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《農業環境科學學報》2014年第八期

1材料與方法

1.1試驗地點及供試土壤試驗于2010年8月在山東壽光古城街道美微蔬菜生產專業合作社進行，該地區為典型的大陸季風氣候，年平均氣溫和降雨量分別為12.4℃和558mm。試驗選用的日光溫室種植面積為56m×11m，為新建設施溫室，前兩年為荒地。大棚建設時將表層土用于建造后土墻，試驗開始前0~200cm土壤基本化學性質見表1。0~30cm土壤容重為1330kg•m-3，田間持水量為26%（W/W），土壤機械組成為砂粒1.2%、粉粒62.3%、粘粒36.5%。

1.2供試作物試驗自2010年秋冬季開始持續到2012年冬春季。供試作物為番茄，品種為“美粉寶石”，栽培方式為傳統的畦栽，畦寬為0.8m，畦間距為0.5m，株距為0.35m，種植密度為每平方米3.5株，整個生育期一般保留4~5穗果，每穗留單果3~4個。秋冬茬定植時間在8月份，而拉秧時間一般選擇在來年2月份，冬春茬定植時間一般在2月底3月初，拉秧時間在6月底7月初，7月中下旬農民會進行悶棚處理。

1.3試驗設計（1）P-based處理：根據磷素推薦量確定糞肥施用量。磷素的施用量根據目標產量與土壤肥力水平確定，目標是控制表層土壤Olsen-P在60mg•kg-1以下。本試驗條件下番茄目標產量為85t•hm-2，作物磷素帶走量為37kgP•hm-2。由于土壤速效磷水平很低，按照帶走量的2倍補充[17]。（2）P-based+S處理：在P-based處理的基礎上添加小麥秸稈，用量為8t•hm-2。（3）N-based處理：根據糞肥中氮素含量確定糞肥施用量。基于目標產量和氮素供應目標值確定設施菜地氮素施用量和每季糞肥帶入的總氮數量不超過200kgN•hm-2的限量，本試驗確定糞肥的施用量以提供200kgN•hm-2為準，糞肥中磷素不足74kgP•hm-2部分則由化學肥料普鈣補充。所有的處理追肥按照設施番茄施肥推薦策略進行。采用灌根方式將13kgP•hm-2過磷酸鈣肥料分別在番茄移栽后20、40d和第四穗果（約移栽后80d）時施入；氮肥施用采用目標供應值，灌溉施肥前測定土壤Nmin含量，通過下列公式計算氮素施用量[18]；鉀素的施用總量根據目標產量與土壤肥力水平確定，本實驗條件下按照作物帶走量的1.5倍補充[17]，化肥施用量為推薦總量減去糞肥帶入鉀量，其中30%作為基施，其余為追肥施用。氮肥追施量=氮素供應目標值-土壤Nmin含量采用隨機區組設計，三次重復，小區面積為55m2，灌溉方式為滴灌。為了比較上述控制效果，以臨近大棚常規管理（SN）作為對照。試驗選用的肥料品種：有機肥為雞糞，秸稈為小麥秸稈，養分含量如表2所示；化學肥料分別為尿素（46%N）、普鈣（12%P2O5）和硫酸鉀（52%K2O）。具體的肥料投入狀況如表3所示。

1.4田間管理在移栽后40d左右第一穗果開始膨大，在此后的一個月里農民一般會根據天氣7~10d進行一次追肥和噴施一次殺菌劑。針對番茄葉霉病、早晚疫病、病毒病以及菜青蟲和白粉虱等，每隔10d左右噴藥一次。同時在番茄移栽定植后，要及時去除多余枝杈，減少下位老葉的養分消耗，增加地表的通風透光性，利于提升地溫及降低地表空氣濕度，減少病蟲害的發生。

