吕卫光，郑宪清，李双喜，何七勇，张翰林，王金庆，张娟琴

（上海市农业科学院生态环境保护研究所，农业部上海农业环境与耕地保育科学观测实验站，上海市设施园艺技术重点实验室，上海市农业环境保护监测站，上海201403）



不同施肥处理对温室气体排放和花菜产量及品质的影响

吕卫光，郑宪清，李双喜，何七勇，张翰林，王金庆，张娟琴*

（上海市农业科学院生态环境保护研究所，农业部上海农业环境与耕地保育科学观测实验站，上海市设施园艺技术重点实验室，上海市农业环境保护监测站，上海201403）

摘 要：采用大田小区试验，综合考察单施化肥（H）、有机肥配施化肥（HY）、秸秆还田配施化肥（HJ）对CH4、CO2和N2O 3种温室气体排放规律、花菜产量和品质的影响。试验结果表明：HJ处理显著提升CH4季节累积排放通量，分别高出H和HY两处理22.86%和13.16%。H处理增加N2O、CO2季节累积排放通量，较HY处理分别高出23.66%和24.44%，较HJ处理高出了9.63%和11.88%。HY、HJ两处理花菜产量及花球中Vc含量、蛋白质含量和可溶性糖含量比对照H处理均有不同程度提高，其中产量分别提高16.25%和17.92%，Vc分别提高8.79%和8.08%，蛋白质分别提高20.99%和16.67%，可溶性糖含量分别提高15.79%和20.47%。综合考量增温潜势、温室气体排放强度、花菜产量及品质等指标，试验表明：HJ、HY两处理能明显降低温室气体增温潜势及排放强度，提高花菜的产量及品质。

关键词：花椰菜；产量；品质；温室气体；施肥试验

农田生态系统是陆地生态系统的重要组成部分，与人类关系最为密切。2006年政府间气候变化委员会（IPCC）第四次评估报告表明：农业是温室气体重要的排放源，大气中20%的CO2、70%的CH4和90% 的N2O来源于农业活动及其相关过程［1-2］。农田温室气体的排放受施肥、秸秆还田、种植模式、气侯条件、土壤理化性质、农田生物群落等因素的影响。研究表明：水肥管理措施可有效控制温室气体排放［3-4］。

花菜别名花椰菜，因其风味鲜美、营养丰富而深受广大消费者的喜爱。崇明岛素有“花菜之乡”的美誉，是华东地区最大的花菜生产基地，全县花菜种植面积达6 700 hm2。崇明花菜内销鲁、京、辽等20多个省市，外销日本、新加坡等地，是崇明经济的重要组成之一［5-6］。本研究通过调查当地施肥类型、农业秸秆的资源化利用情况，并结合土壤特点、施肥习惯以及花菜的生长需肥规律，通过设置化肥减量与不同有机物料配施方案，明确不同施肥处理对温室气体排放、花菜产量及品质的影响，以期获得花菜合理的肥料配施方法，在提高生态和经济效益的同时减少温室气体的排放量，为菜田温室气体排放特征及减排调控机制提供科学依据。

1　材料与方法

1.1材料

1.1.1试验区概况

试验在上海市农业科学院崇明试验基地进行，基地位于上海崇明岛西部的三星镇（31°41′15″N，121°54′00″E），属北亚热带季风气候，年均降水量1 003.7 mm，降水集中在4—9月，年均气温15.3℃，年均积温2 559.60℃。土壤类型为沙夹黄土。

1.1.2花菜种植

供试花菜为崇明本地中晚熟120 d主栽品种。2014年8月1日播种，9月5日定植，叶龄为5片真叶，秧龄35 d。大田定植株行距40 cm×60 cm，栽培管理按常规进行；2015年1月10日开始分批采收，2 月20日采收结束。

