氮肥用量對高寒地區白蘿卜產量與養分吸收利用的影響

魏全全,張 萌,顧小鳳,柳玲玲,芶久蘭*

(1.貴州省土壤肥料研究所,貴州 貴陽 550006;2.農業農村部 貴州耕地保育與農業環境科學觀測實驗站,貴州 貴陽 550006)

0 引言

【研究意義】白蘿卜(Raphanussativus)是我國重要的蔬菜作物,也是貴州省主栽的冷涼蔬菜作物之一,由于貴州地處高原,錯季蔬菜成為貴州蔬菜產業名牌,發展冷涼蔬菜白蘿卜產業對貴州推進實施鄉村振興戰略具有重要意義。氮既是農作物的重要限制養分因素[1-2],又是農田生態環境的主要污染因子[3],其合理施用是保障作物高產、養分高效及環境友好的重要措施。隨著貴州白蘿卜產業的快速發展,氮肥不合理施用導致白蘿卜產質量和氮肥利用效率降低,嚴重制約白蘿卜產業的發展。因此,探究合理的氮肥施用措施對保障白蘿卜促進養分吸收、提高產質量和改良土壤環境具有現實意義?！厩叭搜芯窟M展】合理施用氮肥可提高肥料利用效率,維持作物產量、品質。盧楊等[4]研究表明,當純氮施用量超過150 kg/hm2時,冀西北壩上旱地大白蘿卜的產量無顯著增加;王晴芳等[5]研究發現,施純氮量為120 kg/hm2是兼顧湖北恩施州白蘿卜產量和氮肥利用效率的最佳氮肥運籌方式;王雪等[6]研究表明,當純氮施用量為126 kg/hm2時,蘿卜干物質量優于其他施氮水平,適宜的氮素供應可有效協調冀西北蘿卜干物質的累積特征參數與源庫活性的關系;張佳佳等[7]研究認為,在保證蘿卜產量的基礎上,優化施肥量和施肥時期可有效提高肥料的利用率,降低氮素損失;范海燕等[8]研究表明,在滴灌條件下,露地白蘿卜的純氮適宜施用量為255 kg/hm2?！狙芯壳腥朦c】當前,優質、高產、高效的白蘿卜高效氮肥管理技術研究主要集中在中低海拔地區[4-10],有關高海拔地區冷涼蔬菜白蘿卜的高效氮肥管理技術研究鮮有報道。因此,有必要開展相關研究,明確其適宜施氮水平?！緮M解決的關鍵問題】探究不同氮肥用量對貴州高寒地區白蘿卜產量和養分吸收利用的影響,以期為高山冷涼蔬菜白蘿卜高產、養分高效利用的最佳氮肥管理栽培奠定理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在貴州省畢節市威寧縣草海鎮進行,地處104°10′7″E、26°53′5″N,海拔2 237 m,平均氣溫11℃,日照時間2 000 h,年平均降雨量900～1 000 mm。試驗田塊為冬閑田,供試土壤為灰泡土,pH 5.5,有機質40.8 g/kg,全氮2.53 g/kg,堿解氮133.6 mg/kg,有效磷20.9 mg/kg,速效鉀111.0 mg/kg。

1.2 試驗材料

1.2.1 烤煙 供試白蘿卜品種為地增寶2號,由北京東匯盛種業科技有限公司提供。

1.2.2 肥料 尿素(N 46%),由貴州赤天化股份有限公司生產;過磷酸鈣(P2O512%),由貴州黔天化生態肥業有限公司生產;硫酸鉀(K2O 50%),由國投新疆羅布泊鉀鹽有限責任公司生產。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗采用隨機區組排列,設5個處理(表1),以不施肥為對照(CK),3次重復。白蘿卜于2020年4月16日點播,小區面積21.6 m2(1.8 m/行×2壟×6 m),種植密度1.0 556×105株/hm2。磷(P2O5)和鉀(K2O)的用量均為150 kg/hm2,其中,60%氮肥、全部磷肥和鉀肥作基肥一次性施用,另外40%氮肥作追肥施用,于7月4日統一收獲。其他田間生產管理均采用當地農業技術推廣部門推薦的技術。

