有機肥與氮肥配施對膜下滴灌西瓜生長、產量和品質的影響

羅雙龍，馬忠明,，薛 亮，連彩云，唐文雪，王智琦,杜少平

(1.甘肅省農業科學院土壤肥料與節水農業研究所，甘肅 蘭州 730070，2甘肅省農業科學院，甘肅 蘭州 730070;3.甘肅省農業科學院蔬菜研究所，甘肅 蘭州 730070)

化肥施用在保障我國糧食安全方面發揮了重要作用[1]，是實現農作物高產的最有效途徑。有研究表明，施用化肥可以使糧食增產55%[2]。科學合理施用化肥能有效提高農作物產量和改善農產品品質，有利于農民收入的增加。近年來，隨著我國農業生產規模的不斷擴大和農業快速發展，化肥的投入量在持續不斷增加，長期不合理的大量施用化肥在一定程度上提高了農作物產量，同時也加劇了土壤的次生鹽漬化和病蟲害的發生，嚴重影響了農產品的產量和品質[3]。此外，過量的化肥施用不但增加了農業生產的成本，同時也造成肥料效益的降低，使農業生產肥料利用率顯著降低[4]，大大增加了生產成本和浪費資源，嚴重影響了農田生態環境和農業可持續發展[5-6]。有機肥養分全面，有較強的緩效性功能，能有效增加和提高土壤有機質含量、改善土壤理化性質和提高土壤酸堿緩沖性能，促進土壤微生物繁殖，提高農產品產量和改善農產品品質[7-11]。單施有機肥在一定程度上可以有效增加農產品產量和提高品質，但由于其速效養分供應能力差，很難實現農產品的高產和穩產，并且有機肥的使用大大增加了勞動成本；而單施化肥雖然能保證產量，但土壤培肥能力差，不利于土壤可持續利用[12]。有機肥與化肥配施增產效果顯著而且施用簡便，是實現化肥零增長的重要技術途徑之一[13-14]，有機肥與化肥配施既利用了有機肥長效、緩效的特點，又發揮了化肥無機養分的速效性，不僅提高了農作物產量、改善農產品品質，同時還保護了生態環境。因此，有機肥和化肥配施是當今國內外農業生產和糧食作物高產、肥料高效、資源可持續發展的一個重要的農田措施。膜下滴灌是提高農作物水肥利用效率的主要技術之一。近年來，膜下滴灌在露地西瓜生產中的應用面積逐步擴大，與傳統栽培方式相比，膜下滴管能有效促進農作物高效節水、節肥、驅鹽、抑鹽、防止病害和提高產量[15-17]。在膜下滴管條件下，有機肥與化肥配施對西瓜的產量、品質和肥料利用率的提高有積極的影響。前人在膜下滴灌和有機肥與化肥配施方面做了大量的研究，強小嫚等[18]在膜下滴灌西瓜和棉花間作上研究發現，滴灌能顯著提高西瓜和棉花的產量和水分利用效率。謝軍等[19]和徐明崗等[19-20]通過長期研究發現，玉米和雙季稻有機肥氮替代50% 化肥氮最好，且均顯著高于單施有機肥和單施化肥。冀建華等[21]在雙季稻上研究發現，有機肥替代30%的化肥氮肥最利于產量和氮利用率的提高。陳志龍等[22]在小麥上研究發現，有機肥替代化肥氮肥25%是最佳的比例。但是，在膜下滴灌條件下，有關西瓜有機肥與化肥配施研究的較少。本試驗主要研究了有機肥與不同比例化肥氮肥配施對膜下滴灌西瓜生長、產量、品質和氮肥利用率的影響，為河西綠洲灌區優質高產西瓜合理施用有機肥，減少化肥施用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于2018年在甘肅省農業科學院張掖節水農業試驗站進行，試驗站位于河西綠洲灌區的中心腹地(東經100°27′，北緯38°56′)，屬無灌溉就無農業的典型灌溉農業區。該地區是典型溫帶荒漠性氣候，地下水深100 m，光照充足，熱量豐富，晝夜溫差大；年平均氣溫7.3℃，海拔1 570 m，年日照時數3 085 h，>0℃的有效積溫3 388℃，年均降雨量101.2 mm，西瓜生育時期平均降雨量40.5 mm，蒸發量為927.2 mm。供試西瓜品種為豐康8號。所用的有機肥為北京佰禾源肥業有限公司生產的佰禾源生物有機肥，有機質含量≥40%，有效菌數≥0.2億·g-1，氮磷鉀含量≥5%。供試土壤為灌漠土，0～20 cm土層土壤有機質為17.98 g·kg-1，全氮為0.77 g·kg-1，全磷為0.14 g·kg-1，全鉀為13.97 g·kg-1，pH值為8.5, 土壤容重為1.41 g·cm-3，田間持水量為30.55%。

