水溶肥種植模式下不同氮素含量處理對土壤養分、黃瓜品質及氮肥利用效率的影響

田素波，陳安維，國家進，丁俊洋，胡 浩，張曉麗

（1.壽光蔬菜產業控股集團有限公司，山東 濰坊 262700；2.山東省設施蔬菜技術創新中心，山東 濰坊 262700；3.上海海關動植物與食品檢驗檢疫技術中心，中國 上海 200000；4.山東省壽光蔬菜產業集團有限公司，山東 濰坊 262700；5.濰坊科技學院，山東 濰坊 262700；6.青島綠色硅谷科技有限公司,山東 青島 266000）

黃瓜為葫蘆科一年生草本植物，深受廣大消費者喜愛，全國種植面積占蔬菜種植面積的10%以上[1]。黃瓜本身含水量在90%以上，生長過程中需水、需肥量較大，近年來，為追求產量，農戶大量使用化肥，造成黃瓜品質降低、環境污染等問題。

滴灌水肥一體化是借助壓力系統或外界自然地勢落差，將可溶性固體或液體肥料配兌成肥液，與灌溉水一起通過可控滴灌管道系統將水分、養分定時定量按比例直接提供給作物的一種施肥新方法[2-3]。生物基水溶肥是以秸稈粉、風化煤等為原料制成的有機肥，施用生物基水溶肥相對于單獨施用常規水溶肥土壤pH、EC值分別下降2.02%~2.82%與6.51%~8.12%；另外生物基水溶肥有助于改善土壤微生物數量，保持良好的生態環境[4]。生物有機肥配施氨基酸水溶肥有助于改善土壤各類速效養分含量[5]。與傳統施肥相比，施用果類蔬菜專用水溶肥平均增加果類蔬菜產量18.1%，氮肥偏生產力平均提高14.96%；并能改善果實品質，使果實可溶性糖含量平均增加98%，有機酸含量平均降低38%[6]。

肥料增效劑可有效降低肥料的釋放分解速度，提高養分的利用率。腐植酸鉀類增效劑能夠促進小麥苗期根系的生長發育，增加分蘗數[7]。營養液中添加一定的聚天冬氨酸可增加楊樹幼苗地上部分鮮質量，降低楊樹幼苗根冠比和硝態氮含量[8]。

目前肥料增效劑大多應用于各種糧食作物，針對于黃瓜研究較少，因此在使用水溶肥的基礎上，加入聚天冬氨酸，減少氮肥的投入量，增加肥料利用率，測定土壤養分含量的變化以及對黃瓜品質的影響。雖然水溶肥使用成本會高于常規施肥，但在使用后可提高黃瓜品質，因此經濟效益顯著提高[9]。與普通復合肥相比，水溶性肥料具有配方靈活、見效迅速和養分利用率高等優點，更為關鍵的是其可以大范圍的應用于滴灌等設施農業，實現水肥一體化，達到節約生產成本的目的。為設施農業水肥一體化生產條件下的水肥科學管理提供理論依據和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗在山東省壽光市現代農業產業園內（118°40′N，36°55′E）進行，土壤pH為7.23，堿解氮含量為122.86 mg·kg-1，有效磷含量為45.28 mg·kg-1，速效鉀含量為216.86 mg·kg-1，有機質含量為12.37 g·kg-1。供試品種為奧威特，種植時間2020年2月初至6月底。采用黃瓜穴盤嫁接育苗技術，通過工廠化育苗培育壯苗。嫁接黃瓜苗長到二葉一心時定植，按照行距70～75 cm進行定植，每公頃栽培37 500株。

供試肥料為壽光市燕天肥業有限公司生產的黃瓜專用水溶肥，平衡水溶肥（19-19-19）、高鉀型水溶肥（15-6-35）；聚天門冬氨酸（由中科院微生物研究所、中科院合肥物質科學研究院共同研究，青島新納生物技術有限公司提供成品，質量分數≥98%）；重過磷酸鈣（P2O546%），硫酸鉀（K2O 50%），尿素（N 46%）。

