华北、黄淮是我国设施蔬菜生产的主产区，约占我国设施蔬菜总面积的60%以上^[1]，随着这一区域内京津冀一体化发展进程加快，蔬菜产业的发展也面临着一些突出问题：（1）普通蔬菜季节性供过于求，民众普遍对绿色、有机等优质蔬菜有了更多的需求；（2）设施生产中劳动者高龄化问题十分突出，用工成本较高，迫切需要降低用工数量和劳动强度；（3）华北地区水资源日益短缺，过量水肥投入造成的资源环境问题仍然十分严重。发展资源节约、高效安全的疏菜生产体系成为当前的必然趋势。 采用新型肥料与滴灌配合的水肥一体化技术正逐步成为推动蔬菜产业提质增效的关键技术措施^[2-3]。

水肥一体化技术因其显著提升水氮利用效率和降低劳动强度，在农业生产中的发展十分迅速。随着水肥一体化进程的推进，水溶肥料的应用也越来越普遍。然而，当前的水溶肥料还是以固体肥为主，溶解性好的价格高，溶解性差的经常堵塞管路，有的农户甚至用普通复合肥或尿素随水施用， 降低了水氮耦合的效果，影响了滴灌施肥技术的推广和大面积应用。在欧美等发达国家，液体肥的使用非常普遍，有的使用率高达40%以上^[4-5]。液体肥分散快，施用方便，不易堵塞管路滴头，是促进水肥一体化发展的一种理想产品。随着我国农业规模化经营和水肥一体化的快速发展，以及液体肥生产企业产能产量的不断提升，液体肥将发挥重要的作用。尿素硝铵溶液（urea and ammonia nitrate， UAN，也称氮溶液）是目前最主要的一种液体氮肥，也是世界各国使用最多的一种液体肥^[6]，其在北美地区小麦、玉米、番茄等作物上都表现出良好的应用效果^[7-9]。UAN由溶解的尿素和硝酸铵水溶液组成，氮含量在28%～ 32%之间，含有3 种氮素形态（酰胺态氮∶硝态氮∶铵态氮=2∶1∶1），产品无需经过造粒与干燥工艺过程，生产成本较尿素有所降低，三废排放也较少，是一种相对环保的肥料产品。但UAN在国内的应用还很少，一些技术环节和施用效果还有待进一步验证和完善^[10]。为此，本试验采用UAN加氮肥抑制剂的组合通过滴灌施肥验证其在设施生菜种植中的农学及环境效应，以期为高效施用UAN提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于北京市大兴区长子营镇北蒲州农业试验站的温室内（116°34′49′′N，39°39′46′′E）进行，供试土壤为壤质潮土，其主要理化性状见表1。研究区域属暖温带半湿润大陆性季风气候，雨热同季，多年平均降水量为585 mm，主要集中在6 ～ 8 月，设施蔬菜种植制度多为一年二季，冬春茬和秋冬茬连作。该试验站主要种植生菜，一年4 季周年供应，冬春2 茬，秋冬2 茬，试验前上茬作物为散叶生菜，本季试验为结球生菜，品种为“射手101”。常规日光温室，三面砖墙，顶覆聚乙烯薄膜，长70 m，宽8 m，东西走向。

1.2 试验设计

采用小区试验，共设5 个处理，分别为：1）不施氮（CK）；2）施用尿素硝铵溶液（UAN）：用量N 144 kg/hm²，滴灌施肥，分别在移栽后第33 d和第42 d追肥，每次用量为总氮量的50%；3）UAN添加双效氮肥抑制剂5 kg/t（ND5）：抑制剂在追肥前加入，用量2.25 kg/hm²，分2 次添加，每次50%，UAN用量及施肥方法同UAN处理；4）UAN添加双效抑制剂8 kg/t（ND8）：抑制剂追肥前添加， 用量3.60 kg/hm²，分2 次添加，每次50%，UAN用量及施肥方法同UAN处理；5）UAN添加双效抑制剂10 kg/t（ND10），抑制剂追肥前添加，用量4.50 kg/hm²，分2 次添加，每次50%，UAN用量及施肥方法同UAN处理。每个处理设3 次重复，小区面积为16 m²，同一处理的3 个小区相邻排列成一组， 方便共用施肥罐进行滴灌施肥，5 组随机排列。

