減肥減水對溫室黃瓜養分吸收、產量及土壤質量的影響

唐 珧,李麗君,劉 平,白光潔

(1.山西大學生物工程學院,山西 太原 030006；2.山西省農業科學院農業環境與資源研究所，山西省土壤環境與養分資源重點實驗室，山西 太原 030031)

生活水平的提高使得人們對蔬菜的需求日漸上升，同時對品質的要求也越來越高[1]，隨之帶動了溫室蔬菜的蓬勃發展。1981年全國溫室蔬菜栽培面積不足0.72萬hm2，到2014年，種植面積已經達到386.2萬hm2[2-3]。其中，山西省溫室蔬菜面積達到12.9萬hm2，年均增加1.6萬hm2[4]。在溫室蔬菜生產過程中，農民由于缺乏專業指導，加之過于追求蔬菜高產帶來的經濟效益，各地普遍存在過量施肥和過量灌水的現象[5]。當過量肥料施入土壤后不能完全被蔬菜吸收時，就會以氣體或淋溶方式損失，對環境造成污染[6]。同時，大量盈余的肥料淋溶進入地下水，也會對飲用水的安全構成威脅[7]。那么，在現有基礎上減多少水，減多少肥才能兼顧經濟效益和環境效益成為該領域研究的重點問題。目前有很多文獻報道這一領域的研究成果，包括采用減少施肥量、灌水量或采用水肥一體化等來研究減水減氮對蔬菜產量、品質及土壤理化性狀的影響[8-10]，但我國不同地區生產條件差異大，施肥水平及灌溉模式也存在差異，建立符合當地土壤、氣候、作物的水肥制度依然需要大量的調查和研究，本文通過在當地現有施肥灌水條件下減肥減水來研究其對蔬菜產量、氮磷淋溶量、土壤養分平衡的影響，以期為當地的溫室蔬菜安全生產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗地點位于山西省小店區孫家寨科技示范園的溫室蔬菜栽培基地，該地區位于112°57′E，37°73′N，年均氣溫9.6℃，海拔約為760 m，年降水量495 mm左右，降水集中在7～9月。黃瓜于2015年6月17日移栽，9月22日收獲。黃瓜生長期壟面覆膜，基肥撒施，追肥沖施，灌水定額用水表控制。溫室內每小區土壤下1.2 m安裝收集淋溶液容器，灌溉后3～7 d收集淋溶液。種植前土壤基本理化性質見表1。

1.2 試驗設計

試驗設施肥和灌水兩個因素。施肥設中(F1)、低(F2)、高(F3)3個水平，中肥在當地農民習慣施肥量(N、P2O5、K2O分別為630～650、280～300、450～600 kg/hm2)基礎上，參考蔬菜目標產量需肥量制定,在此基礎上設立了高低兩個對比處理，施用情況為：基肥為商品有機肥，F1、F2、F3用量分別為2.22×104、1.65×104、3.25×104kg/hm2；追肥為生物海藻鉀銨肥，F1、F2、F3用量分別為244.56、164.52、324.60 kg/hm2。施肥折合N、P2O5、K2O用量如表2所示。灌水設2個水平：傳統灌溉(下同)W1、滴灌(下同)W2，灌水量用水表控制。灌水分6次，定苗水和緩苗水分別為257.78、280 m3/hm2，生長期共分4次灌水，W1為每次施用444.44 m3/hm2，W2為293.33 m3/hm2。試驗共6個處理，設3次重復，18個小區，各小區隨機排列。每個小區面積22.5 m2，每個小區定植75株，即33 333株/hm2。試驗處理設計如表2。

表1 土壤基本理化性質

表2 溫室黃瓜施肥灌溉處理 (kg/hm2)

1.3 測定項目及方法

黃瓜及植株養分測定[1]：氮、磷、鉀采用H2SO4-H2O2消煮，半微量凱氏法測定全氮，釩鉬黃法測定全磷，火焰光度法測定全鉀。

淋溶水樣養分測定：淋溶水量，總氮采用半微量凱氏法；硝態氮、銨態氮采用CaCl2浸提-流動分析儀測定；總磷、溶解性總磷采用鉬酸銨分光光度法測定[11]。

土樣測定[12]：pH值采用pH計測定；硝態氮、銨態氮采用CaCl2浸提-流動分析儀測定；有機質采用重鉻酸鉀外加熱法測定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀采用火焰光度法測定。

1.4 數據處理

灌溉水生產率[13][IWP(irrigation water productivity)](kg/m3)按下式計算：IWP=Y/I，式中，Y為黃瓜產量(kg)；I為黃瓜全生育期灌水量(m3)。

