化肥減施對日光溫室黃瓜生長和土壤肥力的影響

鄭昕雨，趙昌博，智中正，孫周平

（沈陽農業大學園藝學院/設施園藝省部共建教育部重點實驗室，遼寧沈陽 110866）

【研究意義】黃瓜（Cucumis sativusLinn）是我國主要設施蔬菜品種，屬根敏感性作物，對養分和土壤環境要求較為嚴格[1]。在產量作為增加經濟效益主要手段的要求下，“大肥大水”成為許多農戶習慣性生產方式，導致產量雖然有所增加，品質卻不斷下降，加劇了肥料的損失，造成資源的浪費和農業生產成本的增加，對環境質量也構成了威脅[2?3]。研究表明：長期過量施用化肥，容易造成土壤酸化，尤其是有些便宜的肥料雜質中含有大量強酸性離子，進一步加劇了土壤pH值下降[4]。施肥量過高也導致土壤鹽分的累積，形成土壤鹽漬化問題，不僅危害土壤生態環境，還對作物產生毒害作用，導致蔬菜品質下降[5]。農戶習慣水肥管理下表觀氮素損失量占總氮施入量的82%。這表明我國設施蔬菜栽培氮素損失嚴重，造成了大量氮素資源的浪費[6]。通過施肥進入土壤中的氮素大約有30%～50%會發生淋溶進入地下水，造成地下水中NO3?含量嚴重超標[7]。過量施化肥還會造成蔬菜硝酸鹽含量超標[8]。長期過量施肥還會導致土壤中養分的大量累積。根據菜地土壤有養分含量豐缺指標[9]，菜地土壤堿解N、有效磷含量在50～100 mg/kg為適宜，大于150 mg/kg為過量，速效鉀適宜含量為150～250 mg/kg，大于350 mg/kg為過量。余海英等[10]對山東日光溫室土壤養分進行測定發現，溫室耕層土壤硝態氮、有效磷和速效鉀含量分別為254，248，486 mg/kg，耕層有效磷和速效鉀含量均為過量，且各養分在土壤剖面存在不同程度的向下遷移現象。袁麗金等[11]對河北省設施土壤的測定結果顯示，設施土壤硝態氮、有效磷和速效鉀含量分別為377.2，448.8，1 405.6 mg/kg，有效磷及速效鉀含量均為過量。本課題組對遼寧日光溫室蔬菜土壤調查表明：土壤中堿解氮和速效磷的含量明顯過量，近年來土壤速效鉀的累積也越來越嚴重。

【前人研究進展】日光溫室蔬菜土壤養分大量積累的原因在于過量施肥，曹齊衛等[12]研究表明：山東濟南日光溫室N、P2O5、K2O年均投入量為2 684，1 965，2 375 kg/hm2，氮、磷及鉀肥的肥料利用率低，分別為18.6%、7.4%和31.4%。本研究調查表明：遼寧省凌源市日光溫室黃瓜N、P2O5、K2O年平均投入量為1 020，856.95，1 336.95 kg/hm2，也明顯超過蔬菜的實際需求量。因此，設施蔬菜化肥減施受到政府和研究者的廣泛關注。趙娜[13]對朝陽市建平縣日光溫室秋茬黃瓜生產研究表明：與常規施肥（CK）相比，減施N肥、P肥、K肥和化肥總量20%時，黃瓜的產量提高。李傳哲等[14]對江蘇常熟日光溫室秋茬黃瓜化肥減施研究表明：與常規施肥處理相比，氮肥和磷肥分別減施20%，黃瓜產量分別提高15.19%、10.95%；氮肥和磷肥同時減施20%，黃瓜品質提高。王巧云等[15]對甘肅永靖日光溫室秋茬蔬菜生產研究表明：化肥減施50%，對辣椒、黃瓜、娃娃菜在肥料效益上無明顯差異，產量、品質沒有受到影響，且具有增產增收的效果。【本研究切入點】前人研究表明，由于不同地區氣候條件、土壤類型、蔬菜種類與栽培茬口以及生產管理等不同，我國不同地區設施蔬菜化肥減施存在較大差異。【擬解決的關鍵問題】遼寧省凌源市是我國北方地區重要的日光溫室黃瓜生產基地，年種植面積1萬hm2左右。為此，本研究針對凌源市日光溫室黃瓜N、P、K化肥均過量施用，而且追肥環節化肥施用量占到總化肥使用量的85%的問題，以凌源市種植14年的日光溫室黃瓜生產為研究對象，開展了日光溫室黃瓜追肥N、P、K化肥均衡減施研究，以明確追施化肥減量對日光溫室黃瓜生長及其土壤養分利用的影響，為日光溫室黃瓜科學施肥及其綠色生產提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2018年10月—2019年6月在遼寧省朝陽市凌源市凌北鎮農戶的日光溫室進行，栽培模式為越冬一大茬栽培。到2018年該溫室連續14年種植黃瓜，土壤類型為褐土，pH 6.73，EC 0.694 ms/cm，堿解氮含量406.35 mg/kg，有效磷含量293.16 mg/kg，速效鉀含量215.80 mg/kg。供試黃瓜品種為津綠新星（嫁接苗）。