表1 不同處理的肥料施用量Table 1 Fertilizer application rate of different treatments kg/hm2

1.3.2 指標測定

1) 土壤理化性質。土壤樣品在作物種植前采集,按照“S”形土壤取樣法設置15個采樣點,采集0～20 cm土壤樣品,風干磨細過篩后裝入密封袋,參照鮑士旦[11]的方法測定土壤pH、有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀。

2) 生物量。于白蘿卜苗期(5月31日,播種后45 d)、肉質根形成期(6月13日,播種后58 d)、肉質根膨大期(6月27日,播種后72 d)和收獲期(7月4日,播種后79 d),各小區選取長勢一致、有代表性的植株4株,105℃下殺青30 min,60℃烘箱中烘至恒重,記錄干重,折算白蘿卜生物量。

3) 植株養分含量。于上述白蘿卜關鍵生育期,各小區分別選取長勢一致、有代表性植株4株,分為葉片和肉質根,105℃下殺青30 min,60℃烘箱中烘至恒重,磨碎混勻,參照鮑士旦[11]的方法測定N、P和K含量。

4) 產量。于白蘿卜收獲期,各處理實打實收,分別計產。相關參數的計算參照彭少兵等[12-14]的方法。

氮素農學效率AEN=(施氮區產量-對照區產量)/施氮量

氮素偏生產力PEPN=施氮區產量/施氮量

氮素吸收利用效率REN=(施氮區氮素總吸收量-對照區氮素總吸收量)/施氮量×100%

同理計算磷素和鉀素的農學效率、偏生產力及吸收利用效率,肥料投入按2020年尿素2.0元/kg、過磷酸鈣0.8元/kg、硫酸鉀3.0元/kg計算,其中,肥料成本不計入成本(種苗和勞動力均為農戶提供)。

1.4 數據統計與分析

采用Microsoft Excel 2007、SPSS 20.0和Origin 8.0對試驗數據進行統計分析與繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理白蘿卜的產量、產值及經濟效益

從表2看出,不同施肥處理白蘿卜的產量、產值及經濟效益不同。產量：白蘿卜產量為61 025～104 662 kg/hm2,以N180處理最高,CK最低,不同施肥處理較CK顯著提高23 914～43 637 kg/hm2,其中,N180處理與N120處理差異不顯著。產值：以2020年市價1.00元/kg算,白蘿卜產值為61 025～104 662元/hm2,以N180處理最高,CK最低,不同施肥處理較CK提高23 914～43 637元/hm2。經濟效益：白蘿卜經濟效益為61 025～101 980元/hm2,以N180處理最高,CK最低,不同施肥處理較CK提高22 014～40 955元/hm2。表明,合理施用氮肥能提高白蘿卜產量,增加產值和經濟效益,以N180處理最優,N120處理其次。

表2 不同處理白蘿卜的產量、產值及經濟效益Table 2 Yield,output value and economic benefit of white radish under different treatments

2.2 不同處理白蘿卜的生物量

由圖1可知,在同一生育時期,不同處理白蘿卜葉片和肉質根的生物量隨著施氮量的增加而增加,在相同施氮量情況下,白蘿卜葉片和肉質根生物量均隨生育期的延長而增加。葉片：苗期白蘿卜葉片生物量快速增加,為300.6～855.6 kg/hm2,依次為N180>N120>N60>N0>CK,各處理較CK顯著提高64.7%～184.6%,N120與N180處理差異不顯著;肉質根形成期和膨大期分別為1 093.6～1 875.6 kg/hm2和1 352.0～2 261.3 kg/hm2;肉質根膨大期后各處理生物量增速減緩,至收獲期為1 785.9～2 528.6 kg/hm2,依次為N120>N180>N60>N0>CK,各處理較CK顯著提高20.3%～41.8%,N60、N120與N180處理差異不顯著。肉質根：肉質根形成期,白蘿卜肉質根生物量快速增加,為961.5～1 868.1 kg/hm2,依次為N180>N120>N60>N0>CK,各處理較CK顯著提高8.2%～94.3%,N120與N180處理差異不顯著;膨大期為2 588.7～4 987.6 kg/hm2,各處理較CK顯著增加1 249.9～2 398.8 kg/hm2;肉質根膨大期后各處理生物量增速減緩,至收獲期為3 624.0～6 354.8 kg/hm2,依次為N180>N120>N60>N0>CK,各處理較CK顯著提高40.1%～75.4%,N120與N180處理差異不顯著。

