有機-無機肥耦合滴灌對設(shè)施西瓜產(chǎn)量品質(zhì)及土壤肥力的影響

韓聰穎， 馬永杰， 張雪艷

(寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院，寧夏銀川 750021)

西瓜在我國有悠久的栽培歷史，因其味美甘甜，備受人們喜愛[1]，到2020年，我國西瓜產(chǎn)量和面積均位列世界第一。寧夏日照充足、空氣干燥、晝夜溫差大，具有生產(chǎn)西瓜得天獨厚的資源優(yōu)勢[2]，寧夏露地瓜栽培面積為52 317 hm2，設(shè)施西瓜栽培面積已達(dá)3 130 hm2，西瓜已然成為寧夏重要的經(jīng)濟(jì)作物，成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民脫貧致富的重要途經(jīng)[3]。

設(shè)施西瓜是實現(xiàn)西瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、保證周年供應(yīng)的重要途徑，而設(shè)施作物生長發(fā)育的一個重要因素是肥料，科學(xué)合理的肥水管理是實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的重要途徑和保障。由于我國目前設(shè)施栽培領(lǐng)域的不成熟，大水大肥，粗放式的肥水管理模式依然占據(jù)主體地位[4]，設(shè)施作物缺少水分淋溶，隨著施用年限的增加，無機營養(yǎng)液施用造成土壤次生鹽漬化嚴(yán)重、生物多樣性減少[5]。有機肥替代無機肥近年來已成為主流趨勢，戚嘉琦等研究發(fā)現(xiàn)氨基多糖水溶肥能促進(jìn)西瓜生長，提高土壤酶活性，改善土壤微生物群落結(jié)構(gòu)[6]。合理施用有機肥是提高瓜菜品質(zhì)的措施，張長坤等研究發(fā)現(xiàn)無機肥減施25%以及施微生物菌肥6 000～7 500 kg/hm2可顯著提高西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)[7]。張瓊等認(rèn)為長效緩釋專用肥作為基肥一次性施入，整個生育期無需追肥，可提高西瓜單株坐果率，提升質(zhì)量，節(jié)約成本，使效益達(dá)到最大化[8]。姜燦爛等通過長期定位試驗發(fā)現(xiàn)，在單施化肥的基礎(chǔ)上有機肥的施入不僅有利于紅壤旱地土壤大團(tuán)聚體的形成，還有利于改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)及其穩(wěn)定性，有機營養(yǎng)液替換無機營養(yǎng)液可改善土壤理化性質(zhì)和肥力，減少連作土壤部分養(yǎng)分流失和富集，對促進(jìn)西瓜可持續(xù)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義[9]。

本研究以設(shè)施西瓜黑帥為試驗對象，探究有機-無機肥耦合對設(shè)施西瓜土壤肥力和品質(zhì)的影響，旨在解決設(shè)施西瓜可持續(xù)高質(zhì)量生產(chǎn)障礙，為寧夏設(shè)施西瓜高品質(zhì)栽培養(yǎng)液提供一種新的策略。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗地點為寧夏賀蘭縣園藝產(chǎn)業(yè)園玻璃溫室A5(106°33′E，38°58′N)。供試西瓜品種為黑帥，高畦栽培，雙行種植，株距30 cm，行距80 cm，試驗分兩茬進(jìn)行，第一茬定植時間為2020年4月22日至2020年7月1日，第二茬定植時間為2020年7月20日至2020年10月1日。第一茬試驗共設(shè)2個處理：有機(Y)和無機營養(yǎng)液(W)，第二茬試驗共設(shè)4個處理：無機營養(yǎng)液(W)、無機營養(yǎng)液+豐田寶(WF)、有機營養(yǎng)液(Y)、有機營養(yǎng)液+豐田寶(YF)。試驗采用完全隨機區(qū)組設(shè)計，每個處理3次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2，所有處理統(tǒng)一底肥管理。田間施底肥二銨450 kg/hm2，復(fù)混肥(N ∶P ∶K=20 ∶20 ∶20)450 kg/hm2，豐田寶生物肥 1 000 kg/hm2，豐田寶生物肥購自山東豐田寶生物有限公司，其中N+P2O5+K2O含量≥6%，有機質(zhì)含量≥20%，有效活菌數(shù)為5×107個/g，所有處理均采用滴灌，每3 d滴灌1次。有機、無機營養(yǎng)液配方見表1。

