全 文 ：收稿日期：!""#$"#$%& 接受日期：!""#$&&$&%
基金项目：国家科技支撑计划课题（!""’()*&#("%）；农业部“引进国际先进农业科学技术”项目（!""’$+’"）资助。
作者简介：何飞飞（&,#’—），女，云南保山人，博士，讲师，主要从事农业生态系统养分循环方面的研究。-./012：313104.567617618&’%9 :;/
! 通讯作者 <62："&"$’!#%%=!!，-./012：>:5648:0?@ 6A?@ :4
日光温室蔬菜的氮素平衡及施肥调控潜力分析
何飞飞&，!，任 涛&，陈 清&!，江荣风&，张福锁&
（& 农业部植物营养与养分循环重点实验室，植物—土壤相互作用教育部重点实验室，中国农业
大学资源与环境学院，北京 &""",B；! 湖南农业大学生物科学技术学院，湖南长沙 B&"&!=）
摘要：以寿光日光温室番茄为研究对象，通过 !年 B个生长季的试验，分析整个生产体系中氮素的平衡及 "—&="
:/土层硝态氮动态，并对氮素优化管理条件下日光温室番茄的生产力、氮素盈余与损失特征进行了研究。结果表
明，与传统施氮管理相比，综合利用灌溉水带入氮素和根层土壤无机氮的优化氮素管理技术能够保证番茄产量，同
时减少 #%C的氮肥施用，但节肥主要集中在春茬作物生长后期及秋茬作物生长前期。自休闲至番茄第一次追肥前
土壤硝态氮的大量积累与频繁灌溉导致了整个生产体系氮素大量损失，建议通过种植填闲作物或者施用高 D E F比
作物秸秆等可能的方法来控制土壤氮素转化，减少该时期的氮素损失。
关键词：氮素优化；氮素平衡；氮素损失；日光温室；番茄
中图分类号：G&B%9& 文献标识码：) 文章编号：&""=$H"HI（!""=）"B$"’,!$"=
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与禾本科作物相比，蔬菜单位面积生物量大且
复种指数高，对肥料的需要量相应也大，但由于缺乏
合理的养分管理措施和技术指导，日光温室蔬菜生
产体系中过量施用氮肥的问题十分突出［&$%］。以寿
光为例，施用的氮肥普遍过量，主要以高浓度复合肥
为主，并且集中在追肥时期施用［B］。当前大部分日
光温室蔬菜生产体系中大水漫灌的问题十分普遍，
尤其是在温室温度较高的 H!,月份，经常的大水漫
植物营养与肥料学报 !""=，&B（B）：’,! $ ’,,
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]204T F?TS1T1;4 04A K6ST121[6S G:164:6
灌主要是为了调节设施内小气候环境和缓解作物干
旱胁迫。然而在这种大量且频繁的灌溉条件下，氮
素损失难以避免。设施蔬菜生产中其它来源如硝酸
盐含量高的灌溉水［!］、土壤剖面残留的无机氮［"］、土
壤矿化氮［#］以及有机肥［$］也会输入一定数量的氮
素，这对补充根层氮素供应起到非常重要的作用。
因此，在设施蔬菜生产体系中，合理的氮素养分管理
必须综合利用土壤和环境等来源的氮素养分。在推
荐过程中，首先要考虑氮肥以外其它来源的氮素，再
以施肥为调控手段将根层氮素供应水平控制在适宜
范围，这样既能满足作物高产、优质的氮素需求，同
时也不会带来环境污染的压力。
作物体系的氮素平衡、氮素利用效率和环境质
量变化密切相关［%］，因此定量化研究某一生产体系
氮素平衡对正确评价该体系氮素管理措施以及有针
对性地制定氮素损失的阻控对策具有重要意义［&’］。
