河北省葡萄施肥現(xiàn)狀及節(jié)能減排潛力分析

馬振朝， 王嘉瑩， 龐新宇， 李　蕊， 謝　楓， 孫　浩， 吉艷芝

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，河北保定 071000； 2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)土資源學(xué)院，河北保定 071000)

葡萄是適應(yīng)范圍最廣的果樹(shù)，在我國(guó)各地區(qū)均有種植，我國(guó)葡萄的種植面積由2010年的70.37萬(wàn)hm2增加到2013年81.40萬(wàn)hm2，產(chǎn)量也由2010年854.89萬(wàn)t升至2013年的 1 155.00萬(wàn)t[1-2]。河北省葡萄種植面積和產(chǎn)量均居全國(guó)第二，2014年河北省葡萄種植面積達(dá)13.282萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量達(dá)163.02萬(wàn)t[3]。在葡萄生產(chǎn)中，施肥是葡萄種植的關(guān)鍵，為了追求高產(chǎn)，盲目施肥不僅導(dǎo)致葡萄產(chǎn)量下降和品質(zhì)降低，也造成資源嚴(yán)重浪費(fèi)與環(huán)境日益惡化[4]。

合理施肥不僅能增加葡萄產(chǎn)量，改善葡萄的品質(zhì)，降低生產(chǎn)成本，而且能提高肥料利用率，增強(qiáng)果園土壤肥力，創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境[5]。王探魁等對(duì)河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)施肥現(xiàn)狀調(diào)查分析，研究發(fā)現(xiàn)河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)養(yǎng)分施用量過(guò)大，氮磷鉀養(yǎng)分比例不協(xié)調(diào)，施肥時(shí)期不合理[6]。魏建林等對(duì)不同用量控釋氮肥在葡萄生產(chǎn)上的施用效果研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化施肥方式，減少氮素養(yǎng)分投入量，與傳統(tǒng)施肥相比葡萄產(chǎn)量增加211.9 kg/667 m2，增幅達(dá)7%，且在減氮15%、30%情況下葡萄的可溶性糖含量最高，與傳統(tǒng)施肥相比提高了10%左右，差異明顯[7]。趙翠芳在遼寧省撫順市順城區(qū)會(huì)元鄉(xiāng)進(jìn)行了葡萄配方肥對(duì)比校正試驗(yàn)，結(jié)果施用葡萄配方肥的地塊增產(chǎn)幅度達(dá)14.93%～33.24%，減少投入50%，產(chǎn)量提高了35%左右，配方肥能基本滿(mǎn)足葡萄正常生長(zhǎng)發(fā)育對(duì)氮、磷、鉀養(yǎng)分的需求[8]。程杰山等研究不同施肥量對(duì)“巨玫瑰”葡萄生長(zhǎng)和果實(shí)品質(zhì)的影響，結(jié)果增加施肥量超過(guò)300 kg/hm2時(shí)，葡萄果實(shí)的糖含量、可滴定酸含量等品質(zhì)指標(biāo)并未顯著增加，反而稍有下降趨勢(shì)，葡萄果實(shí)的物理性狀和硬度也沒(méi)有顯著差異。此外，合理施肥能夠有效節(jié)約自然資源和能源，減少污染物排放量，節(jié)能減排潛力巨大[9]。秦淑平等對(duì)合理調(diào)控化肥農(nóng)藥施用，有效促進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)能減排進(jìn)行研究，通過(guò)合理施用化肥、農(nóng)藥，肥料利用率提高3%～5%，節(jié)省化肥39 kg/hm2，節(jié)約化肥成本120～150元/hm2，節(jié)本增收750元/hm2較大程度上促進(jìn)了吳江市農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)工作，進(jìn)一步改善了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[10]。

