不同水肥模式下设施辣椒与土壤中氮和磷分布及其环境与经济效益

http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201702032

文章信息

李杏, 李仁杰, 汤婕, 戴曹培, 李学德

LI Xing, LI Renjie, TANG Jie, DAI Caopei, LI Xuede

The distribution of nitrogen, phosphorus in soil and greenhouse pepper and the environment and economic benefits under different fertilization model

南京农业大学学报, 2018, 41(1): 105-112

Journal of Nanjing Agricultural University, 2018, 41(1): 105-112.

http://dx.doi.org/10.7685/jnau.201702032

文章历史

收稿日期: 2017-02-24

引用本文

李杏, 李仁杰, 汤婕, 等. 不同水肥模式下设施辣椒与土壤中氮和磷分布及其环境与经济效益[J]. 南京农业大学学报, 2018, 41(1): 105-112. 复制到剪切板

LI Xing, LI Renjie, TANG Jie, et al. The distribution of nitrogen, phosphorus in soil and greenhouse pepper and the environment and economic benefits under different fertilization model[J]. Journal of Nanjing Agricultural University, 2018, 41(1): 105-112. DOI: 10.7685/jnau.201702032 复制到剪切板

不同水肥模式下设施辣椒与土壤中氮和磷分布及其环境与经济效益

李杏¹ , 李仁杰² , 汤婕¹ , 戴曹培¹ , 李学德¹

1. 安徽农业大学资源与环境学院/农业部合肥农业环境科学观测实验站, 安徽合肥 230036;
2. 安徽农业大学农学院, 安徽合肥 230036

收稿日期：2017-02-24

基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（2015ZX07103-007）

作者简介：李杏, 硕士研究生

通信作者：李学德, 教授, 研究方向为环境污染化学, E-mail:xuedel@ahau.edu.cn.

摘要：[目的]筛选最优施肥模式，为设施辣椒种植提供技术参考。[方法]以设施辣椒为研究对象，通过田间小区试验，研究了4种不同水肥模式（处理1：常规施肥；处理2：优化减除草剂；处理3：优化减农药；处理4：精准水肥一体化）土壤中以及辣椒果实和植株中氮、磷的分布，并探讨氮肥利用率及其环境与经济效益。[结果]氮、磷含量在不同深度土壤呈逐层递减的趋势。随着施肥次数的增加，氮、磷含量在不同深度土壤中不断积累，但向下淋溶效果皆不明显；辣椒生长过程中，处理4辣椒果实中氮、磷积累量增幅较其他3组处理高，后期与收获期辣椒果实中的总氮、总磷含量也显著高于其他3组处理，处理4能够有效提高辣椒果实对养分的吸收、利用和分配。处理4辣椒产量显著高于其他3组处理，较处理1、2和3分别增加79.37%、41.25%和16.49%；处理4的氮肥偏生产力显著高于其他3组处理，较处理1、2和3分别增加135.33%、85.33%和52.84%。处理4的产投比最高可达3.23，较处理1、2和3分别增加28.17%、31.30%和16.61%，可带来最佳的经济效益；处理1和2在辣椒生长前期温室气体排放通量相对较高，常规施肥模式下有可能带来温室效应的环境风险。[结论]精准水肥一体化处理的环境与经济效益最佳。

关键词：水肥模式辣椒氮磷氮肥偏生产力环境与经济效益

The distribution of nitrogen, phosphorus in soil and greenhouse pepper and the environment and economic benefits under different fertilization model

LI Xing¹, LI Renjie², TANG Jie¹, DAI Caopei¹, LI Xuede¹

1. School of Resources and Environment/Hefei Scientific Observing and Experimental Station of Agro-Environment, Ministry of Agriculture, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China;
2. School of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China