在荷兰、芬兰等欧洲国家，氮素平衡是表征农田土壤
氮素淋洗损失的指标［&&］。我国日光温室蔬菜生产
体系氮肥的投入量大，氮肥当季利用效率不到
&’(［"，&)］，氮素淋洗和反硝化损失比较严重［"，&*］，存
在严重的环境污染风险。因此，准确理解该体系氮
素输入输出特征与损失情况对于改善该生产体系氮
素管理方式、提高氮素资源高效利用尤为重要。但
目前对日光温室蔬菜生产体系氮素的输入和输出，
特别是对氮素损失途径和数量的研究远远不够，也
就难以精确预测施肥措施对日光温室蔬菜生产及其
环境质量的影响。
本研究以寿光日光温室番茄生产体系为研究对
象，以氮素平衡为评价手段，结合土壤剖面 ’—&$’ +,
硝态氮动态，分析目前氮素优化管理措施下的氮素利
用效率和环境风险，剖析存在的问题，为进一步优化
日光温室蔬菜生产体系氮素管理提供一些思路。
! 材料与方法
!"! 试验设计
试验于 )’’-年 )月至 )’’"年 &月在山东省寿
光市古城镇罗庄村进行。试验开始前该温室已连续
种植 !年的番茄，’—&’ +,土壤的基础理化性质为：
有机质 &$.* / 0 1/、全氮 &.*# / 0 1/、硝态氮 &&)
,/ 0 1/、有效磷 -*# ,/ 0 1/、速效钾 )%% ,/ 0 1/。
供试 作 物 为 番 茄（!"#$%&’()#*+ &(#*,&-.*+
2344 5），选用当地主栽的番茄品种，如“布鲁斯特”、
“&$%”等。栽培模式为传统的畦栽，畦宽 &.’ ,，畦间
距 ’.- ,，株距 ’.*! ,，行距 ’.# ,，种植密度约为每
公顷 *.!万株。试验共持续 - 个生长季，按照当地
生产习惯，每年的 )至 "月为春季番茄，$月至翌年
&月为秋季番茄，#月为休闲季，为防雨水对墙体冲
刷，不揭棚膜。休闲季中期灌溉 &次，使土壤疏松以
利于翻耕和有机肥的施用。)’’- 和 )’’! 年休闲季
内灌溉量分别为 !" ,,和 #- ,,。
试验设 -个处理：&）对照（66），不施有机肥和
氮肥；)）有机肥处理（26），春季基施风干鸡粪 $
7 0 8,)（)’’-年和 )’’! 年有机肥带入的氮素总量分
别为 6 )"’ 和 *"’ 1/ 0 8,)）；秋季基施风干鸡粪 &&
7 0 8,)（)’’-年和 )’’! 年有机肥带入的氮素总量分
别为 6 *&"和 )!$ 1/ 0 8,)）。鸡粪均匀撒施后翻耕，
不追施化学氮肥；*）传统氮素处理（96），春季和秋
季基施有机肥用量同 26处理，化肥用量根据当地
农户调查结果，每次追施化学氮肥 6 &)’ 1/ 0 8,)。
追肥时期根据番茄品种特性、长势以及气候状况确
定。-个生长季总的氮肥用量分别为 6 $#’、#)’、"*’
和 #)’ 1/ 0 8,)；-）氮素优化处理（:6）：春季和秋季
基施有机肥用量同 26处理，根据各生育阶段作物
氮素吸收速率和推荐的根层氮素供应值，在综合考
虑灌溉水带入氮素量、’—*’ +,土层硝态氮含量的
基础上确定追施氮量［&-］，-个生长季总氮肥用量分
别为 6 *)$、&"’、&)#和 )’& 1/ 0 8,)。试验重复 *次，
共 &)个小区，随机区组排列。生育期内灌溉根据当
地习惯；施肥及灌溉时间和灌溉量见表 &和表 )。
由于温室面积所限，传统和优化处理小区面积
为 !! ,)；有机肥和空白处理小区面积为 ** ,)。
)’’-年和 )’’!年春季、)’’!年秋季氮肥品种为尿素
（6 -"(），)’’-年秋冬季为复合肥（6;<;= &!;&!;
