有机肥与氮肥配施对膜下滴灌西瓜生长、产量和品质的影响

罗双龙，马忠明,，薛 亮，连彩云，唐文雪，王智琦,杜少平

(1.甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃 兰州 730070，2甘肃省农业科学院，甘肃 兰州 730070;3.甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃 兰州 730070)

化肥施用在保障我国粮食安全方面发挥了重要作用[1]，是实现农作物高产的最有效途径。有研究表明，施用化肥可以使粮食增产55%[2]。科学合理施用化肥能有效提高农作物产量和改善农产品品质，有利于农民收入的增加。近年来，随着我国农业生产规模的不断扩大和农业快速发展，化肥的投入量在持续不断增加，长期不合理的大量施用化肥在一定程度上提高了农作物产量，同时也加剧了土壤的次生盐渍化和病虫害的发生，严重影响了农产品的产量和品质[3]。此外，过量的化肥施用不但增加了农业生产的成本，同时也造成肥料效益的降低，使农业生产肥料利用率显著降低[4]，大大增加了生产成本和浪费资源，严重影响了农田生态环境和农业可持续发展[5-6]。有机肥养分全面，有较强的缓效性功能，能有效增加和提高土壤有机质含量、改善土壤理化性质和提高土壤酸碱缓冲性能，促进土壤微生物繁殖，提高农产品产量和改善农产品品质[7-11]。单施有机肥在一定程度上可以有效增加农产品产量和提高品质，但由于其速效养分供应能力差，很难实现农产品的高产和稳产，并且有机肥的使用大大增加了劳动成本；而单施化肥虽然能保证产量，但土壤培肥能力差，不利于土壤可持续利用[12]。有机肥与化肥配施增产效果显著而且施用简便，是实现化肥零增长的重要技术途径之一[13-14]，有机肥与化肥配施既利用了有机肥长效、缓效的特点，又发挥了化肥无机养分的速效性，不仅提高了农作物产量、改善农产品品质，同时还保护了生态环境。因此，有机肥和化肥配施是当今国内外农业生产和粮食作物高产、肥料高效、资源可持续发展的一个重要的农田措施。膜下滴灌是提高农作物水肥利用效率的主要技术之一。近年来，膜下滴灌在露地西瓜生产中的应用面积逐步扩大，与传统栽培方式相比，膜下滴管能有效促进农作物高效节水、节肥、驱盐、抑盐、防止病害和提高产量[15-17]。在膜下滴管条件下，有机肥与化肥配施对西瓜的产量、品质和肥料利用率的提高有积极的影响。前人在膜下滴灌和有机肥与化肥配施方面做了大量的研究，强小嫚等[18]在膜下滴灌西瓜和棉花间作上研究发现，滴灌能显著提高西瓜和棉花的产量和水分利用效率。谢军等[19]和徐明岗等[19-20]通过长期研究发现，玉米和双季稻有机肥氮替代50% 化肥氮最好，且均显著高于单施有机肥和单施化肥。冀建华等[21]在双季稻上研究发现，有机肥替代30%的化肥氮肥最利于产量和氮利用率的提高。陈志龙等[22]在小麦上研究发现，有机肥替代化肥氮肥25%是最佳的比例。但是，在膜下滴灌条件下，有关西瓜有机肥与化肥配施研究的较少。本试验主要研究了有机肥与不同比例化肥氮肥配施对膜下滴灌西瓜生长、产量、品质和氮肥利用率的影响，为河西绿洲灌区优质高产西瓜合理施用有机肥，减少化肥施用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018年在甘肃省农业科学院张掖节水农业试验站进行，试验站位于河西绿洲灌区的中心腹地(东经100°27′，北纬38°56′)，属无灌溉就无农业的典型灌溉农业区。该地区是典型温带荒漠性气候，地下水深100 m，光照充足，热量丰富，昼夜温差大；年平均气温7.3℃，海拔1 570 m，年日照时数3 085 h，>0℃的有效积温3 388℃，年均降雨量101.2 mm，西瓜生育时期平均降雨量40.5 mm，蒸发量为927.2 mm。供试西瓜品种为丰康8号。所用的有机肥为北京佰禾源肥业有限公司生产的佰禾源生物有机肥，有机质含量≥40%，有效菌数≥0.2亿·g-1，氮磷钾含量≥5%。供试土壤为灌漠土，0～20 cm土层土壤有机质为17.98 g·kg-1，全氮为0.77 g·kg-1，全磷为0.14 g·kg-1，全钾为13.97 g·kg-1，pH值为8.5, 土壤容重为1.41 g·cm-3，田间持水量为30.55%。

