適宜有機(jī)肥氮替代化肥氮比例提高甜瓜養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和品質(zhì)

胡國(guó)智，閆 淼，熊 韜，吳 婷

（新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院哈密瓜研究中心，烏魯木齊830091）

合理利用有機(jī)肥資源，用有機(jī)肥替代部分化肥，是實(shí)現(xiàn)中國(guó)化肥零增長(zhǎng)目標(biāo)的重要途徑之一[1]。生產(chǎn)中，有機(jī)肥在施用上存在肥效慢、養(yǎng)分含量低、施用量大費(fèi)勞力及增產(chǎn)效果差等缺點(diǎn)，而化肥雖有養(yǎng)分高、增產(chǎn)快、用量少等特點(diǎn)，但單一大量施用化肥易造成土壤鹽分積累、肥效降低、作物產(chǎn)量品質(zhì)下降和環(huán)境污染等一系列問題[2–3]。甜瓜屬喜肥作物，為取得較高的經(jīng)濟(jì)效益，新疆甜瓜的氮肥施用量均在 255 kg/hm2以上[4–5]，而有機(jī)肥施用量一般只有1500 kg/hm2或基本不施用[6]，導(dǎo)致甜瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及養(yǎng)分利用率提高困難。有機(jī)肥應(yīng)用在瓜菜生產(chǎn)中有著極其重要的作用，研究表明，有機(jī)肥與無機(jī)肥配合施用對(duì)作物生長(zhǎng)的效果較好[7–8]，并且有機(jī)無機(jī)肥料配施可協(xié)調(diào)養(yǎng)分均衡供應(yīng)，滿足作物整個(gè)生育期對(duì)養(yǎng)分的需求。徐強(qiáng)等[6]針對(duì)甜瓜開展化肥減施研究表明，有機(jī)肥替代30%化肥用量，可獲得較高產(chǎn)量和含糖量。趙云霞等[9]研究表明，在沙培的日光溫室條件下，適宜有機(jī)肥替代化肥施用可促進(jìn)番茄生長(zhǎng)，提高果實(shí)產(chǎn)量和品質(zhì)。張永平等[10]研究表明，有機(jī)肥替代50%無機(jī)肥可促進(jìn)甜瓜生長(zhǎng)和光合能力，獲得較好經(jīng)濟(jì)效益。新疆有機(jī)肥資源豐富但利用率低，本研究通過兩年定位試驗(yàn)，分析不同比例有機(jī)肥氮替代無機(jī)肥氮對(duì)甜瓜植株不同生育階段氮、磷、鉀養(yǎng)分積累特性、分配變化及產(chǎn)量品質(zhì)的影響，提出當(dāng)?shù)厣a(chǎn)條件下的適宜有機(jī)肥替代比例，以期為新疆甜瓜栽培合理減施化肥、增產(chǎn)增效提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016—2017年在新疆吐魯番市高昌區(qū)亞爾鎮(zhèn)哈密瓜試驗(yàn)基地進(jìn)行，供試土壤為灌耕灰漠土，試驗(yàn)前耕層土壤基本理化性狀為：有機(jī)質(zhì)14 g/kg、全氮 0.82 g/kg、全磷 0.9 g/kg、全鉀 1.52 g/kg、水解性氮95.8 mg/kg、有效磷 21.4 mg/kg、速效鉀 282 mg/kg、pH 8.4。