注：不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05),下同。Note：Different lowercase letters indicate significance of difference at P<0.05 level.The same below.圖1 不同處理白蘿卜葉片和肉質根的生物量Fig.1 Leaf and fleshy root biomass of white radish under different treatments

2.3 不同處理白蘿卜的養分累積特征

從表3看出,在同一取樣時期,白蘿卜葉片和肉質根的氮、磷、鉀含量隨施氮量的增加而增加。苗期、肉質根形成期、肉質根膨大期和收獲期葉片的氮含量均以N180處理最大,分別為4.45%、3.56%、3.27%和2.98%;磷含量分別以N120、N180、N180和N180處理最大,分別為0.689%、0.563%、0.478%和0.436%;鉀均以N180處理最大,分別為5.45%、4.42%、3.72%和3.40%,且各施肥處理的氮、磷、鉀含量均顯著高于CK。肉質根形成期、肉質根膨大期和收獲期葉片的氮含量分別以N120、N180和N180處理最大,分別為2.87%、2.75%和2.57%;磷含量均以N180處理最大,分別為0.558%、0.461%和0.443%;鉀分別均以N180、N180和N120處理最大,分別為4.48%、4.27%和3.62%,且各施肥處理的氮、磷和鉀含量均顯著高于CK。在相同施氮量情況下,白蘿卜葉片和肉質根的氮、磷、鉀含量均隨著生育期的延長而降低,均依次為苗期>肉質根形成期>肉質根膨大期>收獲期。因此,種植白蘿卜必須保證生育早期有較充足的養分供應,以滿足后期生長對養分素的需求,從而獲得高產。

表3 不同處理白蘿卜的氮、磷和鉀含量Table 3 Nitrogen,phosphorus and potassium content of white radish under different treatments %

由圖2可知,不同處理白蘿卜的養分累積與生物量變化趨勢相似。在同一生育時期,白蘿卜葉片和肉質根的養分累積量隨施氮量增加而增加,在相同施氮量下,葉片和肉質根的養分累積量隨生育期的延長而增加。葉片：苗期白蘿卜的氮、磷和鉀累積量快速增加,均以N180處理最大,分別為38.14 kg/hm2、5.87 kg/hm2和46.69 kg/hm2,較CK顯著提高208.1%、231.6%和270.0%,N120與N180處理差異不顯著;肉質膨大期后,各處理氮、磷和鉀累積量增速減緩,至收獲期均以N180處理最大,分別為75.34 kg/hm2、11.04 kg/hm2和85.87 kg/hm2,較CK顯著提高76.5%、105.2%和89.6%,N120與N180處理差異不顯著。肉質根：肉質根形成期白蘿卜的氮、磷和鉀累積量快速增加,均以N180處理最大,分別為52.32 kg/hm2、10.40 kg/hm2和83.70 kg/hm2,較CK顯著提高128.6%、134.8%和127.8%,N120與N180處理差異不顯著;肉質膨大期后,各處理氮、磷和鉀累積量增速減緩,至收獲期均以N180處理最大,分別為163.51 kg/hm2、28.13 kg/hm2和229.42 kg/hm2,較CK顯著提高116.7%、100.5%和92.2%,N120與N180處理差異不顯著。

圖2 不同處理白蘿卜的養分累積量Fig.2 Nutrient accumulation of white radish under different treatments

2.4 不同處理白蘿卜的氮素利用效率

由表4看出,N60、N120、N180處理的白蘿卜氮素農學效率為109.57～159.25 kg/kg,以N120處理最高,N120與N60處理差異不顯著,較N180處理顯著提高45.34%;氮素偏生產力為581.46～1 574.62 kg/kg,以N60處理最高,N60分別較N120和N180處理顯著提高81.60%和170.80%;氮素吸收利用率39.44%～59.57%,以N60處理最高,N60與N120處理差異不顯著,較N180處理顯著提高51.04%。表明,隨著施氮量增加,氮素利用效率呈降低趨勢,氮素農學效率、偏生產力和吸收利用率均在N180處理達最低。