试验用UAN由化肥公司提供（N 32%），含酰胺氮16%，NO^-₃-N 8.0%，NH⁺ ₄-N 8.0%。氮肥抑制剂由公司提供，为蓝色水溶性液体，含水0.5%，含固定比例的脲酶抑制剂正丁基硫代磷酰三胺（NBPT） 和硝化抑制剂氢醌（DCD）。各处理的磷钾肥和有机肥用量均一致，磷肥以P₂O₅ 计为90 kg/hm²，钾肥以K₂O计150 kg/hm²，有机肥以实物计7.5 t/hm²（N +P₂O₅+K₂O ≥4%，其中N含量1.78%）。磷肥为过磷酸钙，钾肥为硫酸钾，与有机肥一起全部做基肥，翻耕施入。

生菜于2017 年4 月8 日移栽，6 月10 日收获。 移栽前东西向起垄覆膜，畦面宽55 cm，沟宽25 cm， 垄上双行交错定植，行距30 cm，株距35 cm，密度为10 株/m²。全试验区安装滴灌系统，采用压差式施肥罐控制氮肥用量和种类，每个处理安装一个施肥罐，每个垄的膜下铺一根滴灌管，滴头流量1.5 L/h， 滴头间距20 cm。 生育期共灌水4 次， 2 次与施肥同时进行，2 次单独灌水，主管路安装水表记录灌溉量，每次灌溉量分别为50、35、30、 25 mm，总量140 mm。其他农艺管理与病虫害防治同习惯。灌溉水硝态氮含量N 3.56 mg/L。

1.3 测定项目与方法

土壤矿质氮：生菜收获后，每个小区分层取土，取样深度为0 ～ 100 cm，分5 层，每层20 cm， 每个土样测定硝态氮、铵态氮。新鲜土样带回实验室后立即过5 mm筛，充分混匀后取20 g放入铝盒中，105℃下烘干测定土壤水分，另取12 g鲜土， 加入100 mL 0.01 mol/L CaCl₂ 浸提液振荡60 min， 过滤后采用流动分析仪（TRAACS 2000，Bran and Luebbe，德国）测定土壤矿质氮（硝态氮和铵态氮）含量。

叶片SPAD值：于第一次追肥完成后和第二次追肥前，用SPAD 502 测定植物生长点以下第二片完全展开叶的SPAD值，监测叶绿素含量。

产量测定：收获期一次性采收，每小区收3 m²，称量总生物量（毛菜总重）、单棵重及净菜总重，净菜由毛菜统一去掉外侧一层叶片所得。净菜率用以下公式计算：

净菜率（%）=净菜重/毛菜重 ×100

生菜品质：收获同时取样测定净菜中的硝酸盐、Vc、可溶性糖以及全氮含量。硝酸盐含量、 Vc、可溶性糖分别采用紫外分光光度法、2，6-二氯靛酚滴定法、硫酸蒽酮法测定^[11]，全氮采用半微量凯氏定氮法测定^[12]。

1.4 数据计算与分析

氮素表观损失=氮素输入-氮素输出

氮素输入（N kg/hm²）=0～40 cm播前土壤矿质氮 + 化肥氮用量 + 灌溉水带入氮 + 有机肥氮

氮素输出（Nkg/hm²）=0～ 40 cm收获后土壤矿质氮 + 作物吸收氮

叶类蔬菜根系分布较浅，大部分集中在0 ～ 40 cm土层，养分分布超出40 cm后很难再利用，因此本文表观平衡分析以0 ～ 40 cm土壤为基础进行计算。

产投比=总收入/总投入

采用SAS 9.1 中ANOVA程序对数据进行单因素方差分析，LSD检验，5%显著水平。

2 结果与分析

2.1 生菜产量与品质

添加氮肥抑制剂显著增加了生菜产量（表2）， 与未添加抑制剂的UAN处理相比，添加双效抑制剂的处理（ND5，ND8，ND10）增产幅度较大，达到18%～ 21%。净菜产量也有相同趋势，添加抑制剂的处理与UAN处理相比，均达到显著增产水平，说明添加抑制剂对生菜产量的增产作用比较明显。随抑制剂数量增加，产量呈现先增加后降低的规律，当抑制剂用量达到10 kg/t时，产量出现下降，ND8 处理净菜产量显著高于ND10 处理，增幅为10%。单棵重是形成产量的重要基础，从表2 可见，UAN处理的单棵重显著低于其他处理，添加抑制剂处理之间无显著差异。净菜率以ND8 处理最高，显著高于UAN和ND10 处理，净菜率是提升经济收益的关键指标，ND8 处理净菜率达到82%，比UAN处理提升7 个百分点，有利于提高收入。