1.2 試驗設計

采用對比試驗設計，設氮肥優化施用量(NPK)、30%氮肥優化施用量+有機肥(N1PKM)、50%氮肥優化施用量+有機肥(N2PKM)、70%氮肥優化施用量+有機肥(N3PKM)、單施有機肥(M)和不施氮肥與有機肥(CK)6個處理。不同處理有機肥施用量相同，均為9 000 kg·hm-2，具體見表1。試驗所用氮肥為尿素(N 46.4%)、磷肥為重過磷酸鈣(P2O544%)、鉀肥為硫酸鉀 (K2O 50%)，其中氮肥40%做基肥于播前瓜行溝施，60%的氮肥在西瓜伸蔓期、開花坐果期和果實膨大期按15%、25%和20%進行追肥，有機肥、磷和鉀肥全部做基肥于播前一次性施入。播種密度為16 000株·hm-2，窄行50 cm，寬行200 cm，株距50 cm。灌水方式采用膜下滴灌灌溉方式，滴頭間距為50 cm ，總灌溉量為2 500 m3·hm-2。5月10日播種，8月16日收獲，各處理隨機排列，重復3次，小區面積45 m2，其他管理措施同當地大田。

表1 有機肥與化肥配施方案Table 1 The plan of the combination application of organic manure and inorganic fertilizers

1.3 測定項目與方法

1.3.1 西瓜生長指標 分別在西瓜的伸蔓期和開花坐果期每小區隨機取3株具有代表性、長勢一致的植株，使用SPAD-520葉綠素儀進行葉綠素含量測定，用直尺測定西瓜的主蔓長，用游標卡尺測定西瓜的莖粗。分別于西瓜的伸蔓期、開花坐果期和成熟期每個小區取3株具有代表性、生長一致的植株，分莖、葉和果實放入烘箱，105℃殺青30 min，然后80℃烘干至恒重，稱干重。

1.3.2 植株養分 植株干物質養分測定采用土壤農業化學常規分析法測定[23]。植株養分積累轉運與利用的相關計算公式[24]：各器官養分積累量(kg·hm-2)=養分含量×干物質量；養分當季利用率(%)=(施肥處理作物養分積累量-不施肥處理作物養分積累量)/肥料投入量×100。

1.3.3 產量和品質 西瓜成熟時，每小區隨機選取具有代表性的10個瓜計算單瓜重，并統計每個小區瓜數，然后計算產量。使用手持式折光儀測定含糖量，用紫外分光光度法測定硝酸鹽含量采(NY/T1297-2007)[25]，西瓜還原性Vc含量測定采用比色法[25]。

