全 文 ：中国生态农业学报 2011年 7月 第 19卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jul. 2011, 19(4): 738−744
* 中国科学院创新团队国际合作伙伴计划项目(KZCX2-YW-T07)、中国科学院知识创新工程重要方向项目(KZCX2-YW-437)和国家自然
科学基金项目(40801098)资助
** 通讯作者: 魏文学(1960~), 男, 博士生导师, 中国科学院百人计划获得者, 主要研究方向为土壤微生物分子生态。E-mail: wenxuewei@isa.ac.cn
全智(1985~), 男, 硕士研究生, 主要从事土壤环境与生态方面的研究。E-mail: bawang20001996@126.com
收稿日期: 2010-11-08 接受日期: 2011-03-03
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.00738
氮肥优化减施对土壤−莴苣系统氮磷平衡及
产量效益的影响*
全 智1,2 秦红灵1 李明德3 朱亦君1 刘新亮1
魏文学1** 吴金水1
(1. 中国科学院亚热带农业生态研究所 亚热带农业生态过程重点实验室 长沙 410125; 2. 中国科学院
研究生院 北京 100049; 3. 湖南省农业科学院土壤肥料研究所 长沙 410125)
摘 要 采用田间小区试验, 研究了氮肥减施 20%(80%N)与施肥优化[施缓释尿素并减氮 20%(80%N+CRU)、
氮肥减施 20%并添加脲酶抑制剂/硝化抑制剂(80%N+QD)、氮肥减施 20%并添加土壤调理剂(80%N+SC)]对土
壤−莴苣系统氮磷平衡以及产量效益的影响。结果表明: 3 种优化减氮处理均在一定程度上降低了菜地土壤
NO3−-N(硝态氮)、Olsen-P(有效磷)含量及硝化率水平, 从而降低了氮磷流失进入环境的风险; 同时减氮处理还
提高了土壤氮素的利用效率, 增加了蔬菜鲜样产量及菜农实际收入, 效益明显。其中, 80%N+CRU处理降低土
壤 NO3−-N 和 Olsen-P 含量最为明显, 但该处理植株可食部分容易累积硝酸盐, 收获时莴苣茎硝酸盐含量显著
高于常规施肥处理(CF)和《农产品安全质量无公害蔬菜安全要求》(GB18406.1—2001)(P<0.05); 80%N+QD处
理对各时期土壤Olsen-P及蔬菜可食部分硝酸盐含量影响较小, 却显著降低了菜地土壤的硝化率水平(P<0.05),
从而提高了养分利用效率, 同时与 CF 处理相比, 该处理较大幅度增加了莴苣鲜样产量(茎 21.7%, 叶 7.6%)、
总收入(13.0%)、实际收入(14.0%)和产投比(14.2%), 是最佳减氮优化处理。试验地 80%N+SC处理效果不稳定,
与常规施肥差异不显著。兼顾经济、食用风险、生态环境等效益, 建议在高肥力菜地土壤中, 氮肥减量与脲酶
抑制剂、硝化抑制剂配合施用。
关键词 氮肥减施 缓释尿素 脲酶/硝化抑制剂 土壤调理剂 硝态氮 有效磷 硝酸盐
中图分类号: S147.5; S151.5 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)04-0738-07
Yield and nutrient balance of lettuce as influenced by reduced and
optimized nitrogen application
QUAN Zhi1,2, QIN Hong-Ling1, LI Ming-De3, ZHU Yi-Jun1, LIU Xin-Liang1,
WEI Wen-Xue1, WU Jin-Shui1
(1. Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Regions, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy
of Sciences, Changsha 410125, China; 2. Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. Institute of Soils and Fertilizers, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, China)
Abstract Environment and health quality of vegetable are closely related with food quality and human health. Most farmers use
excessive chemical fertilizers to maximize yield. This practice, along with high irrigation and multiple cropping, results in soil degra-
dation, nitrogen (N)/phosphorus (P) loss, and other severe environmental issues. A field experiment was carried out in a vegetable field
of suburban Changsha City to determine the effects of reduced and optimized application of N fertilizer on soil nutrient balance and
yield of lettuce. N was reduced by 20% under optimized fertilization strategies of slow-release urea (80%N+CRU), urease/nitrification
inhibitor (80%N+QD) and soil conditioner (80%N+SC). The results showed that the three optimized strategies reduced soil NO3−-N,
Olsen-P content and nitrification rate. This reduced N/P loss into the environment and enhanced nitrogen use efficiency. It also in-
第 4期 全 智等: 氮肥优化减施对土壤−莴苣系统氮磷平衡及产量效益的影响 739
creased lettuce biomass and farmers’ real income, with obvious economic and environmental benefits. The 80%N+CRU strategy sig-
nificantly reduced soil NO3−-N, Olsen-P contents and the loss of N and P into the environment. Compared with conventional fertilizer
treatment (CF) and national standard (GB18406.1—2001) (P<0.05), however, it increased nitrate in the stem of lettuce at harvest. The
80%N+QD strategy had no significance effects on soil Olsen-P and nitrate in edible parts of lettuce. It, however, significantly reduced
soil nitrification rate (P<0.05) and increased biomass yield by 21.7% for stem, 7.6% for leaf; and increased total revenue by 13.0%,
farmers’ real income by 14.0%, and output/input ratio by 14.2%. The 80%N+QD strategy was therefore recommended as the optimal
strategy. Although the effect of 80%N+SC treatment was not completely satisfactory, it improved the nutrient use efficiency. On ac-
counts of comprehensive production effects, health safety and ecological benefits, it was suggested that the application of
urease/nitrification inhibitors with reduced nitrogen fertilizer should be adopted in fertile vegetable soils.
