不同施肥模式對微潤灌黃瓜土壤養分及產量、品質的影響

續佳浩，申麗霞，楊 玫

（太原理工大學水利科學與工程學院，太原 030024）

0 引 言

黃瓜（學名：Cucumis sativus L.）葫蘆科蔓生或攀援草本植物，在我國各地普遍栽培。黃瓜清脆可口，富含維生素C、維生素E、纖維素、丙醇二酸等營養成分，是我國重要的蔬菜作物之一。隨著人民日益增長物質需要，黃瓜的需求量越來越多，在黃瓜生產中為了追求產量而大水大肥的現象較為嚴重，不僅導致種植成本增加、水資源浪費，而且因無機肥的大量使用還會導致生態環境遭受嚴重污染[1]。

微潤灌溉作為一種新型的節水灌溉技術，它是通過微潤管地埋的方式，利用半透膜管的膜內外水勢差作為驅動力，將灌溉水以發汗狀形式輸送到作物根系區，達到慢速、長久潤土的效果，有利于作物根部持續保持相同的土壤水分狀態，滿足作物需水要求，在作物整個生長周期起到持續灌溉的作用[2]。微潤灌溉技術可以很好的和水肥一體化技術結合，達到節水減肥增產的效果。微潤灌溉下土壤水分運移已有較多的研究揭示[3-5]。但結合施肥（尤其是無機肥減施+水溶性生物有機肥一體化施用）下土壤肥料的運移規律研究較少。

生物有機肥是一種新型肥料兼具有機肥料和微生物肥料的性質，可以培肥土壤、調控土壤微生態平衡、改善農產品品質、控制土壤中重金屬的有效性[6]。梁嘉偉等[7]研究表明生物有機肥可提高土壤肥力，改良土壤環境，提高白瓜產量。茹朝等[8]研究表明配施生物有機肥可以提高大白菜的產量與品質。目前生產研究中一般將生物有機肥作為基肥施用，生物有機肥和無機肥配合作為追肥施用相對較少。

綜上所述，本試驗針對無機肥減施加水溶性生物有機肥配合追施，研究其在微潤灌溉模式下各種速效養分在土層中的運移分布規律，揭示微潤灌溉下各種速效養分在土層中的運移分布規律；并研究其產量和品質篩選出適宜設施黃瓜種植的施肥模式。為微潤灌溉技術推廣、肥料高效利用提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗于2022 年6-9 月在山西省太原市小店區劉家堡鄉日光溫室中進行。試驗區屬于溫帶大陸性季風干旱氣候，四季分明。年均氣溫11 ℃，年降雨量520 mm 左右，無霜期170 d。試驗前0～20 cm 土層土壤的理化性狀為：pH 值7.36，硝態氮16.87 mg/kg，速效磷7.13 mg/kg，速效鉀193.41 mg/kg，有機質25.8 g/kg，田間持水量26.1%，土壤容重1.52 g/㎝3。

1.2 試驗設計

試驗采用隨機區組設計，共7 個處理：低濃度無機肥（T1）、中濃度無機肥（T2）、高濃度無機肥（T3）、低濃度無機肥+低濃度生物有機肥（T4）、低濃度無機肥+中濃度生物有機肥（T5）、低濃度無機肥+高濃度生物有機肥（T6）和不施肥（CK），各處理施肥量見表1。所有肥料均在整個生育期內隨水追施，每隔15 d 追施一次，總共追施5 次。各組處理設3組重復試驗，小區面積為36 m2。黃瓜采取一壟雙行種植，株距30 cm，行距40 cm。微潤管采取一壟雙管布置，埋深15 cm，壓力水頭為1.5～1.8 m。在黃瓜生長期間其余各項田間管理由專人負責，嚴格把控，確保試驗數據準確有效。

表1 不同施肥模式的施肥量Tab.1 Fertilization amount of different fertilization modes

1.3 試驗材料

生物有機肥選用施地佳水溶性生物有機肥（有效活菌數≥2 億/g，有機質≥40%，氨基酸≥10%，黃腐酸≥5%），無機肥選用國光磷酸二氫鉀（水溶性五氧化二磷≥51%，氧化鉀≥33.8%），全水溶農用硫酸鉀（氧化鉀≥52%），尿素（N≥46%），國光磷酸二氫鉀與全水溶農用硫酸鉀中都含有氧化鉀，先通過五氧化二磷的用量計算國光磷酸二氫鉀的用量，然后用氧化鉀的用量減去國光磷酸二氫鉀中氧化鉀的含量，從而計算全水溶農用硫酸鉀的用量。

