减氮配施脲酶/硝化抑制剂对冬瓜品质、产量和土壤氮磷淋失的影响

李学文 李树营 王齐龙 刘家友 萧洪东 施卫明 喻敏

摘 要：采用田间小区试验，研究了在氮肥减施基础上配施脲酶/硝化抑制剂对我国南方热带地区露地冬瓜产量、品质，以及土壤氮磷养分淋溶的影响。结果表明，与正常施肥处理相比，氮肥减施30%会导致冬瓜单果质量降低，减产约8.30%，而配施脲酶/硝化抑制剂后冬瓜增产17.03%，并且维持较低的亚硝酸盐含量和较高的品质;氮肥减施能够有效降低土壤氮素淋溶损失，同时与氮肥减施处理相比，配施硝化抑制剂处理能够减少约17.32%总氮和5.13%硝态氮的淋失。综上所述，在我国南方热带地区冬瓜种植过程中，减少氮肥施用量同时配施脲酶/硝化抑制剂，能够有效保证冬瓜品质和产量，并降低菜地耕层土壤中氮素淋溶，具有显著的环境效益。

关键词：冬瓜;露地蔬菜;化肥减施;脲酶抑制剂;硝化抑制剂;淋溶

中图分类号：S642.3+S606+.2 文献标志码：A 文章编号：1673-2871（2021）01-055-05

Effect of urease/nitrification inhibitors combined with reduction of nitrogen on quality， yield and nitrogen & phosphorus leaching of black wax gourd

LI Xuewen1， LI Shuying1， WANG Qilong1， LIU Jiayou1， XIAO Hongdong1， SHI Weiming1，2， YU Min1

（1. International Center for Membrane Biology and Environment， Foshan University， Foshan 528000， Guangdong， China; 2. Nanjing Soil Research Institute， Chinese Academy of Sciences， Nanjing 210000， Jiangsu， China）

Abstract：The effects of applying nitrification inhibitor and urease inhibitor on the yield and quality of black wax gourd， the contents of soil nitrogen and phosphorus， and the leaching of nitrogen and phosphorus were studied in a field experiment. The results showed that the yield of black wax gourd decreased by 8.30% when the fertilizer was reduced by 30% compared with the normal fertilization， while the yield of black wax gourd increased by 17.03% when the nitrification inhibitor and urease inhibitor were added on the basis of fertilizer， and low nitrite content was found in the fruit. Reduction of nitrogen fertilizer could effectively reduce the leaching loss of soil nitrogen， and the combined application of nitrification inhibitors could reduce the leaching loss of total nitrogen by 17.32% and nitrate nitrogen by 5.13% compared with reduction of nitrogen fertilizer. In conclution， in the process of planting black wax gourd in the open field in south China， reducing the amount of chemical fertilizer and applying nitrification inhibitor and urease inhibitor can effectively guarantee the yield and quality of black wax gourd， and reduce the nitrogen residue and leaching loss， which has significant economic and environmental benefits.

Key words： Wax gourd; Open field vegetables; Reducing chemical fertilizers; Urease inhibitor; Nitrification inhibitor; Leaching

蔬菜作為人们日常饮食中必不可少的组成部分，提供了人体所需的多种维生素和矿物质。大多数蔬菜具有根系浅和喜肥水等特性，在实际生产过程中存在化肥施用量高、肥料利用率低等问题。盲目施肥，尤其是氮肥的大量施用，容易导致菜地土壤理化性状恶化，并引发农业面源污染等问题[1-3]。由于灌水量大和灌水频率高等，菜地土壤氮素易随着地表径流进入地表水或通过淋溶进入地下水，从而导致地表水的富营养化和地下水的硝酸盐污染 [4-5]。因此，如何在保证蔬菜品质和产量的基础上减少化肥投入、降低对环境的影响，已成为现代露地蔬菜生产迫切需要解决的问题之一。

