沼液替代化肥對西瓜產量、品質與土壤肥力影響的試驗研究

摘 "要：為探明豫西丘陵褐土區露地西瓜沼液還田條件下最佳的替代化肥量，給沼液循環利用提供科學理論依據。在大田試驗條件下，以西瓜品種“福星八號”為試驗材料，設置低量沼液（4 t/667 m2，T1）、中量沼液（6 t/667 m2，T2）、高量沼液（8 t/667 m2，T3）、常規施肥（80 kg/667 m2，T4）和不施肥（0，CK）5個處理，研究沼液替代化肥對露地西瓜生長發育和產量品質及土壤養分的影響。結果表明，沼液替代化肥未對西瓜生長發育產生負影響，并且保障西瓜產量，其中T3處理最高比T4最終產量提高2.3%，不同施肥處理間西瓜單果質量和總產量均無顯著差異（P＜0.05），西瓜植株蔓長、葉片數和根長以T3處理表現最優；T1、T2和T3處理西瓜可溶性固形物含量、可溶性總糖含量、糖酸比都較T4和CK顯著提高（P＜0.05）；沼液還田后，土壤養分含量相比還田前都有所變化，相比T4處理，沼液替代化肥處理組有機質和堿解氮含量顯著提高（P＜0.05），最高（T3處理）分別提升8%和12%，有效磷顯著降低（P＜0.05），pH和全氮、全磷、全鉀變化不大。在該試驗條件下，建議露地西瓜整個生育期內施用3次沼液，總施用量控制在120 t/hm2，施用時期分別為點播前期作為基肥（50%）、伸蔓期（30%）和膨果初期（20%）。

關鍵詞：沼液替代；西瓜；產量；品質；土壤養分

中圖分類號：S651 " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-9902（2023）05-0024-05

Abstract： In order to find out the best amount of alternative chemical fertilizer under the condition of watermelon biogas slurry returning to the field in the hilly cinnamon soil area of western Henan， and provide scientific theoretical basis for biogas slurry recycling， this paper uses watermelon variety \"Fuxing 8\" as experimental material in the condition of field experiment， this paper studies the effects of biogas slurry， instead of chemical fertilizer， on growth and development， yield， quality and soil nutrients of watermelon in open field through five treatments： low amount of biogas slurry （4 t/667 m2， T1）， medium amount of biogas liquid （6 t/667 m2， T2）， high amount of biogas liquid （8 t/667 m2， T3）， conventional fertilization （80 kg/667 m2， T4） and no fertilization （0， CK）. The results showed that the substitution of biogas slurry for chemical fertilizer had no negative effect on the growth and development of watermelon， and ensured the yield of watermelon， in which the final yield of T3 was 2.3% higher than that of T4. There was no significant difference in single fruit quality and total yield among different fertilization treatments （P lt; 0.05）. The plant vine length， leaf number and root length of watermelon were the best in T3 treatment. The soluble solids content， total soluble sugar content and sugar-acid ratio of watermelon treated with T1， T2 and T3 were significantly higher than those of T4 and CK（P lt; 0.05）. After the biogas slurry was returned to the field， the soil nutrient content changed compared with that before returning to the field. Compared with T4 treatment， the content of organic matter and alkali-hydrolyzable nitrogen in the biogas slurry instead of chemical fertilizer treatment group increased significantly （P lt; 0.05）， with the percentages of increase being 8% and 12%， respectively， the available phosphorus decreased significantly （P lt; 0.05）， and the pH and total nitrogen， total phosphorus and total potassium changed little. Under the conditions of this experiment， it is suggested that biogas slurry should be applied 3 times in the whole growth period of open field watermelon， and the total application amount should be controlled at 120 t/hm2. The application period is as base fertilizer （50%）， vine extension stage （30%） and fruit expansion stage （20%）.

