劉迪 杜連鳳 李順江 康凌云 朱鑫宇 劉文科
|摘要|試驗(yàn)以嫁接辣椒為試驗(yàn)材料,設(shè)置傳統(tǒng)施肥(FP)、有機(jī)肥+75%化肥(N1)、有機(jī)肥+50%化肥(N2)、30%有機(jī)肥+50%化肥(N3)、30%有機(jī)肥+50%化肥+活性炭32.4 kg/小區(qū)(N4)5個處理組,研究不同施肥處理對設(shè)施辣椒產(chǎn)量、品質(zhì)以及對土壤氮素淋溶的影響。結(jié)果顯示,N1處理組淋溶液氮素比其它4個處理組少34%~65%;產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益方面FP比其余4個減量施肥處理組低18%~43%,N1處理組產(chǎn)量顯著高出5%~43%(P<0.05);5個處理組辣椒植株氮素吸收量與果實(shí)品質(zhì)差異不顯著(P>0.05)。
引言
近年來中國設(shè)施蔬菜產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展,但同時也逐漸暴露出很多問題,在種植過程中部分生產(chǎn)者因缺乏專業(yè)知識,施肥與灌水憑借主觀經(jīng)驗(yàn),存在為追求產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益而常年使用“重肥重水”的管理模式。這種模式不僅造成了土壤中積累過量的氮磷元素,隨著灌水向著深層土壤及地下水淋溶,造成水體污染,對環(huán)境造成不良影響;并且氮、磷利用率較低,造成資源浪費(fèi)的同時也對蔬菜品質(zhì)造成了極大的影響[1-3]。
設(shè)施蔬菜占農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的比重較大,設(shè)施水肥的投入比例也越來越大,導(dǎo)致增產(chǎn)效益不太顯著,更有甚者會出現(xiàn)增產(chǎn)效益遞減。在京津冀地區(qū)調(diào)查時發(fā)現(xiàn),保護(hù)地栽培表層的土壤硝態(tài)氮積累含量達(dá)到1230 kg/hm2,是普通糧田的3.5倍,這些問題是設(shè)施農(nóng)業(yè)在可持續(xù)發(fā)展道路上的巨大阻礙[4-6]。
該試驗(yàn)在北京市大興區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)示范站開展,根據(jù)對當(dāng)?shù)卦O(shè)施農(nóng)業(yè)的調(diào)查,通過傳統(tǒng)施肥與變量施肥等不同施肥方式間的比較,研究不同施肥處理下的辣椒氮素吸收率、土壤淋溶液硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的含量、辣椒產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)效益,探索使農(nóng)業(yè)污染源頭部分得到優(yōu)化處理的可行措施,最終以環(huán)境效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效益綜合因素作為評價指標(biāo)得出較優(yōu)施肥處理,以期為設(shè)施農(nóng)業(yè)長期可持續(xù)發(fā)展提供參考。
試驗(yàn)處理與測試方法
試驗(yàn)場所
試驗(yàn)地點(diǎn)位于北京市大興區(qū)營鎮(zhèn)永和莊村農(nóng)業(yè)技術(shù)示范站(東經(jīng)116.56°,北緯 39.66°),基地屬于平原地貌,海拔約20 m,年平均氣溫為11.6℃,降雨量為556 mm。試驗(yàn)布置在大興示范站的8號日光溫室內(nèi),溫室跨度7 m,長65 m,高3.5 m。溫室已連續(xù)種植16年,每年種植春提前和秋延后兩茬作物,主要種植茄果類作物,一般6月底~9月初扣棚,進(jìn)行土壤消毒。