菜地土壤氮素的矿化作用、硝化作用和反硝化作用贯穿于土壤氮素的转变过程，同时对土壤中氮素的迁移、转化及损失有着重要影响[6]。尿素作为常用氮肥，大部分尿素在脲酶作用下，水解后转化为铵态氮，而铵态氮通過硝化作用转化成硝态氮。硝化作用包括亚硝化和硝化两大过程[7-9]。硝态氮是氮素淋溶迁移的主要形式，约占到氮素总投入量的20%～30%[9-10]。脲酶抑制剂和硝化抑制剂是常用的两类氮肥增效剂，前者主要通过减缓尿素的水解速度来降低氨挥发损失，后者主要抑制或延缓铵态氮向硝态氮转化的进程以减少活性氮气体排放[11]。大量研究表明，脲酶抑制剂和硝化抑制剂能够减少土壤氮素的积累和损失，提高肥料利用率[12-13]。联合利用脲酶抑制剂和硝化抑制剂，在氮肥减施背景下能否更有效地提高肥料利用率、促进蔬菜生产和降低菜地土壤氮素淋溶，值得进一步研究。

三水黑皮冬瓜口感优质、肉质厚实、营养丰富，是华南、华东地区主要的栽培品种，也是地理标志保护产品。华南地区冬瓜栽培季节为3—8月，热量充沛、降雨多、生长速度快，氮磷淋溶也容易发生。笔者以三水黑皮冬瓜为材料，在氮肥减施30%基础上，研究脲酶/硝化抑制剂配施对冬瓜的品质和产量，以及土壤氮磷淋溶的影响，旨在筛选和优化适用于我国南方热带地区露地蔬菜的氮肥减施增效技术，从而减少化肥投入，为蔬菜优质生产和可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广东省佛山市三水区大塘镇兆利丰农业合作社基地（112 °46 ′～113 °02 ′E，22 °58 ′～23 °34 ′N）。该基地位于广东省中部，地势平坦，属于亚热带季风气候，温暖、多雨，年平均降雨量1 688.8 mm。供试大田土壤为砾岩赤红壤土，有机质质量分数为13.0 g·kg-1，全氮质量分数为500 mg·kg-1，碱解氮质量分数为139.56 mg·kg-1，全磷质量分数为480 mg·kg-1，有效磷质量分数为154.7 mg·kg-1，pH 6.56。

1.2 材料

供试三水黑皮冬瓜品种为‘铁柱冬瓜，由广东省农业科学院蔬菜研究所选育，广东省良种引进服务公司育苗，于2019年4月17日移栽定植，7月14日测产。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，共15个小区，每个小区长15 m，宽2 m，小区内冬瓜单行种植，定植23～24株（株间距0.7 m）。试验共设5个处理，分别为当地农民常规施肥量处理（N100），不施肥处理（N0），氮肥减施30%处理（N70），氮肥减施30%加施22.5 kg·hm-2硝化抑制剂处理（N70+NI），氮肥减施30%加施脲酶/硝化抑制剂处理（N70+NI+UI，22.5 kg·hm-2硝化抑制剂，追肥时尿素替换为等量的含脲酶抑制剂的尿素产品），每个处理3次重复。常规处理基肥（化肥）施用量：安择复合肥（N∶P∶K质量比15∶15∶15）150.0 kg·hm-2、尿素375.0 kg·hm-2;并分别于5月19日和6月16日各追施1次，总追肥量为复合肥600.0 kg·hm-2、尿素75.0 kg·hm-2;试验中硝化抑制剂为奥复托-氮伴产品。冬瓜整个生育期小区地面覆盖薄膜，种植过程中灌溉、除草、病虫害防治等按当地习惯和栽培模式管理。

1.4 方法

1.4.1 冬瓜品质分析方法 进入结果期采收阶段后，用软尺测量冬瓜长度和上、中、下三部位的周长并求平均值，用电子天平称重记录单果质量，记录小区冬瓜总数和总质量，并折算成每hm2的产量;冬瓜洗净、去皮、切块后，在榨汁机中打碎，纱布过滤，计算冬瓜出汁率;采用3，5-二硝基水杨酸法测定冬瓜总糖含量;在543 nm波长处采用可见分光光度法（普析通用 T6新世纪）测定亚硝态氮含量[14];采用数显糖度计（ATAGO PAL-1）测定可溶性固形物含量。

