密度、氮肥互作對旱砂田西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率的影響

杜少平，馬忠明，薛亮

(1甘肅省農(nóng)業(yè)科學院蔬菜研究所，甘肅蘭州730070;2甘肅省農(nóng)業(yè)科學院，甘肅蘭州730070;3甘肅省農(nóng)業(yè)科學院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州730070)

西瓜產(chǎn)量的高低和品質(zhì)的優(yōu)劣主要取決于品種的遺傳特性、栽培條件和環(huán)境條件。在各種栽培措施中，種植密度與氮素營養(yǎng)是影響西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的主要因素［1］。密度主要是通過對西瓜群體結構的調(diào)整，進而影響西瓜地上的葉面積指數(shù)、光合強度、透光率及地下養(yǎng)分競爭。研究表明種植密度越高，西瓜個體發(fā)育進程推遲，單株產(chǎn)量降低，養(yǎng)分消耗越多，但由于單位面積坐瓜數(shù)增多而產(chǎn)量增加［2－3］。氮是構成西瓜體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸、葉綠素和多種酶、多種維生素的主要成分，氮素營養(yǎng)水平直接影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)［4］。已有研究表明，西瓜生長對氮素營養(yǎng)水平反應比較敏感，適量的氮素營養(yǎng)可以合成較多的蛋白質(zhì)和葉綠素含量，加速植株莖和葉片的生長，提高西瓜進行光合作用的能力，有利于干物質(zhì)的積累和果實的膨大，提高產(chǎn)量［5－6］。若氮素供應過多，則光合產(chǎn)物多用于生長，營養(yǎng)生長過旺，不利于營養(yǎng)生長向生殖生長的轉(zhuǎn)化，且西瓜的大部分糖分被迫用于蛋白質(zhì)合成，同時還促進西瓜蔗糖分解，使苦味酸的含量增加，降低了含糖量，嚴重影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)［6－7］;若氮肥不足，將造成植株矮小，生長緩慢，發(fā)育受到阻礙［6］。就目前西瓜生產(chǎn)施肥現(xiàn)狀看，盲目、超量和施肥不足的問題仍然嚴重，氮肥過量施用普遍存在［8］。

砂田作為西瓜生產(chǎn)的特殊環(huán)境條件，主要集中分布在我國降雨偏少的甘肅中部，以及寧夏、青海和新疆的部分地區(qū)，是我國西北干旱、半干旱地區(qū)獨特的、傳統(tǒng)的抗旱耕作方式，屬土壤覆蓋和水土保持方法之一［9－11］。砂田較土田具有減少蒸發(fā)和徑流、提高土壤溫度、增加水分入滲、阻止水土流失和土壤次生鹽漬化的作用［12－16］。近年來，隨著砂田瓜菜產(chǎn)業(yè)的興起，西瓜種植面積逐年擴大［17］。以往研究主要集中在施肥或者種植密度單個因子對西瓜生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)調(diào)控效應方面，而對于兩者的互作效應對產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率的研究還鮮見報道，特別是在砂田方面。本試驗設置了不同種植密度和施氮量，探討氮密互作條件下西瓜高效吸收利用氮素的特性，旨在探明產(chǎn)量、品質(zhì)和氮素資源利用效率同步提高的最佳施氮量和種植密度的平衡點，為制定砂田西瓜合理的栽培措施，實現(xiàn)高產(chǎn)高效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗于2011年在甘肅省農(nóng)業(yè)科學院皋蘭試驗站進行，試驗地位于皋蘭縣中心鄉(xiāng)三坪村(36°13'N，103°42'E)，平均海拔 1830 m 左右，屬溫帶半干旱氣候區(qū)，降水少且變率大，季節(jié)分配不均，多年平均降水量260 mm，多集中在7～9月份，占全年降水的60%以上，年平均氣溫7.0℃，≥10℃的活動積溫為2798℃，無霜期142 d。土壤質(zhì)地為砂土，土壤肥力偏低，播前土壤基礎養(yǎng)分含量(0—20 cm土層):有機質(zhì)5.80 g/kg、全氮0.43 g/kg、堿解氮為27.15 mg/kg、速效磷2.66 mg/kg、速效鉀91.70 mg/kg、有效硼 0.50 mg/kg、有效鋅 0.80 mg/kg、pH 8.5。

