不同水肥模式下设施辣椒与土壤中氮和磷分布及其环境与经济效益.pdf

南 京 农 业 大 学 学 报 ，(): :/. :./. 收 稿 日 期: 基 金 项 目: 国 家 水 体 污 染 控 制 与 治 理 科 技 重 大 专 项() 作 者 简 介: 李 杏， 硕 士 研 究 生。 通 信 作 者: 李 学 德， 教 授， 研 究 方 向 为 环 境 污 染 化 学，-:.。 李 杏， 李 仁 杰， 汤 婕， 等. 不 同 水 肥 模 式 下 设 施 辣 椒 与 土 壤 中 氮 和 磷 分 布 及 其 环 境 与 经 济 效 益. 南 京 农 业 大 学 学 报，():. 不 同 水 肥 模 式 下 设 施 辣 椒 与 土 壤 中 氮 和 磷 分 布 及 其 环 境 与 经 济 效 益 李 杏 ， 李 仁 杰 ， 汤 婕 ， 戴 曹 培 ， 李 学 德 (. 安 徽 农 业 大 学 资 源 与 环 境 学 院/ 农 业 部 合 肥 农 业 环 境 科 学 观 测 实 验 站， 安 徽 合 肥； . 安 徽 农 业 大 学 农 学 院， 安 徽 合 肥) 摘 要: 目 的 筛 选 最 优 施 肥 模 式， 为 设 施 辣 椒 种 植 提 供 技 术 参 考。 方 法 以 设 施 辣 椒 为 研 究 对 象， 通 过 田 间 小 区 试 验， 研 究 了 种 不 同 水 肥 模 式( 处 理: 常 规 施 肥； 处 理: 优 化 减 除 草 剂； 处 理: 优 化 减 农 药； 处 理: 精 准 水 肥 一 体 化) 土 壤 中 以 及 辣 椒 果 实 和 植 株 中 氮、 磷 的 分 布， 并 探 讨 氮 肥 利 用 率 及 其 环 境 与 经 济 效 益。 结 果 氮、 磷 含 量 在 不 同 深 度 土 壤 呈 逐 层 递 减 的 趋 势。 随 着 施 肥 次 数 的 增 加， 氮、 磷 含 量 在 不 同 深 度 土 壤 中 不 断 积 累， 但 向 下 淋 溶 效 果 皆 不 明 显； 辣 椒 生 长 过 程 中， 处 理 辣 椒 果 实 中 氮、 磷 积 累 量 增 幅 较 其 他 组 处 理 高， 后 期 与 收 获 期 辣 椒 果 实 中 的 总 氮、 总 磷 含 量 也 显 著 高 于 其 他 组 处 理， 处 理 能 够 有 效 提 高 辣 椒 果 实 对 养 分 的 吸 收、 利 用 和 分 配。 处 理 辣 椒 产 量 显 著 高 于 其 他 组 处 理， 较 处 理、 和 分 别 增 加.、. 和.； 处 理 的 氮 肥 偏 生 产 力 显 著 高 于 其 他 组 处 理， 较 处 理、 和 分 别 增 加.、 . 和.。 处 理 的 产 投 比 最 高 可 达.， 较 处 理、 和 分 别 增 加.、. 和.， 可 带 来 最 佳 的 经 济 效 益； 处 理 和 在 辣 椒 生 长 前 期 温 室 气 体 排 放 通 量 相 对 较 高， 常 规 施 肥 模 式 下 有 可 能 带 来 温 室 效 应 的 环 境 风 险。 结 论 精 准 水 肥 一 体 化 处 理 的 环 境 与 经 济 效 益 最 佳。 关 键 词: 水 肥 模 式； 辣 椒； 氮； 磷； 氮 肥 偏 生 产 力； 环 境 与 经 济 效 益 中 图 分 类 号:.；. 文 献 标 志 码: 文 章 编 号:() ， ， ， ， ， (./ -，； .，) :. ()，() (:；:；:- ；:).， ， ，.， .()，() ， .，.，. ，. ( ) .，.，.，.-() .，.，.