蔬菜化肥减量使用技术的推广及效果分析

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　　摘 要：农业生产过程中施用的化学肥料，一定程度上促进了农田氧化亚氮（N2O）的排放。在确保农业生产需求的前提下，通过制定合理的施肥管理技术，提高氮肥利用效率，减少农田N2O，具有重要意义。研究以小区试验为基础，测算在确保蔬菜产量不降低前提下，采用蔬菜化肥减量施肥技术的经济、生态影响。结果表明，采用蔬菜化肥减量施肥技术将减少35%肥料投入，节约农户的投入成本16%～29%，将有效减少15.11tN2O排放，是一项减少农田N2O排放、可实际推广应用的有效措施。
　　关键词：化肥;氧化亚氮;温室气体;农田生态
　　中图分类号：S143       文献标识码：A
　　DOI：10.19754/j.nyyjs.20200515013
　　随着农业现代化的发展，提高土壤肥力，减少温室气体排放是现代农业发展的主要趋势[1，2]。据估算，我国农田氧化亚氮（N2O）排放总量约占我国农业源温室气体排放总量的19%～25%[4，5]，农业生产过程中的耕作管理措施，影响农田温室气体排放，而其中化学氮肥的施用是农田N2O排放的主要来源[5，6]。蔬菜由于种植效益高，超量施肥现象十分普遍，是普通大田作物的数倍甚至数十倍。采用有效的化肥减量技术，能够有效地提高氮肥利用效率[7，8]，实现农田N2O的减排[9，10]。
　　基于蔬菜生产中化肥超量不合理施用导致的面源污染问题，整合现有的针对农田面源污染控制直接、有效的化肥减量技术，在广州市白云区开展试验[11]，利用政府间气候变化专业委员会（IPCC）提出的方法，估算不同施肥方式下由于施肥量改变而影响农田N2O排放量的差值[12]，定量评估在广州市白云区优化施肥对蔬菜种植所带来的N2O减排潜力。为广州市白云区蔬菜生产中养分管理措施优化、农户节支增收、维持菜地生态系统可持续利用及降低区域面源污染负荷提供技术支持。
　　1 材料与方法
　　1.1 材料
　　技术试验示范区位于广州市白云区钟落潭镇。示范区土壤为砂质赤红壤，0～20cm土壤基本理化性质为pH6.97，有机质24.35g/kg，全氮1.70g/kg，碱解氮117.9mg/kg，铵态氮15.9mg/kg，硝态氮27.1mg/kg，速效磷129.55mg/kg，速效钾179.0mg/kg，容重1.31g/cm3。主要种植叶菜，品种为小白菜，习惯种植蔬菜通常采取直播方式，夏季一般25～30d收获1茬，冬季40～50d收获1茬，常年种植。蔬菜生产中施用有机肥和化肥。蔬菜所施化肥主要为挪威复合肥（N、P2O5、K2O比例15∶15∶15），每茬蔬菜生长期间追施1次，用量为60～70kg/667m2，直接撒施。试验区供试化肥为尿素（含N46%）、磷酸氢二铵（含N21%、P2O553%）、氯化钾（含K2O60%）和挪威复合肥（含N15%、P2O515%、K2O15%）。
　　1.2 方法
　　有针对性地开展田间试验，筛选出不降低蔬菜产量的化肥减施幅度及肥料品种的试验处理。
　　1.2.1 小区试验
　　小区试验设对照处理（CK），不施肥;化肥最佳用量处理（OPT），N、P2O5、K2O用量为最佳施肥量;优化施肥条件下化肥氮有机替代10%（T10）;优化施肥条件下化肥氮有机替代20%（T20）;优化施肥条件下化肥氮有机替代30%（T30）;农户习惯施肥处理（CF）。按照试验区种植户的施肥量、施肥品种、施肥方式进行施肥。
　　试验共设6个处理，每处理3个重复，随机排列，各处理养分用量见表1。每个小区面积12m2（1.2m×10m）。试验中农户习惯施肥处理的施肥量、施肥品种和施肥方式等通过实地调查取得，最佳施肥量处理中养分用量和配比的设置是基于前期的研究成果和广东省农业厅发布的测土配方施肥数据，结合试验地土壤肥力水平和农户施肥量调查数据，设置项目试验的N、P2O5、K2O最佳施肥量分別为9.5kg/667m2、3.0kg/667m2和8.0kg/667m2，养分比率为1∶0.32∶0.84。
　　
　　1.2.2 测试指标及方法
　　采用土壤农化常规分析法测定小白菜地上部分全氮含量。测定蔬菜产量，核算成本收益，评估各处理化肥减量实施效果。
　　氮肥利用率（NUE）计算公式：
　　REN=U-U0N×100%
　　式中，U为施氮区作物吸氮量，kg/667m2;U0为对照区作物吸氮量，kg/667m2;N为每667m2化肥氮的投入量，kg/667m2。
　　由于施用肥料水平的不同，小白菜对肥料氮的利用率也不同，相应的留在环境中的氮量也将不同。ΔN为外部环境相同情况下，不同施肥方式在获得相同产量时带来的氮肥盈余量。
　　氮肥盈余量估算公式：
　　ΔN=Nx×RENc-RENxRENc
　　式中，Nx为小白菜习惯施肥情况下化肥氮的投入量，kg/667m2;RENc为优化施肥情况下氮肥的利用率;RENx为习惯施肥情况下的氮肥的利用率。
　　根据广州市白云区蔬菜种植面积，估算在全面推广优化施肥情况下，农田N2O减排潜力。
　　区域N2O减排潜力计算公式：
　　E=B×A×W