1.1.3肥料性状

三元复合肥（N∶P2O5∶K2O为15∶15∶15）、过磷酸钙（P2O5为12%）和尿素（N为46%）；商品有机肥（N 0.98%、P2O52.71%、K2O 2.05%、有机质31%），秸秆堆肥（N 1.01%、P2O51.75%、K2O 3.15%、有机质55%）

1.2方法

1.2.1试验设计

试验为大田小区试验，共设3个处理分别为：单施化肥（H）、化肥配施商品有机肥（HY）、化肥配施秸秆堆肥（HJ），小区为15 m×10 m长方形，每个处理设置3个重复。H处理以三元复合肥1 000 kg/hm2、过磷酸钙600 kg/hm2为基肥，HY处理和HJ处理分别以商品有机肥15 000 kg/hm2、秸秆堆肥15 000 kg/hm2为基肥，然后分别在定植20 d后、莲座期、花球形成期追加尿素240 kg/hm2、480 kg/hm2、480 kg/hm2，追肥为表施后灌水。花菜整个生长期各处理氮肥施用量相同，为纯氮700 kg/hm2，各施肥处理的其他栽培管理措施相同。

1.2.2温室气体的采集与测定

温室气体的采集、分析采用静态箱-气相色谱法，进行定点温室气体采集，每个处理设置3次重复。静态箱内径50 cm、高110 cm。试验田安置有机玻璃底座，采样时静态箱扣于底座上，底座边上搭设浮桥供采气时行走。从花菜定植后20 d开始采集温室气体，大约每周采集1次。每块试验田设1个测试点，在田块中间设置取样点，为减少试验误差重复3次。自早晨8：00开始，3个处理同时进行气体采集。罩箱后5 min、10 min、15 min和20 min分别取60 mL气体，注入100 mL气袋中保存。采集气体的同时记录箱温、土壤温度。

采集样品中的CH4、N2O和CO2浓度由美国安捷伦公司GC7890气相色谱分析仪进行检测，N2O检测器（Electron Capture Detector，美国安捷伦公司），检测温度330℃，CO2和CH4检测器（Flame Ionization Detector，美国安捷伦公司）检测温度分别为380℃和200℃，柱温为550℃［7］。

1.2.3花菜产量与品质测定方法

产量采用估测法，以小区为单位，在花菜采收期间阶段性的随机取15株为样品测定，称量所结花球的重量，以此估测每个小区产量［8］。

品质测定：Vc测定采用2，6-二氯酚靛酚比色法；可溶性糖测定采用蒽酮比色法；可溶性蛋白测定采用考马斯亮兰G-250染色，紫外分光光度计比色法［9］。

1.2.4数据处理

排放通量F（mg·m-2·h-1或μg·m-2·h-1）：

式中：m为气体的摩尔质量/g·mol-1；R为普适气体常数/8.314 J·mol-1·K-1；T为采样时箱内平均气温/℃；P为采样点大气压力，通常视为标准大气压，即P =1.013×105Pa；dC/dt为气体排放速率。

增温潜势（Global warming potential，GWP）为增温潜势在过去的100 a增温尺度，CO2、CH4与N2O的增温系数分别为1、25和298，与其全年累积排放量E相乘后相加得到增温潜势GWP［（CO2-eqv）kg· hm-2］，具体公式为：

温室气体排放强度（Greenhouse gas intensity，GHGI）单位：kg·kg-1·a-1，

试验结果均以每次测得的3次重复的平均值±标准差来表示，试验数据采用Excel和SPSS 16.0软件进行统计和分析。

2　结果与分析

2.1不同施肥处理对温室气体排放的影响

2.1.1CH4的排放特征

CH4排放通量结果显示（图1），从定植20 d后，3种处理CH4排放通量小幅上升，在10月15日前后达到峰值，随后又逐渐下降，整个生长季节HJ处理的CH4排放通量均高于其他处理，11月2日HJ处理的CH4排放通量分别较H和HJ处理高出88.9%和39.3%。这与前人研究结果相似，马静等［10］认为秸秆还田增加了农田CH4的排放量。