Abstract: [Objectives] The best fertilization model was filtrated in order to provide a reference for pepper cultivation. [Methods] The environment and economic benefits and the distribution of nitrogen (N), phosphorus (P) in soil and pepper of several treatments (Treatment 1:conventional fertilization; Treatment 2:optimization of reducing herbicide; Treatment 3:optimization of reducing pesticide; Treatment 4:integration of water and fertilizer) were compared in order to filtrate a better fertilization model. [Results] N, P decreased layer by layer in different depth of soil, with the times of fertilization, and the accumulation of N and P in different depth of soil increased, the downward leaching of which was not obvious. In the growth of pepper, the growing rate of accumulation of N, P in pepper in the fourth treatment was higher than that in the other three treatments. The total nitrogen (TN), total phosphorus (TP) contents in pepper were significantly higher than those in the other three treatments in harvest time, which promoted the absorption and utilization of nitrogen and phosphorus. The yield of the fourth treatment was 79.37%, 41.25%, 16.49% significantly higher than that of the other three treatments, respectively. The partial factor productivity of applied N (PFP_N) of the fourth treatment was 135.33%, 85.33%, 52.84% significantly higher than that of the other three treatments, respectively. The input-output ratio (VCR) of the fourth treatment was 3.23 produced the best economic benefit, which was 28.17%, 31.30%, 16.61% significantly higher than that of the other three treatments, respectively. The emission flux CO₂, N₂O of first treatment and the second treatment were higher than those of the other treatments. There were environmental risks about greenhouse effect under the conventional fertilization, which was to be confirmed further. [Conclusions] The results above suggest that the fourth treatment (integration of water and fertilizer) brings better environment and economic benefits among these treatments.

Key words: fertilization model pepper nitrogen phosphorus PFP_N environment and economic benefits

近年来, 反季节蔬菜需求越来越大, 设施蔬菜栽培的面积不断扩大, 其中大棚蔬菜栽培占有较大比例, 这为农户带来了巨大的经济效益, 同时也给大棚蔬菜带来了不容忽视的土壤盐渍化和质量退化等问题。其中, 合理施肥是蔬菜优质高产的关键, 但在广大菜区并未引起重视^[1]。我国氮肥施用水平近几年急剧上升^[2]。目前, 我国氮肥平均施用量高达400 kg·hm^-2, 已经远远高出发达国家225 kg·hm^-2的施肥上限^[3]。肥料的不合理投入导致土壤中硝态氮及磷素富集, 加大了氮、磷淋溶及流失的风险^[4], 不仅降低了生产效益, 更造成了资源浪费, 而且也是土壤退化的主要原因之一^[5]。

辣椒是我国重要的蔬菜之一, 其栽培面积仅次于白菜类蔬菜^[6]。设施蔬菜类的施肥技术也在不断改进, 水肥一体化技术作为将灌溉与施肥有机结合的一项农业新技术具有广阔的发展前景, 具有节水、节肥、减少农药用量、降低人工成本、提高作物品质与产量以及改善土壤微生物环境等优点^[7]。有许多学者选取辣椒作为设施蔬菜, 针对其在不同施肥水平、不同灌溉方式或不同覆盖模式下土壤中氮、磷指标分布及辣椒品质或经济效益进行研究, 如韩明珠等^[8]研究了不同施氮水平对辣椒生长品质及产量的影响, 王丽等^[9]研究了不同磷、钾肥施肥量对辣椒生长与产量的影响。关于设施辣椒种植技术方面的研究较多, 但将环境、经济效益与种植技术联系起来的报道较少。

本试验选取设施辣椒为研究对象, 针对不同水肥模式下土壤中氮、磷含量的分布, 辣椒对氮、磷的利用率以及环境、经济效益进行探讨, 筛选最优施肥模式, 为设施辣椒种植提供技术参考。

1 材料与方法 1.1 试验区概况

试验地点位于安徽省合肥市庐江县郭河镇安徽农业大学郭河现代农业科技园, 园区地处东经31°42′, 北纬117°15′。土壤有机质含量17.5~21.9 g·kg^-1, pH值5.3~6.5, 土壤有效氮含量0.095~0.112 g·kg^-1, 属中等以上, 耕作土壤速效磷含量6.5~10.8 mg·kg^-1, 速效钾含量59~80 mg·kg^-1, 属中等水平。亚热带湿润季风气候, 年平均气温15 ℃左右, 多年平均无霜期238 d, 年平均降水量1 160 mm。