供試西瓜品種為甘肅省農(nóng)科院蔬菜所培育的隴抗九號。

本試驗采用密度(D)、氮肥(N)兩因素完全隨機區(qū)組設計，主區(qū)為密度處理，設高(16680株/hm2，以D1表示)、中(12120株/hm2，以 D2表示)、低(9525株/hm2，以D3表示)3個水平;副區(qū)為氮肥處理，設 N 0、100、200、300 kg/hm24個水平，分別用 N0、N100、N200、N300 表示，磷、鉀肥均為 P2O590 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2。小區(qū)面積為 24 m2，3 次重復。試驗所用氮肥為尿素(N 46%)、磷肥為普過磷酸鈣(P2O512%)、鉀肥為硫酸鉀(K2O 50%)，其中氮肥60%做基肥于播前瓜行條施，40%做追肥伸蔓期穴施，磷、鉀肥做基肥于播前一次性施入瓜行。寬窄行“品”字形穴播，寬行0.9 m、窄行0.6 m，播后進行寬窄膜相配套的全膜覆蓋技術。4月15日播種，7月20日收獲，其他管理措施按常規(guī)。

1.2 測定項目與方法

西瓜成熟時，每小區(qū)隨機選取具有代表性的10個瓜計算單瓜重，并統(tǒng)計每小區(qū)西瓜數(shù)，然后計算產(chǎn)量。使用手持式折光儀測定含糖量，比色法測定維生素C含量［18］，硝酸鹽含量采用紫外分光光度法(NY/T 1279－2007)，有效酸度用pH計測定，土壤基礎理化性狀分析及植株干物質(zhì)養(yǎng)分含量測定采用土壤農(nóng)業(yè)化學常規(guī)分析方法［19］。

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量;

氮肥當季利用率(%)=(施肥處理植株氮積累量－不施肥處理植株氮積累量)/氮肥投入量×100。

統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗采用SPSS16.0版軟件分析，用LSD法進行顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 氮肥與密度互作對西瓜單瓜重及產(chǎn)量的影響

單瓜重是影響西瓜產(chǎn)量的一項基本因素。通過雙因素方差分析表明(表1)，施氮量和種植密度均能顯著影響西瓜單瓜重(F=27.58和27.83)，單瓜重表現(xiàn)出隨氮肥施用量增加、種植密度降低而增加的變化趨勢。施氮處理的西瓜單瓜重均極顯著高于不施氮肥處理，N100、N200、N300處理的平均單瓜重較N0分別提高了19.64%、27.65%和24.55%，其中以N200處理的平均單瓜重最高，較N100顯著提高了6.70%，而N300與N100處理之間差異不顯著。不同種植密度間的平均單瓜重表現(xiàn)出低密度＞中密度＞高密度，且差異達到了極顯著水平，D3處理較D2和D1分別提高了8.04%和20.34%。氮肥和密度之間的互作效應不顯著(F=0.86)。

表1 不同肥密處理的單瓜重(kg/fruit)Table 1 Average fruit weight as affected by different density and nitrogen treatments

由表2可知，西瓜產(chǎn)量受氮肥、密度因素影響均達到顯著水平(F=27.03和107.41)，而其互作效應不顯著(F=1.75)。產(chǎn)量表現(xiàn)出隨施氮量和種植密度的增加而增加的變化趨勢，施氮處理的平均西瓜產(chǎn)量極顯著高于無氮處理，N100、N200、N300處理的平均產(chǎn)量較N0分別提高了20.25%、29.41%和25.24%，N200處理的較 N100又顯著提高了7.62%，而N300與N100處理間差異不顯著。不同種植密度間的平均西瓜產(chǎn)量表現(xiàn)出高密度＞中密度＞低密度，且差異達到了極顯著水平，D1處理較D2和D3分別提高了23.46%和45.58%。

表2 不同肥密處理的西瓜產(chǎn)量(kg/hm2)Table 1 The yields of watermelon under different density and nitrogen treatments

2.2 氮肥與密度互作對西瓜品質(zhì)的影響

2.2.1對西瓜含糖量及酸度的影響 含糖量和酸度是影響西瓜品質(zhì)的重要指標之一，在西瓜所有品質(zhì)指標中，含糖量和酸度與西瓜感官鑒定的相關系數(shù)最高［20］。由表3可知，西瓜含糖量受氮肥、密度影響差異顯著(F=6.40和4.83)，糖分含量表現(xiàn)出隨施氮量的增加先增加后降低的變化趨勢，在N100時最高，顯著高于無氮和高氮處理，較N0和N300分別提高了2.68%和3.17%，N0和N300處理間差異不顯著;另外，西瓜平均含糖量隨著種植密度的降低而增加，其中D3處理顯著高于D1處理。西瓜有效酸度主要受氮肥影響顯著(F=7.18)，其變化趨勢和含糖量相似，中氮處理(N100和N200)顯著高于無氮(N0)和高氮(N300)處理。從表3不同密度下氮肥處理間西瓜的糖酸比來看，總體表現(xiàn)出也是在N100處理下最大，之后隨著施氮量的增加而逐漸下降。經(jīng)兩因素方差分析表明，密度與氮肥的互作效應對西瓜含糖量和有效酸度影響均不顯著(F=1.11和0.50)。