表1 有機營養(yǎng)和無機營養(yǎng)液配方

1.2 項目測定

1.2.1 西瓜植株長勢測定 分別在第一茬和第二茬西瓜定植緩苗1周后進(jìn)行生長指標(biāo)測試，每2周測量1次，每個處理選取6株代表性植株，分別測量株高、莖粗、葉長、葉寬、葉片數(shù)。株高：使用卷尺測量地面至植株生長點的距離，葉長：使用卷尺測量葉片尖部至葉片底部的距離，葉寬：用卷尺測量葉片中間最寬距離，莖粗：用游標(biāo)卡尺測量基部子葉下端1 cm。分別計算株高相對生長率(RGR-PH)和莖體積相對生長率(RGR-SV)、葉片數(shù)相對生長率(RGR-LN)、葉面積相對生長率(RGR-LA)：

RGR-PH=(lnh2-lnh1)/(t2-t1)；

(1)

RGR-SV=[ln(d2d2h2)-ln(d1d1h1)]/(t2-t1)；

(2)

RGR-LN=(Ln2-Ln1)/(t2-t1)；

(3)

RGR-LA=[ln(L2D2)-ln(L1D1)]/(t2-t1)。

(4)

式中：h1、h2為株高；d1、d2為莖直徑；Ln1、Ln2為葉片數(shù)；L、D分別為葉長和葉寬；t1、t2為時間。

1.2.2 產(chǎn)量和生物量 采收期記錄不同處理西瓜產(chǎn)量，按照小區(qū)面積折合成單位面積產(chǎn)量，采收期每個處理隨機選取10個西瓜，測定平均單果質(zhì)量，拉秧期取植株地上地下部分105 ℃烘0.5 h后，80 ℃ 烘干至恒質(zhì)量測定其生物量，地下部干質(zhì)量除以地上部干質(zhì)量計算根冠比。

1.2.3 品質(zhì)測量 在西瓜采收期，選取5～10個有代表性的西瓜測定品質(zhì)指標(biāo)。可溶性固形物含量用TD-45數(shù)字折光儀測定，硝酸鹽含量用水楊酸比色法測定，可溶性糖含量用蒽酮比色法測定，維生素C含量用鉬藍(lán)比色法測定，硬度用硬度計測量，有機酸含量用酸堿中和轉(zhuǎn)移法測定[11]。

1.2.4 基質(zhì)養(yǎng)分 在西瓜采收期，采用五點取樣法收集基質(zhì)200 g，自然風(fēng)干，測定基質(zhì)養(yǎng)分。全氮含量采用消化-半微量凱氏定氮法測定，全磷含量采用HClO4-H2SO4消化-鉬銻抗比色法測定，有機質(zhì)含量采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定，速效氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，速效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用1 mol/L NH4Ac浸提-火焰光度法測定，pH值采用1 ∶5(質(zhì)量體積比)土壤懸液電位計法測定[12]，EC值采用電導(dǎo)法測定[13]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 25.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。均值通過單因素ANOVA進(jìn)行分析。采用Tukey’s法進(jìn)行顯著性分析。采用雙因素ANOVA分析茬口、有機無機營養(yǎng)液灌溉及兩者交互作用對基質(zhì)養(yǎng)分的影響。采用Origin 2018軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對西瓜長勢的影響

由圖1可知，在第一茬種植中，Y處理的株高、莖體積、葉面積、葉片數(shù)相對生長率均高于W處理且差異顯著，而在第二茬中除莖體積和株高相對生長速率外均為W處理顯著高于Y。在第二茬中，WF處理的株高、葉面積、葉片數(shù)相對生長率均顯著低于W處理，YF處理葉面積和葉片數(shù)相對生長率均顯著高于Y處理， 說明在有機營養(yǎng)液中添加豐田寶有利于西瓜生長，而在無機營養(yǎng)液中添加豐田寶不利于西瓜生長。