1.2 试验设计

采用对比试验设计，设氮肥优化施用量(NPK)、30%氮肥优化施用量+有机肥(N1PKM)、50%氮肥优化施用量+有机肥(N2PKM)、70%氮肥优化施用量+有机肥(N3PKM)、单施有机肥(M)和不施氮肥与有机肥(CK)6个处理。不同处理有机肥施用量相同，均为9 000 kg·hm-2，具体见表1。试验所用氮肥为尿素(N 46.4%)、磷肥为重过磷酸钙(P2O544%)、钾肥为硫酸钾 (K2O 50%)，其中氮肥40%做基肥于播前瓜行沟施，60%的氮肥在西瓜伸蔓期、开花坐果期和果实膨大期按15%、25%和20%进行追肥，有机肥、磷和钾肥全部做基肥于播前一次性施入。播种密度为16 000株·hm-2，窄行50 cm，宽行200 cm，株距50 cm。灌水方式采用膜下滴灌灌溉方式，滴头间距为50 cm ，总灌溉量为2 500 m3·hm-2。5月10日播种，8月16日收获，各处理随机排列，重复3次，小区面积45 m2，其他管理措施同当地大田。

表1 有机肥与化肥配施方案Table 1 The plan of the combination application of organic manure and inorganic fertilizers

1.3 测定项目与方法

1.3.1 西瓜生长指标 分别在西瓜的伸蔓期和开花坐果期每小区随机取3株具有代表性、长势一致的植株，使用SPAD-520叶绿素仪进行叶绿素含量测定，用直尺测定西瓜的主蔓长，用游标卡尺测定西瓜的茎粗。分别于西瓜的伸蔓期、开花坐果期和成熟期每个小区取3株具有代表性、生长一致的植株，分茎、叶和果实放入烘箱，105℃杀青30 min，然后80℃烘干至恒重，称干重。

1.3.2 植株养分 植株干物质养分测定采用土壤农业化学常规分析法测定[23]。植株养分积累转运与利用的相关计算公式[24]：各器官养分积累量(kg·hm-2)=养分含量×干物质量；养分当季利用率(%)=(施肥处理作物养分积累量-不施肥处理作物养分积累量)/肥料投入量×100。

1.3.3 产量和品质 西瓜成熟时，每小区随机选取具有代表性的10个瓜计算单瓜重，并统计每个小区瓜数，然后计算产量。使用手持式折光仪测定含糖量，用紫外分光光度法测定硝酸盐含量采(NY/T1297-2007)[25]，西瓜还原性Vc含量测定采用比色法[25]。