1.2 試驗設計

以凌源市日光溫室黃瓜越冬長季節栽培年目標產量37.5萬kg/hm2，確定黃瓜整個生育期施肥量。由于設施果菜類蔬菜的化肥施用主要在追肥環節，因此，本研究進行了N、P、K化肥均衡減施研究，共設6個處理：CK（常規施肥，對照）、T80（減肥20%）、T70（減肥30%）、T60（減肥40%）、T50（減肥50%）和T0（不追肥，只澆水；該處理只用于化肥氮農學利用效率的計算）。所有處理基肥的化肥和有機肥使用量一致。試驗在兩個日光溫室中進行，一個溫室為農戶常規施肥，共70壟；另一個溫室進行化肥減施處理，每個處理14壟，不追肥處理3壟。各個處理的化肥施用量如表1所示。

表1 不同處理追肥化肥施用量Tab.1 Application amount of topdressing fertilizer under different treatments

1.3 栽培管理

兩個溫室的結構和日常管理一致。每667 m2基肥施用量為牛糞和羊糞共12 m3，N、P、K復合肥25 kg。2018年10月20日定植黃瓜嫁接秧苗，采取1 m高畦大壟、膜下滴灌的栽培方式。常規水肥管理：冬季低溫期每10～15 d灌水施肥1次，灌水量10 t/次，追施化肥5～7 kg/次，以有機型水溶肥為主；春季溫度適宜季節，每10 d左右灌水施肥1次，灌水15 t/次，追施N、P、K水溶肥7～10 kg/次；夏季溫度較高季節，每5～7 d灌水施肥1次，灌水15～20 t/次，追施N、P、K水溶肥6～8 kg/次。2019年6月30日拉秧。其它溫室環境、植株管理和病蟲害防治同常規生產。

1.4 測定項目與方法

各處理隨機選取3株長勢一致的黃瓜植株，每隔2個月測量1次株高（用卷尺測量子葉到生長點的距離），3次重復。

開始坐果后進行產量測定，在摘瓜當日用電子天平稱質量并記錄，拉秧后統計總產量。在盛瓜期取果實，測定品質指標（可溶性糖、Vc和可溶性固形物含量），3次重復。具體測定方法為：可溶性糖采用蒽酮比色法；維生素C采用鉬藍比色法；可溶性固形物用RHBO?90型號手持折射儀（LINK，Co.Ltd.，中國臺灣）測量。

拉秧之后按5點取樣法取0～20 cm耕層土樣，于室內風干后過20目篩，分別測定各個處理的pH、EC、堿解N、速效P、速效K含量。土壤pH用2.5∶1水土比，酸度計測定；土壤電導率采用DDS?11A型電導儀測定，水土比為5∶1；堿解N采用堿解擴散法；土壤速效P采用NaHCO3浸提?鉬銻抗比色法；土壤速效K采用NH4OAC浸提?火焰光度法。

拉秧期對植株進行破壞性取樣，每處理隨機選取3株，調查每棵植株的葉片數，將植株根、莖、葉、果實分開，單獨稱質量；然后分別裝入紙袋中，105 ℃殺青30 min，85 ℃烘干48 h至恒質量，分別稱干質量；將植株干樣粉碎研磨過100目篩，采用H2SO4?H2O2方法進行消煮，然后用凱氏定氮儀測定其氮含量。

1.5 數據處理

采用WPS軟件對試驗數據進行統計分析和作圖；采用DPS軟件進行方差分析，采用Duncan新復極差法進行多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同化肥減施處理對黃瓜植株生長的影響

