不同施氮量對設施甜瓜生長發育、養分吸收利用的影響

劉志剛，任紅松，李海峰，張以和，買買提·艾合買提，胡西旦·買買提，努爾孜葉古麗·馬合木提，阿木提·庫爾班，王瑞華，甘付華

(1.新疆農業科學院吐魯番農業科學研究所，新疆吐魯番 838000 ; 2.新疆吐魯番市農業技術推廣中心，新疆吐魯番 838000；3.托克遜縣伊拉湖鎮農業技術推廣站，新疆托克遜 838103；4.托克遜縣農產品質量安全檢測中心，新疆托克遜 838100)

0 引 言

【研究意義】甜瓜屬于喜肥作物[1]，也是需氮較多的作物[2]，施氮是甜瓜生產過程中重要環節[3,4]，科學合理的使用氮肥，不僅可以起到提高抗逆性、增強生長勢、延緩早衰、促進高產、提升品質等作用，而且對植物生長發育的促進是多方面協同作用[4,5]。在設施甜瓜生產中，常常施用過量的氮素肥料，使養分利用率降低、甜瓜品質變劣、土壤環境受到影響[6-8]。篩選出適宜的氮肥施用量和優化施肥配比，對提高甜瓜產量、品質及氮肥利用率有重要意義。【前人研究進展】適期適量施用氮肥可促進作物生長，延緩早衰[4]；李立昆等[9]得出施氮越多株高增加速率越大；氮肥水平的高低可直接影響甜瓜莖粗的生長，提高氮肥水平將有利于莖粗生長[10,11]；許如意等[12]研究表明，在2個甜瓜品種果實成熟期果實縱徑和果形指數在不同氮素濃度分段管理下差異不顯著；胡國智等[8]的研究認為，施氮處理的氮肥利用率為 11%～29%，隨著施氮量的不斷增加，氮肥利用率逐步降低。【本研究切入點】甜瓜的生長發育受氮肥種類、氮肥用量、施肥方式等影響，氮肥利用率受甜瓜品種、種植方式、生態環境、土壤養分、栽培管理等影響。研究不同施氮量對設施甜瓜株高、莖粗、果實縱徑和橫徑、氮素吸收利用率的影響。【擬解決的關鍵問題】以吐魯番設施甜瓜為研究對象，研究不同施氮量對設施甜瓜植株、果實的生長發育特性、不同時期的需肥規律及養分吸收利用的影響，為促進化肥減量增效，提高設施甜瓜種植氮肥利用率提供理論依據和技術支持。

1 材料與方法

1.1 材 料

供試材料為甜瓜地方品種西開心，中早熟品種，全生育期75～80 d，果實長圓形，幼果青皮，表面覆有深綠色條帶，全瓜布有細網紋，青白瓤，風味極佳，由新疆吉豐種業有限責任公司生產。

所施用的氮肥為尿素(含N≥ 46.4%)，磷肥為重過磷酸鈣(含 P2O5≥ 46%)，鉀肥為硫酸鉀(含 K2O ≥ 51%)，磷酸二銨(含 P2O5≥ 64%)，三元復合肥(總養分≥ 51%)。試驗地土壤為砂壤土，0～20 cm耕作層肥力中等，土壤養分含量中有機質為16.082 g/kg、堿解氮為94.5 mg/kg、速效磷為19.6 mg/kg、速效鉀為 415 mg/kg，pH值為7.88。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

田間試驗在2018年、2019年2～5月新疆吐魯番市高昌區新疆哈密瓜研究中心設施基地進行(N 42°56' 21″，E 89°11'41″)，海拔56 m。試驗設5個處理，其中以處理5(常規施肥)為CK1，以處理1(無氮區)為CK2，處理2(70%優化施氮量)、處理3(優化施氮量)、處理4(130%優化施氮量)。試驗每個處理3次重復，共15個小區，每次重復小區隨機排列，四周設保護行，小區面積為30 m2，單灌單排，避免水肥互相滲透，各處理基肥均為撒施，追肥為穴施，每次肥后滴水。表1