　　式中，E为N2O减排潜力，kgCO2-eq;B为单位面积农田优化施肥技术所带来的N2O减排量，kgN2O-N/667m2，即单位面积氮肥盈余量所产生N2O排放量，以2006年IPCC国家温室气体清单指南（简称IPCC2006）提供的方法及相关排放因子、参数为依据计算;A为区域蔬菜种植面积，667m2;W为N2O-N排放量换算成N2O排放量的系数，44/28。
　　1.3 数据分析
　　使用EXCEL2010软件进行数据分析和处理。 　　2 结果分析与讨论
　　2.1 不同处理下蔬菜产量
　　试验区小白菜生长期在27～32d，1a共种植小白菜8茬。试验结果显示，随着种植茬数增加，不施肥对照处理小白菜产量呈降低趋势。相比对照，施肥显著增加小白菜产量。常规施肥处理每茬小白菜产量在3168～3369kg/667m2，优化施肥小白菜产量与常规施肥相比无显著差异;相比优化施肥处理，T10、T20、T30处理的小白菜产量均无明显变化。
　　2.2 不同处理下蔬菜氮肥利用率
　　经计算，小白菜氮肥利用率在30.1%～35.2%，不同处理下小白菜氮肥利用率见表2。优化施肥及化肥氮有机替代相比常规施肥处理的氮肥利用率无明显差异。结果表明，化肥氮减量及有机氮替代对小白菜氮素吸收量及氮肥利用率无明显影响。
　　
　　2.3 优化施肥情况下N2O减排潜力
　　在13.33hm2试验示范区推广优化施肥模式，该区域减少N2O排放5.01kg。根据《广州市白云区2017年度统计年鉴》，2017年广州市白云区蔬菜播种面积为40212.27hm2，即在全区蔬菜种植中推广优化施肥模式，全区将减少15.11t N2O排放。其中减少N2O直接排放12.29t，占总减排量的81.34%，间接减排量占总减排量的18.66%，间接减排量中，淋溶径流产生的减排量为大雨挥发沉淀产生的减排量。
　　
　　2.4 讨论
　　在蔬菜种植过程中，化肥的过量使用、有机肥用量不足、化肥氮磷钾比例和有机无机养分比例失调是蔬菜施肥管理的主要问题。通过优化施肥，有效提高蔬菜对肥料的利用效率。小区试验表明，在保证蔬菜产量的基础上，相比习惯施肥，优化施肥处理化肥减量35%，说明养分优化减施有利于叶菜生长及产量稳定。与习惯施肥相比，有机肥代替化肥10%～30%，降低化肥投入量38%～44%，小白菜产量无显著变化，即化肥优化减施条件下，有机肥替代部分化肥有利于进一步降低化肥投入量，说明在广州市白云区蔬菜种植过程中化肥优化减施潜力较大。
　　在本试验研究中，优化施肥处理的氮肥利用率与习惯施肥处理相比，有一定程度的提高;不同比例有机肥替代氮肥处理相对于优化施肥处理，氮肥利用率有所下降，甚至低于习惯施肥处理，这可能与试验周期短、有机肥相比化肥养分释放慢等因素有关。氮肥利用率不但受土壤现有肥力、耕作管理及作物条件等影响，而且还与氮肥施用量、作物产量密切相关。
　　相比习惯施肥，优化施肥模式能够有效地提高种植过程的氮肥利用效率，减少由于氮肥施用而引起的农田N2O排放。依据不同地区土壤肥力水平差异，叶菜类蔬菜氮磷钾养分（N∶P2O5∶K2O）推荐施用比例为1∶0.11～0.53∶0.37～1.29。由于广州市白云区小白菜种植密度较大，产量较高，长期以来农业种植习惯，对土壤进行了一定取向性的改变，土壤中营养元素的配比与作物生长所需的相差较大时，将影响作物对营养元素的吸收，特别是氮肥，所以习惯施肥相较于优化施肥，在获得相同产量的情况下，氮肥盈余较多。近年来，随着耕作水平、种植管理理念的改变，广州市白云区叶菜类蔬菜种植氮肥利用效率较高，有机肥替代效果较为缓慢。
　　农户习惯施肥模式下，每茬叶菜生产中化肥和有机肥的支出费用在108～128元。按照蔬菜产量不降低的评价标准，与农户习惯施肥模式相比，化肥最佳用量处理所用化肥分别为尿素、磷酸二铵和氯化钾，当前市场价格分别为2000元/t、3800元/t和2500元/t，施用量分别为N 9.5kg/667m2、P2O53.0kg/667m2、K2O8.0kg/667m2，总支出费用为90.71元/（667m2茬）（扣除磷酸二氢胺中氮用量），与农户习惯施肥中挪威复合肥养分投入量相比，每667m2每茬共降低养分投入量16%～29%，实现农户保产增收的目的。
　　3 结论
　　在广州市白云区推广蔬菜优化肥减量施肥技术，有利于增强蔬菜种植户对减量施肥技术的认识，提高农户科学种菜意识和素质。同时，采用减量施肥技术较农户习惯施肥技术能保证蔬菜产量不降低的情况下，减少35%肥料投入，节约农户投入成本16%～29%，增加农户的收益。减量施肥技术的应用改变种植户的传统施肥观念，使养分配比更加合理，更加符合蔬菜生长对养分的需求，有效减少菜地养分的损失，提高了蔬菜养分利用效率。广州市白云区蔬菜种植如能够全面推广蔬菜化肥减量施肥技术，将有效减少15.11t N2O排放，促进生态环境的保护环境及菜地的可持续利用。
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　　（责任编辑 贾灿）
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