海南砖红壤上优化施肥对线椒产量及氮肥利用的影响

作者:未知

  摘  要  蔬菜生产中片面追求高产,过量施用氮肥非常普遍,引起水体或大气污染。本文通过田间小区试验,以农户习惯施肥为对照,研究了减氮对线椒产量和植株地上部氮素积累量的影响,同时结合15N标记肥料的微区试验,研究了肥料氮的去向。结果表明:以农民习惯施氮肥450 kg/hm2为对照,减氮30%后线椒产量略增加,但差异不显著。15N标记肥料的微区试验结果表明不同氮肥用量处理的线椒整个生育期果实、茎和叶的氮素总累积量几乎相等,农民习惯施氮肥较多,主要增加了土壤中的0~40 cm残留量和表观损失量,大量残留的氮可能在线椒收获后被雨水淋失,环境风险大。氮肥利用率无论通过差值法还是15N示踪法计算,都是减氮30%处理显著高于习惯施氮。因此目前海南线椒生产中,相比农民习惯施氮肥450 kg/hm2减少30%氮肥施用非常必要,既不会影响产量,还可减轻环境污染。
  关键词  线椒;习惯施肥;减氮;氮肥利用率
  中图分类号  S641.3      文献标识码  A
  Abstract  Excessive application of nitrogen (N) fertilizer is very common to get high yield in vegetable production which causes water or air pollution. Compared with traditional N fertilizer application, the effects of reduced N fertilizer on the yield and accumulation of nitrogen in line pepper were studied by field experiments and the fate of N fertilizer was observed by the 15N micro-plot. The results showed that the line pepper yield by reduced 30% N was slightly improved but the difference was not significant compared with conventional N fertilizer input of 450 kg/hm2. The results of the 15N micro-plot experiment indicated that the accumulation of nitrogen in fruits, stems and leaves was almost equal during the whole growth period of line pepper even though more N fertilizer was applied in conventional N fertilizer treatment which resulted in the increment of the residual N in 0–40 cm soil and the loss of N. The residual N may be leached after the harvest of line pepper and contributed to environment pollution. The nitrogen use efficiency of reduced 30% nitrogen was significantly higher than that of conventional N fertilizer obtained by the percentage of fertilizer N uptake by crop to N fertilizer rate or 15N tracer technique. Therefore, compared with conventional N fertilizer input of 450 kg/hm2, it was necessary to reduce 30% nitrogen fertilizer in the line pepper production in Hainan, which would not affect the yield, and reduce environmental pollution.
  Keywords  Line pepper; conventional fertilizer application; nitrogen reduction; nitrogen use efficiency
  DOI  10.3969/j.issn.1000-2561.2019.05.005
  在礦质营养元素中,氮对作物生长发育的促进作用和增产效果最为显著。蔬菜生产中片面追求高产,过量施用氮肥非常普遍,山东惠民设施蔬菜区年均施入4670 kg/hm2的氮肥,超过作物需要量的数倍[1]。北京市保护地菜田全年氮肥用量高达1731.7 kg/hm2,相当于作物吸氮量的4.47倍,氮盈余量达到1344.0 kg/hm2[2]。过量施用氮肥引起水体或大气污染环境,备受大家关注。