表1 甜瓜不同施氮量田間試驗處理及施肥方案

1.2.2 測定指標

植株生長性狀測定，每小區分別在溫室前、中、后部各隨機選取3株，共9株掛牌標記，每6 d測定1次主蔓長、莖粗、果實縱徑、果實橫徑等指標。其中用卷尺測量主蔓長度；莖粗用電子數顯游標卡尺測量主蔓子葉部粗度；種植前取基礎混合土壤樣本，收獲時避開施肥處，每個處理各取一個土壤耕層混合樣本分析pH值、總鹽、有機質、速效氮、速效磷、速效鉀。

吸氮量(g/plant)=氮含量×干重；氮收獲指數(NHI)=果實吸氮量/植株吸氮量×100%；氮肥利用率(NFUE)=(施氮區地上部分吸氮量-不施氮區地上部分吸氮量)/施氮量×100%；氮肥生理利用率(kg/kg)=(處理區產量-對照區產量)/(處理區地上部植株吸氮量-對照區地上部植株吸氮量)；氮肥農學效率(AE)=(處理區產量-對照區產量)/施用氮肥純量；氮肥對產量貢獻率(FCR)=(處理區產量-對照區產量)/處理區產量×100%；氮肥偏生產力(PFPN)=處理區產量/施用氮肥純量；氮產投比 =[(處理區產量-對照區產量)×平均價格-處理區氮肥成本]/處理區氮肥成本。

1.3 數據處理

采用Excel 2003軟件對數據進行處理和作圖，采用DPS14.5統計軟件Duncan新復極差法進行數據方差分析，不同大小寫字母分別表示在(P≥0.01)和(P≥0.05)水平上差異顯著。

2 結果與分析

2.1 不同施氮處理對甜瓜主蔓長度的影響

研究表明，2月20日甜瓜定植后，隨著外界氣溫的升高，棚內溫度逐漸升高，地溫也隨之升高，促進了根系的生長和養分的吸收，植株主蔓生長主要分為“慢-快-慢”3個階段。隨著甜瓜苗木根系向縱深發展和氮肥施用量的增加，甜瓜主蔓長度也隨之增長，定植后24～36 d，各處理主蔓長度生長速度在整個生育期內較慢，這可能與追肥時間也有一定關系，各處理主蔓生長量處理4 > 處理3 > 處理2 > 處理1 > 處理5，各處理之間呈顯著差異(P<0.05)；定植后36～54 d，各處理主蔓生長進入快速生長期，可能由于施氮量和溫度的原因，處理1主蔓生長速度居中，但因為前期主蔓生長緩慢，主蔓長度始終低于其他各處理，而處理4主蔓生長速度較快，各處理主蔓生長量處理4 > 處理3 > 處理5> 處理2 > 處理1，各處理之間呈顯著差異(P<0.05)；定植后54～66 d，各處理主蔓生長進入緩慢生長期，各處理主蔓生長量處理4 > 處理3 > 處理2 > 處理5> 處理1，除處理5以外，其他各處理之間呈極顯著差異(P<0.01)。圖1

注：P<0.05差異顯著，用小寫字母表示；P<0.01差異極顯著，用大寫字母表示，下同

2.2 不同施氮處理甜瓜主蔓莖粗的影響

研究表明，在整個生育期內，各處理主蔓莖粗生長變化模型基本呈“S”型生長曲線，莖粗生長分3個階段，對于處理3來說“S”型生長曲線表現較為明顯，第1階段為定植后36～48 d，為緩慢生長期，第2階段為定植后48～60 d，為快速生長期，莖粗增長速率較快，第3階段為定植后60～78 d，為莖粗增長緩慢期；處理1、處理2的生長曲線較相似，第1階段為定植后36～42 d，為快速生長期，之后為2個慢速生長期，第2階段為定植后42～54 d，第3階段為定植后54～78 d；而處理4、處理5的生長曲線較相似，第1階段為定植后36～48 d，為快速生長期，之后為2個慢速生長期，第2階段為定植后48～66 d，第3階段為定植后66～78 d。在定植后78 d比較，處理3與其他處理呈極顯著差異(P<0.01)，主蔓莖粗比較為處理3>處理2>處理4>處理1>處理5。圖2

