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Meta分析養(yǎng)分管理措施對菜田土壤硝酸鹽累積淋溶阻控效應

2022-04-16 03:19金玉文蘆遠闖許華森李文超孫志梅
農業(yè)工程學報 2022年3期
關鍵詞:硝酸鹽抑制劑土層

金玉文,蘆遠闖,許華森,李文超,孫志梅

(河北農業(yè)大學資源與環(huán)境科學學院,保定 071000)

0 引 言

近年來,隨著農業(yè)產業(yè)政策的大力扶持和人民生活水平的提高,中國蔬菜需求量和種植面積持續(xù)擴大。據統(tǒng)計,2019年中國蔬菜播種面積達2.09×10hm,占農作物總播種面積的12.6%,比2010年的1.74×10hm增加了16.7%,蔬菜產量也從2010年的57 264.86萬t增加到2019年的72 102.56萬t。但當前的農業(yè)生產中,農民往往通過過量施肥以追求更高的產量和經濟效益,其結果不僅提高了種植成本,降低了經濟效益,而且降低了肥料利用率,造成了嚴重的環(huán)境污染。

氮肥利用率低是農業(yè)生產中普遍存在的問題,盡管當前中國氮肥利用率已提高到40%左右,但與歐美等發(fā)達國家高達70%的氮肥利用率相比仍有很大差距。蔬菜生產體系氮素盈余量高,土壤剖面氮素累積量高,必然導致淋溶量也高。已有研究表明,番茄收獲后0~100 cm土壤硝態(tài)氮的累積量高達613~869 kg/hm,施入農田的氮肥約有30%通過淋溶進入地下水,導致地下水硝態(tài)氮濃度升高。氮在土壤剖面中的累積淋溶造成的環(huán)境問題已引起了國內外的廣泛關注。早在20世紀80-90年代,一些發(fā)達國家已開始通過限定氮的施用量來控制地下水硝酸鹽污染,如何在不影響產量的前提下通過養(yǎng)分的優(yōu)化管理降低硝酸鹽在土壤剖面中的累積淋溶已成了助推綠色農業(yè)發(fā)展過程中亟待解決的關鍵問題。養(yǎng)分的優(yōu)化管理技術中以減量施氮、有機無機配施以及抑制劑調控研究較多,但獨立研究的結果會受到其特定試驗條件的影響,導致相關研究結果變異較大,甚至有相反的結論。如高偉等研究表明,與只施用化肥相比,有機無機配施顯著減少了57.5%的硝酸鹽淋溶,但李曉蘭等的研究卻發(fā)現(xiàn),有機無機配施對降低硝酸鹽淋溶的作用不顯著;張春霞等研究表明,優(yōu)化施肥土壤硝態(tài)氮淋溶量比常規(guī)施肥減少了54.9%,但趙營等的研究卻發(fā)現(xiàn)黃瓜季優(yōu)化施肥土壤硝態(tài)氮淋溶量比常規(guī)施肥略有增加;尹興等發(fā)現(xiàn)氮肥配施硝化抑制劑顯著降低溫室番茄土壤硝態(tài)氮在0~100 cm土層的累積,而趙偉鵬等研究則發(fā)現(xiàn),配施抑制劑后黃瓜和紫甘藍拉秧期0~100 cm剖面的硝態(tài)氮累積量均顯著增加。Meta 分析可對多個具有共同研究目的且相互獨立,但是彼此存在爭議的研究結果進行系統(tǒng)合并,剖析研究間差異特征,定量綜合評價研究結果。因此,本文采用Meta分析的方法,對2000-2021年總計21 a的相關文獻結果進行匯總和整合分析,旨在進一步明確三種養(yǎng)分管理措施減少菜田土壤剖面硝酸鹽累積和淋溶損失的技術效果,為基于環(huán)境友好的菜田養(yǎng)分高效管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據收集

