不同施肥模式對華南典型紅壤菜地肥力與氮肥利用率的影響

摘要： 為篩選華南地區典型紅壤蔬菜地最佳施肥模式，提升肥料利用率與蔬菜產量，本研究依托典型紅壤蔬菜種植區定位試驗，設不施肥對照（CK）、常規單施化肥（CF）、測土配方施肥（TF）、有機肥替代15%化肥（MNPK15）、有機肥替代30%化肥（MNPK30）、有機肥替代15%化學氮肥（MN15）和有機肥替代30%化學氮肥（MN30）7個處理，系統研究不同有機無機肥配施模式及有機肥替代化學氮肥替代水平對紅壤菜地土壤理化性質、生菜產量及氮肥利用率的影響。經過連續4個生長季的施肥試驗，結果表明，與常規單施化肥處理相比，有機肥替代化肥特別是有機肥高比例（30%）替代化肥雖然能有效增加有機質（SOM）、堿解氮含量，但對土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量的提高作用不明顯。各施肥處理之間生菜產量差異不顯著，但均顯著高于不施肥對照；各施肥處理的氮肥表觀利用率（除MNPK30處理）與氮肥農學利用率差異不顯著， MNPK15處理氮素土壤依存率最低，顯著低于CF和MNPK30處理（Plt;0.05）。綜上所述，有機肥替代15%化肥（MNPK15處理）在提升土壤肥力，保持生菜養分吸收與生菜產量方面具有較大潛力。本研究結果對于改善研究區紅壤菜地土壤性狀，減少化肥使用量及緩解農業面源污染問題具有一定參考意義。

關鍵詞： 有機肥替代化肥；紅壤；菜地肥力；生菜；氮肥利用率

中圖分類號： S147 文獻標識碼： A 文章編號： 1000-4440（2023）03-0692-07

Effects of different fertilization patterns on red soil fertility and nitrogen use efficiency in typical vegetable fields in South China

ZHAO Yi1， CHEN Hai-bin1， DU Jian-jun1， SHI Xin-yu1， ZHANG Zhen-hua2， FAN Ru-qin1

（1.College of Resources and Environment， Zhongkai University of Agriculture and Engineering/Guangdong Engineering and Technology Center for Environmental Pollution Prevention and Control in Agricultural Producing Areas， Guangzhou 510225， China;2.Institute of Agricultural Sciences in the Coastal Distric of Jiangsu Province， Yancheng 224002， China）

Abstract： In order to screen the best fertilization mode in typical vegetable producing area in South China and improve fertilizer utilization rate and vegetable yield， seven fertilization treatments were comparatively studied， including no fertilization control （CK）， conventional chemical fertilizer application （CF）， soil testing and formula fertilization （TF）， organic fertilizer replacing 15% chemical chemical fertilizer （MNPK15）， organic fertilizer replacing 30% chemical chemical fertilizer （MNPK30）， organic fertilizer replacing 15% nitrogen fertilizer （MN15） and organic fertilizer replacing 30% nitrogen fertilizer （MN30）. The effects of different fertilization modes on soil physicochemical properties， lettuce yield and nitrogen use efficiency were systematically studied. The results showed that after continuous vegetable cultivation for four seasons， compared with CF treatment， organic fertilizer replacing treatments， especially the high replacing proportion （30%） treatments effectively increased contents of soil organic matter and alkali-hydrolyzable nitrogen， however， the effects on contents of soil total nitrogen， available phosphorus and available potassium were not significant. The difference of lettuce yield among fertilization treatments was not significant， but the lettuce yield under six fertilization treatments was significantly higher than that under CK. Except for MNPK30 treatment， there was no significant difference in the apparent nitrogen utilization rate and agronomic nitrogen utilization rate among the fertilization treatments. The nitrogen soil dependency rate under MNPK15 treatment was the lowest， which was significantly lower than that under CF and MNPK30 treatments （Plt;0.05）. In conclusion， organic fertilizer replacing 15% fertilizer treatment （MNPK15 treatment） had great potential in improving soil fertility， maintaining nutrient uptake and yield of lettuce. The results of this study have certain reference significance for improving the red soil properties of vegetable fields， reducing the use of chemical fertilizers and alleviating agricultural non-point source pollution in the study area.

