不同施肥方式對設施黃瓜產量及水肥利用效率的影響

諸海燾,蔡樹美,李建勇,張德閃,付子軾,徐四新

(1 上海市農業科學院生態環境保護研究所,上海市設施園藝技術重點實驗室,農業部上海農業環境與耕地保育科學觀測實驗站,上海201403;2 上海市農業技術推廣服務中心,上海201103)

滴灌施肥技術在中國又稱為微灌施肥技術[1],是借助壓力系統將可溶性固體或液體肥料,按土壤養分含量和蔬菜作物需肥規律的特點,配兌成肥液與灌溉水一起相融后,利用可控管道系統供水、供肥,將水分、養分均勻、定時、定量按比例直接提供給作物[2],該技術在節水、提高肥料利用率、增加作物產量和品質、節省勞動力、改善土壤環境等方面具有顯著優勢[3-4]。

原農業部2015年提出,力爭到2020年主要農作物化肥用量實現零增長,肥料利用率達到40%以上,灌溉施肥技術作為既能提高肥料利用率、又可節水省工的技術受到學者的廣泛關注。由于我國是一個缺水農業大國,很多學者對通過灌溉施肥技術提高灌溉水利用效率做了大量研究,鄒曉霞[5]總結了14 篇與微灌有關的文獻,結果顯示微灌的節水幅度為35%—70%,平均節水率為52.7%,節水效果顯著。劉蘭育等[6]在新疆棉花上的研究表明,膜下滴灌可提高灌溉水的利用效率,與溝灌相比可節水53.96%。而在灌溉施肥技術對提高肥料利用率方面,文獻報道多集中在糧食、棉花、果樹等作物上,張國橋等[7]研究了水肥一體化對玉米磷利用效率的影響,張大鵬等[8]研究了滴灌施肥對蘋果氮素吸收與利用的影響,但在設施蔬菜方面的研究不多。本研究通過設置全營養滴灌施肥、滴灌施肥無氮區、滴灌施肥無磷區、滴灌施肥無鉀區、常規溝灌沖施區(對照)等不同施肥方式,調查各處理地上部莖、葉、瓜累積生物量及氮磷鉀養分含量,明確灌溉施肥技術對提高設施黃瓜肥料氮、磷、鉀養分利用率的效果,為化肥的合理減施提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗地點位于上海市農業科學院莊行試驗站新建大棚(8 m ×40 m),土壤基礎肥力為:有機質15.67 g∕kg,全氮1.23 g∕kg,堿解氮105.3 mg∕kg,有效磷28.39 mg∕kg,速效鉀160 mg∕kg;設置5個處理,3次重復,隨機區組排列。試驗小區長13 m,寬1.6 m,面積21 m2。黃瓜幼苗長到3—4 片真葉時定植。2016年8月21日起壟做畦,8月22日施基肥、覆膜。黃瓜品種為‘碧玉’,播種日期8月25日,9月9日移栽,壟寬1.1—1.2 m,每棚5 壟,一壟雙行定植。每壟鋪滴灌帶2 條,每條滴灌帶進水口上裝獨立閉合開關,方便不同處理間單獨灌溉施肥。

1.2 試驗設計

試驗設5個處理,分別為:等氮磷鉀常規沖施對照(TCNPK),無氮等磷鉀滴灌施肥處理(TFPK),無磷等氮鉀滴灌施肥處理(TFNK),無鉀等氮磷滴灌施肥處理(TFNP)和氮磷鉀滴灌施肥處理(TFNPK)。試驗棚的東端放4個滴灌施肥處理,最西端放常規沖施處理,滴灌區與沖施區用土工膜隔離,土工膜入土深度30 cm,肥料用量和運籌見表1,全生育期施基肥1 次,追肥6 次。滴灌施肥區采用膜下滴灌,施肥用TF2502 比例式注肥泵按小區滴灌施肥,常規施肥開溝撒施后澆水沖施,每次灌水量0.3 m3∕壟,各處理其他病蟲害防治和農藝措施等保持一致。

表1 黃瓜試驗方案Table 1 Experimental design of cucumber fertilization

1.3 記錄項目

每小區定點選取20 株,編號并掛吊牌,收集被掛牌植株整個生育期的整枝及落葉,記錄其質量。自黃瓜開始采收起,每次采摘時記錄黃瓜果實質量并留取樣品供檢測。結束期測單株總生物量并留莖葉樣品。將每次采集的地上部樣品稱鮮重后,于105 ℃干燥箱殺青30 min,然后在65 ℃干燥箱烘干至恒重,稱干重。