本研究在河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)懷來(lái)縣和昌黎縣進(jìn)行，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和田間試驗(yàn)，分析葡萄園施肥現(xiàn)狀，明確葡萄園合理施肥量，估算河北省葡萄種植的節(jié)肥與節(jié)能減排潛力，為實(shí)現(xiàn)河北省葡萄優(yōu)質(zhì)、安全、高效生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，為養(yǎng)分的高效利用、資源節(jié)約和葡萄產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　施肥現(xiàn)狀調(diào)查

2015年8月，在河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)昌黎縣、懷來(lái)縣，分別對(duì)50戶(hù)釀酒葡萄種植戶(hù)和56戶(hù)鮮食葡萄種植戶(hù)進(jìn)行施肥調(diào)查。調(diào)查內(nèi)容包括園地面積、葡萄種類(lèi)、種植年限、產(chǎn)量、施肥種類(lèi)、施肥量、施肥方式、施肥時(shí)間等。分析河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)施肥中存在的主要問(wèn)題。

1.2　優(yōu)化施肥試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在昌黎縣進(jìn)行，昌黎屬于暖溫帶季風(fēng)區(qū)，無(wú)霜期 186 d，最高平均氣溫為25.1 ℃，最低平均氣溫為-5.2 ℃，年平均氣溫為11 ℃，平均年降水量為712.7 mm。試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為礫質(zhì)沙壤土，試驗(yàn)土壤養(yǎng)分狀況見(jiàn)表1。

表1　試驗(yàn)地10～30 cm土層的土壤理化性質(zhì)

釀酒葡萄品種為赤霞珠，樹(shù)齡10年；鮮食葡萄品種為紅地球，樹(shù)齡12年。試驗(yàn)分為傳統(tǒng)施肥和優(yōu)化施肥，小區(qū)面積為60 m2，重復(fù)3次。試驗(yàn)所用氮肥為尿素(含N量46%)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(含P2O516%)，鉀肥為硫酸鉀(含K2O 50%)；有機(jī)肥采用腐熟的鮮羊糞(含N 0.65%、P2O50.47%、K2O 0.45%)，傳統(tǒng)施肥肥料施入量為50.8 t/hm2，優(yōu)化施肥肥料施入量為30.6 t/hm2。栽培管理措施與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)一致。不同處理養(yǎng)分投入量見(jiàn)表2。

表2　不同處理肥料投入量

1.3　分析與測(cè)定

葡萄成熟時(shí)，田間按小區(qū)實(shí)收稱(chēng)質(zhì)量，計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量，并折算單位面積產(chǎn)量；每個(gè)處理隨機(jī)選取3株葡萄，并在上中下3個(gè)部位分別選取3個(gè)果穗，剪取每個(gè)果穗中部果粒20粒，混合后用于品質(zhì)的測(cè)定。同時(shí)采集0～60 cm(間隔30 cm)土壤樣品，測(cè)定土壤硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀。

用1/100天平測(cè)定千粒質(zhì)量；用酸度計(jì)測(cè)定pH值；手持糖度儀測(cè)定可溶性固形物；2，6-二氯酚靛酚滴定法測(cè)定還原性維生素C；NaOH滴定法測(cè)定可滴定酸。土壤硝態(tài)氮采用KCl浸提，TRACCS2000型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定；速效磷采用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色分光光度法；速效鉀采用乙酸銨浸提火焰光度法。

1.4　節(jié)能減排潛力分析

根據(jù)田間試驗(yàn)中優(yōu)化施肥處理與傳統(tǒng)施肥處理的施肥量差異，可計(jì)算出采用優(yōu)化施肥處理氮肥、磷肥、鉀肥分別節(jié)約了31.6%、32%、29.1%。根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒查出河北省葡萄種植面積，進(jìn)而推算出采用優(yōu)化施肥處理后河北省葡萄種植過(guò)程中氮、磷、鉀肥比傳統(tǒng)施肥處理節(jié)約了25%～30%，具有極大的節(jié)能減排潛力。