Key words： organic fertilizer replacing chemical fertilizer；red soil;soil fertility of vegetable fields;；lettuce；nitrogen fertilizer utilization rate

中國農業面源污染問題日趨突出，化肥和農藥的濫用是面源污染的主要原因之一[1-2]。大量研究結果表明，合理施肥可以有效提高肥料利用率，在降低氮、磷流失和降低農業面源污染風險方面具有較大潛力[3]；施用有機肥處理的作物產量及品質顯著高于單施化肥處理[4-5]。研究結果證明，有機肥與化肥之間存在能促進作物生長的最佳組合比例，而該比例受各地區農田土壤肥力水平、肥料種類、施肥方法、氣候條件和作物種類等影響因子控制[6-7]。

為追求高產量和經濟效益，化肥過量施用在蔬菜種植區尤為普遍。黃紹文等[8]的研究結果表明，中國蔬菜栽培中N、P2O5和K2O各自總投入超量嚴重，在有機無機配施的模式下，蔬菜種植化肥減施潛力可高達50%以上。2018年中國蔬菜種植面積占農作物種植面積的12.3%，然而關于中國有機肥氮替代化肥氮施肥模式對蔬菜產量及經濟效益的研究不足，不同地區特定土壤、氣候和種植模式下最佳的施肥比例尚不明確。近年來，有研究結果表明，包心菜（結球甘藍）和小青菜（不結球白菜）在有機肥替代25%化學氮肥模式下產量最高，提高了氮肥利用率，達到了最佳的經濟效益[9]；對包菜（結球甘藍）和茄子[10]、小白菜（不結球白菜）和生菜（葉用萵苣）[11]等蔬菜種植的研究結果均表明合理比例的有機肥替代化肥能有效提高蔬菜品質與產量，降低氮、磷流失。華南地區復種指數高，紅壤菜地利用強度高，土壤酸化較為嚴重[12]；華南地區降雨量大、降雨強度高的自然環境特征，導致常年菜地系統成為化肥面源污染高風險區，耕地質量退化，威脅農產品安全[13]。生菜（葉用萵苣）是華南地區較受歡迎的蔬菜，近年來已成為華南地區主要栽培蔬菜，種植面積最大，具有多種營養價值，在市場上的需求量持續走高[14]。因此本研究擬以生菜為研究對象，依托華南紅壤地區典型的蔬菜生產基地，通過定位試驗綜合對比研究7種不同施肥模式下紅壤菜田土壤理化性質、生菜養分吸收及氮肥表觀利用率等的差異，確定最佳施肥方案，以期為研究區域地力提升、化肥減量增效與面源污染防控提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及試驗材料

試驗于2021年10月至2022年1月在廣東省梅州市五華縣安流鎮長江村（23°76′ N， 115°72′ E）進行，該地屬于典型的南亞熱帶季風氣候，年平均溫度為21.1～22.3 ℃，年平均日照為1 946.1 h，年降雨量為1 000～2 000 mm。試驗點位于蔬菜生產基地內，蔬菜種植歷史20年以上，土壤為典型紅壤。試驗前土壤理化性狀如下：pH 5.98、有機質含量 18.84 g/kg、全氮含量 1.14 g/kg、全磷含量 0.42 g/kg、全鉀含量 26.42 g/kg、堿解氮含量 94.49 mg/kg、速效磷含量 16.77 mg/kg、 速效鉀含量 85.56 mg/kg、陽離子交換量（CEC） 9.87 cmol/kg。當季供試蔬菜品種為生菜。肥料品種為：尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O5 12%）、氯化鉀（K2O 60%）、復合肥（N 15%、P2O5 15%、K2O 15%）、有機肥（N 1.10%、P2O5 0.63%、K2O 1.13%）。

1.2 試驗設計與測定方法

1.2.1 試驗設計 試驗設不施肥對照（CK）、常規單施化肥（CF）、測土配方施肥（TF）、有機肥替代15%化肥（MNPK15）、有機肥替代30%化肥（MNPK30）、有機肥替代15%化學氮肥（MN15）、有機肥替代30%化學氮肥（MN30）7個處理，每個處理設3個重復。MNPK15和MNPK30處理采用化學化肥減量配合有機肥施用，氮、磷、鉀養分的有機肥替代率為15%和30%；MN15和MN30處理采用化學氮肥減量配合有機肥施用，氮素的有機肥替代率為15%和30%，磷、鉀養分沒有替代。MNPK15、MN15處理有機肥施入量為2 044.4 kg/hm2，MNPK30、MN30處理有機肥施入量為4 088.9 kg/hm2；MNPK15、MNPK30有機肥替代化肥處理中磷、鉀用量扣除了有機肥帶入量，剩余部分以化肥補充，氮、磷、鉀總施用量與常規單施化肥處理一致，而MN15、MN30替代氮肥處理未扣除有機肥本身磷、鉀含量，化學磷、鉀肥施用量與測土配方施肥處理施用量一致。各施肥處理方案見表1。每個小區面積為20 m2，采用隨機區組方式分配各處理小區。結球生菜育苗后于4葉期進行移栽，移栽前土壤施基肥，行株距為30 cm×20 cm，移栽后10 d進行第1次追肥，移栽后25 d進行第2次追肥，第2次追肥后16 d收獲并測產。