注：同列数据后不同小写字母表示差异达到P<0.05 显著水平，下同。

不同处理间生菜品质指标差异显著（表3）。 与CK相比，UAN处理和ND5 处理的硝酸盐含量表现为增加，其中ND5 处理达到显著水平，而ND8 和ND10 处理与CK相比，没有显著差异。说明随着双效抑制剂添加量的增加，生菜硝酸盐含量出现下降，而添加0.5%的抑制剂（ND5 处理）几乎没有降低硝酸盐含量的作用。施氮和添加抑制剂均可以增加叶片Vc含量，其中ND10 处理的Vc含量显著高于CK，说明添加抑制剂到一定水平可以显著升高Vc含量。施氮和添加抑制剂对生菜可溶性糖含量的影响不明显，但随着抑制剂用量的增加，ND10 处理的可溶性糖含量显著高于ND5 处理。造成ND5 处理可溶性糖含量较低的原因是否与其较高的硝酸盐含量有关，有待研究。施氮和添加抑制剂均能增加生菜全氮含量，其中ND8 处理显著高于CK。综合各项指标来看，ND10 处理对生菜品质的改善比较明显，其次是ND8 处理，而UAN处理和ND5 处理对品质的改善很少。一般而言，叶用蔬菜中硝酸盐含量是评价产品安全性最重要的指标，对于农产品品质起着决定性作用，因此降低硝酸盐含量是施肥措施首先要考虑的，基于这一点来看，在UAN中添加合适比例的双效抑制剂是一种非常有效而且安全的措施，其中以ND8 和ND10 处理的综合品质较好，不仅硝酸盐含量最低， 而且其他品质也得以改善。

2.2 生菜叶片叶绿素含量

叶片叶绿素含量可以表征作物生长状况和氮素供应情况。从第一次追肥后第9 d的叶片SPAD值（图1）可以看出，不同处理之间存在显著差异，施氮增加了叶片叶绿素含量，添加双效抑制剂有增加叶绿素含量的作用，但不同处理效果不同。 与UAN处理相比，ND5 处理的SPAD值显著增加， 而ND8、ND10 处理相比UAN则未达到显著水平， 说明抑制剂不同添加数量对氮素及叶绿素含量产生了影响，较低浓度的添加量（5 kg/t）对氮供应和叶片SPAD影响最大，继续增加抑制剂浓度，叶片SPAD值不再增加。可以看出，不同抑制剂添加量改变了氮素的供应强度，对叶绿素含量产生影响， 但这种影响与增产和品质改善不是完全呈正相关关系。

注：图柱上不同小写字母表示处理间差异达到P<0.05 显著水平。下同。

2.3 收获后土壤剖面矿质氮变化

生菜收获后0 ～ 100 cm土壤不同土层中硝态氮和铵态氮的分布见图2。剖面残留氮素以硝态氮为主，铵态氮的比例较小，占比不到5%。不同土层之间，表层（0 ～ 20 cm）硝态氮和铵态氮分布较多，尤其是表层铵态氮含量是下层的2 倍甚至3 倍以上。不同处理间的硝态氮不仅在表层存在较大的差异，而且在下层也出现较大的变化，UAN处理在20 ～ 40、40 ～ 60、60 ～ 80 cm 3 个土层中硝态氮含量均较高，其中在60 ～ 80 cm土层显著高于其他处理，存在着较大的淋洗损失风险（图2a）。同时UAN处理表层铵态氮含量显著高于ND5 处理，进一步说明添加抑制剂可以改变氮素的供应形态，导致氮素残留形态发生变化（图2b）。下层铵态氮含量较少，处理间的差异也在变小，其中20 ～ 40 和60 ～ 80 cm土层内处理间未见显著差异。CK、UAN、ND5、ND8、ND10 各处理0 ～ 100 cm土壤硝态氮残留总量分别为261、631、429、 511、519 kg/hm²，添加抑制剂的处理硝态氮降幅为18%～ 31%，减小了硝态氮淋洗损失的风险。

2.4 生育期氮素表观平衡

生菜属于浅根系作物，大部分根系集中在土壤30 cm之内，氮素分布超出40 cm之下，很难被作物吸收。因此本试验计算了0 ～ 40 cm土层的氮素输入输出平衡，两者差值一般视为氮素表观损失（表4）。输入项中，除CK外，其他处理的氮素总输入均为380 kg/hm²，其中灌溉水带入氮4.98 kg/hm²，

