蔬菜化肥減量使用技術的推廣及效果分析

李夏菲 楊波 謝文暢

摘 要：農業生產過程中施用的化學肥料，一定程度上促進了農田氧化亞氮（N2O）的排放。在確保農業生產需求的前提下，通過制定合理的施肥管理技術，提高氮肥利用效率，減少農田N2O，具有重要意義。研究以小區試驗為基礎，測算在確保蔬菜產量不降低前提下，采用蔬菜化肥減量施肥技術的經濟、生態影響。結果表明，采用蔬菜化肥減量施肥技術將減少35%肥料投入，節約農戶的投入成本16%～29%，將有效減少15.11tN2O排放，是一項減少農田N2O排放、可實際推廣應用的有效措施。

關鍵詞：化肥;氧化亞氮;溫室氣體;農田生態

中圖分類號：S143 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200515013

隨著農業現代化的發展，提高土壤肥力，減少溫室氣體排放是現代農業發展的主要趨勢[1，2]。據估算，我國農田氧化亞氮（N2O）排放總量約占我國農業源溫室氣體排放總量的19%～25%[4，5]，農業生產過程中的耕作管理措施，影響農田溫室氣體排放，而其中化學氮肥的施用是農田N2O排放的主要來源[5，6]。蔬菜由于種植效益高，超量施肥現象十分普遍，是普通大田作物的數倍甚至數十倍。采用有效的化肥減量技術，能夠有效地提高氮肥利用效率[7，8]，實現農田N2O的減排[9，10]。

基于蔬菜生產中化肥超量不合理施用導致的面源污染問題，整合現有的針對農田面源污染控制直接、有效的化肥減量技術，在廣州市白云區開展試驗[11]，利用政府間氣候變化專業委員會（IPCC）提出的方法，估算不同施肥方式下由于施肥量改變而影響農田N2O排放量的差值[12]，定量評估在廣州市白云區優化施肥對蔬菜種植所帶來的N2O減排潛力。為廣州市白云區蔬菜生產中養分管理措施優化、農戶節支增收、維持菜地生態系統可持續利用及降低區域面源污染負荷提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 材料

技術試驗示范區位于廣州市白云區鐘落潭鎮。示范區土壤為砂質赤紅壤，0～20cm土壤基本理化性質為pH6.97，有機質24.35g/kg，全氮1.70g/kg，堿解氮117.9mg/kg，銨態氮15.9mg/kg，硝態氮27.1mg/kg，速效磷129.55mg/kg，速效鉀179.0mg/kg，容重1.31g/cm3。主要種植葉菜，品種為小白菜，習慣種植蔬菜通常采取直播方式，夏季一般25～30d收獲1茬，冬季40～50d收獲1茬，常年種植。蔬菜生產中施用有機肥和化肥。蔬菜所施化肥主要為挪威復合肥（N、P2O5、K2O比例15∶15∶15），每茬蔬菜生長期間追施1次，用量為60～70kg/667m2，直接撒施。試驗區供試化肥為尿素（含N46%）、磷酸氫二銨（含N21%、P2O553%）、氯化鉀（含K2O60%）和挪威復合肥（含N15%、P2O515%、K2O15%）。

1.2 方法

有針對性地開展田間試驗，篩選出不降低蔬菜產量的化肥減施幅度及肥料品種的試驗處理。

1.2.1 小區試驗

小區試驗設對照處理（CK），不施肥;化肥最佳用量處理（OPT），N、P2O5、K2O用量為最佳施肥量;優化施肥條件下化肥氮有機替代10%（T10）;優化施肥條件下化肥氮有機替代20%（T20）;優化施肥條件下化肥氮有機替代30%（T30）;農戶習慣施肥處理（CF）。按照試驗區種植戶的施肥量、施肥品種、施肥方式進行施肥。

試驗共設6個處理，每處理3個重復，隨機排列，各處理養分用量見表1。每個小區面積12m2（1.2m×10m）。試驗中農戶習慣施肥處理的施肥量、施肥品種和施肥方式等通過實地調查取得，最佳施肥量處理中養分用量和配比的設置是基于前期的研究成果和廣東省農業廳發布的測土配方施肥數據，結合試驗地土壤肥力水平和農戶施肥量調查數據，設置項目試驗的N、P2O5、K2O最佳施肥量分別為9.5kg/667m2、3.0kg/667m2和8.0kg/667m2，養分比率為1∶0.32∶0.84。

1.2.2 測試指標及方法

采用土壤農化常規分析法測定小白菜地上部分全氮含量。測定蔬菜產量，核算成本收益，評估各處理化肥減量實施效果。

氮肥利用率（NUE）計算公式：

REN=U-U0N×100%

式中，U為施氮區作物吸氮量，kg/667m2;U0為對照區作物吸氮量，kg/667m2;N為每667m2化肥氮的投入量，kg/667m2。

由于施用肥料水平的不同，小白菜對肥料氮的利用率也不同，相應的留在環境中的氮量也將不同。ΔN為外部環境相同情況下，不同施肥方式在獲得相同產量時帶來的氮肥盈余量。

氮肥盈余量估算公式：

ΔN=Nx×RENc-RENxRENc

式中，Nx為小白菜習慣施肥情況下化肥氮的投入量，kg/667m2;RENc為優化施肥情況下氮肥的利用率;RENx為習慣施肥情況下的氮肥的利用率。

根據廣州市白云區蔬菜種植面積，估算在全面推廣優化施肥情況下，農田N2O減排潛力。

區域N2O減排潛力計算公式：

E=B×A×W

式中，E為N2O減排潛力，kgCO2-eq;B為單位面積農田優化施肥技術所帶來的N2O減排量，kgN2O-N/667m2，即單位面積氮肥盈余量所產生N2O排放量，以2006年IPCC國家溫室氣體清單指南（簡稱IPCC2006）提供的方法及相關排放因子、參數為依據計算;A為區域蔬菜種植面積，667m2;W為N2O-N排放量換算成N2O排放量的系數，44/28。

