有机无机肥料配施对设施番茄产量及土壤养分含量的影响

我国是世界上设施蔬菜种植规模最大的国家，种植面积以约1%的增长率在增加[1]。据报道，2017年我国设施蔬菜面积已经超过386万hm2[2]，2021年估计将达到413万hm2，蔬菜产值预计约达到9 800亿元，其从业人员已经在4 000万以上，已逐步在农业产业中占据主要位置[3-4]。随着设施蔬菜种植面积的逐渐增加，许多菜农盲目地认为投入大量肥料就会提高产量，增加经济效益[5-7]。有研究表明，与露地菜田相比，设施菜田水肥需求量较大，其纯氮平均施用量约为1 741.0 kg/hm2，是露地栽培用量的4.5倍[8-10]；设施菜田施用的肥料除被作物吸收外，剩余部分大量残留在土壤中[11]，因此，设施菜田养分过剩、土壤氮磷钾比例失衡等现象时常发生。通过刘苹等[12]对山东寿光具有代表性的51个大棚的调查研究结果表明，设施大棚周年投入的养分含量约为当地小麦-玉米轮作种植模式的6～14倍，同时，适当增加有机肥投入量能够使蔬菜产量有明显的增加，而增加无机肥投入量不会使蔬菜产量有明显的增加。何传龙等[13]研究表明，适当减少肥料施用量可以使蔬菜产量提高，经济效益增加，同时能够减少氮、磷养分淋失，有效防止面源污染；毕晓庆等[8]研究显示，结合京郊当地农民习惯施氮量高达450 kg/hm2条件下，减少施用氮肥20%～40%，预计能够使番茄高产、优质，且环境风险较小。目前，许多研究均集中在设施蔬菜无机肥的施用量上，研究有机肥减量对蔬菜产量及土壤养分含量的影响不多。因此，本研究从合理施肥及改善土壤生态环境的角度，在分别减量施用有机肥和无机肥的基础下，对设施条件下种植番茄的产量及土壤养分含量的影响进行研究分析，以探求高产、高效和易操作的施肥模式，为实现设施蔬菜产业的可持续发展提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 试验地基本概况试验时间：2015年10月-2016年7月。试验地点：北京市延庆区。试验地所在区域为大陆性季风气候，海拔500 m，冬天寒冷夏天凉爽，素来被称为北京“夏都”。试验基础土壤耕层主要理化性状如下：pH值7.4，有机质、全氮，全磷28.20，2.00，1.90 g/kg，铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾20.11，114.00，260.00，490.00 mg/kg。

1.1.2 供试蔬菜作物供试蔬菜作物为番茄。于2015年10月5日移植，2016年6月22日收获。

1.1.3 供试肥料缓控尿素(N 40.24%)、过磷酸钙(P2O5 12%)、硫酸钾(K2O 50%)、有机肥(有机质32.3%，N 1.58%，P 6.80%，K 3.84%)。试验氮磷钾施用比例为2∶1∶3，各肥料用量均以纯氮量进行计算，P、K按比例进行计算。用CF表示化肥(Chemical fertilizer)，OM表示有机肥(Organic manure)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计试验共有7个施肥处理，每个处理3次重复，共21个小区，面积15 m2，试验区组设计为随机区组法。各处理施肥方式：沟施，且作为基肥一次性施入；灌溉方式：滴灌；其他田间管理按照当地水平统一管理。

1.2.2 试验各处理标记方法及施肥用量各处理标记方法及施肥用量见表1。

1.2.3 样品采集及指标测定方法按当地采收习惯采收成熟的番茄并分别于种植前、种植中期、收获后采集0～100 cm基础土样，每20 cm为一层，其中0～20 cm测试有机质、全氮、全磷、速效磷、速效钾；其余土层测试硝态氮含量。

①产量指标：按小区记产，每小区总产量为每次收获果实总和，求平均值。

②土壤指标：有机质采用重铬酸钾容量-外加热法；全氮采用凯氏定氮法；硝态氮采用1 mol/L KCl浸提并用连续流动分析仪测定；速效磷采用钼锑抗比色法测定；速效钾采用NH4OAc浸提火焰光度法测定。

1.2.4 数据处理与分析试验数据采用Excel 2003与SPSS 17.0 软件进行相关数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 有机无机肥料配施对番茄产量的影响