根據(jù)陳波浪等[11]和胡國(guó)智等[12]甜瓜養(yǎng)分吸收量，及張亦濤等[13]DNDC推薦施氮模型，設(shè)定本試驗(yàn)施氮量為210 kg/hm2，試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)處理：1)不施氮(CK)；2)純化肥 N 210 kg/hm2(CF)；3) 100% 有機(jī)肥氮 (M)；4) 25% 化肥 N+75% 有機(jī)肥氮 (MF1)；5) 50%化肥氮+50%有機(jī)肥氮(MF2)；6) 75%化肥氮+25%有機(jī)氮(MF3)，處理3)～ 6)為等氮量設(shè)計(jì)，有機(jī)肥用量依次為12000、9000、6000和3000 kg/hm2。所有處理均施入 P2O5140 kg/hm2和 K2O 150 kg/hm2，處理3)～6)磷、鉀總量扣除有機(jī)肥帶入量，其余部分以化肥補(bǔ)齊。小區(qū)面積52.8 m2，3次重復(fù)，隨機(jī)排列。所用肥料：有機(jī)肥為腐熟羊糞(有機(jī)質(zhì)、N、P2O5、K2O分別為32.8%、1.78%、0.48%、1.1%)，全部基施；氮肥為尿素(N 46%)全生育期分6次追施苗期10%、伸蔓期15%、初花期25%、盛花期15%、花果期20%、果實(shí)膨大期15%；60%的磷肥和50%的鉀肥基施，基施磷鉀肥為重過磷酸鈣(P2O544%)和硫酸鉀 (K2O 51%)，40%的磷肥和50%的鉀肥隨滴灌追施，磷肥于苗期、伸蔓期、初花期分別追施10%、20%和10%，鉀肥于初花期、花果期和果實(shí)膨大期分別追施10%、20%和20%，追施磷鉀肥為磷酸一銨(N 12%、P2O560%)和硫酸鉀 (K2O 51%)。

供試甜瓜品種為‘黃皮9818’，每年4月5日前后播種，7月10日前后收獲，采用單行栽培，主蔓整枝，行距2 m，株距0.8 m，統(tǒng)一田間管理。

1.2 樣品采集與測(cè)定

分別于甜瓜伸蔓期、花果期、膨大期、成熟期采取地上部植株樣本，每小區(qū)采取甜瓜5株，按莖、葉、瓜不同器官分離開，在105℃下殺青30 min，75℃條件下烘干至恒重，稱重，將烘干的植株樣品粉碎，過0.5 mm篩，分析植株不同部位N、P、K養(yǎng)分含量[14]。用H2SO4–H2O2消煮，凱氏定氮法測(cè)定氮素含量，鉬銻抗比色法測(cè)定磷素含量，火焰光度計(jì)法測(cè)定鉀素含量；成熟期各小區(qū)隨機(jī)選10個(gè)甜瓜，利用手持測(cè)糖儀[15]，測(cè)定甜瓜果實(shí)中心部可溶性固形物含量，各小區(qū)全區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.3 計(jì)算公式及統(tǒng)計(jì)方法[7]

氮(磷、鉀)養(yǎng)分積累量(kg/hm2)=氮(磷、鉀)養(yǎng)分含量×干物質(zhì)量；

氮肥利用率(NRE，%)=(施氮處理植株吸氮量?不施氮處理植株吸氮量)/施氮量 ×100；

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 18.0和Excel 2007數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)無機(jī)肥施用比例對(duì)甜瓜各生育期植株氮、磷、鉀積累與分配的影響

2.1.1 不同施肥處理對(duì)甜瓜各生育期植株氮、磷、鉀養(yǎng)分積累動(dòng)態(tài)的影響由甜瓜植株(主要是地上部，根部忽略)氮、磷、鉀積累量隨生育期進(jìn)程的變化(圖1)可知，與CF相比，M處理(全部施用有機(jī)氮)顯著降低了甜瓜的氮磷鉀積累量，兩年的結(jié)果一致。MF1(75%的有機(jī)肥氮)處理甜瓜花果期的氮、磷、鉀積累量顯著低于CF，至果實(shí)膨大期，磷、鉀、氮累積積累量與CF沒有顯著差異，氮素累積量在成熟期依然顯著低于CF；MF2(50%有機(jī)肥氮)處理至果實(shí)膨大期時(shí)，氮、磷、鉀累積量與CF已無顯著差異，到成熟期高于甚至顯著高于CF；MF3(25%有機(jī)肥氮)處理的氮、磷、鉀累積量也自膨大期起與CF無顯著差異，到成熟期顯著高于CF。由此可見，有機(jī)肥替代化肥比例在25%～50%，甜瓜花果期前對(duì)甜瓜氮、磷、鉀養(yǎng)分的吸收雖然不如單施化肥處理，但從果實(shí)膨大期養(yǎng)分積累量開始增加，到成熟期與單施化肥沒有顯著差異。