1.4 数据处理

用Excel 2007软件进行数据处理和绘图，采用SPASS 13.0统计分析软件对数据进行差异显著性检验(LSD法)。

2 结果与分析

2.1 不同处理对西瓜植株叶片叶绿素含量的影响

有机肥与氮肥配施对西瓜伸蔓期和开花坐果期叶片叶绿素含量有显著的影响(F值分别为13.94和10.41)(图1)。伸蔓期，不同处理条件下西瓜的叶绿素含量表现N1PKM> N2PKM>M>N3PKM>NPK>CK，其中 M、N2PKM、N3PKM和NPK不同处理之间差异不显著，但其叶绿素含量均高于NPK处理，说明增施有机肥能促进苗期西瓜叶绿素含量的增加。在N1PKM处理下，叶绿素含量最高，显著高于其他处理，再增施氮肥叶绿素含量降低。说明适宜的有机肥与氮肥配施能有效促进西瓜伸蔓期叶绿素的增加，与NPK处理相比，N1PKM叶绿素含量增加了6.15%。在开花坐果期，N2PKM、N3PKM和NPK处理之间差异不显著，但N2PKM和N3PKM处理叶绿素含量高于NPK处理，较其它处理差异显著，叶绿素含量在N3PKM处理下最高，与NPK处理相比，叶绿素含量提高了3.38%，NPK处理高于M处理。

2.2 不同处理对西瓜主蔓长的影响

在伸蔓期和开花坐果期，有机肥与氮肥配施对西瓜主蔓长影响显著(F值为4.31和10.91)(图2)。伸蔓期，单施有机肥、有机肥与化肥配施和单施化肥各处理间差异不显著，但主蔓长均高于NPK处理，说明有机肥能促进西瓜伸蔓期主蔓长的增加，在N1PKM处理下西瓜的主蔓长最长，与NPK相比，其主蔓长增加了13%，说明在伸蔓期，在N1PKM处理最有利于西瓜主蔓长的增加，再增施氮肥西瓜的主蔓长下降。在开花坐果期，N1PKM、N2PKM和NPK处理间差异不显著，但均大于NPK处理，在N3PKM处理下西瓜的主蔓长最长，较N2PKM0、M处理达显著水平(F值为10.91)，其主蔓长较NPK处理增加了2%。

2.3 不同处理对西瓜茎粗的影响

有机肥与氮肥配施对西瓜伸蔓期和开花坐果期茎粗有显著的影响(图3)。伸蔓期，N1PKM处理西瓜的茎粗最大，与N3PKM处理差异不显著，较其他处理差异显著(F值为12.16)，其茎粗显著高于NPK处理，较NPK处理增加了21.7%，M、N2PKM和NPK各处理间差异不显著，但均高于NPK处理，说明有机肥能促进西瓜伸蔓期茎粗的增加，在N1PKM条件下最有利于西瓜伸蔓期茎粗的增加，再增施氮肥会对西瓜的茎粗产生抑制作用。在开花坐果期，N2PKM、N3PKM处理间西瓜的茎粗差异不显著，均显著高于其他处理，并且N3PKM处理值最大，较NPK处理增加了7.3%，N1PKM处理与NPK处理差异不显著，但显著高于M处理。说明在开花坐果期，N2PKM处理下能显著提高西瓜茎粗的增加，再增施氮肥对西瓜茎粗的增加无显著作用。

2.4 不同处理对西瓜植株干物质积累的影响

有机肥与氮肥配施对西瓜不同生育时期干物质积累有显著的影响(表2)。不同处理条件下，西瓜干物质积累变化一致，均表现为果实>叶>茎，并且不同处理间茎干重、叶干重和单株干重变化基本一致。伸蔓期，有机肥与氮肥配施各处理间干物质积累差异不显著，N1PKM处理值最大，较M、NPK处理西瓜茎干重、叶干重和单株干重差异显著(F值分别为35.59、14.82和3.29)，与NPK处理相比，西瓜的茎干重、叶干重和单株干重分别增加了66%、42%和52%，说明适宜的有机肥与氮肥配施能有效促进西瓜伸蔓期的干物质积累。M处理干物质量高于NPK处理，但差异不显著。在开花坐果期，茎干重、叶干重和单株干重在N2PKM和N3PKM处理间差异不显著，N3PKM处理值最大，较其他处理差异达极显著(F值分别为20.45、14.87和24.13)，较NPK处理，茎干重、叶干重和单株干重分别增加了6.6%、10.31%和9.13%。M、N1PKM和NPK处理间差异不显著，表现为NPK> N1PKM> M。在成熟期，茎干重和叶干重在N2PKM和N3PKM处理间差异不显著，在N3PKM处理下值最大，较其它处理差异显著(F值分别为6.56和5.75)，茎干重和叶干重较NPK处理分别增加了10.26%和24.28，M、N1PKM和NPK处理间差异不显著，茎干重和叶干重表现为NPK> N1PKM> M。西瓜的果实干物质重和单株干物质重变化一致，表现为N3PKM> N2PKM> NPK>N1PKM> M> CK,N3PKM处理与NPK处理差异达到显著水平(F值为35.51和95.08)，其干物质较NPK处理分别增加了7.53%和10.41%。