溫室土壤為壤土,溫室0~100 cm深處土樣理化性質(zhì)為:全氮1.01 g/kg,速效磷177.16 mg/kg,
速效鉀372.06 mg/kg,pH為8.28,有機(jī)質(zhì)14.3 g/kg。供試溫室土壤檢測參數(shù)見表1。
試驗(yàn)材料
試驗(yàn)材料為嫁接辣椒,接穗品種為‘迅馳,砧木品種為‘格拉夫特,‘格拉夫特砧木接口愈合快、成苗率高、根系強(qiáng)大,不同土壤和氣候下反映為免疫或高抗根腐病、疫病、青枯病、線蟲等土傳病蟲害,可使嫁接苗健壯,抗寒性提高,坐果快、膨大快,還可減少葉片侵染性病害的發(fā)生,降低植保成本,有效延長采收期,其強(qiáng)大的早發(fā)能力還可促進(jìn)早采收,提高單產(chǎn)。
辣椒接穗與砧木長至5~7片真葉時開始準(zhǔn)備嫁接,辣椒于2019年2月25日嫁接;嫁接后嫁接苗放置在陰涼通風(fēng)處,待傷口愈合后煉苗1周左右,于2019年3月21日進(jìn)行定植。
辣椒定植前施好底肥,辣椒定植采用1壟3行的定植模式,行間距為45 cm,株距為40 cm。
處理設(shè)置
傳統(tǒng)施肥,一般底肥施用有機(jī)肥,有機(jī)肥為當(dāng)?shù)馗祀u糞肥料,其碳氮比為11,全氮1.2%,含水量31.1%。追肥使用復(fù)合肥,復(fù)合肥氮磷鉀比率為16:8:34。
8號棚種植辣椒,處理中以有機(jī)肥作為底肥,在種植前全部施入;化肥作為追肥,分6次平均施入。試驗(yàn)設(shè)5個試驗(yàn)處理,每個處理3次重復(fù),每個小區(qū)面積3.6 m×7 m=25.2 m2,各處理小區(qū)施肥量如下:
①FP傳統(tǒng)施肥處理(有機(jī)肥4000 kg/667 m2+化肥20 kg/667 m2);
②N1變量處理(有機(jī)肥4000 kg/667 m2+化肥15 kg/667 m2);
③N2變量處理(有機(jī)肥4000 kg/667 m2+化肥7.5 kg/667 m2);
④N3變量處理(有機(jī)肥1200 kg/667 m2+化肥7.5 kg/667 m2);
⑤N4變量處理(有機(jī)肥1200 kg/667 m2+化肥7.5 kg/667 m2+860 kg/667 m2的活性炭)。
每個處理安裝1個智能刷卡式水表,即每套水表和施肥裝置連接一個處理的3個重復(fù)小區(qū),在所有小區(qū)南邊設(shè)置進(jìn)水閥門。灌溉時采用3個重復(fù)(5個小區(qū))間輪替灌溉,每次灌溉時首先關(guān)閉重復(fù)2和重復(fù)3的10個小區(qū)的進(jìn)水閥門,打開重復(fù)1的5個小區(qū)的進(jìn)水閥門,設(shè)置好小區(qū)灌水量,然后打開水管總開關(guān)對重復(fù)1的5個小區(qū)分別進(jìn)行定量灌水和施肥。等待重復(fù)1的5個處理小區(qū)灌溉完畢后,關(guān)閉重復(fù)1的5個小區(qū)進(jìn)水閥門,打開重復(fù)2的5個小區(qū)進(jìn)行定量灌溉,方法與重復(fù)1相同,重復(fù)3與重復(fù)1相同。這樣可以實(shí)現(xiàn)對每個小區(qū)進(jìn)行水量和肥料控制,同時最大節(jié)省時間和人力財力。
這部分試驗(yàn)探究有機(jī)肥與化肥施肥量差異性對土壤氮淋溶的影響,篩選對土壤氮淋溶和蔬菜品質(zhì)產(chǎn)量等綜合因素方面較為優(yōu)秀的有機(jī)肥與化肥配施的施肥量,探究增施活性炭的效果。
試驗(yàn)方法
◆土壤樣品采集與測定