Key words Reduced nitrogen fertilizer, Slow-release urea, Urease/nitrigication inhibitor, Soil conditioner, NO3−-N, Olsen-P,
Nitrate
(Received Nov. 8, 2010; accepted Mar. 3, 2011)
1980年我国蔬菜播种面积仅占农作物总播种面
积的 2.2%, 2006 年上升到近 14%[1], 蔬菜种植业在
我国发展极为迅速。面对蔬菜高产带来的高额经济
利益, 菜农普遍过量施用化学肥料, 全年 2~3 季共
施氮 600~1 300 kg·hm−2极为常见[2], 某些蔬菜氮肥
已超过 3 300 kg·hm−2[3]。王朝辉等[4]研究发现, 关中
平原露天菜地 0~2 m土层累积的土壤硝态氮和速效
磷分别达 1 358.8 kg(N)·hm−2和 503.3 kg(P)·hm−2, 其
中硝态氮累积比一般农田高 4.5 倍, 速效磷高 2.7
倍。王晓春等[5]调查了昆明市呈贡县大棚蔬菜的施
肥现状, 氮肥施用量也较推荐施肥高 64.2%。由于蔬
菜大多为浅根系作物, 养分利用率较低, 且菜地灌
水频繁、灌水量大, 大量养分流失进入环境, 对环境
构成压力。
Guo 等[6]认为, 造成我国土壤大面积酸化的最
主要原因是过量氮肥的施用, 并认为减少化肥施用
是当前最佳解决办法, 蔬菜硝酸盐含量与氮肥用量
呈极显著正相关关系 [4], 故控制施氮量也是降低蔬
菜硝酸盐含量的重要措施。近年来研究人员对优化
施肥进行了较多探索, 熊又升等 [7]研究了缓释尿素
在芹菜上的施用效果, 认为缓释尿素不但提高了芹
菜产量和营养品质 , 还促进了植株对氮素的吸收 ,
氮素利用效率提高近 20%以上[8]。在施肥中添加脲
酶抑制剂和硝化抑制剂不仅能提高蔬菜产量, 降低
植株硝酸盐含量, 还能明显减少蔬菜种植期间菜地
土壤氮磷随地表径流的损失量[9]。脲酶抑制剂和硝
化抑制剂能使土壤保持高浓度的NH4+-N, 有研究[10]
指出蔬菜在吸收大量 NH4+的同时, 会释放较多的质
子, 从而促进根际土壤固定态磷向生物有效态磷的
转化。关于在土壤中添加调理剂的研究近年来逐渐
增多, 研究者认为土壤调理剂不仅能增强蔬菜植株
体的抗逆性, 提高蔬菜的产量和品质 [11], 还能降低
土壤的速效氮含量, 减少其环境风险[12]。
目前关于氮肥优化减施对土壤−蔬菜系统养分
利用、产量效益以及环境风险的综合定量研究还鲜
见报道。笔者以农业面源污染风险极高的菜地为研
究对象, 通过田间小区试验, 研究了减施部分化学
氮肥和几种施肥优化措施对菜地氮磷流失风险、养
分平衡、蔬菜硝酸盐累积及产量效益的影响, 为解
决蔬菜生产污染问题, 探讨丰产、优质且环境友好
的施肥模式, 并从源头上控制菜地面源污染风险提
供依据。
1 材料与方法
1.1 试验设计
试验点位于长沙市郊长沙县黄兴镇蔬菜基地
(28°09′02″N, 113°04′30″E), 该区域属亚热带大陆性季
风气候区, 年平均气温 18.2 , ℃ 年均降水量 1 390 mm。
基地地势平坦, 土壤类型为河流冲积物发育的沙潮
土, 土壤平均 pH为 5.77, 土壤有机质含量 19.84 g·kg−1,
全氮 1.241 g·kg−1, 全磷 2.913 g·kg−1, 全钾 23.053 g·kg−1,
硝态氮 55.96 mg·kg−1, 铵态氮 9.15 mg·kg−1, 有效磷
175.93 mg·kg−1, 速效钾 190.08 mg·kg−1。该区域常年
种植蔬菜, 抽取地下水灌溉为主, 一年种植各类蔬
菜 3~8 季, 多数为露地种植, 主要种植的蔬菜有空
心菜(Ipomoea aquatica Forsk.)、莴苣(Lactuca sativa
L.)、蒜(Allium sativum L.)、小白菜(Brassica chinensis
L.)、芹菜(Apium graveolens L.)、香菜(Coriandrum
sativum L.)等。农民习惯施肥量偏大, 特别是磷肥和
复合肥。
试验共设置 5个处理: 常规施肥(CF); 80%常规
氮肥用量(80%N); 80%常规氮肥用量, 氮肥采用缓
释尿素(80%N+CRU); 80%常规氮肥用量+脲酶抑制
剂 QHQ+硝化抑制剂 DCD(80%N+QD); 80%常规氮
肥用量+土壤调理剂(80%N+SC)。以莴苣为供试作物,
按当地习惯确定试验地常规施肥量, 各处理磷钾肥
用量相同(表 1)。复合肥含 N、P2O5、K2O各 160 g·kg−1,
缓释尿素含 N 420 g·kg−1, K2SO4含 K2O 500 g·kg−1,
740 中国生态农业学报 2011 第 19卷
表 1 试验中各处理肥料、脲酶/硝化抑制剂及土壤调理剂用量配比
Table 1 Application rates of fertilizer, urease/nitrification inhibitor, and soil conditioner in the experiment kg·18m−2
处理
Treatment
复合肥
Compound fertilizer
钙镁磷肥
FCMP
缓释尿素
Slow-release urea
硫酸钾
K2SO4
醌氢醌
QHQ
双氰胺
DCD
土壤调理剂
Soil conditioner
CF 2.70 4.05 0 0 0 0 0
