適宜有機肥氮替代化肥氮比例提高甜瓜養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和品質(zhì)

胡國智，閆 淼，熊 韜，吳 婷

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈密瓜研究中心，烏魯木齊830091）

合理利用有機肥資源，用有機肥替代部分化肥，是實現(xiàn)中國化肥零增長目標(biāo)的重要途徑之一[1]。生產(chǎn)中，有機肥在施用上存在肥效慢、養(yǎng)分含量低、施用量大費勞力及增產(chǎn)效果差等缺點，而化肥雖有養(yǎng)分高、增產(chǎn)快、用量少等特點，但單一大量施用化肥易造成土壤鹽分積累、肥效降低、作物產(chǎn)量品質(zhì)下降和環(huán)境污染等一系列問題[2–3]。甜瓜屬喜肥作物，為取得較高的經(jīng)濟效益，新疆甜瓜的氮肥施用量均在 255 kg/hm2以上[4–5]，而有機肥施用量一般只有1500 kg/hm2或基本不施用[6]，導(dǎo)致甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分利用率提高困難。有機肥應(yīng)用在瓜菜生產(chǎn)中有著極其重要的作用，研究表明，有機肥與無機肥配合施用對作物生長的效果較好[7–8]，并且有機無機肥料配施可協(xié)調(diào)養(yǎng)分均衡供應(yīng)，滿足作物整個生育期對養(yǎng)分的需求。徐強等[6]針對甜瓜開展化肥減施研究表明，有機肥替代30%化肥用量，可獲得較高產(chǎn)量和含糖量。趙云霞等[9]研究表明，在沙培的日光溫室條件下，適宜有機肥替代化肥施用可促進番茄生長，提高果實產(chǎn)量和品質(zhì)。張永平等[10]研究表明，有機肥替代50%無機肥可促進甜瓜生長和光合能力，獲得較好經(jīng)濟效益。新疆有機肥資源豐富但利用率低，本研究通過兩年定位試驗，分析不同比例有機肥氮替代無機肥氮對甜瓜植株不同生育階段氮、磷、鉀養(yǎng)分積累特性、分配變化及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，提出當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件下的適宜有機肥替代比例，以期為新疆甜瓜栽培合理減施化肥、增產(chǎn)增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況與試驗設(shè)計

試驗于2016—2017年在新疆吐魯番市高昌區(qū)亞爾鎮(zhèn)哈密瓜試驗基地進行，供試土壤為灌耕灰漠土，試驗前耕層土壤基本理化性狀為：有機質(zhì)14 g/kg、全氮 0.82 g/kg、全磷 0.9 g/kg、全鉀 1.52 g/kg、水解性氮95.8 mg/kg、有效磷 21.4 mg/kg、速效鉀 282 mg/kg、pH 8.4。

根據(jù)陳波浪等[11]和胡國智等[12]甜瓜養(yǎng)分吸收量，及張亦濤等[13]DNDC推薦施氮模型，設(shè)定本試驗施氮量為210 kg/hm2，試驗設(shè)置6個處理：1)不施氮(CK)；2)純化肥 N 210 kg/hm2(CF)；3) 100% 有機肥氮 (M)；4) 25% 化肥 N+75% 有機肥氮 (MF1)；5) 50%化肥氮+50%有機肥氮(MF2)；6) 75%化肥氮+25%有機氮(MF3)，處理3)～ 6)為等氮量設(shè)計，有機肥用量依次為12000、9000、6000和3000 kg/hm2。所有處理均施入 P2O5140 kg/hm2和 K2O 150 kg/hm2，處理3)～6)磷、鉀總量扣除有機肥帶入量，其余部分以化肥補齊。小區(qū)面積52.8 m2，3次重復(fù)，隨機排列。所用肥料：有機肥為腐熟羊糞(有機質(zhì)、N、P2O5、K2O分別為32.8%、1.78%、0.48%、1.1%)，全部基施；氮肥為尿素(N 46%)全生育期分6次追施苗期10%、伸蔓期15%、初花期25%、盛花期15%、花果期20%、果實膨大期15%；60%的磷肥和50%的鉀肥基施，基施磷鉀肥為重過磷酸鈣(P2O544%)和硫酸鉀 (K2O 51%)，40%的磷肥和50%的鉀肥隨滴灌追施，磷肥于苗期、伸蔓期、初花期分別追施10%、20%和10%，鉀肥于初花期、花果期和果實膨大期分別追施10%、20%和20%，追施磷鉀肥為磷酸一銨(N 12%、P2O560%)和硫酸鉀 (K2O 51%)。

