蔬菜是城乡居民生活必不可少的重要农产品。我国是世界上最大的蔬菜生产国和消费国,播种面积和产量均占世界的40%以上。2015年我国蔬菜播种面积约3.30亿亩,总产量约7.69亿吨,播种面积仅约占农作物总播种面积的1/8,但产值占种植业总产值的30%以上[1]。其中设施蔬菜已达到5800多万亩,产值占蔬菜总产值的50%以上。蔬菜产业在保障市场供应、增加农民收入、拓展出口贸易等方面发挥了极其重要的作用。
化肥是蔬菜优质高产的物质基础。科学施用化肥的目标是最大限度发挥化肥的正面作用和减少化肥的负面影响。然而,蔬菜尤其是设施蔬菜栽培中化肥过量和不合理施用不仅导致化肥利用率和生产效益低下,还导致土壤有机质含量降低、速效养分 (氮、磷等) 大量富集、次生盐渍化、重金属积累、蔬菜可食部分和地下水硝酸盐超标等一系列较为严重的问题,严重制约着我国蔬菜产业的可持续发展[2–6]。
查明蔬菜化肥使用本底及施肥中存在的主要问题,是蔬菜化肥科学施用的基础。蔬菜肥料使用调查方面已有许多报道。Huang等[7]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[8]对山东省寿光市温室蔬菜种植情况的调查显示,有机肥以鸡粪和猪粪为主,56%的温室全部用高浓度复合肥 (N-P2O5-K2O=15-15-15),温室栽培每年N、P2O5和K2O的平均投入量分别达到4088、3656和3438 kg/hm2,化肥养分用量过大、比例严重失衡;高峻岭等[9]对山东省青岛市设施蔬菜施肥情况进行了调查,从养分平衡角度分析了设施黄瓜和番茄N、P2O5和K2O过量施用问题;王蓉等[10]调查了江苏省连云港市500个温室大棚的施肥情况,认为大多数大棚生产采用高氮、极高磷和高钾施肥模式,养分投入不平衡;冯武焕等[11]对陕西省西安市设施菜地施肥情况调查表明,N、P2O5和K2O用量平均分别达到868.5~883.5、544.5~684.0和496.5~724.5 kg/hm2,设施蔬菜化肥用量超量。但应该看到,这些调查涉及露地蔬菜很少,对全国主要菜区及主要蔬菜肥料 (化肥 + 有机肥) 养分用量及比例、有机肥养分用量及比例、基施与追施化肥养分用量及比例等涉及养分管理对策方面较为系统的调查分析结果鲜见报道。为此,2013~2015年国家大宗蔬菜产业技术体系开展了全国主要菜区肥料使用本底的调查工作,以对全国蔬菜优势产区化肥、有机肥使用情况有一个比较全面的了解,明确主要菜区及主要蔬菜肥料 (化肥 + 有机肥) 养分用量及比例、有机肥养分用量及比例、基施与追施化肥养分用量及比例、化肥减施潜力等,为制订蔬菜化肥减施增效技术对策提供依据,对推动蔬菜优质高效生产和实现到2020年化肥零增长具有重要意义。
1 材料与方法 1.1 肥料使用情况调查调查范围包括7个区域 (北方3个区域为东北、华北、西北,南方4个区域为西南、华中、华南和华东地区)23个省 (直辖市、自治区) 132县 (市)。调查对象为设施 (温室、大棚) 和露地菜田2种栽培方式。选择典型设施和露地菜区,根据茬口、蔬菜种类等,采用预先制订的调查表,逐户实地通过问答调查2013~2015年设施和露地蔬菜化肥、有机肥使用情况 (种类、基肥/追肥数量、养分含量、基肥/追肥方法、追肥时间和次数,以及蔬菜产量等);仔细查询农户所用化学肥料包装袋,记录不同肥料养分含量;采集部分有机肥样品,测定其氮、磷和钾含量。设施蔬菜主要为番茄、黄瓜、辣椒、茄子、芹菜等,露地蔬菜主要为辣椒、白菜、大白菜、甘蓝、番茄、黄瓜、萝卜、茄子、四季豆等。从全国主要设施和露地菜区共调查1227个农户地块,其中设施蔬菜578个农户地块,露地蔬菜649个农户地块(表1,表2)。选择的每个县 (市) 都是设施或露地蔬菜优势产区,从每个县 (市) 选择的蔬菜基地都是典型设施或露地蔬菜基地,从每个典型蔬菜基地选择典型农户地块开展蔬菜施肥现状调查,每个农户地块均具有较好代表性。按不同栽培方式下主要蔬菜种类统计,设施番茄、黄瓜、辣椒和茄子的施肥调查样本数目分别为171、154、68和37个地块,露地辣椒、白菜、大白菜和甘蓝的施肥调查样本数目分别为88、63、45和32个地块 (样本数目小于30个的蔬菜不作统计);按不同区域不同栽培方式蔬菜统计,自东北区、华北区、华东区、华中区和西南区采集的设施蔬菜施肥调查样本数目分别为90、316、49、53和41个地块,自华北区、华南区、华中区和西南区采集的露地蔬菜施肥调查样本数目分别为97、81、302和103个地块 (样本数目小于30个的区域不作统计)。