80%N 2.16 4.77 0 0.173 0 0 0
80%N+CRU 0 7.65 0.82 0.860 0 0 0
80%N+QD 2.16 4.77 0 0.173 3.46×10−3 3.46×10−2 0
80%N+SC 2.16 4.77 0 0.173 0 0 5.4×10−3
FCMP: Fused calcium-magnesium phosphate; QHQ: 脲酶抑制剂 Urease inhibitor, quinhydrone; DCD: 硝化抑制剂 Nitrification inhibitor,
dicyandiamide.
钙镁磷肥(FCMP)含 P2O5 120 g·kg−1。QHQ(醌氢醌)
和 DCD(双氰胺)为市面上常见产品, 分别按施氮总
量的 1%和 10%施入; 土壤调理剂由北京仲元绿色生
物技术开发有限公司提供。试验所用肥料(除土壤调
理剂)均做基肥一次性施入土壤, 基肥后、缓苗期及
发棵期各喷施一定比例的土壤调理剂。试验设 3 个
重复, 完全随机排列, 小区面积为 18 m2, 每个小区
定植 165 株(5 列×33 行), 其他田间管理均按当地习
惯进行。
1.2 土样、植物样的采集
试验开始前采取试验地表层(0~20 cm)基础土壤
样品; 试验开始后于蔬菜生育中期和收获期采取各
试验小区表层土壤样品和植株样品。其中植物样品
在生育中期采集叶片部分(选择代表性叶片, 从顶端
向下数第 3~4 片叶), 在收获期则采集地上可食部分
(包括茎叶)。土壤和植物样品采集以“随机、多点、
混合”为原则, 将样品装入聚乙烯塑料袋中, 带回实
验室进行相关测定。收获时分小区随机采取 20株莴
苣地上样品, 单独收获并分茎、叶计产。
1.3 土壤、植物样品处理与分析
采集的新鲜土壤样品带回实验室混匀后风干到
土壤含水量约为 20%时, 用四分法取部分土样过 2 mm
孔径土筛后, 装入聚乙烯塑料袋封存于 0~4 ℃冰箱
中, 并立即进行土壤 NO3−-N、NH4+-N和 Olsen-P的
测定。新鲜莴苣样品采回后先洗净样品表面的泥土,
并将茎叶分离, 然后用吸水纸擦干茎叶表面的水分,
用四分法分成两部分, 其中一部分杀青后烘干, 用
于测定水分和干样产量 ; 另一部分用于测鲜样
NO3−-N含量。
土壤样品NO3−-N、NH4+-N的测定采用 1 mol·L−1
的 KCl浸提, 流动注射仪(FIA star 5000)测定。新鲜
蔬菜样品硝酸盐的提取参照王朝辉等[13]的方法, 流
动注射仪测定。有效磷 (Olsen-P)采用 0.5 mol·L−1
NaHCO3 (pH 8.5)浸提, 钼锑抗比色法测定[14]。植物
样经H2SO4-H2O2消煮后, 全氮(TN, 不包括NO3−-N)
利用流动注射仪测定, 全磷(TP)用钼锑抗比色法测
定, 全钾(TK)用原子吸收分光光度计测定。
1.4 数据分析
结果采用 Excel 2007和 SPSS 16.0统计分析软
件对数据进行统计分析, 文中各图表均表示多次重
复试验的平均值和标准差, 并采用 LSD 检验法进行
多重比较。
2 结果与分析
2.1 氮肥优化减施对土壤无机氮和有效磷含量的
影响
NO3−-N 是菜地土壤的主要氮素形态 , 土壤
NO3−-N含量的多少对蔬菜生长意义重大。但菜地土
壤过量累积NO3−-N不仅造成资源浪费, 其流失还会
引起周围水体的环境污染。与 CF处理相比, 各减氮
处理莴苣生育中期和收获期土壤 NO3−-N 含量降低
幅度分别达 7.2%~37.5%和 25.8%~58.4%(表 2), 其中
80%N+CRU 处理在两个时期的降低幅度均达到显
著水平(P<0.05, 下同), 有效地减小了 NO3−-N 的流
失风险。与生育中期相比 , 收获期各处理土壤
NO3−-N含量下降幅度较大, 各减氮处理与 80%N处
理差异不显著 (P>0.05, 下同 )。 80%N+QD 和
80%N+SC处理在生育中期和收获期土壤 NH4+-N含
量均显著高于 CF 处理(生育中期 80%N+SC 处理除
外), 这主要可能与硝化抑制剂和土壤调理剂减缓了
NH4+-N向 NO3−-N的转化有关。
比较各处理无机氮(NO3−-N+NH4+-N)含量, 莴苣
生育中期以 80%N+CRU处理含量最小, 显著低于 CF
和 80%N处理, 而 CF和 80%N处理之间差异不显著,
由于 80%N+CRU 处理采用缓释尿素而非复合肥方式
施氮, 说明施氮形态对莴苣生育中期土壤无机氮含量
(主要是 NO3−-N)的影响甚至大于减氮 20%造成的影
响。80%N+QD 处理显著降低了土壤的硝化率, 从而
减少了 NO3−-N 的流失损失, 维持了莴苣收获期土壤
中无机氮的供应, 有利于莴苣生长末期的养分需求。
第 4期 全 智等: 氮肥优化减施对土壤−莴苣系统氮磷平衡及产量效益的影响 741
表 2 试验地不同时期各处理下土壤硝态氮、铵态氮、无机氮、硝化率和有效磷含量情况
Table 2 Contents of NO3−-N, NH4+-N, NO3−-N+NH4+-N and Olsen-P and nitrification rate in soils of different experimental periods
时期
Period
处理
Treatment
硝态氮
NO3−-N (mg·kg−1)
铵态氮
NH4+-N (mg·kg−1)
无机氮
NO3−-N+NH4+-N (mg·kg−1)
硝化率
Nitrification rate (%)
