有機-無機肥耦合滴灌對設施西瓜產量品質及土壤肥力的影響

韓聰穎， 馬永杰， 張雪艷

(寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021)

西瓜在我國有悠久的栽培歷史，因其味美甘甜，備受人們喜愛[1]，到2020年，我國西瓜產量和面積均位列世界第一。寧夏日照充足、空氣干燥、晝夜溫差大，具有生產西瓜得天獨厚的資源優勢[2]，寧夏露地瓜栽培面積為52 317 hm2，設施西瓜栽培面積已達3 130 hm2，西瓜已然成為寧夏重要的經濟作物，成為當地農民脫貧致富的重要途經[3]。

設施西瓜是實現西瓜優質高產、保證周年供應的重要途徑，而設施作物生長發育的一個重要因素是肥料，科學合理的肥水管理是實現優質高產的重要途徑和保障。由于我國目前設施栽培領域的不成熟，大水大肥，粗放式的肥水管理模式依然占據主體地位[4]，設施作物缺少水分淋溶，隨著施用年限的增加，無機營養液施用造成土壤次生鹽漬化嚴重、生物多樣性減少[5]。有機肥替代無機肥近年來已成為主流趨勢，戚嘉琦等研究發現氨基多糖水溶肥能促進西瓜生長，提高土壤酶活性，改善土壤微生物群落結構[6]。合理施用有機肥是提高瓜菜品質的措施，張長坤等研究發現無機肥減施25%以及施微生物菌肥6 000～7 500 kg/hm2可顯著提高西瓜產量和品質[7]。張瓊等認為長效緩釋專用肥作為基肥一次性施入，整個生育期無需追肥，可提高西瓜單株坐果率，提升質量，節約成本，使效益達到最大化[8]。姜燦爛等通過長期定位試驗發現，在單施化肥的基礎上有機肥的施入不僅有利于紅壤旱地土壤大團聚體的形成，還有利于改善土壤團聚體結構及其穩定性，有機營養液替換無機營養液可改善土壤理化性質和肥力，減少連作土壤部分養分流失和富集，對促進西瓜可持續高質量發展具有重要意義[9]。

本研究以設施西瓜黑帥為試驗對象，探究有機-無機肥耦合對設施西瓜土壤肥力和品質的影響，旨在解決設施西瓜可持續高質量生產障礙，為寧夏設施西瓜高品質栽培養液提供一種新的策略。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗地點為寧夏賀蘭縣園藝產業園玻璃溫室A5(106°33′E，38°58′N)。供試西瓜品種為黑帥，高畦栽培，雙行種植，株距30 cm，行距80 cm，試驗分兩茬進行，第一茬定植時間為2020年4月22日至2020年7月1日，第二茬定植時間為2020年7月20日至2020年10月1日。第一茬試驗共設2個處理：有機(Y)和無機營養液(W)，第二茬試驗共設4個處理：無機營養液(W)、無機營養液+豐田寶(WF)、有機營養液(Y)、有機營養液+豐田寶(YF)。試驗采用完全隨機區組設計，每個處理3次重復，小區面積30 m2，所有處理統一底肥管理。田間施底肥二銨450 kg/hm2，復混肥(N ∶P ∶K=20 ∶20 ∶20)450 kg/hm2，豐田寶生物肥 1 000 kg/hm2，豐田寶生物肥購自山東豐田寶生物有限公司，其中N+P2O5+K2O含量≥6%，有機質含量≥20%，有效活菌數為5×107個/g，所有處理均采用滴灌，每3 d滴灌1次。有機、無機營養液配方見表1。

表1 有機營養和無機營養液配方

1.2 項目測定

1.2.1 西瓜植株長勢測定 分別在第一茬和第二茬西瓜定植緩苗1周后進行生長指標測試，每2周測量1次，每個處理選取6株代表性植株，分別測量株高、莖粗、葉長、葉寬、葉片數。株高：使用卷尺測量地面至植株生長點的距離，葉長：使用卷尺測量葉片尖部至葉片底部的距離，葉寬：用卷尺測量葉片中間最寬距離，莖粗：用游標卡尺測量基部子葉下端1 cm。分別計算株高相對生長率(RGR-PH)和莖體積相對生長率(RGR-SV)、葉片數相對生長率(RGR-LN)、葉面積相對生長率(RGR-LA)：