1.2 数据处理采用Microsoft Excel 2003统计软件进行数据分析。
1) 养分推荐量计算采用近些年黄绍文等[12]研制的基于土壤养分系统管理理念的蔬菜施肥量简便快速推荐方法,养分推荐量 = 养分吸收量 × 校正系数,其中养分吸收量 = 目标产量 × 单位产量养分吸收量。不同土壤肥力水平下养分吸收量的校正系数的确定是该方法的核心,依据蔬菜养分循环特征参数确定不同土壤肥力水平下养分吸收量的校正系数,水肥一体化下中肥力水平土壤的N、P2O5和K2O吸收量校正系数分别为1.35、1.0和1.0。水肥一体化条件下中等肥力水平土壤的氮、磷、钾推荐量按如下模型进行估算:氮推荐量 = 氮吸收量 × 1.35;P2O5推荐量 = P2O5吸收量 × 1.0;K2O推荐量 = K2O吸收量 × 1.0。优化灌溉 (如基于灌溉减量的膜下沟灌) 下氮磷钾推荐量按滴灌条件氮磷钾推荐量增加15%估算;表3中养分推荐量指优化灌溉下氮磷钾推荐量。主要蔬菜单位产量 (1 t产品) 养分吸收量数据 (表3) 为国家大宗蔬菜体系土壤肥料团队2009~2016年多点肥料试验结果,番茄、黄瓜、辣椒、茄子、大白菜、甘蓝等主要蔬菜单位产量养分吸收量统计的样本数目分别为151、136、54、30、70和48。菜田土壤中等肥力水平标准参见文献[4]。
2) 养分施用量超出倍数 = (养分施用量/养分推荐量) – 1。
3) 有机肥养分比例 = (有机肥养分用量/养分总用量) × 100%,其中养分总用量 = 有机肥养分用量 + 化肥养分用量。
4) 基肥养分比例 = (基施养分用量/养分总用量) × 100%,其中养分总用量 = 基施养分用量 + 追肥养分用量。
5) 基施化肥养分比例 = (基施化肥养分用量/化肥养分总量) × 100%,其中化肥养分总量 = 基施化肥养分用量 + 追施化肥养分用量。
6) 化肥养分推荐量按上述1) 中养分推荐量和合理施肥条件下设施蔬菜有机肥替代化肥45% (化肥养分用量比例为55%)、露地蔬菜有机肥替代化肥35% (化肥养分用量比例为65%) 的比例估算,其中上述1) 中养分推荐量 = 化肥养分用量 + 有机肥养分用量。
7) 化肥养分减施潜力 = [(化肥养分推荐量 – 化肥养分施用量)/化肥养分施用量] × 100%。
2 结果与分析 2.1 我国蔬菜施肥现状 2.1.1 蔬菜肥料养分投入情况 2.1.1.1 蔬菜化肥养分用量情况从表1和表2可以看出,我国蔬菜化肥养分 (N + P2O5 + K2O) 用量平均1092.0 kg/hm2 (n = 1227),是全国农作物化肥养分平均用量 (328.5 kg/hm2) 的3.3倍,其中设施蔬菜化肥养分用量平均1354.5 kg/hm2 (n = 578),是全国农作物化肥养分用量的4.1倍;露地蔬菜化肥养分用量平均859.5 kg/hm2 (n = 649),是全国农作物化肥养分用量的2.6倍。
华北和华东地区设施蔬菜化肥养分用量 (平均分别为1606.5和1662.0 kg/hm2) 显著高于东北、华中和西南地区 (平均分别为835.5、660.0和994.5 kg/hm2),华南和华中地区露地蔬菜化肥养分用量 (平均分别为1081.5和885.0 kg/hm2) 显著高于华北和西南地区 (平均分别为757.5和723.0 kg/hm2)。