有效磷
Olsen-P (mg·kg−1)
试验前
Before experiment
55.96 9.15 65.11 85.95 175.93
CF 70.03±12.70a 3.13±1.26b 73.16±13.61a 95.79±1.19a 124.32±6.98a
80%N 64.74±9.40a 4.49±2.95ab 69.23±6.54a 93.23±4.65ab 124.97±2.61a
80%N+CRU 43.78±7.11b 3.44±2.95b 47.23±4.83b 92.40±6.79ab 104.70±5.82b
80%N+QD 64.96±5.43a 9.33±0.54a 74.29±5.23a 87.39±1.37b 117.38±1.14a
生育中期
Middle growth period
80%N+SC 60.13±7.36ab 8.11±6.12ab 68.25±13.45a 89.05±7.09ab 121.12±7.76a
CF 36.71±16.88a 2.39±2.36c 39.10±19.24a 95.12±3.53a 150.85±4.71a
80%N 21.06±3.31ab 2.61±0.88c 23.66±2.59a 88.67±4.98b 146.50±6.33ab
80%N+CRU 20.22±3.67b 3.45±1.43bc 23.66±2.44a 85.02±6.93b 135.98±7.14b
80%N+QD 27.24±4.25ab 8.20±2.45a 35.44±6.66a 77.16±2.52c 148.92±5.59a
收获期
Harvest period
80%N+SC 15.28±2.47b 6.35±1.35ab 21.62±3.82a 70.78±1.21c 150.72±9.23a
改施缓释尿素对高磷菜园土壤中 Olsen-P 含量
的影响较大 , 与 CF 处理和 80%N 处理相比 ,
80%N+CRU 处理莴苣生育中期 Olsen-P 含量显著降
低 15.8%和 16.2%, 而收获期也分别降低 9.9%和
7.2%。其他 4个处理间 Olsen-P含量差异不显著。
2.2 氮肥优化减施对植株可食部分硝酸盐含量的
影响
各减氮处理莴苣生育中期叶硝酸盐含量较 CF
都有不同程度的降低 (图 1), 降低幅度为 3.1%~
35.6%, 除 80%N+CRU 处理外都达显著水平; 收获
期各处理叶硝酸盐含量下降迅速, 各处理差异不显
著 ; 收获期莴苣茎累积了大量硝酸盐 , 其中
80%N+CRU 处理硝酸盐含量最高(1 467 mg·kg−1),
显著高于 CF和 80%N+QD处理, 已超出《农产品安
全质量无公害蔬菜安全要求》根茎类蔬菜的限量标
准(1 200 mg·kg−1)22.3%, 存在较高的食用风险。
2.3 氮肥优化减施对土壤−莴苣系统氮磷利用的影响
巨晓棠等[15]认为, 氮磷钾不平衡施肥是引起土
壤硝态氮大量积累和流失的重要原因。本试验中 ,
如不考虑土壤中有机质矿化、灌溉以及干湿沉降等
图 1 试验地不同时期各处理莴苣硝酸盐含量
Fig. 1 Nitrate content in different parts of lettuce at different
experimental periods under different treatments
带入的养分, 单从施肥收入、土壤养分减少量及收
获带走的表观收支平衡角度看(表 3), 菜地土壤氮、
磷养分利用率较低, 尤其是磷, “带走/(收入+土壤减
少量)”仅为 6.6%~7.3%, 过量施磷导致土壤大量磷
累积, 增加了潜在的环境风险; 而氮“带走/(收入+土
壤减少量)”相对磷则较高, 达 31.7%~39.0%, 各减氮
表 3 氮肥优化减施对土壤−莴苣系统氮磷利用的影响
Table 3 Impacts of different treatments on utilization of nitrogen and phosphorus in soil-lettuce system
化肥收入
Fertilization input (kg·hm−2)
土壤养分减少量
Reduction of soil nutrition (kg·hm−2)
收获带走
Harvest output (kg·hm−2)
带走/(收入+土壤减少量)
Output/(input + reduction) (%) 处理
Treatment
N P N P N P N P
CF 240.0 222.7 3.49 3.76 77.2 16.0 31.7 7.1
80%N 192.0 222.7 5.80 4.41 69.0 15.1 34.9 6.6
80%N+CRU 192.0 222.7 5.80 5.99 76.1 16.4 38.5 7.2
80%N+QD 192.0 222.7 4.04 4.05 76.4 16.5 39.0 7.3
80%N+SC 192.0 222.7 6.11 3.78 69.5 15.6 35.1 6.9
“土壤养分减少量”为试验前后耕层(0~20 cm)土壤有效态养分(无机氮、有效磷)累积量之差, 是对莴苣从土壤中吸收原有氮磷养分的估算,
估算中耕层土壤重量按每公顷 225 万千克计算。“收获带走”的计算: N=LTN×LFY×(1−WL%)+STN×SFY×(1−WS%), 其中, N 为收获带走的氮，