辣椒品种为‘薄皮9号(皖)’, 由安徽农业大学农学院育苗, 于1月中旬播种后, 3月下旬移栽定植, 苗龄约70 d。选取健壮的辣椒苗进行定植, 株高18~25 cm, 茎杆粗壮, 节间短, 茎粗0.3~0.5 cm。

试验共设4个处理(表 1), 每个处理3个重复, 每个小区面积30 m²。表中施肥量为基肥与后期追肥总量。基肥于起垄前撒施有机肥(菜籽饼)667.05 kg·hm^-2、复合肥(洋丰硫酸钾复合肥)667.05 kg·hm^-2和46%尿素90.17 kg·hm^-2。第1次追肥于4月下旬施46%尿素25.5 kg·hm^-2; 第2次追肥于6月下旬施46%尿素25.5 kg·hm^-2; 第3次追肥于8月下旬施46%尿素25.5 kg·hm^-2。其中, 处理3施肥方式为叶面喷施, 处理4施肥方式为水肥一体化, 其他2组处理的施肥方式为撒施。

表 1 试验设计 Table 1 Design of experiment

处理 Treatments	名称 Names	灌溉方式 Irrigation methods	除草方式 Weeding methods	施肥量/(kg·hm^-2) Fertilizing amount
处理 Treatments	名称 Names	灌溉方式 Irrigation methods	除草方式 Weeding methods	有机肥 Organic fertilizer	尿素 Urea	复合肥 Compound fertilizer
1	常规施肥 Conventional fertilization	沟漫灌 Flood irrigation	化学除草 Chemical weeding	667.05	166.67	667.05
2	优化减除草剂 Optimization of reducing herbicide	沟漫灌 Flood irrigation	中耕除草 Manual weeding	667.05	166.67	667.05
3	优化减农药 Optimization of reducing pesticide	滴灌 Drip irrigation	覆膜除草 Weeding with mulching film	667.05	166.67	667.05
4	精准水肥一体化 Integration of water and fertilizer	滴灌 Drip irrigation	覆膜除草 Weeding with mulching film	667.05	166.67	333.53
注:有机肥含N 4.98%、P₂O₅ 2.65%、K₂O 0.90%;尿素含N 46%;复合肥中N、P₂O₅、K₂O的质量分数均为15%。 Note:Organic fertilizer contains N 4.98%, P₂O₅ 2.65%, K₂O 0.90%. Urea contains N 46%. Compound fertilizer contains N 15%, P₂O₅ 15%, K₂O 15%.

表选项

1.2 样品采集与处理

分别于2016年5月25日、7月22日、9月22日采用分层多点混合法进行土样的采集, 分层状况为:0~20 cm, 20~40 cm, 40~60 cm, 共3层, 采集土样放置于自封袋中带回实验室。测定鲜土样含水率、硝态氮含量。将土样风干, 除去杂物后, 用木棍碾碎, 分别过10目、60目筛, 用于测定有效磷、总氮含量。

果实样品分别采集于2016年5月25日(一茬)、7月22日(二茬)、9月22日(三茬), 于2016年11月22日采集收获期辣椒果实和植株。辣椒果实及植株样品烘干后用研钵碾碎分别过60目、100目筛, 测定总氮、总磷含量。

分别于2016年5月25日、7月22日采集温室气体样品, 采用密闭静态箱法原位观测温室气体(CO₂、N₂O)排放通量。

1.3 试验方法

土壤含水率测定采用烘干法(105 ℃烘干至恒质量); 硝态氮含量采用1 mol·L^-1氯化钾溶液提取; 速效磷含量采用0.5 mol·L^-1碳酸氢钠溶液浸提; 总氮含量采用凯氏消化法; 总磷含量采用H₂SO₄-HClO₄消煮^[10], 样品使用AQ2全自动间断分析仪测定; 温室气体采用气相色谱法测定。

