适宜有机肥氮替代化肥氮比例提高甜瓜养分吸收、产量和品质

胡国智，闫 淼，熊 韬，吴 婷

（新疆农业科学院哈密瓜研究中心，乌鲁木齐830091）

合理利用有机肥资源，用有机肥替代部分化肥，是实现中国化肥零增长目标的重要途径之一[1]。生产中，有机肥在施用上存在肥效慢、养分含量低、施用量大费劳力及增产效果差等缺点，而化肥虽有养分高、增产快、用量少等特点，但单一大量施用化肥易造成土壤盐分积累、肥效降低、作物产量品质下降和环境污染等一系列问题[2–3]。甜瓜属喜肥作物，为取得较高的经济效益，新疆甜瓜的氮肥施用量均在 255 kg/hm2以上[4–5]，而有机肥施用量一般只有1500 kg/hm2或基本不施用[6]，导致甜瓜产量、品质及养分利用率提高困难。有机肥应用在瓜菜生产中有着极其重要的作用，研究表明，有机肥与无机肥配合施用对作物生长的效果较好[7–8]，并且有机无机肥料配施可协调养分均衡供应，满足作物整个生育期对养分的需求。徐强等[6]针对甜瓜开展化肥减施研究表明，有机肥替代30%化肥用量，可获得较高产量和含糖量。赵云霞等[9]研究表明，在沙培的日光温室条件下，适宜有机肥替代化肥施用可促进番茄生长，提高果实产量和品质。张永平等[10]研究表明，有机肥替代50%无机肥可促进甜瓜生长和光合能力，获得较好经济效益。新疆有机肥资源丰富但利用率低，本研究通过两年定位试验，分析不同比例有机肥氮替代无机肥氮对甜瓜植株不同生育阶段氮、磷、钾养分积累特性、分配变化及产量品质的影响，提出当地生产条件下的适宜有机肥替代比例，以期为新疆甜瓜栽培合理减施化肥、增产增效提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况与试验设计

试验于2016—2017年在新疆吐鲁番市高昌区亚尔镇哈密瓜试验基地进行，供试土壤为灌耕灰漠土，试验前耕层土壤基本理化性状为：有机质14 g/kg、全氮 0.82 g/kg、全磷 0.9 g/kg、全钾 1.52 g/kg、水解性氮95.8 mg/kg、有效磷 21.4 mg/kg、速效钾 282 mg/kg、pH 8.4。

根据陈波浪等[11]和胡国智等[12]甜瓜养分吸收量，及张亦涛等[13]DNDC推荐施氮模型，设定本试验施氮量为210 kg/hm2，试验设置6个处理：1)不施氮(CK)；2)纯化肥 N 210 kg/hm2(CF)；3) 100% 有机肥氮 (M)；4) 25% 化肥 N+75% 有机肥氮 (MF1)；5) 50%化肥氮+50%有机肥氮(MF2)；6) 75%化肥氮+25%有机氮(MF3)，处理3)～ 6)为等氮量设计，有机肥用量依次为12000、9000、6000和3000 kg/hm2。所有处理均施入 P2O5140 kg/hm2和 K2O 150 kg/hm2，处理3)～6)磷、钾总量扣除有机肥带入量，其余部分以化肥补齐。小区面积52.8 m2，3次重复，随机排列。所用肥料：有机肥为腐熟羊粪(有机质、N、P2O5、K2O分别为32.8%、1.78%、0.48%、1.1%)，全部基施；氮肥为尿素(N 46%)全生育期分6次追施苗期10%、伸蔓期15%、初花期25%、盛花期15%、花果期20%、果实膨大期15%；60%的磷肥和50%的钾肥基施，基施磷钾肥为重过磷酸钙(P2O544%)和硫酸钾 (K2O 51%)，40%的磷肥和50%的钾肥随滴灌追施，磷肥于苗期、伸蔓期、初花期分别追施10%、20%和10%，钾肥于初花期、花果期和果实膨大期分别追施10%、20%和20%，追施磷钾肥为磷酸一铵(N 12%、P2O560%)和硫酸钾 (K2O 51%)。

供试甜瓜品种为‘黄皮9818’，每年4月5日前后播种，7月10日前后收获，采用单行栽培，主蔓整枝，行距2 m，株距0.8 m，统一田间管理。

1.2 样品采集与测定

分别于甜瓜伸蔓期、花果期、膨大期、成熟期采取地上部植株样本，每小区采取甜瓜5株，按茎、叶、瓜不同器官分离开，在105℃下杀青30 min，75℃条件下烘干至恒重，称重，将烘干的植株样品粉碎，过0.5 mm筛，分析植株不同部位N、P、K养分含量[14]。用H2SO4–H2O2消煮，凯氏定氮法测定氮素含量，钼锑抗比色法测定磷素含量，火焰光度计法测定钾素含量；成熟期各小区随机选10个甜瓜，利用手持测糖仪[15]，测定甜瓜果实中心部可溶性固形物含量，各小区全区收获计产。

1.3 计算公式及统计方法[7]