表4 不同處理白蘿卜的氮素利用效率 Table 4 Nitrogen utilization efficiency of white radish under different treatments

3 討論

貴州高寒地區的海拔較高,氣候冷涼,晝夜溫差較大,適宜冷涼反季節蔬菜生長,近年來白蘿卜等冷涼反季節蔬菜種植面積不斷擴大[15-16]。氮素是植株生長發育需求最大的營養元素之一,氮肥施用量與作物產量密切相關,適宜的氮素用量可有效提高作物產量及氮素利用效率,而高投入雖能在一定程度上提高作物產量,但會增加養分損失的可能性[17],威脅環境安全。研究結果表明,隨著施氮量的增加,白蘿卜產量和經濟效益呈增加趨勢,均以施用尿素N180處理達最大,分別為104 662 kg/hm2和101 980元/hm2,與盧楊等[4-10]在中低海拔地區的研究結果略有不同,可能是由于試驗地獨特的高寒氣候導致白蘿卜需肥與中低海拔地區不同,致使白蘿卜對氮磷鉀養分的累積量不同,導致白蘿卜產量存在差異。施用尿素N180處理白蘿卜的產量和經濟效益僅較施用尿素N120處理高612 kg/hm2和352元/hm2,其差異不顯著,可能是由于施氮量過高,加速氮肥流失,造成氮肥回收率和土壤殘留率下降,從而導致白蘿卜產量和經濟效益未顯著增加[18-19]。

偏生產力、農學效率和吸收利用率是表征肥料利用率的常用指標,其與產量、施肥量和土壤肥力水平關系最為密切[20]。農學效率(AE)指單位施肥量所增加的作物籽粒產量,是評價肥料增產效應較為準確的指標,也是農業生產中最關心的經濟指標之一;肥料偏生產力(PEP)指單位投入的肥料所能生產作物的產量,是反應土壤基礎養分水平和化肥施用量綜合效應的指標,在一定程度上反映生產一定產品需要付出的化肥代價,對施肥的宏觀決策有一定的指導意義;吸收利用率(RE)指作物對施入土壤中肥料的回收效率,反映作物對肥料的吸收狀況?，F代作物生產系統的氮肥農學效率、偏生產力和氮素吸收利用效率分別可達20～35 kg/kg、40～70 kg/kg和30%～50%[21]。研究結果表明,施用尿素N120處理白蘿卜的氮素農學效率、偏生產力和吸收利用率分別為159.25 kg/kg、867.08 kg/kg和56.45%,均顯著高于施用尿素N180處理,與盧楊等[4-10]的研究結果類似,可能的原因是施用尿素N180處理的氮素投入量過高會加速氮肥流失,造成氮肥回收率和土壤殘留率下降,未能有效提高白蘿卜產量和養分累積量。另外,試驗地的氮素基礎養分略高也是導致氮素吸收利用效率較低的原因之一。因此,應合理科學的施用氮素,以避免過量投入造成浪費。由于過于的追求經濟效益,菜農往往施用較多的化學肥料,忽略有機肥的科學合理投入,從而造成土壤中養分盈余過多,減肥潛力較大。在未來的研究中,要多注重白蘿卜等蔬菜減肥方面的研究,映襯在化肥“零增長”下,養分高效利用的發展目標[22-23],減少化肥施用量,提高肥料利用率。在國家“兩減”大背景下,如何做到化肥減施高效利用成為現代農業的發展目標,單純施用單質或復合肥很難提高肥料利用率,應配施有機肥、生物炭、秸稈等外源物料[24-25]和增效劑[26-27]以達化肥減施增效目的,同時應注重科學合理的耕作制度,防止白蘿卜連作和病蟲害現象的發生。

4 結論

綜合不同氮肥處理貴州高寒地區白蘿卜的經濟指標和養分吸收特征,以純氮施用量120 kg/hm2+純氮施用量150 kg/hm2+純氮施用量150 kg/hm2效果最佳,可有效提高氮素利用效率,降低氮素損失,同時保證較高的產量和經濟效益(104 050 kg/hm2和101 628 元/hm2),在實際生產中還應注重氮磷鉀的合理施用,以促進高山冷涼蔬菜白蘿卜產業的可持續發展。