Keywords： biogas slurry substitution; watermelon; yield; quality; soil nutrient

化肥減量和有機肥替代化肥是“十四五”全國農業綠色發展規劃的重要內容。沼液作為沼氣工程的副產物，其不僅含有農作物生長所必需的氮、磷和鉀等大量營養元素，以及鐵、鋅和鈣等多種中微量元素，而且含有氨基酸、黃腐酸、生長素、赤霉素及酶類等多種活性物質，是一種優質的高效有機液體肥料，可作為化肥的替代源之一[1-5]。對沼液的合理利用不僅能增加土壤有機質、改良土壤、提高農作物的產量和品質，還能減少化肥施用，降低農業生產成本，促進提質增效、種養循環和農業綠色發展[6-10]。但是不合理的施用也會給農業生產和環境產生負面效應[11]，因此，進行沼液還田應用效果研究，對促進種養結合生態循環模式的推廣應用具有十分重要的意義。國內外對沼液養分物質含量、沼液對不同作物產量影響的研究較多[12-16]，將沼液作為葉面肥噴施應用于果樹、蔬菜作物上的研究也有報道[17-19]，部分研究結果在沼液全量替代化肥后作物產量是否會降低這個問題上存在爭議[20-21]。由于沼液在滴灌過程中極易堵塞管道，從而給其大規模應用帶來較大困難[22]，將沼液中的養分通過滴灌系統實現糞污的資源化利用目前鮮有報道。本研究嘗試對沼液進行多級過濾處理，達到滴灌試驗要求（120目）。在豫西褐土區露地西瓜上，進行不同量沼液替代化肥田間試驗，以西瓜產量、品質和土壤理化性狀等為評價對象，評估沼液施用對露地西瓜和土壤環境質量的影響，以確定褐土區露地西瓜生產中沼液適宜施用量，從而為實現沼液高效就地循環模式利用提供理論和實踐指導。

1 "材料與方法

1.1 "試驗材料

供試西瓜品種為“福星八號”，2021年5月9日點播并灌根，7月22日開始采收，7月26日采收結束。試驗于2021年5—7月在汝州市士博生態農業示范基地進行。供試土壤為褐土，pH 7.58，有機質25.3 g/kg，全氮、全磷和全鉀分別為1.73、0.78和20.30 g/kg，堿解氮、有效磷和速效鉀分別為143.01、15.10和196.00 mg/kg，總汞、總砷、鉛、鎘和鉻分別為0.024、10.3、26.5、0.12和50 mg/kg。供試沼液發酵原料來自金匯牧業有限公司養豬場糞污水，糞污經一級、二級發酵池進行發酵，正常產氣后發酵好的沼液經二級過濾后進入摻混池，按1∶2比例與清水混合后注入水肥一體化管網進行還田施用。沼液中pH 8.27，總氮 2.0 g/L，磷 0.9 g/L，鉀 4.3 g/L，有機質含量62.6 g/L。

1.2 "試驗設計

試驗設5個處理，每個處理設3次重復，一共15個小區，每個小區面積66 m2（10 m×6.6 m），隨機區組排列。西瓜種植行距1.65 m，株距0.5 m，小區邊用3行保護行隔開。各處理小區施肥量具體如下：T1沼液0.4 t；T2沼液0.6 t；T3沼液0.8 t；T4復合肥7.9 kg；CK不施肥。

常規施肥處理肥料按底肥70%，追肥30%施用。沼液處理分3次施用（基肥、伸蔓期和膨果初期），每次用量分別為各處理設定量的50%、30%和20%，其他田間管理均保持一致。

1.3 "項目測定

試驗后，采集各小區土壤樣品，檢測其pH、有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、總汞、總砷、鉛、鎘和鉻等指標。

西瓜成熟后各小區實測產量。同時每個小區采集有代表性植株3株，測定其蔓長、葉片數和根長等農藝性狀指標，并測定西瓜果實中可溶性固形物、可滴定酸、可溶性總糖和維生素C等品質指標，以及鎘（以Cd計）、鉻（以Cr計）、總砷（以As計）和鉛（以Pb計）等重金屬含量情況。

