化肥减施-有机肥替代措施提高新疆甜瓜产量和含糖量研究

徐强，王卫超，许咏梅，邵华伟，杨金钰，乔晓燕，吕彩霞

(1.鄯善县鲁克沁镇农技推广站，新疆鄯善 838200；2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)

化肥减施-有机肥替代措施提高新疆甜瓜产量和含糖量研究

徐强1，王卫超2，许咏梅2，邵华伟2，杨金钰2，乔晓燕2，吕彩霞2

(1.鄯善县鲁克沁镇农技推广站，新疆鄯善 838200；2.新疆农业科学院土壤肥料与农业节水研究所，乌鲁木齐 830091)

【目的】研究甜瓜合理的化肥减施量和有机肥替代量，对甜瓜产量和品质的效应，为新疆甜瓜高产优质、产业可持续发展提供参考。【方法】选择新疆鄯善鲁克沁甜瓜主产区，采用三因素三水平正交试验设计，以有机肥种类、有机肥施用量、化肥施用量为考察因素，有机肥种类为固体有机肥、液体滴灌有机肥和小麦秸秆；有机肥施用量分别设置为每种有机肥的低、中、高施用量；化肥施用量为常规施肥量、减施化肥15%和30%。化学氮肥为尿素，磷肥为磷酸一铵。测试甜瓜产量、波美度值(含糖量)，研究化肥减施-有机肥替代对甜瓜产量和品质的效应。【结果】有机肥的种类是影响甜瓜产量和含糖量的主要因素，其次为有机肥的施用量，而化肥施用量影响最小。甜瓜减施30%化肥仍能获得最高产量和含糖量。【结论】新疆鄯善地区甜瓜施肥策略可采用减施化肥-有机肥替代技术，最佳组合为有机肥可采用小麦秸秆或有机肥，施用量为450 kg/667 m2，化肥用量较常规施肥可减少30%。

甜瓜正交试验；化肥减施；有机肥替代；产量；含糖量

0 引 言

【研究意义】甜瓜作为新疆特色经济作物，其产量和品质的高低直接影响着农民的收入水平，研究区域为新疆甜瓜的主产区，通过对该区甜瓜生产过程中肥料投入结构改变对甜瓜产量及含糖量的变化评价，为新疆甜瓜生产建立环境友好的施肥模式及农业的可持续发展提供依据。【前人研究进展】《中国统计年鉴(2016)》统计数据显示，2015年我国化肥施用量为6 022.6×104t，较1978年增长6.8倍，且以每年2.8%的速度增长，化肥消费量已占世界化肥总用量的 1/3。2015年我国农作物播种总面积为166 374×103hm2，化肥施用强度约合362.0 kg/hm2，是1978年(58.9 kg/hm2)的6.1倍，化肥施用强度已超出国际安全标准(225 kg/hm2)60.89%[1,2]。而我国粮食总产量较化肥施用量增长缓慢，2015年我国粮食总产量为62 143.9×104t，是1978年(30 476.5×104t)的2.0倍，化肥的利用效率大幅下降。不合理施用化肥造成资源的浪费的同时，也增加了环境污染的风险和土壤理化生功能的下降[3]。我国农田化肥过量使用潜在的压力和面临的环境风险是其他国家无法相比的[4]。长期依赖增施化肥满足作物对矿质元素的需求加剧了农业面源污染[5]，增加了土壤次生盐碱化、土壤酸化[6-8]、水体富营养化[9]的风险以及土壤重金属积累等一系列的环境问题，同时也无法满足人们对特色农产品品质日益增长的追求[5,10]。【本研究切入点】 通过优化施肥措施来提高肥料利用率和缓减由于不合理施肥造成的环境问题被认为是有效的方法之一[11]。施用有机肥不仅可以改良土壤结构，提高作物品质、促进农作物增产，同时与壤有机质、全氮、碱解氮、速效磷、速效钾的含量存在显著的相关性[12,13]。当前针对新疆甜瓜化肥减施-有机肥替代研究相对较少，尤其是在化肥减施比例和因地制宜的有机肥种类选择方面的结果更为缺乏，以新疆鄯善甜瓜品质产量变化为切入点，研究化肥减施比例和有机肥种类组合试验，筛选最佳化肥减施-有机肥替代模式。【拟解决的关键问题】明确化肥减施、有机肥种类、增施有机肥对甜瓜产量和品质的影响，建立农业减施化肥的长效机制，探索适合新疆甜瓜生产的高产优质的施肥模式，为新疆甜瓜优质高产栽培技术的选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 材 料