1.5樣品采集和測定（1）土壤含水量及無機氮含量：每次灌溉施肥前按照30cm土層間隔采集土樣，每個小區采集3鉆，混勻，裝入封口袋內密封，將土樣迅速帶回室內，一部分迅速過5mm篩，混勻后，稱取20g左右新鮮土樣于鋁盒中，在105℃下烘干12h，測定土壤含水量；同時稱取12.00g新鮮土樣于200mL塑料瓶中，加入0.01mol•L-1CaCl2溶液100mL，振蕩1h后過濾，采用硝酸鹽試紙條-反射儀方法速測根層氮素，并計算根層土壤硝態氮含量；采用同樣的方法速測灌溉水中硝酸氮的含量，結合灌溉量計算每次灌溉帶入的氮素；根據上述公式計算推薦施氮量。其余濾液和灌溉水樣置-18℃冰柜內冷凍貯存，后期用流動分析儀（型號TRAACS2000）測定濾液中無機氮含量。另一部分土樣風干后過2mm篩用于測定土壤速效磷。番茄收獲后采用相同的方法在各個小區采集0~200cm土樣進行相同的操作。（2）土壤養分含量采用常規測定方法：全氮含量采用濃硫酸，混合加速劑消煮-半微量蒸餾定氮法進行測定，全磷含量采用HClO4-H2SO4消化-鉬銻抗比色法測定，速效磷含量采用0.5mol•L-1碳酸氫鈉浸提-鉬藍比色法（Olsen法），速效鉀含量采用1mol•L-1的乙酸銨浸提-火焰光度計測定，有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定。（3）植株樣品處理及測定：植株收獲后將根莖葉分開殺青烘干，干樣粉碎后采用濃H2SO4-H2O2聯合消煮，全氮采用凱氏定氮法測定，全磷采用釩鉬黃比色法，全鉀采用火焰光度計測定。（4）產量：在試驗小區的中間位置選取兩行為測產區，收獲時將各處理的果實分別稱重，統計產量。

1.6數據分析采用DPS6.85進行方差分析及多重比較，采用Excel2003進行計算及繪圖。

2結果與分析

2.1設施番茄產量2010年秋冬季至2011年冬春季，傳統處理肥料投入每季度的養分投入量約為1000kgN•hm-2、300kgP•hm-2、600kgK•hm-2（表3），明顯高于三種糞肥推薦處理，產量卻有降低的趨勢（圖1），三種糞肥推薦處理之間產量差異不顯著。從整體趨勢上來看，P-based+S處理在整個試驗過程中均保持較高產量，主要是增加秸稈的投入能從調節C/N比，改善土壤性質等方面使得番茄達到增產增收的效果。這與任濤[19]研究得出的結論施用秸稈能對番茄起到一定的增產作用相似。

2.2根層土壤氮、磷養分含量

2.2.1根層無機氮土壤無機氮含量是一定時期內有機肥礦化、作物吸收與損失等綜合作用的結果。氮素優化管理通過施肥與動態監測相結合的方式將土壤氮素控制在一個合理的范圍之內。根據何飛飛等[18]在山東壽光得出的結論，一般土壤無機氮含量達到250kg•hm-2N即可滿足番茄對于氮素的需求。由圖2可知，三種糞肥推薦處理與后期尿素配施基本可以滿足番茄對于氮素的需求，且N-based處理較其他兩個處理根層無機氮偏低，與氮素投入量低于P-based處理有關，而P-based+S處理可能由于秸稈投入導致微生物活性增強，進而導致有機氮礦化增強。傳統處理由于施氮量較高（表3），在整個試驗過程中均維持在一個較高水平，過多的氮素投入并未達到更高的產量。雞糞的礦化過程主要集中在施用雞糞后前兩個月，本實驗中4種處理在施用糞肥后45~60d土壤無機氮含量達到一個峰值，為有機肥礦化與化學氮肥投入共同作用的結果。后期雖然也有氮素的施入，但隨著有機肥釋放氮素的速率越來越低以及氮素施用量的降低，土壤無機氮的含量越來越低。

2.2.2根層土壤速效磷圖3顯示不同處理影響土壤Olsen-P的動態變化。從2010年秋冬季到2012年冬春季整個過程來看，三種糞肥處理Olsen-P含量均保持在60mg•kg-1以下，而傳統處理Olsen-P含量均較三種糞肥處理要高，且在部分時間段已經達到60mg•kg-1這一臨界值。在整個生長季中，所有處理表層土壤Olsen-P含量總體上隨著作物的生長持續降低，2010年冬春季由于基礎土樣中Olsen-P含量較低，土壤Olsen-P含量經歷了一個增加的過程。從整個生育期土壤速效磷增長速率來看，P-based+S處理土壤Olsen-P月平均增長1.45mg•kg-1，分別高出于P-based處理、N-based處理0.15、0.26mg•kg-1。2010年秋冬季N-based處理土壤Olsen-P較P-based處理低（除2010年12月26日），說明糞肥對土壤Olsen-P的前期累積起著重要作用。2011年秋冬季開始Olsen-P含量保持在一個相對穩定的狀態。