土壤樣品各指標檢測參照土壤農化分析常規方法測定[23]，西瓜果實中可溶性固形物含量用手持折光儀測定，可滴定酸含量用NaOH滴定法測定，可溶性總糖含量采用蒽酮比色法測定，維生素C含量采用2，6-二氯靛酚滴定法[24]。

1.4 "數據分析

試驗數據采用Microsoft Excel 2013進行統計、作圖，運用SPSS 20.0統計軟件進行方差分析，采用最小顯著差異法（LSD）進行差異顯著性檢驗。

2 "結果與分析

2.1 "沼液有機肥對西瓜產量的影響

不同處理間西瓜單果質量T3最高為7.78 kg，CK最低為6.98 kg，T3處理比T4處理高7%；總產量T3最高為65.85 t/hm2，CK最低為61.78 t/hm2，T3處理比T4處理高2.4%，各處理間差異均不顯著（P＜0.05）（圖1）。這與高旭在甜瓜作物上的研究結果一致[13]。

2.2 "沼液有機肥對西瓜生長指標的影響

生長指標能夠有效表征作物生長狀況。由表1可知，不同施肥處理，西瓜的長勢不同。處理T3西瓜蔓長較常規施肥T4長14.3%，較處理CK長29.7%，處理T1、T2、T3與CK處理差異顯著（P＜0.05），T1、T2、T3和T4之間差異不顯著（P＜0.05）。各處理西瓜植株的葉片數以T3處理為最多，平均達到14片，不施肥處理葉片數最少，平均僅有10片。各處理根長略有差異，但是沒有達到顯著水平（P＜0.05）。

總體來看，各處理西瓜蔓長長短依次為T3＞T1＞T2＞T4＞CK；葉片數依次為T3＞T2＞T4＞T1＞CK；根長依次為T3＞T2＞T4=T1＞CK。從總的趨勢來看，各處理對西瓜的蔓長，葉片數，根長生長量影響的順序依次為T3＞T2＞T1＞T4＞CK。

2.3 "沼液有機肥對西瓜品質指標的影響

由表2可知，沼液處理（T1、T2、T3）西瓜可溶性總糖和可溶性固形物含量提高，并與常規（T4）和對照（CK）處理差異顯著（P＜0.05），其中處理T3總糖含量最高為8.37%，T3可溶性固形物達到11.07%；沼液處理西瓜維生素C含量高于常規化肥和對照組；不同處理之間，西瓜中可滴定酸和維生素C的含量無顯著差異（P＜0.05），施用沼液處理糖酸比顯著高于常規化肥和對照組（P＜0.05）。

所有處理西瓜中重金屬As、Pb、Cr、Cd均未檢出。

2.4 "沼液有機肥用量與西瓜生長指標及品質指標的關聯度分析

由表3可以看出，沼液有機肥用量與西瓜生長指標的關系由高到低依次是蔓長＞單果重＞葉片數＞根長，其中蔓長與沼液有機肥施用量關聯度較高，關聯系數為0.672；其次是單果重、葉片數和根長，關聯系數分別為0.511、0.314和0.219；沼液有機肥用量與西瓜品質指標的關系由高到低依次是可溶性總糖含量＞可溶性固形物＞維生素C＞可滴定酸含量，其中西瓜可溶性總糖含量與沼液有機肥施用量關聯度較高，其次為可溶性固形物、維生素C，可滴定酸含量與沼液有機肥施用量關聯度較低。

綜合分析，在西瓜生長過程中，施用沼液后對蔓長、單果重及可溶性總糖和可溶性固形物含量等品質指標的影響較明顯。

2.5 "沼液有機肥對土壤理化性質的影響

土壤測定結果表明（表4），施用沼液之后土壤的理化性狀都較試驗前存在不同程度的變化，pH、全氮、磷和鉀含量相對變化不大，有機質、堿解氮和速效鉀等速效養分含量均有所提高，平均最高分別比試驗前增加0.18%、58.53 mg/kg和160.15 mg/kg，處理T2、T3有機質含量與常規化肥和對照處理差異達到顯著水平（P＜0.05），這主要是因為沼液中富含氮、鉀等元素，可以明顯提高土壤中速效養分的含量，并且隨著沼液用量增加土壤養分有增加趨勢，這與曹易繁等[25]在小麥作物上的研究結果一致；土壤有效磷比之前降低，且均比常規化肥偏低，但是隨著沼液用量增加而下降幅度減小，表明沼液中磷元素含量相對不足。