試驗(yàn)前期采集溫室土壤的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),包括全氮、速效磷、速效鉀、pH、田間持水量、萎蔫含水量、飽和含水量、飽和導(dǎo)水率等。試驗(yàn)開始前在試驗(yàn)地挖 1 m 深土壤剖面,按照氣象儀監(jiān)測土壤層次取原狀土壤樣品,測定土壤基本理化性狀;土壤質(zhì)地用比重計(jì)法;土壤容重用環(huán)刀法。
土壤樣品采集用土鉆多點(diǎn)、混合采集各小區(qū)0~100 cm深處土壤樣品。土壤樣品分為兩份,其中一份風(fēng)干保存(不少于1.0 kg),另一份為新鮮土壤樣品,用封口袋冷凍保存(不少于1.0 kg)。一部分新鮮土樣采用氯化鈣浸提,浸提液震蕩過濾取濾液通過連續(xù)流動分析儀檢測硝態(tài)氮、銨態(tài)氮;一部分土樣陰涼風(fēng)干后過篩,消煮后通過凱氏定氮儀檢測全氮,鉬銻抗比色法檢測全磷,火焰光度計(jì)檢測有效鉀。
◆植株樣品采集與測定
辣椒產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)方法為,在小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取5株辣椒做標(biāo)記,采收隨機(jī)選取的5株辣椒所有辣椒果實(shí)并且統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量,然后統(tǒng)計(jì)小區(qū)內(nèi)所有辣椒植株的數(shù)量。小區(qū)辣椒產(chǎn)量=小區(qū)辣椒植株數(shù)量×(隨機(jī)選取5株辣椒果實(shí)的總產(chǎn)量/5)。
辣椒植株生長后期進(jìn)行采集,測定產(chǎn)量,放入烘箱105℃烘0.5 h殺青,然后75℃烘干,用研磨機(jī)研磨,檢測辣椒果實(shí)含水量、全氮、硝酸鹽含量、VC含量、總酸量、可溶性固形物含量等。
◆淋溶液樣品采集與測定
試驗(yàn)溫室各處理小區(qū)中央0.9 m土層下都設(shè)置淋溶液滲濾池。
滲濾液的收集依據(jù)滲濾池法,滲濾池的大小按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)而定,滲濾池從地面下挖0.9 m深,滲濾池底部中心根據(jù)淋溶桶的體積下挖一個圓柱狀坑,把滲濾池底部修成四面高中心低,方便滲濾液進(jìn)入淋溶桶中。放置好淋溶桶后,蓋上帶紗網(wǎng)的漏水桶蓋,用防水膜鋪滿滲濾池,用壓膜環(huán)固定防水膜,帶紗網(wǎng)的漏水桶蓋上覆蓋好細(xì)沙及小石子,防止泥土進(jìn)入淋溶桶,淋溶桶上方開兩個小孔,裝上管件,作為吸水管和氣管,吸水管及氣管頂端露出地面100 cm,方便吸取滲濾液及通氣。安置好滲濾液收集裝置后,按照土壤深度依次回填,填土距地面35 cm時灌一次水,幫助土層沉靜壓實(shí),減去距地面30 cm的防水膜,方便進(jìn)行農(nóng)業(yè)操作。
淋溶水樣采集和分析需要取出淋溶液收集桶內(nèi)全部淋溶液,記錄淋溶液總量。搖勻后,取2個
混合水樣(每個樣約500 mL,如淋溶液不足1000 mL則將淋溶液全部作為樣品采集,供化驗(yàn)和備用),其中一個分析測試用,另一個備用。淋溶液采集樣品瓶可用普通礦泉水瓶,采樣前需用蒸餾水洗凈,采樣時再用淋溶液潤洗。水樣瓶需進(jìn)行編號,每個樣品瓶寫兩個同樣的編號,以防編號丟失,記錄淋溶液含量,通過連續(xù)流動分析儀檢測硝態(tài)氮、銨態(tài)氮。滲濾池如圖1所示。
數(shù)據(jù)處理
試驗(yàn)數(shù)據(jù)制圖采用Microsoft Excel 2007,數(shù)據(jù)的差異性分析、方差分析等采用SPSS Statistics 19.0;氮素利用率=(施氮區(qū)作物氮素吸收量-不施氮處理作物氮素吸收量)/小區(qū)施氮量×100%。