&!），磷、钾肥均为重过磷酸钙（<)>! -"(）和硫酸钾
（=)> !)(）。灌溉之前用硝酸盐试纸;反射仪方
法［&!］速测灌溉水中硝酸盐的含量，并根据灌溉水量
计算每次通过灌溉带入的氮素数量。
!"# 测定项目与方法
番茄产量：收获期间，详细记录测产小区（&’
,)）各次收获的果实鲜重。
土壤 6>;* ;6含量：移栽前和收获结束（’—&$’
+,，每 *’ +,一层），每次追肥前（’—%’ +,，每 *’ +,
一层）于植株行内并且距植株主根 &’ +, 处取土样，
过 - ,, 筛并混匀。称取 )’ /左右鲜土于铝盒中，
在 &’! ?下烘干 &) 8，测定土壤含水量；同时称取
&).’’ / 鲜土样于塑料瓶中，加入 ’.’& ,@4 0 A 9B94)
溶液 &’’ ,A，振荡 & 8 后过滤，用流动分析仪
（CDEE9:)’’’）测定滤液中 6>;* ;6含量。
*%"-期 何飞飞，等：日光温室蔬菜的氮素平衡及施肥调控潜力分析
表 ! 日光温室番茄 "##$年氮肥施用量与灌溉量
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表 " 日光温室番茄 "##;年氮肥施用量与灌溉量
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番茄植株地上部含氮量：分别于收获前期、中
期和后期取果实样品，第一次追肥前和试验结束后
采集植株样，同时收集落叶和分杈。用浓 L!$M# =
L!M!联合消煮法，凯氏定氮法测定植株全氮含量。
表观氮素平衡计算：土壤氮素表观平衡计算不
考虑氮素矿化，有机肥带入氮量以全氮计［>F］：
表观氮素平衡 N氮素输入 =氮素输出。式中输
入项为移栽前 "—F" H- 土壤无机氮残留、化肥氮
素、有机肥氮素和灌溉水带入氮素，输出项为作物地
上部带走氮素和收获后 "—F" H-土壤无机氮残留。
日光温室内番茄根系较浅，淋出 "—F" H-土层的氮
素视为损失。
数据、图表处理用 OPH0A !""B 及 $*$（FQ" 版）
系统 *9MR*进行方差分析与多重比较。
#EF 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 >#卷
! 结果与分析
!"# 优化氮素管理措施的节氮增效分析
从表 !和表 "中可以看出，与传统氮素管理每
个生长季节 #!$次追肥相比，氮素优化管理由于综
合考虑了土壤氮素供应以及灌溉水氮素带入，春季
仅在生长前期进行了 "!%次追肥，而秋季则只在生
长中后期进行了 %!&次追肥，化学氮肥的施用量减
少 $"’!()’，平均 *%’，有效地减少了设施蔬菜生
产体系化学氮肥的投入，但产量并未降低，而经济效
益明显增加。从 &个生长季来看，与传统处理相比，
优化处理每公顷增加收入 !)))! !+))) 元，平均
+*#)元（表 %）。
表 $ 氮素优化管理的产量和增效分析
%&’() $ *+)(, &-, ./01+2 +- 345 2/)&26)-2 +- 7/))-809:)
206&20 :;:2)6 ,9/+-7 109/ 7/0<+-7 :)&:0-:
生长季节
,-./012 3453.1
果实产量!）
6-708 904:;
（8 < =>"）
经济效益"）
?@.1.>0@ A-.B08
（ C !)% 9751 < =>"）
DE FE DE FE
春 DA-012，"))& (& *(# !"% !""
