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化肥减施对日光温室越冬长茬番茄氮的吸收、利用率及去向的影响

张怀志 唐继伟 袁硕 冀宏杰 黄绍文

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化肥减施对日光温室越冬长茬番茄氮的吸收、利用率及去向的影响

    作者简介: 张怀志 E-mail:zhanghuaizhi@caas.cn;
    通讯作者: 黄绍文, E-mail:huangshaowen@caas.cn
  • 基金项目: “十三五”国家重点研发计划课题(2016YFD0201001,2016YFD0801006);现代农业产业技术体系建设专项(CARS-23-B02);中国农业科学院科技创新工程协同创新任务(CAAS-XTCX2016003)。

Reducing chemical fertilizer input increases the uptake and recovery rate and decreases loss fate of nitrogen during overwinter long-season tomato production in greenhouse

    Corresponding author: HUANG Shao-wen, E-mail:huangshaowen@caas.cn
  • 摘要:   【目的】  我国设施蔬菜过量施肥现象严重,本文研究比较了设施栽培条件下,采用常规施肥与化肥减施增效技术 (化肥减施,下同) 的蔬菜产量 (生物量) 变化、化肥氮利用率及其氮去向,为高效施肥提供依据。  【方法】  2017—2018年在河北省定兴县龙华村基地的日光温室进行了2个试验。试验1根据差减法设计4个处理,包括化肥减施40%(RF) 和常规施肥 (CF),及其不施化肥氮对照RFNN和CFNN。试验2为15N示踪试验,用15N尿素替代普通尿素的15NRF和15N CF 2个处理。番茄收获后,取0—20、20—40和40—60 cm土层样品,测定氮素的残留量。分期收获成熟番茄及枯枝落叶,拉秧时取植株地上和地下部分,分为不同部位,测定番茄产量、养分吸收量。  【结果】  差减法试验结果表明,RF处理番茄产量、总吸氮量分别较CF显著增加了10.4%、14.8%,化肥氮利用率增加了15.4个百分点。15N示踪试验结果表明,15NRF处理产量、氮吸收量和15N吸收量分别较15NCF处理增加12.1%、13.7%、25.3%,15NRF和15NCF处理的化肥氮利用率分别为36.4%、20.3%。15N示踪法研究还表明,不同土层的全氮含量及15N原子百分超呈自上而下逐渐降低趋势;15NRF处理的化肥氮损失、番茄氮吸收以及土壤氮残留比例分别为40.4%、36.4%和23.2%,15NCF处理化肥氮损失、番茄氮吸收和土壤氮残留比例分别为59.6%、20.6%和19.6%,化肥氮去向总体表现为损失 > 作物吸收 > 土壤残留;15NRF处理化肥氮损失率较15NCF处理低19.2个百分点;15NRF和15NCF处理0—20 cm土层化肥氮残留量分别占土壤中化肥氮总残留量的88.9%、87.9%。  【结论】  在施用30 t/hm2有机肥的前提下,将目前普遍接受的化肥养分施用量减少40%,番茄产量和氮素吸收量显著增加,土壤残留率没有变化,损失量显著降低,化肥利用率提高15个以上百分点。
  • 表 1  不同处理下越冬长茬番茄各器官干物质量和氮吸收量 (试验1)

    Table 1.  Biomass and nitrogen uptake of different organs of overwinter long-season tomato under each treatment in the fertilizer experiment 1

    处理
    Treatment
    生物量Biomass (kg/hm2, DM)氮吸收量 N uptake(kg/hm2)
    果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf
    CF 7456 ± 85 b433 ± 5.5 b4162 ± 32 b4345 ± 51 b161 ± 7.1 b6.4 ± 0.4 a77.9 ± 1.8 b132 ± 4.0 b
    CFNN5598 ± 54 c336 ± 11 c2982 ± 34 c3331 ± 91 c98 ± 3.8 c3.6 ± 0.1 b46.9 ± 1.1 c88 ± 0.8 c
    RF 8364 ± 115 a484 ± 1.8 a4632 ± 40 a4847 ± 43 a198 ± 1.9 a6.7 ± 0.4 a85.6 ± 1.5 a144 ± 0.5 a
    RFNN5732 ± 69 c346 ± 12 c3032 ± 42,c3418 ± 90 c100 ± 0.6 c3.7 ± 0.2 b45.3 ± 1.6 c90 ± 4.3 c
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significantly different among treatments at the 5% levels.
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    表 2  15N示踪试验日光温室越冬长茬番茄各器官干物质量和氮吸收量

    Table 2.  Biomass and nitrogen uptake of different organs of overwinter long-season tomato grown in greenhouse in 15N trace experiment

    处理
    Treatment
    生物量Biomass (kg/hm2, DM)氮吸收量 N uptake(kg/hm2)
    果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf
    15NCF7674 ± 208 b472 ± 9.6 b4258 ± 38 b4656 ± 80 b165 ± 5.3 b6.6 ± 0.2 a77.8 ± 2.2 b148 ± 6.4 b
    15NRF8552 ± 113 a526 ± 8.4 a4841 ± 33 a5185 ± 72 a193 ± 2.9 a7.0 ± 0.1 a91.7 ± 3.9 a160 ± 5.8 a
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
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    表 3  日光温室越冬长茬番茄各器官中肥料氮和其他氮的分配比例