1.4 數據處理

用Excel 2007軟件進行數據處理和繪圖，采用SPASS 13.0統計分析軟件對數據進行差異顯著性檢驗(LSD法)。

2 結果與分析

2.1 不同處理對西瓜植株葉片葉綠素含量的影響

有機肥與氮肥配施對西瓜伸蔓期和開花坐果期葉片葉綠素含量有顯著的影響(F值分別為13.94和10.41)(圖1)。伸蔓期，不同處理條件下西瓜的葉綠素含量表現N1PKM> N2PKM>M>N3PKM>NPK>CK，其中 M、N2PKM、N3PKM和NPK不同處理之間差異不顯著，但其葉綠素含量均高于NPK處理，說明增施有機肥能促進苗期西瓜葉綠素含量的增加。在N1PKM處理下，葉綠素含量最高，顯著高于其他處理，再增施氮肥葉綠素含量降低。說明適宜的有機肥與氮肥配施能有效促進西瓜伸蔓期葉綠素的增加，與NPK處理相比，N1PKM葉綠素含量增加了6.15%。在開花坐果期，N2PKM、N3PKM和NPK處理之間差異不顯著，但N2PKM和N3PKM處理葉綠素含量高于NPK處理，較其它處理差異顯著，葉綠素含量在N3PKM處理下最高，與NPK處理相比，葉綠素含量提高了3.38%，NPK處理高于M處理。

2.2 不同處理對西瓜主蔓長的影響

在伸蔓期和開花坐果期，有機肥與氮肥配施對西瓜主蔓長影響顯著(F值為4.31和10.91)(圖2)。伸蔓期，單施有機肥、有機肥與化肥配施和單施化肥各處理間差異不顯著，但主蔓長均高于NPK處理，說明有機肥能促進西瓜伸蔓期主蔓長的增加，在N1PKM處理下西瓜的主蔓長最長，與NPK相比，其主蔓長增加了13%，說明在伸蔓期，在N1PKM處理最有利于西瓜主蔓長的增加，再增施氮肥西瓜的主蔓長下降。在開花坐果期，N1PKM、N2PKM和NPK處理間差異不顯著，但均大于NPK處理，在N3PKM處理下西瓜的主蔓長最長，較N2PKM0、M處理達顯著水平(F值為10.91)，其主蔓長較NPK處理增加了2%。

2.3 不同處理對西瓜莖粗的影響

有機肥與氮肥配施對西瓜伸蔓期和開花坐果期莖粗有顯著的影響(圖3)。伸蔓期，N1PKM處理西瓜的莖粗最大，與N3PKM處理差異不顯著，較其他處理差異顯著(F值為12.16)，其莖粗顯著高于NPK處理，較NPK處理增加了21.7%，M、N2PKM和NPK各處理間差異不顯著，但均高于NPK處理，說明有機肥能促進西瓜伸蔓期莖粗的增加，在N1PKM條件下最有利于西瓜伸蔓期莖粗的增加，再增施氮肥會對西瓜的莖粗產生抑制作用。在開花坐果期，N2PKM、N3PKM處理間西瓜的莖粗差異不顯著，均顯著高于其他處理，并且N3PKM處理值最大，較NPK處理增加了7.3%，N1PKM處理與NPK處理差異不顯著，但顯著高于M處理。說明在開花坐果期，N2PKM處理下能顯著提高西瓜莖粗的增加，再增施氮肥對西瓜莖粗的增加無顯著作用。

2.4 不同處理對西瓜植株干物質積累的影響

有機肥與氮肥配施對西瓜不同生育時期干物質積累有顯著的影響(表2)。不同處理條件下，西瓜干物質積累變化一致，均表現為果實>葉>莖，并且不同處理間莖干重、葉干重和單株干重變化基本一致。伸蔓期，有機肥與氮肥配施各處理間干物質積累差異不顯著，N1PKM處理值最大，較M、NPK處理西瓜莖干重、葉干重和單株干重差異顯著(F值分別為35.59、14.82和3.29)，與NPK處理相比，西瓜的莖干重、葉干重和單株干重分別增加了66%、42%和52%，說明適宜的有機肥與氮肥配施能有效促進西瓜伸蔓期的干物質積累。M處理干物質量高于NPK處理，但差異不顯著。在開花坐果期，莖干重、葉干重和單株干重在N2PKM和N3PKM處理間差異不顯著，N3PKM處理值最大，較其他處理差異達極顯著(F值分別為20.45、14.87和24.13)，較NPK處理，莖干重、葉干重和單株干重分別增加了6.6%、10.31%和9.13%。M、N1PKM和NPK處理間差異不顯著，表現為NPK> N1PKM> M。在成熟期，莖干重和葉干重在N2PKM和N3PKM處理間差異不顯著，在N3PKM處理下值最大，較其它處理差異顯著(F值分別為6.56和5.75)，莖干重和葉干重較NPK處理分別增加了10.26%和24.28，M、N1PKM和NPK處理間差異不顯著，莖干重和葉干重表現為NPK> N1PKM> M。西瓜的果實干物質重和單株干物質重變化一致，表現為N3PKM> N2PKM> NPK>N1PKM> M> CK,N3PKM處理與NPK處理差異達到顯著水平(F值為35.51和95.08)，其干物質較NPK處理分別增加了7.53%和10.41%。