2.2 不同處理對生物量及產(chǎn)量的影響

由圖2可知，第一茬中Y處理的西瓜總生物量、單果質(zhì)量、產(chǎn)量均顯著高于W處理，且第二茬西瓜總生物量和單果質(zhì)量顯著高于W處理，第一茬中與W處理相比，Y處理的總生物量與產(chǎn)量分別增加30.0%和11.7%；第二茬中，分別增加23.0%和4.2%。第二茬處理的總生物量、單果質(zhì)量、產(chǎn)量顯著低于第一茬，且Y與W處理的西瓜產(chǎn)量高于對應(yīng)添加豐田寶處理的產(chǎn)量。第一茬中Y處理的根冠比顯著高于W處理，第二茬中各處理的根冠比均顯著高于第一茬，可能是株高、莖體積相對生長率降低，地上部生長緩慢且總生物量降低所導(dǎo)致。第二茬中，W處理的產(chǎn)量顯著高于WF處理，Y處理的產(chǎn)量高于YF處理，但無顯著差異，說明添加豐田寶降低了設(shè)施西瓜的產(chǎn)量。

2.3 不同處理對西瓜品質(zhì)的影響

硝酸鹽、維生素C、可溶性固形物、有機酸含量等是衡量瓜菜品質(zhì)的重要指標(biāo)。由表2可知，第一茬中Y處理的硝酸鹽含量顯著高于W處理，其他各項指標(biāo)間無顯著性差異。第二茬中Y處理的維生素C含量顯著高于其他處理，與W處理相比提高10.8%，W和WF處理的有機酸含量顯著高于Y和YF處理。與第一茬中W處理相比，第二茬中W處理的維生素C含量、可溶性糖含量均增加。果實硬度第一茬顯著高于第二茬，果實含水量第一茬顯著低于第二茬。在無機營養(yǎng)液中添加豐田寶能夠顯著提高可溶性糖含量，在有機營養(yǎng)液中添加豐田寶降低了西瓜有機酸與可溶性糖含量，顯著提高了硝酸鹽含量。

表2 不同處理對西瓜品質(zhì)的影響

2.4 不同處理對土壤養(yǎng)分特性的影響

pH值、EC值是土壤的基本性質(zhì)，是土壤肥力的重要影響因子，也是影響植物生長的必要因素。由圖3可知，在第一茬中，Y處理的EC值顯著低于W處理，其EC值僅為0.774 mS/cm，而Y處理的pH值顯著高于W處理。在第二茬中，各處理間差異顯著，WF處理的EC值最大，其次是W處理，YF的EC值最小，Y處理的EC值顯著高于YF處理；pH值最大的為YF處理，其次Y處理，最低的為W處理。WF處理可增大土壤的EC值和pH值，YF可增大土壤pH值，降低土壤的EC值。

土壤速效養(yǎng)分是土壤中最活躍的部分，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，與作物生長關(guān)系密切。由圖4可以看出，第一茬中，W和Y處理的速效氮、速效磷、速效鉀含量差異不顯著。第二茬中，W處理的速效氮含量顯著高于其他3個處理，速效鉀的含量在不同處理之間無顯著差異，W處理的速效磷含量均顯著高于Y處理，WF處理的速效磷的顯著高于Y與YF處理，說明豐田寶的添加對各處理速效養(yǎng)分的影響不顯著。

全氮、全磷和有機質(zhì)含量是衡量土壤養(yǎng)分供應(yīng)的基本指標(biāo)，受土壤母質(zhì)、成土作用和耕作施肥的影響很大。由圖5可以看出，第一茬中，Y處理的有機質(zhì)、全氮含量顯著低于W處理，全磷含量無顯著差異。第二茬中，W和WF處理的有機質(zhì)含量顯著高于Y和YF處理，W處理的全氮含量顯著高于其他3個處理，而全磷含量各處理間差異顯著，Y處理的全磷含量最高，W處理的全磷含量最低。整體上與第一茬相比，第二茬的有機質(zhì)含量與全氮、全磷含量呈現(xiàn)顯著降低的趨勢。