1.2.2 樣品采集及測定方法 土壤樣品用“梅花形”5點采集。用土鉆取0～15 cm土層土壤樣品，除去可見動植物殘體和石子等雜質后，進行均勻混合處理。土壤理化性質指標測定在土壤樣品風干、過篩后進行。土壤pH值采用2.5∶1.0水土比（質量比），攪拌5 min后，靜置30 min直接用pH計測定。容重、土壤有機質（SOM）含量、全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量和陽離子交換量等具體測定方法參考《土壤農化分析》[15]。

生菜收獲后每個小區計算產量，隨機采集6株生菜樣品，稱鮮質量后，放入105 ℃干燥箱殺青0.5 h，80 ℃烘干至恒質量，稱干物質質量，磨細過60目篩后密封備用。測定生菜氮、磷、鉀養分含量及累積量[15]，并計算氮肥表觀利用率、氮肥農學利用率和氮素土壤依存率[6]。

氮肥表觀利用率=（施氮肥區作物總氮素吸收量-不施氮肥區作物總氮素吸收量）/氮肥施用量×100%；

氮肥農學利用率（kg/kg）=（施氮肥區作物產量-不施氮肥區作物產量）/氮肥施用量；

氮素土壤依存率=不施氮肥區作物總氮素吸收量/施氮肥區作物總氮素吸收量×100%。

1.2.3 數據統計與分析 用Excel 2016軟件進行試驗數據處理及圖表繪制，用SPSS 17.0軟件進行單因素方差分析，并利用LSD檢驗進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對土壤基本理化性質的影響

由表2可知，土壤酸堿度和容重在不同施肥處理間的差異均不顯著；MNPK30處理SOM含量最高（23.02 g/kg），較CF、TF處理顯著提高28.68%、21.41% （Plt;0.05），MNPK15處理與MN30處理間SOM含量差異不顯著；土壤全氮含量除CK外各處理間均無顯著差異；堿解氮含量表現為MN30gt;MNPK30gt;MN15gt;MNPK15gt;TFgt;CKgt;CF，MN30堿解氮含量（270.10 mg/kg）顯著高于其他處理 （Plt;0.05）；各施肥處理間，速效磷含量以TF處理最低，顯著低于其他施肥處理。速效鉀含量各施肥處理間差異不顯著。CEC以MNPK15處理最低，顯著低于MNPK30和MN15處理，與CF、TF、MN30處理差異不顯著?？梢?，有機肥替代化肥特別是有機肥高比例（30%）替代化肥雖然能有效增加SOM、堿解氮含量，但對土壤全氮含量、速效磷含量、速效鉀含量的提高作用不明顯。

2.2 不同施肥處理對生菜產量的影響

由圖1可知，所有施肥處理較不施肥對照（CK）均能有效提高生菜產量，不同施肥處理增產幅度不同。不同施肥處理生菜產量大小為MN15gt;MNPK15gt;TFgt;MN30gt;MNPK30gt;CFgt;CK。與CK相比，各施肥處理生菜產量增加9 230.43～16 780.46 kg/hm2，增幅高達74.60%～136.34%，各施肥處理間無顯著差異。TF、MNPK15、MN15處理產量增幅相似；MNPK30、MN30處理生菜產量低于MNPK15、MN15處理。

2.3 不同施肥處理對生菜氮、磷、鉀養分累積量及氮肥利用率的影響

由圖2可知，不同施肥處理生菜氮、磷、鉀累積量變化趨勢較為一致。與CK相比，各處理生菜養分累積量均顯著增加，其中MNPK15處理生菜氮、鉀累積量增加最為明顯，含量分別為38.10 kg/hm2、133.09 kg/hm2。有機肥替代各處理間差異不顯著。

由表3可知，生菜的氮肥農學利用率和氮肥表觀利用率均以MNPK15處理最高，分別為120.13 kg/kg和20.81%，但各施肥處理間氮肥農學利用率無顯著差異，而MNPK15處理氮肥表觀利用率顯著高于MNPK30處理（Plt;0.05）。MN15處理氮肥農學利用率和氮肥表觀利用率與MN30處理差異不顯著。在氮素土壤依存率方面，MNPK30處理高達28.81%，顯著高于其他處理 （Plt;0.05）， MN15處理與MN30處理間無顯著差異。