1.4 檢測指標

將黃瓜地上部分莖、葉烘干后粉碎待測,黃瓜樣品直接鮮樣測定。樣品通過H2SO4-H2O2消化后,用半微量凱氏定氮法、釩鉬黃比色法和火焰光度法測定植株全N、P、K 含量,并按公式計算肥料氮磷鉀當季利用效率。

氮肥利用率=(施氮區蔬菜地上部分吸氮量-等磷鉀的無氮區蔬菜地上部分吸氮量)∕施氮量×100%;

磷肥利用率=(施磷區蔬菜地上部分吸磷量-等氮鉀的無磷區蔬菜地上部分吸磷量)∕施磷量×100%;

鉀肥利用率=(施鉀區蔬菜地上部分吸鉀量-等氮磷的無鉀區蔬菜地上部分吸鉀量)∕施鉀量×100%。

維生素C 含量采用2,6-二氯靛酚滴定法測定,可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定[9]。

1.5 數據計算

采用Excel 2010 和SPSS 17.0 軟件進行統計分析,采用LSD 法進行差異顯著性比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對黃瓜產量和品質的影響

從表2 可知,等氮磷鉀滴灌施肥區黃瓜產量最高,每667 m2的產量為4921.8 kg,比等氮磷鉀沖施對照提高6.90%,差異達顯著水平。3個缺素處理均表現減產,其中無氮處理減產幅度最大,比等氮磷鉀沖施對照(CK)減產20.38%,無磷施肥區減產幅度其次,比CK 減產14.96%,差異均達顯著水平。無鉀施肥區黃瓜減產幅度最小,僅比等氮磷鉀沖施對照減產0.96%,無顯著差異。黃瓜單果質量與產量趨勢表現一致,無氮施肥區單果質量最低,等氮磷鉀滴灌區最高,平均單果質量為89.3 g。

表2 不同施肥處理對黃瓜產量和品質的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments on yield and quality of cucumber

不同處理間黃瓜維生素C 含量結果表明,與等氮磷鉀沖施對照比較,無氮區和無鉀區維生素C 含量分別降低了4.89%和9.32%,其中無鉀區差異達顯著水平,無磷區和等氮磷鉀滴灌施肥區黃瓜維生素C比常規對照增加了3.97%和2.86%,但差異均未達顯著水平?？扇苄蕴侵笜?個缺素區處理均低于等氮磷鉀沖施對照,而等氮磷鉀滴灌施肥區比對照增加了0.11個百分點,但差異未達顯著水平,說明科學合理氮磷鉀配比和灌溉施肥方式,可以提高黃瓜果實的維生素C 和可溶性糖含量,從而提升黃瓜的口感和食用品質。

2.2 不同施肥處理對黃瓜地上部各器官氮磷鉀吸收量影響

表3 不同施肥處理黃瓜地上部器官吸氮量及吸收比例Table 3 Nitrogen absorption and and absorption ratio of cucumber organs of different fertilization treatments

通過對全生育期地上部各器官樣品的生物量進行統計,分別測定各器官樣品的氮、磷、鉀含量,可以計算出黃瓜不同部位氮(表3)、磷(表4)、鉀(表5)的累積吸收量和不同部位吸收比例。結果表明:不同器官間比較,黃瓜果實中的氮、磷、鉀吸收量占比最高,果實中氮、磷、鉀吸收量分別占到整株吸收量的70.71%—73.66%、76.28%—78.82%和66.96%—69.43%。各處理黃瓜莖中氮、磷、鉀吸收量分別占到整株吸收量的7.55%—9.25%、5.63%—6.71%、14.70%—16.67%,各處理黃瓜葉片中氮、磷、鉀吸收量分別占到整株吸收量的12.18%—15.58%、7.36%—10.65%、8.21%—9.15%,打杈落葉中氮、磷、鉀吸收量分別占整株吸收量的4.28%—6.61%、5.90%—7.09%、5.94%—7.87%。

表4 不同施肥處理黃瓜地上部器官吸磷量及吸收比例Table 4 Phosphorus absorption and absorption ratio of cucumber organs of different fertilization treatments

表5 不同施肥處理黃瓜地上部器官吸鉀量及吸收比例Table 5 Potassium absorption and absorption ratio of cucumber organs of different fertilization treatments

不同器官間氮、磷、鉀三要素吸收量比較,各器官吸氮量占整株吸收比例從高到低順序為:果實＞葉片＞莖＞打杈落葉(表3),各器官吸磷量占整株吸收比例從高到低順序為:果實＞葉片＞打杈落葉＞莖(表4),各器官吸鉀量占整枝吸收比例從高到低順序為:果實＞莖＞葉片＞打杈落葉(表5)。