LTN(STN)为收获时莴苣叶(茎)全氮, LFY(SFY)为收获时莴苣叶(茎)鲜样产量, WL(WS)为叶(茎)含水量; 磷计算公式相同。The “reduction of soil
nutrition” was the reduction of soil available nutrition (inorganic nitrogen, Olsen-P) in the topsoil (0~20 cm) after the experiment, which was the
estimation of nutrition absorbed by lettuce from topsoil, and the topsoil weight was estimated to be 2 250 000 kg per hectare. The “harvest output” was
calculated with the following equation: N=LTN×LFY×(1−WL%)+STN×SFY×(1−WS%), where, N was N output due to harvest; LTN (STN) was total N
of harvested lettuce leaves (stems), LFY(SFY) was fresh yield of harvested lettuce leaves (stems), WL (WS) was water content of leaf (stem). The same
formula applied to P output by harvest.
742 中国生态农业学报 2011 第 19卷
处理均高于 CF处理, 以 80%N+QD处理增幅最大。
减氮 20%与脲酶抑制剂/硝化抑制剂配合施用, 既减
少氮素养分的投入, 又增加作物氮、磷养分的带走,
提高了养分利用效率, 减少了流失损失。
2.4 氮肥优化减施对产量效益的影响
生物学产量是农业生产实践中的重要指标, 是决
定农业措施可行性的重要参考。尽管各减氮处理的氮
肥施用量只有CF处理的 80%, 但 4种减氮处理莴苣鲜
样茎、叶产量均未出现明显减产(表 4)。从产投比看, 各
减氮处理明显高于 CF 处理(0.8%~14.2%)。其中以
80%N+QD 处理增产最高, 鲜茎产量达 18.82 t·hm−2,
显著高于 CF和 80%N处理, 总收入、实际收入和产投
比 CF 分别增加 13.0%、14.0%和 14.2%, 每公顷实现
增收 10 443.6元, 说明通过氮肥减施 20%配以添加脲
酶抑制剂/硝化抑制剂等施肥优化措施, 可以促进作物
对养分的吸收, 减少肥料成本, 从而带来更好的经济
效益。但该处理具有较高患病率(图 2A), 显著高于 CF
和 80%N 处理。对比收获时土壤 NH4+-N 含量和莴苣
病株数(图 2B), 两者表现出较极显著相关性(P<0.01),
推导较高的 NH4+-N含量加速了莴苣病害的发生。
表 4 氮肥优化减施对莴苣产量和经济效益的影响
Table 4 Effects of different treatments on lettuce yield and economic benefits
处理
Treatment
茎产量
Stem yield
(t·hm−2)
叶产量
Leaf yield
(t·hm−2)
总收入
Total income
(Yuan·hm−2)
投入成本
Input cost
(Yuan·hm−2)
实际收入
Real income
(Yuan·hm−2)
产投比
Output/
input
与 CF比较
Compared
with CF (%)
CF 15.47±2.47b 32.75±1.22a 80 077.9 5 285.5 74 792.4 14.15 —
80%N 14.87±0.99b 32.71±1.25a 78 810.6 5 097.7 73 712.9 14.46 2.2
80%N+CRU 15.31±2.45b 34.55±1.15a 82 456.9 5 233.0 77 223.9 14.76 4.3
80%N+QD 18.82±0.72a 35.25±1.47a 90 511.1 5 275.1 85 236.0 16.16 14.2
80%N+SC 15.25±0.56b 33.06±2.45a 80 087.9 5 249.4 74 838.6 14.26 0.8
莴苣茎、叶以 2.00 Yuan·kg−1和 1.50 Yuan·kg−1批发价计算。本试验由于各小区农药、劳力等成本相同, 投入成本只计算了化肥成本(包
括硝化抑制剂、脲酶抑制剂以及土壤调理剂成本), 实际收入=总收入−投入成本, 总收入=茎产量×莴苣茎价格+叶产量×莴苣叶价格。The prices
of lettuce stem and leaf were 2.00 Yuan·kg−1, 1.50 Yuan·kg−1, respectively. The input costs of pesticides and labor were similar of each treatment, so
only chemical fertilizer cost was considered. Real income = total income − input cost. Total income = stem yield × stem price + leaf yield × leaf price.