RGR-PH=(lnh2-lnh1)/(t2-t1)；

(1)

RGR-SV=[ln(d2d2h2)-ln(d1d1h1)]/(t2-t1)；

(2)

RGR-LN=(Ln2-Ln1)/(t2-t1)；

(3)

RGR-LA=[ln(L2D2)-ln(L1D1)]/(t2-t1)。

(4)

式中：h1、h2為株高；d1、d2為莖直徑；Ln1、Ln2為葉片數；L、D分別為葉長和葉寬；t1、t2為時間。

1.2.2 產量和生物量 采收期記錄不同處理西瓜產量，按照小區面積折合成單位面積產量，采收期每個處理隨機選取10個西瓜，測定平均單果質量，拉秧期取植株地上地下部分105 ℃烘0.5 h后，80 ℃ 烘干至恒質量測定其生物量，地下部干質量除以地上部干質量計算根冠比。

1.2.3 品質測量 在西瓜采收期，選取5～10個有代表性的西瓜測定品質指標?？扇苄怨绦挝锖坑肨D-45數字折光儀測定，硝酸鹽含量用水楊酸比色法測定，可溶性糖含量用蒽酮比色法測定，維生素C含量用鉬藍比色法測定，硬度用硬度計測量，有機酸含量用酸堿中和轉移法測定[11]。

1.2.4 基質養分 在西瓜采收期，采用五點取樣法收集基質200 g，自然風干，測定基質養分。全氮含量采用消化-半微量凱氏定氮法測定，全磷含量采用HClO4-H2SO4消化-鉬銻抗比色法測定，有機質含量采用重鉻酸鉀-硫酸氧化法測定，速效氮含量采用半微量凱氏定氮法測定，速效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用1 mol/L NH4Ac浸提-火焰光度法測定，pH值采用1 ∶5(質量體積比)土壤懸液電位計法測定[12]，EC值采用電導法測定[13]。

1.3 數據分析

所有數據采用Excel 2010和SPSS 25.0進行統計分析。均值通過單因素ANOVA進行分析。采用Tukey’s法進行顯著性分析。采用雙因素ANOVA分析茬口、有機無機營養液灌溉及兩者交互作用對基質養分的影響。采用Origin 2018軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同處理對西瓜長勢的影響

由圖1可知，在第一茬種植中，Y處理的株高、莖體積、葉面積、葉片數相對生長率均高于W處理且差異顯著，而在第二茬中除莖體積和株高相對生長速率外均為W處理顯著高于Y。在第二茬中，WF處理的株高、葉面積、葉片數相對生長率均顯著低于W處理，YF處理葉面積和葉片數相對生長率均顯著高于Y處理， 說明在有機營養液中添加豐田寶有利于西瓜生長，而在無機營養液中添加豐田寶不利于西瓜生長。

2.2 不同處理對生物量及產量的影響

由圖2可知，第一茬中Y處理的西瓜總生物量、單果質量、產量均顯著高于W處理，且第二茬西瓜總生物量和單果質量顯著高于W處理，第一茬中與W處理相比，Y處理的總生物量與產量分別增加30.0%和11.7%；第二茬中，分別增加23.0%和4.2%。第二茬處理的總生物量、單果質量、產量顯著低于第一茬，且Y與W處理的西瓜產量高于對應添加豐田寶處理的產量。第一茬中Y處理的根冠比顯著高于W處理，第二茬中各處理的根冠比均顯著高于第一茬，可能是株高、莖體積相對生長率降低，地上部生長緩慢且總生物量降低所導致。第二茬中，W處理的產量顯著高于WF處理，Y處理的產量高于YF處理，但無顯著差異，說明添加豐田寶降低了設施西瓜的產量。

2.3 不同處理對西瓜品質的影響

硝酸鹽、維生素C、可溶性固形物、有機酸含量等是衡量瓜菜品質的重要指標。由表2可知，第一茬中Y處理的硝酸鹽含量顯著高于W處理，其他各項指標間無顯著性差異。第二茬中Y處理的維生素C含量顯著高于其他處理，與W處理相比提高10.8%，W和WF處理的有機酸含量顯著高于Y和YF處理。與第一茬中W處理相比，第二茬中W處理的維生素C含量、可溶性糖含量均增加。果實硬度第一茬顯著高于第二茬，果實含水量第一茬顯著低于第二茬。在無機營養液中添加豐田寶能夠顯著提高可溶性糖含量，在有機營養液中添加豐田寶降低了西瓜有機酸與可溶性糖含量，顯著提高了硝酸鹽含量。