氮肥偏生產力[13][PNP(partial factor productivity of nitrogen)](kg/kg)按下式計算：PNP=Y/N，式中，N為施入的純氮量(kg/hm2)。

養分盈余量[14]=養分投入量-作物攜出量。其中，養分的投入量只考慮施肥(包括有機肥和化肥)；養分產出量只考慮作物的消耗(包括經濟產量和廢棄物產量)。

采用Excel 2003軟件進行數據處理、繪圖；采用SPSS 20進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 施肥灌溉對黃瓜養分含量和積累量的影響

由圖1可知，黃瓜不同部位養分含量存在差異。全氮、全磷、全鉀養分含量差異分別為：地上部>地下部>果實、果實>地下部>地上部、果實>地下部>地上部。不同處理黃瓜不同部位的養分含量受施肥量的影響無明顯規律，不同處理黃瓜果實的養分含量受灌溉的影響無明顯規律，但地上部和地下部，除全氮含量T1>T2，其他不同處理的養分含量均為滴灌大于傳統灌溉，但未達顯著水平(P>0.05)。此外，黃瓜養分積累量不同部位存在差異，果實、地上部、地下部分別為全鉀>全氮>全磷、全氮>全鉀>全磷、全鉀>全氮>全磷。黃瓜果實中的養分積累量與施肥量無明顯關系，在低肥和中肥下，滴灌大于傳統灌溉，但差異未達顯著水平(P>0.05)；地上部的養分積累量與施肥量無明顯關系，不同灌溉方式下，滴灌大于傳統灌溉，但差異未達顯著水平(P>0.05)；地下部的養分積累量與施肥灌水無明顯相關關系。

圖1 不同處理黃瓜不同部位養分濃度及養分累積量注：同一部位或養分下不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平。

2.2 施肥灌水對土壤pH值、有機質及養分的影響

由表3可知，相同施肥量下，土壤pH值為T1>T2、T3>T4、T5>T6，分別高出3.87%、2.46%、3.99%，且T1和T2、T5和T6差異顯著(P<0.05)；硝態氮為T2>T1、T4>T3、T6>T5，分別高出32.27%、46.65%、51.44%，差異均達顯著水平(P<0.05)，且硝態氮含量與pH值成反比；速效鉀為T2>T1、T4>T3、T6>T5，分別高36.48%、42.89%、19.00%，T1和T2、T3和T4差異顯著(P<0.05)；即滴灌較傳統灌溉能降低土壤的pH值，增加硝態氮、速效鉀含量，對pH值的影響在中高肥處理顯著，對速效鉀的影響在中低肥處理顯著。此外，銨態氮為T2>T1、T4>T3、T5>T6；有效磷為T1>T2、T4>T3、T5>T6，有機質為T2>T1、T3>T4、T6>T5，各處理間差異不顯著(P>0.05)，即灌水對其影響無顯著規律。與基礎土樣相比，硝態氮含量大幅增加，是其的2.67～4.34倍，0～20 cm的硝態氮嚴重累積。土壤中有機質含量是基礎土樣的1.74～1.85倍，其他土壤養分無明顯變化規律。

2.3 施肥灌溉對黃瓜產量、灌溉水生產率及氮肥偏生產力的影響

由表4可知，黃瓜產量受到施肥、灌水影響。傳統灌溉條件下，T5>T3>T1，即黃瓜產量與施肥量無顯著相關關系；滴灌條件下，黃瓜產量隨施肥量增加而減少，即T4>T2>T6，各處理間差異不顯著(P>0.05)；相同施肥條件下，T2>T1，T4>T3，T60.05)。不同施肥灌水對黃瓜IWP和PNP影響顯著。對于IWP，施肥量相同，滴灌高于傳統灌溉，即T2>T1，T4>T3，T6>T5，T2、T4、T6較T1、T3、T5分別提高81.53%、62.93%、30.31%，T1與T2、T3與T4差異顯著(P<0.05)；對于PNP，傳統灌溉下，T3>T1>T5，T3較T1提高69.24%，T5較T1降低12.61%，T3與T1、T5差異顯著(P<0.05)；滴灌下T4>T2>T6，T4較T2提高51.97%，T6較T2降低37.25%，T4與T2、T6差異顯著(P<0.05)。