研究设在新疆鄯善县鲁克沁镇进行( N 42°47.4863′，E 489°42.5683′)进行。鲁克沁镇位于吐鲁番盆地东沿，火焰山南麓，海拔100～500 m，地势低下闭塞，增温迅速，散热不易。春季升温快；夏季高温炎热，长达60 d；秋季短，降温迅速；冬季寒冷期短，风小雪稀。该区热量极为丰富，日照充足，平均降雨量21 mm，蒸发量2 984，干燥度142，属极端干旱区，具有种植甜瓜悠久历史，是新疆甜瓜主产区。

供试品种为西州密17号，供试肥料为化肥、液体有机肥，固体有机肥和小麦秸秆，化肥(尿素)和液体有机肥采用滴灌随水追施，固体有机肥和小麦秸秆作为基肥。

1.2 方 法

采用正交试验设计。试验因素为有机肥种类A、有机肥施用量B、化肥施用量C，分别对试验因素A、B、C各取三个水平。表1，表2

表1 试验因素水平

Table 1 Test factor level

水平Level因素 Factor有机肥种类Typesofmanure(A)有机肥施用量Amountofmanure(B)化肥施用量Amountofchemicalfertilizer(C)1固体有机肥低常规：2液体滴灌有机肥中常规减量15%3小麦秸秆高常规减量30%

表2 施用量设置

Table 2 Application amount of fertilizer

类别Type低Lowlever(kg/667m2)中Middlelevel(kg/667m2)高Highlevel(kg/667m2)固体有机肥Solid100200300液体滴灌有机肥Liquid203040小麦秸秆Wheatstraw150300450化肥量Chemicalfertilizer常规量：基肥磷酸二铵50kg、硫酸钾15kg；追肥：尿素40kg化肥减量15%：基肥磷酸二铵42 5kg、硫酸钾12 8kg；追肥34kg化肥减量30%：基肥磷酸二铵35kg、硫酸钾10 5kg；追肥28kg二铵35kg/667m2

根据试验的因素(3)、水平(3)，不考虑交互作用，故采用L9(34)正交表，正交表表头设计见表3。

按照以上选取得正交表及表头设计，确定试验方案并进行试验。表4

表3 表头设计

Table 3 Table headers

列号ColumnNo．1234因素FactorABC空

表4 正交试验

Table 4 Orthogonal experiment and data

处理Treatment因素 Factor有机肥种类Typesoforganicfertilizer(A)有机肥施用量Amountoforganicfertilizerapplication(B)化肥施用量Amountofchemicalfertilizerapplication(kg/667m2)(C)空列Emptycolumn(D)甜瓜产量Yield(kg/667m2)1固体有机肥(1)低(1)105(1)12581 42固体有机肥(1)中(2)89 25(2)22749 33固体有机肥(1)高(3)73 5(3)32956 64滴灌有机肥(2)低(1)89 25(2)32701 55滴灌有机肥(2)中(2)73 5(3)12586 06滴灌有机肥(2)高(3)105(1)22773 27小麦秸秆(3)低(1)73 5(3)23135 28小麦秸秆(3)中(2)105(1)32827 79小麦秸秆(3)高(3)89 25(2)13042 3