氮(磷)积累量=单位面积作物产量×作物中氮(磷)素含量^[11]; 氮(磷)收获指数=成熟期单位面积植株果实氮(磷)素累积量/植株氮(磷)素总累积量^[12]; 氮肥偏生产力(PFP_N)=施氮区作物产量/氮肥施用量^[13]; 产投比=收益/投入成本。气体排放通量计算公式:, 式中:F为气体排放通量(mg·m^-2·h^-1); ρ为标准状态下气体密度(kg·m^-3); dc/dt为箱内温室气体浓度变化率(mg·kg^-1·h^-1); T为采样过程中箱内平均温度(℃); h为采样箱高度(m)。

1.4 数据处理与分析

采用Origin 8.0软件绘图, 采用Excel 2007与SPSS 19.0软件进行数据处理与方差分析。

2 结果与分析 2.1 不同施肥模式下土壤氮和磷的分布

从图 1可知:硝态氮分布在整个土壤剖面且变化较小, 不同处理硝态氮含量呈向下递减的趋势, 淋溶效果不明显。由于后期追肥3次, 处理1~4土壤表层土(0~20 cm)中硝态氮含量分别从5.95、11.74、9.07和17.78 mg·kg^-1增加至21.13、25.37、16.47和27.42 mg·kg^-1, 呈积累量不断增加的现象。

	图 1 4个处理不同深度土壤硝态氮含量 Figure 1 Contents of NO₃^--N in different depths of soil under different treatments
图选项

在辣椒一茬中, 处理1和2中总氮含量在60 cm土层都有明显升高(图 2), 远高于或接近表层土壤的总氮含量, 可能是由于前期深翻地时埋入的有机肥和第1次追肥中的氮素经大水量漫灌后淋溶至深层土壤, 而处理3和4采用水量较小的滴灌, 氮素向下迁移较慢。辣椒成熟后期, 由于追肥次数的增加, 表层土壤中总氮含量迅速增加, 不同深度土壤中总氮含量总体呈逐层递减的现象, 不同深度土壤中总氮的积累量也在不断增加, 说明大量施肥过后氮素不断向深层土壤迁移从而出现向下淋溶的趋势, 这可能会导致氮素淋溶损失从而带来污染地下水的风险。处理3表层土壤中总氮含量在3次采样中增量较其他3组小, 可能是由于采取叶面施肥的方式导致部分肥料不能和覆膜后的土壤充分接触, 致使土壤中各深度总氮含量都较低。处理4中各深度土壤中总氮含量的增量较其他处理高, 可能是由于水肥一体化的施肥模式将全部肥料与水充分混合后输送至作物根部, 这使肥料充分与土壤接触, 而处理1~3在撒施和叶面喷施的过程中造成肥料流失至排水沟。

	图 2 4个处理不同深度土壤总氮含量 Figure 2 Contents of total nitrogen (TN)in different depths of soil under different treatments
图选项

从图 3可见:土壤表层中速效磷含量最高, 呈向下逐层递减的规律, 在40 cm土层处出现锐减。在辣椒三茬时期, 4个处理土壤中速效磷含量由上土层向下土层的变化分别从27.69、27.61、31.39和36.86 mg·kg^-1降至5.1、8.75、7.93和13.53 mg·kg^-1。60 cm土层土壤中速效磷含量变化较小, 说明磷素垂直方向移动较小。

	图 3 4个处理不同深度土壤速效磷含量 Figure 3 Contents of available phosphorus in different depths of soil under different treatments
图选项

