減水減肥條件下溫室黃瓜產量、養分吸收情況

鄒慧芳，李麗君，劉 平，白光潔，普錦成

（1.山西大學生物工程學院，山西太原030006；2.山西省農業科學院農業環境與資源研究所，山西太原030031）

設施農業是粗放型的傳統農業通過一系列的轉化進而形成的集約型現代化農業，溫室是我國設施農業的主要栽培形式，近年來設施蔬菜的種植面積不斷增加。據統計，全國設施蔬菜種植面積達386萬hm2，對我國建設“菜籃子”工程作出極大的貢獻[1]。隨著科技的快速發展以及水資源短缺情況，設施農業需合理的施肥灌溉模式，水肥一體化將施肥與灌溉相結合，使作物能夠同時吸收水分和養分，不僅可以提高水肥利用效率，還能夠減少成本、增加產量以及提高品質[2]。氮肥對增加作物產量以及提高蔬菜品質具有重要作用，菜農為追求高產以帶來更高的經濟效益，經常增加肥料施用量，單季化肥純養分使用量達到普通大田作物的數倍乃至數十倍[3]。陜西日光溫室施用化肥中氮、磷、鉀量分別超出推薦施用量的20%，157%和91%[4]。山東壽光日光溫室栽培養分投入量遠超出作物實際需求，氮、磷、鉀養分當季利用率分別僅為24%，8%和46%[5]，說明日光溫室中過量施肥等不合理施肥現象普遍存在。山西省日光溫室蔬菜生產自1995年開始進入快速發展階段，南部以茄果類、瓜類蔬菜為主，中部以瓜類、葉菜類為主，而北部則以葉菜類、瓜類蔬菜為主，在中小城鎮附近適量發展一些稀特蔬菜，但盲目增施化肥以及農藥等問題逐漸暴露出來[6]。過量施肥不僅未能提高產量，還有可能對蔬菜品質造成不良影響，造成土壤養分大量盈余，不利于設施農業的可持續發展[7]。大部分菜農由于不了解蔬菜需肥規律及化肥、有機肥增產效果，且未能得到科學合理的施肥指導，導致過量施肥。了解設施蔬菜的施肥現狀與規律對于指導設施蔬菜合理施肥具有重要意義，但不同蔬菜品種、不同地區以及不同種植模式等對施肥水平要求有較大差異。蔬菜生長過程中需消耗較多的水分，其食用部分大部分為多汁的莖葉或果實，蔬菜質量的90%以上由水組成，因此，灌溉對蔬菜的生長發育、產量以及品質等有較大影響[8-10]。只有適宜的水肥管理才能保證蔬菜的生長發育。

生物炭是低成本、可再生資源，被譽為“黑色黃金”[11]。其與土壤或水體混合后具有很強的穩定性。在土壤中，生物炭可作為土壤改良劑，能夠在一定程度上改善土壤的一些理化性質，通過吸附土壤中的一些污染物進而提高土壤質量[12]。有大量研究表明，添加生物炭能減少土壤氮素淋溶，提高水分及養分利用率，且生物炭與化肥互作能夠增加大豆產量和玉米產量，但也有學者發現僅以生物炭代替化肥仍存在一定難度[13-15]。

本試驗通過與農民習慣水肥管理條件相比較，研究減水減肥對溫室黃瓜產量、養分含量等的影響，以期為當地溫室蔬菜生產提高水肥利用率、較少環境污染提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗區概況

試驗地位于山西省晉中市太谷縣胡村鎮溫室大棚。該地區位于 112°64′E，37°54′N，年平均氣溫9.8℃，海拔約783 m，年降水量462.9 mm左右，降雨集中于7—9月。黃瓜于2017年7月11日定植，10月8日開始采摘。黃瓜生長期壟面覆膜，基肥撒施，追肥沖施。