  海南冬季气温高,被誉为天然大温室,具有发展冬季瓜菜的优势。冬季瓜菜中椒类的播种面积和产量居第一位,2015、2016年播种面积分别为41071、46504 hm2[3-4]。一般辣椒生长对氮、钾需求较多,磷需求较少[5-6],但是据笔者前期调查发现在椒类生产上农民习惯全程施用1种复合肥(15-15-15),因此可以看出相对于钾而言,氮和磷都过量,尤其过量的氮异常活跃,容易进入水体或大气造成污染。另外氮肥用量高达350~750 kg/hm2,而且基肥施用比例较大,多数占50%~70%,总之肥料配比、用量、施用时期等都不合理。   王敏等[7]对海南尖椒(谷雨109)施氮研究指出适宜施氮为300~450 kg/hm2,最佳施氮量422.5 kg/hm2,还有研究指出丘北辣椒(丘北小辣)最佳施氮量为180 kg/hm2[8],李士敏等[9]在贵州遵义3个镇上进行朝天椒的氮磷钾肥效的田间试验,结果表明最佳施氮量为245~ 628 kg/hm2,董俊霞[10]通过3414施肥方案研究发现辣椒(火辣椒)高产的最佳施氮量为233 kg/hm2,由此可见不同土壤、不同辣椒品种适宜氮肥用量不同。海南椒类种植中以线椒和泡椒为主,目前对线椒的合理施氮未见报道。本文通过田间小区试验,以农户习惯施肥为对照,研究减氮、减磷处理对线椒产量的影响,同时结合15N标记肥料的微区试验,研究肥料氮的去向,旨在为合理施氮提高线椒产量与氮肥利用率,减
  少氮肥损失,从而保护环境提供理论依据。
  1  材料与方法
  1.1  材料
  1.1.1  供试土壤   试验于2016年11月—2017年5月在海南省儋州市热科院试验场大石队(19°316″N,109°29′21″E)进行,供试土壤前茬作物为水稻,土壤为砖红壤,土壤基本理化性质:pH4.9,有机质22.64 g/kg,全氮1.16 g/kg,碱解氮57.48 mg/kg,有效磷18.75 mg/kg,速效钾19.11 mg/kg。
  1.1.2  供试作物  线椒,品种为湘辣十三号,购自屯昌蔬菜种子店。
  1.2  方法
  1.2.1  实验设计  本试验采用田间小区与微区试验结合的方式。小区试验设3个处理:传统施肥(按照农民常规习惯,全程施用复合肥(15-15-15),氮肥用量为450 kg/hm2,磷肥用量为450 kg/hm2,记为N450P450);优化施肥(根据辣椒对肥料三要素的需求特点,相比农民习惯施肥量,减氮30%,减磷60%可能更适合线椒生长。基肥施用复合肥(15-15-15),追肥改用另一种复合肥(15-5-25),氮肥用量为315 kg/hm2,磷肥用量为180 kg/hm2,记为N315P180);对照(N0P180),不施用氮肥,磷钾施用与优化施肥处理相同,分别由过磷酸钙和氯化钾提供。每个小区面积8 m×4.5 m,起垄耕作,每小区3垄,每垄雙行种植,株距0.4 m,有机肥施用相同(11 000 kg/hm2羊粪商品有机肥),作为基肥一次性施入。重复3次,随机排列。化肥施用分为基肥和3次追肥,具体施肥量见表1。
  同时在施氮肥的2个处理N450P450和N315P180采用铁框法进行微区试验,每个小区设置2个微区,铁框规格为110 cm×80 cm×40 cm,高出地面5 cm,每个铁框种植6株线椒,微区内肥料用量、浇水、病虫害防控等田间管理与小区相同,氮为上海化工研究院生产的15N标记尿素(丰度5.19%),磷钾分别由过磷酸钙和氯化钾提供。
  辣椒于2016年10月27日育苗,12月3日移栽于试验小区,常规栽培管理,未进行修剪摘心处理。每次分小区采集辣椒果实称重后,随机选取一部分杀青烘干测定其中的氮含量。2017年5月4日试验结束时随机采集3株辣椒,按照果实、茎、叶分开称重后,随机选取一部分杀青烘干测定其中的氮含量。微区试验类似,试验结束时6株全部采集,每次采样除了测定氮含量,还测定15N丰度。用土钻分层采集0~10、10~20、 20~40 cm土样,测定土壤全氮含量和15N丰度,计算土壤的15N残留率。
  1.2.2  测定指标与方法   植物和土壤样品全氮用凯氏定氮法测定,15N丰度用质谱仪测定。
  氮肥利用率的计算参照巨晓棠[11]、王富林[12]的方法。计算公式为:
  Ndff=[辣椒或土壤15N丰度(%)-自然丰度(0.365%)]/[肥料中15N丰度(%)-自然丰度(0.365%)]×100%;
  辣椒氮肥利用率=[Ndff×辣椒全氮量(g)]/施肥量(g);
  总氮量(g)=辣椒干物质量(g)×N
  辣椒15N累积量(mg)=总氮量(g)× Ndff×1000;
  土壤各层次氮肥残留量(mg)=土壤全氮含量(g/kg)×容重(g/cm3)×土层深度(cm)×微区面积(cm2)×Ndff
  表观损失量=施肥量-作物吸氮量-土壤氮残留量
  氮肥表观利用率=(施氮区作物吸氮量-不施氮区作物吸氮量)/施氮量×100%;
  氮肥表观残留率=(施氮区残留氮-不施氮区残留氮)/施氮量×100%;
  氮肥表观损失率=100%-氮肥利用率-氮肥残留率。
  1.3  数据处理
  所有数据采用Excel 2010软件和SPSS 20.0软件进行统计分析,差异显著性检验用LSD法。
  2  结果与分析
  2.1  不同施肥处理对线椒果实产量的影响