    Table 3.  Distribution of nitrogen from fertilizer and other source in organs of overwinter long-season tomato in greenhouse

    氮素来源
    N Source
    处理
    Treatment
    氮吸收量 N uptake(kg/hm2)分配比例 Distribution proportion(%)
    果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf总计Total果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf总计Total
    其它
    Other
    15NCF92.0 ± 4.1 b3.8 ± 0.2 a43.7 ± 0.6 a81.4 ± 5.6 a220.9 ± 5.8 a55.7 ± 5.6 a57.7 ± 5.6 a56.2 ± 5.6 a55.0 ± 5.6 a55.6 ± 0.7 a
    15NRF101.0 ± 0.7 a 3.6 ± 0.0 a44.8 ± 2.1 a81.3 ± 3.0 a230.6 ± 2.6 a52.4 ± 5.6 b51.8 ± 5.6 b48.8 ± 5.6 b50.8 ± 5.6 b51.1 ± 0.3 b
    化肥氮Fertilizer15NCF73.2 ± 2.1 b2.8 ± 0.0 b34.0 ± 1.8 b66.3 ± 1.3 b176.3 ± 3.6 b44.3 ± 5.6 b42.3 ± 5.6 b43.8 ± 5.6 b45.0 ± 5.6 b44.4 ± 0.7 b
    15NRF91.9 ± 2.2 a3.4 ± 0.1 a46.9 ± 1.8 a78.9 ± 3.1 a221.0 ± 3.3 a47.6 ± 5.6 a48.2 ± 5.6 a51.2 ± 5.6 a49.2 ± 5.6 a48.9 ± 0.3 a
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
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    表 4  差减法试验的日光温室越冬长茬番茄产量、氮素吸收量与化肥氮利用率

    Table 4.  Yield, total nitrogen uptake and chemical nitrogen recovery rate of greenhouse overwinter long-season tomato by subtraction method experiment

    处理
    Treatment
    产量(kg/hm2)
    Yield
    氮吸收总量(kg/hm2)
    Total N uptake
    化肥氮利用率 (%)
    Chemical nitrogen recovery rate
    提高百分点
    Increasing percentage points
    CF 140770 ± 3227 b377.5 ± 2.3 b16.4 ± 1.0 b
    CFNN108834 ± 1074 c236.9 ± 5.3 c
    RF 154909 ± 2182 a433.5 ± 3.4 a31.8 ± 1.1 a15.4 ± 0.7
    RFNN112951 ± 2383 c239.9 ± 5.8 c
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
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    表 5  15N示踪法试验的日光温室越冬长茬番茄产量、15N总吸收量与化肥氮利用率

    Table 5.  Yield, total 15N uptake and chemical nitrogen recovery rate of greenhouse overwinter long-season tomato by 15N trace method

    处理
    Treatment
    产量(kg/hm2)
    Yield
    15N吸收总量(kg/hm2)
    Total 15N uptake
    化肥氮利用率(%)
    Chemical nitrogen recovery rate
    提高百分点
    Increased percentage points
    15NCF144002 ± 2622 b176.3 ± 3.6 b20.3 ± 0.4 b
    15NRF161911 ± 2677 a221.0 ± 3.3 a36.4 ± 0.5 a16.1 ± 0.7
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
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    表 6  日光温室越冬长茬番茄收获后不同土层土壤深度全氮及15N原子百分超

    Table 6.  Total soil nitrogen and atom% 15N excess in different soil depths after greenhouse overwinter long-season tomato harvest

    土层深度 (cm)Soil depth土壤全氮Soil total N(g/kg)15N原子百分超 Atom% 15N excess
    15NCF15NRF15NCF15NRF
    0—200.94 ± 0.09 a0.92 ± 0.07 a7.07 ± 2.31 a6.11 ± 0.87 a
    20—400.31 ± 0.02 b0.35 ± 0.00 b1.76 ± 0.32 b1.55 ± 0.33 b
    40—600.28 ± 0.03 b0.31 ± 0.03 b1.28 ± 0.34 b0.50 ± 0.12 b
    注(Note):同列数据后不同字母表示不同土层间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant different among treatments at the 5% level.
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    表 7  日光温室越冬长茬番茄化肥15N的去向 (kg/hm2)

    Table 7.  Fate of 15N-labelled chemical fertilizer in greenhouse overwinter long-season tomato production