由于优化的滴灌量和水中较低的硝态氮含量，灌水带入氮量占比较小。不同处理间氮素输出存在显著差异，施氮处理的吸氮量与CK相比有增加趋势， 其中ND8 处理达到显著水平。施氮处理0 ～ 40 cm土壤矿质氮累积量均显著高于CK，各施氮处理间未出现显著差异。不同处理的表观损失介于55.3 ～ 112 kg/hm² 之间，除ND8 之外，其他施氮处理的氮损失均显著高于CK，施氮处理中，ND5 的表现损失显著高于ND8 处理，但未与UAN处理形成差异。综合来看，ND8 处理促进了氮素的吸收，维持了较低氮素损失风险。

2.5 经济效益分析

以氮肥和抑制剂为基础，计算了4 个施肥处理的投入产出情况（表5）。投入项上，添加氮肥抑制剂成本增加124 ～ 248 元/hm²，与不添加抑制剂相比，成本增幅为10.2%～ 20.4%。收入上，施用氮肥抑制剂与UAN的组合实现增收0.93 万～ 1.37 万元/hm²，增幅达到18.8%～ 31.5%，实现了产投比的提升。随着抑制剂添加量的增加，成本增加较多，ND10 处理的产投比出现下降，说明较大的添加量在经济上不再合算。而ND5 和ND8 处理的产投比均高于UAN处理，增幅为13.0%～ 15.8%， 表现出较好的经济效益。

注：UAN，2700 元/t；增效剂，55 元/kg；生菜市场价，1.2 元/kg。

3 讨论与结论

3.1 UAN添加氮肥增效剂对产量、品质和土壤环境的综合影响

UAN具有多种氮肥形态，与尿素相比，玉米施用UAN可促进增产并提高氮肥利用率^[10]，但氮肥的活性普遍较强，易发生各种损失，研究表明配施抑制剂可进一步提高氮素吸收，降低氮肥损失及其对大气的污染^[13]。本试验表明在UAN中添加双效氮肥抑制剂可以促进增产和品质改善，同时减少了土壤剖面硝态氮的残留，有利于协调生菜产量、品质和环境保护的关系。添加不同用量的抑制剂，与ND8 处理相比，ND5 处理的叶片硝酸盐含量显著增加，ND10 处理净菜产量和净菜率显著降低，综合来看，以ND8 处理的表现最好。究其原因，添加氮肥抑制剂延缓了氮素形态的转换速度和强度，降低了氮肥的供应强度，与作物的吸收更加匹配，提高了作物的吸收效率。本试验中的氮肥抑制剂为硝化抑制剂DCD与脲酶抑制剂NBPT的复合制剂，理论上对氮肥形态的延缓具有双重作用。研究表明，硝化抑制剂与氮肥配合施用可以抑制硝化细菌的活性，使施入土壤中的N较长时间以NH₄ ⁺-N的形态存在，促进对氮素的吸收^[14]。尿素配施NBPT可以增加土壤有效氮的积累量，提高作物氮素回收率^[15]，进而提高作物的产量^[16]。UAN液体肥含有硝态氮、铵态氮和酰胺态氮3 种形态， 与抑制剂相伴进入土壤中，硝态氮可以直接被根系吸收，而铵态氮和酰胺态氮则会延缓硝化和水解， 在时间维度上的氮素供应更加平缓，同时由于铵态氮存在的时间延长，改变了土壤中的铵硝比例，对根系生长和养分吸收具有促进作用。前人研究表明，铵硝配施供应较硝态氮单独供应增加了娃娃菜根系的伤流强度，表明根系活力增强^[17]，通过分根试验也得出，铵硝混合氮源生长的植物根系要优于单一供给铵态氮或硝态氮^[18-19]。添加氮肥抑制剂使得UAN氮肥中不同形态氮素在时间维度上更加合理的供应，与常规尿素前期NH₄ ⁺-N浓度过高， 随后NO₃ ^--N大量形成相比，氮素供应更加平稳， 比例更加合理，是实现作物增产和提高利用效率的可能原因。但目前关于抑制剂的研究主要集中在大田作物上，尤其是玉米和水稻^[15，20-21]，有的也没有出现增产，大田和设施在生产环境上存在较大的差异，其增产的效果仍需更多的试验支持。本试验中单独施用UAN的处理和CK之间的产量差异并不显著。虽然CK处理没有追施化肥，但底肥施用了有机肥，播前矿质氮含量也较高，保证了氮素的供应，甚至略有盈余（表4）。设施土壤养分含量较高，往往当季不施肥不会造成减产，但连续多季不施肥则产量下降^[22]。因此合理施肥并提高利用效率是必要的，在本试验中添加了氮肥抑制剂使氮肥效率提高，均表现出增产。

