蔬菜化肥減量增效技術途徑
——以重慶為例

梁 濤，王 帥，廖敦秀，李紅梅，趙敬坤，陳 媛，聶 銘，陳新平，王孝忠*

（1.重慶市農業科學院，重慶 401329；2.重慶市農業技術推廣總站，重慶 401120；3.西南大學資源環境學院，重慶 400716）

自2005年實施測土配方施肥以來，我國三大主糧化肥利用率提高了7.2%，到2017年，中國農業每年化肥使用量持續增加［1］，以蔬菜等經濟作物種植驅動的化肥用量增加是造成我國化肥用量居高不下的重要原因之一［2-3］。我國的蔬菜總產量占全世界蔬菜總產量的51%［4］，且每年還以1.1%的速度持續增長［5］，大部分蔬菜作物根系淺［6-7］，養分吸收能力弱，需肥量大，農戶為了追求蔬菜高產，不惜投入遠超蔬菜需求的化肥量［8］。我國單位面積蔬菜的單季總養分投入量是糧食作物的2倍［9］。津冀兩地設施蔬菜N、P2O5和K2O平均投入分別超出推薦量的2.5、10.4 和2.5倍［2］，蔬菜作物普遍化肥投入過量，肥料利用率相對較低，如露地和設施蔬菜氮肥利用率分別為25.9%和19.7%，肥料損失、浪費問題突出［10］。

隨著未來人口的日益增長，以及人們對健康膳食觀念的增強，蔬菜需求還將繼續增加，蔬菜生產系統帶來的如土壤酸化效應、水體富營養化效應、活性氮損失、溫室氣體排放等環境問題將更加嚴峻［11］。有機肥部分替代化肥，減少化肥投入，實施作物-土壤養分綜合管理，是實現農業綠色發展的重要途徑。然而由于蔬菜經濟價值高，單位產量（值）施肥成本低，農民對高化肥投入量敏感性低，對減產風險敏感，這給蔬菜化肥減量帶來較大困難。據測算有機肥替代化肥的潛力一般在10%～30%之間［12-13］，但是由于蔬菜品類過多，受氣候、土壤條件的影響，不同區域減肥潛力不同，有機肥替代化肥水平及其對蔬菜產量的影響也存在差異［13-14］。重慶市是我國西南地區施肥量較高的區域，蔬菜種植比例高，故本文以重慶為例，采用農戶調查和多點有機肥部分替代化肥試驗（示范），探究區域有機肥替代化肥水平及其對蔬菜產量的影響，為建立區域化肥減量技術標準和實現農業綠色發展提供技術依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

重慶市位于中國西南地區，四川盆地東部，長江上游，屬于亞熱帶季風濕潤氣候，年均溫17℃，無霜期250～275 d，年均降水1000～1350 mm，地區海拔175～2796 m，幅員面積8.24萬km2，重慶市山地多平地少（山地、丘陵、臺地和平壩分別占全市面積的75.3%、15.6%、5.3%和3.7%），人均耕地僅為0.075 hm2，且耕地以坡耕地為主。重慶市蔬菜種植面積為76.08萬hm2，占總農作物種植面積的21.1%，加工蔬菜在國內擁有較高的知名度。

1.2 蔬菜生產化肥投入調查

2016～2018年針對重慶市種植面積較大的4種蔬菜類型（榨菜、甘藍、鮮食辣椒和加工辣椒）開展調研，內容主要包括：蔬菜產量、肥料品種和（N、P2O5、K2O）用量、種植面積等。共調研石柱縣加工辣椒種植農戶160戶，武隆區甘藍種植農戶128戶，武隆區鮮食辣椒種植農戶142戶，涪陵榨菜種植農戶74戶。

不同蔬菜種類化肥投入量來源于重慶市農業技術推廣總站調查數據，調查內容由重慶市農業技術推廣總站和西南大學共同設計，各區縣農業技術推廣中心（站）負責調查，調查的內容主要包括：蔬菜品種、種植面積、肥料（N、P2O5、K2O）用量、產量、聯系方式等，共調查各類蔬菜種植戶469戶，涉及62種蔬菜品類，參考《中國蔬菜栽培學》［15］將調查蔬菜分為8個大類，分別為根菜類（n=50）、水生菜類（n=10）、茄果類（n=47）、瓜菜類（n=22）、甘藍白菜類（n=64）、綠葉菜類（n=139）、芥菜類（n=110）、薯芋類（n=27），其中甘藍、白菜的施肥和產量情況類似，本文將兩者歸為一類。

1.3 區組分析

參考Ye等［16］的區組分析方法，定量不同區組農戶施肥行為與作物產出的關系，將調研農戶分為4組：高產低肥組（產量高于平均，化肥投入低于平均）、高產高肥組（產量高于平均，化肥投入高于平均）、低產高肥組（產量低于平均，化肥投入高于平均）、低產低肥組（產量低于平均，化肥投入低于平均），以評估不同的區組農戶產投情況。

