粪肥施用对番茄产量的影响范文

《农业环境科学学报》2014年第八期

1材料与方法

1.1试验地点及供试土壤试验于2010年8月在山东寿光古城街道美微蔬菜生产专业合作社进行，该地区为典型的大陆季风气候，年平均气温和降雨量分别为12.4℃和558mm。试验选用的日光温室种植面积为56m×11m，为新建设施温室，前两年为荒地。大棚建设时将表层土用于建造后土墙，试验开始前0~200cm土壤基本化学性质见表1。0~30cm土壤容重为1330kg•m-3，田间持水量为26%（W/W），土壤机械组成为砂粒1.2%、粉粒62.3%、粘粒36.5%。

1.2供试作物试验自2010年秋冬季开始持续到2012年冬春季。供试作物为番茄，品种为“美粉宝石”，栽培方式为传统的畦栽，畦宽为0.8m，畦间距为0.5m，株距为0.35m，种植密度为每平方米3.5株，整个生育期一般保留4~5穗果，每穗留单果3~4个。秋冬茬定植时间在8月份，而拉秧时间一般选择在来年2月份，冬春茬定植时间一般在2月底3月初，拉秧时间在6月底7月初，7月中下旬农民会进行闷棚处理。

1.3试验设计（1）P-based处理：根据磷素推荐量确定粪肥施用量。磷素的施用量根据目标产量与土壤肥力水平确定，目标是控制表层土壤Olsen-P在60mg•kg-1以下。本试验条件下番茄目标产量为85t•hm-2，作物磷素带走量为37kgP•hm-2。由于土壤速效磷水平很低，按照带走量的2倍补充[17]。（2）P-based+S处理：在P-based处理的基础上添加小麦秸秆，用量为8t•hm-2。（3）N-based处理：根据粪肥中氮素含量确定粪肥施用量。基于目标产量和氮素供应目标值确定设施菜地氮素施用量和每季粪肥带入的总氮数量不超过200kgN•hm-2的限量，本试验确定粪肥的施用量以提供200kgN•hm-2为准，粪肥中磷素不足74kgP•hm-2部分则由化学肥料普钙补充。所有的处理追肥按照设施番茄施肥推荐策略进行。采用灌根方式将13kgP•hm-2过磷酸钙肥料分别在番茄移栽后20、40d和第四穗果（约移栽后80d）时施入；氮肥施用采用目标供应值，灌溉施肥前测定土壤Nmin含量，通过下列公式计算氮素施用量[18]；钾素的施用总量根据目标产量与土壤肥力水平确定，本实验条件下按照作物带走量的1.5倍补充[17]，化肥施用量为推荐总量减去粪肥带入钾量，其中30%作为基施，其余为追肥施用。氮肥追施量=氮素供应目标值-土壤Nmin含量采用随机区组设计，三次重复，小区面积为55m2，灌溉方式为滴灌。为了比较上述控制效果，以临近大棚常规管理（SN）作为对照。试验选用的肥料品种：有机肥为鸡粪，秸秆为小麦秸秆，养分含量如表2所示；化学肥料分别为尿素（46%N）、普钙（12%P2O5）和硫酸钾（52%K2O）。具体的肥料投入状况如表3所示。

1.4田间管理在移栽后40d左右第一穗果开始膨大，在此后的一个月里农民一般会根据天气7~10d进行一次追肥和喷施一次杀菌剂。针对番茄叶霉病、早晚疫病、病毒病以及菜青虫和白粉虱等，每隔10d左右喷药一次。同时在番茄移栽定植后，要及时去除多余枝杈，减少下位老叶的养分消耗，增加地表的通风透光性，利于提升地温及降低地表空气湿度，减少病虫害的发生。

