不同施肥模式對微潤灌黃瓜土壤養(yǎng)分及產(chǎn)量、品質(zhì)的影響

續(xù)佳浩，申麗霞，楊 玫

（太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024）

0 引 言

黃瓜（學(xué)名：Cucumis sativus L.）葫蘆科蔓生或攀援草本植物，在我國各地普遍栽培。黃瓜清脆可口，富含維生素C、維生素E、纖維素、丙醇二酸等營養(yǎng)成分，是我國重要的蔬菜作物之一。隨著人民日益增長物質(zhì)需要，黃瓜的需求量越來越多，在黃瓜生產(chǎn)中為了追求產(chǎn)量而大水大肥的現(xiàn)象較為嚴(yán)重，不僅導(dǎo)致種植成本增加、水資源浪費(fèi)，而且因無機(jī)肥的大量使用還會導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境遭受嚴(yán)重污染[1]。

微潤灌溉作為一種新型的節(jié)水灌溉技術(shù)，它是通過微潤管地埋的方式，利用半透膜管的膜內(nèi)外水勢差作為驅(qū)動力，將灌溉水以發(fā)汗?fàn)钚问捷斔偷阶魑锔祬^(qū)，達(dá)到慢速、長久潤土的效果，有利于作物根部持續(xù)保持相同的土壤水分狀態(tài)，滿足作物需水要求，在作物整個生長周期起到持續(xù)灌溉的作用[2]。微潤灌溉技術(shù)可以很好的和水肥一體化技術(shù)結(jié)合，達(dá)到節(jié)水減肥增產(chǎn)的效果。微潤灌溉下土壤水分運(yùn)移已有較多的研究揭示[3-5]。但結(jié)合施肥（尤其是無機(jī)肥減施+水溶性生物有機(jī)肥一體化施用）下土壤肥料的運(yùn)移規(guī)律研究較少。

生物有機(jī)肥是一種新型肥料兼具有機(jī)肥料和微生物肥料的性質(zhì)，可以培肥土壤、調(diào)控土壤微生態(tài)平衡、改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)、控制土壤中重金屬的有效性[6]。梁嘉偉等[7]研究表明生物有機(jī)肥可提高土壤肥力，改良土壤環(huán)境，提高白瓜產(chǎn)量。茹朝等[8]研究表明配施生物有機(jī)肥可以提高大白菜的產(chǎn)量與品質(zhì)。目前生產(chǎn)研究中一般將生物有機(jī)肥作為基肥施用，生物有機(jī)肥和無機(jī)肥配合作為追肥施用相對較少。

綜上所述，本試驗(yàn)針對無機(jī)肥減施加水溶性生物有機(jī)肥配合追施，研究其在微潤灌溉模式下各種速效養(yǎng)分在土層中的運(yùn)移分布規(guī)律，揭示微潤灌溉下各種速效養(yǎng)分在土層中的運(yùn)移分布規(guī)律；并研究其產(chǎn)量和品質(zhì)篩選出適宜設(shè)施黃瓜種植的施肥模式。為微潤灌溉技術(shù)推廣、肥料高效利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

本試驗(yàn)于2022 年6-9 月在山西省太原市小店區(qū)劉家堡鄉(xiāng)日光溫室中進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬于溫帶大陸性季風(fēng)干旱氣候，四季分明。年均氣溫11 ℃，年降雨量520 mm 左右，無霜期170 d。試驗(yàn)前0～20 cm 土層土壤的理化性狀為：pH 值7.36，硝態(tài)氮16.87 mg/kg，速效磷7.13 mg/kg，速效鉀193.41 mg/kg，有機(jī)質(zhì)25.8 g/kg，田間持水量26.1%，土壤容重1.52 g/㎝3。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共7 個處理：低濃度無機(jī)肥（T1）、中濃度無機(jī)肥（T2）、高濃度無機(jī)肥（T3）、低濃度無機(jī)肥+低濃度生物有機(jī)肥（T4）、低濃度無機(jī)肥+中濃度生物有機(jī)肥（T5）、低濃度無機(jī)肥+高濃度生物有機(jī)肥（T6）和不施肥（CK），各處理施肥量見表1。所有肥料均在整個生育期內(nèi)隨水追施，每隔15 d 追施一次，總共追施5 次。各組處理設(shè)3組重復(fù)試驗(yàn)，小區(qū)面積為36 m2。黃瓜采取一壟雙行種植，株距30 cm，行距40 cm。微潤管采取一壟雙管布置，埋深15 cm，壓力水頭為1.5～1.8 m。在黃瓜生長期間其余各項(xiàng)田間管理由專人負(fù)責(zé)，嚴(yán)格把控，確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確有效。