3.2 氮肥增效剂添加比例与环境、经济效益的协同

氮肥与抑制剂配合施用可以增加粮食产量和降低净温室气体排放^[23]。Qiao等^[24]对全球不同地区施用硝化抑制剂的试验进行了分析，发现施用硝化抑制剂可以使N₂O和NO的排放降低44%和24%，减少硝酸盐淋溶损失48%，增加氨挥发20%，总计可减少净氮排放16.5%，同时能够增产增收。Guardia等^[25]在滴灌施肥中添加氮肥抑制剂显著降低了N₂O和NO的排放，并维持玉米的产量不降低。目前来看氮肥抑制剂的增产或稳产的效果以及降低氮素损失的效果均得到证明，但氮肥抑制剂属于化工成品，生产成本均较高，其高效低成本的应用仍需进一步加强。田间条件下，DCD的添加比例为氮素的10%时，可以达到协调产量与减少氮素损失的目的^[21，26]。脲酶抑制剂用量相对DCD较小，NBPT或NBPT与DMPP组合的用量为尿素的0.5%^[14，20]。盆栽条件下添加氮素3%的DCD是一个适宜数量^[27]。本试验中ND5、ND8 和ND10 处理中抑制剂添加量分别为氮素的1.6%、 2.5%和3.1%，其中大于3%产投比不再增加，在经济效益上不再提高，同时土壤剖面硝态氮含量上升，0 ～ 40 cm土层氮素表观损失有增加趋势。而当添加量为1.6%时，虽然经济效益最高，但表观损失没有降低，且叶片硝酸盐含量显著增加，因此本试验中以添加2.5%的ND8 处理为协调产量、品质和环境经济效益的较好组合。本试验中以较少的抑制剂添加量和较低的成本实现增产和环境效益协同，除了双效抑制剂和合理搭配外，施用液体形态的氮肥与液体型抑制剂也非常重要，液体状态下有利于充分发挥二者的相溶性和快速分散性。以往的试验多以尿素为基础添加固体态的抑制剂，固体与固体间的混匀往往比较难，尤其是比例悬殊的混配，两种物质难以全面接触，抑制剂的作用无法充分发挥，如果提高抑制剂添加比例则成本增加。现代新型抑制剂的添加量往往很少，而液体氮肥与液体抑制剂间的混匀则非常容易，一旦混合均匀，抑制剂与氮肥的组合更容易发挥作用，也更利于提高效率，降低成本。

添加抑制剂延缓了UAN氮素形态的改变，尤其是脲酶抑制剂增加了铵态氮在土壤中的存留时间，在北方石灰性土壤中有可能增加氨挥发损失的几率。关于施用抑制剂与氨挥发损失还没有定论， 已有研究表明大田作物上使用固体氮肥和抑制剂的组合会增加氨挥发的数量^[24]，而随着抑制剂添加量的增加，氨挥发损失有继续增加的可能^[28]。但也有研究表明施用抑制剂可降低氨挥发的损失^[15]。 本试验采用了液体肥与抑制剂滴灌施用的方式，氮肥与抑制剂均匀的分散性和设施环境中经常湿润的土壤状态有利于减少氨气的排放，与大田相比有减少氨挥发的可能性^[26]，但目前设施生产中的数据较少，仍需进一步研究。同时，本试验对象为生菜，叶类蔬菜叶片硝酸盐容易累积，因此盐酸盐含量是评价其品质的重要指标，但茄果类蔬菜的硝酸盐含量没有叶菜累积明显，添加低量抑制剂对果菜品质的影响如何值得进一步探讨。

综上，液体氮肥UAN中添加中等用量（8 kg/t） 的双效抑制剂，不仅可以增加生菜的产量，而且可以减少叶片中硝酸盐含量，改善品质，还可以减少土壤剖面中硝态氮含量，降低氮素淋洗的风险。较低的添加量（5 kg/t）对叶片硝酸盐含量没有显著改善，但增产增收效益较好，较高的添加量（10 kg/t） 经济效益较低。因此建议以添加中量的双效抑制剂为兼顾产量与环境经济效益的适宜用量。

参考文献