料利用率和嚴重的環境污染[23-24]。養分利用率是衡量施肥合理性和先進性最為直接的指標。本試驗中，優化施肥[NPK (S)]處理的氮磷鉀肥農學效率、回收率和偏生產力均顯著高于農民習慣施肥，與優化施肥 + 有機肥[NPKM (S)]處理相比，肥料利用率也大幅度提高，原因在于后兩者養分投入量遠高于前者，而產量和養分吸收量沒有顯著提高，導致肥料利用率降低，這和其他研究結果一致[25-26]。此外，NPK (S) 處理根據蘿卜關鍵生育期對養分的需求，在蓮座期和肉質根膨大中期追施氮肥和鉀肥，也是肥料利用率提高的主要原因[27]，這與當前倡導的4R養分管理理念相一致，即采用合適的肥料品種、合適的肥料用量、在合適的施肥時間施在合適的施肥位置。

當施氮量超過作物需求時，氮素向環境中的損失就會增加，對環境構成威脅。許多研究表明，隨施氮量的增加，土壤剖面硝態氮累積量增加，大量的殘留氮在土壤中累積并逐漸淋洗到作物根部以下，是氮素損失的重要途徑之一[28]。在本研究中，與FP和NPKM (S) 處理相比，NPK (S) 處理降低了氮素表觀損失和氮素殘留量，其原因主要是優化施肥減少了施氮量，但產量和氮素吸收量無顯著差異，這和其他研究結果一致[29-30]。在本試驗中，雖然NPK(S) 處理的施氮量與氮素吸收量之差表現為負值，但本研究土壤具有較高的潛在土壤氮素供應能力，包括土壤礦化氮和較高的土壤氮素殘留 (NO3--N + NH4+-N)，如果加上大氣干濕沉降等環境帶入的養分，NPK (S)處理現有的施肥量足以維持土壤平衡和保持高產。因此，從肥料利用率和氮素損失方面來看，優化施肥處理是合理的，與農民習慣施肥和優化施肥 + 有機肥相比，提高了養分利用率，降低了土壤氮素殘留和農田氮素損失。

4 結論

與農民習慣施肥相比，優化施肥處理優化了施肥量和施肥時期，即氮磷鉀肥施用量分別為N 150 kg/hm2、P2O5100 kg/hm2和 K2O 180 kg/hm2，氮肥分別在蓮座期和肉質根膨大中期追施，鉀肥在肉質根膨大中期追施。優化施肥在保證蘿卜產量的基礎上，提高了肥料利用率，降低了土壤氮素殘留和農田氮素損失，可作為蘿卜施肥的依據。同時本研究證明，蘿卜生產中可以使用氯化鉀作為鉀源。在蘿卜實際生產中應結合土壤肥力變異，合理調控氮磷鉀養分供應，以實現高產高效。