2.3剖面土壤N、P養分累積2.3.1剖面土壤無機氮含量圖4顯示兩年生育期內番茄收獲后0~200cm壤無機氮含量變化。可以看出，與種植前相比，三種處理0~200cm土壤無機氮含量均有一定程度提高，且均以表層升高最大。2010年秋冬季，0~90cm隨著土層深度增加無機氮含量逐漸降低，且P-based+S處理較P-based與N-based處理無機氮含量都高；而90~200cm土層無機氮含量變化趨勢并不明顯，P-based+S處理較P-based與N-based處理無機氮含量都低。2011年冬春季較2010年秋冬季無機氮含量又有一定程度的提高，說明氮素施用上還有一定的調控空間。2012年兩個季度的土壤無機氮含量與2011年冬春季相比差距不大，但N-based較P-based與P-based+S處理無機氮含量低一些。傳統處理由于施用氮素較多且作物對于氮素的吸收利用有限，在表層積累了大量的無機氮，并且有進一步下移的趨勢。

2.3.2剖面土壤Olsen-P含量土壤磷素在土壤剖面的分布狀況，間接反映了有機肥礦化后部分磷素的去向。由圖5可知，隨著種植年限的增加土壤Olsen-P含量（尤其是表層土壤）有所提高，在此期間有機肥主要是培肥土壤的作用，隨著土壤剖面的加深Olsen-P含量不斷降低。傳統處理Olsen-P含量最高，尤其是表層土壤顯著高于三種糞肥推薦處理，主要是因為磷素投入過多。2011年冬春季各土層相比2010年秋冬季Olsen-P含量均有增加，0~30cm土壤以P-based+S處理Olsen-P含量最高，30~90cm土層N-based與P-based差異達到顯著水平；2011年秋冬季與2012年冬春季結論類似，P-based+S處理較P-based與N-based處理表層土壤Olsen-P含量高，而30~90cm土壤其含量最低，說明秸稈有固磷作用。

2.4氮磷平衡番茄屬淺根系作物，根系主要分布在30cm土層內，因此土壤的氮素供應主要考慮0~30cm土層，移出30cm以下的氮素視為損失。由表4可以看出，各處理氮素投入量遠遠大于番茄的實際需氮量，而過高的氮肥投入并沒有引起番茄植株氮素吸收量的增加，反而導致土壤無機氮含量增加，增大了土壤氮素的淋洗風險。調查顯示壽光地區氮素每年的盈余量可達2167kgN•hm-2（數據未發表），而本實驗中農民傳統處理的養分盈余狀況也達到1534kgN•hm-2，為三種推薦處理氮素盈余量的3~4倍。2010年秋冬季至2011年冬春季，P-based、P-based+S、N-based處理植株吸收量分別占氮素投入量的33.5%、34.8%、37.2%，而表觀氮素損失占到氮素投入量的50.4%、52.4%、46.4%，表明氮素還有很大的調控空間；與傳統處理相比，三種糞肥推薦處理氮素的表觀損失明顯降低，且均有一定的氮素調控空間。2011年秋冬季和2012年冬春季實際效果與2011年冬春季相似。由于磷素易被土壤固定，同時糞肥的投入量要大于作物磷素的帶走量，收獲后土壤中磷含量與種植前相比有不同程度的提高，土壤中的磷素存在盈余和積累（表4）。此實驗表明農民傳統處理的年養分盈余可達539kgP•hm-2，均遠遠高于三種有機肥推薦處理。三種糞肥推薦處理以P-based在各個生長季內表觀損失差距不大，而土壤Olsen-P含量也在穩定上升，截至2012年6月，仍低于60mg•kg-1，因此該階段還是培肥土壤階段；P-based+S由于磷肥投入較P-based和N-based高，磷素累積量較其他兩個處理要大；而N-based處理在整個生育期內磷素損失較P-based和P-based+S要高，主要是由于磷肥投入種類不同造成的。從番茄帶走量占投入量的比例來看，2010年秋冬季至2011年冬春季，P-based、P-based+S、N-based處理植株帶走量分別占投入量的34.5%、31.7%和35.4%，2011年秋冬季和2012年冬春季基本保持在35%左右。