1.4 蔬菜有機肥部分替代化肥試驗示范

試驗示范設置兩個處理：農戶習慣施肥和有機肥部分替代化肥處理，習慣施肥按照種植大戶常年習慣施肥進行，根據當地土壤和蔬菜產量，有機肥替代化肥的比例水平為5%～35%。有機肥由當地農業技術推廣中心提供。根據其原料，參考《中國有機肥料養分志》［17］計算有機肥養分含量。記錄試驗化肥品種、用量、養分含量以及有機肥品種及用量。試驗示范處理面積不低于0.33 hm2。共完成試驗（示范）54個，包含根菜類、茄果類、瓜菜類等7類蔬菜。（表1）。

表1 蔬菜有機肥部分替代化肥試驗（示范）

1.5 數據分析與統計比較

文中蔬菜產量、肥料養分投入量采用Excel 2016計算，使用 Sigma 12.0軟件進行單因素方差分析，最小顯著性差異（LSD）法檢驗各組間的差異，以P＜0.05為差異顯著水平。

2 結果與分析

2.1 重慶化肥投入情況

通過計算重慶主要作物種類播種面積［18］和單位面積化肥用量［19］推算重慶主要作物類型化肥投入量和占比。結果表明，與2010年相比，重慶2017年蔬菜化肥投入占總化肥投入量的比例由23.0%增加至35.3%，通過蔬菜化肥投入增量除以總化肥投入增量計算蔬菜化肥投入增量對總化肥投入增量的貢獻率，可得2010～2017年重慶61.4%的化肥增量來源于蔬菜生產，而同期水稻、玉米、柑橘等作物化肥投入量占比均有所下降，如水稻化肥投入總量從2010年的15.2%下降至2017年的11.8%，玉米同期由16.4%降至9.3%（圖1）。其主要原因是重慶市傳統糧油作物種植面積降低和多年在糧油作物上開展的測土配方施肥，其化肥施用面積和單位面積施用量雙雙下降，造成糧食作物化肥投入占比顯著下降。而2010～2017年，柑橘種植面積和單位面積化肥投入雖然相對穩定，但2017年化肥總用量顯著高于2010年，導致柑橘化肥投入占比相對下降。由此分析，蔬菜生產是造成重慶高化肥投入最主要的因素，且隨著重慶人口的增長和人民生活水平的提高，還有進一步增加的趨勢。

重慶469個蔬菜種植戶調查結果（圖2）顯示，瓜菜類和茄果類菜單位面積化肥總投入量最高，分別為603.6和561.4 kg·hm-2，這與其多次采收、生長周期長、施肥次數較多有關；其次甘藍白菜類和綠葉菜類分別為543.4和507.9 kg·hm-2，根菜類、水生菜和薯芋類菜施肥量最低，分別是387.9、384.0和123.0 kg·hm-2。

從肥料種類來看，以榨菜為主的芥菜類氮肥投入量最高（268.5 kg·hm-2），其次為甘藍白菜類（253.8 kg·hm-2），瓜菜類（240.7 kg·hm-2），茄果類（224.1 kg·hm-2），綠 葉 菜 類（216.9 kg·hm-2）。磷肥用量較高的為茄果類（151.9 kg·hm-2）、綠葉菜類（144.1 kg·hm-2）、甘藍白菜類（139.6 kg·hm-2），其次是根菜類（100.9 kg·hm-2），水生菜類（91.4 kg·hm-2）和芥菜類（83.0 kg·hm-2），薯芋類（35.1 kg·hm-2）最低。瓜菜類和茄果類鉀肥用量最高，分別達到218.8和185.4 kg·hm-2，而薯芋類、水生菜類、根菜類最低，這可能是鉀肥單價較高，農民更愿意將高價格肥料用于經濟價值較高的蔬菜種類。

2.2 蔬菜化肥減量及有機肥替代潛力

由于不同農戶間肥料投入差異大，基于產量和化肥投入的區組分析可以用于優勢農戶評估節肥和增產的潛力，進而指導區域綠色發展。重慶市4種主要蔬菜種類種植農戶區組分析（圖3）顯示，優勢農戶（高產低肥組）能夠施用較低用量化肥取得較高的產量，該組農戶種植的甘藍（鮮食）、辣椒（鮮食）、榨菜（加工）和辣椒（加工）化肥用 量 分 別 是402、355、281和495 kg·hm-2，分別比相應蔬菜種類所有調查農戶平均化肥用量低48.7%、37.4%、32.0%、28.3%，但其產量分別為66.9、38.7、42.1和12.9 t·hm-2，分別比相應蔬菜種類所有調查農戶平均產量高25.5%、29.4%、16.0%和11.0%。這說明通過優化田間管理，特別是施肥管理可以顯著提高農戶生產效率和肥料利用率。