圖2 不同處理下甜瓜莖粗變化

2.3 不同施氮處理對甜瓜果實縱徑的影響

研究表明，隨著施氮量的增加，果實縱徑總體表現為先增加后減小的趨勢，處理3(優化施肥處理)的甜瓜果實縱徑最大，處理3施氮量有效的促進了果實的縱向生長發育，處理3在結果初期果實的縱徑就表現出了一定的優勢，隨著時間的推移，在定植后84 d，處理3的果實縱徑長度與其他處理表現出較大的差異，處理3縱徑最大，為28.4 cm，而處理5(常規施肥區)最小，為22.0 cm，其次為處理1，為23.4 cm，處理3相比其他處理呈極顯著差異(P<0.01)；而處理1(無氮區)在結果初期，從定植后48～60 d表現為縱徑大于處理2(70%氮區)，定植后66 d后與處理2差異不明顯。圖3

圖3 不同處理下甜瓜果實縱徑變化

2.4 不同施氮處理對甜瓜果實橫徑的影響

研究表明，隨著施氮量的增加，果實橫徑總體也表現為先增加后減小的趨勢，處理3(優化施肥處理)的甜瓜果實橫徑最大，為16.2 cm，在整個生育期處理3的果實橫徑長度與其處理表現出一定的差異，處理3相比其他處理差異顯著(P<0.05)。而處理1(無氮區)在結果初期，雖然沒有施用氮素，從定植后48～66 d表現為橫徑始終大于處理2，在定植后54～60 d甚至橫徑大于除處理3的其他處理，這可能與果實生長發育初期氮素濃度較低有關，低濃度的氮素有利于果實發育的充分吸收；在定植66 d之后，處理1開始表現出氮素缺乏的現象，果實橫徑生長比其他處理緩慢；從定植后72 d開始，果實橫經大小始終為處理3>處理2>處理1>處理4，而處理5在定植后42～54 d，果實橫徑在各處理中較小。圖4

圖4 不同處理下甜瓜果實橫徑變化

2.5 不同施氮處理對甜瓜氮素吸收利用的影響

研究表明，在磷鉀肥施入量相同的基礎上，對氮素吸收量隨施氮量的增加表現為先增加后減少的趨勢，其中處理3對氮素吸收量最高，為5.67 g/株，其次是處理4，最低為處理1，為3.73 g/株，處理3、處理4與其他各處理呈極顯著差異(P<0.01)；但果實中全氮含量隨施氮量的增加而增加，在處理4達到最高，為2.69 g/株，各處理間差異不顯著；而處理3植株氮素吸收量最高，為2.98 g/株，在處理4時植株氮素吸收量開始降低，處理3、處理4與其他各處理呈極顯著差異(P<0.01)；處理5常規施肥氮素吸收量為4.27 g/株，相比處理3氮素吸收率提高32.79%。圖5,圖6

圖5 不同處理下甜瓜氮素吸收變化

圖6 不同處理下氮素施入量

2.6 不同施氮處理對土壤養分含量的影響

研究表明，施用一定量的磷鉀素前提下，過量的氮素對甜瓜植株鉀素的吸收有一定的抑制作用，植株主蔓長度與施氮量、根際速效氮含量成正比。處理4速效氮含量最高，330.3 mg/kg，速效鉀含量最高，為428 mg/kg，處理4主蔓長度最長，各處理主蔓生長量排序為：處理4 > 處理3 > 處理2 > 處理1，這與各處理施氮量、根際速效氮含量排序相同；一定范圍內，隨氮素施入量的增加，促進了甜瓜植株對磷素的吸收，在處理3氮素施入量時磷素吸收最高，而主蔓莖粗比較中，表現為處理3>處理2>處理4>處理1，與根際磷素吸收量排序相同，植株對磷素的吸收量與根莖粗度有一定關系。表2

