以甘蓝为试材，采用大田种植试验的方法，分析了不同肥料对作物生长、氮磷损失、土壤结构、土壤重金属含量的影响，探究了不同施肥方式种植甘蓝所产生的经济效益，以期为不同施肥方式对保护流域环境、保证作物产量、降低生产成本、增加农户收入的比较研究提供可靠的综合评估。

一、试验地概况

试验地位于玉溪市江川县九溪镇中营村委会义程果木庄园。该地区海拔1 800 m，年平均气温15.6 ℃，年均降雨量890 mm，属亚热带湿润冷冬高原季风气候，具有较好的喷灌条件。

园内种植水果面积10公顷，存栏肥猪250头，养殖场地500平方米，有100立方米的沼气池1个。土壤质地为中壤，土壤属该庄园内种植过果树的旱地土壤，为红壤。

二、试验材料

供试“金甘55”甘蓝幼苗，成活率100%。供试化肥:尿素，N含量为46% ;普通过磷酸钙，P含量为16%;硫酸钾，K含量为50%。供试沼肥:试验所用沼液沼渣均取自庄园内沼气池，该池正常运行时间超过半年，产气稳定，具有一定的代表性。

供试商售有机肥在市场上购买，肥料名称为艾美施。供试生物炭:不规则破碎为4～20目，即粒径大小为3～7 mm。供试民用有机肥由猪粪晒干后与蝇蛆混合发酵制成。

三、试验方法

试验设6个处理，每处理3次重复，共18个监测小区。每个小区长9 m，宽4 m，面积36平方米。每小区下设一个长2 m、宽1 m、高2 m的径流池。监测小区周围设有2 m宽的保护行。

根据甘蓝的生长需肥特性，所有处理均在甘蓝整个生长期内共设置4次施肥，包括1次基肥和3次追肥，整个试验过程中施纯氮量为450 kg·每公顷，基肥占50%，3次追肥分别占15%、15%、20%。

1、甘蓝生长情况记录

在甘蓝生长期内，对各时期的甘蓝生长情况进行数据统计。每个小区10列24行共240颗甘蓝。在每个小区相同位置确定10个样点，每个处理30个样点，对每个样点叶片数、株高、叶长、叶宽、开展度(即横切面最长和最宽)、球茎等，用卷尺进行测量并记录数值，记录不同时期不同处理的甘蓝长势。

在甘蓝收获时期，将每个小区甘蓝的生物学产量(整株)和经济学产量(甘蓝球)分别统计，采样对甘蓝的营养物质、N含量、P含量等进行检测。

2、土壤结构及土壤元素含量检测

在甘蓝种植前后分别采集各小区的土样样品，检测其N含量、P含量、重金属含量及土壤结构，将前后2次的检测结果进行对比分析。

四、数据分析

采用Excel、SPSS、Origin等数据处理软件对记录的数据进行处理并分析结果。

五、结果与分析

1、不同施肥处理对甘蓝生长速度的影响

自11月4日至12月17日所有处理的甘蓝叶片数呈上升趋势，12月17-26日呈下降趋势，12月26日后趋于稳定，这是由于12月17日结球开始，甘蓝内部叶片包裹，外部叶片展开向下，故叶片数减小，结球后无法统计球内叶片数，外部叶片数量不变。

11月4日至翌年1月2日，所有处理的甘蓝株高均呈上升趋势，随后略有下降。这是由于至结球中后期，甘蓝外部叶片向下弯曲向外展开，株高降低。

12月17日前，商售有机肥处理株高较低。在整个生长过程中，民用有机肥处理株高最低，生长速度最慢。11月4日至12月17日，除化肥处理外，其它处理的叶长均呈现上升趋势，而化肥处理在12月2日至12月17日略有下降，可能是因为化肥处理中菜青虫啃食叶片导致。