供試甜瓜品種為‘黃皮9818’，每年4月5日前后播種，7月10日前后收獲，采用單行栽培，主蔓整枝，行距2 m，株距0.8 m，統(tǒng)一田間管理。

1.2 樣品采集與測定

分別于甜瓜伸蔓期、花果期、膨大期、成熟期采取地上部植株樣本，每小區(qū)采取甜瓜5株，按莖、葉、瓜不同器官分離開，在105℃下殺青30 min，75℃條件下烘干至恒重，稱重，將烘干的植株樣品粉碎，過0.5 mm篩，分析植株不同部位N、P、K養(yǎng)分含量[14]。用H2SO4–H2O2消煮，凱氏定氮法測定氮素含量，鉬銻抗比色法測定磷素含量，火焰光度計法測定鉀素含量；成熟期各小區(qū)隨機選10個甜瓜，利用手持測糖儀[15]，測定甜瓜果實中心部可溶性固形物含量，各小區(qū)全區(qū)收獲計產(chǎn)。

1.3 計算公式及統(tǒng)計方法[7]

氮(磷、鉀)養(yǎng)分積累量(kg/hm2)=氮(磷、鉀)養(yǎng)分含量×干物質(zhì)量；

氮肥利用率(NRE，%)=(施氮處理植株吸氮量?不施氮處理植株吸氮量)/施氮量 ×100；

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0和Excel 2007數(shù)據(jù)統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機無機肥施用比例對甜瓜各生育期植株氮、磷、鉀積累與分配的影響

2.1.1 不同施肥處理對甜瓜各生育期植株氮、磷、鉀養(yǎng)分積累動態(tài)的影響由甜瓜植株(主要是地上部，根部忽略)氮、磷、鉀積累量隨生育期進程的變化(圖1)可知，與CF相比，M處理(全部施用有機氮)顯著降低了甜瓜的氮磷鉀積累量，兩年的結(jié)果一致。MF1(75%的有機肥氮)處理甜瓜花果期的氮、磷、鉀積累量顯著低于CF，至果實膨大期，磷、鉀、氮累積積累量與CF沒有顯著差異，氮素累積量在成熟期依然顯著低于CF；MF2(50%有機肥氮)處理至果實膨大期時，氮、磷、鉀累積量與CF已無顯著差異，到成熟期高于甚至顯著高于CF；MF3(25%有機肥氮)處理的氮、磷、鉀累積量也自膨大期起與CF無顯著差異，到成熟期顯著高于CF。由此可見，有機肥替代化肥比例在25%～50%，甜瓜花果期前對甜瓜氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收雖然不如單施化肥處理，但從果實膨大期養(yǎng)分積累量開始增加，到成熟期與單施化肥沒有顯著差異。

圖1 有機肥不同替代比例下甜瓜植株氮、磷、鉀積累動態(tài)Fig. 1 Accumulation of N, P and K in muskmelon plant under different chemical fertilizer replacement ratios

2.1.2 不同施肥處理下甜瓜各生育階段植株氮、磷、鉀養(yǎng)分分配比例圖2結(jié)果表明，各生育階段甜瓜植株氮、磷、鉀養(yǎng)分積累分配比例存在一定差異，伸蔓期—花果期、花果期—果實膨大期、果實膨大期—成熟期各生育階段不同施肥處理2年氮平均積累量分別占全生育期氮積累量的32.5%～42.9%、13.3%～17.6%、39.6%～51.4%，磷平均積累量分別占46%～57.1%、8.4%～16.8%、30.8%～37.2%，鉀平均積累量分別占39.9%～46.1%、27.4%～33.7%、23.8%～27.9%。果實膨大期—成熟期氮的階段積累分配比例最高，伸蔓期—花果期磷、鉀的階段積累分配比例最高。因此，生育前期應(yīng)保證磷、鉀肥的施用，生育后期要保證氮肥的充足供應(yīng)。不同施肥處理在各生育階段對氮、磷、鉀積累分配比例具有明顯影響，2年結(jié)果表現(xiàn)一致，CF處理在花果期前(伸蔓期—花果期)氮、磷、鉀積累分配比例均高于MF2、MF3處理，而花果期后(花果期—果實膨大期和果實膨大期—成熟期) MF2、MF3處理氮、磷、鉀積累分配比例均高于CF處理，表明有機肥氮替代25%和50%的無機肥氮有利于甜瓜植株花果后期氮、磷、鉀的積累分配。

圖2 有機肥不同替代比例下甜瓜氮、磷、鉀階段積累量在整個生育期的占比Fig. 2 The proportions of periodical accumulation of N, P and K in the muskmelon growing period under chemical fertilizer replacement ratios