根據(jù)曹侖等研究[11-14]，可得到生產(chǎn)1 t肥料的能耗及排放污染物的量，根據(jù)河北省葡萄種植面積可進(jìn)一步計(jì)算出河北省葡萄種植區(qū)能源量節(jié)約30%左右，與傳統(tǒng)施肥模式相比污染物減少量也有大幅度下降。根據(jù)統(tǒng)計(jì)年鑒查出全國(guó)葡萄種植面積，結(jié)合河北省葡萄在全國(guó)的種植比例，得出采用優(yōu)化施肥后全國(guó)葡萄園節(jié)約能源量與污染物減少量。

2　結(jié)果與分析

2.1　河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)施肥現(xiàn)狀分析

河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)果園肥料純養(yǎng)分投入見(jiàn)表3。鮮食與釀酒葡萄化肥養(yǎng)分投入量均高于有機(jī)肥投入量，氮投入量均高于磷、鉀，釀酒葡萄總養(yǎng)分投入量高于鮮食葡萄。根據(jù)葡萄豐產(chǎn)園資料，我國(guó)北方葡萄園施N用量為187.5～225.0 kg/hm2，P2O5用量為150.0～187.5 kg/hm2，K2O用量為150.0～225 kg/hm2[15]，調(diào)查結(jié)果，河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)的氮磷鉀養(yǎng)分投入明顯偏高，N、P2O5、K2O分別高出標(biāo)準(zhǔn)42.27%～182.86%、50.66%～112.45%、48.57%～80.80%。葡萄為喜鉀果樹(shù)，北方葡萄適宜的N ∶P2O5∶K2O為1.40 ∶1.0 ∶2.1[13]，相對(duì)氮素投入來(lái)說(shuō)，鉀素投入比例偏低，鮮食葡萄N、P2O5、K2O投入比例為1.5 ∶1.0 ∶0.8，釀酒葡萄為1.5 ∶1.0 ∶1.0。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，果農(nóng)對(duì)有機(jī)肥施用情況不一致，鮮食葡萄種植戶(hù)中的73.21%施肥量低于15 000 kg/hm2，釀酒葡萄種植戶(hù)中的46.00%施肥量超過(guò)了45 000 kg/hm2。施肥方式不合理，90%以上的果農(nóng)為淺穴或淺溝(5～10 cm)追肥，有機(jī)肥則平鋪于地表。

表3　種植戶(hù)葡萄產(chǎn)量及養(yǎng)分投入量

2.2　優(yōu)化施肥對(duì)葡萄產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1產(chǎn)量和品質(zhì)從表4可以看出，優(yōu)化施肥處理產(chǎn)量顯著高于傳統(tǒng)施肥種植，鮮食葡萄、釀酒葡萄分別增產(chǎn)13.6%、20.9%。除鮮食葡萄優(yōu)化施肥處理維生素C含量顯著高于傳統(tǒng)施肥外，釀酒、鮮食葡萄其他品質(zhì)指標(biāo)差異不顯著。表明優(yōu)化施肥不僅顯著提高了葡萄產(chǎn)量，而且葡萄品質(zhì)沒(méi)有下降，反而有小幅度提升。

表4　不同施肥方式對(duì)葡萄產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)。

2.2.2土壤氮磷鉀養(yǎng)分累積從表5可以看出，硝態(tài)氮在>30～60 cm土層均高于0～30 cm，無(wú)論是傳統(tǒng)施肥還是優(yōu)化施肥，土壤中速效養(yǎng)分均有不同程度的累積，而且有向下層土壤遷移的趨勢(shì)。傳統(tǒng)施肥的施肥量高于優(yōu)化施肥，在土壤中的累積量隨著施肥量的增加而上升[16]。優(yōu)化施肥處理下，鮮食、釀酒葡萄在0～60 cm土層的硝態(tài)氮累積量分別比傳統(tǒng)施肥降低26.79%、28.31%。