2.1.2CO2的排放特征

农田土壤排放CO2过程与土壤pH、微生物、动物、气温等因素有关，如图2所示各处理的CO2排放通量均呈先升高后降低的趋势，由于气温逐渐降低，从10月末CO2排放通量降低为负值，表现为CO2汇，即净吸收。生殖生长阶段H处理基本维持在-27—-14.8 mg·m-2·h-1，而HJ、HY处理的CO2排放通量均呈现先降低后升高的趋势，但两者的差异性不显著，与冯宁沙［11］研究结果相似。

2.1.3N2O的排放特征

N2O排放通量如图3所示，各处理中以H处理最高。花菜生长阶段前期，HJ处理的N2O排放通量较低，生长后期略高于HY处理，生长中后阶段H处理的N2O排放通量最高，显著高于HY处理，其次是HJ处理，10月25日H分别较HY、HJ高出了33.3%和28.6%，可能与肥料的种类有关，前人的研究表明随着氮肥施入量的增加，N2O排放速率呈上升趋势［12-14］。

2.1.4不同施肥处理对温室气体排放量、增温潜势、排放强度的影响

花菜生长期间，不同施肥处理的温室气体季节累积排放量见表1。从表中可以看出，H处理的CO2、N2O二种温室气体的季节累积排放量显著高于其他处理，CH4的季节累积排放量则低于其他处理。

图2　不同施肥处理下CO2排放通量变化规律Fig.2 Variations of CO2emission under different fertilization treatments

图3　不同施肥处理下N2O排放通量变化规律Fig.3 Variations of N2O emission under different fertilization treatments

表1　不同施肥处理对温室气体季节累积排放量、综合效应、排放强度的影响Table 1 Effects of fertilization treatments on cumulative greenhouse gas emission，global warming potential and greenhouse gas intensity

由表1可知，各处理的增温潜势（GWP）以H最高，分别较HY、HJ高32.8%、26.0%。花菜种植季节的温室气体排放强度（GHGI），H处理最高，分别较HY、HJ高出42.2%、38.1%。

2.2不同施肥处理对花菜产量及营养品质的影响

不同施肥处理对花菜产量的影响见表2，以HJ处理最好，其次是HY处理，较对照（H处理）分别增产17.92%和16.25%。

HY和HJ两处理的花菜花球中Vc含量、可溶性糖含量、蛋白质含量较对照处理H均有不同程度提高，其中HY、HJ处理的Vc含量分别比对照提高8.79%、8.08%，蛋白质含量分别提高20.99%、16.67%，可溶性糖含量分别提高15.79%、20.47%，这与前人的研究结果相吻合［15-16］。

3　结论与讨论

本研究显示：秸秆还田配施化肥处理HJ显著增加了CH4排放量，CH4季节累积排放量分别较单施化肥处理H、化肥配施有机肥处理HY高出了22.86%、13.16%。处理H增加N2O的排放量，N2O季节累积排放量分别较处理HY、HJ高出了23.66%、24.44%，不同处理间CO2的季节累积排放量差异不显著，处理H分别较HY、HJ两处理高出9.63%、11.88%。前人研究表明，秸秆还田会增加CO2的排放量与本研究结果不同，可能与花菜种植期气温较低，土壤微生物的呼吸作用减弱有关。通过增温潜势、温室气体排放强度、花菜产量及品质等指标的综合考量，试验表明秸秆还田配施化肥、化肥配施有机肥能明显降低温室气体综合效应及排放强度，提高花菜的产量及品质。由此可见合理的施肥方式增加产量的同时有助于农业废弃物的资源化利用，促进低碳农业的可持续发展。

参 考 文 献

［1］EGGLESTON S，BUENDIA L，TANABE K，et al.2006 IPCC guidelines for national greenhouse gas inventories［EB/OL］.［2015-04-10］.http://www.ipcc-nggip.iges.or.jp/.2006.