表3 不同肥密處理對西瓜糖、酸度的影響Table 3 Effects of different density and nitrogen treatments on sugar content and acidity of watermelon

2.2.2對西瓜維生素C和硝酸鹽含量的影響 由圖1可知，氮肥極顯著地影響西瓜Vc含量，西瓜Vc含量隨施氮量的增加呈先上升后下降的趨勢，施氮量在100～200 kg/hm2時西瓜Vc含量為35.06～35.67 g/kg，極顯著地高于N0和N300處理，N200處理的西瓜Vc含量較N0和N300處理分別提高了13.09%和8.42%，而密度、密度和氮肥的交互作用均不顯著(F=0.76和1.07)。西瓜硝酸鹽含量隨著施氮量的增加而提高，且差異達極顯著水平，N100、N200和N300處理的西瓜硝酸鹽含量較N0分別極顯著提高8.11%、21.56%和36.98%，但密度、密度和氮肥的交互作用均不顯著(F=1.37和1.04)。

圖1 不同肥密處理對西瓜Vc和硝酸鹽含量的影響Fig．1 Effects of different density and nitrogen treatments on Vc content and nitrate content of watermelon

2.3 氮肥與密度互作對西瓜氮素積累及利用的影響

從不同密度、氮肥處理下砂田西瓜營養(yǎng)器官及果實中氮素的積累量(表4)可以看出，西瓜蔓葉中氮積累量較少，果實較多，蔓葉氮積累量約占西瓜總吸氮量的35%～39%左右，而果實氮積累量約占西瓜總吸氮量的61%～65%左右。在不同種植密度下，施氮處理的西瓜地上部營養(yǎng)器官、果實中氮素積累量及氮素積累總量均顯著高于無氮處理，且隨著施氮量的增加而增加，當施氮量大于200 kg/hm2時趨于穩(wěn)定，甚至有下降趨勢，氮素積累量最大值均出現(xiàn)在D1N200處理;在施氮量相同條件下，受作物生物量的影響，氮積累量總體表現(xiàn)出隨種植密度的增加而增加。氮肥偏生產(chǎn)力和吸收利用率均隨著施氮量的增加呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，而隨著種植密度的增大而增大，其在D1N100處理中達到最大，分別為551.83 kg/kg和24.58%。由此可見，種植密度相同條件下，增施氮肥顯著提高了單位面積植株中氮素積累量，但顯著降低了氮肥偏生產(chǎn)力和氮肥吸收利用率指標，在D1N100和D1N200條件下，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)量與氮素利用率的同步改善。

表4 不同肥密處理對西瓜氮積累和利用率的影響Table 4 Effects of different density and nitrogen treatments on nitrogen accumulation and utilization efficiency of watermelon

2.4 氮肥的西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)效應曲線

為了更好地分析氮密互作效應，獲得施氮量和密度的最佳平衡點，根據(jù)表2和表3中的西瓜產(chǎn)量、含糖量結果，將不同種植密度下的西瓜產(chǎn)量、含糖量與施氮量的關系進行回歸分析，分別建立了施氮量與產(chǎn)量和含糖量的數(shù)學關系(表5)。發(fā)現(xiàn)施氮量與產(chǎn)量和含糖量效應均呈拋物線關系，經(jīng)顯著性檢驗以上方程與實際情況擬合較好，并且具有一定的代表性。通過對這些一元二次方程求導數(shù)以及采用當年當?shù)匚鞴掀骄N售價及氮肥的價格，分別求得了不同種植密度下西瓜的最高產(chǎn)量施氮量、最佳經(jīng)濟及品質(zhì)施氮量以及對應的最高產(chǎn)量、最佳經(jīng)濟產(chǎn)量和最佳含糖量。不同密度間的西瓜最高產(chǎn)量及最佳經(jīng)濟產(chǎn)量差異較大，以D1密度處理的最高，其西瓜最高產(chǎn)量及最佳經(jīng)濟產(chǎn)量分別為60514 kg/hm2和60511 kg/hm2，且對應的最高產(chǎn)量施氮量和最佳經(jīng)濟產(chǎn)量施氮量為最低，分別為210 kg/hm2和206 kg/hm2，而其最佳糖分含量對應的施氮量為158 kg/hm2，由表3可知，N100與N200處理間西瓜糖分含量差異不顯著，因此，D1N200為適合砂田西瓜生產(chǎn)的較優(yōu)處理。

表5 不同種植密度下氮肥的西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)效應方程Table 5 Effect equation of yield and quality with nitrogen under different planting densities