2.2 有機無機肥施用比例對甜瓜成熟期地上部各器官氮、磷、鉀養(yǎng)分積累與分配的影響

不同施肥處理對成熟期甜瓜不同器官氮素積累和分配有顯著影響(表1)。葉、莖中氮素積累量均以CF處理最高，對于生殖器官來說，以MF3處理氮素積累量最高，達(dá)130.77 kg/hm2，其次為MF2和CF處理，分別為126.55和121.18 kg/hm2。同M處理相比，CF、MF2、MF3處理甜瓜氮素積累分別增加18.89、24.26和28.48 kg/hm2，增幅分別為18.47%、23.72%和27.84%。葉、莖中氮素分配比例以CK和CF處理較高，瓜中氮素分配比例以施用有機肥的各處理較高，表明有機肥的施用有利于提高瓜中氮素分配。

表1 不同施肥處理對甜瓜成熟期不同器官氮素積累與分配的影響(2016和2017年平均值)Table 1 N accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average values in 2016 and 2017)

表2結(jié)果表明，各施肥處理均顯著增加甜瓜生殖器官瓜中的磷素積累量，對葉和莖中磷素積累量影響效果不顯著。與CK處理相比，CF、M、MF1、MF2和MF3處理瓜中的磷素積累量的增加量分別為10.44、5.83、11.14、13.10和 13.78 kg/hm2，增幅達(dá)17.25%～40.78%。從磷素在各器官的分配比例來看，與不施氮肥(CK)處理比較，其他各施肥處理均顯著提高磷素在瓜中的分配比例；而施化肥處理(CF)與有機肥氮替代無機肥氮各處理，在各器官磷素的分配比例上無顯著差異。

表2 不同施肥處理下甜瓜成熟期不同器官磷素積累與分配(2016和2017年平均值)Table 2 P2O5 accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average in 2016 and 2017)

不同施肥處理對甜瓜各器官鉀素的積累量均有一定的影響(表3)，與CK和M處理相比，施用化肥處理(CF)和有機肥氮替代無機肥氮處理均顯著增加葉、瓜中鉀素積累量，其中均以MF3處理最高。莖中鉀素積累量以CF處理最高達(dá)45.27 kg/hm2，顯著高于CK、M、MF1和MF3處理。各施肥處理對鉀素在葉中的分配比例無顯著影響，而對莖、瓜中鉀素分配比例有一定的影響，CF處理莖中鉀素分配比例最高為15.65%，化肥氮減量25% (MF3)和單施有機肥(M)處理瓜中鉀素分配比例最高，均與CF處理差異顯著。

表3 不同施肥處理下甜瓜成熟期不同器官鉀素積累與分配(2016和2017年平均值)Table 3 K2O accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average in 2016 and 2017)

2.3 有機無機肥施用比例對甜瓜產(chǎn)量品質(zhì)與氮養(yǎng)分利用效率的影響

由表4可知，2年不同施肥處理甜瓜單瓜重和產(chǎn)量均具有一定差異，與CK、M處理相比，單施化肥、有機肥氮替代化肥氮處理均具有一定的增產(chǎn)趨勢，其中MF2、MF3、CF處理產(chǎn)量顯著高于CK和M處理，2年不同施肥處理甜瓜產(chǎn)量從大到小依次為MF3>CF>MF2>MF1>M>CK，以MF3處理最高，較不施氮肥平均增產(chǎn)16.2%。與單施有機肥(M)處理相比，單施化肥、有機肥氮替代化肥氮處理均可顯著提高氮肥利用率。MF3處理的氮肥利用率最高，2年分別為33.80%和35.14%，其次為MF2處理，表明有機肥氮肥替代25%、50%化肥氮，可提高甜瓜氮肥利用率。不同施肥處理甜瓜可溶性固形物含量次序為MF3>MF2>CF>MF1>M>CK，以MF3處理最高；2年平均為16.02%。處理MF2、MF3和CF可溶性固形物含量均顯著高于CK處理，CK、M和MF1處理可溶性固形物含量較其他施肥處理2年平均低0.37%～1.15%。表明一定量的化肥和有機無機肥投入有利于甜瓜可溶性固形物的增加。

表4 不同施肥處理下甜瓜產(chǎn)量、氮肥利用率及品質(zhì)Table 4 Yield, quality, and nitrogen recovery efficiency of muskmelon under different fertilization treatments