鮮食葡萄土壤中速效磷含量隨土層深度增加呈增加趨勢(shì)，而釀酒葡萄土壤中速效磷含量隨土層深度增加呈減少趨勢(shì)。優(yōu)化施肥條件下，鮮食葡萄在0～30 cm、0～60 cm土層的速效磷累積量分別比傳統(tǒng)施肥降低19.04%、11.67%；釀酒葡萄在0～30 cm、0～60 cm土層的速效磷累積量分別比傳統(tǒng)施肥降低16.21%、11.64%。

傳統(tǒng)施肥條件下，鮮食葡萄土壤中速效鉀含量隨土層深度增加呈增加趨勢(shì)，而優(yōu)化施肥條件下，鮮食葡萄土壤中速效鉀含量隨土層深度增加呈減少趨勢(shì)，在0～30 cm、0～60 cm土層的速效鉀累積量分別比傳統(tǒng)施肥降低5.98%、21.60%。無(wú)論是傳統(tǒng)施肥還是優(yōu)化施肥，釀酒葡萄土壤中速效鉀含量隨土層深度增加均呈減少趨勢(shì)，在0～30 cm、0～60 cm土層的速效鉀累積量?jī)?yōu)化施肥分別比傳統(tǒng)施肥降低13.06%、10.44%。

表5　不同施肥方法對(duì)土壤養(yǎng)分累積量的影響

2.2.3土壤氮素平衡長(zhǎng)期過(guò)量施用氮肥會(huì)使土壤氮素大量盈余，盈余氮素一部分殘留于土壤中，后期被果樹(shù)吸收利用，而另一部分氮素通過(guò)硝態(tài)氮淋溶、氨揮發(fā)和反硝化作用而損失，不僅降低氮肥利用率，而且污染環(huán)境[17]。從表6可以看出，傳統(tǒng)施肥氮投入總量為672.31 kg/hm2，氮支出總量為195.52 kg/hm2，氮盈余量為476.79 kg/hm2，氮平衡率為 243.85%；優(yōu)化施肥氮投入總量為465.20 kg/hm2，氮支出總量為211.61 kg/hm2，氮盈余量為253.59 kg/hm2，氮平衡率為119.84%，較傳統(tǒng)施肥均明顯降低 。

2.3　節(jié)能減排潛力分析

2.3.1節(jié)肥潛力分析從圖1可以看出，傳統(tǒng)施肥條件下N、P2O5、K2O總養(yǎng)分投入量分別為655.46、454.29、637.42 kg/hm2，優(yōu)化施肥條件下N、P2O5、K2O總養(yǎng)分投入量分別為448.35、309.07、451.66 kg/hm2。優(yōu)化施肥比傳統(tǒng)施肥用肥量明顯降低。經(jīng)計(jì)算氮肥、磷肥、鉀肥的節(jié)肥率分別為31.59%、31.97%、29.14%；節(jié)約N、P2O5、K2O養(yǎng)分量分別為207.11、145.22、185.76 kg/hm2，折合成尿素(含N量46%)、磷酸二銨(含P2O5量46%)、硫酸鉀(含K2O量50%)，則分別為450.24、315.70、371.52 kg/hm2。如果河北省葡萄實(shí)現(xiàn)合理施肥，節(jié)肥總量分別可達(dá)到尿素5.98萬(wàn)t、磷酸二銨4.19萬(wàn)t、硫酸鉀4.93萬(wàn)t。

表6　不同施肥方式的氮素平衡

2.3.2氮肥合理施用條件下的節(jié)能減排潛力分析從表7可以看出，在實(shí)現(xiàn)河北省葡萄合理施用氮肥的情況下，可減少施用5.98萬(wàn)t尿素，可減少標(biāo)煤使用量29.33萬(wàn)t，節(jié)電 735.54萬(wàn)kW·h，節(jié)氨3.52萬(wàn)t，節(jié)約蒸汽8.37萬(wàn)t，資源消耗用量顯著降低。而氨氮、COD、SS(懸浮物)等嚴(yán)重影響水質(zhì)的污染物及污水的減排量亦可明顯下降。