设施黄瓜化肥养分用量 (平均1939.5 kg/hm2) > 设施番茄 (平均1465.5 kg/hm 2) > 设施辣椒和茄子 (平均分别为1008.0和1117.5 kg/hm 2),露地辣椒和白菜化肥养分用量 (平均分别为978.0和937.5 kg/hm2) 显著高于露地大白菜和甘蓝 (平均分别为787.5和660.0 kg/hm2)。
从表1、表2可以看到,我国设施蔬菜有机肥养分用量总体上大幅高于露地蔬菜,区域间、蔬菜种类间有机肥养分用量不均衡现象突出。蔬菜有机肥养分 (N + P2O5 + K2O) 用量平均639.0 kg/hm2 (n = 1227),其中设施蔬菜有机肥养分用量平均921.0 kg/hm2 (n = 578),露地蔬菜有机肥养分用量平均387.0 kg/hm2 (n = 649)。
华北和华东地区设施蔬菜有机肥养分用量 (平均分别为1087.5和933.0 kg/hm2) > 东北和西南地区 (平均分别为754.5和612.0 kg/hm 2) > 华中地区 (平均331.5 kg/hm 2),华北和西南地区露地蔬菜有机肥养分用量 (平均分别为540.0和528.0 kg/hm2) > 华南地区 (平均382.5 kg/hm 2) > 华中地区 (平均231.0 kg/hm 2)。
设施黄瓜有机肥养分用量 (平均1296.0 kg/hm2) > 设施番茄 (平均1090.5 kg/hm 2) > 设施茄子 (平均921.0 kg/hm 2) > 设施辣椒 (平均643.5 kg/hm 2),露地白菜和大白菜有机肥养分用量 (平均分别为415.5和493.5 kg/hm2) 显著高于露地辣椒和甘蓝 (平均分别为282.0和322.5 kg/hm2)。
2.1.1.3 蔬菜肥料 (化肥 + 有机肥) 养分总用量情况由表1和表3可以看出,我国蔬菜肥料 (化肥 + 有机肥) 氮、磷和钾各自总用量普遍超量,磷施用比例远超推荐比例,其中设施蔬菜肥料养分用量明显高于露地蔬菜。蔬菜肥料养分 (化肥和有机肥的N + P2O5 + K2O) 总用量平均1731.0 kg/hm2 (n = 1227),其中设施蔬菜肥料养分总用量平均2275.5 kg/hm2 (n = 578),较露地蔬菜 (平均1246.5 kg/hm2,n = 649) 高82.6%。主要蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均分别为718.5、525.0和550.5 kg/hm2,分别超出其推荐量的0.4~2.6、3.1~10.0和0.0~1.4倍,平均分别超出其推荐量的1.3、4.7和0.5倍,其中主要设施蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均分别为850.5、726.0和792.0 kg/hm2,较露地蔬菜 (平均分别为588.0、325.5和309.0 kg/hm2) 分别高44.9%、1.2倍和1.6倍;主要设施蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均分别是其推荐量的1.9、5.4和1.6倍,主要露地蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均分别是其推荐量的2.7、5.9和1.5倍。
区域间蔬菜肥料养分用量差异大 (表2)。华北和华东地区设施蔬菜肥料养分总用量 (平均分别为2694.0和2596.5 kg/hm2) > 东北和西南地区 (平均分别为1590.0和1608.0 kg/hm 2) > 华中地区 (平均990.0 kg/hm 2),华南地区露地蔬菜肥料养分总用量 (平均1464.0 kg/hm2) > 华北和西南地区 (平均分别为1297.5和1251.0 kg/hm 2) > 华中地区 (平均1116.0 kg/hm 2)。
