減量施肥對設施黃瓜-甜瓜一年兩茬栽培模式下產量及氮磷損失的影響

高新昊 孫明 李彥 井永蘋 薄錄吉 張英鵬

摘要：針對目前設施大棚生產中施肥過量、棚內生態(tài)環(huán)境差的問題，采用小區(qū)試驗，保持農民習慣基肥用量不變，研究黃瓜-甜瓜一年兩茬不同茬口追肥減量幅度對其產量、收益及土壤氮磷損失的影響。結果表明，黃瓜和甜瓜分別在農民習慣追肥量基礎上減施10%和15%的產量和收益最高，再提高追肥的減施幅度，產量和收益明顯下降。各處理的土壤有機質、堿解氮含量在經歷一年兩茬作物生長后明顯下降，速效鉀也出現不同程度的下降，而有效磷在表層土中進一步積累;氮的淋溶量較高，兩茬總淋溶量占投入肥料的比例為19.16%～36.18%，其中黃瓜種植茬口追肥減量5%處理的氮淋溶量最低，而在甜瓜種植茬口中，氮淋溶量最低的是追肥減量35%處理;磷的總淋溶量較低，在2.68～7.67 kg/hm2之間，占肥料投入比例不足0.4%。綜上所述，在農民習慣追肥量基礎上黃瓜追肥減施10%+甜瓜追肥減施15%的處理具有設施黃瓜-甜瓜一年兩茬最高的經濟收益和較高的環(huán)境效益。

關鍵詞：減量施肥;黃瓜;甜瓜;氮磷損失;設施大棚

中圖分類號：S642.206+.2+S642.606+.2? 文獻標識號：A? 文章編號：1001-4942（2020）11-0095-06

Effects of Reduced Topdressing on Cucumber-Muskmelon Yield

and Loss of Nitrogen and Phosphorous in Greenhouse

under Cultivation Mode of Two Crops a Year

Gao Xinhao1， Sun Ming2，3，4， Li Yan2，3，4，5，

Jing Yongping2，3，4，5， Bo Luji2，3，4，5， Zhang Yingpeng2，3，4，5

（1. Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China;

2. Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China;

3. Key Laboratory of Agro-Environment in Huanghe-Huaihe-Haihe Plain， Ministry of

Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China;

4. Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-Point Source Pollution Control， Jinan 250100， China;

5. Shandong Environmental Fertilizer Engineering Technology Research Center， Jinan 250100， China）

Abstract In order to solve the problems of excessive fertilization and poor ecological environment in greenhouse production， field plot experiment was carried out to study the effects of reducing amount of topdressing on yield， income and soil nitrogen and phosphorus loss of cucumber-melon two crops a year. The results showed that the yield and income of cucumber and muskmelon were the highest when decreasing topdressing by 10% and 15% respectively on the basis of farmers conventional topdressing amount. The yield and income decreased significantly when continued increasing the reduction rate of topdressing. The content of soil organic matter and alkali hydrolyzable nitrogen decreased significantly after the two crops growth in one year， and the available potassium content also decreased in different degrees; the available phosphorus further accumulated in the surface soil. The leaching amount of nitrogen was higher， and the proportion of total leaching amount of the two crops accounted for 19.16%～36.18% of the input fertilizer， among which， the leaching amount of nitrogen was the lowest under the treatment of reducing 5% of topdressing fertilizer in cucumber stubble， while that was the lowest under reducing 35% of topdressing in muskmelon stubble. The amount of total phosphorus leaching was lower as 2.68～7.67 kg/hm2， which accounted for less than 0.4% of fertilizer input. In conclusion， the treatment of 10% reduction of cucumber topdressing and 15% reduction of muskmelon topdressing based on farmers conventional topdressing had the highest economic benefits and higher environmental benefits for the two crops a year.

Keywords Reducing topdressing; Cucumber; Muskmelon; Loss of nitrogen and phosphorous; Greenhouse

設施栽培是我國蔬菜生產的主要方式之一。山東省是中國蔬菜主產區(qū)，常年蔬菜種植面積占全國10%以上，設施蔬菜面積占全國設施蔬菜種植面積的近50%[1]。由于蔬菜作物具有根系淺、根系吸收能力弱、喜高肥水、奢侈吸收等營養(yǎng)特性[2]，種植戶為了追求高產，往往大量施用氮肥，造成氮肥施用過量的現象普遍存在[3， 4]。黃紹文等研究表明，我國設施蔬菜化肥用量平均為1 354.5 kg/hm2，是全國農作物平均化肥用量的4.1倍[5]。肥料過量和不合理施用所帶來的經濟損失和環(huán)境風險已經成為限制我國設施蔬菜生產可持續(xù)發(fā)展的重要因素[6]，化肥減施潛力很大[5]，因此，研發(fā)設施蔬菜化肥減施增效技術，成為蔬菜產業(yè)綠色發(fā)展急需解決的重要問題[7]。