圖1 有機(jī)肥不同替代比例下甜瓜植株氮、磷、鉀積累動(dòng)態(tài)Fig. 1 Accumulation of N, P and K in muskmelon plant under different chemical fertilizer replacement ratios

2.1.2 不同施肥處理下甜瓜各生育階段植株氮、磷、鉀養(yǎng)分分配比例圖2結(jié)果表明，各生育階段甜瓜植株氮、磷、鉀養(yǎng)分積累分配比例存在一定差異，伸蔓期—花果期、花果期—果實(shí)膨大期、果實(shí)膨大期—成熟期各生育階段不同施肥處理2年氮平均積累量分別占全生育期氮積累量的32.5%～42.9%、13.3%～17.6%、39.6%～51.4%，磷平均積累量分別占46%～57.1%、8.4%～16.8%、30.8%～37.2%，鉀平均積累量分別占39.9%～46.1%、27.4%～33.7%、23.8%～27.9%。果實(shí)膨大期—成熟期氮的階段積累分配比例最高，伸蔓期—花果期磷、鉀的階段積累分配比例最高。因此，生育前期應(yīng)保證磷、鉀肥的施用，生育后期要保證氮肥的充足供應(yīng)。不同施肥處理在各生育階段對(duì)氮、磷、鉀積累分配比例具有明顯影響，2年結(jié)果表現(xiàn)一致，CF處理在花果期前(伸蔓期—花果期)氮、磷、鉀積累分配比例均高于MF2、MF3處理，而花果期后(花果期—果實(shí)膨大期和果實(shí)膨大期—成熟期) MF2、MF3處理氮、磷、鉀積累分配比例均高于CF處理，表明有機(jī)肥氮替代25%和50%的無機(jī)肥氮有利于甜瓜植株花果后期氮、磷、鉀的積累分配。

圖2 有機(jī)肥不同替代比例下甜瓜氮、磷、鉀階段積累量在整個(gè)生育期的占比Fig. 2 The proportions of periodical accumulation of N, P and K in the muskmelon growing period under chemical fertilizer replacement ratios

2.2 有機(jī)無機(jī)肥施用比例對(duì)甜瓜成熟期地上部各器官氮、磷、鉀養(yǎng)分積累與分配的影響

不同施肥處理對(duì)成熟期甜瓜不同器官氮素積累和分配有顯著影響(表1)。葉、莖中氮素積累量均以CF處理最高，對(duì)于生殖器官來說，以MF3處理氮素積累量最高，達(dá)130.77 kg/hm2，其次為MF2和CF處理，分別為126.55和121.18 kg/hm2。同M處理相比，CF、MF2、MF3處理甜瓜氮素積累分別增加18.89、24.26和28.48 kg/hm2，增幅分別為18.47%、23.72%和27.84%。葉、莖中氮素分配比例以CK和CF處理較高，瓜中氮素分配比例以施用有機(jī)肥的各處理較高，表明有機(jī)肥的施用有利于提高瓜中氮素分配。

表1 不同施肥處理對(duì)甜瓜成熟期不同器官氮素積累與分配的影響(2016和2017年平均值)Table 1 N accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average values in 2016 and 2017)

表2結(jié)果表明，各施肥處理均顯著增加甜瓜生殖器官瓜中的磷素積累量，對(duì)葉和莖中磷素積累量影響效果不顯著。與CK處理相比，CF、M、MF1、MF2和MF3處理瓜中的磷素積累量的增加量分別為10.44、5.83、11.14、13.10和 13.78 kg/hm2，增幅達(dá)17.25%～40.78%。從磷素在各器官的分配比例來看，與不施氮肥(CK)處理比較，其他各施肥處理均顯著提高磷素在瓜中的分配比例；而施化肥處理(CF)與有機(jī)肥氮替代無機(jī)肥氮各處理，在各器官磷素的分配比例上無顯著差異。

