杨俊刚， 倪小会， 曹 兵， 肖 强， 邹国元， 刘宝存

(北京市农林科学院植物营养与资源研究所， 农业部都市农业(北方)重点实验室，北京市缓控释肥料工程技术研究中心， 北京 100097)

设施蔬菜过量施用氮、磷肥不仅导致利用效率低下、环境风险加大、土壤酸化板结等问题，而且造成元素间吸收不平衡，严重影响了蔬菜的高产、优质和高效生产[1-2]。如何协调好蔬菜高产、高效、资源节约与环境保护之间的关系，成为当前农学与环境学科关注的热点，也是迫切需要解决的问题。有研究表明，减少化肥用量，增加有机肥的有效性是较为直接的方法[3-4]，但由于缺少技术载体而影响了其大面积的推广应用。水肥一体化为优化灌溉模式和减量施氮提供了新的途径，水氮互作效应的深入研究为设施体系减轻硝酸盐污染、提高氮肥利用效率提供了新的技术支持[5-6]，但在降低灌溉设施成本和提高肥料的溶解性上有待继续研究。蔬菜专用肥是在测土施肥的基础上依据作物的养分吸收规律进行养分配比，具有较强的针对性。但目前的蔬菜专用肥以速效肥料为主，尤其是冲施肥占了很大的比重，在大水漫灌下氮素淋洗的问题十分突出。钾肥对于蔬菜生产至关重要，氮与钾存在互作效应，在高钾水平下，增施氮肥可以提高氮与钾的吸收量，进而提高蔬菜产量[7-8]。为了解决蔬菜生产中施肥带来的问题，急需开展完整的专用技术研究。缓控释肥料在提高氮肥利用率、降低土壤硝态氮累积、减轻施肥对地下水污染等方面作用明显[9-11]，因此，开发缓控释专用配方肥及相关配套技术可为解决蔬菜施肥问题提供一条有效的途径。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2012年3月至7月在北京市顺义区农业科学研究所基地塑料大棚进行。棚长54 m，宽9.8 m，南北走向。土壤为沙壤土，播前0—20 cm土层土壤有机质含量20.6 g/kg、 无机氮75 mg/kg、 有效磷103 mg/kg(Olsen-P)、 速效钾107 mg/kg、 pH7.12。0—100 cm土壤剖面每20 cm的容重分别为1.33、1.45、1.49、1.51、1.47 g/cm3。上茬种植白薯，番茄于3月26日移栽，7月12日拉秧。

试验共设6个处理，分别为：1)对照(不施有机肥和化学氮肥，CK)；2)有机肥(施用商品有机肥，MN)，商品有机肥含全氮1.60%，N+P2O5+K2O≥4%，有机质含量≥30%，用量8 t/hm2，撒施翻耕； 3)习惯施肥(施速效氮N 300 kg/hm2，TN)，施肥方式为基施40%，追施3次，每次各20%，基肥撒施翻耕，追肥溶于塑料桶中，随水冲施； 4)控释专用肥1(施控释肥N 240 kg/hm2和速效N 60 kg/hm2，CN1)，控释肥由三种肥料组成，分别是释放期为110 d的S1型(释放期为25℃下水浸泡氮素累积释放率达到80%所需的天数)，释放期为90 d的S2型和释放期为70 d的L型，三种肥料占控释肥总氮的比例分别为10%、 45%和45%，移栽时与尿素一起施入畦面，起垄翻埋； 5)控释专用肥2(控释肥N 240 kg/hm2和速效N 60 kg/hm2，CN2)，控释肥为释放期90 d的S2型和释放期为70 d的L型，2种肥料控释氮各占50%，施肥方法同处理4； 6)控释专用肥3(控释氮肥用量和用法同处理5，增施控释钾肥K2O 270 kg/hm2，CN3)，控释钾肥由释放期为40 d的K1型和释放期为80 d的K2型组成，两种钾肥各50%于移栽前与控释氮肥混配后一起施入。处理3、4、5、6的有机肥施用同处理2。所有处理的磷肥用量均为P2O5180 kg/hm2，肥料为过磷酸钙。除CN3处理施用包膜大粒型硫酸钾肥外，其他处理的钾肥均为普通大颗粒型硫酸钾，用量均为K2O 270 kg/hm2，磷钾肥全部基施。

控释氮肥、控释钾肥分别为自制的聚合物包膜尿素(含N 42%)和包膜硫酸钾(含 K2O 47%)。S1型和S2型为延迟释放型，氮素前期释放少后期释放增加，L型为直线释放型，氮素随时间均匀释放。K1和K2型均为直线释放型，钾素随时间均匀释放。

