沼液部分替代化肥及鉀肥減量對西葫蘆果實品質和土壤性質的影響

收稿日期：2024-03-09

基金項目：甘肅省教育廳“雙一流”科研重點項目（GSSYLXM-02）；甘肅農業大學伏羲青年英才培養計劃項目（Gaufx-04Y01）；甘肅省拔尖領軍人才培養計劃項目（GSBJLJ-2021-14）；現代絲路寒旱農業科技支撐項目（GSLK-2021-6）

作者簡介：何詠梅（1998-），女，甘肅古浪人，碩士研究生，主要從事蔬菜逆境生理及果實品質調控研究。（E-mail）1912887569@qq.com

通訊作者：武玥，（E-mail）wuy@gsau.edu.cn

摘要：為明確沼液部分替代化肥及鉀肥減量對西葫蘆產量、品質及土壤理化性質的影響，實現西葫蘆的優質可持續生產，本研究設置當地常規化肥對照（CK）、化肥平衡施肥（T0）、沼液部分替代化肥平衡施肥（T1）、沼液部分替代化肥及鉀肥減量20%（T2）、沼液部分替代化肥及鉀肥減量33%（T3）5個施肥處理，分析沼液部分替代化肥及鉀肥減量對西葫蘆產量、品質及土壤理化性質、酶活性的影響。結果表明，沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理（T1～T3處理）的西葫蘆經濟產量顯著高于CK，其中T2處理的經濟產量最高，比CK提高6.19%。T2處理西葫蘆果實的維生素C含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量分別比CK提高6.17%、173.68%和87.95%，而硝酸鹽含量下降64.04%；T2處理西葫蘆果實的氮、磷、鉀、鎂、鐵、錳、鋅等礦質營養元素含量顯著高于CK。T2處理土壤全磷含量、全鉀含量、速效磷含量、速效鉀含量及有機質含量分別比CK提高26.01%、37.44%、32.62%、24.10%、104.76%，而酸堿度由弱堿性趨向中性。T2處理土壤過氧化氫酶、堿性磷酸酶以及脲酶的活性均比CK顯著提高。綜上，本研究中沼液部分替代化肥及鉀肥減量20%處理能夠在降低化肥用量的同時，有效提高西葫蘆的經濟產量、品質及土壤酶活性，改善土壤理化性狀。本試驗結果為沼液部分替代化肥及鉀肥減量和西葫蘆優質可持續生產提供了依據。

關鍵詞：西葫蘆；沼液；鉀肥減量；產量；品質；土壤理化性質

中圖分類號：S642.6文獻標識碼：A文章編號：1000-4440（2025）01-0161-08

Effectsofpartialreplacementofchemicalfertilizersbybiogasslurryandreductionofpotassiumfertilizeronzucchinifruitqualityandsoilcharacteristics

HEYongmei¹，WANGJunwen¹，BAIPeng¹，FENGJunfang¹，WUYue1，HULinli¹，ZHANGGuobin¹，LYUJian¹，LIUZeci¹，YUJihua^1，2

（1.CollegeofHorticulture，GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou730070，China；2.StateKeyLaboratoryofAridlandCropScience，Lanzhou730070，China）