經檢測，試驗前后土壤重金屬鉻、鎘、鉛、汞、砷含量均低于GB 15618—2018《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》標準中規定的農用地土壤污染風險篩選值[26]。

3 "結論

3.1 "不同沼液施用量對露地西瓜產量和品質的影響

本研究結果表明，當沼液施用量（T2、T3）在一定范圍內時，西瓜單果重和總產量均大于常規化肥（T4）和清水對照（CK）處理，且隨著沼液用量的增加而增加。主要是因為沼液中所含的速效養分容易被西瓜吸收，促進其生長發育；低施用量沼液（T1）處理西瓜產量有所降低，這可能是由于沼液養分供應不足時，西瓜生長受到影響。這與Cela等[27]、王桂良等[28]在其他作物上研究結果一致。同時，沼液處理（T1、T2、T3）西瓜可溶性固形物、可溶性糖含量及糖酸比均顯著提高，與常規施肥（T4）處理相比，T3處理可溶性固形物含量顯著增加了1.57%，可溶性總糖顯著提高了1.46%，表明沼液替代化肥可改善西瓜品質。可能是由于沼液中含有腐殖酸、酶和生長素等一些生物活性物質，有效促進了西瓜根系生長[29]，同時沼液施用有利于協調土肥供氮性能與作物需求之間的關系、平衡碳氮代謝過程[30]，進而起到提高作物品質的作用。這與趙京奇等[31]、周靜等[32]在哈密瓜、設施西瓜上的試驗結果一致，但與周杰良等[33]在青椒上的試驗結果不盡相同，可能與作物種類不同相關，從而對其果實品質造成了影響；或者可能與產生沼液的原料性質有關，從而對沼液的營養成分及穩定性產生了影響，進而影響了果實對其吸收。

3.2 "不同沼液施用量對土壤基本理化性狀的影響

沼液一般呈微堿性，施用沼液可以改善因長期施用化肥造成的土壤酸化和板結問題[34]。本研究結果表明，沼液施肥處理（T1、T2、T3）土壤pH呈穩定趨勢，均較常規化肥（T4）和對照（CK）有所上升，常規化肥（T4）處理小區土壤pH為7.35，顯著低于各沼液施肥小區和對照小區。說明施用化肥可能會造成土壤pH降低，而施用沼液則有利于調節土壤pH。試驗結果表明，沼液處理小區土壤有機質含量均較試驗前有所提高，這主要是因為沼液有機肥中富含一些有機物質（纖維素、半纖維素、木質素及含氮化合物），這些有機物質在土壤微生物作用下可轉化為土壤有機質[35]。進一步分析發現，試驗后沼液處理土壤磷素養分有所下降，可能由2方面原因所致：一是沼液中磷素含量較低；二是沼液呈溶液狀態，在施用過程中會因為滲漏而損失。露地西瓜施用沼液后，土壤中重金屬元素均無超標現象，但長期連續施用后，土壤中重金屬元素是否會積累超標，有待進一步長期定點監測。

綜上，在豫西丘陵褐土區，合理施用沼液種植露地西瓜可以提升其產量和品質，同時還能改良長期施用化肥造成的土壤酸化、板結，增加土壤有機質，改善土壤理化性狀。結合本試驗露地西瓜生長發育、產量、品質及土壤養分狀況等多方面因素，建議整個生育期內施用3次沼液，總施用量控制在120 t/hm2，施用時期分別為點播前期作為基肥（50%）、伸蔓期（30%）和膨果初期（20%）。

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