海南典型稻菜輪作區和香蕉園氮磷盈余及土壤硝態氮累積

趙永鑒，張博飛，張翀，巨曉棠

海南典型稻菜輪作區和香蕉園氮磷盈余及土壤硝態氮累積

趙永鑒，張博飛，張翀，巨曉棠

海南大學熱帶農林學院，海口 570228

【目的】海南省是我國稻菜輪作和香蕉種植面積較大的省份，農戶投入的氮（N）和磷（P）肥遠超過了作物的養分需求，對海南生態環境可能造成不利影響。研究海南典型作物體系氮磷輸入、輸出、盈余及土壤硝態氮累積，為評價其養分損失及環境影響、提高養分管理水平提供科學依據。【方法】2021—2022年選取海南稻菜輪作和香蕉種植典型區域澄邁縣為研究區，確定20個稻菜輪作田塊和15個香蕉園。采用跟蹤記錄的方法獲取所有地塊的化肥施用量、有機肥施用量和秸稈還田方式及還田量等信息。采用跟蹤采樣的方法測定作物生物量及其養分含量。采用文獻調研的方法獲取研究區域土壤-作物體系養分沉降和生物固氮等其他來源數據。選取5個旱地香蕉園，采用土鉆法采集土壤并測定0—400 cm土壤剖面硝態氮累積量。【結果】海南典型稻菜輪作區氮肥和磷肥投入量分別為1 308 kg N·hm-2（化肥和有機肥分別為975和333 kg N·hm-2）和515 kg P·hm-2（化肥和有機肥分別為385 和130 kg P·hm-2），作物地上部吸氮量和吸磷量分別為248 kg N·hm-2和48 kg P·hm-2，稻菜輪作區氮素和磷素盈余分別為1 196 kg N·hm-2和484 kg P·hm-2。香蕉園氮肥和磷肥投入量分別為1 340 kg N·hm-2（化肥和有機肥分別為1 293和47 kg N·hm-2）和447 kg P·hm-2（化肥和有機肥分別為442和5 kg P·hm-2），香蕉地上部吸氮量和吸磷量分別為242 kg N·hm-2和23 kg P·hm-2，氮素和磷素盈余分別為1 271 kg N·hm-2和435 kg P·hm-2。香蕉園0—400 cm土壤剖面硝態氮累積量為1 131 kg N·hm-2。【結論】過量施用氮肥和磷肥，導致海南典型區土壤-作物體系存在大量的養分盈余，旱地土壤也累積了大量的硝態氮。海南以較大的養分損失和環境代價生產熱帶高值水果和蔬菜，未來必須優化農田養分管理措施以保障其生態環境安全。

稻菜輪作；香蕉園；氮磷盈余；硝態氮累積；海南省

0 引言

【研究意義】氮和磷均是植物生長發育不可缺少的元素，對作物產量和品質的提升起著關鍵作用[1]。絕大部分的氮磷以肥料的形式進入到農田生態系統中，為滿足日益增長人口的食物需求發揮著不可替代的作用。然而，氮磷肥料在農田的大量使用，已經改變地球系統的養分循環，導致了一系列的負面環境影響，如水體富營養化、大氣污染、土壤酸化和生物多樣性喪失等[2-5]。定量土壤-作物體系的氮磷投入、產出和盈余，有助于評價給定作物體系的養分管理是否合理，并提出提高養分管理的措施[6]。【前人研究進展】海南島是我國重要的冬季蔬菜和熱帶水果產地，對滿足全國城鎮居民冬季蔬菜和熱帶水果消費作出了重要貢獻。為了提高農產品產量，農戶投入了大量的肥料，如香蕉園的化學氮肥和磷肥投入量分別為900 kg N·hm-2和59 kg P·hm-2，且高于我國其他香蕉主產區的化學氮磷肥用量，這些氮磷肥的投入量也遠遠高于作物對氮磷養分的吸收量[7]。這些未能被作物吸收利用的氮磷養分會遷移到水體或揮發到大氣中，導致農業面源污染。海南農業生產主要分布在沿海的平原區，農業集約化種植帶來的活性氮磷排放直接面向近海水體，帶來了嚴峻的生態環境污染[8]。然而，目前缺乏對海南典型作物體系養分去向及其環境效應的評估，導致農業綠色發展缺乏科學依據，不利于海南建設“國家綠色發展先行區”。【本研究切入點】利用養分管理的指標體系，定量評價土壤-作物體系的養分輸入、輸出、盈余是改進農田養分管理的重要方法[9-10]。土壤剖面硝態氮累積也是評價氮素管理的重要指標。近年來，在硝化能力弱的酸性紅壤旱作農田土壤剖面發現了大量硝態氮累積[11]，而在強酸性的磚紅壤區域，硝態氮是否累積且累積量能夠達到多少并不明確。【擬解決的關鍵問題】本研究以海南省典型的種植體系，稻菜輪作和香蕉園為對象，定量其氮磷盈余和土壤剖面硝態氮累積，為評價海南典型作物體系養分損失及其環境風險、提高海南農田養分管理水平提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況及田塊選取