    处理
    Treatment
    施入量
    N input
    吸收量
    N uptake
    土壤残留量
    Soil N Reside
    损失量
    N loss
    0—20 cm20—40 cm40—60 cm0—60cm
    15NCF858176.3 ± 3.6 b148.1 ± 38.9 a12.2 ± 1.3 a8.3 ± 3.0 a168.5 ± 30.5 a513.2 ± 32.8 a
    15NRF608221.0 ± 3.3 a125.8 ± 17.0 a12.2 ± 2.5 a3.4 ± 0.7 a141.4 ± 14.8 a245.5 ± 17.5 b
    注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
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    [11] 许海港季萌萌葛顺峰姜远茂姜翰陈汝 . 不同水平位置施肥对 ‘嘎啦’ 苹果15N吸收、分配与利用的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2015.0533
    [12] 孙聪伟褚凤杰杨丽丽陈展姜远茂 . 施氮量对嘎啦幼苗15N、13C分配利用特性影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2015.0218
    [13] 徐彩龙王振林尹燕枰蔡瑞国王平郭俊祥李勇翟学旭刘铁宁 , . 15N示踪法研究弱光对不同穗型冬小麦氮素积累和转运的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2013.0101
    [14] 董守坤刘丽君孙聪姝张冰马秀峰焦光纯马春梅龚振平 . 利用15N标记研究氮素水平对大豆根瘤生长的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2011.0423
    [15] 孟维伟王东于振文石玉 . 15N示踪法研究不同灌水处理对小麦氮素吸收分配及利用效率的影响. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2011.0484
    [16] 朱菜红董彩霞沈其荣徐阳春 . 配施有机肥提高化肥氮利用效率的微生物作用机制研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2010.0204
    [17] 习向银晁逢春李春俭 . 利用15N示踪法研究土壤氮对烤烟氮素累积和烟碱合成的影响 . 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2008.0632
    [18] 李延菊李宪利高东升张序 . 设施栽培油桃对叶面施15N的吸收、分配特性研究. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.2007.0422
    [19] 王胜佳陈义王家玉赵秉强张夫道 . 应用15N示踪技术研究化肥和稻草氮的长期利用效率. 植物营养与肥料学报,
    [20] 李新慧蔡贵信彭光浩曹亚澄周克瑜朱兆良 , . 一种直接测定硝化—反硝化气体的15N示踪—质谱法. 植物营养与肥料学报, doi: 10.11674/zwyf.1995.0308
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-17

化肥减施对日光温室越冬长茬番茄氮的吸收、利用率及去向的影响

  • 基金项目: “十三五”国家重点研发计划课题(2016YFD0201001,2016YFD0801006);现代农业产业技术体系建设专项(CARS-23-B02);中国农业科学院科技创新工程协同创新任务(CAAS-XTCX2016003)。
  • 摘要:   【目的】  我国设施蔬菜过量施肥现象严重,本文研究比较了设施栽培条件下,采用常规施肥与化肥减施增效技术 (化肥减施,下同) 的蔬菜产量 (生物量) 变化、化肥氮利用率及其氮去向,为高效施肥提供依据。  【方法】  2017—2018年在河北省定兴县龙华村基地的日光温室进行了2个试验。试验1根据差减法设计4个处理,包括化肥减施40%(RF) 和常规施肥 (CF),及其不施化肥氮对照RFNN和CFNN。试验2为15N示踪试验,用15N尿素替代普通尿素的15NRF和15N CF 2个处理。番茄收获后,取0—20、20—40和40—60 cm土层样品,测定氮素的残留量。分期收获成熟番茄及枯枝落叶,拉秧时取植株地上和地下部分,分为不同部位,测定番茄产量、养分吸收量。  【结果】  差减法试验结果表明,RF处理番茄产量、总吸氮量分别较CF显著增加了10.4%、14.8%,化肥氮利用率增加了15.4个百分点。15N示踪试验结果表明,15NRF处理产量、氮吸收量和15N吸收量分别较15NCF处理增加12.1%、13.7%、25.3%,15NRF和15NCF处理的化肥氮利用率分别为36.4%、20.3%。15N示踪法研究还表明,不同土层的全氮含量及15N原子百分超呈自上而下逐渐降低趋势;15NRF处理的化肥氮损失、番茄氮吸收以及土壤氮残留比例分别为40.4%、36.4%和23.2%,15NCF处理化肥氮损失、番茄氮吸收和土壤氮残留比例分别为59.6%、20.6%和19.6%,化肥氮去向总体表现为损失 > 作物吸收 > 土壤残留;15NRF处理化肥氮损失率较15NCF处理低19.2个百分点;15NRF和15NCF处理0—20 cm土层化肥氮残留量分别占土壤中化肥氮总残留量的88.9%、87.9%。  【结论】  在施用30 t/hm2有机肥的前提下,将目前普遍接受的化肥养分施用量减少40%,番茄产量和氮素吸收量显著增加,土壤残留率没有变化,损失量显著降低,化肥利用率提高15个以上百分点。

    English Abstract

    • 设施蔬菜种植在我国农民脱贫致富中发挥了重要作用,2016年底我国设施蔬菜的播种面积、产量和总产值分别占蔬菜总播种面积、总产量和总产值的21.5%、30.5%和62.7%[1]。黄绍文等[2]研究表明,设施蔬菜化肥养分用量平均为1354.5 kg/hm2,是全国农作物化肥养分用量的4.1倍。设施蔬菜过量施肥不仅导致化肥利用率低,还导致了氮磷速效养分富集、增加N2O排放、土壤次生盐渍化、土壤酸化等问题[3-4]。我国设施蔬菜的化肥减施潜力较大[2],研发设施蔬菜化肥减施增效技术,已成为蔬菜产业绿色发展急需要解决的重要问题。