蔬菜种类间肥料养分用量差异也大 (表1)。设施黄瓜肥料养分总用量 (平均3234.0 kg/hm2) > 设施番茄 (平均2554.5 kg/hm 2) > 设施辣椒和茄子 (平均分别为1651.5和2038.5 kg/hm 2),露地辣椒、白菜和大白菜肥料养分总用量 (平均分别为1261.5、1354.5和1282.5 kg/hm2) 明显高于露地甘蓝 (平均984.0 kg/hm2)。
2.1.2 蔬菜养分投入比例 2.1.2.1 设施蔬菜氮、磷、钾的施用比例蔬菜要求钾多磷少,一般N∶P2O5∶K2O的吸收比例为1∶0.3~0.5∶1.0~1.9。由表4和表5可以看出,设施蔬菜施用的养分总量、有机肥和基施化肥中的P2O5占比明显过高,三者N∶P2O5∶K2O的施用比例平均分别为1.00∶0.85∶0.94、1.00∶1.10∶0.88和1.00∶0.95∶1.09,施用的P2O5占比远超蔬菜对磷的需求;追施化肥中的P2O5比例较为合适,N∶P2O5∶K2O的施用比例平均为1.00∶0.52∶0.91。
主要设施菜区施用的养分总量、有机肥和基施化肥中P2O5比例普遍过高 (平均分别在0.65~0.99、0.60~1.45和0.60~1.21之间),基施化肥中P2O5比例应大幅降低,东北、华北和华东地区追施化肥中P2O5比例 (0.47~0.68) 还可适当降低;华东、华中和西南地区施用的养分总量中K2O比例偏低,追施化肥中K2O比例 (0.50~0.68) 可适当增加。
主要设施蔬菜施用的养分总量、有机肥和基施化肥中P2O5比例普遍过高 (平均分别在0.80~0.90、1.03~1.23和0.88~1.12之间),基施化肥中P2O5比例应大幅降低,追施化肥中P2O5比例 (0.40~0.63) 还可适当降低;设施茄子施用的养分总量中K2O比例 (0.74) 偏低,追施化肥中K2O比例 (0.60) 可适当增加。
2.1.2.2 露地蔬菜氮、磷、钾的施用比例由表4和表5还可以看出,露地蔬菜施用的养分总量、有机肥和基施化肥中的P2O5占比偏高或过高,K2O占比过低或偏低,三者N∶P2O5∶K2O的施用比例平均分别为1.00∶0.63∶0.56、1.00∶1.01∶0.84和1.00∶0.90∶0.67;追肥化肥中的P2O5比例总体上较为合适,K2O比例总体上过低,N∶P2O5∶K2O的施用比例平均为1.00∶0.25∶0.35。
主要露地菜区施用的养分总量、有机肥和基施化肥中P2O5比例过高或偏高 (平均分别在0.51~0.93、0.70~1.47和0.70~1.13之间),华南地区基施化肥 (1.13) 和追施化肥 (0.65) 及西南地区基施化肥 (0.70) 中P2O5比例应大幅降低,华北和华中地区基施化肥中P2O5比例还可适当降低;华北、华中和西南地区施用的养分总量中K2O比例明显偏低,追施化肥中K2O比例 (0.20~0.35) 应大幅增加。
辣椒施用的养分总量中P2O5比例过高,主要露地蔬菜施用的有机肥和基施化肥中P2O5比例普遍过高 (平均分别在0.79~1.09和0.69~1.08之间),辣椒基施化肥中P2O5比例应大幅降低,白菜、大白菜和甘蓝基施化肥中P2O5比例 (0.69~0.84) 还可适当降低;主要露地蔬菜施用的养分总量中K2O比例 (0.39~0.67) 明显偏低,追施化肥中K2O比例 (0.10~0.47) 应大幅增加。
由表6和表7可见,设施蔬菜有机肥养分比例明显高于露地蔬菜。蔬菜有机肥养分用量占养分总用量 (化肥 + 有机肥) 的适宜比例一般为40%~50%。东北和华北地区设施蔬菜有机肥养分比例总体上较为适宜,平均分别占各自养分总用量的39.9%和38.9%,而华东、华中和西南地区有机肥养分比例明显偏低,平均在25.2%~29.2%之间;西南地区露地蔬菜有机肥养分比例总体上较为适宜,平均占养分总用量的36.3%,而华北、华南和华中地区露地蔬菜有机肥养分比例普遍偏低,平均在21.4%~27.7%之间。