表2 不同处理对西瓜干物质积累的影响/(g·株-1)Table 2 Effects of different treatments on dry matter accumulation of watermelon/(g·plant-1)

2.5 不同处理对西瓜产量和品质的影响

有机肥与氮肥配施对西瓜的产量、可溶性固形物、硝酸盐和还原性Vc含量有显著的影响(表3)。不同处理条件下西瓜的产量、可溶性固形物和还原性Vc含量变化表现一致，均表现为N3PKM> N2PKM> NPK> N1PKM> M> CK。西瓜产量在N3PKM、 N2PKM和NPK间差异不显著，但显著高于其他处理，N3PKM和N2PKM处理西瓜的产量均高于NPK处理，较NPK分别增加了2.26%和5.51%。有机肥与氮肥配施处理与单施化肥处理可溶性固形物含量差异不显著，在N3PKM处理下达到了最大值，N3PKM和N2PKM处理西瓜的可溶性固形物含量均高于NPK，较NPK分别增加了2.7%和0.81%。不同处理西瓜还原性Vc含量在N3PKM和N2PKM处理间差异不显著，但较其他处理差异显著，显著高于NPK处理，与NPK处理相比，还原性Vc含量分别增加了10.43%和5.52%，N3PKM处理值最大，差异显著(F值为14.94)。不同处理条件下硝酸盐含量在N3PKM和N2PKM处理间差异不显著，但均高于其他处理，并且M处理硝酸盐含量高于NPK处理，说明有机肥能提高硝酸盐含量。综合西瓜产量和品质，与单施化肥相比，有机肥与氮肥减氮30%～50%可有效提高西瓜的产量和品质。

2.6 不同处理对西瓜氮素积累和氮肥利用率的影响

有机肥与氮肥配施对西瓜的总吸氮量和氮肥利用效率有显著的影响(图4)。不同处理条件下总吸氮量表现为N3PKM> N2PKM> NPK> N1PKM> M>CK，在N3PKM处理下吸氮量最高，较其他处理差异显著(F值为57.44)，较NPK处理总吸氮量增加了18.54%。不同处理条件下氮肥利用效率在N3PKM处理下最大，其他处理间差异显著(F值为44.73)，N3PKM较NPK处理西瓜的氮肥利用效率增加了66.55%，N2PKM处理西瓜的氮肥利用效率也显著高于NPK，提高了35.44%，说明有机肥与氮肥配施能有效提高西瓜的氮肥利用效率。

表4 不同处理对西瓜氮素积累及氮肥利用效率的影响Table 4 Effects of different treatments on nitrogen accumulation and nitrogen efficiency of watermelon

