基肥有机替代模式对西瓜产量和品质的影响

任少鹏，汪峰，姚红燕，戴瑶璐

(宁波市农业科学研究院，浙江 宁波 315040)

设施农业是世界各国农业经济实力的重要标志，是第一产业中具有活力的产业之一。设施农业以其一整套节能、高效、简易、实用的设施栽培新体系，在农业高新技术已初步实现产业化的今天，取得了良好的经济和社会效益，由于其符合农业产业结构调整方向而不断得到新的发展，为我国农业现代化起到了重要作用。

西瓜是重要的园艺作物之一，深受广大消费者喜爱，我国西瓜种植面积和产量均居世界第一位[1]。科学的水肥管理和良好的土壤微环境是作物增产、提高品质的关键因素[2]。然而，大部分设施栽培西瓜为了追求高产，获取较高的经济效益，仍然沿用“大水大肥”的管理模式，化肥的使用量严重超标，因此导致一系列的问题，包括土壤连作障碍、肥料利用率低、产量品质下降及环境生态破坏等[3-4]。有机肥主要来源于植物和动物，不仅含有植物必需的大量元素、微量元素，还含有丰富的有机养分，在改良土壤，保水保肥的同时，能够促进作物生长、改善作物品质、提高作物产量，是西瓜生产过程中绿色、安全的重要技术措施[5-7]，在肥料运筹中大力推广有机肥替代部分化肥是实现化肥减量增效的重要途径。

本研究利用在宁绍平原地区典型土壤中设置田间小区试验，以当地农民的大面积种植的早佳西瓜为研究对象，研究不同有机替代模式对设施大棚西瓜产量和品质的影响，以期为制定适合当地的设施西瓜施肥技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

研究区域位于浙江省宁波市鄞州区姜山镇，该区域属于宁绍平原，河网密布，海拔2 m左右，属亚热带季风性湿润气候。土壤类型为水稻土(黄斑青紫泥田)。试验选用的钢管塑料大棚是由50年以上的水稻田改造而成，大棚使用面积为80 m×6 m，棚龄5年，前季种植作物为莴苣。试验前土壤表层(0～20 cm)的基本理化性质为pH值5.85，电导率151 μs·cm-1，有机质50.9 g·kg-1，全氮5.20 g·kg-1，碱解氮566 mg·kg-1，速效磷63.9 mg·kg-1，速效钾182 mg·kg-1。

供试西瓜品种为当地主栽品种早佳，由宁波微萌种业有限公司提供，经嫁接后进行种植。嫁接西瓜苗于4月10日移栽定植，5月15日人工授粉，6月16日开始收获第1批西瓜，7月25日开始收获第2批西瓜，整个作物生长季只采收2批西瓜。栽培方式为传统的畦栽，整个大棚种植2行，间距3.5 m，株距35 cm，栽培密度7 500株·hm-2。

1.2 处理设计

本试验在等氮量的条件下设置了4个有机替代施肥处理：1)HM，基肥完全施用有机肥7.5 t·hm-2，不施用复合肥；2)MM，基肥施用有机肥3.75 t·hm-2+复合肥375 kg·hm-2；3)LM，基肥施用有机肥1.88 t·hm-2+复合肥563 kg·hm-2；4)CK，基肥不施有机肥，仅施复合肥750 kg·hm-2。西瓜生长后期每隔7～10 d追施1次复合肥，利用肥水一体化设备随灌溉施入，控制追施复合肥总量为750 kg·hm-2。小区面积为6 m×6 m，重复3次，随机区组排列。供试复合肥选用氮、磷、钾养分含量均为15%的三元复合肥(深圳市芭田生态工程股份有限公司)，有机肥由慈溪市中慈生态肥料有限公司提供的商品有机肥。田间水分和病虫草害防治等田间管理措施与当地大棚栽培方法相同。