设施番茄、黄瓜和茄子有机肥养分比例总体上较为适宜,平均分别占各自养分总用量的40.6%、38.3%和42.7%,而设施辣椒有机肥养分比例偏低,平均为30.6%;主要露地蔬菜 (辣椒、白菜、大白菜、甘蓝) 有机肥养分比例普遍偏低,平均在20.5%~28.9%之间。
区域间、蔬菜种类间基肥养分比例差异较大 (表6、表7)。蔬菜基肥养分用量占养分总用量 (基肥 + 追肥) 的适宜比例一般为50%~60%。东北、华北、华东地区设施蔬菜基肥养分比例较为适宜 (平均在49.9%~63.0%之间),华中和西南地区基肥养分比例明显偏高 (平均分别为75.1%和71.7%);华北、华南和西南地区露地蔬菜基肥养分比例较为适宜 (平均在50.0%~59.4%之间),华中地区基肥养分比例偏高 (平均67.8%)。
设施黄瓜基肥养分比例总体上较为适宜 (平均55.5%),设施番茄、辣椒和茄子基肥养分比例偏高 (平均在65.1%~65.6%之间);露地辣椒和白菜基肥养分比例总体上较为适宜 (平均分别为62.8%和60.0%),露地大白菜和甘蓝基肥养分比例偏高 (平均分别为72.5%和66.5%)。
2.1.5 蔬菜基施化肥养分比例表8、表9表明,蔬菜基施化肥养分比例普遍过高。设施和露地蔬菜适宜的基施化肥养分用量占化肥 (基肥 + 追肥) 养分总量的比例分别为15%~20%和20%~30%。东北地区设施蔬菜基施化肥养分比例偏高 (平均28.8%),而华北、华东、华中和西南基施化肥养分比例普遍过高 (平均在45.5%~68.7%之间);华北、华南和西南地区露地蔬菜基施化肥养分比例偏高 (平均在35.4%~39.7%之间),而华中地区基施化肥养分比例过高 (平均63.0%)。
主要设施蔬菜 (番茄、黄瓜、辣椒和茄子) 基施化肥养分比例明显偏高,平均在36.9%~47.5%之间;主要露地蔬菜 (辣椒、白菜、大白菜和甘蓝) 基施化肥养分比例普遍过高,平均在51.7%~59.7%之间。
按合理施肥条件下设施蔬菜有机肥替代化肥45%、露地蔬菜有机肥替代化肥35%的比例和氮磷钾推荐量 (化肥养分 + 有机肥养分),估算化肥养分推荐量。表10显示,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%之间,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%之间,其中露地辣椒、白菜和大白菜化肥养分减施潜力在50%以上。
蔬菜尤其是设施蔬菜肥料过量和不合理施用不仅导致肥料利用率和生产效益低下,还导致土壤质量退化、地下水硝酸盐超标、氧化亚氮排放和氨挥发引起的大气污染等一系列较为严重的问题,设施和露地菜田土壤质量退化主要表现如下[4–6]:1) 设施菜田 土壤pH值降低,北方设施菜田土壤酸碱度中性化明显,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),现今设施管理措施致土壤向酸化趋势发展;土壤次生盐渍化的比例较大,土壤盐分总量在2~5 g/kg的比例达到38.2%,> 5 g/kg的比例占4.7%;土壤有机质含量普遍处于中低水平,土壤有机质含量低于20 g/kg的土样数占总土样数的34.1%,仅12.1%的菜田达到肥沃菜田土壤有机质含量40~50 g/kg的标准;土壤硝态氮和速效磷大量积累,对生态环境构成了严重威胁,49%和32%的土壤样品的硝态氮含量分别在100 mg/kg以上和150 mg/kg以上,土壤速效磷含量超过100 mg/kg和150 mg/kg的土壤样品分别占66%和47%;土壤重金属Cu、Zn和Cd呈逐渐积累的趋势,采样区设施菜田土壤Cd总体上处于污染警戒级状况。2) 露地菜田 全国露地菜田土壤有机质含量普遍处于中低水平,土壤有机质含量低于20 g/kg的土样数占总土样数的40.0%;全国露地菜田土壤速效氮、磷和钾含量高低并存,土壤NO3–-N、速效磷(P)和速效钾(K)含量处于低水平的比例分别占65.5%、46.0%和58.1%,居于高水平的比例分别占15.1%、22.5%和22.5%,硝态氮和速效磷高量积累对生态环境构成威胁;全国露地菜田土壤缺锌比例较大,占43.5%;土壤重金属Cd的二级超标率达到20%。