2.3.3磷肥合理施用條件下的節(jié)能減排潛力分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中磷酸二銨仍是主要的磷源， 但目前生產(chǎn)磷酸二銨的磷礦資源綜合利用率僅為40.1%，而我國(guó)磷礦資源并不豐富，已被國(guó)土資源部列為2010年以后的緊缺資源。從表8可以看出，在實(shí)現(xiàn)河北省葡萄合理施用磷肥的情況下，可以節(jié)約磷礦石資源消耗5.03萬(wàn)～10.48萬(wàn)t，節(jié)水1.68萬(wàn)t，節(jié)煤 0.50萬(wàn)t，節(jié)電 126.96萬(wàn)kW·h，此外，還可以顯著減少硫酸、磷酸、硫磺、合成氨以及蒸汽的消耗量，降低能耗；浪費(fèi)的磷礦石資源減少量達(dá)2.51萬(wàn)～6.29萬(wàn)t，磷石膏、大氣污染物以及蒸發(fā)排放的蒸汽量亦可顯著降低，節(jié)能減排效益顯著。

表7　河北省葡萄氮肥合理施用條件下的節(jié)能減排潛力分析

注：減少污染物的排放量按生產(chǎn)1 t尿素污染物排放量的平均值計(jì)算。

表8　河北省葡萄磷肥合理施用條件下的節(jié)能減排潛力分析

2.3.4鉀肥合理施用條件下的節(jié)能減排潛力分析合理鉀素營(yíng)養(yǎng)是河北省葡萄獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的關(guān)鍵。全球鉀肥資源并不緊缺，但93%的資源量和89%的產(chǎn)量集中在加拿大、俄羅斯、白俄羅斯、德國(guó)、約旦、以色列6個(gè)國(guó)家，分布極不均衡[22]。我國(guó)鉀肥資源極其緊缺，且鉀礦資源集中的西北地區(qū)地下水資源緊缺，導(dǎo)致我國(guó)鉀肥的對(duì)外依存度高達(dá)60%[23]。一旦遇到國(guó)際環(huán)境和特殊國(guó)際重大事件，這些國(guó)家出于種種原因如果對(duì)中國(guó)“短供”的話，中國(guó)將被迫面臨海外鉀肥價(jià)格高得離譜的狀況。所以生產(chǎn)中鉀肥的浪費(fèi)本身不僅關(guān)乎緊缺資源的浪費(fèi)和生產(chǎn)成本的增加，還直接關(guān)乎我國(guó)的戰(zhàn)略安全和穩(wěn)定。從表9可以看出，在實(shí)現(xiàn)河北省葡萄合理施用鉀肥的情況下，可以節(jié)約氯化鉀10.03萬(wàn)t，節(jié)約硫酸10.19萬(wàn)t，節(jié)水5.91萬(wàn)t，節(jié)煤3.45萬(wàn)t，節(jié)電1 080萬(wàn)kW·h，此外還可以顯著減少?gòu)U水、煙塵、二氧化硫等污染物的排放。