      前人提出了应用有机肥[5-6]、生物炭[7]、腐植酸[8]、微生物菌剂[9]、控释肥料[10]等技术,或者集成的技术模式,如基于化肥精准减量、有机肥量化替代化肥、新型专用水溶肥、土壤改良剂应用技术、水肥协同一体化等关键技术/产品的设施蔬菜化肥减施增效技术模式[11],应用高效新型肥料、土壤改良剂及有机替代技术、辅以种植制度优化技术的大蒜化肥减施增效的初步技术模式[12],用以减少养分用量,尤其是化肥氮养分用量。单项技术下化肥氮利用率的研究较多,但化肥减施增效技术模式的化肥减施数量及其相应地化肥氮素利用率变化情况还有待进一步研究。本研究以日光温室越冬长茬番茄为对象,同时利用15N示踪和差减法两种方法,研究比较设施蔬菜化肥减施增效技术模式的化肥氮利用率及差异,了解氮素去向,为设施蔬菜科学合理施氮提供理论依据。

      • 试验于2017年10月至2018年6月在河北省定兴县龙华村日光温室进行。定兴县位于太行山东麓海河平原的黑龙港流域,地处北纬39°5'39"– 39°20'04",东经115°30'37"–115°58'06"之间,海拔43.2~13.4 m,属温带半湿润大陆性季风气候,年平均气温11.7℃,全年无霜期平均185 天,年平均降水量545.8 mm,主要集中在6—9月,年际间变化大。试验用日光温室面积740 m2,种植年限6年,土壤为山前平原冲积性潮褐土,0—20 cm土壤pH 7.2、有机质含量27.1%、铵态氮36.6 mg/kg、硝态氮125 mg/kg、速效磷238 mg/kg、速效钾1100 mg/kg、EC值2480 μS/cm,土壤肥力水平中等。

      • 本研究在同一南北向日光温室内进行,共设置2个试验,试验1设四个处理:1) 农民常规化肥养分用量 (CF),为当地调查的15个农户越冬长茬番茄化肥养分用量,其N-P2O5-K2O平均施用量为858‒594‒1284 kg/hm2,比例为1∶0.69∶2.19,总养分量2737 kg/hm2;2) 化肥减施处理 (RF),为常规养分用量的60%,N‒P2O5‒K2O平均施用量为608‒297‒720 kg/hm2,比例1.00∶0.32∶1.32,总养分量为1625 kg/hm2;3) 和4) 在CF和RF基础上去掉氮肥形成CFNN和RFNN两个处理。试验2设2个处理,氮磷钾用量同CF和RF处理,其中的氮素由15N尿素替代,即15NCF、15NRF。

        试验1、试验2各个处理均采用微区,面积为1.705 m2 (1.55 m × 1.1 m),3次重复,随机排列。微区内各种植2行8株番茄,行距40 cm,株距39 cm。微区用无底不锈钢铁皮框围成,铁皮框填埋方法是先将无底不锈钢铁皮框放到微区所在的位置,四周挖出宽0.5 m、深1.05 m的沟,将钢皮框套在土柱外,并使其周围与土壤紧贴,铁皮框上方露出地表5 cm;挖出的土分层堆放,铁皮框安装后,将土分层回填、踏实。

        试验1、试验2各处理除设计的化肥养分外,均基施有机肥30 t/hm2。供试有机肥为湖北产的商品有机肥 (N‒P2O5‒K2O=1.52‒1.74‒1.63,含水18.5%) 用量。试验1中的CFNN、RFNN化肥源的P2O5和K2O分别采用KH2PO4和K2SO4,每次先用KH2PO4满足P2O5养分用量后,再用K2SO4补充K2O,最终满足K2O用量需求。CF处理所用化肥为农户选择的复合肥 (15‒15‒15)、诺泰克水溶肥 (14‒8‒20)、华戎水溶肥 (20‒10‒30) 和康朴水溶肥 (14‒8‒30);RF处理所用化肥为专家推荐复合肥 (15‒15‒15)、黄博1号 (22‒12‒16+TE+BS) 和黄博2号 (19‒6‒25+TE+BS)。15N尿素为上海化工研究院有限公司生产 (15N丰度为 10.0%);RF、RFNN和 15NRF处理基肥化肥养分占总用量20%,基肥化肥与适量的细土混匀后在整地前施用;开花前追施2次肥料,用量占总化肥养分用量10%;花后追肥11次,化肥追施时将化肥溶于水中,均匀灌入膜下土壤中。CF、CFNN和15NCF处理化肥施用时间根据农户习惯确定,基肥化肥养分用量占总用量的40%,追肥12次,施用方法与化肥减施处理相同。