，. ，. ， .， .() . :； ； 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 近 年 来， 反 季 节 蔬 菜 需 求 越 来 越 大， 设 施 蔬 菜 栽 培 的 面 积 不 断 扩 大， 其 中 大 棚 蔬 菜 栽 培 占 有 较 大 比 例， 这 为 农 户 带 来 了 巨 大 的 经 济 效 益， 同 时 也 给 大 棚 蔬 菜 带 来 了 不 容 忽 视 的 土 壤 盐 渍 化 和 质 量 退 化 等 问 题。 其 中， 合 理 施 肥 是 蔬 菜 优 质 高 产 的 关 键， 但 在 广 大 菜 区 并 未 引 起 重 视 。 我 国 氮 肥 施 用 水 平 近 几 年 急 剧 上 升 。 目 前， 我 国 氮 肥 平 均 施 用 量 高 达 ， 已 经 远 远 高 出 发 达 国 家 的 施 肥 上 限 。 肥 料 的 不 合 理 投 入 导 致 土 壤 中 硝 态 氮 及 磷 素 富 集， 加 大 了 氮、 磷 淋 溶 及 流 失 的 风 险 ， 不 仅 降 低 了 生 产 效 益， 更 造 成 了 资 源 浪 费， 而 且 也 是 土 壤 退 化 的 主 要 原 因 之 一 。 辣 椒 是 我 国 重 要 的 蔬 菜 之 一， 其 栽 培 面 积 仅 次 于 白 菜 类 蔬 菜 。 设 施 蔬 菜 类 的 施 肥 技 术 也 在 不 断 改 进， 水 肥 一 体 化 技 术 作 为 将 灌 溉 与 施 肥 有 机 结 合 的 一 项 农 业 新 技 术 具 有 广 阔 的 发 展 前 景， 具 有 节 水、 节 肥、 减 少 农 药 用 量、 降 低 人 工 成 本、 提 高 作 物 品 质 与 产 量 以 及 改 善 土 壤 微 生 物 环 境 等 优 点 。 有 许 多 学 者 选 取 辣 椒 作 为 设 施 蔬 菜， 针 对 其 在 不 同 施 肥 水 平、 不 同 灌 溉 方 式 或 不 同 覆 盖 模 式 下 土 壤 中 氮、 磷 指 标 分 布 及 辣 椒 品 质 或 经 济 效 益 进 行 研 究， 如 韩 明 珠 等 研 究 了 不 同 施 氮 水 平 对 辣 椒 生 长 品 质 及 产 量 的 影 响， 王 丽 等 研 究 了 不 同 磷、 钾 肥 施 肥 量 对 辣 椒 生 长 与 产 量 的 影 响。 关 于 设 施 辣 椒 种 植 技 术 方 面 的 研 究 较 多， 但 将 环 境、 经 济 效 益 与 种 植 技 术 联 系 起 来 的 报 道 较 少。 本 试 验 选 取 设 施 辣 椒 为 研 究 对 象， 针 对 不 同 水 肥 模 式 下 土 壤 中 氮、 磷 含 量 的 分 布， 辣 椒 对 氮、 磷 的 利 用 率 以 及 环 境、 经 济 效 益 进 行 探 讨， 筛 选 最 优 施 肥 模 式， 为 设 施 辣 椒 种 植 提 供 技 术 参 考。 材 料 与 方 法 . 试 验 区 概 况 试 验 地 点 位 于 安 徽 省 合 肥 市 庐 江 县 郭 河 镇 安 徽 农 业 大 学 郭 河 现 代 农 业 科 技 园， 园 区 地 处 东 经， 北 纬。 土 壤 有 机 质 含 量. ， 值.， 土 壤 有 效 氮 含 量. ， 属 中 等 以 上， 耕 作 土 壤 速 效 磷 含 量. ， 速 效 钾 含 量 ， 属 中 等 水 平。 亚 热 带 湿 润 季 风 气 候， 年 平 均 气 温 左 右， 多 年 平 均 无 霜 期， 年 平 均 降 水 量。 