不同施肥模式對菜田土壤理化性質及產量的影響

孫曉　姜學玲　楊劍超　陳康　 張占田　張廣和　崔玉明　江麗華　崔榮宗

摘要：為指導大田蔬菜合理施肥，設置7個不同的養分施用處理（習慣施肥、不施化學氮肥、優化施肥、純施化肥、 緩控氮肥、緩控氮肥減氮25%、有機替代25%氮肥）研究不同施肥對蔬菜經濟產量及土壤性質的影響。結果表明，純施化肥處理2季蔬菜經濟產量均最高，分別為196.03、14.10 t/hm2，優化施肥處理白菜季總生物量及經濟產量均較低，馬鈴薯季總生物量最低，但經濟產量并不低，反而高于習慣施肥處理及有機替代25%氮肥處理。白菜收獲指數顯著高于馬鈴薯，不同施肥模式下白菜的收獲指數差異不大，不施氮肥處理馬鈴薯收獲指數高達59.46%，顯著高于其他各處理，氮肥施用量最高的習慣施肥處理的馬鈴薯收獲指數僅為45.26%，顯著低于其他處理。不同施肥處理對土壤性質的影響不同，2季收獲后，不施氮肥處理的pH值均最高，氮肥施用量最高的處理pH值均最低。種植蔬菜后，除有機肥替代25%氮肥處理外，其他各處理土壤有機質含量均有所下降，且不施氮肥處理有機質含量下降要甚于純施化肥處理。綜上所述，化肥尤其是氮肥對菜田經濟產量及土壤性質的影響顯著;葉菜類蔬菜在一定施氮范圍內可提升經濟產量，而根莖類蔬菜，施氮尤其是過量施氮反而不利于產量的提升;氮肥對土壤有一定的酸化作用，但適量施用氮肥有利于土壤有機質得以保留;增施有機肥可緩解土壤有機質的損耗，提升土壤交換性能，有利于土壤質量的改善，故合理施用氮肥并配施有機肥對提高蔬菜經濟產量、改善土壤質量有重要意義。

關鍵詞：施肥模式;白菜;馬鈴薯;生物量;經濟產量;土壤性質;收獲指數;陽離子交換量

中圖分類號： S143;S634.306;S532.06文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）07-0169-05

蔬菜含有多種維生素和礦物質，人體必需的維生素C的90%和維生素A的60%來自蔬菜，對保障人體健康和提升生活品質有著重要作用。施肥是提升作物產量與品質的有效手段，大量試驗對肥料的培肥增產作用予以充分的肯定，對于高度集約化的蔬菜種植，肥料投入是普通大田作物的數倍甚至數十倍[1-3]。目前，我國蔬菜施肥尤其是氮肥施用量普遍偏高[4]，不僅造成土壤養分過量累積，降低化肥當季利用率，加劇蔬菜硝酸鹽含量超標風險[5]，不利于蔬菜產量增加和品質提升，并且可能帶來土壤板結、土壤酸化、溫室氣體排放加劇等環境問題[6]。由于施肥不合理導致的土壤養分不平衡已成為提高產量、改善營養品質、維系菜田可持續發展的限制因子，因此本研究以北方冬儲白菜輪作糧菜兩用馬鈴薯這2種北方常用蔬菜為研究對象，探討不同施肥處理對其產量及土壤基本理化性質的影響，揭示不同施肥模式對北方蔬菜產量的影響規律，為北方蔬菜尤其是膠東地區露地蔬菜種植提供基礎數據和科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于山東省煙臺市農業科學研究院試驗農場內（121°17′49″E、37°29′31″N，位于煙臺市福山區）進行，溫帶季風性氣候，四季分明，2017年全年降水量622.4 mm，年均溫13.5 ℃，日照時數2 558.6 h，無霜期234 d。供試土壤為棕壤，前茬作物為大蔥，試驗前表層土壤基本理化性狀為：pH值6.94、有機質含量15.03 g/kg、銨態氮含量14.87 mg/kg、硝態氮含量49.62 mg/kg、有效磷含量33.66 mg/kg、速效鉀含量33.90 mg/kg、陽離子交換量14.26 cmol/kg。

1.2 試驗設計與方法

試驗設7個處理，分別為習慣施肥（A）、不施化學氮肥（B）、優化施肥（C）、純施化肥（D）、 緩控氮肥（E）、緩控氮肥減氮25%（F）、有機肥替代25%氮肥（G），肥料具體施用情況詳見表1。供試肥料為磷酸氫二銨、尿素、鈣鎂磷肥、氯化鉀、包膜尿素及商品有機肥，馬鈴薯季所有肥料均一次性基施。白菜季有機肥全部基施，處理A中 30%氮肥、70%磷肥和30%鉀肥作為基肥，剩余肥料在蓮座期追施;處理E和處理F中所有肥料均一次性基施;其他處理中30%氮肥、70%磷肥和30%鉀肥作基肥，蓮座期追施40%氮肥、30%磷肥和40%鉀肥，結球初期追施剩余肥料?；┓柿先咳鍪?，追施肥料全部溝施。

