黄梓翀，刘善江，孙 昊，侯立柱，吴 荣，薛文涛

（1.北京市农林科学院植物营养与资源研究所，北京 100097；2.中国地质大学（北京）水资源与环境学院，北京 100083)

随着人民群众对美好生活向往的日趋强烈，对于蔬菜的需求也不断增加。蔬菜种植业在我国农业经济中起到很重要的作用。据国家统计局数据，2019年我国蔬菜种植面积达到2.08亿hm2，占全部播种农作物面积的12.57%，蔬菜总产量为72 102.56万t。据中国农业年鉴数据，2019年我国蔬菜园艺作物总产值24 519.9亿元，比2018年增长4.4%，占农业总产值的38%[1]。

氮、磷、钾元素是农作物生长的必需元素，氮肥、磷肥与钾肥也是农业上主要使用的肥料种类。蔬菜有别于其他农作物，尤其是设施蔬菜种植对水肥的需求量更大，设施条件下种植的蔬菜生长时间长、复种指数高、蔬菜种类多，且存在设施蔬菜在种植过程中化肥不合理施用的情况，导致速效养分大量累积在土壤中，引起土壤次生盐渍化与面源污染、肥料浪费与地下水污染等问题[2]；因此，提高蔬菜肥料利用率对减少肥料浪费与保护环境具有十分重要的意义。

1 我国蔬菜肥料利用率的现状

从总体来看，我国肥料用量较大。黄绍文等[2]于2017年的研究表明，我国蔬菜化肥养分用量平均为1 092.0 kg/hm2，是全国农作物化肥养分用量的3.3倍。于蔬菜种植而言，将从露地菜田和设施菜田2个方面总结其肥料利用率情况。

1.1 露地菜田

我国露地蔬菜种植的化肥养分用量平均为859.5 kg/hm2，为全国农作物化肥养分用量的2.6倍，主要露地蔬菜的N、P2O5、K2O的平均施用总量分别是推荐施用量的2.7、5.9、1.5倍[2]。

早在2011年，邹娟等[3]对长江流域冬季油菜进行的田间肥效试验显示，长江流域油菜氮肥平均利用率为34.0%，磷肥平均利用率为17.4%，钾肥平均利用率为36.9%。王寅等[4]于2013年的研究发现，长江流域直播冬油菜的氮、磷、钾肥在当地农民习惯性施肥的条件下，肥料利用率分别为氮肥20.8%、磷肥7.2%、钾肥28.0%。王荣萍等[5]于2016年对华南地区的叶菜、瓜类、豆类蔬菜的氮肥利用率进行了相关研究，主要叶菜、瓜类、豆类蔬菜的氮肥利用率分别为18.4%、19.7%、19.6%。李亚莉等[6]对新疆露地番茄的研究发现，在当地习惯性施肥的条件下，番茄氮肥利用率为24.74%。王现洁等[7]于2020年对我国华南地区主要叶菜、瓜类、豆类蔬菜的磷、钾肥利用率进行了相关研究，结果显示，叶菜、瓜类、豆类蔬菜磷肥的利用率分别为17.2%、9.7%、6.1%，钾肥的利用率分别为24.8%、24.3%、13.0%；此外，从肥料利用率分布频率可以看出，磷肥表观利用率＜20%的试验样本和钾肥表观利用率＜30%的试验样本均占总样本的80%以上，肥料过量施用的情况较为普遍。

经文献统计，目前我国露地蔬菜氮肥利用率为18.4%～34.0%，磷肥利用率为6.1%～17.4%，钾肥利用率为13.0%～36.9%。

1.2 设施菜田

设施蔬菜化肥的养分平均用量为1 354.5 kg/hm2，是全国农作物化肥养分用量的4.1倍，氮、磷、钾3种主要肥料用量在调查的1 127个地块中普遍超量[2]。主要设施蔬菜的N、P2O5、K2O的平均施用总量分别是推荐施用量的1.9、5.4、1.6倍[2]。