本研究數(shù)據來源于知網、萬方、維普中文數(shù)據庫和Web of science英文數(shù)據庫,以“有機無機配施”與“硝酸鹽或硝態(tài)氮”“優(yōu)化施肥或減量施氮”與“硝酸鹽或硝態(tài)氮”“抑制劑(硝化抑制劑、脲酶抑制劑、氮素調控劑)”與“硝酸鹽或硝態(tài)氮”為主要關鍵詞進行文獻檢索。設置減量施氮(RF)、有機無機配施(OF)和抑制劑調控(IF)為試驗組,分別以農民傳統(tǒng)施肥(TF,按照農民個人意愿確定的施肥量,納入本研究的農民傳統(tǒng)施肥量變異較大,在225~1000 kg/hm之間,平均為646.53 kg/hm)、單施化肥(CF,施肥量在200~607kg/hm,平均為432.18 kg/hm)和不添加抑制劑(WI)為對照組,分析試驗組三種養(yǎng)分管理措施對硝酸鹽累積淋溶的影響。根據Meta分析方法中數(shù)據整合的要求和本研究的目的,基于以下4個標準對文獻進行檢索篩選:1)同一研究中必須包含農民傳統(tǒng)施肥處理和減量施氮處理或單施化肥處理和有機無機配施處理或不添加抑制劑處理和抑制劑調控處理;2)文中須列出各種處理以每20 cm土層為間隔,在0~100 cm土層中的土壤硝態(tài)氮含量或者硝酸鹽淋溶量(通過地下埋入淋溶盤收集淋溶液的方式獲得);3)試驗地種植模式、蔬菜施肥量、降水量、灌水量和土壤基本理化性質等基本信息要清晰;4)必須是菜田研究結果。搜索時間跨度為2000—2021年,共計21年?;谝陨蠘藴?,共篩選出符合要求的文獻62篇,獲得0~100 cm土壤剖面硝酸鹽累積量數(shù)據377組,硝酸鹽淋溶數(shù)據202組。

1.2 數(shù)據提取

在Meta分析中,試驗組和對照組的標準差及重復次數(shù)是非常重要的參數(shù)。若原文獻明確列出了樣本量、均值及標準偏差(或標準誤差),則直接提取數(shù)據;若文獻中沒有直接提供標準偏差,但列出各處理的多個重復試驗數(shù)據時,則將試驗數(shù)據整理到Excel中得出均值和標準差;若文獻中只有以上數(shù)據的圖表,則使用GetData Graph Digitizer軟件進行數(shù)據提取。

1.3 數(shù)據計算

在Excel表中分別建立三種養(yǎng)分管理措施的硝酸鹽累積量和淋溶量(不同研究界定的淋溶深度不同,納入本研究的淋溶深度在40~90 cm之間)的均值、標準差和重復數(shù)()數(shù)據庫。

文獻中只提供標準誤(Standard Error,SE)的,通過公式(1)轉化為標準差(Standard Deviation,SD):

統(tǒng)計學指標采用響應比(Response Ratio, RR)表示,用公式(2)進行計算,并用公式(3)將其對數(shù)化為效應值(lnRR),以反映試驗組對硝酸鹽累積、淋溶的阻控程度:

式中AA分別為試驗組和對照組硝酸鹽累積量或淋溶量的平均值,kg/hm。

對每個獨立試驗的效應值進行加權,得到加權效應值(Weighted effect size,RR),以反映三種不同養(yǎng)分管理措施對硝酸鹽累積、淋溶的阻控程度,由公式(4)計算:

式中l(wèi)nRR為第個試驗的效應值,w第個試驗的權重系數(shù),用平均值的變異系數(shù)()的倒數(shù)表示,由公式(5)計算,則通過公式(6)計算得出:

式中SDn分別為試驗組的標準差和樣本數(shù);SDn分別為對照組的標準差和樣本數(shù)。

RR的95%置信區(qū)間(95%CI)通過式(7)計算。95%CI若未與零點線(=0)交叉,則表示與對照組相比,試驗組對硝酸鹽累積淋溶影響顯著,反之則表示沒有顯著影響;若全部落在負半軸,表示對硝酸鹽累積淋溶有阻控效應,反之則表示有促進效應。RR的標準差(RR)通過式(8)計算:

1.4 數(shù)據處理方法

在進行Meta分析時,需對收集的相關數(shù)據進行異質性檢驗(Q檢驗)和正態(tài)分布檢驗。若>0.05(卡方檢驗),表明數(shù)據不存在異質性,選用固定效應模型(fixed effect model);若<0.05,則用隨機效應模型(random effect model)。本研究數(shù)據經卡方檢驗<0.05,因此選用隨機效應模型。對三種養(yǎng)分管理措施與對照處理硝酸鹽累積和淋溶的效應值進行正態(tài)分布檢驗,<0.05,符合整合分析的要求。以上數(shù)據處理均在Stata 14.0軟件中進行,使用Origin 2019b作圖。

應用R軟件中的局部加權回歸散點平滑法分別對減量施氮、有機無機配施兩種養(yǎng)分管理措施下的硝酸鹽淋溶量數(shù)據進行分析,觀察其在局部展現(xiàn)出的規(guī)律和趨勢,進一步研究不同減量比例和有機肥施用比例對硝酸鹽淋溶的影響。

采用R語言中的“Random Forest”軟件包對影響硝酸鹽淋溶的因子貢獻度進行評價。

2 結果與分析

2.1 三種養(yǎng)分管理措施對硝酸鹽累積的影響

2.1.1 減量施氮對硝酸鹽累積的影響

Meta分析結果表明(圖1a),與傳統(tǒng)施肥相比,減量施氮(RF)對0~100 cm各土層硝酸鹽累積量的阻控效應均達到了顯著水平,效應值自上到下分別為-2.187、-1.366、-2.339、-2.368和-1.931。傳統(tǒng)施肥(TF)和RF的土壤硝酸鹽累積量基本上均表現(xiàn)出隨土層深度的增加而下降的趨勢。與TF相比,RF處理>20~40 cm土層的硝酸鹽累積量差異不顯著,但>40~60和>60~80 cm土層分別顯著降低了36.30%和36.74%;0~20和>20~40 cm土層分別顯著降低了31.19%和29.60%。

蔬菜一般為淺根系作物,根系密集層主要集中在0~40 cm土層,多數(shù)蔬菜根系分布更淺,這就意味著蔬菜田40 cm以下土壤中的氮素很難被蔬菜吸收利用。因此,以40 cm以上土層為蔬菜有效養(yǎng)分供應層,由圖1a可以看出,TF處理0~40和>40~100 cm土層硝酸鹽累積量分別為73.62和203.13 kg/hm,分別占0~100 cm土層硝酸鹽累積總量的21.01%和78.99%。而RF處理0~40 cm土層硝酸鹽累積量提高到102.28 kg/hm,占0~100 cm土層硝酸鹽累積總量的比例達到43.63%,>40~100 cm土層硝酸鹽累積量降為132.15 kg/hm,占0~100 cm土層硝酸鹽累積總量的比例下降到56.37%。

2.1.2 有機無機配施對硝酸鹽累積的影響

圖1b結果表明,相較于單施化肥(CF),有機無機配施(OF)顯著降低60~80 cm土層硝酸鹽累積量,效應值為-1.454,對其他土層的影響不顯著。對0~100 cm土層硝酸鹽累積量進行統(tǒng)計分析,結果表明,OF處理0~20 cm土層硝酸鹽累積量下降了21.37%,>60~80 cm下降幅度最大,為23.12%,>80~100 cm土層下降幅度最小,為18.64%。CF處理0~40和>40~100 cm土層硝酸鹽累積量分別為159.02和207.44 kg/hm,分別占到了0~100 cm土層硝酸鹽累積總量(366.46 kg/hm)的43.39%和56.61%。而OF在0~40和>40~100 cm土層的硝酸鹽累積量占0~100 cm土層硝酸鹽累積總量的比例分別為40.61%和59.39%,與CF相比雖然差異不大,但0~40和>40~100 cm土層的硝酸鹽累積量分別下降到106.10和155.19 kg/hm,分別下降了33.28%和25.19%,0~100 cm剖面的硝酸鹽累積總量比CF下降了28.73%。

