機械起壟側條施肥對大白菜產量和氨揮發的影響①

姜振萃，閔 炬，陸志新，路 廣，紀榮婷，王 遠，施衛明*

機械起壟側條施肥對大白菜產量和氨揮發的影響①

姜振萃1,2，閔 炬1，陸志新3，路 廣3，紀榮婷1,2，王 遠1，施衛明1*

(1中國科學院南京土壤研究所，南京 210008；2中國科學院大學，北京 100049；3 江蘇省宜興市蔬菜辦公室，江蘇宜興 214206)

通過兩年田間試驗，探究大白菜機械起壟側條施肥合適的壟寬，并進一步研究在最適壟寬下該技術對大白菜產量、經濟效益和氨揮發損失的影響。第一年試驗設置4個處理：機械寬壟側條施肥習慣施氮量處理(N480+MW)、機械寬壟側條施肥減氮30% 處理(N340+MW)、機械窄壟側條施肥減氮30% 處理(N340+MN)、人工寬壟習慣施氮量處理(N480+HW)，第二年選用55 cm寬壟設置4個處理：人工起壟不施化肥氮處理(N0+HW)、人工起壟習慣施氮量處理(N480+HW)、人工起壟減氮30% 處理(N340+HW)和機械起壟側條施肥減氮30% 處理(N340+MW)。研究結果表明：55 cm寬壟比30 cm窄壟種植可以提高大白菜產量15.4% ~ 17.8%，在55 cm寬壟種植模式下機械起壟側條施肥技術可以在減肥30% 基礎上獲得最高生物產量、商品產量和凈經濟效益，分別為78.5 t/hm2、43.2 t/hm2和30 959元/hm2。與N480+HW、N340+HW和N0+HW處理相比，N340+MW處理生物產量分別增加8.8%、15.2% 和58.3%，商品產量分別增加7.4%、16.4% 和50.1%。與N480+HW相比，N340+MW和N340+HW處理的凈收益分別增加了40.8% 和1.3%。N340+MW處理大白菜生長季累積氨揮發損失為30.0 kg/hm2，與N340+HW和N480+HW處理相比顯著降低51.1% 和70.5%。綜合研究表明，機械起壟側條施肥技術可以實現大白菜種植的減施增效，提高蔬菜生產的經濟效益。

機械起壟；側條施肥；經濟效益；氨揮發；大白菜

蔬菜種植產業在我國迅速發展。2014年全國蔬菜播種面積為2 140萬hm2，占農作物總播種面積的12.94%，總產量達76 005萬t。太湖流域蔬菜地面積約為5.53萬hm2，占該區域旱地面積的20.2%。蔬菜產業高投入高產出的密集型生產特點，導致蔬菜生產過程中需要大量的肥料和勞動力投入。山東設施蔬菜年平均施氮量達到1 351 kg/hm2(以純氮量計，下同)[1]，太湖地區菜地每季蔬菜作物氮肥施用量為600 ~ 750 kg/hm2 [2]，周年施氮量高達1 800 ~ 2 250 kg/hm2，是該地區稻麥輪作體系施氮量500 ~ 600 kg/hm2的3倍 ~ 4倍[3]。施入土壤中的化肥氮僅10% ~ 18% 被蔬菜作物吸收利用，遠低于我國水稻氮肥利用率(28.3%)，大量化肥氮損失對環境造成嚴重威脅[4-5]。眾多研究認為，菜地周邊地下水硝酸鹽超標率35%，氨氮超標率為8%；氨揮發是菜地土壤氮素損失的重要途徑，氨揮發損失量一般可占施氮量的24%[6-7]。有研究表明，氮肥起壟條施可以提高氮利用率、增加作物產量并減少氮肥環境損失，且不同壟寬對作物產量也有顯著影響[8-12]。氮肥條施管理措施在露天菜地化肥減施增效上應用潛力巨大，但對勞動力需求增多，與農村勞動力日益匱乏的現狀相沖突。在日本等農業發達國家，農業機械化高度發展，而國內適用于蔬菜作物的機械化技術相對短缺。為發展資源節約、環境友好的現代農業，我國農業部提出推廣機械深施等技術。在日本廣泛應用的機械起壟側條施肥技術，是用側條施肥機械將肥料一次集中施于作物根系一側5 ~ 8 cm深處，使肥料呈條狀集中而不分散，形成一個貯肥庫逐漸釋放供給作物生育需求。然而，該技術在我國蔬菜生產體系應用的適應性、經濟和環境效應如何尚不清楚。為此，本研究以我國大面積栽培的蔬菜品種大白菜為供試蔬菜作物，通過連續兩年的田間試驗，研究機械起壟側條施技術在太湖地區大白菜生產中合適的壟寬和該壟寬下對大白菜產量、經濟效益和氨揮發的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗地及供試作物