種植前土壤基本理化性質如表1所示。

表1 試驗地土壤理化性質

1.2 試驗設計

試驗共設5個處理，分別為：T1.常規水肥（農民習慣施肥量＋常規灌溉量（漫灌））；T2.80%常規施肥量＋常規灌溉量（漫灌）；T3.80%常規灌溉量（膜下滴灌）＋常規施肥量；T4.常規灌溉量（漫灌）＋農民習慣施肥量＋生物炭；T5.80%常規灌溉量（膜下滴灌）＋80%常規施肥量+生物炭。每個處理3次重復，共15個小區，各小區隨機排列。小區面積為31.5 m2，每小區定植150株，即47 619株/hm2。灌溉量通過水表控制。試驗處理設計列于表2。

表2 試驗地黃瓜施肥處理 kg/hm2

1.3 測定指標及方法

黃瓜及植株養分測定[16]：采用H2SO4-H2O2消煮法測定氮、磷、鉀，全氮測定采用半微量凱氏法，全磷測定采用釩鉬黃法，全鉀測定采用火焰光度法。

1.4 數據處理

本試驗數據處理、繪圖等采用Excel 2007軟件進行，方差分析采用SPSS20進行。

其中，Y表示黃瓜產量（kg）；I表示黃瓜整個生育期灌水量（m3）；N 表示施入的純氮量（kg/hm2）；養分投入量包括有機肥和化肥施入量；養分攜出量包括經濟產量和廢棄物產量。

2 結果與分析

2.1 施肥灌溉對黃瓜產量、IWP及PNP的影響

由表3可知，對于黃瓜產量而言，漫灌條件下，黃瓜產量隨施肥量的減少而增加，即T2＞T4＞T1，但各處理間差異不顯著（P＞0.05）；滴灌條件下，T3＞T5，但二者之間差異不顯著（P＞0.05），即黃瓜產量與施肥量無顯著相關關系；相同施肥條件下，T3＞T4＞T1，T2＞T5，T4，T1 處理分別較 T3 處理減少0.32%，3.22%，T5處理較T2處理減少5.69%，但各處理間差異不顯著（P＞0.05），即黃瓜產量與灌溉量也無顯著相關關系。

對于黃瓜灌溉水生產率（IWP），施肥量相同時，漫灌低于滴灌，即 T3＞T4＞T1，T5＞T2，T4 和T1處理較T3處理分別減少0.3%，3.21%，T2處理較T5處理減少0.52%，但處理間差異不顯著（P＞0.05）。

對于黃瓜氮肥偏生產力（PNP），漫灌條件下，減量施肥高于常規施肥，即T2＞T4＞T1，T4和T1處理較T2處理分別減少20.17%，22.49%，T2處理與T4，T1處理間差異顯著（P＜0.05）；滴灌條件下，減量施肥高于常規施肥，即T5＞T3，T3處理較T5處減少15.08%，T3與T5處理間差異顯著（P＜0.05）。

表3 不同處理間黃瓜產量、灌溉生產率、氮肥偏生產力比較

2.2 施肥灌溉對黃瓜不同部位養分含量的影響

從圖1可以看出，不同施肥灌溉處理間黃瓜不同部位的養分含量受施肥量的影響無顯著規律。黃瓜果實以及地下部不同處理間的全鉀含量受灌溉量的影響無明顯規律，全氮、全磷含量均為T1＞T3，但差異未達顯著水平（P＞0.05）；而地上部的全氮、全磷含量均為T3＞T1，但差異均未達到顯著水平（P＞0.05）。

黃瓜養分含量不同部位存在差異，果實和地上部均為全鉀＞全氮＞全磷，而地下部表現為全氮＞全鉀＞全磷。黃瓜果實中的養分含量受施肥量影響未達顯著水平（P＞0.05），全鉀含量在施肥量相同時，漫灌小于膜下滴灌，但差異未達顯著水平（P＞0.05）；而對于地上部，灌溉量相同時，養分積累量全部表現為常規施肥大于減量施肥，但差異未達顯著水平（P＞0.05），施肥量相同時，T1＞T3，T2＞T5，即漫灌大于滴灌，但差異未達顯著水平（P＞0.05）；地下部的養分含量均表現為常規施肥大于減量施肥；施肥量相同時，T1＞T3，T2＞T5，即漫灌大于滴灌，但差異未達顯著水平（P＞0.05）。