圖1 三種養(yǎng)分管理措施對硝酸鹽累積的阻控效應Fig.1 Inhibiting effect of three nutrient management measures on nitrate accumulation

2.1.3 抑制劑調控對硝酸鹽累積的影響

如圖1c所示,抑制劑調控(IF)可以顯著降低0~80 cm土層硝酸鹽累積量,尤其對>20~40和>60~80 cm土層抑制效果最好,效應值分別達到了-2.054和-1.702,但對>80~100 cm土層硝酸鹽累積量影響不顯著。0~100 cm土層硝酸鹽累積量的分布結果表明,無抑制劑處理(WI)>40~100 cm土層硝酸鹽累積量428.05 kg/hm,而IF處理降為360.2 kg/hm,下降了15.85%。可見抑制劑的施用顯著降低了蔬菜根區(qū)以下的硝酸鹽累積量。但WI和IF處理根系密集層以下剖面中的硝酸鹽累積量占0~100 cm土體中總累積量的比例仍分別高達73.71%和74.94%。

2.2 三種養(yǎng)分管理措施對硝酸鹽淋溶的影響

2.2.1 減量施氮對硝酸鹽淋溶的影響

圖2a結果顯示,氮肥減量比例在0~30%時,隨氮肥減施量的增加硝酸鹽淋溶量顯著下降;當減量比例達到30%~50%時,淋溶量下降速率變緩;但當減量比例達到50%以上時,淋溶量又明顯下降??傮w減量比例與硝酸鹽淋溶量表現(xiàn)出了顯著的負相關關系(<0.01)。依此對提取的文獻中關于氮肥減量比例的數(shù)據進行分組,計算了不同減量比例下菜田土壤硝酸鹽淋溶的效應值。結果顯示(圖2b),RF效應值為-4.301,95%置信區(qū)間(95%CI)為-4.944~-3.457。與對照相比,硝酸鹽淋溶量平均下降43.19%,而且隨著減量比例的增加,降低效果也隨之提高。當減量比例達到50%~80%時,硝酸鹽淋溶量相較于對照顯著降低了70.61%。說明施肥量的多少直接影響硝酸鹽向下層土壤的淋溶量。

圖2 減量施肥對硝酸鹽淋溶的阻控效應Fig.2 Inhibiting effect of reduced nitrogen application (RF) on nitrate leaching

2.2.2 有機無機配施對硝酸鹽淋溶的影響

圖3a結果表明,有機肥替代比例與硝酸鹽淋溶量之間呈二次曲線分布。當有機肥比例小于30%左右時,硝酸鹽淋溶量隨有機肥替代比例的增加明顯下降;有機肥比例在>30%~60%時,淋溶量隨有機肥替代比例的增加變化不明顯;但當有機肥替代比例大于60%時,淋溶量又隨替代比例的增加顯著上升??傮w而言,OF阻控硝酸鹽淋溶的效應值為-4.279,95%CI為-5.051~-3.606,與CF相比,硝酸鹽淋溶量平均下降36.79%。且配施比例不同影響效果也不同(圖3b),有機肥替代比例在0~30%時,硝酸鹽淋溶量下降達33.27%;有機肥替代比例為>30%~60%時,下降39.61%;而有機肥替代比例達>60%~90%時,下降率卻只有32.75%。這說明在一定范圍內,隨著有機肥替代比例的增加,阻控硝酸鹽淋溶的效果增強,但當有機肥替代比例增加到60%以上時,阻控硝酸鹽淋溶損失的效果反而降低,硝酸鹽淋溶風險也相應增加。

圖3 有機無機配施對硝酸鹽淋溶的阻控效應Fig.3 Inhibiting effect of combined application of organic and inorganic fertilizers (OF) on nitrate leaching