3討論

3.1不同糞肥推薦方式對于養分盈余的影響新建日光溫室一般土壤養分含量較低，難以滿足作物對于養分的需求，同時土壤本身有機質等相對較低使得土壤地力狀況需要一定程度的改善。由于受到高經濟利益驅動的影響，傳統處理的養分投入量一般較高，劉兆輝等[20]在山東調查發現1994—1997年山東武城設施蔬菜年平均施肥量為2255kgN•hm-2和1474kgP•hm-2，在這段時間內施肥量逐年增加。青州地區為2749kgN•hm-2和952kgP•hm-2，而山東壽光則達到2488kgN•hm-2和1432kgP•hm-2，氮、磷的表觀利用率分別為21.33%和2.82%，造成了氮、磷的大量盈余。山東壽光2004年的施肥量與1997年相比氮肥和磷肥的用量有所減少，有機養分占總養分的比例明顯增加。Chen等[21]1996—2000年在北京京郊的調查結果顯示日光溫室茄果類蔬菜單季生產氮素總投入量平均達到1000kg•hm-2以上，遠遠超過了蔬菜對于養分的需求，其中有機肥的用量占到55%。本實驗中P-based，P-based+S以及N-based處理在第一個生長周年氮素盈余分別為565、565、477kgN•hm-2，磷素盈余為114、127、113kgP•hm-2；第二個周年氮素盈余分別為558、483、562kgN•hm-2，磷素盈余105、122、113kgP•hm-2。劉宏斌等[22]研究了北京地區254個深層土壤剖面硝態氮的空間分布特征與累積狀況。0~400cm土壤剖面硝態氮累積總量表現為保護地菜田最高，115個塑料大棚和日光溫室平均達1230kgN•hm-2。李俊良等[23]研究得出山東壽光在種植年限為8年以上的日光溫室Olsen-P含量可達253mg•kg-1，遠遠大于60mg•kg-1。本研究在氮素投入200kgN•hm-2、磷素投入74kgP•hm-2的標準投入量下，P-based推薦糞肥量中氮素投入量要高于N-based推薦糞肥量，試驗數據顯示，P-based推薦糞肥氮素投入是N-based的1.4~1.6倍。從整個試驗周期來看，總體養分投入差距不大。P-based、P-based+S以及N-based處理無機氮含量經歷了第一季度的增長后總體保持平衡的趨勢，0~90cm無機氮含量保持在200kgN•hm-2以上，基本可以滿足番茄對于氮素的需求，而各個處理磷素也不斷增加，其中以P-based+S增加最快，但在整個試驗期間并未超過60mg•kg-1，且番茄產量較傳統處理有一定程度的提高。

3.2不同糞肥推薦方式對于追肥的影響追肥數目是根據土壤氮素供應目標值，土壤無機氮含量以及灌溉水中帶入養分含量共同作用確定的。氮素供應目標值在不同的種植季節差異很大。春季番茄在第一、二、三穗果膨大期和第四、五、六穗果膨大期每次追肥后氮素的供應分別不低于300、200kgN•hm-2，秋季番茄在第一、二、三、四穗果膨大期和第五、六穗果膨大期每次追肥后氮素的供應分別不低于200、250kgN•hm-2[18]。土壤無機氮含量受有機肥礦化、植物吸收等作用的影響[24]。本研究N-based處理基肥投入含氮量比較少，整個生育期糞肥提高土壤無機氮的能力較其他處理低，因此后期追肥數量較其他兩種處理高。P-based+S在P-based基礎上增加8t•hm-2秸稈，一方面增加了基肥中氮、磷的量，另一方面調節了C/N與C/P。一般認為，當有機肥的C/N比小于15時，有機肥可出現凈礦化，C/N比大于19時，有機肥出現凈固定[24]。本研究整個生育期N-based與P-based處理C/N均在13以下，試驗前期會出現氮素的凈固定，而P-based+S處理C/N在20以上，使得雞糞在礦化過程中不會出現氮素的凈固定而增加作物對于養分的吸收。

4結論

（1）與傳統施肥管理模式相比，本研究中三種糞肥推薦管理模式在保證產量的前提下，氮、磷表觀平衡大幅度降低。（2）P-based糞肥推薦策略中糞肥氮、磷投入量要高于N-based糞肥推薦策略。因此，在新建設施菜田，以培肥地力為主，應按照P-based推薦施用糞肥，在種植年限較長的老菜田，為了防止土壤養分積累和淋失，提高養分利用效率，可以考慮以N-based推薦施用糞肥。過量氮肥投入易造成C/N、C/P失衡，通過增施高C小麥秸稈可以提高C/N和C/P，對培肥地力有很重要的作用，因此在兩種有機肥推薦策略的基礎上增施秸稈效果更佳。（3）本研究是在兩年的實驗基礎上對于氮素、磷素盈余以及無機氮、Olsen-P狀況進行分析的，三種糞肥處理無機氮含量均處在一個較低水平且保持穩定，Olsen-P含量并未超過60mg•kg-1，但是土壤中氮素、磷素含量也在不斷增加，隨著試驗的進行糞肥施入量還有一定的調控空間。本研究由于試驗面積的限制并未設置N-based+S處理，后期的試驗過程中應該增加該處理進行對比，為糞肥施用提供理論基礎。

作者：李超嚴正娟張經緯陳清李俊良單位：青島農業大學資源與環境學院中國農業大學資源與環境學院