图 2 各处理莴苣病虫害导致减产情况(A)及土壤 NH4+-N含量与莴苣病虫害的关系(B)
Fig. 2 Lettuce yield cuts caused by diseases (A) and relationship between lettuce diseases and soil NH4+-N content (B)
3 讨论与结论
蔬菜生产离不开化肥, 更离不开健康的土壤环
境, 只有健康的土壤才能生产出安全的蔬菜。过量
施用肥料以及养分比例失衡不仅导致菜地土壤养分
的高量累积、肥料利用率下降以及土壤酸化板结等,
也影响蔬菜的产量和品质, 同时还对周围水体和大
气环境构成威胁。许多研究表明, 施肥及施氮量是
影响土壤中硝态氮含量的最大外界因素[16], 减少氮
肥投入是降低菜地土壤氮累积、减少氮损失的根本
途径[3,6,13]。但由于氮肥施用对于保证蔬菜产量具有
重要作用, 不合理减施氮肥极有可能导致蔬菜减产,
故氮肥的优化减施具有重要意义。
值得注意的是, 本研究在试验设计上为考虑当
地施肥实际而采用了复合肥的形态施氮, 导致各减
氮处理的磷、钾养分供应形态并不一致, 尽管各处
理磷、钾肥供应量相同, 但土壤−莴苣系统中不同处
理之间的差异也可能与肥料的剂型不同有关, 故需
要做进一步的研究予以证实。
与其他减氮处理相比, 80%N+CRU 处理在莴苣
第 4期 全 智等: 氮肥优化减施对土壤−莴苣系统氮磷平衡及产量效益的影响 743
生育中期和收获期, NO3−-N 和 Olsen-P 含量均显著
低于 CF 处理, 这可能与包膜尿素和钙镁磷肥的肥
料类型及施肥方式不同有关: 包膜尿素的释放时间
曲线和蔬菜对氮素的吸收曲线更加吻合, 从而加速
蔬菜对氮素的吸收, 减少 NO3−-N在土壤中的残留。
同时由于包膜尿素硝化作用释放的活性酸相对减少,
又因分开施用的包膜尿素与钙镁磷肥在土壤空间上
不及复合肥那样接近, 从而导致由闭蓄态磷活化成
活性磷的量减少, 减少了 Olsen-P含量, 这也可能与
施入的包膜尿素和钙镁磷肥的其他性质有关, 其原
因尚需探讨。王朝辉等[13]认为小白菜硝酸盐含量与
土壤硝态氮含量呈正比, 但本研究中土壤NO3−-N含
量较低的 80%N+CRU 处理收获时莴苣茎硝酸盐含
量却较高, 可能的解释是该处理因为 Olsen-P 含量
的减少导致植物体内硝酸盐积累。汪建飞等[17]水培
试验结果表明, 菠菜的生物量和累积氮量随着铵硝
比和磷水平的降低而降低, 而菠菜茎叶中硝酸盐含
量却随铵硝比和磷水平的降低而升高, 缺磷比增氮
更易引起叶类蔬菜组织内硝酸盐的积累。由于植物
缺磷, 根系中 ATP 和质膜中磷脂浓度降低, 从而抑
制了根系对 NO3−-N的吸收和根系 NO3−-N向地上部
转移; 同时缺磷也会导致硝酸还原酶(NR)和谷氨酰
胺合成酶(GSA)活性的降低, 进而对 NO3−-N 的吸收
产生负反馈调节, 使根系硝酸盐同化受阻; 再者磷
参与了植物的光合磷酸化作用, 促进 NAD(P)H形成,
为 NO3−还原同化提供能量和电子供体[18−19], 缺磷会
通过影响蔬菜的光合作用而减少NO3−-N的还原, 间
接促进了 NO3−-N在体内的累积[20−21]。
脲酶抑制剂醌氢醌(QHQ)和硝化抑制剂双氰胺
(DCD)是近年来研究较多的施肥优化组合[22]。抑制
剂的使用不但增加了蔬菜产量, 还降低了蔬菜硝酸
盐含量, 提高了养分利用效率。伍少福等[23]认为, 硝
化抑制剂降低蔬菜硝酸盐含量的作用机理主要是促
进铵态氮营养和提高氮肥利用效率并降低土壤 pH。
本研究中, 80%N+QD处理不论在生育中期还是收获
期, 土壤 NH4+-N含量均得以显著提高, 从而降低了
土壤硝化率, 增加了鲜样产量并提高了效益。但同
时该处理具有较高的患病率, 可能的解释是因为大
多数病害微生物能优先利用土壤中的 NH4+-N, 故高
量的NH4+-N含量更有利于病原微生物的滋生; 另一
方面, 该处理因为提高了鲜样可食部分含水量(茎比
CF 高 0.4%, 叶比 CF 高 0.7%)和茎叶鲜样产量比(比
CF 高 12.8%), 导致植株抵抗力下降, 从而加速了病
虫害的侵袭。下一步的工作重点是采取措施降低植株
患病率, 并将继续开展菜地田间试验, 研究菜地养分
利用与产量效益对减氮优化措施的长期响应机制。
综上所述, 氮肥减施与施肥优化结合在蔬菜生
产系统氮磷平衡及产量效益方面均取得了较好结果,
尤以减氮 20%与添加脲酶抑制剂/硝化抑制剂配合施
用的效果最为明显。氮磷平衡方面, 该处理对蔬菜
生育中期和收获期土壤 Olsen-P 及蔬菜可食部分硝
酸盐含量影响不显著, 但却显著降低了菜地土壤的
硝化率, 减少了土壤中NO3−-N的累积和进入环境的
风险, 也提高了养分利用效率; 产量与经济效益方
面 , 与常规施肥(CF)相比 , 该处理由于增加了莴苣
鲜样产量(茎 21.7%, 叶 7.6%)、总收入(13.0%)、实