2.1.1 對黃瓜株高的影響 從圖1可知，隨著種植時間，各處理黃瓜植株的株高增加。在定植初期，各處理之間差異不顯著。隨著時間的推移，各處理之間的差異漸漸顯示出來。定植8個月后，各施肥處理的株高隨著施肥量的減少呈先升高后下降的趨勢，黃瓜株高由大到小依次為：T70處理、T80處理、CK處理、T60處理和T50處理。

圖1 不同化肥減施處理對日光溫室黃瓜株高的影響Fig.1 Effects of different fertilizer reduction application treatment on plant height of cucumber in solar greenhouse

2.1.2 對黃瓜葉片數的影響 從圖2可知，隨著追肥量的減少，黃瓜葉片數呈先升高后降低的趨勢。T70處理的葉片數最多，為85片，且顯著高于其他處理。T50處理的葉片數最少，為71片，顯著低于其他處理。

2.1.3 對植株生物量的影響 從表2可以看出，隨著施肥量的減少，各處理的生物量呈先升高后降低的趨勢，T70處理的生物量最高，為7 511.74 g/株顯著高于CK和T60、T50處理；各處理的果實生物量也呈先升高后降低的趨勢；各處理的根生物量隨著施肥量的減少呈逐漸降低的趨勢，根生物量的變化范圍為23.13～13.24 g/株；各處理莖和葉的生物量沒有明顯的趨勢，莖和葉生物量的變化范圍分別為400.10～442.82 g/株和935.21～1 027.75 g/株。

圖2 不同化肥減施處理對日光溫室黃瓜葉片數的影響Fig.2 Effects of different fertilizer reduction application treatment on leafs number of cucumber in solar greenhouse

表2 不同化肥減施處理對日光溫室黃瓜鮮質量生物量的影響Tab.2 Effects of different fertilizer reduction application treatment on fresh weight of cucumber in solar greenhouseg/株

2.2 不同化肥減施處理對日光溫室黃瓜果實產量和品質的影響

2.2.1 對黃瓜果實的影響 圖3是各個處理黃瓜的單株產量，從圖3可以看出，隨著追肥量的減少，單株產量呈先升高后降低的趨勢，T70處理的單株產量最高，為6.09 kg/株，比常規施肥CK處理高出10.12%，且差異顯著；T50處理的單株產量最低，僅為4.79 kg/株，顯著低于CK常規施肥處理。

2.2.2 對黃瓜果實品質的影響 從表3可以看出，T70處理果實可溶性糖含量最高，T60處理最低，各個處理的可溶性糖含量沒有顯著性差異；CK處理的果實Vc含量最低，僅為0.087 2 mg/gFW，T50和T70處理的果實Vc含量顯著高于CK處理；各處理的可溶性固形物含量沒有顯著性差異，CK處理和T50處理的可溶性固形物含量略低于各減量施肥處理。

圖3 不同化肥減施處理對日光溫室黃瓜單株產量的影響Fig.3 Effects of different fertilizer reduction application treatment on yield per plant of cucumber in solar greenhouse

表3 不同化肥減施處理對日光溫室黃瓜果實品質的影響Tab.3 Effects of different fertilizer reduction application treatment on fruit quality of cucumber in solar greenhouse

2.3 不同化肥減施處理對黃瓜土壤及養分利用的影響

2.3.1 日光溫室黃瓜施肥養分供應分析 如表4所示，隨著化肥施用量的減少，有機肥施用所占的比例逐漸升高。CK處理的N肥每667 m2總施用量為162.93 kg，其中有機肥提供的N占65.63%，化肥提供的N占34.37%。各減肥處理的化肥N施用量按照梯度逐漸減少，總施N量隨之減少，化肥N占比也隨之降低，而有機肥提供的N占比隨之升高。P肥和K肥的養分供應趨勢和N肥相似。

表4 日光溫室黃瓜施肥養分供應分析Tab.4 Nutrient supply analysis of cucumber in solar greenhouse

2.3.2 對土壤速效養分的影響 從表5可以看出，各處理之間土壤pH無顯著性差異；T80、T70和T60處理與CK常規施肥處理相比電導率顯著降低；各處理間的堿解氮、速效磷和速效鉀含量均隨施肥量的降低而減少，各減肥處理的堿解氮、速效磷和速效鉀含量均與常規施肥處理相比顯著降低，T50處理最低，分別為271.76，190.3，551.02 mg/kg。

表5 不同追肥減量處理對日光溫室土壤養分指標的影響Tab.5 Effects of different topdressing reduce treatment on nutrient indicators of soil in solar greenhouse