2.3 不同處理間黃瓜養分盈余情況

從表4可以看出，各處理均出現黃瓜養分盈余現象，養分施入量遠大于輸出量，N，P2O5，K2O的盈余量分別為投入量的29.92%～58.56%，42.76%～77.25%，17.47%～53.53%。不同處理間養分盈余量存在一些差異，在漫灌方式下，T2＞T1＞T4，N，P2O5，K2O的盈余量表現為T2處理較T1處理分別減少37.73%，28.32%，43.91%，T4處理較 T1處理分別增加3.59%，12.93%，12.65%；滴灌方式下，T5＞T3，N，P2O5，K2O的盈余量，T5 處理較 T3 處理分別減少34.29%，23.30%，43.72%，差異均達到顯著水平（P＜0.05），即施肥量對表觀養分盈余量影響顯著；在常規施肥方式下，N，P2O5，K2O的盈余量表現為T3處理較T1處理分別增加1.89%，2.54%，4.89%，T4處理較 T1處理分別增加 3.59%，12.93%，12.65%；減量施肥方式下，T5處理較T2處理分別增加7.53%，9.72%，5.24%，即滴灌較漫灌養分盈余量增加，但處理間差異不顯著（P＞0.05）。

表4 不同處理溫室黃瓜養分盈余量 kg/hm2

3 討論

3.1 減水減肥對黃瓜產量、IWP以及PNP的影響

試驗表明，在農民現有施肥灌水條件下，由于習慣施肥量大，減少肥料的用量之后還能滿足作物的生長需求，因此，減量施肥并不會導致產量下降。不同的蔬菜產量及品質等對水肥條件響應不同，施肥效果在土壤肥力缺乏時較顯著，而灌水效果則在土壤肥力充足時顯著。施肥、灌水對黃瓜產量有一定的影響，施肥量相同時，常規灌溉低于滴灌處理，但處理間差異不顯著，可能是因為膜下滴灌可減少土壤表面水分的蒸發，相對增加了植株對水分的吸收利用，因此，提高了黃瓜產量[19]。在常規水肥基礎上添加生物炭，黃瓜產量增加，可能是由于添加生物炭能夠改善土壤理化性質，提高土壤水分養分利用率，且生物炭對氮、磷等養分吸持能力強[15]。這與黃超等[20]、張偉明等[14]在不同土壤中施入生物炭，作物均出現不同程度的增產結果一致。在試驗范圍內，減水減肥提高了黃瓜的水、肥利用率，表現為IWP和PNP的提高，因而，黃瓜產量未減產。

3.2 減水減肥對黃瓜養分含量的影響

不同施肥、灌溉量間黃瓜養分含量不同，且差異不顯著，可能是由于試驗地前期土壤中養分供應比較充足，對不同施肥灌溉處理黃瓜養分吸收的影響差異不明顯。灌溉量及灌溉方式對果實養分含量影響無明顯規律，地上、地下部養分含量均表現為常規灌溉大于滴灌，可能是由于黃瓜需水量較大，適當增加灌水量有利于植株根系生長發育以及養分吸收[21]。羅勤等[16]、方棟平等[22]以及邢英英等[19]均在當地推薦施肥量基礎上減量施肥，試驗結果均證明減水減肥能有效提高肥料利用率。因此，在生產過程中，要合理控制肥料的施用量，減少養分的盈余，提高肥料利用率。

4 結論

本試驗與農民現有習慣施肥模式相比，減少施肥量以及灌溉量未影響黃瓜產量，且提高了PNP以及IWP，對黃瓜植株、果實養分含量無明顯影響。

本季溫室試驗不同處理均出現黃瓜養分盈余現象，養分投入量遠大于輸出量。T3處理的黃瓜產量最高，T2處理的PNP最高，養分盈余量最少，T5處理的IWP最高。總之，合理減少水、肥用量不會對黃瓜產量、養分含量產生明顯影響。