2.2.3 抑制劑調控對硝酸鹽淋溶的影響

在本研究中,脲酶抑制劑、硝化抑制劑及其二者配施均可以顯著降低土壤硝酸鹽淋溶量(圖4),總效應值為-2.557,95%CI為-3.145~-1.969。與WI相比,硝酸鹽淋溶量下降幅度為33.82%~37.12%,平均下降率為34.53%。脲酶、硝化抑制劑配施效果最好,效應值為-4.373,淋溶量下降率為37.12%;單獨施用硝化抑制劑的次之,淋溶量下降率為35.42%;脲酶抑制劑單獨施用的效果最差,淋溶量下降率為33.82%。

圖4 抑制劑調控對硝酸鹽淋溶的阻控效應Fig.4 Inhibiting effect of inhibitor regulation on nitrate leaching

2.3 影響硝酸鹽淋溶的因子貢獻度分析

土壤硝酸鹽的淋溶強度受多種因素的綜合作用,施氮量、水分輸入量、土壤氮素含量與硝態(tài)氮淋溶均呈顯著相關關系,此外硝酸鹽淋溶還與土壤質地、肥力水平等有關。因此,提取所有文獻中的主要土壤參數(shù),對影響硝酸鹽淋溶的因子貢獻度進行分析,結果表明(圖5),水分投入量、施氮量及質地、有機質、pH值等土壤基本理化性狀對三種措施阻控硝酸鹽淋溶的效果均有一定程度的影響。其中施氮量和水分投入量的貢獻率均在20%以上,二者總的貢獻度可以達到43.2%~47.3%。影響RF和IF阻控效應的主要因素是施氮量,貢獻度分別達24.3%和22.7%;而影響OF阻控硝酸鹽累積淋溶效應的主要因素則是水分投入量,貢獻度為24.4%。其他因素在不同養(yǎng)分管理措施下的貢獻度略有不同,但基本都在10%~20%之間。在減量施氮條件下,土壤質地和硝態(tài)氮含量對硝酸鹽淋溶的貢獻程度僅次于施氮量和水分投入量,分別占到了17.4%和15.2%(圖5a);在有機無機配施條件下,土壤有機質、土壤硝態(tài)氮含量和土壤質地對硝酸鹽淋溶的影響較大,分別占到了17.3%、14.5%和12.3%,而pH影響相對較小,貢獻度為10.3%(圖5b)。對于抑制劑調控措施來說,土壤硝態(tài)氮含量、土壤質地、有機質含量和pH對硝酸鹽淋溶的貢獻度占比分別為18.0%、16.2%、12.2%和10.3%(圖5c)。

圖5 影響菜田硝酸鹽淋溶主要因素的貢獻度Fig.5 Contribution of main factors affecting nitrate leaching in vegetable fields

3 討 論

3.1 菜田土壤硝酸鹽累積現(xiàn)狀分析

過量氮肥的投入會導致土壤中硝酸鹽大量累積,當灌溉和降水量超過田間持水量時則會引起氮的淋溶。歐盟規(guī)定,大田作物收獲后0~90 cm土壤硝態(tài)氮不宜超過90~100 kg/hm。N目標值系統(tǒng)(KNS)研究表明,不造成土壤氮淋溶的0~90 cm土層最高土壤N累積量為100 kg/hm。氮素專家系統(tǒng)也發(fā)現(xiàn),絕大多數(shù)蔬菜生產系統(tǒng)根系土壤N累積量在100 kg/hm以內不容易造成氮素的淋溶損失。而本研究對87個菜田土壤0~100 cm剖面的硝酸鹽累積結果進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn),對照組的硝酸鹽累積量為 50.96~869.40 kg/hm,平均高達344.07 kg/hm,TF、CF和WI處理0~100 cm土壤中硝酸鹽累積量平均值分別為 350.38、366.45和581.29 kg/hm。盡管RF、OF和IF分別降低了33.09%、28.70%和17.31%,但仍舊分別高達234.44、261.28和480.67 kg/hm,遠高于硝酸鹽累積量的安全閾值。進一步分析發(fā)現(xiàn),RF、OF和IF在蔬菜根系主要分布層0~40 cm的硝酸鹽累積量分別為102.28、106.1和120.47 kg/hm,與氮素專家系統(tǒng)推薦施氮量相近。但40 cm土層以下的無效氮素占比仍分別高達56.37%、59.39%和74.94%,在灌溉量較大和降雨量較大的情況下,勢必存在很大的淋溶風險。因此,在高水肥投入的蔬菜生產體系,還需要進一步優(yōu)化養(yǎng)分管理策略,以降低蔬菜體系特別是根系密集層以下土壤中的硝酸鹽累積量,這是減少農田生態(tài)系統(tǒng)硝酸鹽淋溶,并進而緩解氮素環(huán)境風險的關鍵所在。