經(jīng)濟(jì)效益=作物產(chǎn)量×作物單價-作物種子-人工費(fèi)-機(jī)械費(fèi)-肥料投入(據(jù)調(diào)查2019年北京地區(qū)辣椒價格平均為10元/kg;辣椒種子價格380元/hm2;人工費(fèi)+機(jī)械費(fèi)=5760元/hm2;雞糞476元/t;復(fù)合肥13000元/t)。
試驗(yàn)結(jié)果
施肥方式對淋溶液中氮含量的影響
由圖2可知,不同施肥方式各處理間淋溶液中氨態(tài)氮的含量存在差異,N1處理組與其他4個處理組硝態(tài)氮含量差異顯著,其他4個處理組間差異不顯著。N1處理組淋溶液中氨態(tài)氮含量最低,氨態(tài)氮含量僅為0.014 mg/L,N2處理組淋溶液氨態(tài)氮含量最高,氨態(tài)氮含量為0.036 mg/L;FP處理組比N1處理組淋溶液氨態(tài)氮含量高56%,N1處理組相較于FP處理組淋溶液中氨態(tài)氮含量明顯降低,說明化肥減量在一定情況下可以降低淋溶液中氨態(tài)氮的含量。N2處理組比N1處理組淋溶液氨態(tài)氮含量高61%,可看出基肥施用量相同的情況下,化肥的減量并沒有使淋溶液中氨態(tài)氮降低;N3處理組比N4處理組淋溶液氨態(tài)氮含量高1.1%,且差異不顯著,說明增施活性炭能減少氨態(tài)氮的淋溶。
對淋溶液中硝態(tài)氮含量檢測發(fā)現(xiàn)(圖3),不同施肥方式淋溶液中硝態(tài)氮的含量差異顯著,F(xiàn)P處理與N1處理、N3處理差異顯著,與其他處理差異不顯著。在不同施肥處理中N1處理組淋溶液中硝態(tài)氮含量最低,硝態(tài)氮含量僅為34.95 mg/L,F(xiàn)P處理組硝態(tài)氮含量最高,硝態(tài)氮含量為126.01 mg/L;硝態(tài)氮含量從大到小依次為FP處理>N4處理>N2處理>N3處理>N1處理,N1處理組比FP處理組有效阻控硝態(tài)氮含量達(dá)73%,差異顯著;N4處理組比N3處理組硝態(tài)氮含量高30%,說明活性炭反而促進(jìn)了硝態(tài)氮的淋溶,促進(jìn)淋溶效果差異不顯著。各減量施肥處理組淋溶液總氮含量均比FP處理組顯著降低30%~73%,說明降低施肥量能顯著降低淋溶液中硝態(tài)氮的含量。
施肥方式對淋溶液中總氮與可溶性總氮含量的影響
淋溶液中可溶性總氮與總氮含量各處理間差異顯著,說明施肥處理對氮素淋溶影響效果顯著。淋溶液中總氮(圖4)和可溶性總氮(圖5)含量與硝態(tài)氮含量相似,總氮與可溶性總氮含量從大到小依次為FP處理>N4處理>N2處理>N3處理>N1處理,硝態(tài)氮是淋溶液氮素含量的主要影響因子。
施肥對辣椒植株氮素利用率的影響
對2019年監(jiān)測期植株生長期氮素吸收量與利用率進(jìn)行分析,5個處理組辣椒植株氮素吸收量差異均不顯著。辣椒植株吸氮量與利用率(表2)結(jié)果顯示:氮素吸收量最大處理組為N2處理,N2處理組氮素吸收量高于FP傳統(tǒng)處理和N1處理分別為12.9%和13.4%,說明在一定情況下基肥使用量相同的情況下,追肥使用量越越低越能促進(jìn)辣椒植株對氮素的利用率;N2處理氮素吸收量高于N3處理和N4處理組分別為34%和14.2%,說明在化肥使用量相同的情況下,基肥施用量越大氮素的吸收量越大;N3處理和N4處理組對比,在施肥量完全相同的情況下,N4處理組比N3處理組的辣椒氮素吸收量增加了17.4%,說明在施肥量相同的情況下,增施活性炭能提升氮素的吸收量,但是氮素吸收量增加不顯著。