孙文涛等[8]在2005年的研究表明，设施菜田散叶生菜的氮、磷、钾肥平均利用率分别为10.1%、4.5%、17.3%，刘新社等[9]于1999—2006年的研究表明，长期定位设施黄瓜的多年连作试验情况下，氮肥平均利用率为33.3%，肥料利用率随种植年限的增加而下降，仅施用氮肥的情况下，最低利用率出现在2005年，为18.5%。朱国梁等[10]于2013年的研究表明，在当地习惯施肥的条件下，设施黄瓜的氮、磷、钾肥利用率分别为19.1%、11.4%、33.7%。梁静等[11]于2015年的研究表明，我国设施番茄在传统施肥情况下，氮肥利用率平均为9.5%，且氮肥利用率小于10%的试验点占全部试验点的65%，仅有一个试验点的当季氮肥利用率大于31%。张俊峰等[12]于2020年的研究表明，甘肃日光温室黄瓜在当地习惯性施肥的条件下，氮肥利用率为22.6%，磷肥利用率为14.2%，钾肥利用率为15.6%。张怀志等[13]于2020年的研究表明，在农民习惯性施肥的条件下，甘肃温室番茄氮肥利用率为16.4%。丁武汉等[14]于2020年的调查显示，我国设施菜田氮肥的平均利用率为18.8%。王远等[15]于2021年的研究表明，长江下游地区习惯性施肥条件下的设施番茄氮肥利用率为23.9%。

经文献统计，从总体上看，目前我国设施蔬菜氮肥利用率为9.5%～33.3%，磷肥利用率为4.5%～14.2%，钾肥利用率为15.6%～33.7%，蔬菜肥料利用率较低。

2 我国蔬菜肥料利用率低下的原因

肥料施入土壤后，并非所有营养元素都被作物吸收。氮元素只有30%～70%被作物截取，其余则通过地表径流、氨挥发、反硝化、淋溶等途径损失[16]。施入土壤中的一部分氮会以气体形式挥发，如NH4＋在硝化作用与反硝化作用的共同作用下形成的N2O与NO气体[17]。Xing等[18]研究表明，施用碳铵肥料的农田氨挥发总量占总施氮量的29%～40%，施用尿素造成的农田氨挥发总量占施氮量的49%～66%，另一部分氮素则以渗漏淋失的方式流失掉。设施菜田方面，陆扣萍等[19]于2012年的研究证明，在农民习惯施肥基础上及减量施氮40%的情况下，太湖地区设施菜田氮素淋洗损失降幅为40.4%～57.5%。丁武汉等[14]于2020年的研究表明，我国设施菜田每一生长季有13.1%的氮素是以NH3的形式挥发到大气中，以N2、NO和N2O等形式损失的氮素约占比20.4%，约有23.9%的氮素通过淋溶而损失。磷素主要富集在土壤中，当达到一定含量时，土壤淋出液中磷浓度急剧增加[20]。未被作物吸收利用的土壤磷可与土壤中的钙、铁等元素形成难溶于水、不易被作物吸收利用的磷酸盐，或随地表径流进入水体，造成水体富营养化等环境问题[21]。

2.1 有机肥与化肥施用配比随意性强，搭配不合理

目前，农民习惯性施肥方式下，有机肥、化肥配合施用较少。化肥作为速效肥料可以在短期内起到效果，但在肥料过量施用的情况下，则会迅速地随灌溉或降水而下渗，从而降低肥料利用率。卜容燕等[22]于2020年的研究表明，安徽省油菜种植中均施用了化肥，施用有机肥农户比例为59.0%，在冬油菜种植中全省实现氮、磷、钾肥高产高效的农户分别占比23.8%、20.2%和21.0%。刘衎等[23]于2020年的研究表明，目前北京市设施蔬菜养分来源以有机肥为主，日光温室和塑料大棚中有机肥占总养分投入比例分别为66%和52%。日光温室蔬菜有机肥养分投入比例偏高。韩沛华等[24]于2020年的研究认为，长三角地区设施蔬菜规模化种植方式平均化肥施用量占肥料施用总量的76.4%，分散型种植方式化肥施用量占肥料施用总量的41.2%，规范化种植化肥施用量偏高。

2.2 氮、磷、钾肥配施比例不合理

目前习惯性施肥的情况下，肥料施用比例存在着严重的盲目性和随意性，作物在不同时间所需营养物质的种类和量均有不同[25]，还有部分农民不论种植什么作物，均用一种复合肥，没有针对性[26]，这样不科学的盲目施肥降低了肥料利用率[27]。卜容燕等[22]于安徽省的调查显示，氮、磷、钾肥施用的比例不同会影响冬油菜的产量。不同的种植条件下，农作物需要不同的施肥量和比例。如2013年的调查结果显示，大棚蔬菜施用的氮、磷、钾肥比例与需要量有较大的差距[28]，大棚番茄的N、P2O5、K2O的施入量分别为占总施肥量的40%、39%、18%，吸收量分别为31%、9%、49%；大棚黄瓜的N、P2O5、K2O的施入量分别占总施肥量的35%、50%、12%，吸收量分别为35%、15%、50%。