表1 不同施肥模式的施肥量Tab.1 Fertilization amount of different fertilization modes

1.3 試驗(yàn)材料

生物有機(jī)肥選用施地佳水溶性生物有機(jī)肥（有效活菌數(shù)≥2 億/g，有機(jī)質(zhì)≥40%，氨基酸≥10%，黃腐酸≥5%），無機(jī)肥選用國光磷酸二氫鉀（水溶性五氧化二磷≥51%，氧化鉀≥33.8%），全水溶農(nóng)用硫酸鉀（氧化鉀≥52%），尿素（N≥46%），國光磷酸二氫鉀與全水溶農(nóng)用硫酸鉀中都含有氧化鉀，先通過五氧化二磷的用量計(jì)算國光磷酸二氫鉀的用量，然后用氧化鉀的用量減去國光磷酸二氫鉀中氧化鉀的含量，從而計(jì)算全水溶農(nóng)用硫酸鉀的用量。

1.4 試驗(yàn)指標(biāo)及測定方法

定值后每15 d按照“S”曲線分別采取0～20、20～40、40～60 cm 處土壤的混合土樣。采集的土壤按“四分法”縮分至2 kg，風(fēng)干、研磨、過篩后分別測定各土層土壤中速效磷、速效鉀和硝態(tài)氮的含量。速效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用火焰光度計(jì)法測定，硝態(tài)氮采用紫外分光光度計(jì)法測定[9]。

從初瓜期開始至末瓜期，在黃瓜各處理的小區(qū)里選取6株具有代表性的黃瓜植株做標(biāo)記并對其黃瓜的鮮果重進(jìn)行累計(jì)測產(chǎn)，按種植面積折合產(chǎn)量。

在盛瓜期，在每個小區(qū)標(biāo)記的植株里隨機(jī)取成熟度相似的5～6 個果實(shí)，測定果實(shí)品質(zhì)。維生素C 含量采用2，6-二氯靛酚測定法測定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定；可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定；硝酸鹽含量采用紫外分光光度法測定[10]。

氮（磷、鉀） 肥偏生產(chǎn)力（Fertilizer partial factor productivity，PFP，kg/kg）的計(jì)算公式為：

式中：Y為作物產(chǎn)量，kg/hm2；FT為投入的N、P2O5和K2O 的總量，kg/hm2。

氮（磷、鉀） 肥農(nóng)學(xué)效率（Agronomy fertilizer use efficiency，AFUE，kg/kg）的計(jì)算公式為：

式中：YO為不施肥處理的產(chǎn)量，kg/hm2。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理，運(yùn)用Origin 2021 進(jìn)行相關(guān)圖表繪制，使用SPSS 27.0 軟件（LSD）進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，顯著水平為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥模式對黃瓜根區(qū)土壤硝態(tài)氮時空分布的影響