1.3 样品采集

土壤样品采集。西瓜收获期结束后，用不锈钢土钻(2 cm)按“S”形多点采集表层15 cm耕层土壤，混匀后用四分法留取1 kg左右，装入密封塑料袋中带回实验室。去除石块和根系，部分土样放入4 ℃冰箱，用于硝态氮和铵态氮的测定。另一部分土样风干后研磨装袋用于其他理化性质分析。

植物样品采集。分别在西瓜前2批采瓜期采集成熟西瓜，详细记录小区果实的鲜重，每个小区分别称重计产，并选取具有代表性的4个西瓜测定其品质。

1.4 测定项目与方法

土壤理化性质测定[8]。土壤pH采用玻璃电极测定，水土比2.5∶1；土壤电导率采用电导法，水土比5∶1；土壤有机质采用重铬酸钾容量法测定；全氮测定采用半微量开氏法；速效磷测定采用Olsen-P法，钼锑抗比色测定；速效钾用醋酸铵浸提，火焰光度法测定；土壤碱解氮采用扩散法测定；铵态氮和硝态氮用KCl溶液浸提，分光光度法测定。

果实品质测定。用手持式折光仪(日本ATAGO)测定西瓜果实中心糖度；抗坏血酸(Vc)含量采用2，6-二氯靛酚滴定法测定；硝酸盐含量用水杨酸比色法测定。每项测定重复3次，取平均值。

苗情测定。在西瓜移栽后15和30 d分别测定植株的蔓长，每处理取10个单株进行测定，重复3次。蔓长(主蔓长)用钢卷尺测定，从主茎靠近地表处起测量；在膨果期用叶绿素含量测定仪(SPAD-502，KONICA)进行叶绿素含量的测定，每处理测定5株，重复3次。

单因素方差分析(ANOVA)和相关分析使用SPSS 19.0软件，差异显著性采用Duncan’s新复极差法进行检验。

2 结果与分析

2.1 不同有机替代模式对土壤理化性质的影响

从表1可以看出，HM处理的pH显著高于CK，有机肥施用在一定程度上抑制了土壤酸化，而不同处理的土壤电导率无显著性差异。对于土壤养分，HM处理下的土壤有机质、全氮、硝态氮和速效钾含量相比CK均显著提高；MM处理下的土壤有机质、全氮、铵态氮和有效磷相比CK也显著增加；LM处理下的土壤有机质、全氮和速效钾等养分含量有一定提升，但差异不显著。因此，不同有机替代处理改变了土壤理化性质，HM和MM处理对土壤肥力提升的效果较好。

表1 不同处理对土壤理化性质的影响

注：同列中无相同字母表示差异达显著水平(P=0.05)，表2和4同。

2.2 不同有机替代模式对西瓜生长的影响

由表2可知，在不同有机肥处理下，移栽后15 d的西瓜蔓长表现为CK>MM>LM>HM，其中HM处理显著低于CK和MM；移栽后30 d的西瓜蔓长表现为MM>LM>CK>HM，各处理间无显著性差异，可知纯施有机肥的基肥处理降低了瓜蔓的生长速度。叶绿素是光合作用的基础，其含量直接影响到光合速率。西瓜生长前期(移栽后15 d)，各处理西瓜叶片SPAD为48.9～52.6，处理间无显著性差异，表明不同有机替代模式下叶片叶绿素含量较适宜，土壤氮素供应充足。

表2 不同处理对西瓜生长的影响

2.3 不同有机替代模式对西瓜产量的影响

由表3可知，施用有机肥处理中第1批西瓜产量大致相当，而第2批瓜产量在HM和MM处理中较高。相比对照，有机替代处理西瓜总产量增加2.0～11.2 t·hm-2，增产率达4.1%～23.1%，可见处理西瓜产量随着有机肥投入量的提高而增加，表明在试验区域进行基肥有机替代对提高大棚西瓜产量有较大潜力。在经济效益方面，有机替代处理并未大幅增加肥料成本，较CK仅增加188～750元·hm-2，而增产效益则显著提升，其中HM和MM处理的增产效益分别达4.40和3.59万元·hm-2。