每個處理設3次重復，隨機排列，每個小區50 m2，于2017年8月17日播種白菜，供試品種為87-114，起壟種植，每小區起8壟，株距40 cm，共定植168株，折合3.36萬株/hm2，正常田間管理，11月22日測產收獲;2018年3月19日種植馬鈴薯，供試品種為荷蘭3號，1壟雙行種植，每個小區起7壟，株距25 cm，正常田間管理，6月12日測產收獲。

1.3 測試項目及方法

每季收獲時，采集各個小區表層（0～20 cm）土樣，風干過篩后用于基本性質的測定，其中pH值用酸度計測得;銨態氮含量采用氯化鉀浸提-靛酚藍比色法測定;硝態氮含量采用氯化鉀浸提-紫外分光光度法測定[7];有效磷含量采用鹽酸-氟化銨浸提-鉬銻抗比色法測定;有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測得;陽離子交換量（CEC）采用乙酸銨交換法測定;交換性鹽基離子通過乙酸銨浸提-原子吸收分光光度計法測定[8]。此外，收獲時每個小區選取長勢均勻具有代表性的15株白菜或3個2 m長單壟樣方內的馬鈴薯，白菜逐株稱質量，馬鈴薯逐樣方稱質量，計算各處理經濟產量。

1.4 數據分析

采用Excel 2010和SPSS 19.0對數據進行處理與分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對2季蔬菜產量的影響

如表2所示，對白菜季而言，處理C的總生物量與經濟產量均最低;處理D的總生物量與經濟產量最高，其中總生物量顯著高于其他各處理，經濟產量顯著高于處理B、處理C、處理G，較其他處理增產不顯著;各處理經濟產量表現為處理E>處理F>處理B>處理C。對馬鈴薯季而言，受2季施肥的影響，各處理產量差異較白菜季更顯著，處理C的總生物量最高，顯著高于處理B及處理G，與其他處理差異不顯著;處理D的經濟產量最高，其次為處理C，兩者均顯著高于處理A，與其他處理差異不顯著;處理B的總生物量最低，但經濟產量并不低，反而高于處理A及處理G。習慣施肥處理下氮肥施用量最大，但經濟產量反而最低，這與其他學者的研究結果“過量施用氮肥并不利于馬鈴薯產量的提升”[9-11]一致。

由圖1可知，葉菜類白菜的收獲指數整體高于根莖類馬鈴薯，介于68.86%～72.35%之間，不同施肥模式下的白菜收獲指數差異不顯著。而不同施肥模式對馬鈴薯收獲指數的影響較大，處理B的地上生物量最低，而經濟產量僅略低，收獲指數高達59.46%，顯著高于其他各處理;而氮肥施用量最高的習慣施肥處理的馬鈴薯地上部生物量最高，但經濟產量和收獲指數均最低，其收獲指數僅為45.26%，顯著低于其他各處理;其他施肥處理下馬鈴薯的收獲指數介于49.71%～54.09%之間，彼此間差異不顯著。

2.2 不同施肥模式對土壤pH值和交換性能的影響

由圖2可知，試驗前表層土壤pH值為6.94，白菜收獲后除處理B的pH值維持不變，其他各處理均有不同程度下降，其中處理D的pH值最低，下降了[KG*8]0.34，處理A和處理E次之，處理G下降較少。

馬鈴薯季氮肥施用量相對較低，且受季節的影響，除了氮肥施用量最大的習慣施肥處理外，其他各處理pH值均高于或接近于原始pH值。2季蔬菜土壤處理B的pH值均最高，處理G次之，每季氮肥施用量最高的處理（白菜季的純施化肥處理和馬鈴薯季的習慣施肥處理）pH值均最低，可見化肥尤其是氮肥對土壤有一定的酸化效果。

土壤陽離子交換性能是指土壤溶液中的陽離子與土壤固相中的陽離子進行的交換作用，反映了土壤的緩沖性能，具有調節土壤溶液濃度，保證土壤溶液成分多樣性，維持土壤溶液“生理平衡”，保持各種養分免受雨水淋失等作用，陽離子交換量可作為評價土壤保肥能力的指標[8]。由圖3可知，整體而言，施肥處理僅進行了2季，各處理間陽離子交換量差異不顯著，但也呈現出一定的趨勢，主要表現為處理G除白菜季略低于處理F外，其余均最高;2季處理B的陽離子交換量略低于處理G，高于磷鉀施肥水平相當的處理C和處理D;相同施肥水平下緩控處理E 2季均高于施用常規尿素的處理C。由此可見，增施有機肥減施氮肥有助于提高土壤陽離子交換性能，增強土壤緩沖及保肥性能。

2.3 不同施肥模式對土壤有機質和無機氮含量的影響

如圖4所示，種植蔬菜后，土壤有機質含量整體呈下降趨勢，白菜季后除處理G的有機質含量較試驗前有提升外，其他各處理均有不同程度的下降;與白菜季相比，馬鈴薯收獲后處理G的有機質含量基本維持不變，處理B的有機質含量略有提升，其他各處理有機質含量持續下降，處理G的有機質含量顯著高于其他各處理。綜合2季數據，處理G有機肥施用量最大，土壤有機質含量均最高;與處理D相比，施用有機肥而不施氮肥的處理B土壤有機質含量反而更低。

