不同氮处理对温室膜下滴灌甜瓜产量和品质的影响

岳文俊，陈喜靖，王维汉，张富仓

（1 浙江水利水电学院，浙江杭州 310018；2 浙江省农业科学院环境资源与土壤肥料研究所，浙江杭州 310021；3 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，陕西杨凌 712100）

滴灌施肥是将灌溉和施肥二者合一，是一项农业新技术[1]，该技术可显著提高作物产量、改善作物品质，同时具有节水、节肥、节药、节约土地及省工的效果，能够为农业生产提供更好的服务[2]。设施农业有着较高的经济效益，农民种植积极性很高，滴灌施肥技术开始在设施农业中推广，而在实际生产过程中，广大农户仍然采用传统的灌溉施肥方法，不仅肥料得不到充分利用，而且会导致农产品产量低、品质差和土壤环境恶化等问题。一些研究者对不同区域温室作物的灌水量、灌溉频率、施肥量及施肥次数进行了研究。李银坤等[3]研究水氮供应对温室黄瓜光合特性的影响，叶片光合速率在盛果期达到最高值；灌水量相同条件下，增施氮肥可以提高光合作用。Sensoy等[4]提出高频次灌溉不仅为作物提供最佳的水肥条件，而且能保持土壤良好的通气性以便作物进行呼吸作用。康利允等[5]提出在连栋温室栽培条件下，氮肥、钾肥施肥量分别为200、300 kg/hm2，可以改善品质提高产量。Cook等[6]提出高频次施肥能够显著增大果实，从而提高产量。Gaur等[7]提出成年柠檬树一年分8次施肥，肥料利用效率最高。栗岩峰等[8]研究发现施肥频率控制在1周较为适宜，能够显著提高番茄产量和品质。研究表明，作物对钾元素的需求量比较大，其次为氮磷[9-10]。刘冬碧等[11]研究表明作物氮磷钾吸收量与干物质累积量具有相同的变化趋势，均随着生育期的推进而增大。祈通等[12]提出合理提高施氮量和施肥频率可以明显提高杂交棉花的干物质累积量和氮素吸收量。国内外学者开展了许多关于灌水和施肥对甜瓜养分吸收、产量和品质的研究[13-15]，而关于施氮频率对甜瓜生长、产量和品质的研究相对不多，特别在灌水量相同条件下，不同施氮量及施氮频率对甜瓜氮磷钾吸收量、产量和品质的研究甚少。本研究针对我国设施农业肥料利用效率偏低的现状，采用滴灌施肥技术，研究不同施氮量和施氮频率对甜瓜氮磷钾吸收量、产量和品质的影响，为温室栽培环境下的施肥管理提供理论依据和技术支持。

1 材料和方法

1.1 试验设计

试验于2014年在陕西杨凌农业高效节水示范园区进行。试验土壤质地为沙壤土，耕作层0—20 cm土壤肥力为：碱解氮79 mg/kg、速效钾139 mg/kg、有机质11.9 g/kg、有效磷65.4 mg/kg，土壤容重1.45 g/cm3，田间持水量19.5%，土壤pH值7.6。甜瓜品种为早熟厚皮，品名为‘一品天下208’。一膜两行，宽窄行起垄种植，行距配置为宽行120 cm、窄行40 cm，株距为40 cm。每垄上铺设两条滴灌管，一个滴头对应一棵植株 (图1)，种植密度为31245株/公顷。种植方式为膜下滴灌单蔓单瓜尼龙绳绕蔓的垂直栽培方法，一株甜瓜只收获一次。

图 1 滴灌管布置及栽培方式Fig. 1 Layout of drip irrigation pipe and planting pattern

试验设施氮量和施氮频率2个因素，试验中氮肥处理设置3个水平，分别为N 85、125、160 kg/hm2(具体施氮量见表1，其中160 kg/hm2为常规施氮量)，记为N1、N2、N3。施氮频率设置3个水平，施氮间隔分别是5 d、10 d和15 d，记为F5、F10、F15。试验采用二因素完全随机区组设计，一共九个处理，每个处理三次重复，总共有27个试验小区，为了防止小区之间水分和养分横向迁移，相邻小区之间设置60 cm塑料膜，同时试验地四周都布置有保护行。磷肥选用过磷酸钙 (含P2O516%)，每公顷施用量为60 kg (P2O5)；钾肥选用硫酸钾 (含K2O 48%)，每公顷施用量为130 kg (K2O)，磷肥和钾肥全部用作基肥，起垄时一次性均匀撒施到试验地。