試驗分別于2015年和2016年的9—12月在位于太湖地區的江蘇省宜興市周鐵鎮中悅路農場進行。該地區位于中緯度地區，屬濕潤的北亞熱帶季風氣候區，平均氣溫15 ~ 17℃，多年平均降雨量為1 181 mm。試驗地為傳統的露天蔬菜種植區，其0 ~ 20 cm土壤理化性質見表1。供試作物大白菜()品種為改良青雜三號，青島國際種苗有限公司生產，適宜秋天露天種植。

1.2 試驗處理及管理

2015年田間試驗設置2個壟寬水平，分別為35 cm (N)和55 cm(W)；2種起壟施肥方式，分別為機械起壟側條施(M)和人工起壟撒施(H，傳統施肥方式)；2個施化肥氮水平，分別為習慣施氮量和減氮30%，各處理施氮量見表2。每個處理3次重復，隨機區組排列。

表1 試驗地點耕層土壤理化性質

表2 試驗區蔬菜作物施氮量(N，kg/hm2)

2016年田間試驗在壟寬55 cm 基礎上，設置了4個處理：人工起壟不施化肥氮處理(N0+HW)、人工起壟習慣施氮量處理(N480+HW，傳統施肥方式)、人工起壟減氮30% 處理(N340+HW)和機械起壟側條減氮30% 處理(N340+MW)。每個處理3次重復，隨機區組排列。

兩年的基施氮肥均為復合肥(N-P2O5-K2O含量為10-10-10)，各處理有機肥、磷肥和鉀肥用量相同，整地時每公頃撒施5 450 kg有機肥，折合純氮 120 kg/hm2，翻耕入土，低肥處理和不施肥對照處理分別以基肥形式增施鈣鎂磷肥117 kg/hm2和234 kg/hm2，增施硫酸鉀28 kg/hm2和56 kg/hm2。各小區田間水分管理和病蟲害防治等與當地農民傳統方法相同。大白菜蓮座期各小區人工追施1次尿素，用量為純氮 200 kg/hm2。

1.3 植株樣品的采集及測定

收獲時大白菜每小區全部稱重計產，即生物產量；以葉球緊密包裹部分為大白菜商品部分，每小區全部商品部分稱重計商品產量。

采集植株地上部鮮樣，105℃殺青30 min，然后70℃下烘至恒重后稱干重；全氮用濃H2SO4-H2O2消煮，自動定氮儀(BUCHI 399)測定[13]。

1.4 土壤氨揮發的采集及測定

采用PVC管雙層海綿吸收-通氣法測定土壤氨揮發[14]。土壤氨揮發的采集于施肥后立即開始，次日早晨8：00取樣，每天1次，1周后，采樣時間調整為7天1次。收集的海綿用l.0 mol/LKCl溶液浸提自動定氮儀(BUCHI 399)測定。持續采集和測定直至施氮處理與不施化肥氮處理的氨揮發通量無差異時為止。

1.5 統計分析

試驗數據采用Excel 2007、SPSS 11.5等軟件進行統計分析，采用LSD方法分析數據間的差異顯著性(顯著水平<0.05和<0.01)。

2 結果分析

2.1 不同壟寬處理對大白菜生物產量和商品產量的影響

從圖1A可以看出，3組55 cm寬壟處理的大白菜生物產量都顯著高于35 cm窄壟處理，同等施肥量條件下55 cm寬壟種植模式可以顯著提高大白菜產量15.4%。與農戶傳統習慣施肥處理(N480+HW)相比，機械起壟側條施肥技術可以在減少30% 化肥氮(N340+MW)的基礎上保證大白菜產量構成。綜合以上結果，可以初步判定機械起壟側條施肥技術適用于太湖地區露天大白菜生產，55 cm壟寬為當地最適生產參數。