澄邁縣是海南省的農業大縣，是糧食和熱帶經濟作物的重要生產基地。農作物種類多，是海南稻、菜和香蕉的典型種植區域，水稻和香蕉產量分別占海南總產量的15%和27%[12]。選取海南澄邁縣金江鎮（19°44′42″N，110°1′24″E）和橋頭鎮（19°56′19″N，109°55′5″E）作為研究區域。該區域屬典型熱帶季風氣候，雨量充沛，日照充足。年均氣溫 24.27 ℃，年均日照時數 1 547.73 h，年均降雨量 1 630 mm[13]，地下水埋深為16—30 m[14]。土壤類型為磚紅壤，各田塊的土壤理化性質詳見圖6。

本研究選取澄邁縣金江鎮的20塊稻菜輪作農田，以及橋頭鎮的15個香蕉園進行農戶養分投入調研及跟蹤取樣（植物和土壤樣品采集），這些研究點均為海南典型稻菜輪作區或香蕉種植園，稻菜輪作種植年限約30年，香蕉種植年限為20—30年。同時采集了其中16塊辣椒田的植物樣品和5塊辣椒田的土壤樣品（養分投入調查為16塊），以及11塊水稻田植物樣品及其土壤樣品，15個香蕉園的植物和土壤樣品。

1.2 農戶養分投入情況調查

采用跟蹤記錄（取樣）方式獲取農戶養分投入情況。首先建立農田基礎信息庫，包括農戶姓名、聯系方式、作物體系、田塊位置、樣地照片、田塊面積、作物播種和收獲日期。再采用跟蹤記錄的方式，在關鍵生育時期調查化肥及有機肥投入量（包括氮、磷肥）、灌溉水量和播種量等。根據土壤墑情，香蕉園每3—10 d灌溉一次，溫度較高時新苗每2—3 d灌溉一次，老苗每5—7 d灌溉一次，每次灌水量10—15 mm；辣椒每5—10 d灌溉一次，溫度較高時3—5 d灌溉一次，每次灌水量10—15 mm。對于有機肥還田的田塊，還需要采集有機肥樣品，帶回實驗室測定其氮磷含量。化學氮肥（kg N·hm-2）和磷肥（kg P·hm-2）的投入量根據農戶化肥施用量和產品標識的養分含量計算。有機肥氮素和磷素的投入，根據有機肥施用量（鮮基）、含水量及氮素和磷素含量計算。有機肥氮素含量采用硫酸-水楊酸-催化劑消化-全自動凱式定氮儀法測定，磷素含量采用H2SO4-HNO3-釩鉬黃比色-紫外分光光度計法測定[15]。