1.5样品采集和测定（1）土壤含水量及无机氮含量：每次灌溉施肥前按照30cm土层间隔采集土样，每个小区采集3钻，混匀，装入封口袋内密封，将土样迅速带回室内，一部分迅速过5mm筛，混匀后，称取20g左右新鲜土样于铝盒中，在105℃下烘干12h，测定土壤含水量；同时称取12.00g新鲜土样于200mL塑料瓶中，加入0.01mol•L-1CaCl2溶液100mL，振荡1h后过滤，采用硝酸盐试纸条-反射仪方法速测根层氮素，并计算根层土壤硝态氮含量；采用同样的方法速测灌溉水中硝酸氮的含量，结合灌溉量计算每次灌溉带入的氮素；根据上述公式计算推荐施氮量。其余滤液和灌溉水样置-18℃冰柜内冷冻贮存，后期用流动分析仪（型号TRAACS2000）测定滤液中无机氮含量。另一部分土样风干后过2mm筛用于测定土壤速效磷。番茄收获后采用相同的方法在各个小区采集0~200cm土样进行相同的操作。（2）土壤养分含量采用常规测定方法：全氮含量采用浓硫酸，混合加速剂消煮-半微量蒸馏定氮法进行测定，全磷含量采用HClO4-H2SO4消化-钼锑抗比色法测定，速效磷含量采用0.5mol•L-1碳酸氢钠浸提-钼蓝比色法（Olsen法），速效钾含量采用1mol•L-1的乙酸铵浸提-火焰光度计测定，有机质采用重铬酸钾外加热法测定。（3）植株样品处理及测定：植株收获后将根茎叶分开杀青烘干，干样粉碎后采用浓H2SO4-H2O2联合消煮，全氮采用凯氏定氮法测定，全磷采用钒钼黄比色法，全钾采用火焰光度计测定。（4）产量：在试验小区的中间位置选取两行为测产区，收获时将各处理的果实分别称重，统计产量。

1.6数据分析采用DPS6.85进行方差分析及多重比较，采用Excel2003进行计算及绘图。

2结果与分析

2.1设施番茄产量2010年秋冬季至2011年冬春季，传统处理肥料投入每季度的养分投入量约为1000kgN•hm-2、300kgP•hm-2、600kgK•hm-2（表3），明显高于三种粪肥推荐处理，产量却有降低的趋势（图1），三种粪肥推荐处理之间产量差异不显著。从整体趋势上来看，P-based+S处理在整个试验过程中均保持较高产量，主要是增加秸秆的投入能从调节C/N比，改善土壤性质等方面使得番茄达到增产增收的效果。这与任涛[19]研究得出的结论施用秸秆能对番茄起到一定的增产作用相似。

2.2根层土壤氮、磷养分含量

2.2.1根层无机氮土壤无机氮含量是一定时期内有机肥矿化、作物吸收与损失等综合作用的结果。氮素优化管理通过施肥与动态监测相结合的方式将土壤氮素控制在一个合理的范围之内。根据何飞飞等[18]在山东寿光得出的结论，一般土壤无机氮含量达到250kg•hm-2N即可满足番茄对于氮素的需求。由图2可知，三种粪肥推荐处理与后期尿素配施基本可以满足番茄对于氮素的需求，且N-based处理较其他两个处理根层无机氮偏低，与氮素投入量低于P-based处理有关，而P-based+S处理可能由于秸秆投入导致微生物活性增强，进而导致有机氮矿化增强。传统处理由于施氮量较高（表3），在整个试验过程中均维持在一个较高水平，过多的氮素投入并未达到更高的产量。鸡粪的矿化过程主要集中在施用鸡粪后前两个月，本实验中4种处理在施用粪肥后45~60d土壤无机氮含量达到一个峰值，为有机肥矿化与化学氮肥投入共同作用的结果。后期虽然也有氮素的施入，但随着有机肥释放氮素的速率越来越低以及氮素施用量的降低，土壤无机氮的含量越来越低。

2.2.2根层土壤速效磷图3显示不同处理影响土壤Olsen-P的动态变化。从2010年秋冬季到2012年冬春季整个过程来看，三种粪肥处理Olsen-P含量均保持在60mg•kg-1以下，而传统处理Olsen-P含量均较三种粪肥处理要高，且在部分时间段已经达到60mg•kg-1这一临界值。在整个生长季中，所有处理表层土壤Olsen-P含量总体上随着作物的生长持续降低，2010年冬春季由于基础土样中Olsen-P含量较低，土壤Olsen-P含量经历了一个增加的过程。从整个生育期土壤速效磷增长速率来看，P-based+S处理土壤Olsen-P月平均增长1.45mg•kg-1，分别高出于P-based处理、N-based处理0.15、0.26mg•kg-1。2010年秋冬季N-based处理土壤Olsen-P较P-based处理低（除2010年12月26日），说明粪肥对土壤Olsen-P的前期累积起着重要作用。2011年秋冬季开始Olsen-P含量保持在一个相对稳定的状态。