表2 甜瓜不同施氮量田間試驗處理前后土壤養分含量

2.7 不同施氮處理對氮肥利用效率的影響

研究表明，在磷鉀肥施入量一定的前提下，隨氮素施入量的增加氮肥利用率、產量的貢獻率和氮收獲指數先升高后降低，氮肥利用率、產量的貢獻率在處理3均達到最高，分別為19.34%和22.76%，處理2氮肥利用率最低，為12.42%，與處理3差異顯著(P<0.05)，處理4對產量的貢獻率最低，為10.15%，與各處理氮肥對產量貢獻率呈極顯著差異(P<0.01)，氮收獲指數則是在處理2達到最高，為90.15%，與其他處理差異顯著(P<0.05)；處理2氮肥農學效率、氮肥偏生產力、氮產投比均為最高，分別為23.73、108.08、9.97，其次是處理3，處理4氮肥對產量的貢獻率、氮肥農學效率、氮肥偏生產力、氮產投比均最低，分別為10.15、5.13、50.55、2.54，除處理2與處理3、處理4間均呈極顯著差異(P<0.01)；氮肥生理利用率隨氮素施入量的增加而降低，處理4最低，為50.04，處理2最高，為327.66，處理2與其他處理間呈極顯著差異(P<0.01)。表3

表3 不同處理下氮肥利用效率變化

3 討 論

有研究認為，適宜的氮、鉀肥施用量既能促進地上部植株生長[13]，又改善了根系的形態結構和分布[14-15]，過量的氮、鉀肥使產量、品質和經濟效益降低，且氮肥的抑制作用更為明顯[16]。而氮素過量可能會降低根際土壤微生物氮含量[17]，使大部分光合同化產物與氮形成蛋白質，影響光合產物的轉化和輸出[18]，且導致根系活力下降，不利于對礦質養分的吸收利用和植株吸收養分的效率[19]。試驗中甜瓜的氮素利用率僅為12.42%～19.34%，氮素過量對甜瓜果實生長的影響甚至比不施氮肥更嚴重，這與胡國智等[8]的研究結果基本一致。

研究表明，適量的鉀能促進植株對氮、磷、鉀的吸收[20]，鉀素累積到一定濃度時則會抑制對氮、磷的吸收[21]。磷、鉀間，氮、鉀間，氮、磷間也表現出交互作用[22,23]。研究顯示，在一定范圍內增加氮素施用量有利于磷、鉀素的吸收與利用，氮素過量會降低磷素和鉀素的吸收量，這與孫永健[5]的研究結論一致；研究還發現過量的磷素會抑制地上部氮、磷、鉀素的吸收，不利于甜瓜植株和果實生長。

相關研究認為，氮素在植株體內的吸收積累量與施氮量、氮肥利用率等因素有關[24]，甜瓜氮肥利用效率與施氮量呈負相關關系[8,13]，岳文俊等[25]得出在較低施氮量時，氮素被甜瓜植株充分吸收的機會較大，氮肥施入量大時供應的養分超出甜瓜吸收能力，造成吸收利用率低，每株甜瓜對氮、磷、鉀的吸收量為 2.32～3.80、0.76～1.20、2.68～3.95 g/株；而陳波浪等[26]得出：不同肥力水平下的立架栽培甜瓜，氮、磷、鉀的吸收量分別為3.81～5.38 g、1.40～1.64 g、12.89～16.66 g/株；研究結果得出，每株甜瓜對氮、磷、鉀的吸收量分別為 3.73～5.67、0.39～0.79、10.45～13.15 g/株，主要原因可能與土壤基礎養分含量、栽培方式、施肥量、品種等因素有關。

4 結 論

4.1 在磷鉀肥一定的基礎上，甜瓜主蔓長度與氮肥施用量成正比，甜瓜莖粗則呈現先增加后減少的趨勢。

4.2 當優化施肥處理N、P2O5、K2O分別為300 kg/hm2、150 kg/hm2、180 kg/hm2時，促進了甜瓜對磷、鉀元素的吸收，對甜瓜果實生長和產量形成效果明顯。

4.3 在磷鉀肥一定的基礎上，隨氮素施入量的增加氮肥利用率、產量的貢獻率和氮收獲指數先升高后降低，氮肥利用率、產量的貢獻率在優化施肥處理均達到最高，分別為19.34和22.76。

4.4 氮收獲指數、氮肥生理利用率、氮肥農學效率、氮肥偏生產力、氮產投比在70%優化施氮量處理均為最高，分別為114.95%、327.66 kg/kg、23.73 kg/kg、108.08 kg/kg和9.97kg/kg。

4.5 植株對氮素吸收量隨施氮量的增加表現為先升高后降低的趨勢，果實對氮素的吸收量表現出隨施氮量的增加而增加的趨勢；優化施肥與常規施肥相比，氮素吸收率提高32.79%，氮肥利用率提高11.63%。