如表3所示，除處理A與處理B外，白菜季氮肥施用量均高于馬鈴薯季，故整體而言白菜季土壤無機氮含量普遍高于馬鈴薯季。白菜季土壤銨態氮含量整體較穩定，而硝態氮含量差異較大，不施緩控肥的5個處理硝態氮含量均隨著氮肥施用量的增加而增加，處理D的硝態氮含量最高，2個緩控肥處理次之，均顯著高于其他施肥處理，這表明土壤硝化速率相對較快，未被蔬菜吸收利用的氮轉化為硝態氮并保留在土壤中;馬鈴薯季氮肥施用量相對較低，除施氮量最高的習慣施肥處理銨態氮含量顯著高于其他處理外，其他處理間差異不顯著。

2.4 2季菜田經濟產量與土壤性質之間的相關性

為進一步明確影響蔬菜產量的主導因子，為合理施肥提供理論依據，分別對2季蔬菜經濟產量及土壤性質進行了相關性分析。如表4、表5所示，對于葉菜類的白菜而言，經濟產量與無機氮含量呈極顯著正相關;而對于根莖類的馬鈴薯而言，經濟產量與無機氮含量呈顯著負相關，這表明氮肥對葉菜類蔬菜產量有顯著的提升效果，而對于根莖類蔬菜而言，過量施氮導致地上部徒長而不利于地下莖的生長，從而降低經濟產量。土壤pH值與無機氮含量尤其是硝態氮含量呈顯著或極顯著負相關關系，說明過量施用氮肥對土壤有顯著的酸化效應。土壤陽離子交換量與pH值存在極顯著正相關，說明提升土壤交換性能有助于抑制土壤酸化， 而陽離子交換量與土壤有機質含量呈顯著或極顯著正相關，這從側面也印證了有機肥的施用有助于提高土壤pH值，減緩酸化進程。

3 結論與討論

葉菜類蔬菜和根莖類蔬菜對肥料的需求有著顯著差異，以本試驗結果而言，白菜經濟產量與土壤無機氮含量呈極顯著正相關，這表明施氮在一定程度上可促進白菜植株生長并提升產量，尤其是純施化肥處理，產量顯著高于不施氮肥處理;施用氮肥后，馬鈴薯生物量顯著增加，但主要表現在地上部，經濟產量增加較小，且當季氮肥施用量最大的習慣施肥處理下經濟產量反而最低，經濟產量與土壤無機氮含量呈顯著負相關，這主要是由于氮肥具有協調莖葉與塊莖生長的作用，過量施氮會導致植株徒長貪青，生長中心無法適時轉移，進而降低經濟產量[12-13]?？傊?，施氮可促進白菜增產但不利于馬鈴薯增產，這與其他學者的研究結果[9-11]相一致。也有學者提出，過量施氮并不利于白菜的生長，曾彩霞研究發現，當氮肥施用量超過300 kg/hm2 時繼續增施氮肥，白菜的經濟產量反而有下降的趨勢[14]。在本次白菜季試驗中，2個緩釋氮肥處理產量較不施氮肥處理有較大的提升，且2個緩控施肥產量差異不大，優化施肥除氮肥外其他肥料用量與緩控氮肥處理一致，而其經濟產量則有大幅降低，甚至略低于不施化肥氮處理，表明在控制磷鉀肥不變的情況下，過量施用氮肥反而抑制白菜的生長，這與前人的研究結論[14]相一致。緩控施肥處理下2季蔬菜的經濟產量均稍低于純施化肥處理，馬鈴薯季略低于優化施肥處理，此外2季緩控施肥處理經濟產量均高于其他處理，且緩控處理下肥料減施對經濟產量的影響微乎其微，緩控施肥處理僅須施肥1次，無須追肥，從節省勞力、化肥減施的角度而言，施用緩控肥料是不錯的選擇。

2季蔬菜收獲后，2季均表現為氮肥施用量最高的處理pH值最低，可見過量施用化肥氮對土壤有一定的酸化影響;種植蔬菜后，土壤有機質減少，增施有機肥在一定程度上緩解了有機質的損耗，但施有機肥的不施氮處理有機質含量反而低于純施化肥處理，這是由于氮肥的施用一定程度上緩沖了作物對其他有效養分的耗竭性吸收利用程度，說明適量施用氮肥有利于土壤有機質的保留，這與楊瑞吉在油菜上所得的結論[15]相一致;有機替代25%氮肥處理下土壤陽離子交換量較大，增施氮肥土壤陽離子交換量有所下降;相關性分析發現，土壤無機氮含量是影響蔬菜經濟產量的重要因素，且與土壤pH值呈顯著或極顯著負相關;有機質含量與土壤交換性能呈顯著或極顯著正相關，土壤陽離子交換量與土壤pH值呈極顯著正相關，這也進一步驗證了合理施用氮肥并配施有機肥對提高蔬菜經濟產量、改善土壤質量有重要意義，然而本試驗尚無法準確給出氮肥的合理施用范圍，仍須進一步試驗加以研究。

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