供试番茄品种为仙客7号(北京市农林科学院蔬菜所培育)。每畦为一个小区，畦宽1.4 m，长17.1 m， 每处理3次重复，随机排列。高畦栽培，畦面宽0.8 m，双行定植，株距40 cm。试验采用自压式滴灌系统，每个定植垄上安装1条滴灌管，滴水头间距40 cm，共灌溉6次，各小区等量灌溉，分别在移栽时和移栽后的第44、 65、 73、 79、 89 d灌水，灌水量分别为45、 37、 35、 28、 30、 27 mm，每小区灌溉总量为202 mm。

1.2 测定项目和方法

1.2.1 土壤无机氮(硝态氮+铵态氮)和速效钾含量的测定 在开花前， 第一、三、四穗果膨大期用土钻在每个处理小区采用多点法取样，深度均为20 cm，多点混合均匀后取一定量的样品；在收获后，取100 cm的剖面样，每20 cm一层，同层次多点混匀。取样后挑出土样内的控释肥颗粒，取部分新鲜土样过5 mm筛，烘干法测定土壤水分，再取12.0 g土样，加入100 mL 0.01 mol/L CaCl2浸提液振荡60 min，过滤后采用流动分析仪( TRAAS22000) 法测定硝态氮和铵态氮。剩余土样风干后过2 mm筛，乙酸铵提取火焰光度计测定钾含量。

1.2.2 植株氮、钾含量的测定 收获后每畦取5株，全部切碎，取部分烘干后测定干重，粉碎混匀后取少量，浓硫酸消煮，用半微量凯氏定氮法测定样品的全氮含量，火焰光度计测定全钾含量。

1.2.3 果实采收 全小区采收，第一穗、第三穗果抽样测定果实品质[12]和全氮、全钾含量。

1.2.4 包膜肥料田间释放的测定 采用网袋法，网袋大小为20 cm×5 cm，每袋装肥料5 g，加土混合，埋在隔离带。控释尿素和控释钾肥各埋15袋，埋深10 cm，间隔5 cm，并做好相应标记。分别于移栽后20 d， 一穗果膨大期，三、四穗果膨大期以及拉秧后取样，每次3袋，共取5次，取出后用自来水将泥土冲洗干净，自然晾干，用常规方法测定膜内的氮含量[13]。

采用SAS 6.12软件中ANOVA程序对试验数据进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 番茄产量、品质与氮、钾吸收量

表1 不同施肥处理番茄鲜果产量及果实硝酸盐、Vc、可溶性糖和有机酸含量

从表2可以看出，不同时期不同施肥对果实的氮、钾含量均有明显的影响。移栽后第73d番茄处于果实膨大中期，CN1、CN3处理全氮含量显著高于CK和TN处理，说明施控释肥果实氮素供应较为充足。与习惯施肥中多次追肥相比，控释肥处理一次施肥可以保证果实膨大期氮素的充足供应，充分说明控释肥可以实现与作物氮素吸收的同步性。在移栽后108 d时，全氮含量逐渐减低，且不同处理间的差异消失。从全钾含量来看，移栽后73 d，不同处理间的变化与全氮含量有相同趋势，尤其是CN3处理与习惯施肥处理差异显著，说明钾供应也足以保证膨果期的需求。综合2个时期的全氮和全钾情况，3个控释肥处理有增加的趋势，控释肥在氮、钾的供应上与习惯追肥具有同等或更优的效果。

表2 不同时期番茄果实的全氮、全钾含量(%)

图1 移栽后3种包膜尿素(a)、两种缓释钾肥(b)在土壤中的累积释放 Fig.1 Cumulative release rates of N from the three coated urea(a), K from two coated K2SO4 fertilizers (b) in soil with tomato growth

2.2 控释氮、钾肥在土壤中的释放特征

图2 番茄移栽后0—20 cm土壤无机氮、速效钾供应动态Fig.2 Supply dynamics of mineral N, readily available K in the 0-20 cm soil layer during the whole growth period of tomato

2. 3 土壤氮、钾的供应动态

2.4 番茄拉秧时土壤硝态氮和钾的残留

图3 番茄收获后土壤和速效钾在0—100 cm剖面中的分布Fig.3 Distributions of and readily available K in 0-100 cm soil profile at harvest

3 讨论

4 结论

施用控释专用肥与习惯施肥的产量无显著差异，但明显节约了施肥时间和劳动成本。土壤无机氮供应与S型控释肥的释放规律相吻合，有利于作物的高产高效。拉秧后土壤硝态氮的残留主要集中在表层(0—20 cm)和次表层(20—40 cm)，施控释肥可有效地降低硝态氮向土壤下层淋洗。环境温度对控释钾肥释放的影响很小。施肥增加了各处理表层土壤中的钾含量，但未发现钾的明显向下移动。控释专用肥配方1和配方2可以提供合理的养分供应，在节水的同时实现番茄产量不降低，并可减少硝态氮的淋洗损失。

参考文献:

[1] He F F, Chen Q, Jiang R Fetal. Yield and nitrogen balance of greenhouse tomato (LycopersicumesculentumMill.) with conventional and site-specific nitrogen management in Northern China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2007, 77:1-14.