甜瓜整个生育期内，灌溉从4月6日开始，6月20日拉秧结束。每个处理灌水总量相同 (图2)，每次灌水量采用彭曼修正公式确定[16]，灌溉周期为5 d，每个处理的灌水定额通过安装在支路上的水表进行精确控制。所有氮肥进行追肥，在甜瓜全生育期用尿素溶于水中进行滴灌施肥。在追肥过程中，各处理的施氮量根据试验设计进行计算，之后使用单独的施肥器施肥。

1.2 测定项目及方法

1.2.1 气象资料监测 温室中央放置1台微型气象站 (HOBO，Onset Computer Corporation，USA)，每隔15分钟自动记录1次温室内的环境参数：室内大气压强、有效辐射、温度和相对湿度。

图 2 甜瓜全生育期内累积灌水总量以及5日内参考作物蒸发蒸腾量（ETo）Fig. 2 Cumulative irrigation water amount and reference crop ETo of 5 days during the whole growth period of muskmelon

1.2.2 光合特性、干物质、氮磷钾养分的测定

光合特性测定：甜瓜进入果实膨大期，选择晴天上午9:00—11:00用Li-6400便携式光合测定仪测定叶片的净光合速率 [Pn，μmol/(m2·s)]，测定时选择从生长点向下数第四片生长正常的功能叶，每个处理测定3株。

地上部干物质量测定：甜瓜收获后采集植物样，将茎、叶片、叶柄和果实分别装入档案袋，称过鲜重后放入烘箱，在105℃下杀青二十分钟，然后将烘箱温度调为75℃恒温烘干至质量无变化，测定茎、叶片、叶柄和果实的干物质量，每个处理选3株。

氮磷钾养分测定：地上部干物质量测定后将植物干样 (茎、叶片、叶柄和果实) 粉碎，过0.5 mm筛，用浓硫酸 + 双氧水消煮，消煮液用于氮、磷、钾的测定[17]。

1.2.3 产量、品质和氮肥偏生产力的测定

产量测定：甜瓜成熟后，将各个重复的产量 (单垄) 求和再取平均值，各处理产量为三个重复的平均值，折算为t/hm2。

品质测定：各个处理选取第十二节位、相同授粉日期的3个果实测定其品质，取其平均值作为最终结果。品质指标分别为：可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、维生素C、粗纤维，测定方法参考文献[18]。

氮肥偏生产力是作物产量和施氮量的比值。

1.3 数据处理

采用SAS软件进行数据分析，多重比较采用LSD法 (P＜ 0.05显著性水平)，用origin软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施氮量和施氮频率对膨大期甜瓜叶片净光合速率的影响

图3 表明，同一施氮水平下甜瓜净光合速率值随施氮频率的增加而增大，F5的净光合速率较F10和F15平均增加了17.4%和56.1%；在同一施氮频率水平下，甜瓜净光合速率随施氮量的增加而增加，N3水平净光合速率值较N1和N2处理平均增加了22.6%和9.8%。

2.2 不同施氮量和施氮频率对甜瓜地上部干物质累积量的影响

图4显示，在同一施氮量水平下，F5处理的地上部干物质累积量较F10和F15处理分别增加1.7%和9.9%； F5处理的地上部总干物质累积量显著大于F15处理。高频次施氮能够提升养分的供给效率，使作物根系时常处在最佳的生长环境中，有利于根系充分吸收养分，进而提高生物量。

图 3 不同施氮量和施氮频率对甜瓜膨大期叶片净光合速率的影响Fig. 3 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on leaf net photosynthetic rate of muskmelon during the fruit enlargement period

图 4 不同施氮量和施氮频率对甜瓜成熟期各器官干物质累积量的影响Fig. 4 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on dry matter accumulation of muskmelon in ripening period

在同一施氮频率条件下，N3水平的地上部干生物总量较N1和N2水平平均增加12.7%和1.0%，但是N3与N2没有产生显著性差异。地上部干生物总量随着施氮量和施氮频率的增加而增大，表明增大施氮量或者提高施氮频率都可以促进甜瓜地上部生物量累积。