表2 不同處理對西瓜干物質積累的影響/(g·株-1)Table 2 Effects of different treatments on dry matter accumulation of watermelon/(g·plant-1)

2.5 不同處理對西瓜產量和品質的影響

有機肥與氮肥配施對西瓜的產量、可溶性固形物、硝酸鹽和還原性Vc含量有顯著的影響(表3)。不同處理條件下西瓜的產量、可溶性固形物和還原性Vc含量變化表現一致，均表現為N3PKM> N2PKM> NPK> N1PKM> M> CK。西瓜產量在N3PKM、 N2PKM和NPK間差異不顯著，但顯著高于其他處理，N3PKM和N2PKM處理西瓜的產量均高于NPK處理，較NPK分別增加了2.26%和5.51%。有機肥與氮肥配施處理與單施化肥處理可溶性固形物含量差異不顯著，在N3PKM處理下達到了最大值，N3PKM和N2PKM處理西瓜的可溶性固形物含量均高于NPK，較NPK分別增加了2.7%和0.81%。不同處理西瓜還原性Vc含量在N3PKM和N2PKM處理間差異不顯著，但較其他處理差異顯著，顯著高于NPK處理，與NPK處理相比，還原性Vc含量分別增加了10.43%和5.52%，N3PKM處理值最大，差異顯著(F值為14.94)。不同處理條件下硝酸鹽含量在N3PKM和N2PKM處理間差異不顯著，但均高于其他處理，并且M處理硝酸鹽含量高于NPK處理，說明有機肥能提高硝酸鹽含量。綜合西瓜產量和品質，與單施化肥相比，有機肥與氮肥減氮30%～50%可有效提高西瓜的產量和品質。

2.6 不同處理對西瓜氮素積累和氮肥利用率的影響

有機肥與氮肥配施對西瓜的總吸氮量和氮肥利用效率有顯著的影響(圖4)。不同處理條件下總吸氮量表現為N3PKM> N2PKM> NPK> N1PKM> M>CK，在N3PKM處理下吸氮量最高，較其他處理差異顯著(F值為57.44)，較NPK處理總吸氮量增加了18.54%。不同處理條件下氮肥利用效率在N3PKM處理下最大，其他處理間差異顯著(F值為44.73)，N3PKM較NPK處理西瓜的氮肥利用效率增加了66.55%，N2PKM處理西瓜的氮肥利用效率也顯著高于NPK，提高了35.44%，說明有機肥與氮肥配施能有效提高西瓜的氮肥利用效率。

表4 不同處理對西瓜氮素積累及氮肥利用效率的影響Table 4 Effects of different treatments on nitrogen accumulation and nitrogen efficiency of watermelon