表2　不同施肥处理对花菜产量和营养品质的影响Table 2 Effects of fertilization treatments on cauliflower yield and quality

［2］李虎，邱建军，王立刚，等.中国农田主要温室气体排放特征与控制技术［J］.生态环境学报，2012，21（1）：159-165.

［3］陈义，吴春艳，水建国，等.长期施用有机肥对水稻土CO2释放与固定的影响［J］.中国农业科学，2005，38（12）：2468-2473.

［4］李方敏，樊小林，刘芳，等.控释肥料对稻田氧化亚氮排放的影响［J］.应用生态学报，2004，15（11）：2170-2174.

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［7］张翰林，吕卫光，张娟琴，等.不同秸秆还田年限对稻麦轮作系统温室气体排放的影响［J］.中国生态农业学报，2015，23（3）：302-308.

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［9］王学奎.植物生理生化实验原理和技术［M］.北京：高等教育出版社，2010：122-270.

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［15］冯宁沙，刘丽鹃，刘满强.等氮条件下不同施肥措施对花椰菜产量及品质的影响［J］.中国农学通报，2013，29（22）：173-177.

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（责任编辑：程智强）

Effects of different fertilization treatments on greenhouse gas emission and cauliflower yield and quality

LÜ Wei-guang，ZHENG Xian-qing，LI Shuang-xi，HE Qi-yong，ZHANG Han-lin，WANG Jin-qing，ZHANG Juan-qin*
（Eco-Environment and Plant Protection Research Institute，Shanghai Academy of Agricultural Sciences；Observation and Experiment Station of Agricultural Environment and Farmland at Shanghai，Ministry of Agriculture；Shanghai Key Lab of Protected Horticultural Technology；Shanghai Agricultural Environmental Protection and Monitoring Station，Shanghai 201403，China）

Abstract：Plot experiments with cauliflower were conducted under different fertilization treatments：single application of chemical fertilizer（H），mixed application of organic and inorganic fertilizers（HY），and straw manuring and application of chemical fertilizer（HJ）.The experimental results showed that the HJ treatment significantly increased the cumulative seasonal CH4emission by 22.86%and 13.16%respectively over the H and HY treatments.The H treatment increased the cumulative seasonal N2O and CO2emissions respectively by 23.66%and 24.44%over the HY treatment and respectively by 9.63%and 11.88%over the HJ treatment.Both HY and HJ treatments made the cauliflower yield and the cauliflower’s vitamin C，protein and soluble sugar contents higher than the H treatment，the yield increasing by 16.25%and 17.92%，the vitamin C increasing by 8.79%and 8.08%，the protein increasing by 20.99%and 16.67%，and the soluble sugar increasing by 15.79%and 20.47%.Comprehensively considering such indexes as global warming potential，greenhouse gas intensity，and cauliflower yield and quality，both HY and HJ treatments were better，obviously decreasing greenhouse gas warming potential and intensity and improving cauliflower yield and quality.

Key words：Cauliflower；Yield；Quality；Greenhouse gas；Fertilization experiment

中图分类号：S635.3

文献标识码：A

文章编号：1000-3924（2016）03-078-05

DOI：10.15955/j.issn1000-3924.2016.03.16

收稿日期：2015-05-27

基金项目：上海市农科院青年基金（QJ21）；上海市科委基础研究领域项目（13JC1404800）；上海市农口青年成长项目［沪农青字（2014）第1-25号］；上海市长三角国内合作项目（14395810602）；上海市科技兴农推广项目［沪农科推字（2013）第4-1号］；国家科技支撑计划项目（2010BAK69B18）

作者简介：吕卫光（1972—），博士，研究员，研究方向：环境保护。E-mail：lwei1217@sina.com

*通信作者：张娟琴（1982—），硕士，助理研究员，研究方向：环境检测。E-mail：zhjuanqin501@163.com