      • 试验用番茄品种为‘普罗旺斯’,于2017年10月29日移栽,2018年6月15日收获;微区均采用覆膜栽培,膜下灌溉,其灌溉量根据温室微区外的区域每次膜下微喷灌溉用水量计算得到,均匀灌入膜下;其它田间管理措施一致。

      • 2个试验均分时段收集各个微区的所有番茄成熟果实及落叶,拉秧时,将微区所有植株地上部及根系全部收获。每次收集的植株样品称鲜重,之后在100℃快速杀青,在65℃下烘干,称干重。将用于测定的植株各器官全部粉碎过100目筛,混匀后,连续用4分法取测定所需的样品量,用于测定植株含氮量和15N丰度。

      • 拉秧时,采用土钻法,分0–20 cm、20–40 cm、40–60cm 的3个层次采集土样,每个微区取5钻,每一微区采自同一层的土壤混匀、风干后,过100目筛,测定各层次中全氮含量以及15N丰度。

      • 植株各器官全氮采用H2SO4+H2O2消煮,凯氏定氮法测定;土壤各层样品全氮采用H2SO4+混合加速剂消煮,凯氏定氮法测定[13]。植株各器官及土壤各层样品15N丰度用Delta Plus XP'5N(美国THERMO finnigan公司生产) 进行测定。

      • 植物Ndff%=植株15N原子百分超/肥料15N原子百分超 × 100

        植株氮素来自化肥氮的量 (kg/hm2) = 植物Ndff% × 植物吸氮量 (kg/hm2)

        番茄15N回收率 (%) = 植株中的化肥氮素吸收量/施化肥氮量 × 100

        差减法氮素利用率 (%) = (施化肥氮区蔬菜吸氮量−无化肥氮区蔬菜吸氮量)/施化肥氮量 × 100

        土壤各层全氮来自标记15N的Ndff% = 土壤各层全氮15N原子百分超/标记15N原子百分超 × 100 土壤各层来自15N肥料的氮量 (kg/hm2) = 土壤各层全氮含量 (kg/hm2) × 土壤各层Ndff%

        试验数据采用Excel 2010和SAS 8.0中的单因素方差分析。

      • 试验1的越冬长茬番茄生物量 (干重) 及吸氮量结果见表1。番茄各器官生物量和氮吸收量呈现出果实 > 叶 > 茎 > 根的趋势。RF处理果实、根、茎和叶生物量均显著高于CF,分别高出12.2%、11.7%、11.3%和11.6%,果实、茎和叶氮吸收量也均显著高于CF,分别高出22.8%、9.9%和8.5%。不施化肥氮的RFNN和CFNN处理果实、根、茎和叶生物量以及果实、茎和叶氮吸收量差异不明显。

        表 1  不同处理下越冬长茬番茄各器官干物质量和氮吸收量 (试验1)

        Table 1.  Biomass and nitrogen uptake of different organs of overwinter long-season tomato under each treatment in the fertilizer experiment 1

        处理
        Treatment
        生物量Biomass (kg/hm2, DM)氮吸收量 N uptake(kg/hm2)
        果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf
        CF 7456 ± 85 b433 ± 5.5 b4162 ± 32 b4345 ± 51 b161 ± 7.1 b6.4 ± 0.4 a77.9 ± 1.8 b132 ± 4.0 b
        CFNN5598 ± 54 c336 ± 11 c2982 ± 34 c3331 ± 91 c98 ± 3.8 c3.6 ± 0.1 b46.9 ± 1.1 c88 ± 0.8 c
        RF 8364 ± 115 a484 ± 1.8 a4632 ± 40 a4847 ± 43 a198 ± 1.9 a6.7 ± 0.4 a85.6 ± 1.5 a144 ± 0.5 a
        RFNN5732 ± 69 c346 ± 12 c3032 ± 42,c3418 ± 90 c100 ± 0.6 c3.7 ± 0.2 b45.3 ± 1.6 c90 ± 4.3 c
        注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significantly different among treatments at the 5% levels.

        试验2的越冬长茬番茄生物量及吸氮量结果见表2,番茄各器官生物量和氮吸收量呈现出果实 > 叶 > 茎 > 根的趋势;15NRF处理果实、根、茎和叶生物量均显著高于15NCF,分别高出13.7%、11.5%、13.7%和11.4%。15NRF处理茎、果实、叶、根和植株氮总吸收量也均显著高于15NCF处理,分别高出17.9%、16.7%、8.4%、4.9%和13.7%。

        表 2  15N示踪试验日光温室越冬长茬番茄各器官干物质量和氮吸收量

        Table 2.  Biomass and nitrogen uptake of different organs of overwinter long-season tomato grown in greenhouse in 15N trace experiment

        处理
        Treatment
        生物量Biomass (kg/hm2, DM)氮吸收量 N uptake(kg/hm2)
        果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf
        15NCF7674 ± 208 b472 ± 9.6 b4258 ± 38 b4656 ± 80 b165 ± 5.3 b6.6 ± 0.2 a77.8 ± 2.2 b148 ± 6.4 b
        15NRF8552 ± 113 a526 ± 8.4 a4841 ± 33 a5185 ± 72 a193 ± 2.9 a7.0 ± 0.1 a91.7 ± 3.9 a160 ± 5.8 a
        注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.