[2] Shi W M, Yao J, Yan F. Vegetable cultivation under greenhouse conditions leads to rapid accumulation of nutrients, acidification and salinity of soils and groundwater contamination in South-Eastern China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2009, 83:73-84.

[3] 闵炬, 施卫明.不同施氮量对太湖地区大棚蔬菜产量、氮肥利用率及品质的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2009, 11(1):110-115.

Min J, Shi W M. Effects of different N rates on the yield, N use efficiency and quality of vegetables cultivated in plastic greenhouse in Taihu Lake region[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2009, 11(1):110-115.

[4] Zhao Y, Luo J H, Chen X Qetal. Greenhouse tomato-cucumber yield and soil N leaching as affected by reducing N rate and adding manure:a case study in the Yellow River irrigation region China[J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 2012, 94(2-3):221-235.

[5] 高 兵, 李俊良, 陈 清, 等. 设施栽培条件下番茄适宜的氮素管理和灌溉模式[J]. 中国农业科学, 2009, 42(6):2034-2042.

Gao B, Li J L, Chen Qetal. Study on suitable nitrogen management and irrigation methods of greenhouse tomato[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(6):2034-2042.

[6] 张学军, 赵营, 陈晓群, 等. 滴灌施肥中施氮量对两年蔬菜产量、氮素平衡及土壤硝态氮累积的影响[J]. 中国农业科学, 2007, 40(11):2535-2545.

Zhang X J, Zhao Y, Chen X Qetal. Effects of application of nitrogen on vegetable yield, nitrogen balance and soil nitrogen accumulation under two years drip fertigation[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2007, 40(11):2535-2545.

[7] 杨暹, 关佩聪, 李宝庆. 氮钾互作对马铃薯产量、品质与氮磷钾吸收的影响[J]. 华南农业大学学报, 1993, 14(1):28-32.

Yang X, Guan P Z, Li B Q. The effects of NK interaction on yield, quality and uptake of nitrogen, phosphorus and potassium in potato[J]. Joural of South China Agriculture University, 1993, 14(1):28-32.

[8] Johnston A E and Milford F J. Potassium and nitrogen interactions in crops[EB/OL]. http://www.pda.org.uk/notes/tn19.php, 2012.

[9] Zheng S X，Nie J，Dai P A，Zheng J Y. Nitrogen recovery and nitrate leaching of controlled release nitrogen fertilizer in irrigated paddy soil[J]. Agricultural and Science Technology, 2004, 5(3):2-10.

[10] 杨俊刚，张冬雷，徐凯，等. 控释肥与普通肥料混施对设施番茄生长和土壤硝态氮残留的影响[J]. 中国农业科学, 2012, 45(18):3782-3791.

Yang J G, Zhang D L, Xu Ketal. Effects of mixed application of controlled-release fertilizer and common fertilizers on greenhouse tomato growth, yield, root distribution, and soil nitrate residual[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(18):3782-3791.

[11] Hu H Y, Ning T Y, Li Z Jetal. Coupling effects of urea types and subsoiling on nitrogen-water use and yield of different varieties of maize in northern China[J]. Field Crops Research, 2013, 142:85-94.

[12] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术[M]. 北京:高等教育出版社, 2001.

Li H S. Principle and experimental technology of plant physiology and biochemistry[M]. Beijing:Higher Eduation Press, 2001.

[13] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京:中国农业科技出版社, 2000.

Lu R K. Soil agricultural chemistry analysis method[M]. Beijing:China Agricultural Science and Technology Press, 2000.

[14] 刘宏斌, 李志宏, 张云贵, 等. 北京平原农区地下水硝态氮污染状况及其影响因素研究[J]. 土壤学报, 2006, 43(3):405-413.

Liu H B, Li Z H, Zhang Y Getal. Nitrate contamination of ground water and its affecting factors in rural areas of Beijing plain[J]. Acta Pedologica Sinica, 2006, 43(3):405-413.

[15] 何飞飞. 设施番茄生产体系的氮素优化管理及其环境效应研究[D]. 北京:中国农业大学博士学位论文, 2006.