1.3 跟蹤取樣

辣椒于2021年10月完成定植，12月收獲第一茬，于2022年4月初完成辣椒收獲。在辣椒結果后的每次收獲都進行辣椒果實采集，共收獲3次。在田塊選取有代表性的1 m×1 m=1 m2的微區，將微區內辣椒果實全部收獲，稱取鮮重。隨后取若干有代表性的辣椒果實小樣稱取鮮重，在70 ℃烘箱烘干至恒重并計算含水量，烘干后的樣品粉碎測定氮磷含量，用1 m2微區的辣椒果實鮮重、含水量和氮磷含量，折算每公頃辣椒果實的生物量和氮磷吸收量。最后一次收獲辣椒時，將1 m2微區的辣椒植株樣品分為莖、葉、果實分別測得鮮重，各器官取小樣后按照上述步驟計算生物量和氮磷吸收量，將各器官的生物量和氮磷吸收量相加即為地上部生物量和吸氮量。水稻于2022年4月底完成定植，在2022年8月初收獲。在田塊選取有代表性的1 m×1 m=1 m2微區，將微區內水稻全部收獲，稱取鮮重。隨后取若干株有代表性的小樣分為秸稈和籽粒兩部分，按照辣椒植株器官處理方法，計算得到水稻生物量和吸氮量。2022年7—9月為香蕉收獲季，完成收獲后砍掉老苗，保留新苗繼續生長。采樣時，于球莖處砍獲整株香蕉，將樣品分為假莖、果軸、果實和葉片四部分，取小樣后按照辣椒季植株器官的處理和計算方法，計算得到香蕉生物量和吸氮量。本研究辣椒和香蕉產量以收獲時的鮮重計，水稻產量以烘干重計。

辣椒、水稻和香蕉收獲后，分別在每塊農田采集3—5鉆0—100 cm土層（以20 cm為間隔）的土壤樣品，將全部土壤樣品帶回實驗室過篩，一部分在4 ℃冰箱冷藏儲存，在一周內用1 mol·L-1KCl浸提土壤后，采用流動分析儀（FUTURA，Alliance，France）測定銨態氮和硝態氮含量。另一部分土壤樣品在實驗室風干后儲存，用以測定pH、有機碳、全氮、速效磷和速效鉀。風干土壤pH采用電位計法測定，土壤有機碳通過重鉻酸鉀法測定，土壤全氮通過全自動凱氏定氮法測定，土壤速效磷通過NH4F-HCl浸提-紫外分光光度計測定，土壤速效鉀通過NH4OAc浸提，火焰光度計測定。

為了研究香蕉園剖面土壤硝態氮累積，香蕉收獲后，在5個香蕉園各采集1鉆0—400 cm土層（以20 cm為間隔）的土壤樣品，帶回實驗室4 ℃冷藏儲存，一周內浸提并測定土壤銨態氮和硝態氮含量。

1.4 文獻調研

氮沉降數據來自于國家氮沉降觀測網，首先采用華南地區的年氮沉降量作為研究區域的年氮沉降量，為33 kg N·hm-2·a-1[16]。再根據我國南方地區月氮沉降占年氮沉降量的比例[17]折算出研究區域的月氮沉降量，最后根據每個作物生育期的月份計算為生育期的氮沉降量。大氣磷沉降為1 kg P·hm-2·a-1[18-20]。水稻非共生固氮量為33 kg N·hm-2·a-1，香蕉、辣椒生物固氮量為15 kg N·hm-2·a-1[21]。

1.5 數據處理

1.5.1 氮磷盈余

氮素盈余（kg N·hm-2）=化肥氮+有機肥氮+氮沉降+生物固氮+秸稈還田氮-地上部吸氮量；

磷素盈余（kg P·hm-2）=化肥磷+有機肥磷+磷沉降+秸稈還田磷-地上部吸磷量。

秸稈還田的氮素和磷素輸入均為上一茬作物。香蕉葉片和假莖還田，辣椒和水稻均為莖和葉還田。

1.5.2 土壤硝態氮累積量 某一土層土壤硝態氮累積量的計算方法見公式1，將每一層次的土壤硝態氮累積量相加即為所有層次土壤剖面硝態氮累積量。

S = C×BD×d ? 10 （1）

式中，S為土壤硝態氮累積量（kg N·hm-2），C是土壤硝態氮含量（mg·kg-1），BD是土壤容重（g·cm-3），d是對應層次的土壤厚度（cm），10是單位換算系數。

數據整理和差異性分析，分別使用Microsoft Excel 2022和SPSS進行處理，圖表的繪制使用Origin 2023。

2 結果

2.1 肥料養分投入

不同農戶之間肥料養分投入存在較大的差異（圖1）。其中化肥氮是主要的肥料氮投入來源，在香蕉、辣椒和水稻季分別占肥料氮總投入的85%—100%、55%—100%和100%（圖1-a、1-b和1-c）。農戶僅施用少量的有機肥，且僅在香蕉和辣椒季投入。同氮素投入類似，化肥磷是香蕉園和稻菜輪作體系主要的肥料磷投入來源，在香蕉和辣椒季分別占肥料磷投入的97%—100%和58%—100%（圖1-d、1-e和1-f），且在辣椒田投入的有機肥較多，水稻季僅有一戶農田投入磷肥，其余91%的農田均沒有投入磷肥。