        从番茄各个器官乃至整个植株对化肥氮和其它氮源 (土壤氮、有机肥氮) 的吸收量来看,15NRF处理只有果实、茎、叶和总吸氮量高于15NCF处理,但两处理间仅果实中来自其它源氮量之间存在显著差异,根、茎、叶及总吸氮量来自其它源氮量之间不存在显著差异;而对化肥氮的吸收量,两个处理间的果实、根、茎、叶以及植株均存在显著差异,且都是15NRF处理高于15NCF处理。

        从各个器官乃至整个植株对肥料氮和其它氮源的吸收比例来看,其它氮源所占比例高于肥料氮,这说明其它氮源也是番茄生长发育的主要氮源。两个处理的果实、根、茎、叶以及总吸氮量中来自于其它氮源所占比例存在显著差异,均为15NRF处理略低于15NCF 处理,15NRF、15NCF处理中来自其它源氮占总吸氮量的比例分别为51.1%、55.6%;15NRF、15NCF处理来自于化肥源氮所占比例也存在显著差异,所占比例分别为48.9%、44.4%。

        表 3  日光温室越冬长茬番茄各器官中肥料氮和其他氮的分配比例

        Table 3.  Distribution of nitrogen from fertilizer and other source in organs of overwinter long-season tomato in greenhouse

        氮素来源
        N Source
        处理
        Treatment
        氮吸收量 N uptake(kg/hm2)分配比例 Distribution proportion(%)
        果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf总计Total果实 Fruit根 Root茎 Stem叶Leaf总计Total
        其它
        Other
        15NCF92.0 ± 4.1 b3.8 ± 0.2 a43.7 ± 0.6 a81.4 ± 5.6 a220.9 ± 5.8 a55.7 ± 5.6 a57.7 ± 5.6 a56.2 ± 5.6 a55.0 ± 5.6 a55.6 ± 0.7 a
        15NRF101.0 ± 0.7 a 3.6 ± 0.0 a44.8 ± 2.1 a81.3 ± 3.0 a230.6 ± 2.6 a52.4 ± 5.6 b51.8 ± 5.6 b48.8 ± 5.6 b50.8 ± 5.6 b51.1 ± 0.3 b
        化肥氮Fertilizer15NCF73.2 ± 2.1 b2.8 ± 0.0 b34.0 ± 1.8 b66.3 ± 1.3 b176.3 ± 3.6 b44.3 ± 5.6 b42.3 ± 5.6 b43.8 ± 5.6 b45.0 ± 5.6 b44.4 ± 0.7 b
        15NRF91.9 ± 2.2 a3.4 ± 0.1 a46.9 ± 1.8 a78.9 ± 3.1 a221.0 ± 3.3 a47.6 ± 5.6 a48.2 ± 5.6 a51.2 ± 5.6 a49.2 ± 5.6 a48.9 ± 0.3 a
        注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
      • 利用公式 (4)、(5) 计算的化肥氮利用率、RF处理化肥氮利用率提高百分点结果见表4。RF处理番茄产量、总吸氮量均明显高于CF处理,分别高出10.4%、14.8%。CF、RF处理化肥氮利用率分别为16.4%、31.8%,RF处理化肥氮利用率较CF提高15.4个百分点,统计表明两者之间存在显著差异。

        表 4  差减法试验的日光温室越冬长茬番茄产量、氮素吸收量与化肥氮利用率

        Table 4.  Yield, total nitrogen uptake and chemical nitrogen recovery rate of greenhouse overwinter long-season tomato by subtraction method experiment

        处理
        Treatment
        产量(kg/hm2)
        Yield
        氮吸收总量(kg/hm2)
        Total N uptake
        化肥氮利用率 (%)
        Chemical nitrogen recovery rate
        提高百分点
        Increasing percentage points
        CF 140770 ± 3227 b377.5 ± 2.3 b16.4 ± 1.0 b
        CFNN108834 ± 1074 c236.9 ± 5.3 c
        RF 154909 ± 2182 a433.5 ± 3.4 a31.8 ± 1.1 a15.4 ± 0.7
        RFNN112951 ± 2383 c239.9 ± 5.8 c
        注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
      • 利用公式 (1)、(2)、(3)、(5) 计算的15 N吸收率、15NRF处理化肥N利用率提高百分点结果见表5。表中数据表明,15NRF处理番茄产量、总吸氮量均明显高于15NCF处理,分别高出12.1%、25.3%。15NRF、15NCF处理氮素回收率为36.4%、20.3%,15NRF处理化肥利用率平均提高16.1个百分点,这与 15NRF处理减少化肥养分用量、协调氮磷钾养分比例、调整化肥基追比例而提高番茄产量等有关。与表4比较,同样的化肥氮用量,两种方法都显示化肥减施处理化肥氮利用率高于常规施肥处理的化肥氮利用率。