不同施肥處理間比較,各器官中氮、磷、鉀整株累積吸收量表現基本一致,等氮磷鉀滴灌施肥區養分吸收量最高,其次為等氮磷鉀沖施對照區,缺素區最低。其中,整株吸氮量等氮磷鉀滴灌施肥區和等氮磷鉀沖施對照區顯著高于其他3個缺素區,滴灌施肥和常規沖施間無顯著差異;整株吸磷量和吸鉀量等氮磷鉀滴灌施肥區顯著高于等氮磷鉀沖施區和其他3個缺素區。

2.3 不同施肥處理對黃瓜養分吸收量和肥料利用率的影響

從表6 數據可知,等氮磷鉀沖施對照區每667 m2氮、磷、鉀的吸收量分別為8.62 kg、4.43 kg、10.59 kg,三要素累積吸收量為23.64 kg,等氮磷鉀滴灌施肥區氮磷鉀三要素累積吸收量為26.72 kg,比對照區提高了13.03%,氮、磷、鉀單元素吸收量分別比常規沖施對照提高了10.44%、14.45%和14.54%。經差減法計算,沖施對照區氮、磷、鉀當季利用率分別為23.16%、11.67%和10.7%,而滴灌施肥區氮磷鉀利用率分別達到了30.67%、22.33%和26.1%,較沖施對照區分別提高了7.51、10.66 和15.40個百分點,表明采用滴灌施肥技術可有效提高肥料利用率,減少肥料的流失浪費。

表6 不同施肥處理的化肥氮磷鉀利用率Table 6 Nitrogen,phosphorus and potassium use percent of different fertilization treatments

2.4 不同施肥處理對黃瓜生產效益分析

由表7 可見,黃瓜滴灌施肥技術平均每667 m2可節水95 t,節約51.4%;水溶肥肥料成本每667 m2增加112 元(人民幣,下同);灌溉施肥省工55.6%,全生產過程省工5 工,綜合效益較常規沖施每667 m2增加1283.9 元,其中節約成本330.5 元。

表7 黃瓜滴灌施肥技術應用效益分析Table 7 Analysis of Economic benefit of Drip fertilization in cucumber

3 討論與結論

3.1 滴灌施肥可提高黃瓜產量,等氮磷鉀滴灌施肥區每667 m2黃瓜產量為4921.8 kg,比等氮磷鉀沖施對照提高6.90%,差異達顯著水平。3個缺素處理均表現減產,其中缺氮對黃瓜產量影響最大,缺磷其次,缺鉀影響最小,說明缺少氮磷鉀任一元素均會降低黃瓜產量。等氮磷鉀滴灌施肥區黃瓜維生素C 和可溶性糖含量均高于等氮磷鉀沖施對照,其中維生素C 含量提高了2.86%,可溶性糖含量提高了0.11個百分點,有效提升了黃瓜口感和食用品質。缺少任一元素均會降低黃瓜維生素C 和可溶性糖的含量,其中缺鉀區維生素C 含量最低,且差異達顯著水平,這與張恩平等[10]鉀肥處理對維生素C 含量影響顯著的研究結果一致,表明鉀元素對改善黃瓜品質有重要影響。

3.2 不同器官間氮、磷、鉀三要素吸收量比較,各器官吸氮量占整株吸收比例為:果實＞葉片＞莖＞打杈落葉,各器官吸磷量占整株吸收比例為:果實＞葉片＞打杈落葉＞莖,各器官吸鉀量占整枝吸收比例為:果實＞莖＞葉片＞打杈落葉。三要素中氮和鉀的吸收比例順序較為相似,都是果實中養分吸收量最高,整枝落葉中吸收量最低,區別在于吸氮量葉片＞莖,而吸鉀量莖＞葉片,這應該是與器官中氮、鉀含量有關。

3.3 滴灌施肥可顯著提高肥料利用率,氮、磷、鉀利用率分別為30.67%、22.33%、26.1%,滴灌施肥的氮、磷、鉀利用率較常規沖施對照分別提高了7.51、10.66 和15.4個百分點,其中鉀素的利用率偏低,可能是因為試驗土壤供鉀相對較充足,不施鉀肥對黃瓜產量影響較小。

3.4 從經濟效益分析,雖然水溶肥價格比普通肥料每667 m2增加了112 元,但滴灌施肥可減少施肥用工和用水成本,而且還可提高黃瓜產值,綜合效益較常規沖施每667 m2增加1283.9 元,經濟效益顯著。