3 討 論

3.1 有機肥與氮肥配施對西瓜生長及干物質積累的影響

本研究得出，適宜的有機肥與氮肥配施有效促進西瓜的葉綠素、主蔓長、莖粗的增加和干物質的積累,有效促進西瓜的生長，在伸蔓期，有機肥與氮肥減施70%配施有利于西瓜伸蔓期的生長，在開花坐果期和成熟期適宜的有機肥與氮肥配比為有機肥與氮肥減施30%～50%配施。張鳳英等[26]研究表明施用生物有機肥可明顯促進西瓜的主蔓長、莖粗、主根長及葉綠素含量等；劉拴成等[27]在馬鈴薯上研究也發現，適宜的有機肥與無機肥配施有效促進了馬鈴薯葉綠素含量、根干質量、產量及品質的提高，與本研究結果一致。在西瓜的伸蔓期，單施有機肥處理葉綠素含量、主蔓長、莖粗和干物質積累量均高于單施化肥處理，這主要是因為西瓜生長前期需肥量少，生物有機肥在提供作物生長的N、P、K等大量元素外，還提供了大量的S、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、Mo、B等微量元素[28]，有效促進了西瓜的生長，說明有機肥能有效促進西瓜葉綠素含量、主蔓長、莖粗和干物質積累，促進西瓜的生長。同時，單施有機肥和單施化肥處理葉綠素、主蔓長、莖粗和干物質積累顯著低于有機肥與氮肥配施處理，并且在有機肥與氮肥減70%配施時差異顯著，達到了最大值，再增施化肥葉綠素含量、主蔓長、莖粗和干物質積累均降低，這主要是因為氮肥施肥過量對西瓜生長產生了一定的抑制作用。這也說明了適宜的有機肥與氮肥配施能有效促進西瓜伸蔓期的生長；在開花坐果期和成熟期，單施化肥處理西瓜的葉綠素、主蔓長、莖粗和干物質的積累量顯著高于單施有機肥處理，這與伸蔓期變化不一致，主要是因為有機肥肥效緩慢，隨著生育期的推進，西瓜的氮肥需求量不斷增大，有機肥不能夠及時提供西瓜生長所需的養分，此時，需要進一步的增施氮肥來提供西瓜生長所需的養分。有機肥與氮肥減施50%、30%配施和單施化肥處理間差異不顯著，均高于其他處理，并且有機肥與氮肥減施50%、30%配施處理葉綠素、主蔓長、莖粗和干物質積累量均高于單施化肥處理。

3.2 有機肥與氮肥配施對西瓜產量、品質和氮肥利用效率的影響

本試驗研究發現，有機肥與氮肥配施有效促進了西瓜的單瓜重，增加了產量，同時有效促進了西瓜含糖量、還原性Vc含量的增加，提高了西瓜的品質。有機肥與氮肥減施30%～50%配施，較傳統施用化肥可實現西瓜產量和品質的有效提高，有機肥與氮肥減施30%配施，產量和品質最好，其產量、含糖量和還原性Vc分別較單施化肥分別增加了5.5%、2.7%和10.43%，說明增施有機肥，減施化肥能有效促進西瓜的產量和品質的提高。周喜榮等[29]在葡萄上研究發現，60%生物有機肥+40%化肥顯著提高了葡萄產量和品質。同時，有機肥與氮肥配施有效的促進了西瓜氮素的積累，提高了氮肥利用效率，與單施化肥處理相比，其氮肥積累和氮肥利用效率增加了18.54%和66.55%。要娟娟等[30]在小麥上研究也發現，有機肥與氮肥配施顯著提高了冬小麥的產量、養分吸收和氮肥利用效率。蒲瑤瑤等[31]也研究表明有機肥替代部分化肥有效增加了西瓜的產量、品質和肥料利用率。李小萌等[32]在黃瓜上研究發現，適宜的有機肥與化肥配施顯著提高了黃瓜產量和肥料利用效率。

有機肥與化肥氮肥配施有效促進了西瓜植株營養生長期對氮素養分的吸收與積累，促進了源庫的協調發展，實現了西瓜產量和品質的提高，達到了增產、提質、減肥的目的。綜合西瓜生長、產量、品質和氮肥利用效率，在河西綠洲灌區，膜下滴管條件下，有機肥施用9 000 kg·hm-2的條件下，有機肥與化肥氮肥減施30%配施可有效提高西瓜產量和品質，化學氮肥施用量為175 kg·hm-2，可實現河西綠洲灌區保護地膜下滴灌西瓜的優質高產。同時本試驗研究還發現，在西瓜不同生長時期，有機肥與化肥的配施比例不同，應結合有機肥養分供應、土壤養分狀況及西瓜需肥規律綜合考慮進行進一步的研究，指導種植區西瓜合理精準施肥。