1.4 試驗指標及測定方法

定值后每15 d按照“S”曲線分別采取0～20、20～40、40～60 cm 處土壤的混合土樣。采集的土壤按“四分法”縮分至2 kg，風干、研磨、過篩后分別測定各土層土壤中速效磷、速效鉀和硝態氮的含量。速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用火焰光度計法測定，硝態氮采用紫外分光光度計法測定[9]。

從初瓜期開始至末瓜期，在黃瓜各處理的小區里選取6株具有代表性的黃瓜植株做標記并對其黃瓜的鮮果重進行累計測產，按種植面積折合產量。

在盛瓜期，在每個小區標記的植株里隨機取成熟度相似的5～6 個果實，測定果實品質。維生素C 含量采用2，6-二氯靛酚測定法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍法測定；硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定[10]。

氮（磷、鉀） 肥偏生產力（Fertilizer partial factor productivity，PFP，kg/kg）的計算公式為：

式中：Y為作物產量，kg/hm2；FT為投入的N、P2O5和K2O 的總量，kg/hm2。

氮（磷、鉀） 肥農學效率（Agronomy fertilizer use efficiency，AFUE，kg/kg）的計算公式為：

式中：YO為不施肥處理的產量，kg/hm2。

1.5 數據處理

采用Microsoft Excel 2019 進行數據的處理，運用Origin 2021 進行相關圖表繪制，使用SPSS 27.0 軟件（LSD）進行顯著性檢驗，顯著水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同施肥模式對黃瓜根區土壤硝態氮時空分布的影響

圖1 為不同施肥模式不同土層硝態氮含量隨時間的動態變化曲線，硝態氮是土壤速效養分的一種，可以被黃瓜植株直接吸收利用。由圖1（a）和圖1（b）可知，整個生育期內0～20 cm 及20～40 cm 土層各處理硝態氮含量隨著時間的推移表現出先增加后降低的趨勢，0～20 cm 及20～40 cm 土層各處理硝態氮含量的動態變化與黃瓜植株的生長發育息息相關，黃瓜植株生育前期生長緩慢，對硝態氮需求量較少，硝態氮逐漸在土壤中累積，0～20 cm 及20～40 cm 土層各處理硝態氮含量的峰值均在45 d 時出現；0～20 cm 土層45 d 時硝態氮含量從高到底依次為：T3、T6、T2、T5、T4、T1，T2、T5 無顯著差異，生物有機肥與低濃度無機肥配施的T4、T5、T6 處理相較于T1 處理分別增長了9.6%、22.92%、35.97%；20～40 cm土層45 d 時硝態氮含量從高到底依次為：T3、T2、T6、T5、T4、T1，生物有機肥與低濃度無機肥配施的T4、T5、T6 處理相較于T1 處理分別增長了4.3%、13.32%、20.62%；0～20 cm及20～40 cm 土層在90 d 時硝態氮含量除T3 處理外均低于15 d時的硝態氮含量。由圖1（c）可知，40～60 cm 土層硝態氮含量受黃瓜植株生長發育的影響較小，T3 處理的硝態氮含量呈現累積趨勢，T1、T2、T4、T5、T6 硝態氮含量表現為下降趨勢。