3　結(jié)論與討論

河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)養(yǎng)分施用量過(guò)大，氮磷鉀養(yǎng)分比例不協(xié)調(diào)，土壤養(yǎng)分累積量過(guò)大。根據(jù)我國(guó)近年來(lái)豐產(chǎn)園的資料，我國(guó)北方葡萄豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)園施純氮187.5～225 kg/hm2、P2O5150～187.5 kg/hm2、K2O 150～225 kg/hm2[15]，與調(diào)查結(jié)果比較，河北省葡萄主產(chǎn)區(qū)的氮磷鉀養(yǎng)分投入明顯偏高。相關(guān)研究表明，北方葡萄適宜的氮 ∶磷 ∶鉀比例為 1.4 ∶1.0 ∶2.1[13]。鮮食葡萄施氮過(guò)量，施鉀明顯不足；釀酒葡萄氮、鉀投入均不足。從總體看，河北省葡萄的氮、磷、鉀養(yǎng)分投入量均較高，比例不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致肥料利用率較低。此外，由于施肥量高，導(dǎo)致土壤中速效養(yǎng)分大量累積，而且有向下層土壤遷移的趨勢(shì)。土壤中硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀累積量過(guò)高，不僅降低了肥料利用率，而且容易發(fā)生揮發(fā)、淋溶造成環(huán)境污染[25]?；诤侠硎┓屎涂茖W(xué)提高肥料利用率的角度，結(jié)合河北省葡萄種植面積，優(yōu)化施肥不僅可以顯著降低生產(chǎn)成本，而且可顯著提高經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益[26-28]。

表9　河北省葡萄鉀肥合理施用條件下的節(jié)能減排潛力分析

本研究結(jié)果，葡萄優(yōu)化施肥比傳統(tǒng)施肥可節(jié)約N 207.11 kg/hm2、P2O5145.22 kg/hm2、K2O 185.76 kg/hm2，折合節(jié)約450.24 kg、磷 315.70 kg、硫酸鉀371.52 kg/hm2。截至2014年，河北省葡萄種植面積已達(dá) 132.82 hm2以上，由此可以估算采用優(yōu)化施肥，節(jié)約尿素、磷酸二銨、硫酸鉀分別為5.98萬(wàn)、4.19萬(wàn)、4.93萬(wàn)t?；噬a(chǎn)不僅消耗大量自然資源和能源，還排放大量污染物質(zhì)。由上述結(jié)果推算，河北省葡萄種植區(qū)生產(chǎn)在資源消耗上可節(jié)約氨5.22～7.12萬(wàn)t、蒸汽10.47萬(wàn)～13.40萬(wàn)t、電3 035.46萬(wàn)kW·h、標(biāo)煤33.28萬(wàn)t、磷礦石5.03萬(wàn)～10.48萬(wàn)t、硫酸(98%)12.62萬(wàn)t、水7.59萬(wàn)t。在污染物排放方面，可減少氨氮11.96～123.69萬(wàn)t、COD 35.88萬(wàn)～259.16萬(wàn)t、SS 23.92萬(wàn)～170.81萬(wàn)t、磷石膏8.38萬(wàn)～10.48萬(wàn)t、大氣污染物0.17～0.25 km3、蒸汽量 1 089.40萬(wàn)t/h、水60.69萬(wàn)～297.05萬(wàn)m3。

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)年鑒，2014年河北省葡萄種植面積為 13.282萬(wàn)hm2，占全國(guó)葡萄種植面積的16.77%，可以推算若在全國(guó)采取優(yōu)化施肥的方式，在資源消耗量方面，可節(jié)約氨31.13萬(wàn)～42.46萬(wàn)t、蒸汽62.43萬(wàn)～79.90萬(wàn)t、電1.81×108kW·h、標(biāo)煤198.45萬(wàn)t、磷礦石29.99萬(wàn)～62.49萬(wàn)t、硫酸(98%)75.25萬(wàn)t、水45.26萬(wàn)t。在污染物排放方面，可減少氨氮71.32萬(wàn)～737.57萬(wàn)t、COD 213.95萬(wàn)～1 545.37萬(wàn)t、SS 142.64萬(wàn)～1 018.54萬(wàn)t，磷石膏49.97萬(wàn)～62.49萬(wàn)t、大氣污染物 1.01～1.49 km3、蒸汽量6 496.12萬(wàn)t/h、水361.89萬(wàn)～1 771.31萬(wàn)m3。表明采用優(yōu)化施肥方法節(jié)能減排潛力巨大。

參考文獻(xiàn)：

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