2.3 不同施氮量和施氮频率对成熟期甜瓜各器官氮、磷、钾累积量的影响

由表2得知，在同一施氮水平下，地上部各个器官的氮素累积量均随施氮频率的增大而增大。与F15处理相比，F5和F10处理在低氮 (N1)、中氮 (N2)、高氮 (N3) 3种施氮水平下，氮素累积总量分别增加了27.5%、26.3%、27.3%和16.7%、17.0%、19.0%。在同一施氮频率下，地上部氮素累积总量随施氮量的增大而增大。与N1水平相比，中氮 (N2) 和高氮(N3) 水平在F5、F10和F153种施氮频率下，地上部氮素累积总量分别增加了21.7%、23.3%、23.0%和27.6%、27.6%、22.9%。当施氮量从低氮 (N1) 增加至中氮 (N2)时，果实内氮素累积量增加了20.3%；当施氮量从中氮 (N2) 增加至高氮 (N3)时，果实内氮素累积量只增加了7.2%。在不同施氮水平下，地上部各器官氮素累积量的增长率不一样。

表 2 不同施氮量和施氮频率对甜瓜成熟期各器官氮、磷、钾累积量的影响 (g/plant)Table 2 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on the amounts of N, P, K accumulation and distribution in plant organs of muskmelon at ripening period

移栽之前各小区都撒施了相同且等量的磷肥与钾肥，各个处理每次的灌水量也一样。所以，温室内试验地养分含量主要取决于施氮量和施氮频率。在同一施氮水平下，增加施氮频率能够增加植物对磷的吸收，与F15处理相比，F5和F10处理在低氮(N1)、中氮 (N2)、高氮 (N3) 3种氮肥水平下，磷素累积总量分别增加了22.0%、17.6%、19.3%和8.0%、7.9%、13.3%。在同一施氮频率下，提高施氮量可以促进作物对磷元素的吸收。与低氮 (N1) 相比较，中氮 (N2) 和高氮 (N3) 在 F5、F10和 F15三种施氮频率下，磷素累积总量分别增加了20.5%、24.9%、25.0%和29.7%、39.2%、32.7%。

从表2可知，不同施氮量和施氮频率对甜瓜地上部各个器官钾素和磷素累积量的影响效应一致。在同一施氮水平下，增加施氮频率能够提高植物对钾素的吸收，与F15处理相比，F5和F10处理在低氮(N1)、中氮 (N2)、高氮 (N3) 3种氮肥水平下，钾素累积总量分别增加了14.2%、17.1%、18.6%和11.7%、12.5%、14.2%。在同一施氮频率水平下，提高施氮量可以促进作物对钾素的吸收。和低氮 (N1) 相比，中氮 (N2) 和高氮 (N3) 在F5、F10和F153种施氮频率水平下，钾素累积总量分别增加了22.6%、20.3%、19.5%和29.2%、27.2%、24.4%。

2.4 不同施氮量和施氮频率对甜瓜产量及氮肥偏生产力的影响

由表3可知，在同一施氮水平下，提高施氮频率能够提高甜瓜的产量，但是F5和F10两个处理的甜瓜产量有差异但不显著。与F15处理相比，F5和F10处理在低氮 (N1)、中氮 (N2)、高氮 (N3) 3种氮肥水平下，甜瓜产量分别增加了1.5%、2.7%、2.6%和1.2%、1.9%、1.7%。在同一施氮频率下，甜瓜产量随着施氮量的增大而增大，但是N2和N3水平的产量没有形成显著性差异。与低氮 (N1) 处理相比，中氮 (N2) 和高氮 (N3) 处理在F5、F10和F153种施氮频率下，产量分别增加了8.1%、7.6%、6.8%和8.4%、7.8%、7.2%。

从表3中可知，随施氮量的增加，氮肥偏生产力逐渐减小。在同一施氮水平下，F5处理的氮肥偏生产力大于F10和F15处理，但是与F10处理没有产生显著性差异，F5处理的氮肥偏生产力比F15处理平均高2.1%。表明通过提高施氮频率有助于氮肥利用效率的提升。