秋 G787>1，"))& *# *$ !)# !)&
春 DA-012，"))# !)& +" !$& !&#
秋 G787>1，"))# !!) !)! "$" "&&
!）同一生长季中不同氮素处理的产量差异均不显著
E. 30210B0@518 .B 904:; /08= ;0BB4-418 E 8-458>418 01 35>4 2-./012 3453.1H
"）经济效益 I施肥处理产值 J化肥和有机肥成本
?@.1.>0@ A-.B08 I K78A78 L5:74 J @.38 .B @=4>0@5: B4-80:0M4- 51; >517-4
!"! 氮素输入和输出
表 &表明，传统管理条件下氮肥是日光温室蔬
菜生产体系最主要的氮素输入项。在 & 个生长季
中，传统处理氮肥投入量占氮素输入总量的 &"’
!#&’，而优化处理仅占 !*’!%!’。对于优化处
理，有机肥氮素输入量较多，占氮素输入总量的
"&’!#)’。此外，本试验条件下，&个处理 & 个生
长季灌溉水氮素输入比例占总氮输入的 %’!!"’、
*’!%+’、&’!&#’和 !&’!$+’，说明灌溉水带
入的氮素不容忽视。
不同氮素管理措施对土壤剖面残留无机氮影响
很大，从而也影响着体系下一个生长季的氮素输入
量。除第一个生长季外，其余三个生长季 &个处理
)—$) @>土壤 E>01存在显著差异，优化处理显著低
于传统处理。设施蔬菜普遍施用有机肥，矿化氮是
作物生长重要的氮素来源［!*］，但实际生产中农民并
不考虑这部分氮素对作物的有效性。
作物对氮素的吸收是氮素优化管理的核心，也
是生产体系氮素重要的输出途径之一。表 & 还看
出，不同处理番茄地上部氮素吸收量变化范围为：E
!$&!"#$ N2 < =>"，并随施氮量增加而增加。尽管同
一处理在 &个生长季氮素吸收量不一致，但同一生
长季节内传统和优化处理间没有显著性差异，表明
优化处理能够给作物提供充足的氮素，过多施用氮
肥的传统处理并不能显著增加番茄的氮素吸收量，
并且增产效果也不明显（表 %）。但是，番茄氮素吸
收量占体系总的氮素输入比例不高，对于有机肥、传
统和优化处理，仅为 !)’!%(’，从而导致土壤中氮
素盈余较高，氮素损失风险增加。
减少氮肥的施用能显著降低土壤无机氮残留和
氮素表观损失量。表 &看出，收获后对照、有机肥和
优化处理 )—$) @> 土壤无机氮残留显著低于传统
处理，而对照、有机肥和优化处理间没有显著差异；
氮素表观损失量除对照外，有机肥和优化处理间也
没有差异，说明单纯减少化肥施用并不是减少日光
温室番茄体系氮素损失的最有效途径。另外，单施
有机肥处理（OE），表观氮素损失量占总氮素输入量
的 "$’!#%’，频繁灌溉造成氮素淋洗损失可能是
主要原因之一。
!"$ 氮素损失与 =—#>=?6土层硝态氮动态
日光温室番茄生产体系一般在番茄第一穗果膨
大前开始追施氮肥。本研究的氮素优化管理主要是
针对追肥，因此，以第一次追肥为界把番茄整个生长
季分成两个阶段来分析该生产体系的氮素损失特
点。从图 !可以看出，第一次追肥前和第一次追肥
后都存在氮素损失，但第一次追肥前各处理间差异
不大。与传统处理相比，其余 %个处理在第一次追
肥后到收获结束，氮素损失量显著降低，这主要是因
为没有追肥或减少了追施氮肥量。在 "))&年春、秋
季和 "))#年秋季，对照处理氮素损失主要集中在第
一次追肥前，损失量分别为 E %!%、!*) 和 #!&
N2 < =>"，这部分损失主要来自土壤，说明来自土壤残
留氮素的损失不容忽视。此外，这部分损失主要集
中在幼苗期，这可能与该阶段多次灌溉（表 ! 和表
"）有关，而且幼苗期作物对氮素的需求量也不高。
从图 !还可看出，有机肥氮素的损失也集中在第一
次追肥前。休闲季氮素表观平衡在 "))& 年表现为
损失，"))#年表现为盈余，盈余的氮素主要累积在
土壤剖面中。
#+$&期 何飞飞，等：日光温室蔬菜的氮素平衡及施肥调控潜力分析
表 ! 四个生长季日光温室番茄生产体系的表观氮素平衡（" #$ % &’(）
)*+,- ! .//*0-12 " +*,*13- 41 $0--1&567- 25’*25 305//41$ 7872-’ 96041$ :560 $05;41$ 7-*7517
处理
!"#$%&#’%
移栽前 (—)(*& +&,’
-.,/ (0)(*& +&,’
1#2."# %"$’34/$’%,’5
有机肥
6"5$’,*
&$’7"#
氮肥
844/,#9
+ 2#"%,/,:#"
灌溉水带入氮
+60; 0+ 2".&
,"",5$%,.’