3.2 減量施氮對硝酸鹽累積淋溶的影響

已有研究表明,氮肥的大量施用是造成氮素淋失和地下水硝酸鹽嚴重污染的主要原因,因此,控制氮肥施用量以減少土壤剖面中的硝酸鹽累積是阻控硝酸鹽淋溶的首要措施。納入本研究的TF和RF的平均施氮量分別為646.53和376.40 kg/hm,在平均節(jié)肥率42.42%的情況下,RF的0~100 cm土層硝酸鹽累積量降低了33.09%,硝酸鹽淋溶量下降了43.19%,效果顯著。RF的阻控效果與減量比例呈正相關關系,當減量比例達50%~80%時,阻控效應達到了70.61%。但減量比例是一個相對值,除受傳統(tǒng)施氮量影響外,土壤肥力水平和水分投入量是影響減肥比例和節(jié)肥效應的另兩個關鍵因素。如Zhang等的研究中土壤有機質和硝態(tài)氮含量顯著低于Min等的研究,Zhang等得出的最適減量比例也低于Min等的結果。納入本研究的試驗減量施氮比例在10%~80%之間,減量比例變異較大,且當減量比例超過50%時,開始出現(xiàn)了增產、減產以及產量不受影響三種不同的試驗結果。本研究TF處理純氮投入量平均為646.53 kg/hm,水分投入量平均為430.74 mm,因此,在相似水肥投入量的一般肥力水平的菜田土壤中,實際生產中的減肥比例應控制在30%~50%為宜。

3.3 有機無機配施對硝酸鹽累積淋溶的影響

有機無機配施的養(yǎng)分管理措施既能滿足作物對養(yǎng)分的需求,又能將化肥提供的養(yǎng)分保蓄在土壤中,同時有機肥還可以為微生物提供碳源,提高微生物活性,加速養(yǎng)分的循環(huán)轉化,改良土壤。此外,增施有機肥還能夠降低土壤硝酸鹽的積累,但過量施用有機肥料也會造成土壤硝酸鹽的富集甚至淋失。本文通過對大量研究結果的整合分析(圖4b)也證明了這一點,在與單施化肥等氮投入和等水分投入的情況下,有機肥施用比例在30%~60%之間對硝酸鹽的阻控效果最好,但當有機肥的比例超過60%時,阻控效應明顯下降。納入本研究的土壤有機質平均值為23.17 g/kg,說明菜田土壤有機質總體較豐富。但較高的土壤有機質含量會使得土壤容重降低,大孔隙增加,這樣就必然會加大氮素隨水分向土體下層淋溶的可能;同時長期大量外源有機肥的投入一方面會導致可溶性有機氮的淋溶增加;另一方面也會通過顯著提高土壤微生物種群數(shù)量和活性,加快有機氮礦化為無機氮的進程,通過提高土壤硝化細菌的數(shù)量和活性,再進一步加速土壤的硝化作用過程,從而導致土壤剖面硝酸鹽累積量和淋溶量的增加。而徐大兵等的研究中,盡管有機肥的施用比例在25%~100%的范圍內,硝酸鹽淋溶量仍舊表現(xiàn)出了隨有機肥比例的增加逐漸下降的結果,在保證產量不降低的情況下,明確了大白菜季的替代比例以25%~50%為宜。對有機無機配施條件下影響硝酸鹽累積淋溶的主要因素進行分析,結果表明,以水分的影響最大,對硝酸鹽淋溶的貢獻度達到了24.4%。這主要是因為土壤水分是硝酸鹽運移的主要驅動力,在有機質含量高而容重較低、孔隙度較大的菜田土壤上,水分作為硝酸鹽淋溶的驅動力作用更加凸顯。此外,土壤水分的高低還會通過影響土壤的通氣狀況直接影響土壤的微生物活性,進而影響有機氮的礦化和硝化作用進程。納入本研究的CF處理施氮量平均為432.18 kg/hm,水分投入量平均為360.28 mm,根據本研究結果,在與此水氮投入水平基本相當?shù)氖卟松a中,有機肥的替代比例以30%~60%為宜。