Abstract：Inordertoclarifytheeffectsofpartialreplacementofchemicalfertilizersbybiogasslurryandpotassiumfertilizerreductionmeasuresontheyieldandqualityofzucchiniandsoilphysicalandchemicalproperties，andtoachievehigh-qualitysustainableproductionofzucchini，fivefertilizationtreatmentsweresetupinthisstudy，includinglocalconventionalchemicalfertilizercontrol（CK），balancedfertilizationofchemicalfertilizers（T0），partialreplacementofchemicalfertilizersbybiogasslurry（T1），partialreplacementofchemicalfertilizersbybiogasslurryand20%reductionofpotassiumfertilizer（T2）andpartialreplacementofchemicalfertilizersbybiogasslurryand33%reductionofpotassiumfertilizer（T3）.Theeffectsofpartialreplacementofchemicalfertilizerswithbiogasslurryandpotassiumfertilizerreductionmeasuresontheyieldandqualityofzucchini，andsoilphysicalandchemicalpropertiesandenzymeactivitywereanalyzed.TheresultsshowedthattheeconomicyieldofzucchiniinT1，T2andT3treatmentswassignificantlyhigherthanthatinCK，andtheeconomicyieldinT2treatmentwasthehighest，whichwas6.19%higherthanthatinCK.ThevitaminCcontent，solubleproteincontentandsolublesugarcontentofzucchinifruitsinT2treatmentwere6.17%，173.68%and87.95%higherthanthoseinCK，respectively，whilethenitratecontentdecreasedby64.04%.Thecontentsofmineralelementsandnutrientelementssuchasnitrogen，phosphorus，potassium，magnesium，iron，manganeseandzincinzucchinifruitsinT2treatmentweresignificantlyhigherthanthoseinCK.Thesoiltotalphosphoruscontent，totalpotassiumcontent，availablephosphoruscontent，availablepotassiumcontentandorganicmattercontentofT2treatmentwere26.01%，37.44%，32.62%，24.10%and104.76%higherthanthoseofCK，respectively，whilethepHvaluechangedfromweakalkalinetoneutral.Theactivitiesofsoilcatalase，alkalinephosphataseandureaseinT2treatmentweresignificantlyhigherthanthoseinCK.Insummary，inthisstudy，partialreplacementofchemicalfertilizerswithbiogasslurryand20%reductionofpotassiumfertilizertreatmentcannotonlyreducetheamountofchemicalfertilizers，butalsoeffectivelyimprovetheeconomicyieldandqualityofzucchini，enhancesoilenzymeactivity，andimprovesoilphysicalandchemicalproperties.Theresultsofthisexperimentprovideabasisforthepatialreplacementofchemicalfertilizerswithbiogasslurryandreductionofpotassiumfertilizerandthesustainableproductionofzucchiniwithhighquality.

Keywords：zucchini;biogasslurry;potassiumfertilizerreduction;yield;quality;physicalandchemicalpropertiesofsoil

隨著設施農業的發展，中國的蔬菜產量得到了極大的提升。但生產過程中，種植者為片面追求產量，過量施用化學肥料及施肥配比不合理的現象普遍存在。不合理的施肥措施不僅導致肥料浪費流失、土壤養分失衡、肥料利用率低下，同時還引起耕地質量的退化、土壤微生物菌落結構的失衡，最終影響蔬菜作物的生長和產量穩定^[1-3]。因此，合理優化蔬菜作物的施肥方式，對蔬菜產業的可持續發展至關重要^[4-5]。為實現作物的合理施肥，根據作物對不同營養元素的需求和土壤養分供給能力建立的平衡施肥技術在作物生產中得到越來越多的應用^[6]。平衡施肥技術既能確保作物的生長和發育所需的各種營養元素得到充分滿足，又能減少肥料的浪費及其對環境的污染，有利于農業的可持續發展。

近年來，隨著消費者對安全優質農產品需求的增加，利用有機肥料替代或部分替代無機肥料已成為農業生產的研究熱點。有機肥替代化肥一方面能提高土壤有機質含量、增加土壤微生物多樣性和豐富度、改善土壤微生物群落結構^[7-9]，另一方面還能提高作物產量、減少氨氣、氮氧化物等氣體的排放量^[10]。沼液是通過沼氣池對畜禽糞便等有機廢棄物進行厭氧發酵后殘留的產物，富含豐富的營養元素及多種促進作物生長的成分，是一種養分均衡的綠色有機肥料^[11-12]。施用沼液不僅可以促進作物的生長、改善土壤結構、提高農產品的品質和土壤微生物多樣性^[13-15]，還可以實現養殖業及種植業廢棄物的資源化利用，減少農作物種植過程中的化肥消耗，降低農業生產成本，促進農業生產的可持續發展^[16]。目前，施用沼液對作物生長和土壤微生物群落的影響已有較多研究^[17-19]，但在平衡施肥的基礎上，分析沼液部分替代化肥及鉀肥減量對蔬菜產量、品質影響的研究較少。

西葫蘆（CucurbitapepoL.）是葫蘆科一年生蔬菜作物，廣泛種植于中國北方地區，是主要的設施蔬菜作物之一^[20]。西葫蘆含有較多維生素C、葡萄糖等營養物質，具有除煩止渴、潤肺止咳、清熱利尿、消腫散結的功效。本研究基于平衡施肥理論，通過沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理，分析不同的施肥方案對西葫蘆產量、品質和土壤理化性質的影響，篩選出適宜的西葫蘆沼液配施化肥的運籌方案，以促進西葫蘆的優質生產及設施耕地的可持續利用。