        表 5  15N示踪法试验的日光温室越冬长茬番茄产量、15N总吸收量与化肥氮利用率

        Table 5.  Yield, total 15N uptake and chemical nitrogen recovery rate of greenhouse overwinter long-season tomato by 15N trace method

        处理
        Treatment
        产量(kg/hm2)
        Yield
        15N吸收总量(kg/hm2)
        Total 15N uptake
        化肥氮利用率(%)
        Chemical nitrogen recovery rate
        提高百分点
        Increased percentage points
        15NCF144002 ± 2622 b176.3 ± 3.6 b20.3 ± 0.4 b
        15NRF161911 ± 2677 a221.0 ± 3.3 a36.4 ± 0.5 a16.1 ± 0.7
        注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
      • 试验2,越冬长茬番茄拉秧时各处理不同深度土层的全氮含量自上而下逐渐降低 (表6),统计分析表明,2个处理0—20 cm土层全氮含量均显著高于20—40、40—60 cm土层,其中15NCF 处理0—20cm土层全氮含量的平均值分别是20—40、40—60 cm土层的3.04倍、3.35倍,15NRF处理0—20 cm土壤全氮含量的平均值分别是20—40、40—60 cm土层的2.63倍、2.99倍。15NCF 处理0—20 cm土壤全氮高于 15NRF处理,而20—40 cm和40—60 cm却是 15NRF处理土壤全氮含量略高于15NCF 处理,统计分析还表明,同一个土层的全氮含量,15NCF 处理与15NRF处理均无差异;,这可能与土壤本身全氮含量较高有关,即使第一年减施化肥氮,但对土壤氮库影响很小。

        表 6  日光温室越冬长茬番茄收获后不同土层土壤深度全氮及15N原子百分超

        Table 6.  Total soil nitrogen and atom% 15N excess in different soil depths after greenhouse overwinter long-season tomato harvest

        土层深度 (cm)Soil depth土壤全氮Soil total N(g/kg)15N原子百分超 Atom% 15N excess
        15NCF15NRF15NCF15NRF
        0—200.94 ± 0.09 a0.92 ± 0.07 a7.07 ± 2.31 a6.11 ± 0.87 a
        20—400.31 ± 0.02 b0.35 ± 0.00 b1.76 ± 0.32 b1.55 ± 0.33 b
        40—600.28 ± 0.03 b0.31 ± 0.03 b1.28 ± 0.34 b0.50 ± 0.12 b
        注(Note):同列数据后不同字母表示不同土层间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant different among treatments at the 5% level.

        各处理不同深度土层的15N原子百分超也呈现出自上而下逐渐降低趋势 (表6),统计分析表明,两个处理0—20 cm土层15N原子百分超均显著高于20—40、40—60 cm土层,其中15NCF 处理0—20 cm土层15N原子百分超分别是20—40、40—60 cm土层的4.02倍、5.52倍,15NRF处理0—20 cm土壤15N原子百分超分别是20—40、40—60 cm土层的3.93倍、12.12倍。15NCF 处理各土层深度15N原子百分超在3个采样深度均高于 15NRF处理,统计分析还表明两处理之间的0—20 cm及20—40 cm土层不存在显著差异,只有40—60 cm存在显著差异,这可能与化肥氮用量低于15NCF 处理有关。上述结果表明,即使日光温室越冬长茬番茄采用微喷灌溉方法,到拉秧时氮肥在土壤剖面有累积并开始随水向下迁移。

      • 氮肥施入农田后的去向可分为: 1) 被作物吸收、2) 残留在土壤中、3) 通过不同机制和途径损失[14] 3 个部分。表7结果显示,日光温室越冬长茬番茄收获后,15NRF处理的化肥氮损失量为245.5 kg/hm2、番茄吸收量221.0 kg/hm2、土壤残留量141.4 kg/hm2,分别占化肥氮用量的40.4%、36.4%和23.2%;15NCF处理化肥氮损失量513.2 kg/hm2、番茄吸收量176.3 kg/hm2、土壤残留量168.5 kg/hm2,分别占化肥氮用量的59.6%、20.6%和19.6%,化肥氮损失量 > 番茄吸收量 > 土壤残留量。15N残留在土壤中成为土壤氮库的一部分,未来可能再被作物利用,以气态形式挥发或随水运移到根区外为真正的损失。15NRF处理的化肥氮土壤残留比例与15NCF处理没有显著差异,由于番茄吸收显著增加,损失比例显著降低了19.4个百分点,充分显示了化肥减施增效技术提高化肥氮素效益的作用。表中数据还显示,随着土层深度增加,化肥氮残留量也随着降低,15NRF、15NCF处理的0—20 cm土层15N残留量分别为125.8、148.1 kg/hm2,分别占总残留量的88.9%、87.9%,可见化肥氮主要残留在0—20 cm土层。

        表 7  日光温室越冬长茬番茄化肥15N的去向 (kg/hm2)

        Table 7.  Fate of 15N-labelled chemical fertilizer in greenhouse overwinter long-season tomato production