2.2 不同施肥模式對黃瓜根區土壤速效磷時空分布的影響

圖2 為不同施肥模式不同土層速效磷含量隨時間的動態變化曲線，速效磷又稱有效磷，易被土壤固定不易隨水分移動，圖2 可以看出土壤中速效磷主要分布在0～40 cm 土層，40～60 cm 土層有效磷含量受黃瓜植株生長發育和施肥模式影響較小。由圖2（a）和圖2（b）可知，整個生育期內0～20 cm 及20～40 cm 土層各處理速效磷含量隨著時間的推移表現出先減少后增的趨勢；0～20 cm 土層在45 d 時土壤中速效磷含量與15 d 時土壤中速效磷含量相比，T1 處理降低了12.42%、T2 處理降低了7.3%、T3 處理提升了4.2%、T4 處理降低了19.94%、T5 處理降低了22.09%、T6 處理降低了13.27%；90d 時土壤中速效磷含量與45 d 時土壤中速效磷含量相比，T1 處理提升了31.56%、T2 處理提升了58.03%、T3 處理提升了50.08%、T4 處理提升了40.78%、T5 處理提升了48.51%、T6 處理提升了60.8%；20～40 ㎝土層在45 d 時土壤中速效磷含量從大到小依次為：T3、T2、T6、T1、T5、T4，在75 d 時土壤中速效磷含量從大到小依次為： T3、T6、T2、T5、T1、T4。

圖2 不同施肥模式土壤速效磷含量Fig.2 Soil available phosphorus content under different fertilization modes

2.3 不同施肥模式對黃瓜根區土壤速效鉀時空分布的影響

圖3為不同施肥模式不同土層速效鉀含量隨時間的動態變化曲線，速效鉀在土壤中易隨水運移，并且黃瓜對速效鉀的需求量比較大，整個生育期需要吸收大量的速效鉀。由圖3(a)和圖3(b)可知0～20 cm 和20～40 cm 土層90 d 時速效鉀含量各處理均低于15 d 時的速效鉀含量；90 d 時0～20 cm 土層速效鉀含量從大到小依次為：T3、T6、T2、T5、T4、T1，20～40 cm 土層90 d時速效鉀含量從大到小依次為：T3、T2、T6、T1、T5、T4。由圖3(c)可知40～60 cm土層速效鉀含量呈現先減少后增加的趨勢，30 d后速效鉀逐漸在土壤中積累；90 d時速效鉀含量與15 d 時速效鉀含量相比，T1 處理基本沒有變化、T2 處理增加了32.73%、T3 處理增加了61.47%、T4 處理降低了16.22%、T5處理增加了8.3%、T6處理增加了20.56%。

圖3 不同施肥模式土壤速效鉀含量Fig.3 Soil available potassium content under different fertilization modes

2.4 不同施肥模式對黃瓜產量的影響

表2為不同施肥模式對黃瓜產量、氮（磷、鉀）肥偏生產及農學效率的影響。施肥模式對設施黃瓜產量有顯著影響，各處理產量與不施肥處理CK 產量相比，T1 處理增產27.51%、T2 處理增產66.78%、T3 處理增產71.06%、T4 處理增產41.94%、T5 處理增產60.35%、T6 處理增產69.27%；T4、T5、T6處理與T1處理相比分別增產11.31%、25.75%、32.75%。表2 可以看出單施無機肥的T1、T2、T3 處理氮（磷、鉀）肥偏生產力隨著施肥量的增加而降低；T5、T6 處理的氮肥偏生產力無顯著差異，T1、T4 處理的氮肥偏生產力無顯著差異，T5處理的氮肥偏生產力最高，為309.38 kg/kg；T4、T5 處理的磷肥偏生產力無顯著差異，各處理磷肥偏生產力從大到小依次為：T1、T5、T4、T6、T2、T3；T5、T6 處理的鉀肥偏生產力無顯著差異，T6 處理的鉀肥偏生產力最高，為220.33 kg/kg。由表2 可知無機肥與生物有機肥配施的T4、T5、T6 處理的氮（磷、鉀）肥農學效率顯著大與單施無機肥的T1、T2、T3處理。

表2 不同施肥模式下黃瓜的產量、氮（磷、鉀）肥偏生產及農學效率Tab.2 Yield，nitrogen（P，K）fertilizer yield and agronomic efficiency of cucumber under different fertilization modes