1材料與方法

1.1試驗材料及試驗地概況

供試西葫蘆品種為歐美特。供試沼液由甘肅康源現代農業有限公司生產，主要原料為牛糞及大白菜尾菜。沼液N含量0.15g/L，P2O5含量37.30g/L，K2O含量217.23g/L。供試化肥為尿素（N含量46%）、磷酸二銨（N含量18%、P2O5含量46%）、復合肥（N含量15%、P2O5含量5%、K2O含量25%）。

試驗于2023年4月至2023年8月在甘肅康源現代農業有限公司塑料大棚內進行。大棚長度35m，寬8m。試驗田地勢平緩、肥力水平和理化性質均勻，土壤全氮含量0.67g/kg，全磷含量6.73g/kg，全鉀含量10.56g/kg，堿解氮含量91.00mg/kg，速效磷含量63.82mg/kg，速效鉀含量565.67mg/kg，有機質含量9.86g/kg，pH值7.85，電導率0.271mS/cm。

1.2試驗設計

2023年4月20日開始西葫蘆育苗，待幼苗長至兩葉一心時（5月6日）進行移栽定植。每棚種植3壟，一壟雙行，每行定植45株，株距和行距均為0.6m。每處理種植1個大棚，每壟為1個重復。

考慮到試驗地區每生產1000kg西葫蘆需氮（N）4.70kg、磷（P2O5）2.20kg、鉀（K2O）5.65kg^[21]，根據目標產量9.0t/hm2及當地N、P2O5、K2O的理論利用率、土壤養分供給量，得到平衡施肥的方案：N1262.10kg/hm2、P2O51193.55kg/hm2、K2O1258.50kg/hm2。試驗設5個肥料運籌處理，分別為當地常規化肥對照（CK）；化肥平衡施肥（T0）；沼液部分替代化肥的平衡施肥（T1）；沼液部分替代化肥+鉀肥減量20%（T2）；沼液部分替代化肥+鉀肥減量33%（T3）。其中T0～T3處理總N量和總P2O5量一致。各處理施肥總量如表1所示。定植前各處理統一基施892.80kg/hm2磷酸二銨，自2023年5月20日起每14d追肥一次，共6次。每次等量追肥。各處理基肥及追肥化肥用量如表2所示。

1.3測定指標與方法

各處理每壟隨機標記3株，當西葫蘆果實呈深綠色、質地變硬、表面光滑、長度約15～20cm時開始采摘，每3d采摘一次，記錄每株采摘果實數量與重量，直至整株無經濟價值果實時拉秧。拉秧時（8月15日）稱取標記植株上無經濟價值的果實重量，并與采摘的具有經濟價值的果實重量累計得到整株生物產量。結果盛期（8月1日）每處理選取9個果實稱取單果鮮重后整個放入干燥箱于105℃殺青30min后，80℃烘干5d至果實重量恒定后稱得單果干重。對烘干的樣品經過消煮后，使用ZEEnit700P原子吸收光譜儀（德國AnalytikJenaAG公司產品）測定果實Ca、Mg、Fe、Cu、Mn、Zn等礦質元素的含量；按照周衛^[22]的方法測定果實含氮量、含磷量和含鉀量。結果盛期（8月1日）每處理隨機采摘30個西葫蘆果實，每個果實取1/4榨碎混勻取樣測定西葫蘆果實的品質指標。按照趙海云等^[23]方法測定果實的可溶性糖含量，根據齊芳芳^[24]的方法測定果實的可溶性蛋白含量和維生素C含量，按照李國富^[25]的方法測定果實的硝酸鹽含量。

西葫蘆拉秧后（2023年8月15日），采用五點法采集西葫蘆根系外圍約5cm處10～15cm深度的土壤樣品，自然風干后過35目篩，分離得到粒徑小于35目的土壤細粒部分，用于測定土壤理化性質。參照鐵建中等^[26]的方法測定土壤pH值、電導率、有機質含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量。參照周衛^[22]方法測定土壤全氮含量、全磷含量和全鉀含量。使用酶檢測試劑盒（蘇州格銳思生物科技有限公司產品）檢測土壤脲酶、堿性磷酸酶、過氧化氫酶、蔗糖酶的活性。