1.3 数据处理

采用Excel和SPSS17.0 进行数据的处理与分析。

2 结果与分析

2.1化肥减施及有机肥替代对甜瓜产量及含糖量的影响

研究表明，化肥减施及有机肥替代对甜瓜的产量影响差异显著，处理7最高，且与处理3、处理8和处理9之间无显著性差异；处理1最低，处理5次之，两者之间无显著性差异，且与处理2、处理4和处理8和之间差异不显著。图1

研究表明，甜瓜含糖量处理7最高，处理2最低，且各处理之间均无显著性差异。对于正交试验各处理的甜瓜产量和含糖量数据进行分析比较可以看出，各处理之间甜瓜含糖量差异均不显著，产量之间存在显著性的差异，因此，应对甜瓜产量及含糖量数据进一步分析，以求得最佳水平组合及分析影响甜瓜品质的主要因素。图2

图1 化肥减施及有机肥替代下甜瓜产量变化

Fig.1 Effect of chemical fertilizer reduction and organic fertilizer supplement on the yield of muskmelon

图2 化肥减施及有机肥替代下甜瓜含糖量变化

Fig.2 Effect of chemical fertilizer reduction and organic fertilizer supplement on sugar content of muskmelon

2.2直观分析确定各因素对甜瓜产量影响的主次因素及最佳水平组合

利用正交试验的极差分析法研究各因素对甜瓜产量的显著性，来确定影响甜瓜产量的主次因素，并确定各因素对甜瓜产量相对有利的水平。

利用极差分析法对甜瓜产量数据分析。

(1)计算各因素各水平的甜瓜产量之和和平均产量。Ij表示第j列(因素)的第一个水平所对应甜瓜产量之和；IIj表示第j列的第二个水平所对应甜瓜产量之和；IIIj表示第j列(因素)的第三个水平所对应甜瓜产量之和。表5

(2)分析对甜瓜产量影响的主次因素。Rj表示第j列(因素)中Ij平均值、IIj平均值和IIIj平均值中最大值与最小值之间的差值；一个因素的极差越大，该因素对试验指标(甜瓜产量)的影响越大。R1 >R2 >R3；说明因素A(有机肥种类)是主要因素，其次是因素B(有机肥施用量)，因素C(化肥施用量)对产量构成的影响最小。

(3)最佳水平组合的选择。根据正交表的综合可比性，比较每个因素在三个水平下的Ij平均值、IIj平均值和IIIj平均值的大小，选择三个水平所对应的最大值(用*标识)，可得到最佳水平组合A3B3C3。

利用正交试验的极差分析法计算各因素各水平的甜瓜含糖量之和和平均含糖量。研究表明，各因素不同水平之间的极差值表现为极差值R2=R3 >R1，说明B因素(有机肥施用量)和因素C(化肥使用量)对于甜瓜含糖量的影响相同，是影响甜瓜含糖量的主要因素；因素A(有机肥种类)对甜瓜含糖量的影响较小。根据正交表的综合可比性，比较每个因素在三个水平下的Ij平均值、IIj平均值和IIIj平均值的大小，得到最佳水平组合A3B1C3和A3B3C3。表6

表5 极差分析法下甜瓜产量变化

Table 5 Analysis of muskmelon yield data by range analysis

处理Treatment因素 Factor有机肥种类Typesofmaure(A)有机肥施用量Amountofmanure(B)化肥施用量Amountofchemicalfertilizer(kg/667m2)(C)甜瓜产量Yield(kg/667m2)1固体有机肥(1)低(1)105(1)2581 42固体有机肥(1)中(2)89 25(2)2749 33固体有机肥(1)高(3)73 5(3)2956 64滴灌有机肥(2)低(1)89 25(2)2701 55滴灌有机肥(2)中(2)73 5(3)2586 06滴灌有机肥(2)高(3)105(1)2773 27小麦秸秆(3)低(1)73 5(3)3135 28小麦秸秆(3)中(2)105(1)2827 79小麦秸秆(3)高(3)89 25(2)3042 3Ij8287 38418 18182 3IIj8060 78163 08493 1IIIj9005 28772 18677 8Ij均值2762 42806 02727 4IIj均值2686 92721 02831 0IIIj均值3001 7∗2924 0∗2892 6∗Rj314 8203 0165 2