3 讨 论

3.1 有机肥与氮肥配施对西瓜生长及干物质积累的影响

本研究得出，适宜的有机肥与氮肥配施有效促进西瓜的叶绿素、主蔓长、茎粗的增加和干物质的积累,有效促进西瓜的生长，在伸蔓期，有机肥与氮肥减施70%配施有利于西瓜伸蔓期的生长，在开花坐果期和成熟期适宜的有机肥与氮肥配比为有机肥与氮肥减施30%～50%配施。张凤英等[26]研究表明施用生物有机肥可明显促进西瓜的主蔓长、茎粗、主根长及叶绿素含量等；刘拴成等[27]在马铃薯上研究也发现，适宜的有机肥与无机肥配施有效促进了马铃薯叶绿素含量、根干质量、产量及品质的提高，与本研究结果一致。在西瓜的伸蔓期，单施有机肥处理叶绿素含量、主蔓长、茎粗和干物质积累量均高于单施化肥处理，这主要是因为西瓜生长前期需肥量少，生物有机肥在提供作物生长的N、P、K等大量元素外，还提供了大量的S、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn、Mo、B等微量元素[28]，有效促进了西瓜的生长，说明有机肥能有效促进西瓜叶绿素含量、主蔓长、茎粗和干物质积累，促进西瓜的生长。同时，单施有机肥和单施化肥处理叶绿素、主蔓长、茎粗和干物质积累显著低于有机肥与氮肥配施处理，并且在有机肥与氮肥减70%配施时差异显著，达到了最大值，再增施化肥叶绿素含量、主蔓长、茎粗和干物质积累均降低，这主要是因为氮肥施肥过量对西瓜生长产生了一定的抑制作用。这也说明了适宜的有机肥与氮肥配施能有效促进西瓜伸蔓期的生长；在开花坐果期和成熟期，单施化肥处理西瓜的叶绿素、主蔓长、茎粗和干物质的积累量显著高于单施有机肥处理，这与伸蔓期变化不一致，主要是因为有机肥肥效缓慢，随着生育期的推进，西瓜的氮肥需求量不断增大，有机肥不能够及时提供西瓜生长所需的养分，此时，需要进一步的增施氮肥来提供西瓜生长所需的养分。有机肥与氮肥减施50%、30%配施和单施化肥处理间差异不显著，均高于其他处理，并且有机肥与氮肥减施50%、30%配施处理叶绿素、主蔓长、茎粗和干物质积累量均高于单施化肥处理。

3.2 有机肥与氮肥配施对西瓜产量、品质和氮肥利用效率的影响

本试验研究发现，有机肥与氮肥配施有效促进了西瓜的单瓜重，增加了产量，同时有效促进了西瓜含糖量、还原性Vc含量的增加，提高了西瓜的品质。有机肥与氮肥减施30%～50%配施，较传统施用化肥可实现西瓜产量和品质的有效提高，有机肥与氮肥减施30%配施，产量和品质最好，其产量、含糖量和还原性Vc分别较单施化肥分别增加了5.5%、2.7%和10.43%，说明增施有机肥，减施化肥能有效促进西瓜的产量和品质的提高。周喜荣等[29]在葡萄上研究发现，60%生物有机肥+40%化肥显著提高了葡萄产量和品质。同时，有机肥与氮肥配施有效的促进了西瓜氮素的积累，提高了氮肥利用效率，与单施化肥处理相比，其氮肥积累和氮肥利用效率增加了18.54%和66.55%。要娟娟等[30]在小麦上研究也发现，有机肥与氮肥配施显著提高了冬小麦的产量、养分吸收和氮肥利用效率。蒲瑶瑶等[31]也研究表明有机肥替代部分化肥有效增加了西瓜的产量、品质和肥料利用率。李小萌等[32]在黄瓜上研究发现，适宜的有机肥与化肥配施显著提高了黄瓜产量和肥料利用效率。

有机肥与化肥氮肥配施有效促进了西瓜植株营养生长期对氮素养分的吸收与积累，促进了源库的协调发展，实现了西瓜产量和品质的提高，达到了增产、提质、减肥的目的。综合西瓜生长、产量、品质和氮肥利用效率，在河西绿洲灌区，膜下滴管条件下，有机肥施用9 000 kg·hm-2的条件下，有机肥与化肥氮肥减施30%配施可有效提高西瓜产量和品质，化学氮肥施用量为175 kg·hm-2，可实现河西绿洲灌区保护地膜下滴灌西瓜的优质高产。同时本试验研究还发现，在西瓜不同生长时期，有机肥与化肥的配施比例不同，应结合有机肥养分供应、土壤养分状况及西瓜需肥规律综合考虑进行进一步的研究，指导种植区西瓜合理精准施肥。