在番茄、黃瓜、榨菜等25個高施肥量蔬菜品種上開展的54個有機肥替代化肥試驗示范結果（圖4）顯示，與習慣施肥相比，有機肥替代化肥可以顯著提高蔬菜產量14.7%，同時每公頃化肥投入減少88.0 kg·hm-2，減量17.3%，其中氮肥、磷肥和鉀肥用量分別降低27.3%、43.6%、17.2%，磷肥減量幅度高于氮肥和鉀肥。由于有機肥投入的增加，有機碳顯著增加681.6 kg·hm-2，有機替代處理有機肥總養分投入增加養分47.2 kg·hm-2，其中氮、磷和鉀養分分別增加25.2、9.6、12.1 kg·hm-2。以上結果表明，在蔬菜種植中有機肥替代化肥可以減少化肥用量和總養分投入，同時顯著增加作物產量。

3 討論

十九大報告指出，在農業上要實施鄉村振興戰略，必須以綠色發展為引領。而農業區域綠色發展必須實現合理高產、資源投入高效和低環境代價［9］。蔬菜生產系統是導致重慶市化肥高投入最主要的原因。同時重慶地區蔬菜種植具有復種指數高，區域降水量大、菜地坡度高等自然環境特征，使得高化肥投入的蔬菜生產系統成為區域面源污染的主要來源，給重慶地表水和三峽水庫造成較大的環境壓力，蔬菜化肥減量增效應成為重慶實施農業綠色發展的主要目標。

3.1 蔬菜化肥投入與減量潛力

重慶地區化肥用量高。重慶469個蔬菜種植戶調查結果顯示，重慶蔬菜化肥總用量平均為502.7 kg·hm-2（123～603 kg·hm-2），化肥氮、磷、鉀用量分別為N 232.7 kg·hm-2，P2O5128.7 kg·hm-2，K2O 141.3 kg·hm-2，顯著高于糧食作物（315.3 kg·hm-2）［22］和蔬菜推薦用量［23］。如本文調查重慶甘藍白菜氮、磷和鉀施用量分別為N 253 kg·hm-2，P2O5139 kg·hm-2，K2O 150 kg·hm-2，而按照農業部春季主要農作物科學施肥指導意見［23］，重慶甘藍平均產量水平為（4500～5500 kg·hm-2），推薦量為N 210 kg·hm-2，P2O575 kg·hm-2，K2O 135 kg·hm-2，重慶甘藍化肥投入量高于推薦量，尤其是磷肥投入量，遠超推薦量。同時，本文調查的重慶蔬菜施肥量與黃紹文等［24］在西南地區蔬菜調查量相比，化肥用量偏低，這可能是由于后者調查對象主要是茄果類、瓜菜類和甘藍白菜類等高施肥量蔬菜種類，且西南地區樣本量（144個）相對較少，再加上西南五省間的土壤和氣候條件差異較大，未能充分體現重慶蔬菜化肥投入的情況。

重慶蔬菜系統化肥減量潛力大，本文通過區組分析顯示，重慶甘藍、鮮食辣椒、榨菜和加工辣椒高產低肥區組與農戶平均水平相比，化肥投入比平均低28.3%～48.7%，產量比平均水平高11.0%～25.5%。此減量潛力低于黃紹文等［24］估算的我國蔬菜化肥減量潛力（34.8%～76.8%），這與其調查的基準施肥量較高有關。

3.2 有機肥部分替代對重慶化肥減施潛力的影響

有機肥部分替代化肥是我國控制化肥用量，提高養分資源利用率，改善土壤質量的主要途徑［13，25-26］。已有研究表明，增加有機肥投入還可以顯著增加蔬菜產量，提高蔬菜品質［26-28］。本文54個試驗示范結果表明，蔬菜化肥投入每公頃減少88.0 kg·hm-2，減量17.3%，有機肥養分投入增加養分7.2 kg·hm-2，總養分量減少7.9%，可以顯著增加蔬菜產量14.7%。與任科宇等［26］研究結果一致。有機肥具有增產提質的原因可能是有機肥的施用直接增加了微量元素的投入［29］，同時有機肥中的有機碳可提高作物根系生物量及根系分泌物含量，進而提高土壤微生物生物量碳氮及土壤養分有效性［30］。研究表明，有機肥在蔬菜需氮量較少的早期會固定無機氮，生長后期促進有機氮礦化，從而提高白菜對氮的吸收，獲得增產［31］，有機肥的投入還可以改善土壤質量，通過提高土壤大團聚體比例和穩定性，以及微生物量和豐度，改善土壤質量，減少養分流失，增加作物的抗逆性［32-33］，這可能也是本文中有機肥替代在總體養分減少仍然能取得高產的主要原因。本研究采用單季多點方式，受土壤養分殘留影響較大，其對蔬菜產量和土壤的長期影響，還有待進一步研究。

4 結論

重慶蔬菜生產系統化肥用量高是重慶化肥用量較高的主要原因，重慶蔬菜生產系統具有較大的減肥潛力，尤其是多次采收和淺根系蔬菜。通過有機肥部分替代化肥可以降低化肥用量的同時顯著提高蔬菜產量。