陈杨等[29]于2012年的调查表明，内蒙古阴山丘陵地区马铃薯磷肥的投入量分布不合理，处于合适范围的农户所占比例较小（20.7%）。不施磷肥与偏低的农户分别占总体农户的9.9%和43.6%，偏高的占比25.8%。刘润梅等[30]于2014年的调查表明，云南省马铃薯氮、磷和钾肥施用过量的农户分别占总调查农户的52.9%、55.6%和24.1%；氮、磷、钾肥施用不足的农户分别占总调查农户的25.5%、13.7%和65.1%；合理施用这3种肥料的农户分别占比21.6%、30.7%和10.8%，合理施用肥料的农户比例较低。李茹等[31]于2018年对于陕西省设施蔬菜的研究表明，陕西省设施蔬菜施肥存在的主要问题为养分投入比例失调、过量施肥、有机肥比例偏低；其中番茄氮、磷、钾肥过量比例分别为34.8%、67.4%、58.7%；黄瓜氮、磷、钾肥过量比例分别为47.8%、60.5%、52.5%；辣椒氮、磷、钾肥过量比例分别为65.0%、70.0%、55.0%。

2.3 大量元素与中微量元素配合施用不合理

在蔬菜种植中，除主要营养元素氮、磷、钾外，中微量元素也是不可缺少的元素。中量元素可以提升作物抗逆性，微量元素可以促进蔬菜对主要营养物质的合成[21]。目前，我国蔬菜种植对于中微量元素的重视度不足。数据显示，全国农田土壤中钙、镁、硫、铁、锰、铜、锌、硼、钼等中微量元素含量在临界值以下的耕地面积占比分别达到63%、53%、40%、31%、48%、25%、42%、84%、59%；与第2次全国土壤普查的数据相比，中微量元素缺乏的耕地面积增加近1倍[32]。中国土壤普遍缺硼，其中山东、江苏、河南、安徽、云南、贵州、四川、广东、广西等17个省区的缺硼耕地面积占比约为60%[32]。沙玲[33]于2020年的调查显示，伊春市大棚黄瓜在种植时化肥品种单一，忽视微肥。李翀[34]于2020年的调查认为，单施大量元素肥料而不配施微量元素肥料时冬油菜产量减少6.9%～23.5%。王永珍等[35]于2020年的研究表明，在相同氮、磷、钾施肥量的条件下，不配施锌肥的处理较配施微量元素肥的设施番茄总产量降低了8.8%，且果实品质降低。黄忠阳等[36]的研究表明，相比于增加配施中微量元素肥的处理，常规单施氮、磷、钾肥的设施甜瓜产量降低了12.4%，而对比减量施肥20%的情况下配施中微量元素肥，常规施肥产量降低了19.9%。王寅等[4]2013年的研究表明，露地直播冬油菜在减量施肥的基础上配施硼肥，其氮、磷、钾肥利用率平均分别为35.8%、22.3%和45.9%，不配施硼肥的氮、磷、钾肥利用率分别为20.8%、7.2%和28.0%，较大量元素配施微肥的氮、磷、钾肥利用率分别降低了15.0%、15.1%、17.9%。

2.4 肥料总施用量过大

除了配比不合理外，我国肥料施用总量过大的地区很广泛。曾希柏等[37]早在2002年的统计显示，我国约有16%的县化肥施用总体水平已经过量。Huang[38]等对北京市、天津市、河北省和山东省4个省市10个区市县的肥料使用情况调查结果表明，设施蔬菜和露地蔬菜的总施肥量（养分）分别为粮食作物的5.2倍和2.5倍。余海英等[39]对山东省寿光市温室蔬菜种植情况的调查结果显示，当地温室有机肥的年均用量177 t/hm2，最高可达240 t/hm2；56%的温室用高浓度复合肥，化肥年均用量17 t/hm2，最高达29 t/hm2。

有机肥料与化肥的用量过大，导致土壤养分盈余而累积，而设施内特殊的生态环境致使土壤出现次生盐渍化现象。设施菜地在栽培过程中，农民盲目施肥，化肥的投入量超出蔬菜正常生长的需要量，导致土壤盐分不断累积，产生次生盐害[40]。北方设施菜田土壤酸性化明显，主要菜区设施土壤pH值（平均7.2）显著低于露地土壤（平均7.7）；土壤次生盐渍化的比例较高，土壤硝态氮和有效磷大量积累，对生态环境构成了严重威胁[41]。杨洋[42]于2020年的研究表明，随着复合盐碱胁迫程度的增加，在苗前期，中度处理比轻度处理株高降低25.50%、根长降低41.83%。