橫坐標為香蕉、辣椒和水稻田的農戶姓名縮寫，代表實地調研的農戶田塊。下同

2.2 作物產量和地上部養分吸收

圖2顯示，香蕉、辣椒和水稻的果實產量分別為44.15—78.62 t·hm-2（平均57.70 t·hm-2）、19.50—60.45 t·hm-2（平均39.21 t·hm-2）和4.18—9.04 t·hm-2（平均6.25 t·hm-2）。以上3種作物對應的秸稈產量分別為53.82—106.89 t·hm-2（平均78.40 t·hm-2）、1.69—5.02 t·hm-2（平均3.62 t·hm-2）和4.65—6.67 t·hm-2（平均5.63 t·hm-2）。

香蕉、辣椒和水稻的地上部吸氮量分別為171— 309 kg N·hm-2（平均242 kg N·hm-2）、85—138 kg N·hm-2（平均109 kg N·hm-2）和109—180 kg N·hm-2（平均135 kg N·hm-2）。作物各器官的吸氮量由高到低排列如下，香蕉：果實、葉片、假莖、果軸，辣椒：果實、葉片、莖，水稻：籽粒、莖、葉片。3種作物果實的吸氮量分別占地上部總吸氮量的45%、59%和65%（圖3-a、3-b和3-c）。

香蕉、辣椒和水稻的地上部吸磷量分別為16—40 kg P·hm-2（平均23 kg P·hm-2）、10—20 kg P·hm-2（平均15 kg P·hm-2）和26—43 kg P·hm-2（平均32 kgP·hm-2）。作物各器官的吸磷量由高到低排列如下，香蕉：果實、葉片、假莖、果軸，辣椒：果實、葉片、莖，水稻：籽粒、莖、葉片。3種作物果實的吸磷量分別占地上部總吸磷量的51%、69%和66%（圖3-d、3-e和3-f）。

圖2 香蕉、辣椒和水稻各器官產量

圖3 香蕉、辣椒和水稻各器官養分吸收量

2.3 不同作物體系養分盈余

過量氮素投入，使香蕉園和辣椒田產生了大量的氮素盈余。香蕉園和稻菜輪作體系的氮素盈余量相當，分別為538—2 286 kg N·hm-2（平均1 271 kg N·hm-2）和388—2 052 kg N·hm-2（平均1 196 kg N·hm-2），水稻田的氮素盈余僅為-25—141 kg N·hm-2（平均43 kg N·hm-2）（圖4）。香蕉園和辣椒田磷素盈余量分別為213—624 kg P·hm-2（平均435 kg P·hm-2）和150—827 kg P·hm-2（平均448 kg P·hm-2），并遠超過水稻田磷盈余的-19 kg P·hm-2。稻菜輪作體系磷盈余為130—803 kg P·hm-2（平均484 kg P·hm-2）（圖4）。

圖4 香蕉園、辣椒田和水稻田養分盈余

表1匯總了海南典型香蕉園和稻菜輪作體系氮素投入、產出和盈余。考慮大氣氮沉降、生物固氮以及秸稈還田氮后，香蕉、辣椒、水稻以及稻菜輪作體系總氮素投入量分別為1 513、1 127、178和1 444 kg N·hm-2，其中肥料氮（包括化肥和有機肥）分別占上述作物體系總氮素投入量的89%、94%、69%和91%。香蕉、辣椒、水稻和稻菜輪作體系的作物攜出氮分別占其總氮素輸入的16%、10%、76%和17%，遠低于氮素輸入量。上述各作物體系的氮素盈余量分別為 1 271、1 018、43和1 196 kg N·hm-2。

表2為海南典型香蕉園和稻菜輪作體系農戶常規管理的磷素投入、產出和盈余。考慮大氣磷沉降以及秸稈還田，香蕉、辣椒、水稻以及稻菜輪作體系總磷素投入量分別為458、463、13和532 kg P·hm-2，其中肥料磷（包括化肥和有機肥）分別占上述作物體系磷素總投入量的97%、97%、58%和97%。香蕉、辣椒、水稻和稻菜輪作體系的作物攜出磷分別為占其磷素總輸入的5%、3%、246%和9%，遠低于磷素輸入量。上述各作物體系的磷素盈余量分別為435、448、-19和484 kg P·hm-2。