1.4數據處理與分析

使用SPSS25.0（美國SPSSInstituteInc.產品）軟件進行試驗數據的方差分析，利用Duncan’s檢驗法進行處理間差異顯著性比較（Plt;0.05），采用Origin2022軟件制圖。

2結果與分析

2.1不同施肥處理對西葫蘆產量和干鮮重的影響

不同施肥處理對西葫蘆單果干鮮重和產量的影響如表3所示。與當地常規化肥對照（CK）相比，T0～T3處理的單果鮮重均有顯著升高。其中，T1、T0、T2、T3處理的單果鮮重分別比CK增加49.03%、20.17%、21.87%和16.51%。T3處理和T1處理的果實含水率顯著高于CK，而T2和T0處理的果實含水率與CK無顯著差異。各處理的生物產量差異不顯著。沼液部分替代化肥及鉀肥減量的T1、T2和T3處理經濟產量分別比CK提高4.66%、6.19%和4.32%。上述結果說明，沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理不能有效提高西葫蘆的生物產量，但能提高果實的商品性。

2.2不同施肥處理對西葫蘆果實品質的影響

不同施肥處理對西葫蘆果實品質的影響如表4所示。從表中可以看出，沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理能夠不同程度上提高西葫蘆果實品質。T1處理的可溶性固形物含量分別比當地常規化肥對照（CK）及化肥平衡施肥處理（T0處理）提高71.19%和43.45%。沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理（T1、T2、T3處理）的果實維生素C含量均顯著高于CK及T0處理。其中，T1、T2、T3處理的維生素C含量分別比CK提高3.03%、6.17%和3.03%。T2處理的果實可溶性蛋白含量分別比CK和T0處理提高173.68%和87.95%，T2處理的可溶性糖含量亦顯著高于CK和T0處理，增量分別為157.52%和68.38%。T1、T2、T3處理西葫蘆果實的硝酸鹽含量均顯著低于CK。與T0處理的果實硝酸鹽含量相比，T1處理下降，T3處理增加，而T2處理無顯著差異。上述結果說明適宜的沼液部分替代化肥及鉀肥減施處理可以顯著提高西葫蘆果實的可溶性固形物含量、維生素C含量、可溶性蛋白含量和可溶性糖含量，降低果實硝酸鹽含量。

2.3不同施肥處理對西葫蘆果實礦質營養元素含量的影響

沼液部分替代化肥及鉀肥減量施肥處理（T1、T2、T3處理）能夠不同程度促進西葫蘆果實礦質營養元素的積累（表5）。其中，T2處理的果實含氮量分別比化肥平衡施肥處理（T0處理）和當地常規化肥對照（CK）增加79.31%和44.44%。T1處理的果實含磷量分別比T0處理和CK提升29.52%和71.97%。T2處理的果實含鉀量分別比T0處理和CK提高91.54%和177.78%。以上結果說明，沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理能夠促進西葫蘆果實對養分的吸收和積累，尤其對鉀的積累最為明顯。

沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理（T1、T2、T3處理）的西葫蘆果實含Cu量與化肥平衡施肥處理（T0處理）和當地常規化肥對照（CK）無顯著差異。T1和T2處理的果實Mg含量顯著高于CK。T2處理的果實Fe含量分別比T0處理和CK增加27.46%和24.98%；T2處理果實Zn含量分別比T0處理和CK提高44.38%和45.08%。T2處理和T3處理的果實Mn含量分別比CK提高44.60%和49.64%；T3處理Ca含量比T0處理提高42.86%（表5）。以上結果說明，沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理能夠促進西葫蘆果實的礦質營養元素積累，有利于果實營養品質的形成。

2.4不同施肥處理對土壤理化性質的影響

不同施肥處理對土壤理化性質的影響如表6所示。從表中可以看出，T1和T2處理土壤全氮含量顯著高于T0和T3處理。T1、T2和T3處理的土壤堿解氮含量比T0處理分別提高27.08%、21.88%和18.75%。T2處理的土壤全磷含量比CK和T0處理分別增加26.01%和33.30%，T2處理的土壤速效磷含量比CK和T0處理分別增加32.62%和23.03%。同樣，T2處理的土壤全鉀含量和速效鉀含量亦顯著高于CK和T0處理。其中，T2處理的土壤全鉀含量和速效鉀含量比CK分別增加37.44%和24.10%。T2處理的土壤有機質含量比T0處理和CK分別提高64.93%和104.76%。T1和T2處理的土壤pH值低于CK，更接近中性。不同施肥處理下土壤電導率為0.19～0.25mS/cm，其中，T1處理顯著高于T2、T3處理及CK。