  由表2可知,2个施氮处理(N450P450、N315P180)的产量分别比不施氮处理(N0P180)增产83.8%、92.5%,说明增施氮肥能显著提高辣椒的产量;N315P180处理无论小区还是微区的产量都略高于N450P450处理,分别增产5%、6%,但差异未达显著水平,即减氮30%后线椒产量不仅没有降低,反而略有提高,说明农民习惯施氮量至少过量30%。
  2.2  不同施肥处理对线椒氮素累积量的影响
  2个施氮肥处理N450P450、N315P180的植株地上部氮素总累积量显著高于不施氮肥处理N0P180。相比N450P450处理,优化施肥的N315P180处理整个生育期果实、茎和叶的总氮素累积量提高了9.3%,但差异不显著。原因可能是N450P450与N315P180处理的N∶P2O5∶K2O=1∶1∶1和1∶0.6∶1.4 , 后者氮磷钾比例更适合辣椒生长,产量略提高,氮累积量也略增加。   2.3  不同氮肥用量对15N肥料去向的影响
  施入微区土壤的15N肥料去向见表3,不同氮肥用量的两个处理植株氮素总累积量几乎相等,且都是果实吸氮量最多,占70%左右。N450P450處理在0~10 cm、10~20 cm及20~40 cm土层内的15N残留量均大于N315P180,尤其是0~10 cm土层,高出95.2%,差异达到极显著水平,原因可能是施肥较浅(追肥主要是在株间开挖5 cm左右的施肥穴)。N450P450处理0~40 cm15N肥料的总残留量也极显著高于N315P180。N450P450处理的15N肥料表观损失量比N315P180损失氮量高36.5%,但差异不显著。由此可知农民习惯过量施用氮肥,并没有增加辣椒的氮素吸收,主要增加了土壤中0~40 cm的残留量和表观损失量。
  从表4可看出:氮肥利用率无论通过小区试验差值法计算还是微区试验通过15N示踪法计算的都为N315P180显著高于N450P450,但是都比较低,仅为16%~26%。微区15N示踪试验结果表明,氮肥施入在土壤后残留率最高,占50%左右,其次是通过各种途径损失的,约占30%,氮肥的吸收利用率最低。
  3  讨论
  韩瑛祚等[13]的研究发现,与常规施肥(225 kg/ hm2)相比,减氮15%辣椒产量高于常规施肥,减氮30%辣椒产量略低于常规施肥,但差异不显著。何志学[14]通过盆栽试验研究表明随着施氮量的增加,辣椒产量呈先增后减的现象,适宜施氮量为540 kg/hm2。本研究试验条件下以多数农民习惯施氮肥450 kg/hm2为对照,减氮30%处理即315 kg/hm2线椒产量略增加,但差异不显著,原因可能基肥减少了33.3%氮肥用量,在辣椒结果盛期和后期增施含钾高的复合肥(15-5-25),即第2、3次追肥比N450P450处理增施钾33.3%、66.7%,满足了辣椒结果期对钾素需求较多,利于产量增加,是否可以继续减少氮肥用量不会显著减产有待进一步研究,另外适宜施氮量还与线椒品种、产量和土壤供氮量有关。
  韩瑛祚等[13]研究指出相比常规施氮(225 kg/ hm2)减氮15%或30%不会降低辣椒整个生育期植株(果+茎+叶)对氮素的吸收,反而减氮15%辣椒氮素吸收量略高于常规施氮处理。本研究也得到类似的结果,相比农民习惯施氮(450 kg/ hm2),优化施肥处理(315 kg/hm2)整个生育期果实、茎和叶的总氮素累积量略高,从而氮肥利用率都是优化施肥处理的显著高于农民习惯施氮。但是氮肥利用率无论通过差值法还是15N示踪法计算的也都比较低,仅为16%~26%。有研究指出中国露地蔬菜氮肥利用率为25.9%±13.3%,显著低于玉米、小麦和水稻[15],朱建华通过15N微区试验研究发现当施氮量为1200 kg/hm2,仅有10.47%肥料氮被辣椒吸收利用[16]。韩玲君的研究也发现,随着氮肥用量的增加,辣椒对氮肥的利用率表现为降低的趋势[17]。蔬菜生产中氮肥利用率比较低,主要与蔬菜的根系较浅,氮肥施用较多有关。本研究试验条件下差值法计算的氮肥利用率略高于15N示踪法,这与前人的研究结果相似[17],主要可能是氮肥的激发效应。
  从15N微区试验可看出,农民习惯施氮肥较多,并没有增加线椒的氮素吸收,主要增加了土壤中的0~40 cm残留量和表观损失量。尤其是农民习惯施氮处理线椒种植结束后0~40 cm土壤氮残留量高达251.6 kg/hm2,辣椒收获后(5月左右)恰逢海南雨季,土壤中残留的大量氮素在雨水的作用下可能大量被淋洗或径流损失,肖丽娟[18]对海南7个大中水库水质调查发现,丰水期水体营养高于枯水期,尤其是农业集约化程度较高的乐东和万宁地区的水库,证实了上述推测。而优化施肥处理可以显著降低辣椒收获后氮素在土壤中的残留量,从而可以减少氮肥的浪费以及对环境的污染,因此目前海南线椒生产中相比农民习惯施氮量减少氮肥30%施用非常必要。
  综上所述,以多数农民习惯施氮肥450 kg/ hm2为对照,减氮30%后线椒产量略增加,但差异不显著。15N微区试验可知不同氮肥用量的2个处理植株地上部氮素总累积量几乎相等,因此优化施肥处理的氮肥利用率显著提高,农民习惯施氮肥较多,主要增加了土壤中的0~40 cm残留量和表观损失量,大量残留的氮可能在线椒收获后损失,环境风险大,因此目前海南线椒生产中相比农民习惯施氮肥450 kg/hm2减少30%氮肥施用非常必要。
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