作物携出
+ 74%$<# 1=
*".43
收获后 (—)(*& +&,’
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表观氮平衡
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注（+.%#）：++、F+、G+和 -+分别表示空白、有机肥、传统和优化氮素处理 F#$’ +. +，+ 2".& &$’7"#，*.’?#’%,.’$/ + &$’$5#&#’% $’9 3,%#I34#I
*,2,* + &$’$5#&#’%，"#34#*%,?#/=；同一个生长季内同一列数字后有相同字母表示在 (J(B水平下差异不显著 !># 3$&# /#%%#"3 ,’ %># 3$&# 5".K,’5 3#$I
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图 < 日光温室番茄春季 %夏季休闲 %秋季不同氮素处理第一次追肥后氮素表观平衡分析
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［注（+.%#）：同一生长季内第一次追肥前、后，同一休闲季内带有相同字母表示在 (J(B水平下差异不显著 !># 3$&# /#%%#"3 ,’ %># 4#",.9 .2 1#2."# ."
$2%#" %># 2,"3% 3,9#9"#33,’5 ,’ %># 3$&# 5".K,’5 3#$3.’ $’9 ,’ %># 3$&# 2$//.K 3#$3.’ &#$’3 ’. 3,5’,2,*$’% 9,22#"#’*#3 1= L-M K,%> ! N (J(BJ C3%：第一追肥 !>#
2,"3% 3,9#9"#33,’5］
)H) 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 CA卷
!""# 年休闲季高量的氮素盈余可能与土壤矿
化有关。在 !""$年休闲季后，"—%"&’土层硝态氮
也有增加，但幅度远小于 !""#年休闲季（图 !），只有
对照处理氮素表观平衡表现为盈余，其余 (个处理
均为损失（图 )），说明有机肥、传统和优化处理在休
闲季内就发生了氮素损失。休闲季后土壤剖面无机
氮大量累积存在很大的环境风险，因为在作物移栽
后会多次灌溉，硝酸盐的淋洗损失可能难以避免，这
意味着休闲季也是氮素损失的风险期，其损失可发
生休闲季内，也可后移到作物移栽后。
图 ! 日光温室番茄春季 "夏季休闲 "秋季不同氮素处理对 #—$%# &’土层硝态氮的影响
()*+! ,-./’)&0 12 .)34/3567 &1.35.30 ). #8$%#&’ 01)9 :412)95 /0 /225&35; <- ;)22545.3
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=05 31’/31 &41::).* 0-035’ 241’ (5<+ !##@ 31 A/.+ !##B ). C?1=*=/.*+
*+%$期 何飞飞，等：日光温室蔬菜的氮素平衡及施肥调控潜力分析
图 !看出，对照处理除了试验开始前以及 !""#
年和 !""$年休闲季结束后土壤 %&’( ’%含量出现明
显增加外，其余时间维持在一个相对较低水平。试
验开始前高的 %&’( ’%累积与试验前大量投入化肥
和有机肥有关，而休闲季的增加可能与土壤有机氮
素矿化有关。与对照处理相比，有机肥和优化处理
"—)*" +,土层中 %&’( ’%含量稍高，特别是施肥后