鉴于蔬菜尤其是设施蔬菜化肥使用与土壤质量方面的突出问题,蔬菜化肥施用技术必须加以改进,亟待建立蔬菜肥水科学管理技术体系。从化肥减量、协调化肥养分比例、调整化肥基追比例、优化肥水管理方法等方面进行改进,制订如下几方面技术对策:1) 化肥精准减量,协调养分比例,实现精准平衡施肥。主要技术是基于土壤改良的蔬菜化肥减量与大中微量元素平衡调控技术,重点协调好五个平衡:一是养分投入与产出的平衡;二是各种养分比例的平衡 (针对土壤养分不平衡加剧、蔬菜生理病害增多等问题,需重视Ca、B、Zn、Fe等的施用);三是有机无机肥料养分的平衡;四是施肥时期养分平衡 (基追肥比例与数量平衡);五是施肥与耕层土壤养分空间分布的平衡,实现蔬菜养分供应与吸收的同步调控。针对土壤次生盐渍化、酸化等主要障碍因子,筛选、优化土壤改良剂、肥料增效剂等应用技术。通过技术优化研究,探明化肥减量与土壤肥力水平关系、连续多年减施化肥对产量、土壤肥力的影响,确定不同生态区域和主要蔬菜最佳养分用量指标。2) 有机肥替代化肥,培肥土壤,减施化肥。土壤基础地力是实现作物产量潜力的关键因子。适于区域养分资源特点的有机肥/有机物料与化肥优化配施 (或高碳有机肥与化肥优化配施),能稳定提升土壤功能,加速养分循环利用,减施化肥,协调土壤养分与能量 (碳) 之间的平衡,提高土壤有机质,以保持菜田土壤高效生产和持续利用。通过技术优化研究,探明连续多年有机肥替代化肥对蔬菜产量与土壤质量及微生物特性的影响,筛选、提出适于区域养分资源特点的有机肥替代化肥的适宜模式和比例。3) 施用专用新型化肥,优化养分配比和功能,减施传统化肥。根据菜田土壤肥力状况、蔬菜品种、种植茬口等,推广应用适合蔬菜生长特点和养分需求的专用新型化肥。蔬菜专用肥/水溶性肥料养分配比更趋合理,对调节土壤磷素、促进土壤养分均衡供应、提高肥料利用率、增产改质具有重大作用。蔬菜缓控释肥可延缓肥效期,调控养分供应强度和数量,减少追肥次数。增效复混肥提高肥效,改善土壤结构,保持土壤健康,增产改质。通过技术优化研究,筛选、研发适合设施蔬菜生长特点和养分需求的专用新型化肥及其高效施用技术。4) 推广水肥一体化技术,节水节肥,克服土壤盐化。采用水肥一体化技术是近根施肥的唯一手段,因此,水肥一体化技术是未来农业中具有广阔前景的新技术。蔬菜尤其是设施蔬菜最具潜力发展水肥一体化技术,该技术能按蔬菜生长各阶段对养分的需求和土壤养分的供应状况,将融为一体的水肥适时、定量、均匀、准确地输送到蔬菜根部土壤,具有节工、节水、节肥、节药、高产、高效、优质、环保等优点。通过技术优化研究,探明蔬菜水肥协同对蔬菜产量与生理病害、土壤肥力与盐分的影响,以及不同生育阶段水肥弹性供应与需求阈值;筛选、提出适于区域和作物特点以及生产实际需求的以平衡水肥调控为核心的水肥一体化技术。
3 讨论 3.1 蔬菜养分用量、比例和基、追施化肥养分比例本调查表明,我国蔬菜肥料 (化肥 + 有机肥) 中N、P2O5和K2O用量均大幅超出各自推荐量,主要设施蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均分别是各自推荐量的1.9、5.4和1.6倍,主要露地蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均分别是各自推荐量的2.7、5.9和1.5倍,生产实践中应高度重视化肥减施问题。