表1 香蕉園和稻菜輪作氮素投入、產出及盈余

同行數據后不同小寫字母表示不同作物差異顯著（＜0.05）。下同

Different lowercase letters after the same row of data indicate significant differences between different crops (＜0.05). The same as below

表2 香蕉園和稻菜輪作磷素投入、產出及盈余

2.4 土壤無機氮累積及分布特征

與土壤硝態氮相比，土壤銨態氮含量和累積較低。香蕉、辣椒和水稻季收獲后0—100 cm土壤銨態氮累積量分別為58、45和31 kg N·hm-2（圖5-a和5-c）。香蕉園的土壤硝態氮累積量顯著高于稻菜輪作農田。香蕉、辣椒和水稻季0—100 cm土壤硝態氮累積量分別為108、43和8 kg N·hm-2（圖5-b和5-d）。香蕉園0—100、100—200、200—300、300—400 cm土層硝態氮累積量分別為104、286、357和385 kg N·hm-2（圖5-b）。在0—400 cm土壤剖面中，超過91%的硝態氮累積于100 cm以下的土層中，表明大量的硝態氮通過淋溶累積到了深層的土壤。

圖5 香蕉園、辣椒田和水稻田土壤剖面無機氮累積量

2.5 土壤基礎理化性質

香蕉和辣椒收獲后，耕層土壤（0—20 cm）有機碳和全氮含量均高于水稻收獲后，且香蕉園耕層土壤有機碳（12.08 g·kg-1）和全氮（1.16 g·kg-1）含量顯著高于水稻田（分別為9.29和0.87 g·kg-1）（＜0.05）。香蕉園耕層土壤速效磷（38 mg·kg-1）顯著低于辣椒田和水稻田（126—143 mg·kg-1）（＜0.05），但香蕉園耕層速效鉀含量（148 mg·kg-1）顯著高于辣椒田（82 mg·kg-1）和水稻田（28 mg·kg-1）（＜0.05）（圖6），3種作物收獲后土壤pH無顯著性差異，為5.39—5.75。稻菜輪作體系作物收獲后，耕層以下（20—100 cm）的土壤養分含量（有機碳、全氮、速效磷和速效鉀），隨著土壤深度增加迅速降低，而香蕉園土壤養分含量隨著土壤深度增加緩慢降低（圖6）。

3 討論

3.1 海南典型稻菜輪作區和香蕉園養分盈余

海南典型稻菜輪作區和香蕉典型種植區域氮素盈余分別高達1 196和1 271 kg N·hm-2，稻菜體系的高氮素盈余幾乎全部來自于辣椒季，水稻季氮素盈余僅為43 kg N·hm-2（表1），相當于熱帶地區單季稻的合理氮素盈余[22]。而辣椒和香蕉氮素盈余遠遠高于國際推薦的合理氮素盈余（39—100 kg N·hm-2）[22]。從表1可以看出，辣椒和香蕉高的氮素盈余是由于高氮肥投入所導致。海南典型香蕉種植區域肥料氮施用量，是我國香蕉園肥料氮推薦施用量（900 kg N·hm-2）的1.5倍[7]，較高的氮素盈余導致的農業面源污染，可能是海南近海水域水質變差的重要原因之一[23]。本研究得到的海南典型稻菜輪作區和香蕉園氮素盈余，均高于洪秀楊等[24]報道的520和675 kg N·hm-2，可能是由于研究方法不同所導致。本研究采用跟蹤記錄的方式實時記載農戶氮肥用量，由于辣椒和香蕉整個生育期施肥次數較多（10次以上），跟蹤記錄比一次性調研更能準確地統計農戶肥料施用量。此外，本研究的作物養分含量通過實測得來，比采用文獻調研的方法[17]更能準確反映研究田塊作物的實際養分吸收量。