3 討論與結論

種植密度要根據(jù)品種特性、立地環(huán)境條件和栽培管理條件而定，合理密植，可以充分利用光照、空間和地力，迅速提高葉面積指數(shù)，增加植株光合效率和光合產(chǎn)物的積累，提高作物的產(chǎn)量和效益。以往對西瓜密度試驗研究較少，林燚等［2］通過對‘麗芳’西瓜的適宜密度研究表明，在同一生育期，西瓜功能葉葉綠素含量隨種植密度增加而降低，種植密度越低葉片氮含量降幅越大，而磷鉀反之，隨著密度的增加西瓜雌花著生節(jié)位提高0.2～0.7節(jié)，單株坐瓜數(shù)減少 1.73～3.10個，單株產(chǎn)量減少 29.1% ～55.4%，而由于單位面積坐瓜數(shù)增加，產(chǎn)量提高了11.6%;耿玉華等［3］對西瓜新品種‘抗病948’的肥密互作效應研究表明，在適宜栽培密度下，西瓜坐果性好，抗病性強，產(chǎn)量高，但對西瓜品質(zhì)影響不大。本試驗通過對旱砂田全膜覆蓋下的中晚熟西瓜品種肥密效應的研究表明，西瓜單株指標如單瓜重、含糖量隨種植密度的降低而增加，D3處理的西瓜平均單瓜重較D2和D1分別提高了8.04%和20.34%，含糖量分別提高了2.20%和1.33%;而群體的如產(chǎn)量、氮肥利用率等指標，主要受單位面積植株數(shù)量的影響，則隨密度增大而升高，D1處理平均產(chǎn)量較D2和D3分別提高了23.46%和45.58%，氮肥利用率分別提高了11.51%和73.66%。

氮缺乏或過量會導致葉綠素含量、酶含量和活性下降，進一步導致作物葉面積降低和光合同化產(chǎn)物的減少及加速生殖生長進程，降低產(chǎn)量和品質(zhì)［21］。李冬梅等［22］研究表明，增加氮素的用量和配比，黃瓜蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性先升后降;魯運江［5］通過不同施氮量對西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)的影響研究表明，施氮區(qū)的西瓜產(chǎn)量均優(yōu)于無氮區(qū)，在135～180 kg/hm2的施氮范圍內(nèi)，西瓜產(chǎn)量、含糖量及維生素C含量隨施氮量的遞增而提高，再增加施氮量，則呈下降趨勢;陳鋼等［8］也研究表明，西瓜施氮量在0～240 kg/hm2范圍內(nèi)，單瓜重、產(chǎn)量隨著氮肥用量的上升而增加，繼續(xù)增加氮肥用量，西瓜產(chǎn)量開始呈下降趨勢 ，施氮有利于提高西瓜含糖量、維生素C含量，但硝酸鹽含量也隨著增加;朱洪勛等［23］研究表明，西瓜產(chǎn)量與施氮量呈拋物線關系，施氮量在0～240 kg/hm2范圍內(nèi)時，西瓜產(chǎn)量隨施氮量的增加而提高，當施氮量超過240 kg/hm2時則會造成減產(chǎn)，西瓜施氮量與可溶性糖和Vc含量呈負相關，與酸度呈正相關。本研究也表明，西瓜單瓜重、產(chǎn)量、含糖量及Vc含量等指標均與施氮量呈拋物線關系，當施氮量在0～200 kg/hm2時，均隨施氮量的增加而提高，在200 kg/hm2時達到最高，之后隨施氮量的增加而呈下降趨勢，這與前人研究結果基本一致。已有研究表明，在一定閾值范圍內(nèi)，植株氮素吸收總量與施氮量呈正相關［24－25］，本試驗中，西瓜地上部營養(yǎng)器官、果實及總氮素積累量均隨施氮量的增加而提高，而氮素偏生產(chǎn)力和吸收利用率卻顯著降低，不利于氮素的有效利用，但由于適宜的密度處理顯著提高了氮素利用率，使得氮密二者的互作效應表現(xiàn)為協(xié)同作用，使D1N200處理保持了較高的氮素利用率水平。

耿玉華等［3］研究表明，肥密對西瓜增產(chǎn)的互作效應顯著。而本試驗條件下施氮量和種植密度雖對西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)的調(diào)控作用十分顯著，但氮密效應不具交互作用，這可能與西瓜的品種特性、生長環(huán)境及栽培管理條件有關。本研究結果表明，密度和氮肥處理均對西瓜產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響，但密度處理的增產(chǎn)幅度大于氮肥處理，而密度對西瓜品質(zhì)的調(diào)控效應卻不如氮肥處理顯著，因此“以苗保產(chǎn)、以肥提質(zhì)”是西瓜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的有效途徑之一。綜合考慮密度、氮肥互作對西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及氮肥利用率等因素的影響，在旱砂田西瓜全膜覆蓋栽培模式下，密度為16680株/hm2和施氮量為200 kg/hm2較為適宜。

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