我國西瓜土壤氮素豐缺指標和推薦施氮量研究

摘 要：為了確定我國西瓜科學施氮量，本研究采用“零散實驗數據整合法”和“養分平衡-地力差減法新應用公式”，對我國西瓜土壤氮素豐缺指標和推薦施氮量進行了探究。結果表明，我國西瓜土壤堿解氮第1～8級豐缺指標依次為≥298、187～298、117～187、73～117、46～73、29～46、18～29 mg/kg和＜18 mg/kg；土壤全氮第1～8級豐缺指標依次為≥7.0、3.5～7.0、1.7～3.5、0.9～1.7、0.5～0.9、0.2～0.5、0.1～0.2、＜0.1 g/kg；土壤有機質第1～8級豐缺指標依次為≥65、32～65、16～32、8～16、4～8、2～4、1～2、＜1 g/kg。當氮肥利用率為30%～50%，西瓜目標產量30～90 t/hm2時，第1～8級土壤推薦施氮量分別為0、12～60、24～120、36～180、48～240、60～300、72～360、84～420 kg/hm2。本研究初步建立了我國西瓜土壤氮素豐缺指標推薦的施肥系統，以期為我國西瓜測土施氮奠定基礎。

關鍵詞：西瓜；測土施肥；土壤養分；豐缺指標；施肥量

中圖分類號：S651 文獻標志碼：A 文章編號：1008-1038（2024）05-0059-09

DOI：10.19590/j.cnki.1008-1038.2024.05.010

Abundance-deficiency Index of Soil Nitrogen and Appropriate N Application Rates for Watermelon in China

CHEN Lvyanye1， SUN Hongren1*， ZHANG Jiping2， WANG Shangbo3， WANG Zhidong3

（1. College of Grassland Science and Technology， China Agricultural University， Beijing 100193， China;

2. Liukai Xinnong （Beijing） Technology Company， Beijing 100094， China; 3. Shandong Liangtu Biological Technology Company， Dezhou 251100， China）

Abstract： To scientifically determine the nitrogen application rate for watermelon in China， the method of “scattered experimental data integration” and the method of “nutrient balance and target yield minus soil fertility yield” were employed to explore the abundance index （ALI） of soil alkaline hydrolysis nitrogen and organic matter and the recommended soil fertilizer application rates （RSFAR） for watermelon planting in China. The results showed that the ALI of soil alkaline hydrolysis nitrogen for watermelon planting in China from the first to the eighth level was ≥298， 187-298， 117-187， 73-117， 46-73， 29-46， 18-29， 18 mg/kg， respectively. The ALI of soil total hydrolysis nitrogen from the first to the eighth level was ≥7.0， 3.5-7.0， 1.7-3.5， 0.9-1.7， 0.5-0.9， 0.2-0.5， 0.1-0.2 g/kg and ＜0.1 g/kg， respectively. The ALI of soil organic matter from the first to the eighth level was≥65， 32-65， 16-32， 8-16， 4-8， 2-4， 1-2 g/kg and ＜1 g/kg， respectively. When the N fertilizer use efficiency was 30%-50% and the target yield was 30-90 t/hm2， the range of the RSFAR of N for the first to the eighth level was 0， 12-60， 24-120， 36-180， 48-240， 60-300， 72-360， 84-420 kg/hm2， respectively. The recommended fertilization system of N in China’s watermelon soil was established preliminarily， which could provide a scientific basis for watermelon soil testing and fertilization.

Keywords： Watermelon; soil testing and fertilizer recommendation; soil nutrient; abundance-deficiency index; fertilizer application rate

西瓜（Citrullus lanatus）是全球產量僅次于番茄的重要園藝作物[1]。1981年以來，我國西瓜種植面積和產量一直穩居世界第一位[1]。近年來，我國西瓜種植面積150余萬hm2，全球占比近50%；產量6 200余萬t，全球占比超過60%。西瓜是重要的經濟作物，種好西瓜對于提高農民收入、促進區域經濟發展、加速鄉村振興等具有重要意義。肥料是作物高產優質的物質基礎，合理施肥可以提高西瓜產量和質量。施肥不足或過量都會導致產量和質量下降，施肥過量還會引起耕地、水系和大氣生態系統惡化。因此，確定西瓜科學施肥量對西瓜種植意義重大。

Bray創建的土壤養分豐缺指標法是測量土推薦施肥的經典和通用方法，世界各國廣泛應用[2]。20世紀80年代，我國開始進行作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究[3-4]，至今已經建立了諸如玉米、小麥、水稻、馬鈴薯等作物的若干區域土壤養分豐缺指標推薦施肥系統[5-8]。但針對西瓜的相關研究十分薄弱，至今尚未見到成功報道。作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究工程龐大，需要大量資金支持和人力投入，而西瓜等諸多小作物的科研投入強度較小，難以支撐大規模土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究。近年來，中國農業大學孫洪仁團隊創建了由“零散實驗數據整合法”“土壤養分豐缺分級改良方案”及“養分平衡-地力差減法新應用公式”所構成的作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究新方法，有效地克服了上述科研投入強度不足的問題，并成功建立了我國燕麥[9]、甜菜[10]、甘蔗[11]、蘋果[12]、苜蓿[13]、谷子[14]、棉花[15]和桃[16]土壤養分豐缺指標推薦施肥系統。