表6 极差分析法下甜瓜含糖量变化

Table 6 Analysis of sugar content of muskmelon by range analysis

处理Treatment因素 Factor有机肥种类Typesoforganicfertilizer(A)有机肥施用量Amountofmanure(B)化肥施用量Amountofchemicalfertilizer(kg/667m2)(C)含糖量Sugarcontent(%)1固体有机肥(1)低(1)105(1)12 42固体有机肥(1)中(2)89 25(2)12 33固体有机肥(1)高(3)73 5(3)12 64滴灌有机肥(2)低(1)89 25(2)12 45滴灌有机肥(2)中(2)73 5(3)12 36滴灌有机肥(2)高(3)105(1)12 57小麦秸秆(3)低(1)73 5(3)12 78小麦秸秆(3)中(2)105(1)12 49小麦秸秆(3)高(3)89 25(2)12 4Ij37 3037 5037 30IIj37 2037 0037 10IIIj37 5037 5037 60Ij均值12 4312 50∗12 43IIj均值12 4012 3312 37IIIj均值12 50∗12 50∗12 53∗Rj0 100 170 17

2.3各因素对甜瓜产量及含糖量的主次因素及最佳组合水平

研究表明，因素A(有机肥种类)的Sig为0.001(小于0.005)，表明因素A为显著因素；因素B(有机肥使用量)的Sig为0.353，因素C(化肥使用量)的Sig为0.449，说明因素B和因素C为不显著因素，且因素B对甜瓜产量的影响大于因素C。对甜瓜产量构成影响结构表现为各因素、水平的最佳水平组合为A3B3C3，这与极差分析法得到的结果一致。表7，表8

表7 主体间效应的检验(因变量:甜瓜产量)

Table 7 Test of inter subjectivity effect (dependent variable: Muskmelon Yield)

源SourceI型平方和Sumofsquare(I)df均方MeansquareFSig．模型Model7 169E+0771 024E+07601 4570 002有机肥种类ATypeofmanure7 158E+0732 386E+071401 3600 001有机肥施用量BApplicationamountofmanure62377 202231188 6011 8320 353化肥施用量CApplicationamountofchemicalfertilizer41803 442220901 7211 2280 449误差Error34053 869217026 934总计7 172E+079

注：a.R2=1.000(调整R2=0.998)

Note： a.R2=1.000(AdjustmentR2=0.998)

表8 不同因素的均值及置信区间(因变量:甜瓜产量)

Table 8 Means and confidence interval of different factors (dependent variable: Muskmelon Yield)

水平Level有机肥种类(A)Typeofmanure有机肥施用量(B)Amountofmanure化肥施用量(C)Amountofchemicalfertilizer均值Mean95%置信区间95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit均值Mean95%置信区间95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit均值Mean95%置信区间95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit12762 432438 293086 582806 032481 893130 182727 432403 293051 5822686 902362 753011 052721 002396 853045 152831 032506 893155 1833001 732677 593325 882924 032599 893248 182892 602568 453216 75

研究表明，因素A(有机肥种类)的Sig为0.000(小于0.001)，表明因素A为极显著因素；因素B(有机肥使用量)的Sig为0.342，因素C(化肥使用量)的Sig为0.406，说明因素B和因素C为不显著因素，且因素B对甜瓜产量的影响大于因素C。对甜瓜产量构成影响结构表现为各因素、水平的最佳水平组合为A3B1C3和A3B3C3，这与极差分析法得到的结果一致。表9，表10

表9 主体间效应的检验(因变量:甜瓜含糖量)

Table 9 Test of inter subjectivity effect (dependent variable: Sugar Content of Muskmelon)