2.3剖面土壤N、P养分累积2.3.1剖面土壤无机氮含量图4显示两年生育期内番茄收获后0~200cm壤无机氮含量变化。可以看出，与种植前相比，三种处理0~200cm土壤无机氮含量均有一定程度提高，且均以表层升高最大。2010年秋冬季，0~90cm随着土层深度增加无机氮含量逐渐降低，且P-based+S处理较P-based与N-based处理无机氮含量都高；而90~200cm土层无机氮含量变化趋势并不明显，P-based+S处理较P-based与N-based处理无机氮含量都低。2011年冬春季较2010年秋冬季无机氮含量又有一定程度的提高，说明氮素施用上还有一定的调控空间。2012年两个季度的土壤无机氮含量与2011年冬春季相比差距不大，但N-based较P-based与P-based+S处理无机氮含量低一些。传统处理由于施用氮素较多且作物对于氮素的吸收利用有限，在表层积累了大量的无机氮，并且有进一步下移的趋势。

2.3.2剖面土壤Olsen-P含量土壤磷素在土壤剖面的分布状况，间接反映了有机肥矿化后部分磷素的去向。由图5可知，随着种植年限的增加土壤Olsen-P含量（尤其是表层土壤）有所提高，在此期间有机肥主要是培肥土壤的作用，随着土壤剖面的加深Olsen-P含量不断降低。传统处理Olsen-P含量最高，尤其是表层土壤显著高于三种粪肥推荐处理，主要是因为磷素投入过多。2011年冬春季各土层相比2010年秋冬季Olsen-P含量均有增加，0~30cm土壤以P-based+S处理Olsen-P含量最高，30~90cm土层N-based与P-based差异达到显著水平；2011年秋冬季与2012年冬春季结论类似，P-based+S处理较P-based与N-based处理表层土壤Olsen-P含量高，而30~90cm土壤其含量最低，说明秸秆有固磷作用。

2.4氮磷平衡番茄属浅根系作物，根系主要分布在30cm土层内，因此土壤的氮素供应主要考虑0~30cm土层，移出30cm以下的氮素视为损失。由表4可以看出，各处理氮素投入量远远大于番茄的实际需氮量，而过高的氮肥投入并没有引起番茄植株氮素吸收量的增加，反而导致土壤无机氮含量增加，增大了土壤氮素的淋洗风险。调查显示寿光地区氮素每年的盈余量可达2167kgN•hm-2（数据未发表），而本实验中农民传统处理的养分盈余状况也达到1534kgN•hm-2，为三种推荐处理氮素盈余量的3~4倍。2010年秋冬季至2011年冬春季，P-based、P-based+S、N-based处理植株吸收量分别占氮素投入量的33.5%、34.8%、37.2%，而表观氮素损失占到氮素投入量的50.4%、52.4%、46.4%，表明氮素还有很大的调控空间；与传统处理相比，三种粪肥推荐处理氮素的表观损失明显降低，且均有一定的氮素调控空间。2011年秋冬季和2012年冬春季实际效果与2011年冬春季相似。由于磷素易被土壤固定，同时粪肥的投入量要大于作物磷素的带走量，收获后土壤中磷含量与种植前相比有不同程度的提高，土壤中的磷素存在盈余和积累（表4）。此实验表明农民传统处理的年养分盈余可达539kgP•hm-2，均远远高于三种有机肥推荐处理。三种粪肥推荐处理以P-based在各个生长季内表观损失差距不大，而土壤Olsen-P含量也在稳定上升，截至2012年6月，仍低于60mg•kg-1，因此该阶段还是培肥土壤阶段；P-based+S由于磷肥投入较P-based和N-based高，磷素累积量较其他两个处理要大；而N-based处理在整个生育期内磷素损失较P-based和P-based+S要高，主要是由于磷肥投入种类不同造成的。从番茄带走量占投入量的比例来看，2010年秋冬季至2011年冬春季，P-based、P-based+S、N-based处理植株带走量分别占投入量的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讨论