1.2 試驗設計

試驗共有5個處理：CK為不施加氮肥，將重過磷酸鈣163.04 kg·hm-2、硫酸鉀450 kg·hm-2，定植前混勻撒入土壤，只澆灌清水；T1、T2、T3、T4處理均使用黃瓜專用水溶肥，另外添加尿素作為氮元素的補充，T1、T2、T3、T4總氮含量分別為525、420、336、268 kg·hm-2。T3、T4處理的水溶肥中添加聚天門冬氨酸，含量為1 000 kg·hm-2。

在定植后直至花開期間，定植后7～10 d第1次施肥，隨后每15 d施肥1次，每次水溶肥用量60 kg·hm-2。花開后直至拉秧期間，每15 d進行1次施肥，每次水溶肥用量為100 kg·hm-2。每次灌水量為270 m3·hm-2，并根據黃瓜生長狀態進行水量的調節。

1.3 測定指標及方法

1.3.1 土壤指標的測定 每個處理使用S型取樣法取0～20 cm的土壤，采集（采集的土樣深度是多少）的土樣按“四分法”縮分至2 kg，風干、研磨、過篩后，用于各項指標的測定。土壤pH值用電位法測定，有機質用油浴外加熱重鉻酸鉀容量法測定，水解氮用堿解擴散法測定，有效磷用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀用乙酸銨浸提-火焰光度計法測定[10]。

1.3.2 黃瓜營養指標及產量 黃瓜成熟期進行采樣，取小區中除邊行外的任意中間行隨機采10株進行測定，亞硝酸鹽采用鹽酸萘乙二胺法測定，VC采用2,6-二氯酚靛酚法滴定法測定，可溶性糖采用蒽酮比色法測定。收獲時期測定產量以及全株的氮、磷、鉀含量。分別采用半微量蒸餾法測定氮(N)含量，釩鉬黃吸光光度法測定磷(P2O5)含量，火焰光度計法測定鉀(K2O)含量。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS17.0軟件對試驗數據進行統計分析，采用LSD法檢驗處理間差異顯著性。

計算肥料偏生產力及氮肥農學利用效率，方法如下:

2 結果與分析

2.1 水肥一體化不同處理對土壤養分的影響

由表1可知，在不同處理下，土壤的養分含量由不同的變化。不同處理下土壤pH值變化呈顯著差異，水溶肥可讓土壤酸堿度保持穩定在中性。隨著氮素的減少，土壤養分含量先上升后下降，原因可能是過多的氮素施加后，作物無法吸收，土壤無法轉化，只能流失。其中，T2、T3處理土壤養分含量較高，T2的堿解氮、有效磷、速效鉀與T1相比分別提高了27.50%、28.29%、38.63%。另外，T3與T2處理顯著性差異不明顯，T4處理養分含量略有下降。

表1 不同施肥處理對土壤養分的影響

2.2 水肥一體化對黃瓜營養品質的影響

由圖1可知，水溶肥搭配有機肥明顯提高黃瓜的營養品質。T3、T4處理的VC含量較高，但處理之間無顯著差異。可溶性糖含量隨著養分的減少而上升，T3處理的可溶性糖含量最高，與CK相比提高了12.83%，T4處理略有下降。水肥一體化種植黃瓜，亞硝酸鹽的含量下降，各處理之間差異顯著，T3、T4亞硝酸鹽均值為449.84 mg·kg-1與T1相比降低了29.08%。

圖1 不同處理對黃瓜營養品質的影響

2.3 水肥一體化黃瓜植株中N、P、K含量的影響

由圖2可知，水肥一體化可有效促進黃瓜對養分的吸收。黃瓜所含的全氮最多，其次是全鉀，對磷元素的吸收最少。T2、T3、T4隨著氮素施加量的減少，黃瓜吸收的全氮增加，T2、T3與T1相比全氮含量分別增加了18.93%、27.11%，說明適當的氮素量可有效提高利用率，降低流失量。T2、T3、T4之間無顯著性差異，在農業生產中可適當減少氮素的添加，防止土壤酸化等問題的出現。各處理全鉀含量的變化與全氮相似，T4與T2、T3有顯著性差異，T4較T3全鉀降低了10.15%，在減少養分后，可能會影響鉀元素的吸收量。