2.2 不同施肥模式的肥料利用率 2.2.1 辣椒果实及植株中氮和磷的分布

从图 4可以看出:在一茬期处理4辣椒果实的总氮含量最高, 为(32.94±0.88) g·kg^-1, 与其他处理无显著差异; 在二茬期处理3总氮含量最高, 为(35.36±0.42) g·kg^-1, 与其他处理无显著差异; 在三茬期处理4的总氮含量最高, 为(47.22±4.39) g·kg^-1, 显著高于其他3个处理。辣椒在一茬、二茬、三茬期总磷含量最高的均为处理2, 但与其他处理无显著差异。

	图 4 不同处理辣椒果实中总氮和总磷含量 Figure 4 Contents of TN and total phosphorus (TP)of pepper under different treatments 不同小写字母表示各处理间差异显著(P < 0.05)。下同。 Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level among different treatments. The same as follows.
图选项

在最终收获期时, 处理4辣椒果实中总氮、总磷含量分别为(51.82±3.14) g·kg^-1和(5.13±0.35) g·kg^-1, 均显著高于前3组处理(图 5)。在辣椒生长前期, 植株对氮、磷养分的吸收较慢, 随着时间推移, 从结果期开始累积吸收迅速, 处理4辣椒对氮、磷养分的吸收均显著高于前3组处理。这说明处理4辣椒对氮、磷素的吸收量和分配较高, 可有效提高辣椒果实对氮素和磷素的吸收利用, 有利于提高辣椒产量、品质和抗病害能力。

	图 5 收获期4个处理辣椒果实及植株中总氮和总磷含量 Figure 5 Contents of TN and TP of pepper under different treatments in last harvest time
图选项

4个处理中, 氮、磷在辣椒果实中的积累量随着时间的推移而增加(表 2)。最终收获期时辣椒果实氮积累量较一茬期增加121.16%~173.36%;磷积累量较一茬期增加27.13%~75.31%。处理1和2氮积累量的增幅相对较小, 处理4在各个时期的氮、磷积累量增幅都最高。由于辣椒成熟后可多次采摘, 本试验对辣椒果实进行了4次采摘并计算相应产量, 因此收获指数都较高, 处理4的氮收获指数最高, 4个处理的磷收获指数相同(P>0.05)。

表 2 不同处理辣椒果实中的氮、磷积累量及收获指数 Table 2 Accumulation of N, P and HI in pepper under different treatments

处理 Treatments	氮积累量/(kg·hm^-2) Accumulation of N				磷积累量/(kg·hm^-2) Accumulation of P				收获指数 Harvest index
处理 Treatments	一茬 Firstcrop	二茬 Secondcrop	三茬 Thirdcrop	最终收获期 Last harvesttime	一茬 Firstcrop	二茬 Secondcrop	三茬 Thirdcrop	最终收获期 Last harvesttime	N	P
1	55.49	77.85	86.58	122.72	8.55	8.50	8.90	10.87	0.87	0.93
2	64.72	97.33	118.48	173.83	10.97	11.59	13.20	15.73	0.86	0.93
3	81.87	113.15	139.25	210.37	13.32	11.47	16.21	21.43	0.86	0.93
4	100.47	130.61	217.21	274.64	15.51	13.85	16.95	27.19	0.91	0.93

表选项

2.2.2 氮肥利用率

表征农田肥料利用效率的参数有:肥料利用率(RE)、肥料偏生产力(PFP)、肥料农学效率(AE)和肥料生理利用率(PE)^[14-15]。本试验中选取氮肥偏生产力作为氮肥利用率的参数(表 3)。从表 3可知:虽然处理4的施氮水平是4组处理中最低的, 但其产量可高达16 950 kg·hm^-2, 显著高于其他处理(P < 0.05), 较处理1、2和3分别增加79.37%、41.25%和16.49%。氮肥偏生产力反映了单位投入量作物所能生产的产量, 处理4的氮肥偏生产力也显著高于其他处理, 较处理1、2和3分别提高135.33%、85.33%和52.84%。

表 3 不同处理的氮肥偏生产力(PFP_N) Table 3 Partial factor productivity of applied N (PFP_N)of different treatments

处理Treatments	施氮区产量/(kg·hm^-2) Yield	施氮量/(kg·hm^-2) Nitrogen fertilizer amount	PFP_N/(kg·kg^-1)
1	9 450±300.00^d	210.00	45.00±1.43^c
2	12 000±540.90^c	210.00	57.14±2.58^bc
3	14 550±653.85^b	210.00	69.29±3.11^b
4	16 950±936.75^a	160.05	105.90±5.85^a
注:同列不同小写字母表示各处理间差异显著(P < 0.05)。下同。 Note:Different lowercase letters in the same column indicate significant difference at 0.05 level among different treatments. The same as follows.