源SourceI型平方和Sumofsquare(I)df均方MeansquareFSig 模型Model1393 891a7199 12713785 7360 000有机肥种类ATypeofmanure1393 7933464 59832164 4620 000有机肥施用量BApplicationamountofmanure0 05620 0281 9230 342化肥施用量CApplicationamountofchemicalfertilizer0 04220 0211 4620 406误差Error0 02920 014总计1393 9209

表10 不同因素的均值及置信区间(因变量:甜瓜含糖量)

Table 10 Means and confidence interval of different factors (dependent variable: Sugar Content of Muskmelon)

水平Level有机肥种类(A)Typeofmanure有机肥施用量(B)Amountofmanure化肥施用量(C)Amountofchemicalfertilizer均值Mean95%置信区间95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit均值Mean95%置信区间95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit均值Mean95%置信区间95%confidenceinterval下限Lowerlimit上限Upperlimit112 4312 1412 7312 5012 2012 8012 4312 1412 73212 4012 1012 7012 3312 0412 6312 3712 0712 67312 5012 2012 8012 5012 2012 8012 5312 2412 83

3 讨 论

有机肥种类是影响甜瓜产量的主要因素，且各因素的最佳组合水平为有机肥种类为小麦秸秆，有机肥施用量为450 kg/667 m2，化肥用量减少为30%时，可使甜瓜产量达到相对最高；分析甜瓜含糖量数据表明，有机肥种类是影响甜瓜含糖量的主要因素，各因素的最佳水平组合为有机肥种类为小麦秸秆，有机肥施用量为150或450 kg/667 m2，化肥用量减少为30%时，可使甜瓜含糖量达到相对最高。而研究中采用极差法和方差分析的方法对甜瓜含糖量数据的分析结果在主要因素筛选上表现并不一致，说明这两种分析方法对数据的分析存在差异，方差分析的方法较极差更加全面，考虑到了试验误差对甜瓜产量及含糖量的影响，对试验指标的分析更精确。

化肥利用率偏低是是我国农业生产中普遍存在的问题，随着化肥的使用量呈显著增加的趋势；不仅造成了农业化肥使用量超标，引起土壤质量下降，还严重影响了农作物的品质，同时带来了严重的土壤环境问题和资源的浪费[14-16]。化肥在农业生产中的作用明显，适当的施用化肥可以促进作物增产，过量施用时不仅不能促进作物增产，甚至会造成作物的减产[17]。研究通过对正交试验9个处理的甜瓜产量和含糖量数据进行显著性比较发现，不同处理之间的甜瓜产量存在显著性的差异，含糖量数据之间差异均不显著，且产量相对较高的处理分别是处理7(有机肥种类为小麦秸秆，有机肥施用量为150 kg/667 m2，化肥用量减少为30%)、处理9(有机肥种类为小麦秸秆，有机肥施用量为450 kg/667 m2，化肥用量减少为15%)和处理3(有机肥种类为固体有机肥，有机肥施用量为300 kg/667 m2，化肥用量减少为30%)，说明化肥减量施用同时配合使用有机肥可以增加甜瓜产量。张绪成等[18]研究也表明氮肥减施同时增施有机肥可以提高马铃薯产量及化肥偏生产力。

此外，研究中对甜瓜产量和含糖量数据方差分析结果表明，影响甜瓜产量和含糖量的主要因素为有机肥的种类，其次为有机肥的施用量，而化肥的施用量对甜瓜的产量及含糖量的影响最小，说明化肥减量施用对甜瓜产量及含糖量的差异不显著，合理配施有机肥可以减少化肥施用量而不影响甜瓜的生长。王冰清等[19]研究也表明化肥减量施肥对黄瓜、苦瓜和甘蓝产量没有明显影响，还降低了蔬菜中硝酸盐的含量，提高了蔬菜的品质。于涛等[20]通过对芹菜的化肥减施试验研究表明化肥减量10%和20%对芹菜地上部分生物量无显著影响，但化肥减量30%，芹菜产量显著降低。在施肥量相同的条件下，无机化肥配合有机肥施用比全部施用化肥能更好地提高芹菜生物量。