圖1 為不同施肥模式不同土層硝態(tài)氮含量隨時間的動態(tài)變化曲線，硝態(tài)氮是土壤速效養(yǎng)分的一種，可以被黃瓜植株直接吸收利用。由圖1（a）和圖1（b）可知，整個生育期內(nèi)0～20 cm 及20～40 cm 土層各處理硝態(tài)氮含量隨著時間的推移表現(xiàn)出先增加后降低的趨勢，0～20 cm 及20～40 cm 土層各處理硝態(tài)氮含量的動態(tài)變化與黃瓜植株的生長發(fā)育息息相關(guān)，黃瓜植株生育前期生長緩慢，對硝態(tài)氮需求量較少，硝態(tài)氮逐漸在土壤中累積，0～20 cm 及20～40 cm 土層各處理硝態(tài)氮含量的峰值均在45 d 時出現(xiàn)；0～20 cm 土層45 d 時硝態(tài)氮含量從高到底依次為：T3、T6、T2、T5、T4、T1，T2、T5 無顯著差異，生物有機(jī)肥與低濃度無機(jī)肥配施的T4、T5、T6 處理相較于T1 處理分別增長了9.6%、22.92%、35.97%；20～40 cm土層45 d 時硝態(tài)氮含量從高到底依次為：T3、T2、T6、T5、T4、T1，生物有機(jī)肥與低濃度無機(jī)肥配施的T4、T5、T6 處理相較于T1 處理分別增長了4.3%、13.32%、20.62%；0～20 cm及20～40 cm 土層在90 d 時硝態(tài)氮含量除T3 處理外均低于15 d時的硝態(tài)氮含量。由圖1（c）可知，40～60 cm 土層硝態(tài)氮含量受黃瓜植株生長發(fā)育的影響較小，T3 處理的硝態(tài)氮含量呈現(xiàn)累積趨勢，T1、T2、T4、T5、T6 硝態(tài)氮含量表現(xiàn)為下降趨勢。

2.2 不同施肥模式對黃瓜根區(qū)土壤速效磷時空分布的影響

圖2 為不同施肥模式不同土層速效磷含量隨時間的動態(tài)變化曲線，速效磷又稱有效磷，易被土壤固定不易隨水分移動，圖2 可以看出土壤中速效磷主要分布在0～40 cm 土層，40～60 cm 土層有效磷含量受黃瓜植株生長發(fā)育和施肥模式影響較小。由圖2（a）和圖2（b）可知，整個生育期內(nèi)0～20 cm 及20～40 cm 土層各處理速效磷含量隨著時間的推移表現(xiàn)出先減少后增的趨勢；0～20 cm 土層在45 d 時土壤中速效磷含量與15 d 時土壤中速效磷含量相比，T1 處理降低了12.42%、T2 處理降低了7.3%、T3 處理提升了4.2%、T4 處理降低了19.94%、T5 處理降低了22.09%、T6 處理降低了13.27%；90d 時土壤中速效磷含量與45 d 時土壤中速效磷含量相比，T1 處理提升了31.56%、T2 處理提升了58.03%、T3 處理提升了50.08%、T4 處理提升了40.78%、T5 處理提升了48.51%、T6 處理提升了60.8%；20～40 ㎝土層在45 d 時土壤中速效磷含量從大到小依次為：T3、T2、T6、T1、T5、T4，在75 d 時土壤中速效磷含量從大到小依次為： T3、T6、T2、T5、T1、T4。

圖2 不同施肥模式土壤速效磷含量Fig.2 Soil available phosphorus content under different fertilization modes

2.3 不同施肥模式對黃瓜根區(qū)土壤速效鉀時空分布的影響

圖3為不同施肥模式不同土層速效鉀含量隨時間的動態(tài)變化曲線，速效鉀在土壤中易隨水運(yùn)移，并且黃瓜對速效鉀的需求量比較大，整個生育期需要吸收大量的速效鉀。由圖3(a)和圖3(b)可知0～20 cm 和20～40 cm 土層90 d 時速效鉀含量各處理均低于15 d 時的速效鉀含量；90 d 時0～20 cm 土層速效鉀含量從大到小依次為：T3、T6、T2、T5、T4、T1，20～40 cm 土層90 d時速效鉀含量從大到小依次為：T3、T2、T6、T1、T5、T4。由圖3(c)可知40～60 cm土層速效鉀含量呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，30 d后速效鉀逐漸在土壤中積累；90 d時速效鉀含量與15 d 時速效鉀含量相比，T1 處理基本沒有變化、T2 處理增加了32.73%、T3 處理增加了61.47%、T4 處理降低了16.22%、T5處理增加了8.3%、T6處理增加了20.56%。