        处理
        Treatment
        施入量
        N input
        吸收量
        N uptake
        土壤残留量
        Soil N Reside
        损失量
        N loss
        0—20 cm20—40 cm40—60 cm0—60cm
        15NCF858176.3 ± 3.6 b148.1 ± 38.9 a12.2 ± 1.3 a8.3 ± 3.0 a168.5 ± 30.5 a513.2 ± 32.8 a
        15NRF608221.0 ± 3.3 a125.8 ± 17.0 a12.2 ± 2.5 a3.4 ± 0.7 a141.4 ± 14.8 a245.5 ± 17.5 b
        注(Note):同列数据后不同字母表示处理间差异达 5% 显著水平 Values followed by different letters in a column are significant among treatments at the 5% level.
      • 前人对粮食作物氮肥利用率研究表明,通常情况下,用差减法得出的氮肥利用率高于示踪法获得的结果,但当氮肥与C/N比值大的有机肥配合施用时候,此关系并不成立[15]。本研究表明,同样的化肥氮用量,常规施肥情况下用示踪法获得的化肥氮利用率较差减法计算的结果高出3.9个百分点,化肥减施情况下用示踪法获得的化肥氮利用率较差减法计算的结果高出4.6个百分点。不过本研究基肥施用了30 t/hm2的有机肥,即化肥和有机肥配合施用;另外,供试土壤速效氮含量甚高,其中NH4+-N含量为36.6 mg/kg,NO3-N含量为1251.1 mg/kg,番茄因施氮肥而多吸收的土壤氮数量可能有限,对氮肥利用率影响较小,上述两个原因可能导致本研究的示踪法计算结果高于差减法计算结果。至于设施蔬菜氮肥利用率两种方法研究结果之间关系还值得进一步研究。

        本研究表明,化肥减施增效技术模式较常规施肥模式化肥养分用量降低了40%,产量增加了10%以上,这与前人化肥减施、作物产量不降低的趋势是相一致的[16-19]。但是本研究化肥养分减量,不仅从总量上减少,而且还考虑到协调氮磷钾养分比例,调整了基肥化肥与追肥化肥养分的比例,而前人采用的策略重点是化肥氮养分减少,或者是总量减少,或者是氮磷钾同比例减少。本课题组前期农户施肥调查表明,河北地区日光温室越冬长茬番茄化肥氮、磷、钾用量分别为各自推荐用量的1.44倍、3.28倍和1.57倍,实际生产中,化肥养分投入量与作物养分需求规律并不匹配,设施蔬菜化肥减施不仅要考虑化肥养分投入总量的减少,还要考虑协调化肥氮磷钾的投入比例[20]

        差减法、15N示踪法都表明,日光温室越冬长茬番茄化肥减施增效技术模式的化肥氮利用率较常规施肥模式均提高15个百分点以上,这与前人用15N示踪法研究氮素利用率结果基本相一致;徐明杰等[20]利用15N示踪法研究表明,夏玉米施氮量由农户习惯用量250 kg/hm2降低到185 kg/hm2,即减施26%,并调整化肥氮运筹模式,氮素利用率提高了11.7百分点。雍太文等[21]利用15N示踪法研究表明,玉米大豆套作施氮量由240 kg/hm2降低到180 kg/hm2,即减施25%,第1年、第2年氮素利用率分别提高了28.8个百分点、35.5个百分点。鉴于设施蔬菜化肥用量大,应用15N示踪法研究成本远高于差减法,可见用差减法研究化肥减施增效化肥氮利用率也能达到预期效果。

        试验还表明,设施蔬菜化肥减施增效技术模式 (化肥氮用量608 kg/hm2),土壤15N损失率为40.4%,低于常规施肥模式的59.8%,即化肥减施可降低农田氮损失量。姜慧敏等[22]应用平衡理论计算得出设施蔬菜优化施肥 (化肥氮用量500 kg/hm2)15N损失率为8.2%。Milkha等[23]研究表明,氮用量在120 kg/hm2、150 kg/hm2时,小麦收获时有5%~27%的15N损失;Wang等[24]研究表明,玉米不同氮素用量情况下,15N的损失比例11.2%~22.2%。Ding等[25]研究表明,不同蔬菜作物尿素氮用量在225~250 kg/hm2、450~480 kg/hm2时的损失率分别为6.6%~31.1%、11.9%~37.4%;本研究15N损失率较高,这可能与化肥氮用量较高、施用次数较多、土壤采样深度仅为0–60cm深度等有关。本试验氮损失是按照平衡理论计算得出,氮损失的定量分析还有待进一步全面深入研究。本试验还表明氮主要残留在0—20 cm土壤,这个与赵伟等[26]、Zhong等[27]在大田上的研究结果相似,这意味着土地利用方式并不影响氮在土壤中主要残留深度。

      • 在施用有机肥30 t/hm2的基础上,将日光温室越冬长茬番茄化肥农民施用化肥总养分量减少40%,可显著增产10%以上,化肥氮利用率提高15.4~16.1个百分点,氮素损失率降低40.4%~59.8%,土壤残留率基本不变。

    参考文献 (27)
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