表6 不同追肥減量處理對化肥氮養分投入與利用率影響Tab.6 Effects of different topdressing reduce treatment on fertilizer nitrogen nutrient input and utilization

2.3.3 對化肥養分利用率的影響 從表6可以看出，氮肥偏生產力隨施化肥氮量的減少而升高，CK處理的化肥氮利用率為262.68 kg/kg，而T50處理的氮肥偏生產力達到了513.69 kg/kg，與CK處理相比提高了95.5%；T60、T70、T80處理分別提高了67.54%、51.5%、33.1%。化肥氮的農學利用率也隨施化肥氮量的減少而升高，CK處理的農學利用率僅為7.7%，而T50處理的化肥氮利用率達到了19.2%，與CK處理相比提高了11.5%；T60、T70、T80處理的化肥氮農學利用率分別為16.0%、15.2%、12.9%。

3 討論

本試驗結果表明，在黃瓜生長前期，各處理的黃瓜長勢沒有顯著性差別，分析原因可能是由于黃瓜種植前的土壤養分含量較高，而且本試驗施用的基肥占到總施肥量的60%，所以各處理黃瓜前期的養分供應充足，長勢沒有顯著性差別。而在黃瓜生長后期，隨著化肥施用量的減少，黃瓜長勢呈現上升后下降的趨勢，在T70處理處出現拐點，說明適量減少化肥施用（減少20%或30%），在黃瓜生長后期能增強黃瓜的長勢，但化肥施用量過少（減少40%或50%），黃瓜生長后期就會因為養分不足而長勢變弱。各處理的生物量和產量也都遵循這個規律，可以說明在化肥零增長的觀念下，栽培黃瓜時施用常規施肥量70%的化肥就可以滿足黃瓜的生長需要，并且可以避免過量施肥對黃瓜生長的抑制作用。

各施肥處理黃瓜果實的可溶性糖含量及可溶性固形物含量并沒有隨著追肥量的減少而降低，而且各施肥處理果實的維生素C含量隨著追肥量的減少呈逐漸上升的趨勢，說明在常規施肥的基礎上適量減肥不會造成黃瓜果實品質的下降，還可以促進黃瓜果實維生素C含量的增加。

在本試驗中，與土壤初始理化性質相比，進行化肥減施處理后土壤堿解氮和速效磷的含量下降，說明減施化肥可以降低土壤中堿解氮和速效磷的累積。但是速效鉀的含量卻升高，周婷[16]研究結果表明，減施化肥可以降低土壤中過量累積的速效養分，使土壤養分趨于平衡。本試驗結果與這一結論不一致，可能是由兩個原因造成的：第一是有機肥的大量施用，本試驗中有機肥施用量占肥料總施用量的52.32%～95.53%，而且有機肥中的鉀是緩慢釋放的，有機肥大量施用也會造成土壤中養分含量尤其是速效鉀含量的升高，所以有機肥的施用也要適量，不是越多越好。唐繼偉等[17]研究也發現土壤中速效鉀含量的升高，這主要是由于有機肥的鉀含量較高，導致有機肥和化肥鉀素施用量增加，土壤中鉀素積累量隨之升高。周曉芬等[18]研究表明有機肥施入土壤可明顯增加土壤速效鉀和緩效鉀含量，供K能力顯著。說明化肥鉀的減施還存在很大的潛力，以后可以對此進行近一步的研究。

隨著化肥施氮量的減少，各處理的氮肥偏生產力和化肥氮農學利用效率也呈現上升的趨勢，這說明常規施肥的情況下，化肥氮的施用是過量的，植株吸收利用的化肥氮所占比例較小，剩余的氮都會殘留在土壤中和隨著灌水淋失掉[19]。減少化肥氮的施用量，可以提高黃瓜的氮肥偏生產力和化肥氮農學利用效率，降低化肥氮的土中殘留和隨水淋失。

4 結論

本試驗結果表明：不同化肥減施處理對日光溫室黃瓜的生長、產量及品質有顯著影響，其中與常規追肥相比減肥30%（T70）處理有利于黃瓜植株的生長，植株生物量和單株果實產量均顯著高于其他處理，且單株產量達到6.09 kg，較CK處理顯著提高10.12%，果實Vc含量較CK處理提高了57.45%，化肥氮農學利用效率提高了7.5%，減少土壤中堿解氮和速效磷的累積，為本試驗條件下日光溫室黃瓜栽培的最推薦施肥方案。