從圖1B可以看出，3組55 cm寬壟處理的大白菜商品產量顯著高于35 cm窄壟處理；同等施肥量下，55 cm寬壟種植模式可以顯著提高大白菜商品產量24.2%，在保證商品產量不降低的情況下，機械起壟側條施肥技術可以減少30% 化肥氮的使用，結果與生物產量數據相一致。

(圖中小寫字母不同表示壟寬和施肥量處理之間差異顯著(P<0.05)，下同)

2.2 適宜壟寬下不同氮肥處理對大白菜生物產量和商品產量的影響

從圖2A可以看出，與不施化肥對照處理(N0+ HW)相比，增施化肥可以顯著增加大白菜生物產量27.5 ~ 36.8 t/hm2(<0.05)。與農戶傳統施肥處理(N480+HW)相比，減施30% 化肥氮處理(N340+HW)生物產量降低7.1%，而同樣減施30% 化肥氮的機械起壟側條施肥處理(N340+MW)產量增長8.8%。

從圖2B還可以看出，與不施化肥氮對照處理(N0+HW)相比，增施化肥可以顯著增加大白菜商品產量14.6 ~ 21.7 t/hm2(<0.05)。與農戶傳統施肥處理(N480+HW)相比，減施30% 化肥氮處理(N340+HW)商品產量降低了5.0%，而同樣減施30% 化肥氮的機械起壟側條施肥處理(N340+MW)商品產量增長了13.6%。表明機械起壟側條施肥技術可以在保證產量的基礎上實現太湖地區露天大白菜生產的化肥減施。

2.3 不同氮肥處理對大白菜經濟效益的影響

由表3可以看出，在大規模種植條件下，與傳統人工種植方式相比，機械起壟側條施肥可顯著降低生產成本，與農戶傳統施肥處理處理(N480+HW)相比，減施30% 化肥氮的機械起壟側條施肥處理(N340+MW)每公頃減少肥料成本投入3 594元，每公頃減少勞動力成本投入1 600元，在降低生產成本的同時獲得了最大商品產量，產值最高，純利潤增加了58.3%，實現了太湖地區露天大白菜生產體系的減施增效。

2.4 不同氮肥處理對氮肥表觀利用率的影響

根據公式，化肥氮素表觀利用率(%)=(施化肥氮小區地上部吸氮量-不施化肥氮小區地上部吸氮量)/施氮量×100，計算不同處理化肥氮表觀利用率。結果(圖3)表明：N480+HW處理化肥氮素表觀利用率為8.39%，與之相比，N340+HW處理化肥氮素表觀利用率增加了24.8%；N340+MW化肥氮素表觀利用率最高為15.1%，比N480+HW處理增加了79.3%，表明機械起壟側條施肥技術可以顯著提高化肥氮素表觀利用率，減少氮素的環境損失。

圖2 不同氮肥處理大白菜的生物產量及商品產量

表3 不同處理的經濟效益比較

注：有機肥價格(含N 22 g/kg)0.6元/kg，化肥價格(N-P2O5-K2O=10-10-10)4元/kg，鈣鎂磷肥價格(含P2O5120 g/kg)1元/kg，硫酸鉀價格(含K2O 500 g/kg)4元/kg；大白菜售價1.2元/kg；人工費每天100元。

圖3 不同處理化肥氮素表觀利用率

圖4 不同處理氨揮發

2.5 不同氮肥處理對氨揮發損失的影響

由圖4可知，與不施化肥氮對照處理(N0+HW)相比，施用化肥氮處理的土壤氨揮發累積量顯著增加 15.4 ~ 86.9 kg/hm2(以純氮量計)，農民傳統施肥方式處理(N480+HW)氨揮發損失量為 101.5 kg/hm2，占總施氮量的16.9%；減施30% 化肥氮處理(N340+HW)處理的氨揮發損失為61.3 kg/hm2，比N480+HW處理減少氨揮發損失40.2 kg/hm2，表明減少施肥量可顯著降低太湖地區蔬菜體系的氨揮發損失；而減施30% 化肥氮的機械起壟側條施肥處理(N340+MW)氨揮發較N480+HW和N340+HW處理分別降低了70.5%和51.1%，表明機械起壟側條施技術可顯著降低太湖地區蔬菜體系的氨揮發損失。