3.4 抑制劑調控對硝酸鹽累積淋溶的影響

施用抑制劑調控氮素的轉化過程是降低土壤剖面硝酸鹽累積和氮素淋失風險的一項重要措施。脲酶抑制劑通過延緩尿素水解降低土壤溶液中NH的濃度;硝化抑制劑主要是通過抑制亞硝化細菌的活性,阻止NH-N的第一步氧化,使氮肥較長時間以NH形式保持在土壤中,從而減少NO的累積,進而控制NO的形成。二者分別對尿素N轉化某一特定過程產生作用,配合施用則對尿素氮轉化的全過程進行有效調控。不少研究表明,施用抑制劑可以顯著降低硝酸鹽淋溶量。本研究通過對大量文獻的整合分析也得出了類似結論,且以脲酶/硝化抑制劑配施降低硝酸鹽累積淋溶效果最優(yōu)。但趙偉鵬等在連續(xù)8 a高水肥投入的設施菜田中進行的研究表明,抑制劑的調控反而顯著增加了0~100 cm土壤硝態(tài)氮累積量,其原因認為一方面可能是由于施用抑制劑減少了氮的氣態(tài)損失,從而使得更多的氮素保留在土壤中,增加了土壤中氮的存留。另一方面是因為施用抑制劑顯著增加0~100 cm土壤硝態(tài)氮累積量,實際上是避免了硝酸鹽向更深層次土壤的淋溶。由此可見,抑制劑調控對100 cm以內土層硝酸鹽累積和淋溶的影響除了受施氮量的影響外,還受土壤肥力條件以及水分管理措施等因素的顯著影響。本研究對抑制劑調控影響硝酸鹽累積淋溶的影響因素進行的整合分析也恰恰證明了這一點。

4 結 論

對近21年的相關文獻進行整合分析的結果表明,與農民傳統(tǒng)施肥相比,減量施肥顯著降低0~100 cm土層硝酸鹽累積量,硝酸鹽淋溶量下降43.19%;與單施化肥相比,有機無機配施顯著降低60~80 cm土層硝酸鹽累積量,硝酸鹽淋溶量下降36.79%;與不添加抑制劑相比,抑制劑調控顯著降低0~80 cm土層硝酸鹽累積量,硝酸鹽淋溶量下降了34.53%。影響各技術措施阻控硝酸鹽累積淋溶效應的因素主要是施氮量和水分投入量,二者總的貢獻度達43.2%~47.3%?;谡戏治鼋Y果認為,三種養(yǎng)分優(yōu)化管理措施均可以在保證作物產量的同時,有效降低菜田土壤硝酸鹽的累積和淋溶損失。綜上所述,對于減氮施肥措施而言,在水分、純氮投入量分別為430.74 mm和646.53 kg/hm左右時,減氮比例以30%~50%為宜;對于有機無機配施的養(yǎng)分管理措施而言,在有機質含量較高(23.17 g/kg)的土壤上,當水分、純氮投入量分別為360.28 mm和432.18 kg/hm左右,時,有機肥替代化肥比例以30%~60%為宜;抑制劑調控氮素轉化則以脲酶/硝化抑制劑配合施用效果最佳。

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