2.5 土壤自身原因

土壤性质不同，影响肥料利用率也不同。土壤的孔隙度、田间持水量、凋萎系数、土壤中是否有相对大的裂隙、pH值、酶活性等物理、化学、生物特性等因素均会影响肥料利用率。此外，每种土壤对于各个营养元素的固持性也各不相同，兰翔等[43]的研究表明，粉质黏土硝态氮淋失量显著大于粉质黏壤土，磷肥施用降低硝态氮淋失量分别为26.4%～33.7%和23.5%～39.9%。

对于多年连续耕作的土壤，土壤中已存在明显养分积累，袁丽金等[44]调查发现，河北定州设施菜田0～200 cm和0～400 cm设施土壤速效养分累积量均高于对照农田，低龄棚硝态氮、有效磷、速效钾及水溶性磷含量分别是对照农田的4.7、4.6、1.4倍和11.5倍；老龄棚硝态氮、有效磷、速效钾及水溶性磷含量分别是对照农田的6.4、16.3、2.7倍和12.0倍。刘新社等[9]于1999—2005年在设施菜田的连续试验证明，氮、磷、钾3种肥料的利用率随着种植年限的增加均有下降趋势。此外，Ti等[45]研究得到的2010年我国露地菜地平均氮肥利用率为25.9%，设施菜地平均氮肥利用率为19.7%。而丁武汉[14]于2019年的调查显示，我国设施菜田氮肥利用率平均为18.8%，具有下降趋势。

3 提高肥料利用率的对策

未被作物利用而挥发或淋失的肥料降低了肥料利用率，累积在土壤中，则造成土壤盐渍化、土壤板结等问题。挥发和淋失的营养元素会导致大气污染、全球变暖、地下水污染、水体富营养化等环境问题[17]。袁丽金等[44]的研究表明，设施蔬菜栽培区表层地下水（地下饮用水，20 m）受硝态氮污染严重, 超标率和严重超标率为39.3%和7.1%。因此，提高菜地肥料利用率不但可以降低肥料投入成本，节本增效，还可以保护环境。

3.1 测土与科学配方施肥

已有研究表明，我国肥料利用率低，部分肥料未被农作物吸收而流失或累积到土体内，减量施肥是提高肥料利用率的方法之一。

张怀志等[13]的研究表明，科学减量施肥可以提高氮肥利用率15.4%。李亚莉等[6]的研究表明，相比于习惯性施肥，氮肥减少20%的用量可以显著提高设施番茄的氮肥利用率。配合滴灌技术，减肥施用效果更明显。黄绍文等[2]的研究表明，主要蔬菜化肥养分减施潜力均较大，主要设施蔬菜（番茄、黄瓜、辣椒、茄子）化肥养分减施潜力平均在34.8%～67.1%，其中设施番茄、黄瓜和辣椒化肥减施潜力在50%以上；主要露地蔬菜化肥养分减施潜力在41.9%～76.8%，其中露地辣椒、白菜化肥养分减施潜力在50%以上；此外，白菜和辣椒的氮肥减施潜力均超过75%，且辣椒磷肥的减施潜力达到91.8%。

减量施肥不是简单的减量，应通过测土与科学研究确定具体的施肥量与方式。测土配方施肥技术是通过土壤测验，与前期试验相结合，确定施肥作物不同生长期所需的肥料种类和营养物质的量，最终确定施肥量、施肥时期和施用方法。测土配方施肥技术可以提高肥料利用率，降低肥料的淋失和挥发，保护农业生态环境，改善耕地养分情况[28]。测土配方施肥技术的弊端在于前期投入较大，此项技术在水稻、小麦等大田作物中应用广泛。已有研究表明，茄果类蔬菜与果树在不同生长时间所需的营养物质不同[15,25]，此项技术在蔬菜种植中也应用较广泛。

另外，还可以结合施用缓/控释肥。缓/控释肥是根据作物生长不同阶段对养分的不同需求而研发的新型肥料，能有效控制养分释放，使养分的释放满足蔬菜生长发育的需求。这种技术能缓解肥料养分大量流失的现状，保护土地环境，保证作物的养分吸收，提高肥料利用率[28]。