番茄产量随有机肥施用量减少而逐渐增加。与处理100%OM相比，处理75%OM和处理50% OM番茄产量分别高出8.55%，8.84%；番茄产量随无机肥料施用量减少而逐渐下降，与处理75%CF相比，处理50%CF产量呈显著性下降。等养分施用条件下，处理50%OM+50%CF较处理100%OM使产量增加12.99%，综上对产量分析结果表明，减量25%～50%对作物产量不会有显著性影响，若为有机无机肥料配施效果可能更可观(图1)。

2.2 有机无机肥料配施对土壤中有机质含量的影响

如表2所示，番茄种植中期和后期土壤有机质含量差异性不显著，仅收获后处理100%OM与处理75%CF呈显著性差异，且处理100%OM的土壤有机质含量最高；在番茄生长中期，当有机肥减量25%时，土壤中有机质含量增加1.41%。由于有机肥须经过矿化才能转化为作物能够吸收利用的无机态，即其养分释放速度较为缓慢时间较长能够更好地满足作物对养分的持续有效地需要，所以等养分水平下，与施用有机肥的土壤中有机质含量相比，仅施用化肥的土壤中有机质含量较低。

2.3 有机无机肥料配施对土壤中全氮含量的影响

土壤全氮含量是指土壤中各种形态氮素之和，可代表土壤潜在供氮水平，是评价土壤基本肥力和合理施肥的科学依据。番茄生长过程中表层土壤全氮含量的变化如表2所示。不同施肥水平下，番茄生长中期和收获后土壤中全氮含量均无显著性差异；随有机肥施用量减少，土壤中全氮含量呈先增加后降低趋势；有机肥减量25%时，处理75%OM土壤中全氮含量在番茄生长中期与收获后分别增加2.64%和3.39%；而土壤中全氮含量随无机肥施用量的减少先降低后增加，处理50%CF较处理75%CF在番茄生长中期与收获后土壤中全氮含量分别增加8.12%和7.65%。

2.4 有机无机肥料配施对土壤中硝态氮含量的影响

2.4.1 番茄生长中期如图2-A，为番茄生长中期土壤中硝态氮含量垂直剖面图，从图中可得，各处理0～20 cm土层中硝态氮含量最高，20～40 cm土层中硝态氮含量明显降低，由于肥料的施入，大量的养分聚集在表层土壤中，通常土壤中硝态氮随灌溉向下淋溶并逐渐累积，而该试验中灌水方式为滴灌，所以有效地减少了硝态氮淋溶；作物的根系大多聚集在0～40 cm土层中，60 cm以下硝态氮很少被吸收利用，其硝态氮含量变化不显著。随施氮量的增加，0～20 cm土壤中硝态氮含量也呈不同程度增加，而本试验中处理75%OM的含量最高，这表明适当减少施氮量即可保证作物对养分的需求，也能够降低硝态氮淋溶风险。

2.4.2 番茄收获后如图2-B为番茄收获后土壤中硝态氮含量垂直剖面图，从图中可得，各施肥处理0～20 cm土层中硝态氮含量最高，20～60 cm土层中硝态氮含量显著降低，过量施用氮肥会增加土壤硝态氮淋洗的风险；60 cm土层以下硝态氮含量随施氮量增加而增大，淋溶作用较强；等养分水平下，与处理100%OM相比，处理50%OM+50%CF在0～20 cm，20～40 cm土壤中硝态氮含量分别由67.33，28.93 mg/kg增至90.95，40.66 mg/kg，40～60 cm土壤中硝态氮含量由21.40 mg/kg降至14.97 mg/kg，而60～80 cm和80～100 cm土层中硝态氮含量基本持平，这表明有机无机肥料配施可以降低硝态氮的淋洗，减少硝态氮累积。

2.5 有机无机肥料配施对土壤中速效磷含量的影响

土壤有效磷是土壤磷素养分供应水平高低的指标，土壤磷素含量高低在一定程度反映了土壤中磷素的贮量和供应能力。番茄生长中期与收获后土壤中速效磷含量如表2所示；在番茄生长中期，仅处理CK土壤中速效磷含量显著低于处理100%OM，其余各处理间均无显著性差异；在番茄收获后各施肥处理土壤中的速效磷含量均有不同程度降低，其中无机肥减量25%后，土壤中速效磷含量降低最多，降低了14.09%。