辣 椒 品 种 为 薄 皮 号( 皖)， 由 安 徽 农 业 大 学 农 学 院 育 苗， 于 月 中 旬 播 种 后， 月 下 旬 移 栽 定 植， 苗 龄 约。 选 取 健 壮 的 辣 椒 苗 进 行 定 植， 株 高， 茎 杆 粗 壮， 节 间 短， 茎 粗.。 试 验 共 设 个 处 理( 表)， 每 个 处 理 个 重 复， 每 个 小 区 面 积 。 表 中 施 肥 量 为 基 肥 与 后 期 追 肥 总 量。 基 肥 于 起 垄 前 撒 施 有 机 肥( 菜 籽 饼). 、 复 合 肥( 洋 丰 硫 酸 钾 复 合 肥). 和 尿 素. 。 第 次 追 肥 于 月 下 旬 施 尿 素. ； 第 次 追 肥 于 月 下 旬 施 尿 素. ； 第 次 追 肥 于 月 下 旬 施 尿 素. 。 其 中， 处 理 施 肥 方 式 为 叶 面 喷 施， 处 理 施 肥 方 式 为 水 肥 一 体 化， 其 他 组 处 理 的 施 肥 方 式 为 撒 施。 表 试 验 设 计 处 理 名 称 灌 溉 方 式 除 草 方 式 施 肥 量/( ) 有 机 肥 尿 素 复 合 肥 常 规 施 肥 沟 漫 灌 化 学 除 草 . . . 优 化 减 除 草 剂 沟 漫 灌 中 耕 除 草 . . . 优 化 减 农 药 滴 灌 覆 膜 除 草 . . . 精 准 水 肥 一 体 化 滴 灌 覆 膜 除 草 . . .注: 有 机 肥 含.、 .、 .； 尿 素 含； 复 合 肥 中、 、 的 质 量 分 数 均 为。 :.， .， . . ， ， . . 样 品 采 集 与 处 理 分 别 于 年 月 日、 月 日、 月 日 采 用 分 层 多 点 混 合 法 进 行 土 样 的 采 集， 分 层 状 况 为: ， 共 层， 采 集 土 样 放 置 于 自 封 袋 中 带 回 实 验 室。 测 定 鲜 土 样 含 水 率、 硝 态 氮 含 量。 将 土 样 风 干， 除 去 杂 物 后， 用 木 棍 碾 碎， 分 别 过 目、 目 筛， 用 于 测 定 有 效 磷、 总 氮 含 量。 第 期 李 杏， 等: 不 同 水 肥 模 式 下 设 施 辣 椒 与 土 壤 中 氮 和 磷 分 布 及 其 环 境 与 经 济 效 益 果 实 样 品 分 别 采 集 于 年 月 日( 一 茬)、 月 日( 二 茬)、 月 日( 三 茬)， 于 年 月 日 采 集 收 获 期 辣 椒 果 实 和 植 株。 辣 椒 果 实 及 植 株 样 品 烘 干 后 用 研 钵 碾 碎 分 别 过 目、 目 筛， 测 定 总 氮、 总 磷 含 量。 分 别 于 年 月 日、 月 日 采 集 温 室 气 体 样 品， 采 用 密 闭 静 态 箱 法 原 位 观 测 温 室 气 体( 、 ) 排 放 通 量。 . 试 验 方 法 土 壤 含 水 率 测 定 采 用 烘 干 法( 烘 干 至 恒 质 量)； 硝 态 氮 含 量 采 用 氯 化 钾 溶 液 提 取； 速 效 磷 含 量 采 用. 碳 酸 氢 钠 溶 液 浸 提； 总 氮 含 量 采 用 凯 氏 消 化 法； 总 磷 含 量 采 用 - 消 煮 ， 样 品 使 用 全 自 动 间 断 分 析 仪 测 定； 温 室 气 体 采 用 气 相 色 谱 法 测 定。 氮( 磷) 积 累 量 单 位 面 积 作 物 产 量 作 物 中 氮( 磷) 素 含 量 ； 氮( 磷) 收 获 指 数 成 熟 期 单 位 面 积 植 株 果 实 氮( 磷) 素 累 积 量/ 植 株 氮( 磷) 素 总 累 积 量 ； 氮 肥 偏 生 产 力( ) 施 氮 区 作 物 产 量/ 氮 肥 施 用 量 ； 产 投 比 收 益/ 投 入 成 本。 