山東省德州市設施蔬菜面積11萬hm2，其中平原縣是其重要的設施黃瓜產區(qū)，黃瓜-甜瓜一年兩茬栽培模式也已初具規(guī)模，且收益明顯高于常規(guī)黃瓜單茬種植模式;但許多大棚的種植年限在10年以上，由于常年有機、無機肥料大量投入，導致土壤養(yǎng)分失衡，微生態(tài)平衡遭到破壞，鹽分含量顯著升高，存在明顯的環(huán)境風險[8]。

目前有關設施黃瓜-甜瓜一年兩茬模式如何科學合理地施肥，以減少養(yǎng)分在土層中過量積累及降低淋溶風險等的研究尚未見報道。本研究在保持農民習慣基施肥料量不變的情況下，設置不同的農民習慣追肥減量幅度，探究適宜黃瓜-甜瓜一年兩茬種植模式的追肥降低量，以期在不影響產量及收益的前提下提高肥料養(yǎng)分利用率，降低氮磷淋溶風險，旨在為設施生產減少環(huán)境污染、實現可持續(xù)發(fā)展提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2017—2018年在山東省德州市平原縣王杲鋪鎮(zhèn)董路口村黃瓜-甜瓜一年兩茬溫室大棚區(qū)進行，供試土壤理化性狀見表1。

基肥保持農民習慣施肥方式和施肥量，采用鴨糞和少量復合肥，合計用量為N 952 kg/hm2、P2O5 1 337 kg/hm2、K2O 720 kg/hm2。追肥選用農民常用的大量水溶肥料（N-P2O5-K2O養(yǎng)分含量20-20-20），追肥量各茬口均在農民習慣用量基礎上設置不同的減量幅度，共設置6個處理：T1，黃瓜、甜瓜均為農民習慣追肥量（FP）;T2，黃瓜、甜瓜均為農民習慣追肥減量5%（95%FP）;T3，黃瓜為農民習慣追肥減量10%（90%FP），甜瓜為農民習慣追肥減量15%（85%FP）;T4，黃瓜為農民習慣追肥減量15%（85%FP），甜瓜為農民習慣追肥減量35%（65%FP）;T5，黃瓜為農民習慣追肥減量20%（80%FP），甜瓜為農民習慣追肥減量55%（45%FP）;T6，黃瓜為農民習慣追肥減量35%（65%FP），甜瓜為農民習慣追肥減量75%（25%FP）。小區(qū)面積為43.2 m2，各設3個重復。2017年9月10日施肥整地，9月15日定植黃瓜，12月20日拔秧;不需額外施用基肥，翻地整畦后2018年1月1日定植甜瓜，6月26日拔秧。具體的施肥方案見表2。1.2 測定指標與方法

各處理采取單采單收的方法分別測定產量，并根據市場行情計算經濟效益。黃瓜、甜瓜收獲后分別取表層土樣進行有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀含量測定，同時測定不同土層土壤的硝態(tài)氮含量。試驗開始前每個小區(qū)都安裝淋溶液收集裝置，每灌水施肥兩次后收集一次淋溶液，測定氮和磷的淋溶量。

土壤硝態(tài)氮測定：鮮土用1 mol/L KCl浸提，取濾液，用全自動間斷化學分析儀（Smartchem 200）測定硝態(tài)氮含量。土壤樣品的堿解氮、有效磷、速效鉀和有機質含量測定采用常規(guī)方法[9];淋溶液中總磷（TP） 和總氮（TN）的測定方法參照文獻[10]。

1.3 數據處理與統(tǒng)計

采用DPS 2000 軟件[11]進行數據處理與統(tǒng)計分析，Duncans 新復極差法進行多重比較，顯著性水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同追肥減量幅度對設施黃瓜和甜瓜產量的影響

由圖1可知，與農民習慣追肥量（FP）處理相比，追肥減量10%（90%FP）時黃瓜產量最高，顯著高于其它處理，而后隨追肥減量幅度加大，黃瓜產量顯著下降。

與農民習慣追肥量（FP）處理相比，隨著追肥減量幅度的提高，甜瓜產量呈先升高后顯著降低的趨勢，追肥減量15%（85%FP）時甜瓜產量最高，比FP處理增產20.4%（圖2）。

2.2 不同追肥減量幅度對設施黃瓜-甜瓜一年兩茬經濟收益的影響

由表3可知， T3（90%FP）處理的黃瓜收益最高，顯著高于T1（農民習慣追肥，FP）處理;其次是T2（95%FP）和T4（85%FP）處理，但與T1處理相比增收效果不顯著;之后隨著追肥減量幅度增大，黃瓜收益顯著下降，降幅為4.9%～13.6%。