圖3 不同施肥模式土壤速效鉀含量Fig.3 Soil available potassium content under different fertilization modes

2.4 不同施肥模式對黃瓜產(chǎn)量的影響

表2為不同施肥模式對黃瓜產(chǎn)量、氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)及農(nóng)學(xué)效率的影響。施肥模式對設(shè)施黃瓜產(chǎn)量有顯著影響，各處理產(chǎn)量與不施肥處理CK 產(chǎn)量相比，T1 處理增產(chǎn)27.51%、T2 處理增產(chǎn)66.78%、T3 處理增產(chǎn)71.06%、T4 處理增產(chǎn)41.94%、T5 處理增產(chǎn)60.35%、T6 處理增產(chǎn)69.27%；T4、T5、T6處理與T1處理相比分別增產(chǎn)11.31%、25.75%、32.75%。表2 可以看出單施無機(jī)肥的T1、T2、T3 處理氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)力隨著施肥量的增加而降低；T5、T6 處理的氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，T1、T4 處理的氮肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，T5處理的氮肥偏生產(chǎn)力最高，為309.38 kg/kg；T4、T5 處理的磷肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，各處理磷肥偏生產(chǎn)力從大到小依次為：T1、T5、T4、T6、T2、T3；T5、T6 處理的鉀肥偏生產(chǎn)力無顯著差異，T6 處理的鉀肥偏生產(chǎn)力最高，為220.33 kg/kg。由表2 可知無機(jī)肥與生物有機(jī)肥配施的T4、T5、T6 處理的氮（磷、鉀）肥農(nóng)學(xué)效率顯著大與單施無機(jī)肥的T1、T2、T3處理。

表2 不同施肥模式下黃瓜的產(chǎn)量、氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)及農(nóng)學(xué)效率Tab.2 Yield，nitrogen（P，K）fertilizer yield and agronomic efficiency of cucumber under different fertilization modes

2.5 不同施肥模式對黃瓜品質(zhì)的影響

從表3 可以看出T6 處理的黃瓜果實(shí)中維生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量均高于其他處理，分別為13.37 mg/100g、1.45%、2.65 mg/g，T3處理的硝酸鹽含量最高，高達(dá)81.27 mg/kg。生物有機(jī)肥與無機(jī)肥配施的T4、T5、T6 處理維C 含量與T1 處理對比分別增長4.45%、12.47%、19.06%，可溶性糖含量與T1 處理對比分別增長了6.84%、17.09%、23.93%，可溶性蛋白含量與T1 處理對比分別增長了2.61%、10%、15.22%。各處理硝酸鹽含量由高到低依次為：T3、T2、T6、T5、T4、T1，無論是單施有機(jī)肥處理還是生物有機(jī)肥與無機(jī)肥配施的處理硝酸鹽含量均隨施肥量的增加而增加。

表3 不同施肥模式下黃瓜的品質(zhì)Tab.3 Quality of cucumber under different fertilization modes