表3 不同处理对西瓜产量的影响

注：西瓜市售4元·kg-1，有机肥600元·t-1，复合肥5元·kg-1计。

2.4 不同有机替代模式对西瓜品质的影响

由表4可知，测定西瓜的外观、营养和安全等品质后发现，第1批不同处理的糖度、果皮厚度、大小(横径和纵径)均无显著性差异。在第2批西瓜中，HM和MM的西瓜大小显著高于CK和LM处理，但果实糖度同样未表现出显著差异，作为营养品质指标的果实Vc含量随着有机肥用量的增加而增加，而作为安全品质指标的西瓜果实硝酸盐含量在8.4～20.9 mg·kg-1，远低于中国制定的硝酸盐限量标准(< 432 mg·kg-1)。上述结果表明，基肥有机替代处理可在一定程度上提高西瓜果实品质。

表4 不同处理对西瓜品质的影响

3 小结与讨论

提高农田土壤的肥力，藏粮于地是确保我们国家粮食安全和生态环境安全的重要基础和战略选择[9]。肥料的增产贡献率达50%左右，但化肥过量使用导致环境问题、土壤退化等问题已严重影响到国家生态环境安全、农产品安全及农业可持续发展，2015年农业部初提出了到2020化肥零增长的行动方案。

有机替代是化肥减量增效的主要技术之一。经测算[10]，有机肥替代化肥潜力可达10%，增加有机肥施用在保护地蔬菜上潜力更高，有机替代也逐渐被农民接受。然而，有机替代比例如何界定？有机化肥替代的基本原则就是要根据土壤肥力来替代，肥力低的时候，替代的比例低一些，肥力高的时候，替代的多一些，培肥土壤是减肥增效的最有效措施。徐明岗[10]研究证实，当土壤有机质含量高于30 g·kg-1时，有机肥完全替代化肥而保持高产。本研究区域土壤有机质高达50 g·kg-1，不同处理西瓜产量随着有机肥投入量的提高而增加，基肥有机肥全量替代(HM)处理的西瓜产量比对照提高23.1%，增产效益达4.40万元·hm-2，表明在宁绍平原地区大棚西瓜种植可实行基肥有机全量替代，即化肥总量减少50%，基肥施用有机肥7.5 t·hm-2。针对江苏省西瓜主产区的施肥情况调查[11]也同样表明，当施用量在30 t·hm-2以下时，随着有机肥施用量的提高，西瓜平均产量提高。

在一定施肥量条件下，有机无机肥配合施用可以促进养分吸收[12]。有机肥的施用可以显著提高土壤的保水、保肥能力，协调土壤水、肥、气、热，为根系生长提供良好的土壤环境，从而促进植物的营养生长和生殖生长，提高西瓜果实中可溶性固形物的含量[13]。有机无机相结合施用时，土壤速效有机质和速效养分含量均高于单施化肥，土壤有机质含量比单施无机肥提高25.1%[14]。本研究中，HM处理有机质较CK提高15%，与上述研究结果一致。宁波市保护地土壤有机质和全氮含量以中高量为主，这可能与近年来宁波市大力推广有机肥的举措有关，尤其是农民在大棚中增施有机肥的积极性有极大地提高。有机肥的适量利用可改良土壤[15]，但过量施用也会导致氮素淋失[16]和抗生素污染[17]，应引起重视。

本研究在宁绍平原地区设施大棚中设置田间小区试验，探明基肥有机替代模式对西瓜产量和品质的影响，结果表明，在该地区大棚西瓜种植可以实行基肥有机全量替代，即基肥施用有机肥7.5 t·hm-2，化肥总量可减少50%，该模式有利于快速提升土壤肥力，大幅提高西瓜产量和品质，经济效益显著。