表选项

2.3 不同水肥模式的经济效益

2016年合肥周谷堆蔬菜批发市场每千克青椒批发均价约4.0元, 不同施肥模式下的辣椒所带来的经济效益见表 4。覆膜滴灌的处理3与处理4的成本高于处理1与处理2, 但处理2的除草方式为中耕除草, 人工成本相对也较高。处理4的产投比最高, 较处理1、2和3分别增加28.17%、31.3%和16.61%, 其经济效益最佳。

表 4 不同处理辣椒的经济效益 Table 4 Economic benefits of pepper under different treatments

处理Treatments	成本/(元·hm^-2) Cost	收益/(元·hm^-2) Earnings	产投比Input-ouput ratio
1	15 000	37 800	2.52^c
2	19 500	48 000	2.46^c
3	21 000	58 200	2.77^b
4	21 000	67 800	3.23^a

表选项

2.4 不同水肥模式的环境效益

在辣椒收获前期进行了温室气体(CO₂、N₂O)的采集与测定, 结果见表 5。第1次采样(5月25日)中, 处理1 CO₂和N₂O排放通量都显著高于其他处理, 第2次采样(7月22日)中, 处理1 N₂O排放通量显著高于其他处理, 处理2 CO₂排放通量显著高于其他处理, 由于处理3与处理4的灌溉方式为覆膜滴灌, 在采集的过程中CO₂和N₂O的排放通量相对较小。

表 5 不同处理的环境效益 Table 5 Environmental benefits of different treatments

处理Treatments	CO₂排放通量/(mg·m^-2·h^-1) CO₂ emission flux		N₂O排放通量/(μg·m^-2·h^-1) N₂O emission flux
处理Treatments	一次采样First sampling	二次采样Second sampling	一次采样First sampling	二次采样Second sampling
1	79.14^a	11.22^b	60.27^a	1.89^a
2	42.65^c	34.47^a	2.46^c	0.13^b
3	45.60^c	13.13^b	1.90^c	-0.34^d
4	55.80^b	8.14^c	21.55^b	0.03^c

表选项

3 结论与讨论

本试验结果表明, 随着追肥次数的增加, 表层土壤(0~20 cm)中的总氮、硝态氮及速效磷的积累量随着时间的推移而不断增加。总氮与硝态氮在土壤中不断累积的原因有:1)氮肥的追施造成过量施用; 2)肥料采用撒施的方式使得露于地表的氮素成分在硝化细菌的作用下加速转化为硝态氮; 3)薄膜的覆盖减少了自然降水对硝态氮的淋洗以及相对的高温促使设施内土壤水分蒸发强度高于露地土壤^[16]。中层(20~40 cm)、下层(40~60 cm)土壤中硝态氮及速效磷含量迅速降低。

随着时间的延长, 深层土壤中总氮及硝态氮含量呈上升趋势, 说明氮素不断向下迁移, 可能是由于作物生长过程中持续的灌溉使得氮素不断向下迁移。相关研究表明, 氮素在渗漏过程中与水分渗漏密切相关^[17]。伴随设施蔬菜的不断生长, 追肥次数与施用水量的增加导致土壤中氮素呈向下淋溶的趋势。在辣椒三茬时期, 处理4各深度土壤中的总氮和硝态氮含量较处理1~3高, 但处理1~3中养分可能会流失到排水沟, 由此带来的环境风险较大。本试验为一年生辣椒, 若棚内土壤种植年限不断增加, 土壤中氮素的淋失可能会对地下水造成一定的污染。