一些研究表明,设施黄瓜N∶P2O5∶K2O吸收比例为1∶0.48~0.75∶1.43~1.56[13–15],设施番茄N∶P2O5∶K2O吸收比例为1∶0.20~0.33∶1.14~1.67[10, 16–17]。蔬菜对矿质元素营养的吸收比例主要与其本身特性有关,但一定程度上也受到环境条件的影响。综合文献及笔者团队多年研究结果,设施蔬菜N∶P2O5∶K2O吸收适宜比例一般为1∶0.3~0.5∶1.0~1.9[18]。本调查表明,蔬菜施用的肥料 (有机肥 + 化肥) 总量、有机肥和基施化肥的N∶P2O5∶K2O比例均不合理,P2O5占比过高,设施蔬菜N、P2O5、K2O的各自总用量比例平均为1.00∶0.85∶0.94,有机肥N、P2O5、K2O的用量比例平均为1.00∶1.10∶0.88,基施化肥N、P2O5、K2O的用量比例平均为1.00∶0.95∶1.09;露地蔬菜N、P2O5、K2O的各自总用量比例平均为1.00∶0.63∶0.56,有机肥N、P2O5、K2O的用量比例平均为1.00∶1.01∶0.84,基施化肥N、P2O5、K2O的用量比例平均为1.00∶0.90∶0.67。遵循最小养分律,科学施肥应做到营养平衡,使各种营养因子同时满足作物生长要求,生产实践中,减少养分总量的同时,应考虑按照N、P2O5和K2O推荐比例进行养分用量调整。
设施和露地蔬菜适宜的基施化肥养分用量 (N + P2O5 + K2O) 占化肥 (基肥+追肥) 养分总量的比例分别为15%~20%和20%~30%[12]。本调查表明,蔬菜基施化肥养分比例普遍过高,设施和露地蔬菜平均分别达到45.7%和51.0%。因此,生产实践中,化肥运筹时,为提高化肥利用率,应重视调整化肥基追比例。
3.2 有机肥和无机肥投入比例在氮素总投入量一定的情况下,曹树钦等[19]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;赵明等[20]以及赵征宇等[21]研究显示,有机无机肥料氮素配比为6︰4时番茄产量最高;黄绍文等[12]在河北省石家庄和天津市西青区基地开展的八年有机肥替代化肥模式定位试验得出,设施蔬菜化肥氮、有机肥氮 (畜禽有机肥 + 秸秆) 的适宜比例为5(化肥)︰5(其中,有机肥、秸秆各占2.5) 产量最高,且能够显著提升土壤有机质含量。总体而言,蔬菜有机肥养分用量占养分总用量 (化肥 + 有机肥) 的适宜比例一般为40%~50%。本调查表明,设施蔬菜有机肥养分比例明显高于露地蔬菜,主要设施蔬菜有机肥养分比例总体上较为适宜,在30.6%~42.7%之间,平均36.4%;主要露地蔬菜有机肥养分比例普遍偏低,在20.5%~28.9%之间,平均26.9%。对于设施蔬菜,通过减施化肥和精准平衡施肥,可适当提高有机肥养分比例;对于露地蔬菜,通过增加有机肥用量和合理减施化肥,提高有机肥养分比例。特别需要指出的是,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,减少化学肥料用量。
3.3 磷素管理对策磷是作物生长的必需元素,是植物体内核酸、磷脂、核苷酸、酶的组成部分,参与和促成植物体内物质转化,能增强细胞原生质的持水能力,提高植物抗逆性和适应环境的能力。磷素过量与不合理施用不仅导致磷利用率和生产效益不高,还导致土壤速效磷大量富集等问题[4],土壤中过量积累的磷素还易导致作物Zn和Fe元素缺乏,并增加土壤可溶性有机质的淋失等[22–24]。本调查表明,在氮、磷和钾三种大量元素中,超标倍数最多的是磷,主要蔬菜P2O5施用总量 (化肥 + 有机肥) 平均超出其推荐量的4.7倍,其中设施和露地蔬菜P2O5施用总量平均分别超出各自推荐量的4.4和4.9倍;调查还表明,主要蔬菜有机肥P2O5投入量已普遍超出P2O5推荐总量 (化肥 + 有机肥),平均超出1.4倍,其中设施和露地蔬菜有机肥P2O5施用总量平均分别超出各自P2O5推荐总量的1.7和1.0倍。鉴于有机肥作为基肥施用,而其中的P2O5含量已超过推荐量,设施和露地蔬菜基施化肥应以低磷型化肥品种 (复合肥、混配肥) 为主,追肥应以低磷甚至无磷的冲施肥、滴灌肥等为主。