1.4.2 土壤淋溶液的收集与测定 参考闵炬等[15]的方法，采用土壤淋溶盘收集土壤淋溶液。淋洗盘于2019年7月埋入各处理小区，使其与土壤很好地结合，收集面深度约为0.5 m，收集面表面积约为0.25 m2（0.5 m×0.5 m），于5月19日、6月14日、7月14日分3次取样，每次取样将装置中淋溶液抽净，测定淋溶液体积，用滤纸过滤后，直接用pH计（Mettler Toledo FE20）测定滤液pH，用连续流动分析仪（SKALAR San++）测定硝态氮、总氮和总磷含量;参考陆扣萍等[16]的方法计算氮磷淋失总量。计算式如下：

ω（待测物）=[ρ ×V×10-6S ×t×10-4]。

式中：ω（待测物）为待研究物质淋失总量（kg·hm-2）;ρ 为淋洗液中待研究物质的质量浓度（mg·L-1）;V为淋洗液总体积（L）;S为收集表面积（m2）;t 为待研究时间段的天数（d）;10-6 为将 mg 换算成 kg 的系数;10-4 为将 m2 换算成 hm2 的系数。

1.5 数据分析

数据采用Excel 2019进行整理，采用SAS 9.4 Duncan 法进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 脲酶/硝化抑制剂配施化肥减施对冬瓜品质的影响

由表1可知，各施肥处理总糖质量分数均显著高于不施肥处理N0;在所有处理中，N70处理的总糖质量分数最高，为45.07 mg·g-1，其中N70处理与N70+NI处理之间总糖质量分数差异不显著，与其他处理之间差异显著;N70+NI处理和N70+NI+UI总糖质量分数与常规施肥N100处理之间差异不显著。

亚硝酸盐质量分数是衡量蔬菜品质的重要指标。在所有处理中，N100处理的冬瓜亚硝酸盐质量分数最高，为0.38 mg·kg-1，显著高于其他处理;氮肥减施后能够明显降低冬瓜的亚硝酸盐含量，N70处理冬瓜亚硝酸盐质量分数比常规施肥降低68.42%;与N70处理相比，N70+NI+UI处理后亚硝酸盐质量分数无显著变化，而单独使用硝化抑制剂的N70+NI处理的亚硝酸盐质量分数显著降低。

氮肥减施后对冬瓜出汁率和可溶性固形物含量无明显影响，但会降低亚硝酸盐含量，而N70+NI+UI处理能够在增加冬瓜可溶性固形物含量的同时维持较低的亚硝酸盐含量，有助于冬瓜品质的提高。

2.2 脲酶/硝化抑制劑配施化肥减施对冬瓜产量的影响

由表2可知，常规施肥处理（N100）冬瓜单果质量为18.32 kg，产量为137.36 t·hm-2。氮肥减施30%（N70）后，冬瓜周长和长度均有所降低，但差异不显著，冬瓜单果质量降低9.84%，减产8.30%。不施肥处理（N0）的冬瓜单果质量、周长和长度均低于其他施肥处理，并且产量最低。在氮肥减施30%的基础上，单独配施硝化抑制剂处理（N70+NI）冬瓜产量低于常规施肥处理，但差异不显著。而脲酶/硝化抑制剂配施处理（N70+NI+UI）对冬瓜的增产效果最好，与常规施肥处理相比增产17.03%，并且果实周长、长度和单果质量均有不同程度增加。

2.3 脲酶/硝化抑制剂配施化肥减施对土壤氮磷淋溶的影响

由表3可知，在相同处理下，随着冬瓜种植时间的延长，土壤总氮和硝态氮淋溶量基本呈增加趋势。与常规施肥N100处理相比，氮肥减施30%（N70）能够显著降低土壤总氮和硝态氮淋溶量，分别为20%～46%和24%～60%。在氮肥减施基础上，配施硝化抑制剂或脲酶/硝化抑制剂均能够不同程度降低土壤总氮和硝态氮的淋溶量，与N70处理相比，N70+NI处理在3个时间点总氮淋溶量分别减少25.88%、16.39%和12.96%，N70+NI+UI处理分别减少1.76%、5.87%和6.60%。与N70处理相比，整个冬瓜种植期N70+NI处理能够减少约17.32%总氮的淋失，N70+NI+UI处理减少约5.13%总氮的淋失，而对硝态氮的淋失量无明显影响。以上结果说明，施用硝化抑制剂或脲酶/硝化抑制剂能够有效降低冬瓜种植过程中土壤总氮的淋失。