2.6 有机无机肥料配施对土壤中速效钾含量的影响

蔬菜是喜钾作物，其吸收钾量是吸收氮量的1.5～2.0倍，充足的钾对增加蔬菜产量与提高蔬菜品质都有良好的效果。番茄土壤中速效钾含量变化如表2所示。在番茄生长中期，番茄植株处于生长旺盛时期，此时土壤中速效钾含量也处于较高的水平；各施肥处理土壤中速效钾含量无显著差异，但土壤中速效钾含量随着有机肥施用量减少，先增加后降低，处理75%OM土壤中速效钾含量较处理100%OM相比增加了10.34%。在番茄收获后，随着施肥量降低，土壤中速效钾含量也逐渐减少，且番茄收获后各施肥处理土壤中速效钾含量较番茄生长中期均有不同程度下降，其中下降最多的为处理75%OM，下降幅度为22.61%，处理50%OM+50%CF下降幅度最小，为6.45%。

3 讨论与结论

施肥虽是设施蔬菜高产量、高收益的先决条件，但是长期过量施用肥料，并不能保证蔬菜持续高产及收益持续增加，相反会降低肥料的利用率，过多养分残留在土壤中，也会造成土壤环境失衡，进而使蔬菜产量下降，收益减少。因此，适量的减少施肥量是解决此问题的最直接的方法。在此之前，也有许多研究显示，合理的减量施肥，蔬菜产量不会降低，还能够提高蔬菜品质、使土壤环境得到改善[14-17]。沈灵凤等[18]的研究结果显示，土壤剖面硝态氮的累积量会随着施肥量的增加而增加，且单施化肥此现象更为突出；王伟等[19]在山东寿光市的长期定位试验研究结果表明，与传统施肥模式相比较，施用有机肥和优化氮肥能够使土壤中硝态氮累积量分别降低37.90%，49.68%。

通过对番茄产量及土壤养分含量的分析，与处理100%OM相比，处理75%OM与处理50%OM产量分别增加8.55%，8.84%，土壤中养分含量也无显著性差异，同时还可降低土壤中硝态氮淋溶与累积，这表明与常规单施有机肥相比，肥料减量25%～50%并不会使产量降低，还可提高肥料利用率，降低土壤中硝态氮向下淋洗的风险，改善土壤环境。与处理100%OM相比，处理50%OM+50%CF的产量高出12.99%，且番茄收获后，仅土壤中速效钾与有机质含量分别降低7.39%，7.04%，但未达显著水平，表明适当的有机无机肥料配施会更适合作物生长需要并被利用。与番茄生长中期相比，有机无机肥料配施处理0～20 cm，20～40 cm土壤中硝态氮含量分别由67.33，28.93 mg/kg增至90.95，40.66 mg/kg，40～60 cm土壤中硝态氮含量由21.40 mg/kg降至14.97 mg/kg，而60～80 cm和80～100 cm土层中硝态氮含量基本持平，可见有机无机配施的施肥模式能使上层土壤剖面中硝态氮含量增加，使深层土壤剖面中硝态氮含量降低，从而有效减少硝态氮的淋洗和累积。在施用化肥处理中，仅减量施肥至50%产量呈显著性降低；综上分析，与传统施肥模式相比，当地设施番茄施肥总量可降低25%～50%，适当采用有机无机肥料配施，番茄产量增加，土壤养分含量更适合作物生长，又可降低土壤中硝态氮淋洗的风险，较好的维持土壤生产力。这与毕晓庆等[8]、张学军等[20]研究结果一致。

综上对不同处理番茄产量及土壤中养分含量的分析，与传统有机肥施用量105.00×103 kg/hm2相比，当地设施番茄施肥总量分别降低25%，50%，番茄较传统施肥模式增产8.55%与8.84%。与传统有机肥施用量相比，施肥总量减少25%后，施用无机养分条件下，番茄的产量增加6.85%，仅施肥总量减少50%后，番茄产量降低3.25%，但无显著差异。与传统施用有机肥模式相比，有机无机配施番茄增产12.99%，番茄收获后0～60 cm土壤剖面中硝态氮含量增加，从而能够更好被作物吸收利用，60 cm以下土壤剖面中硝态氮含量降低，有效降低土壤中硝态氮的淋洗和累积。可见，与传统施用量105.00×103 kg/hm2相比，当地设施番茄施肥总量可降低25%～50%，并适当采用有机无机肥料配施，既可使番茄略微增产、降低土壤中硝态氮淋溶风险，也能使土壤养分含量更适宜作物生长，维持土壤生产力。

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