12月17日至翌年1月2日，除化肥外，其余处理叶长均趋于平缓，化肥处理叶长略有上升。1月2日至1月20日，甘蓝外部叶片向下向内卷曲，叶长略有降低。

12月2日前，商售有机肥处理叶长较低。在甘蓝整个生长过程中，民用有机肥处理叶长均低于其它处理。自11月4日至12月17日，所有处理的甘蓝叶宽均呈上升趋势，12月17日至翌年1月20日所有处理叶宽略有下降。

在甘蓝整个生长过程中，民用有机肥处理叶宽均低于其它处理。12月17日后，甘蓝进入结球初期，所有处理球径逐渐上升，在结球期内，民用有机肥处理球径均低于其它处理。

2、不同施肥处理对甘蓝产量的影响

该试验共采收甘蓝球4 320颗，生物学产量6 535.89 kg，经济学产量4 097.71 kg。将各处理小区的甘蓝产量进行分析。

处理F的生物学产量与其它处理存在显著性差异，剩余处理之间差异不显著，这可能是由于民用有肥缓释速率较慢，且在该季节降水较少，不利于土壤和肥料中的部分微生物生长与发酵。

处理D与处理F的经济学产量与其它处理之间存在显著性差异，这可能是由于试验初期将所有需要的沼液均存入沼液贮存池中，导致贮存过程中部分氮元素挥发，使沼肥肥效略有降低，而处理D含有部分化肥，并未受到太大影响，仍然保持较高的经济学产量。

甘蓝生物学产量与经济学产量占比趋势相似，处理D生物学与经济学产量均最高，分别占甘蓝收获总产量的20%与21%，处理F生物学与经济学产量均最低，只占总产量的10%与8%。

3、不同施肥处理对氮磷损失情况的影响

种植过程中甘蓝氮元素总损失量在3.64～13.44 kg·每立方公顷，损失率为11.32%～39.74%。其中氮损失量最大的是处理A，其次是处理F，氮损失量最少的是处理E，具体氮损失量大小顺序为A>F>B>C>D>E。

整个种植过程磷元素损失量在0.50～4.68 kg·立方公顷，损失率为26%～45%。其中磷损失量最大的是处理F，其次是处理A，磷损失量最少的是处理E，具体磷损失量大小顺序为F>A>B>C>D>E。

其中处理F磷损失量较高与肥料中磷含量较高有一定关系，其次处理A中磷流失量较大，说明化肥造成的磷流失较为明显。

由于种植期间降雨较少，未形成有效径流水，因此氮损失主要以淋溶下渗、氨挥发以及雨水冲刷3种形式表现出来，硝态氮是土壤氮素淋失的主要形式，主要影响因素有降水、灌溉、土壤质地和作物吸收等。

4、不同施肥处理对土壤结构的影响

A、B、D、E、F 5个处理的容重均下降，其中处理A下降最少，为3.52%、处理E下降最多，为13.69%;A、B、C、D、E、F 6个处理的pH均上升。

其中，处理B上升最少，为0.33%，处理E上升最多，为3.73%;6种处理的比重均下降，处理D下降最多，为6.20%，处理B下降最少，为1.18%;处理B、C、D、E、F的孔隙度均上升，处理E上升最多，为12.1%，处理A的孔隙度下降，为0.98%;

处理B、C、D、E、F的有机质均上升，处理E上升最多，为69.92%，处理A有机质下降，为1.33%。

六、原理分析

沼肥由沼液及沼渣组成。沼液及沼渣总称为沼肥，是生物质经沼气池厌氧发酵的产物。研究表明，施用沼肥可显著提高苹果、草莓等水果产量，改善水果品质，可提高茄子、油菜等蔬菜的产量，改善蔬菜品质。

还可提高小麦、水稻等粮食作物的产量，改善粮食作物的品质。但单施沼液或过量施用沼肥，均会造成减产。沼肥、化肥、有机肥按一定比例配施可提高肥料利用率，减少肥料投入，增加经济效益。

生物炭是生物有机材料(生物质)在缺氧或绝氧环境中，经高温热裂解后生成的固态产物，由于其特殊性质，现已开始用于土壤改良或与化肥混合作为基肥使用。

杨彩迪等的研究表明，生物炭能不同程度地增加土壤有机质、速效磷、总磷和无机磷含量，可增加水稻、油菜、玉米等作物产量，且稻壳生物炭在改良酸性土壤理化性质和提高作物产量方面效果较好。