T3（85%FP）處理的甜瓜經濟收益最高，比T1（FP）處理高出21.5%;其次是T2（95%FP）和T4（65%FP）處理，收益也高于T1（FP），但差異不顯著;隨著追肥減量幅度繼續(xù)增大，甜瓜的經濟收益顯著下降。

兩茬模式整體收益最高的是T3處理（黃瓜90%FP+甜瓜85%FP），比T1（FP）處理高18%;其次是T2處理，與T1相比也達到顯著水平;T4處理的總收益與T1處理相比未達到顯著水平;再增大追肥減量幅度，兩茬總收益與T1處理相比明顯下降。

2.3 不同追肥減量幅度對設施黃瓜和甜瓜收獲后土壤養(yǎng)分含量的影響

由表4可知，黃瓜、甜瓜收獲后土壤有機質含量相對種植前明顯下降。黃瓜收獲后，T6處理有機質含量最低，顯著低于T4處理，其余各處理之間沒有顯著差異;甜瓜收獲后，各處理間的變化趨勢與黃瓜收獲后一致，除T6處理有機質含量顯著低于T1、T4處理外，其他處理之間的有機質含量差異不顯著。

黃瓜收獲后各處理的堿解氮含量顯著下降，其中T5處理的堿解氮含量下降最少，其次是T1和T3處理，T2和T6處理堿解氮含量下降較大;除T6處理外，甜瓜收獲后各處理的堿解氮含量進一步下降，其中T4、T3和T5處理的堿解氮含量下降較多。

黃瓜收獲后各處理的土壤有效磷含量較種植前顯著升高，平均含量為種植前的2倍左右，其中T4處理有效磷含量最高;甜瓜收獲后有效磷含量較黃瓜收獲后下降顯著，但仍明顯高于黃瓜種植前的含量，各處理之間的含量差異不顯著。

黃瓜收獲后的土壤速效鉀含量較種植前下降顯著，而甜瓜收獲后速效鉀含量較黃瓜收獲后明顯上升，但均明顯低于黃瓜種植前的含量。

2.4 不同追肥減量幅度對黃瓜-甜瓜一年兩茬種植模式養(yǎng)分淋溶的影響

由表5可知，黃瓜-甜瓜一年兩茬種植模式中氮的淋溶量較高，兩茬總淋溶量占肥料投入的比例為19.16%～36.18%;磷的總淋溶量較低，為2.68～7.67 kg/hm2，占肥料投入的比例不足0.4%。在黃瓜種植茬口，T2的氮淋溶量最低，其次是T5處理，而磷淋溶量為T5處理最低;在甜瓜種植茬口，氮、磷淋溶量最低的均是T4處理，分別為88.8、0.97 kg/hm2，分別僅占其它處理的39.66%～53.27%、18.65%～30.03%。可見，各處理之間的兩茬氮磷總淋溶量相差顯著，其中以T4處理最低，占施肥量的比例分別為19.16%和0.14%。[FL）]

3 討論

化肥在農作物生產中的作用明顯，適量施用可以增加產量，而過量施用時不僅不會增產，甚至會減產[12]。王冰清等[13]報道與傳統(tǒng)完全施用化肥相比，化肥減量20%對黃瓜、苦瓜和甘藍等蔬菜的產量均無明顯影響;采用有機、無機肥料配合施用，黃瓜產量平均增加12.1%，經濟收益增加7.1%，其中低量氮肥配合有機肥處理的增產和增收效果最佳[14]。與常規(guī)施肥（CK）相比，減施N、P、K肥及化肥總量的20%時，黃瓜產量增加順序表現為減施P>減施K>減施N>減施NPK;減施化肥和有機肥都能提高棚栽黃瓜的經濟效益，增加順序為減施P>減施K>減施N>減施NPK>減施有機肥[15]。李傳哲等[16]研究發(fā)現，氮磷減施20%與常規(guī)氮磷鉀處理相比黃瓜增產15.19%。本研究黃瓜-甜瓜一年兩茬種植模式中，黃瓜和甜瓜分別在農民習慣追肥量基礎上減施10%和15%時產量和經濟收益均最高，繼續(xù)提高追肥的減施幅度則產量和收益明顯下降，與汪峰等[17]報道的在東部沿海丘陵區(qū)大棚生產條件下氮肥施用量減少50%可以保證黃瓜產量的結論差異較大，這可能是因為本試驗條件下，盡管氮、磷、鉀的總用量平均也高達1 578.2、1 990.2、1 373.2 kg/hm2，但基肥的投入量就占一半以上，追肥減量幅度增大，引起土壤養(yǎng)分供應強度滿足不了黃瓜快速生長的需要，導致采摘周期變長進而單位時間內產量下降。