2.5 不同處理各指標(biāo)相關(guān)性分析

對不同營養(yǎng)液灌溉和茬口及兩者交互作用對各指標(biāo)的影響進(jìn)行了雙因素方差分析，結(jié)果(表3)表明，不同茬口除了對葉片數(shù)相對生長率、可溶性固形物無顯著影響，對株高相對生長率、全磷含量、硝酸鹽含量有顯著影響外，對其他指標(biāo)均有極顯著影響。不同營養(yǎng)液對土壤速效氮、速效磷含量有顯著影響，對莖體積相對生長率、pH值、EC值、有機質(zhì)含量、全氮含量、有機酸含量、可溶性糖含量、總生物量、單果質(zhì)量有極顯著影響，而對其他指標(biāo)均沒有顯著影響，說明在有機無機不同營養(yǎng)液灌溉下，對西瓜主要土壤特性、果實品質(zhì)、生物量指標(biāo)產(chǎn)生了影響。茬口和不同營養(yǎng)液灌溉兩者交互作用除了對可溶性固形物含量有極顯著影響外，對其他指標(biāo)均無顯著影響。

表3 不同營養(yǎng)液灌溉和茬口及兩者交互作用對各指標(biāo)的影響

對各指標(biāo)之間進(jìn)行主成分分析，PC1、PC2和PC3分別解釋了68.00%、14.62%、11.98%的方差。從圖6觀察到，有機處理分布在一、二象限，無機處理分布X軸下方的三、四象限。有機處理有較高的葉面積相對生長速率、可溶性固形物含量、速效氮含量、EC值、有機質(zhì)含量和全氮含量。無機處理有較高的可溶性糖含量、pH值、莖粗相對生長速率、全磷含量和總生物量。有機質(zhì)含量和pH值及全氮含量密切相關(guān)，產(chǎn)量和速效鉀含量、株高相對生長速率、硝酸鹽含量密切相關(guān)。對各處理進(jìn)行綜合得分評價，第一茬和第二茬有機處理得分高于無機處理，第二茬中添加豐田寶增加了無機處理得分，但降低了有機處理得分。

3 討論

長勢強弱是施肥效果的重要指標(biāo)，在第一茬種植中，有機營養(yǎng)液處理的株高、莖體積、葉面積、葉片數(shù)相對生長率均高于無機營養(yǎng)液處理且差異顯著，這可能是有機營養(yǎng)液中有機物較多，可以活化土壤，促進(jìn)有益微生物增生，提高作物肥料利用率，這與趙曉美的研究結(jié)果[14]一致。添加豐田寶后，無機營養(yǎng)液+豐田寶處理的株高、葉面積、葉片數(shù)相對生長率均顯著低于無機處理，有機營養(yǎng)液+豐田寶處理均顯著高于有機處理，說明在有機營養(yǎng)液中添加豐田寶有利于西瓜生長，這可能是因為在有機營養(yǎng)液中添加豐田寶可以促進(jìn)微生物繁殖，促進(jìn)植株生長。而在無機營養(yǎng)液中添加豐田寶不利于西瓜生長，這可能是因為豐田寶對大量元素水溶肥的促進(jìn)隨著肥量的增多會降低，付愛平在茄子上研究發(fā)現(xiàn)施用大量元素水溶肥超過2.5 kg/667 m2后對植株長勢影響降低[15]。