由于作物土壤養分豐缺指標推薦施肥系統研究的新方法能夠利用零散實驗數據建立作物缺素處理相對產量與土壤養分含量回歸方程，進而確定土壤養分豐缺指標，及利用“養分平衡-地力差減法新應用公式”直接計算不同豐缺級別土壤的適宜施肥量，從而建立作物測土推薦施肥系統，本研究擬采用該法開展我國西瓜土壤氮素豐缺指標和推薦施氮量研究，旨在為我國西瓜測土施氮提供科學依據。

1 材料與方法

搜集我國開展的西瓜施氮實驗文獻。選擇含有土壤氮素含量（堿解氮、全氮或有機質）、施氮處理產量、缺氮處理產量（未施氮肥，其它養分施用量與施氮處理相同）的文獻，提取相應數據，采用公式（1）計算西瓜缺氮處理相對產量。

R-N= " （1）

式中，R-N為缺氮處理相對產量；Y-N為缺氮處理產量，kg/hm2；YN為施氮處理產量，kg/hm2。

利用Excel 2016，選擇適當模型分別建立西瓜缺氮處理相對產量與土壤堿解氮、全氮和有機質含量回歸方程。利用所得回歸方程和土壤養分豐缺分級改良方案[17]分別對土壤堿解氮、全氮和有機質進行豐缺級別的劃分。采用“養分平衡-地力差減法新應用公式”（2）計算推薦施氮量[18-19]。

FN/（kg·hm－2）=" " " " " " " " " （2）

式中，FN為推薦施氮量，kg/hm2；AN為目標產量氮素吸收量，kg/hm2；R-N為缺氮處理相對產量EN為氮肥當季利用率，%。

以文獻[1，20-21]為主要依據，確定西瓜單位經濟產量氮素吸收量為2.0 kg/t。我國西瓜單產差別巨大，低者不足30 t/hm2，高者超過100 t/hm2[1]。將我國西瓜單位面積目標產量設置9個檔次，依次為30.0、37.5、45.0、52.5、60.0、67.5、75.0、82.5、90.0 t/hm2；進而確定我國西瓜單位面積目標產量氮素吸收量依次為60、75、90、105、120、135、150、165、180 kg/hm2。

選取各個豐缺級別的缺素處理相對產量下限，用于該級別推薦施肥量計算。設置5個氮肥當季利用率，分別為30%、35%、40%、45%和50%。

2 結果與分析

2.1 我國西瓜施氮實驗文獻及與土壤氮素豐缺指標研究相關信息

如表1所示，搜集到在中國開展的含有土壤氮素（堿解氮、全氮和有機質）含量、缺氮處理產量和施氮處理產量的西瓜施氮實驗文獻總計30篇，其中1991—1999年5篇[22-26]、2000—2009年2篇[27-28]、2010—2019年18篇[29-46]、2020—2023年5篇[47-51]；設施栽培實驗5篇[28，30，41，45，50]，其余均為露地栽培實驗。上述研究涉及縣域20余個、品種20余個、土壤類型10余個。從上述文獻中分別提取出土壤堿解氮、全氮和有機質含量與缺氮處理相對產量配套數據40、35、56對。其中，土壤堿解氮、全氮和有機質含量范圍依次為21.4～160、0.09～2.50、3.0～33.0 g/kg，缺氮處理相對產量范圍為35.8%～93.5%，施氮量范圍為38～450 kg/hm2。

2.2 我國西瓜土壤氮素含量與缺氮處理相對產量回歸方程

剔除部分明顯不合理的離散數據之后，如圖1和公式（3）～（5）所示，建立我國西瓜土壤堿解氮、全氮和有機質含量與缺氮處理相對產量回歸方程。

y=21.28lnx-21.225（r=0.761 0，n＝32，P＜0.01）（3）

y=14.158lnx+72.596（r=0.477 6，n＝26，P＜0.05）（4）

y=14.057lnx+41.368（r=0.445 5，n＝49，P＜0.01）（5）

2.3 我國西瓜土壤氮素豐缺指標

借助公式（3）～（5）計算缺氮處理相對產量100%、95%、90%、80%、70%、60%、50%、40%、30%、20%和10%對應的土壤堿解氮含量依次為297.9、235.5、186.2、116.4、72.7、45.5、28.4、17.8、11.1、6.9 mg/kg和4.3 mg/kg，土壤全氮含量依次為6.93、4.87、3.42、1.69、0.83、0.41、0.20、0.10、0.05、0.02、0.01 g/kg，土壤有機質含量依次為64.8、45.4、31.8、15.6、7.7、3.8、1.9、0.9、0.5、0.2、0.1g/kg。舍棄部分外推數值，得到我國西瓜土壤堿解氮、全氮和有機質豐缺指標如表2所示。