气 体 排 放 通 量 计 算 公 式: ， 式 中: 为 气 体 排 放 通 量 ( )； 为 标 准 状 态 下 气 体 密 度( )；/ 为 箱 内 温 室 气 体 浓 度 变 化 率( )； 为 采 样 过 程 中 箱 内 平 均 温 度()； 为 采 样 箱 高 度()。 . 数 据 处 理 与 分 析 采 用. 软 件 绘 图， 采 用 与. 软 件 进 行 数 据 处 理 与 方 差 分 析。 结 果 与 分 析 . 不 同 施 肥 模 式 下 土 壤 氮 和 磷 的 分 布 从 图 可 知: 硝 态 氮 分 布 在 整 个 土 壤 剖 面 且 变 化 较 小， 不 同 处 理 硝 态 氮 含 量 呈 向 下 递 减 的 趋 势， 淋 溶 效 果 不 明 显。 由 于 后 期 追 肥 次， 处 理 土 壤 表 层 土() 中 硝 态 氮 含 量 分 别 从.、.、. 和. 增 加 至.、.、. 和. ， 呈 积 累 量 不 断 增 加 的 现 象。 图 个 处 理 不 同 深 度 土 壤 硝 态 氮 含 量 . - 图 个 处 理 不 同 深 度 土 壤 总 氮 含 量 . () 在 辣 椒 一 茬 中， 处 理 和 中 总 氮 含 量 在 土 层 都 有 明 显 升 高( 图)， 远 高 于 或 接 近 表 层 土 壤 的 总 氮 含 量， 可 能 是 由 于 前 期 深 翻 地 时 埋 入 的 有 机 肥 和 第 次 追 肥 中 的 氮 素 经 大 水 量 漫 灌 后 淋 溶 至 深 层 土 壤， 而 处 理 和 采 用 水 量 较 小 的 滴 灌， 氮 素 向 下 迁 移 较 慢。 辣 椒 成 熟 后 期， 由 于 追 肥 次 数 的 增 加， 表 层 土 壤 中 总 氮 含 量 迅 速 增 加， 不 同 深 度 土 壤 中 总 氮 含 量 总 体 呈 逐 层 递 减 的 现 象， 不 同 深 度 土 壤 中 总 氮 的 积 累 量 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 也 在 不 断 增 加， 说 明 大 量 施 肥 过 后 氮 素 不 断 向 深 层 土 壤 迁 移 从 而 出 现 向 下 淋 溶 的 趋 势， 这 可 能 会 导 致 氮 素 淋 溶 损 失 从 而 带 来 污 染 地 下 水 的 风 险。 处 理 表 层 土 壤 中 总 氮 含 量 在 次 采 样 中 增 量 较 其 他 组 小， 可 能 是 由 于 采 取 叶 面 施 肥 的 方 式 导 致 部 分 肥 料 不 能 和 覆 膜 后 的 土 壤 充 分 接 触， 致 使 土 壤 中 各 深 度 总 氮 含 量 都 较 低。 处 理 中 各 深 度 土 壤 中 总 氮 含 量 的 增 量 较 其 他 处 理 高， 可 能 是 由 于 水 肥 一 体 化 的 施 肥 模 式 将 全 部 肥 料 与 水 充 分 混 合 后 输 送 至 作 物 根 部， 这 使 肥 料 充 分 与 土 壤 接 触， 而 处 理 在 撒 施 和 叶 面 喷 施 的 过 程 中 造 成 肥 料 流 失 至 排 水 沟。 从 图 可 见: 土 壤 表 层 中 速 效 磷 含 量 最 高， 呈 向 下 逐 层 递 减 的 规 律， 在 土 层 处 出 现 锐 减。 