表2 不同處理對西瓜品質的影響

2.4 不同處理對土壤養分特性的影響

pH值、EC值是土壤的基本性質，是土壤肥力的重要影響因子，也是影響植物生長的必要因素。由圖3可知，在第一茬中，Y處理的EC值顯著低于W處理，其EC值僅為0.774 mS/cm，而Y處理的pH值顯著高于W處理。在第二茬中，各處理間差異顯著，WF處理的EC值最大，其次是W處理，YF的EC值最小，Y處理的EC值顯著高于YF處理；pH值最大的為YF處理，其次Y處理，最低的為W處理。WF處理可增大土壤的EC值和pH值，YF可增大土壤pH值，降低土壤的EC值。

土壤速效養分是土壤中最活躍的部分，是衡量土壤肥力的重要指標，與作物生長關系密切。由圖4可以看出，第一茬中，W和Y處理的速效氮、速效磷、速效鉀含量差異不顯著。第二茬中，W處理的速效氮含量顯著高于其他3個處理，速效鉀的含量在不同處理之間無顯著差異，W處理的速效磷含量均顯著高于Y處理，WF處理的速效磷的顯著高于Y與YF處理，說明豐田寶的添加對各處理速效養分的影響不顯著。

全氮、全磷和有機質含量是衡量土壤養分供應的基本指標，受土壤母質、成土作用和耕作施肥的影響很大。由圖5可以看出，第一茬中，Y處理的有機質、全氮含量顯著低于W處理，全磷含量無顯著差異。第二茬中，W和WF處理的有機質含量顯著高于Y和YF處理，W處理的全氮含量顯著高于其他3個處理，而全磷含量各處理間差異顯著，Y處理的全磷含量最高，W處理的全磷含量最低。整體上與第一茬相比，第二茬的有機質含量與全氮、全磷含量呈現顯著降低的趨勢。

2.5 不同處理各指標相關性分析

對不同營養液灌溉和茬口及兩者交互作用對各指標的影響進行了雙因素方差分析，結果(表3)表明，不同茬口除了對葉片數相對生長率、可溶性固形物無顯著影響，對株高相對生長率、全磷含量、硝酸鹽含量有顯著影響外，對其他指標均有極顯著影響。不同營養液對土壤速效氮、速效磷含量有顯著影響，對莖體積相對生長率、pH值、EC值、有機質含量、全氮含量、有機酸含量、可溶性糖含量、總生物量、單果質量有極顯著影響，而對其他指標均沒有顯著影響，說明在有機無機不同營養液灌溉下，對西瓜主要土壤特性、果實品質、生物量指標產生了影響。茬口和不同營養液灌溉兩者交互作用除了對可溶性固形物含量有極顯著影響外，對其他指標均無顯著影響。

表3 不同營養液灌溉和茬口及兩者交互作用對各指標的影響

對各指標之間進行主成分分析，PC1、PC2和PC3分別解釋了68.00%、14.62%、11.98%的方差。從圖6觀察到，有機處理分布在一、二象限，無機處理分布X軸下方的三、四象限。有機處理有較高的葉面積相對生長速率、可溶性固形物含量、速效氮含量、EC值、有機質含量和全氮含量。無機處理有較高的可溶性糖含量、pH值、莖粗相對生長速率、全磷含量和總生物量。有機質含量和pH值及全氮含量密切相關，產量和速效鉀含量、株高相對生長速率、硝酸鹽含量密切相關。對各處理進行綜合得分評價，第一茬和第二茬有機處理得分高于無機處理，第二茬中添加豐田寶增加了無機處理得分，但降低了有機處理得分。