圖中水平線表示LSD0.05值。香蕉園樣本量為n=15，辣椒地樣本量為n=5，水稻田樣本量為n=11

本研究香蕉種植區域肥料磷施用量，是我國香蕉肥料磷推薦施用量（59 kg P·hm-2）的2倍以上[7]，肥料磷的過量投入也導致了磷素盈余較高，稻菜輪作和香蕉體系分別為484和435 kg N·hm-2，稻菜體系的高磷素盈余幾乎全部來自于辣椒季，水稻季磷素盈余為-19 kg P·hm-2（表2）。本研究的稻菜輪作和香蕉園磷素盈余，均高于洪秀楊等[24]報道的217和277 kg P·hm-2，可能是上述研究方法不同所導致。盡管目前缺乏可以參照的我國農田磷素盈余閾值，海南辣椒和香蕉的磷素盈余遠超過相應的磷肥推薦施用量，分別為13和65 kg P·hm-2[25]，磷素利用率也僅為3%和5%（表2）。此外，稻菜輪作和香蕉園耕層土壤速效磷含量超過了我國作物達到優化產量時的土壤有效磷閾值（11—21 mg·kg-1），及導致磷淋溶拐點出現的土壤有效磷閾值（40—90 mg·kg-1）[26]。海南稻菜輪作體系和香蕉園高的磷素盈余會導致磷向環境中遷移，加劇農業面源污染。

3.2 海南典型香蕉園深層土壤硝態氮累積

本研究發現海南典型香蕉園0—400 cm土壤剖面累積了大量的硝態氮（1 131 kg N·hm-2）（圖5），且硝態氮累積量隨著種植年限增加而增加（結果未展示）。土壤硝態氮累積在我國北方干旱，半干旱和半濕潤的堿性土壤中報道較多[27-29]。在我國南方濕潤氣候的酸性土壤，由于土壤硝化速率較低，且氮素隨徑流和反硝化損失較大，通常認為土壤剖面不易積累硝態氮。然而，YANG等[11]通過地質鉆孔取樣的方法，發現江西酸性紅壤典型旱地（果園和花生田）土壤剖面母質層（320—1 000 cm，平均536 cm）以上的土壤發生層累積了44—1 116 kg N·hm-2（平均431 kg N·hm-2）的硝態氮。本研究進一步證實了旱地酸性土壤能夠累積大量的硝態氮，其機制可能是酸性土壤被農業利用后顯著增強了自養硝化速率，而硝態氮同化速率降低，破壞了酸性區域自然土壤所具有的保氮能力[30]，此外，低pH刺激土壤異養硝化的發生可能是酸性土壤累積硝態氮的另一個機制[31]。旱地土壤有機質含量一般較低，且通氣性較好，這部分累積的土壤硝態氮很難通過反硝化作用去除，對地下水質量產生嚴重威脅[27]。因此，我們推薦采用合理施氮量，從源頭上減少土壤過量的硝態氮積累及其環境風險[32]。

3.3 減少海南作物體系養分損失及其環境風險的途徑

過量的氮磷盈余會導致土壤酸化、地下水污染、作物減產和農產品品質下降等問題[2-5,33-34]，而過低的氮磷盈余可能會導致土壤養分虧缺，因此，氮磷盈余必須控制在合理的范圍內[22]。海南農業生產主要分布在沿海的平原區，農業集約化種植帶來的養分損失直接面向近海水體，威脅生態環境安全。據報道，海南島19個近海水域監測點中，有6個監測點的水體總溶解氮超過國家水質Ⅲ類飲用水標準[8]。因此，發展熱帶特色高值農業和保護自貿港生態環境，是海南農業發展面臨的雙重挑戰。目前，熱帶地區作物體系氮磷去向及其環境效應的研究相對薄弱，本研究通過評估海南典型作物體系氮磷平衡及土壤硝態氮積累，為評價熱區作物生產的環境代價及提高養分管理提供依據。未來減少熱帶地區作物體系養分損失及其環境風險可通過以下途徑：（1）采用基于4R Plus（正確的肥料用量，時間，種類和位置，并配合施用長效有機肥）的養分綜合管理技術[35]，4R Plus比4R強調了有機-無機養分的配施，這對于發展熱帶高值水果和蔬菜等作物尤為重要；（2）通過土壤酸性改良協同有機質提升，提高土壤對養分的保持能力及作物對養分的吸收利用；（3）采用水肥一體化技術施肥和灌溉，提高養分和水分利用率。