表2 不同施肥處理下甜瓜成熟期不同器官磷素積累與分配(2016和2017年平均值)Table 2 P2O5 accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average in 2016 and 2017)

不同施肥處理對(duì)甜瓜各器官鉀素的積累量均有一定的影響(表3)，與CK和M處理相比，施用化肥處理(CF)和有機(jī)肥氮替代無機(jī)肥氮處理均顯著增加葉、瓜中鉀素積累量，其中均以MF3處理最高。莖中鉀素積累量以CF處理最高達(dá)45.27 kg/hm2，顯著高于CK、M、MF1和MF3處理。各施肥處理對(duì)鉀素在葉中的分配比例無顯著影響，而對(duì)莖、瓜中鉀素分配比例有一定的影響，CF處理莖中鉀素分配比例最高為15.65%，化肥氮減量25% (MF3)和單施有機(jī)肥(M)處理瓜中鉀素分配比例最高，均與CF處理差異顯著。

表3 不同施肥處理下甜瓜成熟期不同器官鉀素積累與分配(2016和2017年平均值)Table 3 K2O accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average in 2016 and 2017)

2.3 有機(jī)無機(jī)肥施用比例對(duì)甜瓜產(chǎn)量品質(zhì)與氮養(yǎng)分利用效率的影響

由表4可知，2年不同施肥處理甜瓜單瓜重和產(chǎn)量均具有一定差異，與CK、M處理相比，單施化肥、有機(jī)肥氮替代化肥氮處理均具有一定的增產(chǎn)趨勢(shì)，其中MF2、MF3、CF處理產(chǎn)量顯著高于CK和M處理，2年不同施肥處理甜瓜產(chǎn)量從大到小依次為MF3>CF>MF2>MF1>M>CK，以MF3處理最高，較不施氮肥平均增產(chǎn)16.2%。與單施有機(jī)肥(M)處理相比，單施化肥、有機(jī)肥氮替代化肥氮處理均可顯著提高氮肥利用率。MF3處理的氮肥利用率最高，2年分別為33.80%和35.14%，其次為MF2處理，表明有機(jī)肥氮肥替代25%、50%化肥氮，可提高甜瓜氮肥利用率。不同施肥處理甜瓜可溶性固形物含量次序?yàn)镸F3>MF2>CF>MF1>M>CK，以MF3處理最高；2年平均為16.02%。處理MF2、MF3和CF可溶性固形物含量均顯著高于CK處理，CK、M和MF1處理可溶性固形物含量較其他施肥處理2年平均低0.37%～1.15%。表明一定量的化肥和有機(jī)無機(jī)肥投入有利于甜瓜可溶性固形物的增加。

表4 不同施肥處理下甜瓜產(chǎn)量、氮肥利用率及品質(zhì)Table 4 Yield, quality, and nitrogen recovery efficiency of muskmelon under different fertilization treatments

3 討論

甜瓜在整個(gè)生育期內(nèi)，需不斷吸收礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，維持正常的生理代謝，其中對(duì)氮、磷、鉀的吸收量較多。相關(guān)研究表明，果實(shí)膨大期是影響甜瓜養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵時(shí)期[12]，此階段養(yǎng)分供應(yīng)對(duì)甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的提高至關(guān)重要。本研究中，MF2(有機(jī)肥氮替代50%化肥氮)和MF3(有機(jī)肥氮替代25%化肥氮)處理，通過對(duì)有機(jī)肥氮替代無機(jī)肥氮比例的調(diào)控，提高了甜瓜中后期養(yǎng)分積累。與MF2和MF3施肥處理相比，單施化肥(CF)處理只提高了甜瓜花前氮磷鉀積累量，而花后氮磷鉀積累量及此階段養(yǎng)分積累所占整個(gè)生育期養(yǎng)分積累量的比例均低于MF2和MF3施肥處理，這可能是由于適當(dāng)比例有機(jī)肥氮替代化肥氮施肥模式，通過合理的有機(jī)無機(jī)氮磷鉀供應(yīng)，促進(jìn)了甜瓜花后生長(zhǎng)發(fā)育，進(jìn)而促進(jìn)了甜瓜對(duì)養(yǎng)分的吸收與積累。而單施化肥無機(jī)氮磷鉀的投入，使甜瓜植株前期生長(zhǎng)旺盛，而后期養(yǎng)分供應(yīng)不足，從而使甜瓜生育中后期植株氮、磷、鉀養(yǎng)分的積累量下降。有研究表明，不同化肥有機(jī)肥料配比，其對(duì)土壤培肥效果存在一定差異[16]，因此，根據(jù)甜瓜生育期養(yǎng)分吸收規(guī)律，合理地配置化肥有機(jī)肥施用比例，以滿足甜瓜各生育期對(duì)養(yǎng)分的需求。