3 討論

3.1 壟寬對大白菜生物產量和商品產量的影響

本試驗在太湖地區露天栽培條件下進行，與35 cm窄壟相比，55 cm寬壟種植模式下大白菜的生物產量和商品產量顯著提高。有研究表明，長期寬壟種植的水稻土其土壤有機碳含量高于窄壟種植水稻土，長期寬壟耕作改變了稻田土壤有機碳分布格局，改善了土壤理化性質及其生態效應，增加了稻田土壤有機碳儲量[15]。另一方面根區土壤溫度控制著作物根系的代謝和生長，同時影響作物根系的養分吸收，進而影響作物地上部的各種生理活動[16]，是制約冬季蔬菜生產的重要環境因素。劉煒等[17]研究表明，根區高溫能促進根系伸長。改變栽培壟寬度能夠影響作物根區溫度，進而改變根區熱效應，影響作物生長[18]。寬壟對于高溫和低溫環境下土壤緩沖能力優于窄壟，蓄熱保溫能力強，窄壟種植產量較低可能是由于根區環境不穩定，根區遭受溫度脅迫造成的[19]。

3.2 機械起壟側條施肥對大白菜產量和經濟效益的影響

本試驗秋季露天大白菜在農民習慣施肥(氮肥480 kg/hm2)下生物產量為71.8 t/hm2，直接減少30% 化肥氮使用即撒施氮肥340 kg/hm2，大白菜產量達66.5 t/hm2，兩者之間的產量在統計上沒有顯著差異，說明在該地區的蔬菜生產中存在一定的化肥減量空間。但是從絕對值來看，直接減少30% 化肥氮使用有減產風險，降低大白菜產量和經濟效益，在實際生產中不易被農戶接受。采用機械起壟側條施肥，化肥氮使用量比習慣施氮量減少30% 后，產量可達78.4 t/hm2，大白菜產量進一步提高，表明機械起壟側條施肥能實現露天菜地生產體系減施增效，這與其他作物體系的研究結果類似。一方面是因為機械起壟側條施肥技術降低了肥料與土壤的接觸面積，有助于減少銨態氮(NH4+-N)固定的絕對量，保證了大白菜營養生長中期的礦化氮供應。機械起壟側條施肥圍繞施肥帶形成高濃度活動態營養元素“源”，幾乎可以保證整個營養生長期。另一方面由于撒施時地面肥料分布不均，使作物產量不均勻，收獲時成熟度不一致，降低了大白菜產量和品質。太湖地區露天菜地大白菜生長季中減施30% 化肥氮的機械起壟側條施肥處理(N340+MW)的化肥氮當季表觀利用率最高，表明在N340+MW處理土壤中施入的氮肥被作物充分吸收利用，轉化為自身產量。

機械起壟側條施處理可顯著降低生產成本。一方面N340+MW處理較農民習慣生產方式(N480+HW)減少30% 化肥氮的使用，減少肥料成本的投入；另一方面隨著經濟社會發展，農村勞動力資源嚴重匱乏，人工生產成本日益增加，機械起壟側條施肥技術為農業生產機械化提供了保障，可以更快更好地完成農業生產工作，降低對勞動力的依賴，減少生產過程中的成本投入。N340+MW處理可以顯著提高肥料利用率，在降低肥料投入的同時商品產量較N480+HW 和N340+HW處理顯著提高，增加生產收入，獲得最大經濟收益。