蔬菜種植過程中大量施用氮肥和不合理施用有機肥，易導致土壤C/N值下降，使土壤環(huán)境惡化[18]。目前我國主要菜區(qū)的土壤有機質含量普遍較低，僅10.0%的菜田達到肥沃菜田土壤有機質含量40～50 g/kg的標準，這與有機肥尤其是秸稈施用不足、蔬菜復種指數高、化肥用量大等密切相關[19]。本試驗中，經歷一年兩茬作物生長后，土壤有機質含量明顯下降，可能與施用的鴨糞含速效養(yǎng)分多、纖維素較少、分解速度快，對土壤腐殖質的形成貢獻有限有關。堿解氮含量明顯下降，可能是因為減量追肥引起土壤中速效養(yǎng)分在黃瓜與甜瓜快速生長過程中消耗較大，造成表層土壤中的氮積累明顯下降。而基施有機肥帶入的磷養(yǎng)分高于氮素，且黃瓜、甜瓜生育期對磷的吸收要遠遠低于氮，造成磷在表層土中大量積累，因此，降低有機肥的投入量，進而減少磷的帶入量，將是我們今后關注研究的重點。速效鉀含量在黃瓜收獲后下降十分顯著，而在后茬甜瓜收獲后，含量又整體上升，這是由于黃瓜產量高，收獲時帶走了大量鉀營養(yǎng)，造成土壤中的鉀養(yǎng)分含量顯著下降，而甜瓜對鉀的吸收量遠低于黃瓜對鉀的吸收量，追肥中的鉀營養(yǎng)供過于求，導致其又在土壤中累積;但整體由于兩茬作物對鉀的吸收量較高，各處理的速效鉀含量較種植前均出現不同程度的下降。

在設施蔬菜種植過程中，氮肥的過量和不合理施用將引起作物中硝酸鹽累積以及土壤中硝態(tài)氮的累積和淋溶，對食品安全及土壤和地下水質量造成影響[14]。氮素淋溶損失以硝態(tài)氮為主，占淋溶總氮比例70%以上[20]。高偉等[14]報道在化學氮肥施用量相同的條件下，采用有機、無機肥配合施用，硝態(tài)氮的淋溶量可減少26.6%。前期研究對設施蔬菜氮淋溶的研究主要關注硝態(tài)氮的淋溶，但是近年來我國大力提倡有機肥替代化肥，特別是設施蔬菜生產體系，有機肥投入可占到肥料總投入的60%～80%[21]，有機氮的淋溶損失量已不容忽視。因此，本研究以淋溶的總氮量作為監(jiān)測指標更有實際意義。在本試驗黃瓜-甜瓜一年兩茬條件下，總氮的淋溶量較高，兩茬的總淋溶量占投入肥料的比例為19.16%～36.18%，其中黃瓜種植茬口T2處理的氮淋溶量最低，而甜瓜種植茬口中T4處理的氮淋溶量最低。

目前，磷素累積是設施蔬菜土壤的普遍現象。有研究表明有機肥能夠提高土壤磷素有效性，并且有機肥帶入的有機態(tài)和膠體態(tài)磷在土壤中更易發(fā)生移動[22]，因此，大量有機肥的施用勢必造成更高的磷淋失風險。劉蕾等[21]報道西紅柿-甜瓜輪作周年磷素淋失量可達4.91 kg/hm2;劉建霞[23]測得的設施黃瓜磷素淋溶量0.24～4.60 kg/hm2;而在本試驗條件下，磷淋溶量在2.68～7.67 kg/hm2之間，與上述研究結果存在差異的原因可能與土壤磷的本底值及土壤類型有關。

4 結論

（1）在本試驗條件下，分別在農民習慣追肥量基礎上減施10%和15%的幅度下設施黃瓜和甜瓜產量最高，同時經濟收益也最高。

（2）各處理的土壤有機質、堿解氮含量在經歷一年兩茬作物生長后明顯下降，速效鉀含量也出現不同程度的下降，而磷則在表層土中進一步積累。

（3）設施黃瓜-甜瓜一年兩茬生產中，總氮的淋溶量較高，兩茬總淋溶量占投入肥料的比例19.16%～36.18%;磷的總淋溶量較低，占肥料投入的比例不足0.4%。其中，氮淋溶量在黃瓜種植茬口以T2處理最低，在甜瓜種植茬口以T4處理最低，而磷淋溶量兩茬口均以T4處理最低，顯著低于其它處理。

綜合考慮經濟和環(huán)境因素，在農民習慣追肥量基礎上，黃瓜追肥減施10%+甜瓜追肥減施15%是黃瓜-甜瓜一年兩茬生產模式的適宜追肥量，具有最高經濟收益和較好的環(huán)境效益。

參 考 文 獻：

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