在 辣 椒 三 茬 时 期， 个 处 理 土 壤 中 速 效 磷 含 量 由 上 土 层 向 下 土 层 的 变 化 分 别 从.、.、. 和. 降 至.、.、. 和. 。 土 层 土 壤 中 速 效 磷 含 量 变 化 较 小， 说 明 磷 素 垂 直 方 向 移 动 较 小。 图 个 处 理 不 同 深 度 土 壤 速 效 磷 含 量 . . 不 同 施 肥 模 式 的 肥 料 利 用 率 . 辣 椒 果 实 及 植 株 中 氮 和 磷 的 分 布 从 图 可 以 看 出: 在 一 茬 期 处 理 辣 椒 果 实 的 总 氮 含 量 最 高， 为 (.) ， 与 其 他 处 理 无 显 著 差 异； 在 二 茬 期 处 理 总 氮 含 量 最 高， 为(.) ， 与 其 他 处 理 无 显 著 差 异； 在 三 茬 期 处 理 的 总 氮 含 量 最 高， 为(.) ， 显 著 高 于 其 他 个 处 理。 辣 椒 在 一 茬、 二 茬、 三 茬 期 总 磷 含 量 最 高 的 均 为 处 理， 但 与 其 他 处 理 无 显 著 差 异。 图 不 同 处 理 辣 椒 果 实 中 总 氮 和 总 磷 含 量 . ()不 同 小 写 字 母 表 示 各 处 理 间 差 异 显 著(.)。 图 收 获 期 个 处 理 辣 椒 果 实 及 植 株 中 总 氮 和 总 磷 含 量 . 表 不 同 处 理 辣 椒 果 实 中 的 氮、 磷 积 累 量 及 收 获 指 数 ， 处 理 氮 积 累 量/( ) 一 茬 二 茬 三 茬 最 终 收 获 期 磷 积 累 量/( ) 一 茬 二 茬 三 茬 最 终 收 获 期 收 获 指 数 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 氮 肥 利 用 率 表 征 农 田 肥 料 利 用 效 率 的 参 数 有: 肥 料 利 用 率()、 肥 料 偏 生 产 力()、 肥 料 农 学 效 率() 和 肥 料 生 理 利 用 率() 。 本 试 验 中 选 取 氮 肥 偏 生 产 力 作 为 氮 肥 利 用 率 的 参 数( 表)。 从 表 可 知: 虽 然 处 理 的 施 氮 水 平 是 组 处 理 中 最 低 的， 但 其 产 量 可 高 达 ， 显 著 高 于 其 他 处 理(.)， 较 处 理、 和 分 别 增 加.、. 和.。 氮 肥 偏 生 产 力 反 映 了 单 位 投 入 量 作 物 所 能 生 产 的 产 量， 处 理 的 氮 肥 偏 生 产 力 也 显 著 高 于 其 他 处 理， 较 处 理、 和 分 别 提 高.、 . 和.。 表 不 同 处 理 的 氮 肥 偏 生 产 力( ) ( ) 处 理 施 氮 区 产 量/( ) 施 氮 量/( ) /( ) . . . . . . . . . . . . 注: 同 列 不 同 小 写 字 母 表 示 各 处 理 间 差 异 显 著(.)。 下 同。 :. . 不 同 水 肥 模 式 的 经 济 效 益 年 合 肥 周 谷 堆 蔬 菜 批 发 市 场 每 千 克 青 椒 批 发 均 价 约. 元， 不 同 施 肥 模 式 下 的 辣 椒 所 带 来 的 经 济 效 益 见 表。 覆 膜 滴 灌 的 处 理 与 处 理 的 成 本 高 于 处 理 与 处 理， 但 处 理 的 除 草 方 式 为 中 耕 除 草， 人 工 成 本 相 对 也 较 高。 处 理 的 产 投 比 最 高， 较 处 理、 和 分 别 增 加.、. 和.， 其 经 济 效 益 最 佳。 