4 小结与建议1) 我国蔬菜化肥养分 (N + P2O5 + K2O) 用量平均为1092.0 kg/hm2,是全国农作物化肥养分用量 (328.5 kg/hm2) 的3.3倍,其中设施和露地蔬菜化肥养分用量平均分别为1354.5和 859.5 kg/hm2,分别是全国农作物化肥养分用量的4.1和2.6倍;蔬菜有机肥养分 (N + P2O5 + K2O) 用量平均639.0 kg/hm2,其中设施和露地蔬菜有机肥养分用量平均分别为921.0和 387.0 kg/hm2;蔬菜肥料 (化肥 + 有机肥) 养分 (N + P2O5 + K2O) 总用量平均1731.0 kg/hm2,其中设施和露地蔬菜肥料养分总用量平均分别为2275.5和 1246.5 kg/hm2;区域间、蔬菜种类间化肥养分用量、有机肥养分用量、肥料 (化肥 + 有机肥) 养分总用量的差异均相当明显。
2) 我国蔬菜肥料 (化肥 + 有机肥) 中N、P2O5和K2O各自总投入严重超量。主要设施蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均分别是各自推荐量的1.9、5.4和1.6倍,主要露地蔬菜N、P2O5和K2O施用总量平均分别是各自推荐量的2.7、5.9和1.5倍,应高度重视化肥减施问题。按合理施肥条件下设施蔬菜有机肥替代化肥45%、露地蔬菜有机肥替代化肥35%的比例估算,主要设施蔬菜化肥养分减施潜力平均在34.8%~67.1%之间,主要露地蔬菜化肥养分减施潜力在41.9%~76.8%之间。
3) 肥料养分总量、有机肥和基肥化肥的N、P2O5、K2O比例不合理,P2O5占比过高。设施蔬菜养分总量N、P2O5、K2O施用比例平均为1.00∶0.85∶0.94,有机肥养分比例为1.00∶1.10∶0.88,基施化肥养分比例为1.00∶0.95∶1.09;露地蔬菜N、P2O5、K2O三者的施用比例平均分别为1.00∶0.63∶0.56、1.00∶1.01∶0.84和1.00∶0.90∶0.67。
4) 追施化肥的磷施用比例总体上较为合理,设施和露地蔬菜的磷比例平均分别为0.52和0.25;露地蔬菜追施化肥的钾的施用比例总体上过低,平均为0.35。为此,蔬菜施肥中,在减少化肥用量的同时,应高度重视协调N、P2O5、K2O比例,尽量选用低磷化肥品种。考虑到有机肥中磷比例过高且较难调控等问题,对于设施蔬菜,基施化肥磷比例可大幅度降低,追施化肥中的磷素比例还可适当降低,研制和筛选适合设施蔬菜养分需求的基肥用低磷型化肥品种 (复合肥、混配肥),以及追肥用低磷型冲施肥、滴灌肥;对于露地蔬菜,基施化肥磷比例可较大幅度降低,追施化肥中的钾素比例总体上应大幅增加,研制和筛选适合露地蔬菜养分需求的基肥用低磷型化肥品种 (复合肥、混配肥),以及追肥用低磷高钾型化肥品种 (复合肥、混配肥,冲施肥、滴灌肥)。
5) 蔬菜有机肥养分用量占养分总用量 (化肥养分+有机肥养分) 的适宜比例一般为40%~50%。设施蔬菜有机肥养分比例明显高于露地蔬菜,主要设施蔬菜有机肥养分比例总体上较为适宜,在30.6%~42.7%之间,平均36.4%;主要露地蔬菜有机肥养分比例普遍偏低,在20.5%~28.9%之间,平均26.9%。
6) 化肥基施比例普遍过高,设施和露地蔬菜平均分别达到45.7%和51.0%,明显高于基肥化肥养分用量占化肥养分总量的适宜比例 (设施蔬菜15%~20%,露地蔬菜20%~30%),应重视调整化肥基追比例问题。
鉴于蔬菜尤其是设施蔬菜化肥使用与土壤质量方面的突出问题,蔬菜化肥施用技术必须加以改进,亟待建立蔬菜肥水科学管理技术体系。从化肥减量、协调化肥养分比例、调整化肥基追比例、优化肥水管理方法等方面进行改进,并制订化肥精准减量、有机肥替代化肥、施用专用新型化肥、推广水肥一体化技术等技术对策。
致谢:蔬菜施肥调查由国家大宗蔬菜产业技术体系各综合试验站站长负责,其他岗位专家参与并给予了指导,在此一并感谢。
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