际收入 (14.0%)和产投比 (14.2%), 每公顷可实现增
收 10 443.6 元, 定为最佳减氮措施。兼顾经济、食
用风险、生态环境等效益, 建议在高氮高磷的菜地
土壤中, 氮肥减量与脲酶抑制剂、硝化抑制剂配合
施用。
参考文献
[1] 中华人民共和国国家统计局. 中国统计年鉴[M]. 北京: 中
国统计出版社, 2009
[2] Cao Z H, Huang J F. Soil quality evolution and public healthy
issues after land use change from rice to vegetables[C]//Interna-
tional conference on environment change and public healthy.
Hong Kong: Hong Kong Baptist University, 2002: 12−16
[3] 贾继文 , 李文庆 . 山东省蔬菜大棚土壤养分状况与施肥状
况的调查研究[M]//谢建昌, 陈际型. 菜园土壤肥力与蔬菜
合理施肥. 南京: 河海大学出版社, 1997: 73−75
[4] 王朝辉 , 宗志强 , 李生秀 . 菜地和一般农田土壤主要养分
累积的差异[J]. 应用生态学报, 2002, 13(9): 1091−1094
[5] 王晓春 , 唐敏 . 呈贡县大棚蔬菜施肥现状及经济效益分
析[J]. 现代农业科技, 2008(8): 14−15, 20
[6] Guo J H, Liu X J, Zhang Y, et al. Significant acidification in
major Chinese croplands[J]. Science, 2010, 327(5968):
1008−1010
[7] 熊又升, 陈明亮, 何圆球, 等. 包膜尿素对芹菜产量、品质
及氮素平衡的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 2005, 11(1):
104−109
[8] 唐拴虎 , 张发宝 , 黄旭 , 等 . 缓/控释肥料对辣椒生长及养
分利用率的影响[J]. 应用生态学报, 2008, 19(5): 986−991
[9] 黄东风, 王果, 李卫华, 等. 不同施肥模式对蔬菜产量、硝
酸盐含量及菜地氮磷流失的影响[J]. 水土保持学报, 2008,
22(5): 95−100
[10] 史奕, 徐星凯, 周礼恺, 等. 抑制剂及其组合对尿素 15N 在
小麦−土壤系统中的行为和归宿的影响[J]. 应用生态学报,
1998, 9(2): 168−170
[11] 杨振超 , 陈双臣 , 邹志荣 . 土壤调理剂对温室西葫芦产量
和品质的影响[J]. 中国农学通报, 2005, 21(2): 164−166
[12] 窦玉青, 陈刚, 王树声, 等. 氮素调理剂对烟叶质量及土壤
速效氮的影响[J]. 中国烟草科学, 2006, 27(3): 6−9
[13] 王朝辉 , 李生秀 , 田霄鸿 . 不同氮肥用量对蔬菜硝态氮累
积的影响[J]. 植物营养与肥料学报, 1998, 4(1): 22−28
[14] 鲁如坤. 土壤农业化学分析方法[M]. 北京: 中国农业科学
出版社, 2000
[15] 巨晓棠 , 张福锁 . 中国北方土壤硝态氮的累积及其对环境
的影响[J]. 生态环境, 2003, 12(1): 24−28
744 中国生态农业学报 2011 第 19卷
[16] 黄绍敏, 皇甫湘荣, 宝德俊, 等. 土壤中硝态氮含量的影响
因素研究[J]. 农业环境保护, 2001, 20(5): 351−354
[17] 汪建飞 , 董彩霞 , 谢越 , 等 . 铵硝比和磷素营养对菠菜生
长、氮素吸收和相关酶活性的影响 [J]. 土壤学报 , 2006,
43(6): 954−960
[18] Pilbeam D J, Cakmak I, Marschner H, et al. Effect of with-
drawal of phosphorus on nitrate assimilation and PEP car-
boxylase activity in tomato[J]. Plant and Soil, 1993, 154(1):
111−117
[19] Rufty T W J, Israel D W, Volk R J, et a1. Phosphate regulation
of nitrate assimilation in soybean[J]. Journal Experimental
Botany, 1993, 44(5): 879−891
[20] Gniazdowska A, Rychter A M. Nitrate uptake by bean
(Phaseolus vulgaris L.) roots under phosphate deficiency[J].