4 結論

本研究通過跟蹤記錄和取樣的方式，定量了海南典型稻菜輪作區和香蕉園氮磷投入、產出和盈余，以及旱地香蕉園土壤剖面硝態氮累積狀況。稻菜輪作體系氮素和磷素盈余分別為1 196 kg N·hm-2和484 kg P·hm-2。香蕉園氮素和磷素盈余分別為1 271 kg N·hm-2和435 kg P·hm-2，且0—400 cm土層累積了1 131 kg N·hm-2硝態氮。海南以較大的養分盈余和環境代價生產熱帶高值水果和蔬菜，未來必須優化農田養分管理措施等以保障其生態環境安全。

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Nitrogen and Phosphorus Surplus and Soil Nitrate Nitrogen Accumulation in Typical Rice-Vegetable Rotation and Banana Garden in Hainan

ZHAO YongJian, ZHANG BoFei, ZHANG Chong, JU XiaoTang

College of Tropical Agriculture and Forestry, Hainan University, Haikou 570228

【Objective】Hainan is the province with a large area of rice-vegetable rotation and banana cultivation in China, but the nitrogen (N) and phosphorus (P) fertilizers input by farmers far exceed the nutrient requirements of crops, which may have a negative impact on Hainan’s ecological environment. The aim of this study was to investigate the N and P surpluses, and soil nitrate accumulation in typical cropping systems in Hainan, thus to provide scientific basis for evaluating nutrient losses and their impacts and achieving sustainable nutrient management. 【Method】In 2021-2022, a typical area for rice-vegetable rotation and banana cultivation in Chengmai, Hainan, was selected as the research area and 20 rice-vegetable rotation plots and 15 banana orchards were identified. The information of chemical and organic fertilizer application, straw returning method and amount of above fields were obtained by real-time record of farmers’ agricultural activities, crop biomass and the nutrient content were determined at crop harvest, and other nutrient input include nutrient deposition and biological N fixation were obtained by literature survey. Five banana orchards were selected and soil was collected by soil auger method and nitrate N accumulation was measured in the 0-400 cm soil profile.【Result】The N and P fertilizer inputs to the rice-vegetable rotation were 1 308 kg N·hm-2(975 kg N·hm-2of chemical and 333 kg N·hm-2of organic fertilizer) and 515 kg P·hm-2(385 kg P·hm-2of chemical and 130 kg P·hm-2of organic fertilizer); the aboveground N and P uptake of the crop were 248 kg N·hm-2and 48 kg P·hm-2; the surplus of N and P in rice and vegetable rotation was 1 196 kg N·hm-2and 484 kg P·hm-2. The N and P fertilizer inputs to banana orchards were 1 340 kg N·hm-2(1 293 kg N·hm-2of chemical and 47 kg N·hm-2of organic fertilizer) and 447 kg P·hm-2(442 kg P·hm-2of chemical and 5 kg P·hm-2of organic fertilizer); the aboveground N and P uptake were 242 kg N·hm-2and 23 kg P·hm-2; the banana N and P surpluses were 1 271 kg N·hm-2and 435 kg P·hm-2. The nitrate-N accumulation in the 0-400 cm soil profile of banana orchards was 1 131 kg N·hm-2. 【Conclusion】Excessive application of N and P fertilizers has led to the large nutrient surplus in typical soil-crop systems in Hainan, and large amount of nitrate-N has accumulated in banana orchard in the deep soil layer. Hainan produces typical high-value fruit and vegetables at the cost of large nutrient losses and negative environmental impacts, optimized nutrient management should be implemented to ensure its environmental safety.

rice-vegetable rotation; banana orchard; nitrogen and phosphorus surpluses; nitrate nitrogen accumulation; Hainan Province

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.15.010

2023-03-03；

2023-05-11

海南省重點研發計劃（ZDYF2021XDNY184）、海南省重大科技計劃項目（ZDKJ2021008）、海南省自然科學基金（422RC597）、海南大學科研啟動經費（KYQD(ZR)-20098）

趙永鑒，E-mail：15225929980@163.com。通信作者張翀，E-mail：zhangchong@hainanu.edu.cn。通信作者巨曉棠，E-mail：juxt@cau.edu.cn

（責任編輯 李云霞）