4 结 论

研究通过正交试验的设计方法研究化肥减施及有机肥替代对鲁克沁镇甜瓜产量构成的影响，结果表明有机肥种类是影响甜瓜产量和含糖量的主要因素，其次为有机肥的施用量，化肥的施用量对甜瓜产量及含糖量的影响最小，且有机肥施用量对甜瓜产量及含糖量的影响表现为有机肥施用量高>有机肥施用量低>有机肥施用量中，化肥减施量为30%时甜瓜产量及含糖量最高，各因素的最佳组合水平为有机肥种类为小麦秸秆，有机肥施用量为450 kg/667 m2，化肥用量减少为30%时，可使甜瓜产量和含糖量达到最高，是较优的施肥组合。

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ChemicalFertilizerReductionandOrganicFertilizerSupplementtoImprovetheYieldandSugarContentofMuskmeloninXinjiang

XU Qiang1，WANG Wei-chao2，XU Yong-mei2， SHAO Hua-wei2，YANG Jin-yu2， QIAO Xiao-yan2, LÜ Cai-xia2

(1.AgriculturalTechnologyExtensionStationofRukqinTown,ShanshanXinjiang838200,China; 2.ResearchInstituteofSoil,FertilizerandAgriculturalWaterConservation,XinjiangAcademyofAgriculturalSciences,Urumqi830091,China)

【Objective】 The aim of this study was to explore the reasonable amount of chemical fertilizer application and the substitution of organic fertilizer for the muskmelon in Xinjiang, to provide reference for the high yield and good quality of muskmelon and the sustainable development of the muskmelon industry.【Method】Lukqin muskmelon production area in Shanshan, Xinjiang was selected and the three factors and three levels orthogonal design was adopted. Types of organic fertilizer, the amount of organic fertilizer and chemical fertilizer were taken as the factors to be investigated. The types of organic fertilizer were solid organic fertilizer, liquid drip irrigation organic fertilizer and wheat straw. The application amount of organic fertilizer was set to low, middle and high dosage of each organic fertilizer. Chemical fertilizer application amount is conventional fertilizer, 15% and 30% reduced amounts (in relation to the conventional amount). The chemical nitrogen fertilizer was urea, and the phosphate fertilizer was monoammonium phosphate. The data of yield and sugar content were measured and analyzed to determine the effects of different chemical fertilizer reduction and organic fertilizer substitution on the yield and quality of Muskmelon.【Result】Types of organic fertilizer were the main factors affecting muskmelon yield and sugar content, followed by the organic fertilizer, chemical fertilizer with minimal impact. Reducing 30% chemical fertilizer could still obtain high muskmelon yield and sugar content.【Conclusion】The fertilization strategy of muskmelon in Shanshan area of Xinjiang can be replaced by reducing chemical fertilizer amount and organic fertilizer replacement technology. The best combination is organic manure, which means wheat straw or other organic ones can be used, the amount of application is 450 kg/667 m2, and the amount of chemical fertilizer can be reduced by 30% compared with conventional fertilizer.

orthogonal experiment; chemical fertilizer reduction; organic fertilizer substitution; yield; sugar content

XU Yong-mei(1973-), female, native place: Chaozhou, Guangdong. PHD, Professor, research field: Agricultural resources effective utility. (E-mail) xym1973@163.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.08.010

2017-05-08

农业部公益性行业(农业)专项“北方一熟区耕地培肥与合理轮作制”(201503120)

徐强(1981 -)，男，山西朔州人，农艺师，研究方向为特色农产品种植技术，(E-mail)5810425@qq.com

许咏梅(1973 -)，女，广东潮州人，研究员，博士，研究方向为农业资源高效利用，(E-mail)xym1973@163.com

S147.2；S652.1

：A

：1001-4330(2017)08-1450-10

Supported by: the Special Research Funding (Agriculture) for the Public Welfare Research Institutes of Ministry of Agriculture, P. R. China "Cultivated Land Fertilization and Rational Rotation System in Mature Areas in the North of China" (201503120)