3 討 論

以設(shè)施黃瓜豐產(chǎn)、高品質(zhì)為目標(biāo)，以保護(hù)生態(tài)環(huán)境為基礎(chǔ)，本研究系統(tǒng)分析了不同施肥模式下微潤溉設(shè)施黃瓜整個生育期土壤速效養(yǎng)分（硝態(tài)氮、速效磷、速效鉀）的時空分布特征，以及微潤灌設(shè)施黃瓜的產(chǎn)量、氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)力、氮（磷、鉀）肥農(nóng)學(xué)效率及品質(zhì)對不同施肥模式的響應(yīng)特征。結(jié)果顯示無機(jī)肥減施配施生物有機(jī)肥在獲得黃瓜高產(chǎn)的同時，還可以降低土壤中速效養(yǎng)分的累積與淋失，這與劉曉彤[11]等研究結(jié)果類似；增施生物有機(jī)肥減施無機(jī)肥的T4、T5、T6 處理土壤中速效養(yǎng)分的含量隨生物有機(jī)肥濃度的增加而增加，與T1（低濃度有機(jī)肥）處理相比土壤中速效養(yǎng)分顯著提高，這與馬祥[12]等的研究結(jié)果基本一致。在果實(shí)品質(zhì)方面，增施生物有機(jī)肥的處理與T1（低濃度無機(jī)肥）處理相比可以顯著提高黃瓜的維生素C 以及可溶性糖的含量，與李建欣[13]等的研究結(jié)果基本一致。在肥料利用方面，單施無機(jī)肥的處理氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)力均隨施肥量的增加而降低，與馬新超[14]的研究結(jié)果基本一致；同時，本研究發(fā)現(xiàn)增施生物有機(jī)肥后可顯著提高氮（鉀）肥偏生產(chǎn)力以及氮（磷、鉀）肥農(nóng)學(xué)效率，但是增施生物有機(jī)肥的T4、T5、T6 處理與T1（低濃度無機(jī)肥）處理相比磷肥偏生產(chǎn)力有顯著下降，這可能是因?yàn)辄S瓜植株對磷肥的需求量較少。綜合速效養(yǎng)分時空分布與產(chǎn)量及品質(zhì)，本研究發(fā)現(xiàn)單施無機(jī)肥的處理隨著耕層（0～40 cm）土壤中速效養(yǎng)分的增加黃瓜產(chǎn)量及品質(zhì)均有顯著提高，同時硝酸鹽含量也有顯著提高；增施生物有機(jī)肥減施無機(jī)肥的處理也隨著耕層（0～40 cm）土壤中速效養(yǎng)分的增加黃瓜產(chǎn)量及品質(zhì)均有顯著提高，同時硝酸鹽含量也有顯著提高；而將單施無機(jī)肥的處理與增施生物有機(jī)肥減施無機(jī)肥的處理對比并無此規(guī)律，究其原因可能是生物有機(jī)肥中含有大量微生物，從而促進(jìn)了植物對養(yǎng)分的吸收利用[15]。

4 結(jié) 論

（1）微潤灌溉模式下可溶性生物有機(jī)肥配施無機(jī)肥可以顯著提高可供黃瓜利用的0～40 cm 土壤中速效養(yǎng)分的含量，并且促進(jìn)黃瓜植株對速效養(yǎng)分的吸收；降低40～60 cm 土壤中的硝態(tài)氮和速效鉀含量，對40～60 cm 土壤中速效磷含量無顯著影響。

（2）與CK 處理相比各處理均促進(jìn)了黃瓜產(chǎn)量的增加，綜合黃瓜果實(shí)的產(chǎn)量和品質(zhì)，T6（低濃度無機(jī)肥+高濃度生物有機(jī)肥）處理為最適宜微潤灌設(shè)施黃瓜種植的施肥模式，對比CK 處理增產(chǎn)69.27%，維生素C 含量增加了29.68%，可溶性糖含量提升了55.91%，可溶性蛋白含量提高了32.5%；與T3（高濃度無機(jī)肥）處理相比產(chǎn)量無顯著性差異，但是硝酸鹽含量降低了15.97%。

（3）T6（低濃度無機(jī)肥+高濃度生物有機(jī)肥）處理與同為高產(chǎn)的T3（高濃度無機(jī)肥）處理相比，氮（磷、鉀）肥偏生產(chǎn)力以及氮（磷、鉀）肥農(nóng)學(xué)效率均有顯著提高；與T1（低濃度無機(jī)肥）處理相比氮肥偏生產(chǎn)力提高了6.2%，鉀肥偏生產(chǎn)力增加了13.78%，磷肥偏生產(chǎn)力降低了11.5%，氮（磷、鉀）肥農(nóng)學(xué)效率有顯著提高。