Plant and Soil, 2000, 226(1): 79−85
[21] De Groot C C, Marcelis L F M, Van Den Roogaard R, et a1.
Interaction of nitrogen and phosphorus nutrition in determin-
ing growth[J]. Plant and Soil, 2003, 248(1/2): 257−268
[22] 徐星凯, 周礼恺, Van Cleemput O. 脲酶抑制剂/硝化抑制剂
对土壤中尿素氮转化及形态分布的影响 [J]. 土壤学报 ,
2000, 37(3): 339−345
[23] 伍少福 , 吴良欢 , 石其伟 . 硝化抑制剂对降低蔬菜硝酸盐
积累的影响及其影响因素的研究进展[J]. 土壤通报, 2006,
37(6): 1236−1242
JJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJJ
“百人计划”招聘启事
中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心(以下简称中心)面向国家水安全、粮食安全、生态环境安全的重
大战略需求和农业资源与生态学前沿领域开展应用基础研究。根据中心科研布局与学科发展的需要, 现诚聘海内外杰出人才
若干名。
一、招聘研究领域
交叉前沿、农业水资源可持续利用及品种选育、区域与农田水循环、农田面源污染、生态系统过程及管理、农业生物
技术、农业信息与节水等相关领域的应用基础研究。
二、招聘条件
1. 具有中国国籍的公民或自愿放弃外国国籍来华或回国定居的专家学者, 年龄一般不超过 45周岁, 身体健康;
2. 恪守科学道德, 学风正派、诚实守信、严谨治学、尊重他人, 具有团队合作精神, 并对所招聘的研究领域有浓厚研究
兴趣和艰苦创业的奉献精神;
3. 具有博士学位且在相关研究领域有连续 3 年以上在海外科研工作经历、在国外获得相应职位, 或在国内本学科领域
已取得有影响的科研成果且获得研究员(教授)职位;
4. 独立主持或作为主要骨干参与过课题(项目)研究的全过程并做出显著成绩;
5. 在本学科领域有较深的学术造诣, 做出过具有国际水平的研究成果, 在重要核心刊物上发表过 3 篇及以上有影响的
学术论文并被引用(第一或通讯作者), 或掌握关键技术、拥有重大发明专利等, 其研究水平足以担当我中心的学术带头人;
6. 在国内外学术界有一定的影响, 能把握本学科领域的发展方向, 具有长远的战略构思, 能带领一支队伍在国际科学
前沿从事研究并做出具有国际水平的创新成果。
三、岗位及待遇
1. 聘为研究员(全职)、研究组组长、研究生导师;
2. 入选“百人计划”后由中国科学院提供科研经费 200万元人民币;
3. 研究中心提供每年 30万元人民币的研究组研究经费;
4. 研究中心创新领域前沿研究课题 1项, 经费 50万元人民币;
5. 依据科研工作需要提供 100 m2 的科研用房(待新科研大楼建成后再行改善), 以及所需的相关设施与试验用地, 并配
备选聘的科研助手;
6. 基本年薪 20万元人民币加研究生导师津贴, 绩效奖励根据业绩发放;
7. 购房补贴 90万元人民币;
8. 10万元人民币的安家费;
9. 享有中心其他的良好福利待遇;
10. 协助安置配偶就业和子女就学, 随迁配偶在暂未落实工作期间, 可享受引进人才配偶生活补贴 1000 元/月, 发放时
间不超过 12个月。
四、应聘材料
1. 填写《中国科学院“百人计划”候选人推荐(自荐)表》;
2. 相关证明材料复印件(已取得的重要科研成果证明、国内外任职情况证明、最高学位证书、身体健康状况证明等);
3. 发表论文目录及代表性论文 3篇(全文, 复印件);
4. 2位教授级国内外同行的推荐信函;
5. 本人认为有必要提供的其他相关材料。
五、联系方式
有意者请将本人应聘材料电子文档发至以下联络方式(请在邮件主题上注明: 姓名+百人计划+研究领域或方向):
联系人: 韩一波
电 话: 86-311-85871740 传 真: 86-311-85815093
E-mail: ybhan@genetics.ac.cn 网 址: www.sjziam.ac.cn