辣椒植株氮素利用率中N4處理組與其余4個處理組差異顯著。N1處理、N2處理、N3處理、N4處理組均比FP傳統(tǒng)施肥處理組辣椒植株氮素利用率高;N4處理氮素利用率顯著高于其他4個處理組;N2處理氮素利用率比FP和N1處理分別高出2.33%和1.85%,說明基肥施用量相同的情況下,追肥施用量越大,辣椒植株氮素利用率越低;N4處理組氮素利用率高于N3處理和N2處理組分別為1.44%和4.06%,說明在化肥使用量相同的情況下,基肥施用量越小,氮素的利用率越大,N4處理組的是在施肥量完全相同的情況下,增施860 kg/667 m2的活性炭,氮素利用率增加了1.44%,說明在施肥量相同的情況下增加活性炭能提升氮素利用率。
施肥方式對辣椒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響
對2019年監(jiān)測期辣椒產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(表3)。
結(jié)果顯示成本方面FP處理組的成本最大,成本大小依次為FP處理>N1處理>N2處理>N4處理>N3處理。產(chǎn)量方面變量處理組都比FP有所增加,N1處理產(chǎn)量最高,達(dá)到了20026.46 kg/hm2,產(chǎn)量大小依次為N1處理>N4處理>N3處理>N2處理>FP處理,N1處理產(chǎn)量高于FP和N2處理組43.23%和21.24%,說明在基肥施用量相同的情況下,追肥施用量降低時產(chǎn)量會先增加后降低,化肥使用量較高時會影響根系對肥料的利用與吸收,阻礙作物的生長,施肥量過少則作物生長所需元素不足;N4處理組產(chǎn)量比N3處理組高0.67%,在底肥與追肥相同的情況下,N4處理增施活性炭可以增加產(chǎn)量,但是產(chǎn)量增加不顯著。
產(chǎn)量是決定經(jīng)濟(jì)效益的重要因素,N1處理組經(jīng)濟(jì)效益最高,達(dá)到了18.36萬/hm2,F(xiàn)P處理經(jīng)濟(jì)效益最低,N1處理經(jīng)濟(jì)效益高出FP和N2處理組49.15%和23.64%;N4處理組經(jīng)濟(jì)效益比N3處理組高0.7%,基肥與追肥施用量相同的情況下增施活性炭能增加一部分金及效益。成本投入的變化在于各個小區(qū)的施肥量,施肥量減少產(chǎn)量在一定程度上增加,經(jīng)濟(jì)效應(yīng)也同時增加;產(chǎn)量大致相同的情況下,減少成本投入經(jīng)濟(jì)效益會增加。
不同施肥處理對辣椒果實(shí)硝酸鹽含量的影響
蔬菜硝酸鹽含量是影響蔬菜品質(zhì)的重要影響因素之一,蔬菜無公害種植應(yīng)該把硝酸鹽含量控制在一定范圍內(nèi)。圖6為不同施肥處理下辣椒果實(shí)硝酸鹽含量,5個處理組硝酸鹽含量水平都較低,遠(yuǎn)低于中國茄果類蔬菜硝酸鹽限量(NO3-432 mg/kg)。
5個處理組硝酸鹽含量水平差異顯著,F(xiàn)P、N1、N2等3個處理組顯示在基肥相同的情況下,追肥施用量越低辣椒果實(shí)硝酸鹽含量越高。N2比FP硝酸鹽含量高出25%,F(xiàn)P與N2兩個處理差異極顯著;N2處理比N1硝酸鹽含量高出8%,且差異顯著;N2、N3、N4等3個處理組顯示在追肥施用量相同的情況下,基肥施用量降低辣椒果實(shí)硝酸鹽含量逐漸降低,N2處理比N3硝酸鹽含量高出20%,差異顯著;N3與N4處理組對比,說明在施肥相同的情況下,施用活性炭降低果實(shí)6%的硝酸鹽吸收量,差異顯著。
不同施肥處理對辣椒果實(shí)VC含量的影響
由圖7分析可知,N4處理組辣椒VC含量與其余4個處理組差異顯著。N4處理組辣椒果實(shí)VC含量最高,F(xiàn)P、N1、N2等3個處理組顯示在基肥相同的情況下,追肥施用化肥量逐漸降低時,辣椒果實(shí)VC含量先上升后降低;N2、N3兩個處理組顯示在追肥施用量相同的情況下,基肥施用量降低時,辣椒果實(shí)VC含量也降低;N3與N4處理組對比,說明在施肥相同的情況下,施用活性炭可以增加辣椒果實(shí)VC含量,差異顯著。