表3 土壤中pH值、有機質及養分含量

注：同列數據后不同小寫字母表示處理間差異達5%顯著水平，下同。

表4 不同處理黃瓜產量、灌溉水生產率、氮肥偏生產力

2.4 施肥灌溉對土壤氮淋溶及磷淋溶的影響

由表5可知，淋溶液中總氮含量占施入量的2.47%～5.07%，總磷含量占施入量的0.03%～0.12%。淋溶液中的總氮含量大于總磷，且硝態氮含量大于銨態氮。不同處理間淋溶液的養分濃度與施肥量無顯著相關關系，而相同施肥量下，除硝態氮T5>T6，淋溶液中的總磷、溶解性總磷、總氮以及硝態氮濃度均為滴灌>傳統灌溉，但差異不顯著(P>0.05),而銨態氮無明顯規律。淋溶量為T2>T1，T4>T3，T6>T5，各處理之間存在較大差異。

表5 不同處理淋溶液養分濃度及淋溶量

2.5 養分表觀平衡

由表6可知，不同處理的黃瓜養分均存在盈余，且養分投入量遠遠大于黃瓜帶走的養分量，N、P2O5、K2O的盈余量分別達投入量的80.38%～91.51%、91.84%～96.51%、72.73%～89.50%。不同處理養分盈余量存在差異，傳統灌溉方式下，T3>T1>T5，N、P2O5、K2O的盈余量，T3較T1分別減少29.78%、27.13%、32.47%，T5較T1分別增加51.17%、46.73%、52.24%；滴灌方式下，T4>T2>T6，N、P2O5、K2O的盈余量，T4較T2分別減少30.71%、26.94%、32.50%，T6較T2分別增加53.90%、48.98%、61.37%，差異分別達顯著水平(P<0.05)，即施肥量越高，養分表觀盈余量越高；不同灌水方式下，T1>T2，T3>T4，T5>T6，N、P2O5、K2O的盈余量，T2較T1分別減少3.02%、1.95%、6.52%，T4較T3分別減少4.31%、1.70%、6.55%,T6較T5分別減少1.27%、0.45%、0.91%，即滴灌較傳統灌溉養分盈余量減少。

表6 溫室黃瓜養分表觀平衡 (kg/hm2)

3 討論

試驗表明，在現有施肥灌水條件下，減少肥料的用量并不會導致產量下降，這是因為農民習慣施肥量大，減少用量之后還能滿足作物的生長需求。邢英英等[8]在溫室番茄滴灌試驗中肥料施用量N、P2O5、K2O為240、120、150 kg/hm2，羅勤等[1]是在番茄N、P2O5、K2O施用量為525、375、510 kg/hm2的基礎上進行減量處理試驗，方棟平等[9]在研究中采用西北地區溫室黃瓜推薦施肥量N、P2O5、K2O為360、180、540 kg/hm2,分8次施入，試驗結果均證明減肥減水及水肥一體化可有效提高肥料的利用率。與此相比，雖然應考慮不同地區氣候和土壤養分的因素，但也可看出當地農民習慣肥料施用量偏高，尤其是底肥施用量偏高。同時，采用滴灌能提高黃瓜的產量，這是因為滴灌較傳統灌溉可以減少土壤表面蒸發，使土壤中水分分布更均勻，增大了植株對水分的吸收和利用，從而促進黃瓜的生長[8]。邢英英等[8]的研究結果顯示番茄產量與施肥量和灌水量正相關，而楊慧等[13]研究表明番茄單株產量與水氮供應量之間呈較好的二元二次關系，原因可能是過量施肥和過量灌水會造成植株的“徒長”，降低產量[9,17]。此外，試驗范圍內，減肥滴灌可以提高IWP及PNP,這與王軍等[18]和呂麗華等[19]的研究結果一致，原因在于減肥滴灌既降低了肥料和灌溉水用量，又提高了產量，這就使得IWP及PNP被提高。更重要的是，減肥滴灌可以顯著降低養分表觀盈余量，降低對環境造成的威脅。因此在生產中，要控制肥料的施用，盡量減少養分的盈余，使施入的肥料更好的被植物吸收利用。試驗范圍內T4(低肥+滴灌)的產量、灌溉水生產力、氮肥偏生產力最高，表觀盈余量最少，效果最佳。

4 結論

在農民現有習慣施肥模式下，減少施肥量并采用滴灌方式可以增加黃瓜的產量，提高IWP及PNP，降低土壤pH值，減少硝態氮和速效鉀的淋溶，對土壤其它養分含量影響不大。

在農民現有習慣施肥模式下，減少施肥量并采用滴灌方式較傳統灌溉能增加黃瓜地上部和地下部的養分含量，但對果實養分含量及累積量的影響無明顯規律。

本季溫室黃瓜的表觀平衡為盈余，盈余量與施肥量成正相關，不同灌溉方式下，滴灌較傳統灌溉能顯著減少養分的盈余。試驗范圍內，T4(低肥+滴灌)黃瓜產量、IWP、PNP最高，養分盈余量最少，綜合比較，效果最優。

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