氮(磷、钾)养分积累量(kg/hm2)=氮(磷、钾)养分含量×干物质量；

氮肥利用率(NRE，%)=(施氮处理植株吸氮量−不施氮处理植株吸氮量)/施氮量 ×100；

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 18.0和Excel 2007数据统计软件进行数据处理与分析。

2 结果与分析

2.1 有机无机肥施用比例对甜瓜各生育期植株氮、磷、钾积累与分配的影响

2.1.1 不同施肥处理对甜瓜各生育期植株氮、磷、钾养分积累动态的影响由甜瓜植株(主要是地上部，根部忽略)氮、磷、钾积累量随生育期进程的变化(图1)可知，与CF相比，M处理(全部施用有机氮)显著降低了甜瓜的氮磷钾积累量，两年的结果一致。MF1(75%的有机肥氮)处理甜瓜花果期的氮、磷、钾积累量显著低于CF，至果实膨大期，磷、钾、氮累积积累量与CF没有显著差异，氮素累积量在成熟期依然显著低于CF；MF2(50%有机肥氮)处理至果实膨大期时，氮、磷、钾累积量与CF已无显著差异，到成熟期高于甚至显著高于CF；MF3(25%有机肥氮)处理的氮、磷、钾累积量也自膨大期起与CF无显著差异，到成熟期显著高于CF。由此可见，有机肥替代化肥比例在25%～50%，甜瓜花果期前对甜瓜氮、磷、钾养分的吸收虽然不如单施化肥处理，但从果实膨大期养分积累量开始增加，到成熟期与单施化肥没有显著差异。

图1 有机肥不同替代比例下甜瓜植株氮、磷、钾积累动态Fig. 1 Accumulation of N, P and K in muskmelon plant under different chemical fertilizer replacement ratios

2.1.2 不同施肥处理下甜瓜各生育阶段植株氮、磷、钾养分分配比例图2结果表明，各生育阶段甜瓜植株氮、磷、钾养分积累分配比例存在一定差异，伸蔓期—花果期、花果期—果实膨大期、果实膨大期—成熟期各生育阶段不同施肥处理2年氮平均积累量分别占全生育期氮积累量的32.5%～42.9%、13.3%～17.6%、39.6%～51.4%，磷平均积累量分别占46%～57.1%、8.4%～16.8%、30.8%～37.2%，钾平均积累量分别占39.9%～46.1%、27.4%～33.7%、23.8%～27.9%。果实膨大期—成熟期氮的阶段积累分配比例最高，伸蔓期—花果期磷、钾的阶段积累分配比例最高。因此，生育前期应保证磷、钾肥的施用，生育后期要保证氮肥的充足供应。不同施肥处理在各生育阶段对氮、磷、钾积累分配比例具有明显影响，2年结果表现一致，CF处理在花果期前(伸蔓期—花果期)氮、磷、钾积累分配比例均高于MF2、MF3处理，而花果期后(花果期—果实膨大期和果实膨大期—成熟期) MF2、MF3处理氮、磷、钾积累分配比例均高于CF处理，表明有机肥氮替代25%和50%的无机肥氮有利于甜瓜植株花果后期氮、磷、钾的积累分配。

图2 有机肥不同替代比例下甜瓜氮、磷、钾阶段积累量在整个生育期的占比Fig. 2 The proportions of periodical accumulation of N, P and K in the muskmelon growing period under chemical fertilizer replacement ratios

2.2 有机无机肥施用比例对甜瓜成熟期地上部各器官氮、磷、钾养分积累与分配的影响

不同施肥处理对成熟期甜瓜不同器官氮素积累和分配有显著影响(表1)。叶、茎中氮素积累量均以CF处理最高，对于生殖器官来说，以MF3处理氮素积累量最高，达130.77 kg/hm2，其次为MF2和CF处理，分别为126.55和121.18 kg/hm2。同M处理相比，CF、MF2、MF3处理甜瓜氮素积累分别增加18.89、24.26和28.48 kg/hm2，增幅分别为18.47%、23.72%和27.84%。叶、茎中氮素分配比例以CK和CF处理较高，瓜中氮素分配比例以施用有机肥的各处理较高，表明有机肥的施用有利于提高瓜中氮素分配。

表1 不同施肥处理对甜瓜成熟期不同器官氮素积累与分配的影响(2016和2017年平均值)Table 1 N accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average values in 2016 and 2017)

表2结果表明，各施肥处理均显著增加甜瓜生殖器官瓜中的磷素积累量，对叶和茎中磷素积累量影响效果不显著。与CK处理相比，CF、M、MF1、MF2和MF3处理瓜中的磷素积累量的增加量分别为10.44、5.83、11.14、13.10和 13.78 kg/hm2，增幅达17.25%～40.78%。从磷素在各器官的分配比例来看，与不施氮肥(CK)处理比较，其他各施肥处理均显著提高磷素在瓜中的分配比例；而施化肥处理(CF)与有机肥氮替代无机肥氮各处理，在各器官磷素的分配比例上无显著差异。