2.4 我國西瓜推薦施氮量

我國西瓜推薦施氮量如表3。當氮肥當季利用率30%～50%時，目標產量30～90 t/hm2西瓜第1～8級土壤推薦施氮量分別為0、12～60、24～120、36～180、48～240、60～300、72～360 kg/km2和84～420 kg/hm2。西瓜推薦施肥量與土壤氮素豐缺級別線性負相關，豐缺級別越高，推薦施氮量越低，直至為0。西瓜推薦施氮量與目標產量線性正相關，目標產量越高，推薦施氮量越高。西瓜推薦施氮量與氮肥當季利用率線性負相關，氮肥當季利用率越低，推薦施氮量越高。

3 討論與結論

3.1 我國西瓜缺氮處理相對產量與土壤氮素含量回歸關系

Bray[2]和國內權威專家[3，4，21]皆認為作物缺素處理相對產量與土壤養分含量回歸方程的樣本數量n應大于20個。澳大利亞的規定為不少于9個[52]。本研究樣本數量26～49個，滿足了基本要求。但鑒于我國幅員遼闊，氣候、土壤類型多樣，西瓜品種眾多，樣本數量還是偏少，達到100個以上較為理想。如果樣本數量足夠大，則可以考慮針對不同生產區域分別建立回歸方程。因此，建議業界人士努力開展西瓜施肥實驗研究。

關于數據取舍，澳大利亞的規定[52-54]頗為詳盡，比如對實驗研究進行質量分級，低者被棄用的概率較大。本研究是在利用Excel表制作回歸關系圖的過程中，剔除少量明顯不合理的偏離群體數據，有利于保證樣本數量最大化。澳大利亞國家相關文獻規定，回歸方程的相關系數應大于或等于0.2，實踐上大多為0.25～0.7[52]。本研究所得西瓜缺氮處理相對產量與土壤氮素含量回歸方程的相關系數為0.45～0.76，堿解氮較高，全氮和有機質較低。

3.2 我國西瓜土壤氮素豐缺指標

有關西瓜土壤氮素豐缺指標研究未見報道。我國玉米[5]、小麥[6]、水稻[7]、馬鈴薯[8]、燕麥[9]、甜菜[10]、蘋果[12]、谷子[14]和桃[16]缺氮處理相對產量100%對應的土壤堿解氮指標范圍為150～600 mg/kg，本研究結果（298 mg/kg）在此范圍之內。我國玉米[5]、小麥[6]、水稻[7]、馬鈴薯[8]、燕麥[9]、甘蔗[11]、蘋果[12]和谷子[14]缺氮處理相對產量100%對應的土壤全氮指標范圍為1.8～5.0 g/kg，本研究結果（7.0 g/kg）超出該范圍，可能與回歸方程相關系數不高，且數據過度外推所致。外推數據具有一定的參考價值，但采用時需要謹慎。我國玉米[5]、小麥[6]、水稻[7]、谷子[14]和桃[16]缺氮處理相對產量100%對應的土壤有機質指標研究結果為30～80 g/kg，本研究結果（65 g/kg）介于其間。綜合考慮作物種類、樣本數量等因素，可以認定本西瓜土壤氮素豐缺指標研究結果的非外推數據較為可信，可供參考。

3.3 我國西瓜推薦施氮量

西瓜施氮實驗文獻得出的施氮量為38～450 kg/hm2，而本研究的推薦施氮量范圍為0～420 kg/hm2；若排除生產實踐中很少出現的豐缺級別第1、2級，相應推薦施氮量范圍則縮小為24～420 kg/hm2；當氮肥利用率為中等水平40%時，相應推薦施氮量則進一步縮小為30～315 kg/hm2。與諸位學者的施氮量數據進行印證，可以認定本推薦施氮量研究結果較為可靠。

3.4 我國西瓜基于土壤氮素豐缺指標的推薦施氮系統

本研究嘗試建立了我國西瓜缺氮處理相對產量與土壤氮素含量回歸方程，初步確定了我國西瓜土壤氮素豐缺指標，并給出了若干目標產量和氮肥利用率情形下不同氮素豐缺級別土壤種植西瓜的推薦施氮量，為我國西瓜測土施氮奠定了科學基礎。

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收稿日期：2023-10-25

基金項目：國家現代農業產業技術體系（CARS-34）

第一作者簡介：陳呂彥燁（2002—），女，在讀本科，專業為牧草和作物測土施肥

*通信作者簡介：孫洪仁（1965—），男，副教授，碩士，主要從事牧草和作物水肥管理研究工作