He F F. Studies on optimizing nitrogen management and environmental implications in greenhouse tomato cropping system [D]. Beijing:PhD dissertation of China Agricultural University, 2006.

[16] 杨俊刚, 贺建德, 陈新平. 北京市作物施肥现状调查与测土施肥建议[J]. 北京农业, 2007, (1):15-19.

Yang J G, He J D, Chen X P. Investigation on crop fertilization and proposals to soil test and fertilizer application in Beijing[J]. Beijing Agriculture, 2007, (1):15-19.

[17] Min J, Zhang H L, Shi W M. Optimizing nitrogen input to reduce nitrate leaching loss in greenhouse vegetable production[J]. Agricultural Water Management, 2012, 111:53-59

[18] Zvomuya F, Rosen C J, Russelle M P, and Gupta S C. Nitrate leaching and nitrogen recovery following application of polyolefin-coated urea to potato[J]. Journal of Environment Quality, 2003, 32(2):480-489.

[19] 孙磊, 孙景生, 刘浩，等. 日光温室滴灌条件下番茄需水规律研究[J]. 灌溉排水学报， 2008, 27(2):51-54.

Sun L, Sun J S, Liu Hetal. Water requirement of tomato in sunlight greenhouse under irrigation[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2008, 27(2):51-54.

[20] Kochba M, Gambash S, Avnimelech Y. Studies on slow release fertilizers:Ⅰ. Effects of temperature, soil moisture, and water vapor pressure[J]. Soil Science, 1990, 149(6):339-343.

[21] 张玉玲, 张玉龙, 党秀丽, 等. 包膜尿素氮素的溶出特性研究[J]. 中国农业科学, 2008, 41(5):1383-1389.

Zhang Y L, Zhang Y L, Dang X Letal. Study of the characteristics of nitrogen solubility from coated Urea[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2008, 41(5):1383-1389.

[22] Chen X P, Cui Z L, Vitousek P M et al. Integrated soil-crop system management for food security[J]. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011, 108(16):6399-6404

[23] Zhang F S, Cui Z L, Fan M Setal. Integrated soil-crop system management:reducing environmental risk while increasing crop productivity and improving nutrient use efficiency in China[J]. Journal of Environmental Quality, 2011, 40(4):1051-1057

[24] 刘兆辉, 江丽华, 张文君, 等. 氮、磷、钾在设施蔬菜土壤剖面中的分布及移动研究[J]. 农业环境科学学报, 2006, 25(增刊):537- 542.

Liu Z H, Jiang L H, Zhang W Jetal. N, P, K distributions and movement in soils for greenhouse and outdoor field[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2006, 25(Suppl.):537- 542.

[25] 程福皆, 曹辰兴, 康鸾, 朱东方. 不同氮钾水平对春棚小黄瓜产量及品质的影响[J]. 西北农业学报, 2009, 18(5):276-279.

Chen F J, Cao C X, Kang L, Zhu D F. Effects of different levels of nitrogen and potassium on yield and quality of spring mini-cucumber in arched shed[J]. Acta Agriculturae Boreali-occidentalis Sinica, 2009, 18(5):276-279.

[26] Shaviv A. Advances in controlled release fertilizer[A]. Sparks D L, ed. Advances in agronomy[C]. California:Academic Press, 2001. 1-49.

[27] 颜冬云, 张民. 控释复合肥对番茄生长效应的影响研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2005, 11(1):110-115.

Yan D Y, Zhang M. Effects of controlled-release and common compound fertilizers on potted tomato[J]. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2005, 11(1):110-115.

[28] 杨俊刚, 徐凯, 曹兵, 等. 控释肥料与普通氮肥混施对春白菜产量、品质与氮素损失的影响[J]. 应用生态学报, 2010, 21(12):3147-3153.

Yang J G, Xu K, Cao Betal. Effects of applying controlled-release fertilizer blended with conventional nitrogen fertilizer on Chinese cabbage yield and quality as well as nitrogen losses[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2010, 21(12):3147-3153.

[29] Grant C A, Wub R, Selles Fetal. Crop yield and nitrogen concentration with controlled release urea and split applications of nitrogen as compared to non-coated urea applied at seeding[J]. Field Crops Research, 2012, 127:170-180.

[30] Garnett T, Vanessa C, Brent N K. Root based approaches to improve nitrogen use efficiency in plants[J]. Plant Cell and Environment, 2009, 32:1272-1283.

[31] Herder G D, Gert V I, Tom B, Ive D S. The roots of a new green revolution[J]. Trends in Plant Science, 2010, 15(11):600-607.