通过测定不同时期土壤淋溶水样中的总磷含量，与N100处理相比，减少30%氮肥（N70）能够有效降低土壤全磷的淋失，在3个时间点分别减少27.89%、74.51%和44.28%，整个生育期减少59.44%土壤全磷淋失。在氮肥减施30%的基础上配施硝化抑制剂或脲酶/硝化抑制剂，整个冬瓜生育期分别减少约53.32%和69.56%土壤全磷淋失，与N70处理相比，NI和NI+UI处理对土壤全磷的淋失影响不明显。

3 讨论与结论

蔬菜是人民生活必不可少的重要农产品，施肥是维持菜地土壤肥力、保障蔬菜持续稳定生产的重要手段。但现在露地蔬菜生产过程中普遍存在化肥（尤其是氮肥）施用量高、肥料利用率低等现象[4，17]。研究表明，与常规施肥量相比，减少30%氮肥施用会造成冬瓜周长和长度有不同程度降低，且冬瓜单果质量和产量分别降低9.84%和8.30%。脲酶/硝化抑制剂是常用的2种氮肥增效剂。在氮肥减施30%的基础上，添加硝化抑制剂后冬瓜单果质量和产量没有显著变化;而配施脲酶/硝化抑制剂（N70+NI+UI）后，与正常施肥处理相比有一定的增产效果，约增产17.03%。张文学等[18]研究也指出，脲酶抑制剂和硝化抑制剂共施对水稻有明显增产效果，并且优于单施硝化抑制剂处理。因此，在我国南方热带地区菜地土壤上，硝化抑制剂和脲酶抑制剂配施，可以降低化肥用量并提高冬瓜的产量，是减少氮肥用量和稳定蔬菜生产的潜在技术。

亚硝酸盐是强致癌物，也是衡量蔬菜品质的重要指标之一 [19]。蔬菜亚硝酸盐含量与氮肥施用量和氮肥形态有关，过多施用硝态氮会增加蔬菜内硝酸盐和亚硝酸盐的累积[20]。研究结果还证实，减施30%氮肥可以有效降低冬瓜亚硝酸盐含量，减少约68.42%。施用硝化抑制剂也是降低蔬菜硝酸盐累积的有效措施之一[21]，研究表明，加入硝化抑制剂会进一步降低冬瓜内亚硝酸含量，该过程可能与硝化抑制剂提高植物硝酸还原酶活性和内源硝酸盐利用率有关[22]。同时，脲酶/硝化抑制剂共同配施，在减少冬瓜亚硝酸盐累积的同时，能够增加冬瓜内出汁率和可溶性固形物含量，有助于冬瓜品质的提高。

化肥的过量施用不仅会使蔬菜品质和产量下降[20，23]，还容易导致养分在土壤中过量累积[24-25] 。Robert 等[26]研究指出，土壤中有30%～50%肥料氮素发生淋溶，从而进入并污染地下水。大量研究表明，经过多年种植后，菜地土壤的氮素形态出现明显变化，硝态氮含量大幅度提高[27-28]，硝态氮淋失是露地蔬菜种植过程中地下水污染的主要原因[29-30]，由于菜地施肥量及灌溉强度较大， 氮素淋溶量高于一般农田的淋溶量[8]。笔者研究表明，在相同处理下，随着冬瓜种植时间增长，土壤总氮和硝态氮淋溶量大多呈现增加趋势;与常规施肥相比，减少化肥施用量（N70和N0处理）能够降低土壤总氮和硝态氮的淋失，配施硝化抑制剂（N70+NI）和脲酶/硝化抑制剂（N70+NI+UI）对土壤总氮淋失均有不同程度的降低，整个冬瓜种植周期内分别减少约17.32%和5.13%。因此，配施脲酶/硝化抑制剂，是减少化肥施用时保证蔬菜生产和降低菜地土壤氮素淋溶、提高肥料利用率的有效方法。

综上所述，在我国南方热带地区冬瓜露地种植过程中，减少氮肥施用的同时配施脲酶/硝化抑制剂，能够保证冬瓜品质和产量，并减少土壤氮的淋溶，具有明显的环境效益。

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