不同施肥處理對辣椒果實(shí)總酸量與可溶性固形物含量的影響
由圖8~9可知,不同施肥處理對辣椒總酸含量和可溶性固形物含量差異均不顯著。這兩個指標(biāo)都可以表示辣椒果實(shí)的成熟度,確定辣椒的采收期,一定程度上反映果實(shí)的新鮮度;試驗(yàn)中的減量施肥處理并不會對辣椒總酸量以及辣椒固形物含量造成不良影響。
討論與結(jié)論
王文軍[7]等人研究發(fā)現(xiàn),氮肥減量20%~40%或氮磷鉀肥各減量20%都能夠提高蔬菜產(chǎn)量、產(chǎn)值和利潤。鄒朋[8]研究發(fā)現(xiàn)與常規(guī)施肥相比,施用75%施氮量的控釋肥料加配施25%普通尿素的摻混肥處理使辣椒增產(chǎn)15.83%,節(jié)本增效效果最為顯著,其經(jīng)濟(jì)和社會效益最佳。本試驗(yàn)中有機(jī)肥4000 kg/667 m2+化肥15 kg/667 m2(N1處理)與傳統(tǒng)施肥處理有機(jī)肥4000 kg/667 m2+化肥20 kg/667 m2(FP)相比,化肥減量25%,產(chǎn)量顯著增加43%,經(jīng)濟(jì)效益也顯著增加。劉蕾[9]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)減量施肥能顯著降低崇禮區(qū)坡地氮磷徑流損失,其中,化肥減量25%和專用肥處理對全氮及硝態(tài)氮徑流損失的削減效果較好,較常規(guī)施肥可減少全氮徑流損失量22.48%~23.58%、硝態(tài)氮徑流損失量29.90%~30.01%。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),有機(jī)肥4000 kg/667 m2+化肥15 kg/667 m2(N1處理)比傳統(tǒng)施肥處理(FP)化肥減量25%處理下,N1處理組比FP處理組有效阻控硝態(tài)氮含量達(dá)32%,與劉蕾的研究相符。
淋溶液中氮元素可以反映出人為施肥造成的氮淋失量,N1處理組淋溶液硝態(tài)氮、氨態(tài)氮、總氮含量比其他4個處理組顯著降低,產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益也最佳;果實(shí)品質(zhì)方面辣椒硝酸鹽含量差異顯著,F(xiàn)P處理組與N4處理組硝酸鹽含量最低,不過其余各處理組硝酸鹽含量都遠(yuǎn)低于我國茄果類蔬菜硝酸鹽限量(NO3- 432 mg/kg),其余各項(xiàng)品質(zhì)檢測差異不顯著。因此,N1處理組(有機(jī)肥4000 kg/667 m2+化肥15 kg/667 m2)可應(yīng)用于辣椒保護(hù)地栽培,起到氮素阻控作用,且經(jīng)濟(jì)效益良好。
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[9] 劉蕾,張國印,郜靜,等.減量施肥對崇禮區(qū)農(nóng)業(yè)氮磷流失的削減效應(yīng)[J].河北農(nóng)業(yè)科學(xué),2019,23(6):82-87.
作者簡介:劉迪(1995-),女,山東巨野人,碩士研究生,研究方向?yàn)樵O(shè)施果蔬高效栽培、設(shè)施園藝環(huán)境工程調(diào)控。E-mail:liudi95@qq.com。
*通信作者:劉文科(1974-),男,研究員,研究方向?yàn)樵O(shè)施園藝環(huán)境工程調(diào)控。E-mail:1752868907@qq.com。
[引用信息]劉迪,杜連鳳,李順江,等.不同施肥處理對土壤氮淋溶及設(shè)施辣椒品質(zhì)的影響[J].農(nóng)業(yè)工程技術(shù),2020,40(22):66-71.