张萌等的研究表明，施用生物炭基肥可以显著提高朝天椒产量，降低硝酸盐含量，提高维生素C含量，提高氮、磷、钾肥的农学效率，提高纯收入。

陈静等的研究表明添加生物炭降低了土壤N2O年排放总量，添加8 t·每平方公顷生物炭降低了CO2年排放总量，降低了9.94%，增加了CH4年排放总量，降低了净增温潜势，添加4 t·每平方公顷生物炭更有利于玉米-小麦轮作农田系统的固碳减排和产量的提高。

张正艳等阐述了生物炭对马铃薯自身形态、生理代谢等方面的直接作用，土壤理化性质、养分固持和病虫害等方面的间接作用。李洋洋的研究表明生物炭添加到果园土壤中提高了苹果叶片的叶绿素含量，同时提高了苹果的产量与果实品质。

单施生物炭提高了土壤铵态氮含量，生物炭与其它肥料混施时，添加生物炭减少了硝铵态氮的损失，生物炭与炭基肥、化肥混施可有效降低硝铵态氮的淋溶损失，从而提高养分有效性。

可见，沼肥与化肥配施、生物炭替代肥料等施肥方式对于保护“三湖”流域生态环境、保证作物产量、降低生产成本、增加农户收入有可取之处。

七、结论

该研究以甘蓝为研究作物，采用大田种植试验的方法，探究不同肥料对作物生长、氮磷损失、土壤结构、土壤重金属含量的影响，计算不同施肥方式种植甘蓝所产生的经济效益。

结果表明，不同施肥方式中，所有甘蓝生长趋势基本相同，其余处理长势均优于处理F。在结球期前，处理B叶长、叶宽、株高生长较慢。不同施肥方式中，甘蓝成熟时期经济学产量与生物学产量性状表现均为:

处理D>处理E>处理C>处理A>处理B>处理F。不同施肥方式中，氮元素总损失量在3.64～13.44 kg·每平方公顷。损失率为11.32%～39.74%，磷元素损失量在0.50～4.68 kg·每平方公顷损失率为26%～45%。

处理B、C、D、E以及处理F氮、磷元素的损失明显少于施用化肥模式。不同施肥方式对土壤有机质影响最大，处理B、C、D、E、F有机质均上升，处理E上升最多，为69.92%，处理A有机质下降，为1.33%。

土壤容重下降，pH上升，除处理A外孔隙度均上升。有机肥、沼肥、生物炭可改善土壤结构。几种不同施肥方式对土壤中铬元素有较大影响，其余的重金属元素影响不大。

处理E中生物炭直接用于土壤后，降低了土壤中的 Cr变化量。不同施肥处理中，利润大小为处理C>处理D>处理E>处理B>处理A>处理F。

综上，综合评价总积分:处理C 1.778分、处理E 1.522分及处理D 1.462分。表明施肥方式“沼肥+生物炭”“全沼肥”以及“沼肥+化肥”3种模式，能够达到保护流域环境、保证作物产量、降低生产成本、增加农户收入的目标。

参考文献：

1、Design and development of a servo-controlled target-oriented robotic micro-dose spraying system in precision weed control. Özlüoymak， Ö.B. Semin. Ciênc. Agrár. 2021

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3、Engineering and Life Sciences; Kalajdziski， S.， Ackovska， N.， Eds.; Springer International Publishing: Cham， Switzerland， 2018

4、Precision chemical weed management strategies: A review and a design of a new CNN-based modular spot sprayer. Allmendinger， A.; Spaeth， M.; Saile， M.; Peteinatos， G.G.; Gerhards， R. Agronomy 2022

5、A modified U-net with a specific data argumentation method for semantic segmentation of weed images in the field. Zou， K.; Chen， X.; Wang， Y.; Zhang， C.; Zhang， F. Comput. Electron. Agric. 2021