產(chǎn)量是西瓜經(jīng)濟(jì)價值重要指標(biāo)之一，本試驗中第一茬和第二茬中有機營養(yǎng)液處理的西瓜總生物量、單果質(zhì)量、產(chǎn)量均顯著高于無機營養(yǎng)液處理，第一茬中與無機營養(yǎng)液相比，有機營養(yǎng)液的總生物量與產(chǎn)量分別增加30.0%和11.7%；第二茬中，分別增加23.0%和4.2%，哈雪姣等的研究表明施用生物有機肥能提高西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)[16]，杜少平等研究發(fā)現(xiàn)有機肥代替化肥，砂田西瓜可增產(chǎn)74%以上[4]，本試驗結(jié)果與之一致。無機營養(yǎng)液處理的產(chǎn)量顯著高于無機營養(yǎng)液+豐田寶處理，有機營養(yǎng)液的產(chǎn)量高于有機營養(yǎng)液+豐田寶處理，但沒有顯著影響，添加豐田寶降低了設(shè)施西瓜的產(chǎn)量，這可能是無機營養(yǎng)液本身含有較高濃度的氮磷鉀元素，致使豐田寶生物肥中活菌周圍鹽濃度過高，降低生物肥微生物活性，同時混合使用降低了無機營養(yǎng)液的肥效，進(jìn)而造成產(chǎn)量降低。

品質(zhì)是衡量瓜菜商品性的重要指標(biāo)。張鳳英等的研究表明，生物有機肥能有效調(diào)節(jié)西瓜體內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)代謝，提高果實維生素C含量，最終改善西瓜品質(zhì)[17]。本試驗中有機營養(yǎng)液的維生素C含量與可溶性糖含量顯著高于其他處理，與無機營養(yǎng)液相比，分別提高10.8%和44.3%。有機酸廣泛存在于植物體中，一定的酸度可增加瓜菜的風(fēng)味，過酸會影響西瓜口感[18]，本試驗中有機營養(yǎng)液處理有機酸含量顯著低于無機營養(yǎng)液，有機營養(yǎng)液可顯著提升設(shè)施西瓜品質(zhì)。

土壤速效養(yǎng)分是土壤中最活躍的部分，是衡量土壤肥力的重要指標(biāo)，與作物生長關(guān)系密切。本試驗中有機營養(yǎng)液與無機營養(yǎng)液處理的速效氮、磷、鉀含量差異均不顯著，這可能是施入有機營養(yǎng)液后促進(jìn)了土壤中微生物活性，有利于土壤中速效養(yǎng)分的釋放，這與鄭鎂鈺等的研究結(jié)論[19]一致。全氮、全磷含量是衡量土壤基本肥力的重要指標(biāo)。無機營養(yǎng)液的全氮含量顯著高于有機營養(yǎng)液處理，這可能是因為無機營養(yǎng)液中氮素更易吸收，土壤全氮利用較少，有機營養(yǎng)液全氮釋放較慢，這與張爽的等研究結(jié)論[20]一致。整體上與第一茬相比，第二茬的有機質(zhì)、全氮、全磷含量呈現(xiàn)顯著降低，可能是第一茬中全效養(yǎng)分消耗較多。

4 結(jié)論

相比無機營養(yǎng)液灌溉，有機營養(yǎng)液利于西瓜植株生長，降低土壤EC值，增加pH值，生物量與產(chǎn)量分別提高30.0%和11.7%，而在有機營養(yǎng)液中添加豐田寶有利于西瓜生長，在無機營養(yǎng)液中添加豐田寶能顯著提升西瓜可溶性糖含量，達(dá)到與有機營養(yǎng)栽培相同的品質(zhì)效果。無機營養(yǎng)液中添加豐田寶可增加土壤全效養(yǎng)分，但是連續(xù)種植西瓜會導(dǎo)致土壤中有機質(zhì)、全氮、速效鉀含量的顯著降低。對各處理進(jìn)行綜合得分評價，表明有機營養(yǎng)液處理得分高于無機營養(yǎng)液處理，添加豐田寶可以增加無機營養(yǎng)液處理得分，降低有機營養(yǎng)液處理得分。雙因素方差分析結(jié)果表明，茬口和不同營養(yǎng)液灌溉兩者交互作用對西瓜可溶性固形物含量有顯著影響。綜上所述，有機營養(yǎng)液能增加設(shè)施西瓜的土壤肥力和西瓜品質(zhì)及產(chǎn)量，添加豐田寶可改善無機營養(yǎng)液灌溉設(shè)施西瓜土壤肥力和西瓜品質(zhì)，不利于有機營養(yǎng)液。