1.3 數據分析

使用EXCEL2010軟件進行數據分析和處理。

2 結果分析與討論

2.1 不同處理下蔬菜產量

試驗區小白菜生長期在27～32d，1a共種植小白菜8茬。試驗結果顯示，隨著種植茬數增加，不施肥對照處理小白菜產量呈降低趨勢。相比對照，施肥顯著增加小白菜產量。常規施肥處理每茬小白菜產量在3168～3369kg/667m2，優化施肥小白菜產量與常規施肥相比無顯著差異;相比優化施肥處理，T10、T20、T30處理的小白菜產量均無明顯變化。

2.2 不同處理下蔬菜氮肥利用率

經計算，小白菜氮肥利用率在30.1%～35.2%，不同處理下小白菜氮肥利用率見表2。優化施肥及化肥氮有機替代相比常規施肥處理的氮肥利用率無明顯差異。結果表明，化肥氮減量及有機氮替代對小白菜氮素吸收量及氮肥利用率無明顯影響。

2.3 優化施肥情況下N2O減排潛力

在13.33hm2試驗示范區推廣優化施肥模式，該區域減少N2O排放5.01kg。根據《廣州市白云區2017年度統計年鑒》，2017年廣州市白云區蔬菜播種面積為40212.27hm2，即在全區蔬菜種植中推廣優化施肥模式，全區將減少15.11t N2O排放。其中減少N2O直接排放12.29t，占總減排量的81.34%，間接減排量占總減排量的18.66%，間接減排量中，淋溶徑流產生的減排量為大雨揮發沉淀產生的減排量。

2.4 討論

在蔬菜種植過程中，化肥的過量使用、有機肥用量不足、化肥氮磷鉀比例和有機無機養分比例失調是蔬菜施肥管理的主要問題。通過優化施肥，有效提高蔬菜對肥料的利用效率。小區試驗表明，在保證蔬菜產量的基礎上，相比習慣施肥，優化施肥處理化肥減量35%，說明養分優化減施有利于葉菜生長及產量穩定。與習慣施肥相比，有機肥代替化肥10%～30%，降低化肥投入量38%～44%，小白菜產量無顯著變化，即化肥優化減施條件下，有機肥替代部分化肥有利于進一步降低化肥投入量，說明在廣州市白云區蔬菜種植過程中化肥優化減施潛力較大。

在本試驗研究中，優化施肥處理的氮肥利用率與習慣施肥處理相比，有一定程度的提高;不同比例有機肥替代氮肥處理相對于優化施肥處理，氮肥利用率有所下降，甚至低于習慣施肥處理，這可能與試驗周期短、有機肥相比化肥養分釋放慢等因素有關。氮肥利用率不但受土壤現有肥力、耕作管理及作物條件等影響，而且還與氮肥施用量、作物產量密切相關。

相比習慣施肥，優化施肥模式能夠有效地提高種植過程的氮肥利用效率，減少由于氮肥施用而引起的農田N2O排放。依據不同地區土壤肥力水平差異，葉菜類蔬菜氮磷鉀養分（N∶P2O5∶K2O）推薦施用比例為1∶0.11～0.53∶0.37～1.29。由于廣州市白云區小白菜種植密度較大，產量較高，長期以來農業種植習慣，對土壤進行了一定取向性的改變，土壤中營養元素的配比與作物生長所需的相差較大時，將影響作物對營養元素的吸收，特別是氮肥，所以習慣施肥相較于優化施肥，在獲得相同產量的情況下，氮肥盈余較多。近年來，隨著耕作水平、種植管理理念的改變，廣州市白云區葉菜類蔬菜種植氮肥利用效率較高，有機肥替代效果較為緩慢。

農戶習慣施肥模式下，每茬葉菜生產中化肥和有機肥的支出費用在108～128元。按照蔬菜產量不降低的評價標準，與農戶習慣施肥模式相比，化肥最佳用量處理所用化肥分別為尿素、磷酸二銨和氯化鉀，當前市場價格分別為2000元/t、3800元/t和2500元/t，施用量分別為N 9.5kg/667m2、P2O53.0kg/667m2、K2O8.0kg/667m2，總支出費用為90.71元/（667m2茬）（扣除磷酸二氫胺中氮用量），與農戶習慣施肥中挪威復合肥養分投入量相比，每667m2每茬共降低養分投入量16%～29%，實現農戶保產增收的目的。

3 結論

在廣州市白云區推廣蔬菜優化肥減量施肥技術，有利于增強蔬菜種植戶對減量施肥技術的認識，提高農戶科學種菜意識和素質。同時，采用減量施肥技術較農戶習慣施肥技術能保證蔬菜產量不降低的情況下，減少35%肥料投入，節約農戶投入成本16%～29%，增加農戶的收益。減量施肥技術的應用改變種植戶的傳統施肥觀念，使養分配比更加合理，更加符合蔬菜生長對養分的需求，有效減少菜地養分的損失，提高了蔬菜養分利用效率。廣州市白云區蔬菜種植如能夠全面推廣蔬菜化肥減量施肥技術，將有效減少15.11t N2O排放，促進生態環境的保護環境及菜地的可持續利用。

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（責任編輯 賈燦）