表 不 同 处 理 辣 椒 的 经 济 效 益 处 理 成 本/( 元 ) 收 益/( 元 ) 产 投 比- . . . . 南 京 农 业 大 学 学 报 第 卷 . 不 同 水 肥 模 式 的 环 境 效 益 在 辣 椒 收 获 前 期 进 行 了 温 室 气 体( 、 ) 的 采 集 与 测 定， 结 果 见 表。 第 次 采 样( 月 日) 中， 处 理 和 排 放 通 量 都 显 著 高 于 其 他 处 理， 第 次 采 样( 月 日) 中， 处 理 排 放 通 量 显 著 高 于 其 他 处 理， 处 理 排 放 通 量 显 著 高 于 其 他 处 理， 由 于 处 理 与 处 理 的 灌 溉 方 式 为 覆 膜 滴 灌， 在 采 集 的 过 程 中 和 的 排 放 通 量 相 对 较 小。 表 不 同 处 理 的 环 境 效 益 处 理 排 放 通 量/( ) 一 次 采 样 二 次 采 样 排 放 通 量/( ) 一 次 采 样 二 次 采 样 . . . . . . . . . . . . . . . . 结 论 与 讨 论 本 试 验 结 果 表 明， 随 着 追 肥 次 数 的 增 加， 表 层 土 壤() 中 的 总 氮、 硝 态 氮 及 速 效 磷 的 积 累 量 随 着 时 间 的 推 移 而 不 断 增 加。 总 氮 与 硝 态 氮 在 土 壤 中 不 断 累 积 的 原 因 有:) 氮 肥 的 追 施 造 成 过 量 施 用； ) 肥 料 采 用 撒 施 的 方 式 使 得 露 于 地 表 的 氮 素 成 分 在 硝 化 细 菌 的 作 用 下 加 速 转 化 为 硝 态 氮；) 薄 膜 的 覆 盖 减 少 了 自 然 降 水 对 硝 态 氮 的 淋 洗 以 及 相 对 的 高 温 促 使 设 施 内 土 壤 水 分 蒸 发 强 度 高 于 露 地 土 壤 。 中 层 ()、 下 层() 土 壤 中 硝 态 氮 及 速 效 磷 含 量 迅 速 降 低。 随 着 时 间 的 延 长， 深 层 土 壤 中 总 氮 及 硝 态 氮 含 量 呈 上 升 趋 势， 说 明 氮 素 不 断 向 下 迁 移， 可 能 是 由 于 作 物 生 长 过 程 中 持 续 的 灌 溉 使 得 氮 素 不 断 向 下 迁 移。 相 关 研 究 表 明， 氮 素 在 渗 漏 过 程 中 与 水 分 渗 漏 密 切 相 关 。 伴 随 设 施 蔬 菜 的 不 断 生 长， 追 肥 次 数 与 施 用 水 量 的 增 加 导 致 土 壤 中 氮 素 呈 向 下 淋 溶 的 趋 势。 在 辣 椒 三 茬 时 期， 处 理 各 深 度 土 壤 中 的 总 氮 和 硝 态 氮 含 量 较 处 理 高， 但 处 理 中 养 分 可 能 会 流 失 到 排 水 沟， 由 此 带 来 的 环 境 风 险 较 大。 本 试 验 为 一 年 生 辣 椒， 若 棚 内 土 壤 种 植 年 限 不 断 增 加， 土 壤 中 氮 素 的 淋 失 可 能 会 对 地 下 水 造 成 一 定 的 污 染。 表 层 土 壤 积 聚 的 速 效 钾 虽 不 会 对 环 境 产 生 直 接 危 害， 但 会 影 响 其 他 离 子 在 土 壤 中 的 迁 移、 转 化 以 及 植 物 吸 收。 如 钾 离 子 会 减 少 土 壤 成 分 对 铵 离 子 的 吸 附 固 定， 增 加 铵 离 子 的 活 动 性， 加 速 氮 素 的 挥 发 和 淋 溶， 从 而 增 加 氮 素 的 环 境 风 险。 深 层 土 壤 中 速