3 討論

3.1 不同施肥處理對土壤基本理化性質的影響

研究結果顯示，有機肥長期施用可以降低土壤容重、改善土壤結構[16]、促進養分吸收、提升土壤肥力[17-18]。本研究各處理間容重差異不顯著，可能與試驗周期相對較短有關（本研究為第4季），有機肥對容重的作用尚沒有顯現[19]。本試驗施用有機肥后，土壤pH值有所下降的原因可能是礦物氮在土壤有機肥分解過程中進行硝化反應，使土壤pH降低[20]，并且施用有機肥對土壤pH值的影響與土壤初始酸堿性也息息相關。同時土壤pH也與試驗周期長短有關，Zhong等[21]在酸性紅壤上進行了長達21年的研究，發現有機肥配施化肥可使土壤的pH值從5.36增加到5.85。本研究結果顯示，有機肥替代30%化肥處理（MNPK30）對SOM、堿解氮的改善效果較好，這與Cai等[22]進行的長達25年的定位試驗結果相似。有機肥本身SOM含量較高，有機肥替代處理直接增加了SOM的輸入。在作物生長過程中有機物料腐解后釋放出氮、磷、鉀等元素，促使微生物分解土壤中的有機物質[23-24]，從而提高土壤供肥能力[25-26]?？梢?，適量有機肥和無機肥共同施用可改善土壤基本理化性質，有利于培肥地力。由于本試驗時間較短，最有效的有機肥替代比例還需進一步驗證，且有機肥無機肥配施對土壤性質的影響機理則需更深入探究。

3.2 不同施肥處理對生菜產量的影響

有研究者指出，有機肥以適當比例配施化肥具有明顯增產效果[27]，可能是因為化肥與有機肥合理配施可通過提高作物光合能力，促進作物的生長發育[28]。本研究中不同施肥模式下生菜產量為：MN15gt;MNPK15gt;TFgt;MN30gt;MNPK30gt;CFgt;CK，各施肥處理的生菜產量均顯著大于不施肥對照，但各施肥處理間差異不顯著，這主要是由于合適比例的有機氮替代部分化肥氮能夠改善土壤中氮素的供應過程，使得土壤養分能夠平穩釋放所造成的結果[29]。其他研究結果也證明有機氮替代部分化肥氮可通過改善土壤中氮素供應保持蔬菜的產量[30-31]，與本試驗的研究結果一致。趙吉霞等[32]針對云南紅壤研究不同氮替代水平對玉米產量的影響試驗結果表明，玉米產量隨著替代比例的增加并沒有下降，與本試驗研究結果類似。說明適量的有機肥替代化肥能保持作物產量不下降。

3.3 不同施肥處理對生菜養分累積及氮肥利用率的影響

本研究發現，15%有機肥替代化肥處理在顯著降低（Plt;0.05）氮素土壤依存率的同時，減少了化肥用量。這與李太魁等[33]的研究結果一致。這是因為適量有機肥配施可以促進作物生長發育，促進作物吸收利用養分，減少化肥的使用量，進而提高化肥表觀利用率和農學利用率，降低化肥在土壤中的存留率[34]。有機肥替代15%化肥（MNPK15）處理氮素土壤依存率顯著低于有機肥替代30%化肥處理（MNPK30）（Plt;0.05），表明適量的有機替代能有效促進作物對養分的吸收利用。此外，郭龍等[35]在不同有機肥替代率對小麥減肥增效及減少麥田氮、磷流失的研究中發現，豬糞有機肥30%～50%的養分替代可以確保小麥高產穩產，同時有效降低麥田氮徑流流失量，提高養分利用率。綜合來看，本研究中有機肥替代15%化肥（MNPK15）和有機肥替代30%氮肥（MN30）處理在一定程度上減少了化肥施用，對于控制研究區域氮素流失污染環境的風險具有一定意義。

4 結論

本研究結果表明，有機肥以合理替代比例替代化肥不僅有助于研究區域堿解氮含量和SOM含量的提高，而且能保持生菜產量和養分的吸收。供試紅壤菜地上有機肥替代15%化肥的處理更有利于保持生菜產量，在減少化肥使用量的同時實現對氮的高效利用。因此，有機肥替代15%化肥處理可作為研究區域實現化肥減量增效、推進綠色種養循環農業的推薦施肥方式。

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（責任編輯：陳海霞）

收稿日期：2022-12-03

基金項目：廣東省重點領域研發計劃-精準農業項目（2020B0202080002）；廣東省現代農業產業技術體系農業資源環境創新團隊項目（2020KJ118）；國家自然科學基金項目（42177299）

作者簡介：趙 懿（1997-），女，云南楚雄人，碩士研究生，主要從事科學施肥和土壤改良方面的研究。（E-mail）zhaoyi12cwj520@163.com

通訊作者：范如芹 ，（E-mail）fanruqin2007@126.com