3 討論

長勢強弱是施肥效果的重要指標，在第一茬種植中，有機營養液處理的株高、莖體積、葉面積、葉片數相對生長率均高于無機營養液處理且差異顯著，這可能是有機營養液中有機物較多，可以活化土壤，促進有益微生物增生，提高作物肥料利用率，這與趙曉美的研究結果[14]一致。添加豐田寶后，無機營養液+豐田寶處理的株高、葉面積、葉片數相對生長率均顯著低于無機處理，有機營養液+豐田寶處理均顯著高于有機處理，說明在有機營養液中添加豐田寶有利于西瓜生長，這可能是因為在有機營養液中添加豐田寶可以促進微生物繁殖，促進植株生長。而在無機營養液中添加豐田寶不利于西瓜生長，這可能是因為豐田寶對大量元素水溶肥的促進隨著肥量的增多會降低，付愛平在茄子上研究發現施用大量元素水溶肥超過2.5 kg/667 m2后對植株長勢影響降低[15]。

產量是西瓜經濟價值重要指標之一，本試驗中第一茬和第二茬中有機營養液處理的西瓜總生物量、單果質量、產量均顯著高于無機營養液處理，第一茬中與無機營養液相比，有機營養液的總生物量與產量分別增加30.0%和11.7%；第二茬中，分別增加23.0%和4.2%，哈雪姣等的研究表明施用生物有機肥能提高西瓜產量和品質[16]，杜少平等研究發現有機肥代替化肥，砂田西瓜可增產74%以上[4]，本試驗結果與之一致。無機營養液處理的產量顯著高于無機營養液+豐田寶處理，有機營養液的產量高于有機營養液+豐田寶處理，但沒有顯著影響，添加豐田寶降低了設施西瓜的產量，這可能是無機營養液本身含有較高濃度的氮磷鉀元素，致使豐田寶生物肥中活菌周圍鹽濃度過高，降低生物肥微生物活性，同時混合使用降低了無機營養液的肥效，進而造成產量降低。

品質是衡量瓜菜商品性的重要指標。張鳳英等的研究表明，生物有機肥能有效調節西瓜體內營養物質代謝，提高果實維生素C含量，最終改善西瓜品質[17]。本試驗中有機營養液的維生素C含量與可溶性糖含量顯著高于其他處理，與無機營養液相比，分別提高10.8%和44.3%。有機酸廣泛存在于植物體中，一定的酸度可增加瓜菜的風味，過酸會影響西瓜口感[18]，本試驗中有機營養液處理有機酸含量顯著低于無機營養液，有機營養液可顯著提升設施西瓜品質。

土壤速效養分是土壤中最活躍的部分，是衡量土壤肥力的重要指標，與作物生長關系密切。本試驗中有機營養液與無機營養液處理的速效氮、磷、鉀含量差異均不顯著，這可能是施入有機營養液后促進了土壤中微生物活性，有利于土壤中速效養分的釋放，這與鄭鎂鈺等的研究結論[19]一致。全氮、全磷含量是衡量土壤基本肥力的重要指標。無機營養液的全氮含量顯著高于有機營養液處理，這可能是因為無機營養液中氮素更易吸收，土壤全氮利用較少，有機營養液全氮釋放較慢，這與張爽的等研究結論[20]一致。整體上與第一茬相比，第二茬的有機質、全氮、全磷含量呈現顯著降低，可能是第一茬中全效養分消耗較多。

4 結論

相比無機營養液灌溉，有機營養液利于西瓜植株生長，降低土壤EC值，增加pH值，生物量與產量分別提高30.0%和11.7%，而在有機營養液中添加豐田寶有利于西瓜生長，在無機營養液中添加豐田寶能顯著提升西瓜可溶性糖含量，達到與有機營養栽培相同的品質效果。無機營養液中添加豐田寶可增加土壤全效養分，但是連續種植西瓜會導致土壤中有機質、全氮、速效鉀含量的顯著降低。對各處理進行綜合得分評價，表明有機營養液處理得分高于無機營養液處理，添加豐田寶可以增加無機營養液處理得分，降低有機營養液處理得分。雙因素方差分析結果表明，茬口和不同營養液灌溉兩者交互作用對西瓜可溶性固形物含量有顯著影響。綜上所述，有機營養液能增加設施西瓜的土壤肥力和西瓜品質及產量，添加豐田寶可改善無機營養液灌溉設施西瓜土壤肥力和西瓜品質，不利于有機營養液。