的 "—(" +,土层。综合 #个生长季来看，传统处理
"—)*" +,土壤 %&’( ’% 显著高于优化、有机肥和对
照处理，这主要是由于施肥量的不同引起的。传统
处理除大量施用基肥外，番茄主要生育期（果穗膨大
期）还追施 #!-次氮肥，再加上灌溉频繁，%&’( ’%
淋洗风险大，深层土壤中 %&’( ’%的增加比较明显。
图 !还看出，传统处理 ."—)$"+,土层中，!""$年春
季收获结束到秋季移栽前土壤 %&’( ’% 含量明显上
升，这部分增加的氮素可能来自上层土壤，因为这期
间进行了 ) 次灌溉。与传统处理相比，优化处理
"—)*"+,土壤 %&’( ’%含量均低，意味着氮素淋洗
风险相对较低。但 ."—)*" +,土壤剖面 %&’( ’%没
有不断累积的效应，氮素可能在作物生长过程中已
经淋洗出 )*" +,。据观察，试验地 )*" +,以下为砂
土层，这种情况下，水分渗漏很快，%&’( ’% 淋出 )*"
+,土层难以避免。
! 讨论
氮素优化管理围绕调控根层土壤无机氮处于适
宜供应状态，以根层土壤氮素实时监控为手段，同步
了作物的氮素需求与环境、土壤和肥料来源的氮素
供应，具有很大的节氮潜力和更友好环境效应。与
传统处理相比，优化处理表观氮损失在 #个生长季
分别减少 (-/、##/、-0/和 #"/，平均降低 $!/
（表 !）。但在不施有机肥和氮肥情况下，连续种植
两年后生产体系氮素表观平衡为 % )! 12 3 4,!，说明
通过灌溉水和土壤供应的氮素基本能维持生产体系
的氮素平衡，一旦施肥，体系氮素损失量就会增加。
大量灌溉是引起休闲季和作物生长前期土壤氮素大
量损失的主要原因之一。!""# 年春季和秋季以及
!""$年秋季移栽到第一次追肥前，"—(" +, 土层
%&’( ’%减少了 % *"!!*) 12 3 4,!，而该阶段作物吸
收的氮素不到 % #" 12 3 4,!。此外，移栽后第一次灌
溉土壤发生明显的由干变湿的过程，显著地影响着
土壤氮素转化和系统的氮素循环。本试验同步监测
%!&排放的结果表明，灌溉引起 %!&排放增加［)*］。
但大水灌溉短期可能难以改变，尤其在温度较高的
春季后期（$!-月份）和秋季前期（*月份）。由于气
温很高，为调节温室内小气候环境和缓解作物干旱
胁迫，大水灌溉是一种不得已的措施。要解决氮素
损失问题，需要多种调控策略综合利用，如在休闲季
种植填闲作物提取土壤表层和深层无机氮［).］，或者
在硝酸盐淋洗敏感期通过施用高 5 3 %作物秸秆来
控制土壤氮素转化，降低土壤氮素有效性，而在主作
物生长期间这部分氮素又重新释放出来［!"’!)］。这
为解决日光温室蔬菜生产体系中氮素淋洗损失以及
调控根层氮素供应处于适宜水平提供了新思路。
本试验在估算氮素平衡时存在不确定因素，有
机肥氮和土壤有机氮矿化量以及作物残茬的矿化量
没有定量化，因此，可能由于高估了有机肥氮素输入
量而过高估计了氮素的损失；或者缺乏土壤有机氮
矿化量以及作物残茬矿化量而过低估计了氮素的损
失。本研究是以有机肥全氮投入量作为其输入量
的，有机肥施入土壤后第一年内矿化量较多，但并不
能完全矿化，有机肥氮完全转化为作物可吸收利用
的无机态氮需要一定的时间，其矿化速率与土壤条
件［!!’!(］、有机肥种类和用量［!#］以及管理措施［!$］等
有关。氮素输入项中没有考虑净的土壤有机氮素矿
化，可能低估了氮素的盈余。为了准确评价日光温
室蔬菜生产体系氮素的损失及其对环境的潜在威
胁，需要进一步定量化研究以上各种影响因素。
参 考 文 献：
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