3.3 機械起壟側條施肥對氨揮發的影響

不施化肥氮處理(N0+HW)的大白菜，在生長期內土壤氨揮發損失為 14.6 kg/hm2，化肥氮的施入顯著增加土壤的氨揮發損失(圖4)。農民傳統種植方式(N480+HW)下，土壤氨揮發損失為101.5 kg/hm2，與之相比，N340+MW處理可減少土壤70.5% 氨揮發損失。楊淑莉等[20]研究也表明，氮肥在土壤中的位置對氨揮發損失的影響非常顯著，氮素深施可有效抑制氨揮發損失。這是由于條施覆土會增加土壤中的氨氣向大氣擴散的阻力[21]，同時也會增加土壤顆粒對NH4+和氨的吸持，因此條施覆土能夠顯著降低土壤氨揮發[22]。在大田作物生產中，氮肥條施可顯著減少27% ~ 90% 的氨揮發損失。不同試驗地的氣候條件是造成氨揮發排放差異顯著的重要原因[23]。溫度和土壤濕度是影響農田氨揮發損失的主要途徑，華北地區夏玉米生長季和南方地區水稻生長季都是一年中水熱資源最豐富的時期，該氣候條件對施入土壤的氮肥轉化為氨進而排放到空氣中有極大的促進作用，故而在該時期采用氨揮發減排措施控制氨揮發的效果最好，部分地區氨揮發排放可減少90%[24]。

4 結論

機械起壟側條施肥技術在露天大白菜種植上，適宜的壟寬為55 cm，該壟寬種植可顯著提高大白菜的生物產量和商品產量。與人工傳統施肥方式相比，機械起壟側條施肥可減少大白菜30% 化肥氮投入，且可提高8.8% 生物產量和13.8% 商品產量，增加58.3% 經濟效益。此外，機械起壟側條施技術可顯著減少菜地氨揮發損失。

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Effects of Mechanical Ridging and Lateral and Band Fertilization on Yield and Ammonia Volatilization in Chinese Cabbage Production

JIANG Zhencui1,2, MIN Ju1, LU Zhixin3, LU Guang3, JI Rongting1,2, WANG Yuan1, SHI Weiming1*

(1 Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3 Yixing Vegetable Office in Jiangsu Province, Yixing, Jiangsu 214206, China)

Aconsecutive two-year field experiments were carried out to study the effects of mechanical ridging and lateral and band fertilization on the yield and ammonia volatilization in Chinese cabbage production. In 2015, four treatments were designed: Mechanical wide ridging (55 cm) and lateral and band high N fertilization (N480 g/hm2+MW), mechanical wide ridging and lateral and band low N fertilization (N340 g/hm2+MW), mechanical narrow ridging (35 cm) and lateral and band low N fertilization (N340 g/hm2+MN), artificial wide ridging and lateral and band higher N fertilization (N480 g/hm2+HW). In 2016, four treatments were designed with wide ridging: Artificial ridging without N fertilization (N0+HW), artificial ridging with high N fertilization (N480+HW), artificial ridging with low N fertilization (N340+HW), mechanical ridging and lateral and band low N fertilization (N340+MW). The results showed that the N340+MW treatment had the highest yield of 78.5 t/hm2, commercial yields of 43.20 t/hm2and net profit of 30 959 yuan/hm2, Compared with N480+HW, N340+HW and N0+HW treatments, the N340+MW treatment increased the yield by 8.8%, 15.2% and 58.3% respectively, and increased the commercial yields by 7.4%, 16.4% and 50.1% respectively. Compared with the treatment of N480+HW, the net economic profit of N340+MW and N340+HW were increased by 40.8% and 1.3%, respectively. The ammonia volatilization was 30.0 kg/hm2in N340+MW treatment, compared with N340+HW and N480+HW treatments, which was significantly decreased by 51.1% and 70.5%, respectively. Therefore, the technology of mechanical ridging and lateral and band fertilization can significantly reduce N fertilizer input and improve cabbage yield, thus can achieve the balance between economic and environmental benefits in Chinese cabbage production.

Mechanical ridge; Lateral fertilization; Economic benefit; Ammonia volatilization; Chinese cabbage

S43.1

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.01.002

姜振萃, 閔炬, 陸志新, 等. 機械起壟側條施肥對大白菜產量和氨揮發的影響. 土壤, 2020, 52(1): 10–15.

國家重點研發計劃項目(2016YFD0801100)和江蘇省農業科技自主創新資金項目(CX(18)1005)資助。

姜振萃(1992—)，女，山東煙臺人，碩士研究生，主要從事植物營養研究。E-mail: zcjiang@issas.ac.cn