2.5不同施肥處理對土壤酶活性的影響

不同施肥處理對土壤酶活性的影響有較大影響。T1處理的土壤蔗糖酶活性比化肥平衡施肥處理（T0處理）和當地常規化肥對照（CK）分別增加22.62%和35.67%。T2處理的土壤堿性磷酸酶活性比T0處理和CK分別提高22.72%和33.19%。T2處理的土壤脲酶活性亦比T0處理和CK分別提高6.93%和4.62%。沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理（T1、T2、T3處理）的土壤過氧化氫酶活性均顯著高于CK和T0處理。其中，T2處理的土壤過氧化氫酶活性比T0處理和CK分別提高21.54%和19.00%，增加最為顯著（表7）。

3討論

蔬菜生產過程中，種植者為追求高產量和高收益，在栽培過程中往往會施用過量化肥。然而長期過量施用化肥會降低肥料利用效率，造成養分流失及土壤理化性狀變劣，因此有機肥部分替代化肥成為提高土壤有機質含量、改善微生物群落結構和有效降低化肥施用量的重要措施，同時施用有機肥還能促進作物生長、提高產量和品質^[27]。畜禽糞便及蔬菜廢棄物在厭氧發酵過程中，發酵底物中部分可溶性物質進入沼液，因此沼液含有豐富的營養元素，是一種廣受歡迎的有機肥^[18，28]。前人研究結果表明，沼液配施化肥能夠顯著提高土壤有機質含量，有助于培肥土壤，增加土壤速效養分含量和持續的營養供應能力，提高土壤相關酶的活性及肥料利用效率^[29-34]，同時還能改善土壤結構和孔隙度，降低土壤容重，增加土壤飽和導水率和保濕能力^[35]。本研究結果表明，利用沼液部分替代化肥及鉀肥減施20%的處理不但能有效降低化肥施用量，還能顯著提高西葫蘆的單果重和經濟產量，其原因在于施用沼液能有效提高土壤堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量和有機質含量，促進作物生長。同時，T2處理還能顯著提高土壤蔗糖酶活性、堿性磷酸酶活性、脲酶活性及過氧化氫酶活性。這與其他學者在蘆筍^[36]、柑橘^[37]、葡萄^[38]、蘋果^[39]等作物的研究結果一致。沼液配施化肥還能增強土壤微生物多樣性^[40]。而土壤微生物多樣性的增加和土壤酶活性的提高有利于養分的轉化和循環，促進土壤難溶性磷、鉀的釋放和轉化^[41]。本試驗結果表明，化肥減量配施沼液處理下土壤pH值由偏堿性向中性回調，這可能是由于沼液和化肥配施促進了養分的協調，避免了單一養分過剩引起的土壤堿化。這與Du等^[42]的研究結果一致。

本試驗結果表明，沼液部分替代化肥及鉀肥減量20%施肥（T2處理）能顯著提高西葫蘆果實的可溶性固形物含量、維生素C含量、可溶性糖含量和可溶性蛋白含量，降低硝酸鹽含量，即沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理能有效改善西葫蘆品質。其主要原因可能是沼液部分替代化肥及鉀肥減量處理下土壤酶活性提高，養分轉化和循環加快，為作物提供更多營養元素^[43]。這與其他學者在香瓜茄^[44]、蘿卜^[18]、紫花苜蓿^[45]等作物中的研究結果一致。此外，本試驗中T2處理還能顯著提高西葫蘆果實中的氮、磷、鉀及Mg、Fe、Mn、Zn等礦質營養元素含量，這與Wu等^[46]、Islam等^[47]的研究結果一致。

4結論

沼液部分替代化肥及鉀肥減量20%處理不但能有效減少農田化肥施用量，還能有效提高西葫蘆的產量、品質及土壤養分含量和酶活性。因此，沼液部分替代化肥及鉀肥減量20%處理為本研究最優沼液施肥方案。

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（責任編輯：石春林）