3.2 有机肥与无机肥合理配合施用

化肥施用的优点是起效快、作用明显，但易于淋失和挥发，引起土壤次生盐渍化、土壤板结等问题。化肥与有机肥配合施用可以提高肥料利用率，保护环境。在氮素总投入量一定的情况下，曹树钦等[46]研究表明，有机、无机肥料养分配比为5∶5时，可以达到既培肥土壤又能使当季增产效果最好的双重目的。黄绍文等[2]认为，蔬菜有机肥养分用量占养分总用量的适宜比例一般为40%～50%，且无论是设施菜田，还是露地菜田，均应增加秸秆或高碳有机肥比例，减少化肥用量。

3.3 水肥一体化

水肥一体化技术是在综合考量土壤中含水量以及营养元素的状况下，结合蔬菜生长所需的营养物质的情况综合判断水肥用量，并通过微（滴）灌系统输送到种植的土壤中。水肥一体化技术将节水与节肥结合到了一起，在减少灌溉量的情况下同时减少肥料的施用量，从而达到提高肥料利用率的目的。

水肥一体化技术在提高蔬菜生长的同时，也为农业劳动者节省了水肥劳作时间，更是对农业土壤保护一种质的改善[47]。

3.4 土壤调理剂

土壤调理剂等技术手段可以直接改良土壤自身性质，有效固持土壤养分，提高肥料利用率。作为一种新兴的产品，土壤调理剂目前尚无统一的分类标准，不同的土壤调理剂对土壤的作用不同。土壤调理剂可以直接改善土壤的物理指标，包括目标土壤的容重、孔隙度、透气性、含水率等；在土壤化学方面可以调节土壤酸碱度，使得土壤适宜蔬菜生长，有效固持施入土壤的氮磷等营养元素，提高土壤肥料的利用率；在土壤生物方面，土壤调理剂可以提高土壤中生物数量与活性，改良土壤，从而间接提高蔬菜营养物质的吸收率。

秸秆还田、深耕等方式可以改善土质，从而提高肥料利用率和作物产量。王亚玲等[48]的试验表明，与农民习惯施肥相比，施用中微量养分、沸石处理后的肥料用量可减少40%左右，黄瓜产量可提高6.3%～8.7%，整株植物氮、钾积累量分别增加13.3%和22.7%，说明土壤调理剂可促进黄瓜养分吸收。

生物有机肥也是一种土壤调理剂，它是指特定功能微生物与主要以动植物残体为来源并经无害化处理、腐熟的有机物料复合而成的一类兼具微生物肥料和有机肥效应的肥料。魏晓兰等[49]于2017年的研究认为，生物有机肥含有的多种微生物与作物根际土壤环境相互作用，提高了氮、磷、钾元素的吸收率；此外，未被植株吸收利用的化肥，被生物有机肥中的有益菌吸收消化并转化为有机质，再次供农作物利用，减少了化肥的流失，进而提高了肥料利用率。张俊峰等[12]于2020年对于设施黄瓜的研究表明，在当地习惯性施肥的基础上增加施用生物有机肥，可将氮肥利用率从22.6%提高至24.7%，提高了2.1%，可将磷肥利用率从14.2%提高至14.6%，提高了0.4%，可将钾肥利用率从15.6%提升至20.3%，提高了4.7%；而在80%当地习惯施肥用量的基础上施用生物有机肥可将氮肥利用率从22.6%提高至32.1%，提高了9.6%，可将磷肥利用率从14.2%提高至19.1%，提高了4.9%，可将钾肥利用率从15.6%提升至25.7%，提高了10.1%。且在80%当地习惯施肥用量的基础上施用生物有机肥处理的黄瓜单瓜质量、经济产量和生物产量及经济系数和产出投入比差异不显著。

4 展望

近年来，中国农业节肥增效技术的发展呈快速上升趋势，政府部门与学者们对其关注度也在逐年提高，并且这些技术已经在3大主要粮食作物上取得了很好的效果，2021年1月，农业农村部已宣布3大粮食作物的氮肥利用率已达到40.2%，实现了历史的突破。目前，对于蔬菜肥料利用率低的问题研究尚较少，关注度不足。在实际的生产中，蔬菜的肥料利用率明显低于3大主要粮食作物。此外，近年来新兴的保温设施菜田使蔬菜的种植期延长，土地休闲时间将会更加减少，蔬菜种植出现的土壤问题与肥料利用率低的现象可能会在一段时间内持续。

目前，已经有一些优秀的技术和方法可以提高蔬菜种植中的肥料利用率，但一般呈单技术、碎片化，还需要研究人员立足于蔬菜种植的土壤，开展节肥增效、有机肥和无机肥配施、土壤改良、水肥一体化、缓/控释肥等多方面多角度研究，进一步开展单因素组合、综合技术的系统研究。