表层土壤积聚的速效钾虽不会对环境产生直接危害, 但会影响其他离子在土壤中的迁移、转化以及植物吸收。如钾离子会减少土壤成分对铵离子的吸附固定, 增加铵离子的活动性, 加速氮素的挥发和淋溶, 从而增加氮素的环境风险。深层土壤中速效磷含量虽然也呈上升趋势, 但垂直方向淋溶不明显。农田土壤磷素流失主要通过地表径流和淋失2个途径。由于大多数土壤具有较强的固磷能力, 因此地表径流长期被认为是土壤磷素进入水体的主要途径, 而通过土体淋失的磷很少, 甚至可以忽略不计^[18]。本试验地点处于玻璃温室大棚, 不会产生地表径流, 因此带来磷素的淋失风险较小。

在辣椒生长后期及收获期, 处理4辣椒果实中的总氮、总磷含量要显著高于前3个处理, 辣椒果实中氮、磷积累量增幅高于其他处理, 这说明在辣椒生长过程中, 精准水肥一体化可有效提高辣椒果实对氮素和磷素的吸收利用。由于当地采用的常规施肥处理, 在辣椒生长前期土壤有效养分含量较高, 供肥能力较强, 处理4采用的施肥方式在辣椒生长后期可以持续供给辣椒所需养分, 能够满足辣椒生长发育的需求, 使得植物可以持久吸收氮素和磷素。

本试验中, 处理4的氮肥施用量比前3个处理小, 但产量显著高于前3个处理, 且其氮肥偏生产力最高, 说明在该水肥模式下氮素利用率最高, 这可能是由于处理1~3在后期追肥过程中采用撒施和叶面施肥的施肥方式, 导致部分养分流失, 而处理4是将水肥直接输送至作物根部, 养分能够被充分利用。

相关研究表明, 过量施肥并不能提高作物产量, 相反可能会带来产量的降低^[19]。不同施氮量对辣椒生长指标有明显的影响, 在施氮量到达边际产量最高点后, 随着施氮量的增加, 氮肥对辣椒产量的影响符合肥效递减率, 且产量不断下降^[20]。有研究者表明, 大田作物的氮肥当季利用率为30%~35%^[21], 而蔬菜为14.6%~39.4%^[22]。一般情况下, 氮肥当季利用率随着施氮量的增加而降低。Kong等^[23]研究表明, 产量与施氮量拟合呈抛物线趋势, 当施氮过量时在某个施氮量处可达最大的产量。处理4的氮肥施用量更接近辣椒生长最适氮肥施用量, 由于本试验中只设置2个氮素水平, 对最佳施氮量阈值还需进一步研究与探索。

硝化作用与反硝化作用是土壤N₂O生成的主要途径, 旱地作物生长过程中, 土壤N₂O的产生和释放不仅受降雨、灌溉、温度等条件的影响, 而且受养分管理、耕作方式和作物种类的影响^[24], 同时N₂O的排放与氮肥种类也密切相关^[25]。处理1和2温室气体排放通量较高, 处理3和4温室气体排放通量较低。处理3和4的灌溉方式为覆膜滴灌, 在采集的过程中各温室气体的排放量可能相对较小, 原因是否与覆膜有关还有待进一步研究。第2次采样玻璃温室中温度约40 ℃, 高温可能会影响微生物活性从而导致N₂O排放较第1次采样低。精准水肥一体化的成本虽高于常规处理, 但其设备可以重复利用且不需高强度人工管理。高产的处理4的产投比显著高于前3个处理, 带来的经济效益也最佳, 具有良好的市场前景。

综上所述, 结合4种施肥模式下土壤中硝态氮、总氮和速效磷含量, 辣椒果实中总氮、总磷含量以及环境与经济效益, 筛选出精准水肥一体化为设施辣椒种植最优施肥模式。

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