3 討論

甜瓜在整個生育期內(nèi)，需不斷吸收礦質(zhì)營養(yǎng)，維持正常的生理代謝，其中對氮、磷、鉀的吸收量較多。相關(guān)研究表明，果實膨大期是影響甜瓜養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵時期[12]，此階段養(yǎng)分供應(yīng)對甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的提高至關(guān)重要。本研究中，MF2(有機肥氮替代50%化肥氮)和MF3(有機肥氮替代25%化肥氮)處理，通過對有機肥氮替代無機肥氮比例的調(diào)控，提高了甜瓜中后期養(yǎng)分積累。與MF2和MF3施肥處理相比，單施化肥(CF)處理只提高了甜瓜花前氮磷鉀積累量，而花后氮磷鉀積累量及此階段養(yǎng)分積累所占整個生育期養(yǎng)分積累量的比例均低于MF2和MF3施肥處理，這可能是由于適當(dāng)比例有機肥氮替代化肥氮施肥模式，通過合理的有機無機氮磷鉀供應(yīng)，促進了甜瓜花后生長發(fā)育，進而促進了甜瓜對養(yǎng)分的吸收與積累。而單施化肥無機氮磷鉀的投入，使甜瓜植株前期生長旺盛，而后期養(yǎng)分供應(yīng)不足，從而使甜瓜生育中后期植株氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累量下降。有研究表明，不同化肥有機肥料配比，其對土壤培肥效果存在一定差異[16]，因此，根據(jù)甜瓜生育期養(yǎng)分吸收規(guī)律，合理地配置化肥有機肥施用比例，以滿足甜瓜各生育期對養(yǎng)分的需求。

楊璐等[17]研究表明，化肥減量15%～30%，可促進氮、磷、鉀養(yǎng)分在春玉米生殖器官籽粒中的積累和各器官的合理分配。唐莉娜等[18]指出，有機無機肥配施能夠降低烤煙莖稈中的氮、磷、鉀分配比例。本研究中，氮、磷、鉀養(yǎng)分在瓜中積累量以MF2和MF3處理較高，分配比例以MF3處理瓜中最高，表明化肥氮25%和50%用有機肥氮替代可以使更多的養(yǎng)分在生殖器官瓜中積累，提高了養(yǎng)分吸收利用效率，從而降低了養(yǎng)分進入環(huán)境的風(fēng)險。

本研究表明，與單施化肥相比，有機肥氮替代25%化肥氮甜瓜產(chǎn)量不降低并略有提高，穩(wěn)產(chǎn)性能強，這可能是由于有機肥氮替代25%化肥氮能夠改善土壤中氮素的供應(yīng)過程，使土壤養(yǎng)分能夠平穩(wěn)釋放[19]。其它作物研究[20–21]結(jié)果顯示 ，有機肥氮替代部分化肥氮能夠穩(wěn)定和提高作物產(chǎn)量，這與本研究結(jié)果基本一致。合理施肥是提高肥料利用率的重要手段之一，本研究結(jié)果顯示，2年氮肥利用率從大到小依次為MF3>MF2>CF>MF1>M，表明有機肥氮替代25%～50%化肥氮能提高氮肥利用率，這與前人[1, 22]對玉米、水稻等作物的研究結(jié)果一致。單施有機肥(M)處理氮肥利用率表現(xiàn)最低，這可能由于單施有機肥，土壤有效氮素前期不足，降低了植株對氮素積累量，使氮素利用率下降[23]。

不同施肥方式對甜瓜品質(zhì)有一定影響，本試驗中，CK、M和MF1處理可溶性固形物較其它施肥處理2年平均低0.37%～1.15%，其原因可能是營養(yǎng)元素缺失或有機肥施用量過大，影響了植株對營養(yǎng)元素的吸收利用，導(dǎo)致果實營養(yǎng)吸收特性發(fā)生變化，尤其是抑制了脫落酸(ABA)和赤霉素(GA3)的產(chǎn)生，進而影響了果實中糖分的代謝和積累，使得甜瓜果實可溶性固形物含量降低[24–25]。

4 結(jié)論

在新疆甜瓜生產(chǎn)中，與單施化肥相比，有機肥氮超過總氮量的75%時不能滿足甜瓜對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收和積累，因而不同程度地降低甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。施用25%～50%的有機肥氮(羊糞)替代化肥氮，其養(yǎng)分的供應(yīng)與甜瓜氮磷鉀養(yǎng)分的吸收積累規(guī)律吻合，既保證了甜瓜營養(yǎng)生長期對磷鉀的需要，還促進了果實膨大期后對氮素的吸收積累，因而提高了甜瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。