圖2 不同處理對黃瓜植株N、P、K含量的影響

2.4 水肥一體化對黃瓜產量和氮素利用率的影響

由表2可知，水溶肥可明顯提高黃瓜產量和氮肥農學效率。T3產量最高，較CK相比增加了25.29%，T2、T3之間無顯著差異，因此可減少肥料的投入，降低成本。養分投入減少，氮肥農學效率上升，T3處理較T2提高了33.01%，效果明顯。

表2 不同處理氮肥利用率的變化

3 討論與結論

水肥一體化可有效改善土壤養分含量，調節土壤酸堿平衡。水溶肥配方能夠不同程度的提高土壤氮、磷的含量，改善土壤pH值和電導率，試驗中T1處理中過多的養分施加不會增加土壤養分，反而會導致土壤呈現酸性，有機質含量較CK相比減少了8.14%，因此水溶肥的使用在一定程度上有利于土壤酸堿度和土壤肥力的改善，提高土壤的生產能力[11]。另外，在添加聚天門冬氨酸后，T3處理的土壤養分與T2相比沒有顯著差異，聚天門冬氨酸會與養分離子絡合，形成有機共聚物類活性物質，提高根際養分濃度，減少流失，從而提高肥料利用率[12]。

因此，在減少養分的條件下，土壤中含有的速效養分含量依然可以保證黃瓜生長所需。水肥一體化雖然有一定成本，但可顯著提高農民的效率，起到省時省工的作用。

水肥一體化栽培模式在減肥的種植過程中，可提高黃瓜品質和氮肥利用效率。

水溶肥有提高蔬菜產量和改善品質的作用[6,13]。水溶性肥料處理的黃瓜可溶性糖含量分別較復合肥處理和清水（CK）處理高3、5 mg·kg-1、VC含量分別高0.02、0.03 mg·kg-1[9]。在減少肥料的使用量后，黃瓜各生長指標良好。高氮的處理中黃瓜中亞硝酸鹽含量較高，隨著氮施加量的減少，亞硝酸鹽隨之下降。隨著施氮量的增加黃瓜的產量呈現出先升后降的趨勢[14]，符合不同蔬菜對氮素的需求都有一個最適范圍，低于或超過這個范圍不僅不利于生長且產量會降低這一理論[15]。聚天門冬氨酸使用在黃瓜生長過程中可使黃瓜單株產量、單株果數和總產量分別比對照顯著增加17.85%、20.92%、17.85%[16]。T4與T3產量相比，僅相差了6.42%，通過依次降低養分含量，黃瓜氮肥利用率可明顯上升，T3處理與高養分的T1相比，氮肥利用效率提高了近2倍。聚天門冬氨酸能夠活化土壤中固定態的養分元素，保持土壤水分，進而提高水肥利用率，促進黃瓜生長、增加產量[19]。由此可見，黃瓜種植過程中，使用肥料增效劑后，可適當減少肥料使用量，黃瓜產量保持甚至有所提高，肥料利用率上升，從而避免了土壤污染等農業污染問題。

水溶肥種植模式搭配聚天門冬氨酸可增加土壤中的養分含量，當氮素施加量為336 kg·hm-2（T3）與常規施肥（T1）比較，土壤耕層中的有機質增加了20.55%，堿解氮增加了17.06%。另外，聚天門冬氨酸可以促進黃瓜對氮磷鉀營養的吸收，提高黃瓜產量，比常規施肥增產25.30%。這樣可明顯提高肥料偏生產力和氮肥農學利用效率，減少氮肥損失。因此，減少氮素的施加量的同時，添加聚天門冬氨酸既可提高改善黃瓜品質，又可改善土壤養分。