2.5 不同施肥模式對黃瓜品質的影響

從表3 可以看出T6 處理的黃瓜果實中維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量均高于其他處理，分別為13.37 mg/100g、1.45%、2.65 mg/g，T3處理的硝酸鹽含量最高，高達81.27 mg/kg。生物有機肥與無機肥配施的T4、T5、T6 處理維C 含量與T1 處理對比分別增長4.45%、12.47%、19.06%，可溶性糖含量與T1 處理對比分別增長了6.84%、17.09%、23.93%，可溶性蛋白含量與T1 處理對比分別增長了2.61%、10%、15.22%。各處理硝酸鹽含量由高到低依次為：T3、T2、T6、T5、T4、T1，無論是單施有機肥處理還是生物有機肥與無機肥配施的處理硝酸鹽含量均隨施肥量的增加而增加。

表3 不同施肥模式下黃瓜的品質Tab.3 Quality of cucumber under different fertilization modes

3 討 論

以設施黃瓜豐產、高品質為目標，以保護生態環境為基礎，本研究系統分析了不同施肥模式下微潤溉設施黃瓜整個生育期土壤速效養分（硝態氮、速效磷、速效鉀）的時空分布特征，以及微潤灌設施黃瓜的產量、氮（磷、鉀）肥偏生產力、氮（磷、鉀）肥農學效率及品質對不同施肥模式的響應特征。結果顯示無機肥減施配施生物有機肥在獲得黃瓜高產的同時，還可以降低土壤中速效養分的累積與淋失，這與劉曉彤[11]等研究結果類似；增施生物有機肥減施無機肥的T4、T5、T6 處理土壤中速效養分的含量隨生物有機肥濃度的增加而增加，與T1（低濃度有機肥）處理相比土壤中速效養分顯著提高，這與馬祥[12]等的研究結果基本一致。在果實品質方面，增施生物有機肥的處理與T1（低濃度無機肥）處理相比可以顯著提高黃瓜的維生素C 以及可溶性糖的含量，與李建欣[13]等的研究結果基本一致。在肥料利用方面，單施無機肥的處理氮（磷、鉀）肥偏生產力均隨施肥量的增加而降低，與馬新超[14]的研究結果基本一致；同時，本研究發現增施生物有機肥后可顯著提高氮（鉀）肥偏生產力以及氮（磷、鉀）肥農學效率，但是增施生物有機肥的T4、T5、T6 處理與T1（低濃度無機肥）處理相比磷肥偏生產力有顯著下降，這可能是因為黃瓜植株對磷肥的需求量較少。綜合速效養分時空分布與產量及品質，本研究發現單施無機肥的處理隨著耕層（0～40 cm）土壤中速效養分的增加黃瓜產量及品質均有顯著提高，同時硝酸鹽含量也有顯著提高；增施生物有機肥減施無機肥的處理也隨著耕層（0～40 cm）土壤中速效養分的增加黃瓜產量及品質均有顯著提高，同時硝酸鹽含量也有顯著提高；而將單施無機肥的處理與增施生物有機肥減施無機肥的處理對比并無此規律，究其原因可能是生物有機肥中含有大量微生物，從而促進了植物對養分的吸收利用[15]。

4 結 論

（1）微潤灌溉模式下可溶性生物有機肥配施無機肥可以顯著提高可供黃瓜利用的0～40 cm 土壤中速效養分的含量，并且促進黃瓜植株對速效養分的吸收；降低40～60 cm 土壤中的硝態氮和速效鉀含量，對40～60 cm 土壤中速效磷含量無顯著影響。

（2）與CK 處理相比各處理均促進了黃瓜產量的增加，綜合黃瓜果實的產量和品質，T6（低濃度無機肥+高濃度生物有機肥）處理為最適宜微潤灌設施黃瓜種植的施肥模式，對比CK 處理增產69.27%，維生素C 含量增加了29.68%，可溶性糖含量提升了55.91%，可溶性蛋白含量提高了32.5%；與T3（高濃度無機肥）處理相比產量無顯著性差異，但是硝酸鹽含量降低了15.97%。

（3）T6（低濃度無機肥+高濃度生物有機肥）處理與同為高產的T3（高濃度無機肥）處理相比，氮（磷、鉀）肥偏生產力以及氮（磷、鉀）肥農學效率均有顯著提高；與T1（低濃度無機肥）處理相比氮肥偏生產力提高了6.2%，鉀肥偏生產力增加了13.78%，磷肥偏生產力降低了11.5%，氮（磷、鉀）肥農學效率有顯著提高。