楊璐等[17]研究表明，化肥減量15%～30%，可促進(jìn)氮、磷、鉀養(yǎng)分在春玉米生殖器官籽粒中的積累和各器官的合理分配。唐莉娜等[18]指出，有機(jī)無機(jī)肥配施能夠降低烤煙莖稈中的氮、磷、鉀分配比例。本研究中，氮、磷、鉀養(yǎng)分在瓜中積累量以MF2和MF3處理較高，分配比例以MF3處理瓜中最高，表明化肥氮25%和50%用有機(jī)肥氮替代可以使更多的養(yǎng)分在生殖器官瓜中積累，提高了養(yǎng)分吸收利用效率，從而降低了養(yǎng)分進(jìn)入環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)。

本研究表明，與單施化肥相比，有機(jī)肥氮替代25%化肥氮甜瓜產(chǎn)量不降低并略有提高，穩(wěn)產(chǎn)性能強(qiáng)，這可能是由于有機(jī)肥氮替代25%化肥氮能夠改善土壤中氮素的供應(yīng)過程，使土壤養(yǎng)分能夠平穩(wěn)釋放[19]。其它作物研究[20–21]結(jié)果顯示 ，有機(jī)肥氮替代部分化肥氮能夠穩(wěn)定和提高作物產(chǎn)量，這與本研究結(jié)果基本一致。合理施肥是提高肥料利用率的重要手段之一，本研究結(jié)果顯示，2年氮肥利用率從大到小依次為MF3>MF2>CF>MF1>M，表明有機(jī)肥氮替代25%～50%化肥氮能提高氮肥利用率，這與前人[1, 22]對(duì)玉米、水稻等作物的研究結(jié)果一致。單施有機(jī)肥(M)處理氮肥利用率表現(xiàn)最低，這可能由于單施有機(jī)肥，土壤有效氮素前期不足，降低了植株對(duì)氮素積累量，使氮素利用率下降[23]。

不同施肥方式對(duì)甜瓜品質(zhì)有一定影響，本試驗(yàn)中，CK、M和MF1處理可溶性固形物較其它施肥處理2年平均低0.37%～1.15%，其原因可能是營(yíng)養(yǎng)元素缺失或有機(jī)肥施用量過大，影響了植株對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收利用，導(dǎo)致果實(shí)營(yíng)養(yǎng)吸收特性發(fā)生變化，尤其是抑制了脫落酸(ABA)和赤霉素(GA3)的產(chǎn)生，進(jìn)而影響了果實(shí)中糖分的代謝和積累，使得甜瓜果實(shí)可溶性固形物含量降低[24–25]。

4 結(jié)論

在新疆甜瓜生產(chǎn)中，與單施化肥相比，有機(jī)肥氮超過總氮量的75%時(shí)不能滿足甜瓜對(duì)氮磷鉀養(yǎng)分的吸收和積累，因而不同程度地降低甜瓜產(chǎn)量和品質(zhì)。施用25%～50%的有機(jī)肥氮(羊糞)替代化肥氮，其養(yǎng)分的供應(yīng)與甜瓜氮磷鉀養(yǎng)分的吸收積累規(guī)律吻合，既保證了甜瓜營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)期對(duì)磷鉀的需要，還促進(jìn)了果實(shí)膨大期后對(duì)氮素的吸收積累，因而提高了甜瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。