2.5 不同施氮量和施氮频率对甜瓜品质的影响

由表4可知，果肉品质指标在不同施氮量和施氮频率条件下变化趋势基本一致，随着施氮量和施氮频率的增加，果肉品质指标呈先增加后减少的趋势。以Vc指标为例，在同一施氮水平下，果实中Vc含量随施氮频率的增加呈先增加后减少的趋势。F10处理的Vc含量均大于F5和F15处理，平均增加15.1%和5.3%。当施氮量为N2水平，施氮频率为10天时，Vc含量达到最大值，为17.15 mg/kg。在F5处理下，Vc含量有所下降，表明在中频次施氮处理 (F10) 下，有利于Vc合成，施氮频次过高不利于果肉中Vc的形成。在同一施氮频率水平下，N2水平的Vc含量均大于N1和N3水平，平均增加6.5%和2.8%。说明适当增加施氮量有利于果肉中Vc合成，过量施氮会抑制Vc的形成，从而降低果肉品质。甜瓜的Vc含量范围为14.01～17.15 mg/kg，可溶性糖含量范围为7.57%～10.67%，粗纤维含量范围为4.68～5.11 g/kg，可溶性固形物含量范围为9.40～12.40%，可溶性蛋白含量范围为12.34%～15.95%。

表 3 不同施氮量和施氮频率对甜瓜产量和氮肥偏生产力的影响Table 3 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on the yield and PFPN of muskmelon

3 讨论

氮肥施用量和施氮频率是农业生产中非常重要的两个因素。因此研究不同施氮量和施氮频率对温室甜瓜养分吸收、产量和品质的效应，能够为建立合理的施肥规程提供理论依据。关于甜瓜生长以及养分吸收等方面的研究已有报道[19-20]，林多等[21]在温室内对网纹甜瓜进行无土栽培试验，结果表明成熟期甜瓜总的干物质量大概为136 g，单株甜瓜总的氮磷钾养分之和约为11.09 g。胡国智等[22]研究在不同施氮量条件下甜瓜的产量，试验表明合理施氮对甜瓜生长以及产量产生正效应，氮肥施用过多会降低产量。许俊香等[23]在无土栽培种植中研究显示甜瓜在成熟期干物质累积量大约为140 g/株。Sanchez等[24]研究发现温室立体栽培条件下甜瓜单株氮、磷、钾养分吸收量大概为40.48 g、6.78 g和82.62 g。甜瓜在全生育期需不间断地吸收各种营养元素。本研究发现，每株甜瓜对氮、磷、钾的吸收量为2.32～3.80、0.76～1.20、2.68～3.95 g/株，试验结果不尽相同，主要原因可能与甜瓜栽培方式、种植密度、品种和取样时间有关。

表 4 不同施氮量和施氮频率对甜瓜品质的影响Table 4 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on the quality of muskmelon

光合作用是自然界植物所具有的最基本生理特征，植物体总生物量的90%～95%是通过光合作用合成的[25-26]。本试验验证了作物产量与光合作用形成的生物量呈正相关关系。在以前的研究中，一些学者对不同作物研究的结果不尽相同[27-29]。这是由于光合作用是一个动态的过程，测定过程中会受到诸多因素的影响，比如叶片所处的位置，作物不同生育阶段，所处的气候环境和测量仪器等。

Locascio等[30]研究认为施氮频率对番茄产量与品质都没有形成显著性差异，这可能与试验地土壤的质地和理化性质有关，在不同土壤条件下水肥的迁移特性有较大差异。陈平等[31]研究发现高频次施氮可以使作物吸收到足够氮肥，同时又不影响其它养分的吸收。周艳等[32]研究发现在春小麦营养生长期，施肥量的影响效应大于施肥频率；在春小麦生殖期，增加施肥频率对其生长的促进作用大于施肥量。本次试验研究发现，在中氮处理 (N2) 下，施氮间隔控制在十天更有利于后期产量的形成和品质的提升，这充分说明对于不同作物或者在不同种植条件下，作物对肥料的需求量和施肥频率都不尽相同。

研究发现蔬菜瓜果的品质和施氮量有一定关系，Vc和可溶性糖的含量随施氮量的增大而增大，但是施氮量过多时品质会下降[33-34]。本试验结果表明，在同一施氮频率下，以N2水平的果肉品质最佳，施肥量不足或者过量都不利于甜瓜品质的改善。在同一施氮水平下，F10处理的果肉品质高于F5和F15处理。因此，在保证产量没有大幅度减产情况下，N2F10组合为温室甜瓜滴灌水肥一体化优质增产的第一选择。

4 结论

综合不同施氮量和施氮频率在甜瓜生产中的节肥、增产效果及其在甜瓜品质和氮磷钾养分吸收量等指标的表现来看，施氮量为125 kg/nm2，施氮频率为10天的N2F10处理组合比较合理。