3.1不同粪肥推荐方式对于养分盈余的影响新建日光温室一般土壤养分含量较低，难以满足作物对于养分的需求，同时土壤本身有机质等相对较低使得土壤地力状况需要一定程度的改善。由于受到高经济利益驱动的影响，传统处理的养分投入量一般较高，刘兆辉等[20]在山东调查发现1994—1997年山东武城设施蔬菜年平均施肥量为2255kgN•hm-2和1474kgP•hm-2，在这段时间内施肥量逐年增加。青州地区为2749kgN•hm-2和952kgP•hm-2，而山东寿光则达到2488kgN•hm-2和1432kgP•hm-2，氮、磷的表观利用率分别为21.33%和2.82%，造成了氮、磷的大量盈余。山东寿光2004年的施肥量与1997年相比氮肥和磷肥的用量有所减少，有机养分占总养分的比例明显增加。Chen等[21]1996—2000年在北京京郊的调查结果显示日光温室茄果类蔬菜单季生产氮素总投入量平均达到1000kg•hm-2以上，远远超过了蔬菜对于养分的需求，其中有机肥的用量占到55%。本实验中P-based，P-based+S以及N-based处理在第一个生长周年氮素盈余分别为565、565、477kgN•hm-2，磷素盈余为114、127、113kgP•hm-2；第二个周年氮素盈余分别为558、483、562kgN•hm-2，磷素盈余105、122、113kgP•hm-2。刘宏斌等[22]研究了北京地区254个深层土壤剖面硝态氮的空间分布特征与累积状况。0~400cm土壤剖面硝态氮累积总量表现为保护地菜田最高，115个塑料大棚和日光温室平均达1230kgN•hm-2。李俊良等[23]研究得出山东寿光在种植年限为8年以上的日光温室Olsen-P含量可达253mg•kg-1，远远大于60mg•kg-1。本研究在氮素投入200kgN•hm-2、磷素投入74kgP•hm-2的标准投入量下，P-based推荐粪肥量中氮素投入量要高于N-based推荐粪肥量，试验数据显示，P-based推荐粪肥氮素投入是N-based的1.4~1.6倍。从整个试验周期来看，总体养分投入差距不大。P-based、P-based+S以及N-based处理无机氮含量经历了第一季度的增长后总体保持平衡的趋势，0~90cm无机氮含量保持在200kgN•hm-2以上，基本可以满足番茄对于氮素的需求，而各个处理磷素也不断增加，其中以P-based+S增加最快，但在整个试验期间并未超过60mg•kg-1，且番茄产量较传统处理有一定程度的提高。

3.2不同粪肥推荐方式对于追肥的影响追肥数目是根据土壤氮素供应目标值，土壤无机氮含量以及灌溉水中带入养分含量共同作用确定的。氮素供应目标值在不同的种植季节差异很大。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应分别不低于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应分别不低于200、250kgN•hm-2[18]。土壤无机氮含量受有机肥矿化、植物吸收等作用的影响[24]。本研究N-based处理基肥投入含氮量比较少，整个生育期粪肥提高土壤无机氮的能力较其他处理低，因此后期追肥数量较其他两种处理高。P-based+S在P-based基础上增加8t•hm-2秸秆，一方面增加了基肥中氮、磷的量，另一方面调节了C/N与C/P。一般认为，当有机肥的C/N比小于15时，有机肥可出现净矿化，C/N比大于19时，有机肥出现净固定[24]。本研究整个生育期N-based与P-based处理C/N均在13以下，试验前期会出现氮素的净固定，而P-based+S处理C/N在20以上，使得鸡粪在矿化过程中不会出现氮素的净固定而增加作物对于养分的吸收。

4结论

（1）与传统施肥管理模式相比，本研究中三种粪肥推荐管理模式在保证产量的前提下，氮、磷表观平衡大幅度降低。（2）P-based粪肥推荐策略中粪肥氮、磷投入量要高于N-based粪肥推荐策略。因此，在新建设施菜田，以培肥地力为主，应按照P-based推荐施用粪肥，在种植年限较长的老菜田，为了防止土壤养分积累和淋失，提高养分利用效率，可以考虑以N-based推荐施用粪肥。过量氮肥投入易造成C/N、C/P失衡，通过增施高C小麦秸秆可以提高C/N和C/P，对培肥地力有很重要的作用，因此在两种有机肥推荐策略的基础上增施秸秆效果更佳。（3）本研究是在两年的实验基础上对于氮素、磷素盈余以及无机氮、Olsen-P状况进行分析的，三种粪肥处理无机氮含量均处在一个较低水平且保持稳定，Olsen-P含量并未超过60mg•kg-1，但是土壤中氮素、磷素含量也在不断增加，随着试验的进行粪肥施入量还有一定的调控空间。本研究由于试验面积的限制并未设置N-based+S处理，后期的试验过程中应该增加该处理进行对比，为粪肥施用提供理论基础。

作者：李超严正娟张经纬陈清李俊良单位：青岛农业大学资源与环境学院中国农业大学资源与环境学院