表2 不同施肥处理下甜瓜成熟期不同器官磷素积累与分配(2016和2017年平均值)Table 2 P2O5 accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average in 2016 and 2017)

不同施肥处理对甜瓜各器官钾素的积累量均有一定的影响(表3)，与CK和M处理相比，施用化肥处理(CF)和有机肥氮替代无机肥氮处理均显著增加叶、瓜中钾素积累量，其中均以MF3处理最高。茎中钾素积累量以CF处理最高达45.27 kg/hm2，显著高于CK、M、MF1和MF3处理。各施肥处理对钾素在叶中的分配比例无显著影响，而对茎、瓜中钾素分配比例有一定的影响，CF处理茎中钾素分配比例最高为15.65%，化肥氮减量25% (MF3)和单施有机肥(M)处理瓜中钾素分配比例最高，均与CF处理差异显著。

表3 不同施肥处理下甜瓜成熟期不同器官钾素积累与分配(2016和2017年平均值)Table 3 K2O accumulation and distribution in different organs of muskmelon at maturity under different fertilization treatments (average in 2016 and 2017)

2.3 有机无机肥施用比例对甜瓜产量品质与氮养分利用效率的影响

由表4可知，2年不同施肥处理甜瓜单瓜重和产量均具有一定差异，与CK、M处理相比，单施化肥、有机肥氮替代化肥氮处理均具有一定的增产趋势，其中MF2、MF3、CF处理产量显著高于CK和M处理，2年不同施肥处理甜瓜产量从大到小依次为MF3>CF>MF2>MF1>M>CK，以MF3处理最高，较不施氮肥平均增产16.2%。与单施有机肥(M)处理相比，单施化肥、有机肥氮替代化肥氮处理均可显著提高氮肥利用率。MF3处理的氮肥利用率最高，2年分别为33.80%和35.14%，其次为MF2处理，表明有机肥氮肥替代25%、50%化肥氮，可提高甜瓜氮肥利用率。不同施肥处理甜瓜可溶性固形物含量次序为MF3>MF2>CF>MF1>M>CK，以MF3处理最高；2年平均为16.02%。处理MF2、MF3和CF可溶性固形物含量均显著高于CK处理，CK、M和MF1处理可溶性固形物含量较其他施肥处理2年平均低0.37%～1.15%。表明一定量的化肥和有机无机肥投入有利于甜瓜可溶性固形物的增加。

表4 不同施肥处理下甜瓜产量、氮肥利用率及品质Table 4 Yield, quality, and nitrogen recovery efficiency of muskmelon under different fertilization treatments

3 讨论

甜瓜在整个生育期内，需不断吸收矿质营养，维持正常的生理代谢，其中对氮、磷、钾的吸收量较多。相关研究表明，果实膨大期是影响甜瓜养分吸收的关键时期[12]，此阶段养分供应对甜瓜产量和品质的提高至关重要。本研究中，MF2(有机肥氮替代50%化肥氮)和MF3(有机肥氮替代25%化肥氮)处理，通过对有机肥氮替代无机肥氮比例的调控，提高了甜瓜中后期养分积累。与MF2和MF3施肥处理相比，单施化肥(CF)处理只提高了甜瓜花前氮磷钾积累量，而花后氮磷钾积累量及此阶段养分积累所占整个生育期养分积累量的比例均低于MF2和MF3施肥处理，这可能是由于适当比例有机肥氮替代化肥氮施肥模式，通过合理的有机无机氮磷钾供应，促进了甜瓜花后生长发育，进而促进了甜瓜对养分的吸收与积累。而单施化肥无机氮磷钾的投入，使甜瓜植株前期生长旺盛，而后期养分供应不足，从而使甜瓜生育中后期植株氮、磷、钾养分的积累量下降。有研究表明，不同化肥有机肥料配比，其对土壤培肥效果存在一定差异[16]，因此，根据甜瓜生育期养分吸收规律，合理地配置化肥有机肥施用比例，以满足甜瓜各生育期对养分的需求。

杨璐等[17]研究表明，化肥减量15%～30%，可促进氮、磷、钾养分在春玉米生殖器官籽粒中的积累和各器官的合理分配。唐莉娜等[18]指出，有机无机肥配施能够降低烤烟茎秆中的氮、磷、钾分配比例。本研究中，氮、磷、钾养分在瓜中积累量以MF2和MF3处理较高，分配比例以MF3处理瓜中最高，表明化肥氮25%和50%用有机肥氮替代可以使更多的养分在生殖器官瓜中积累，提高了养分吸收利用效率，从而降低了养分进入环境的风险。

本研究表明，与单施化肥相比，有机肥氮替代25%化肥氮甜瓜产量不降低并略有提高，稳产性能强，这可能是由于有机肥氮替代25%化肥氮能够改善土壤中氮素的供应过程，使土壤养分能够平稳释放[19]。其它作物研究[20–21]结果显示 ，有机肥氮替代部分化肥氮能够稳定和提高作物产量，这与本研究结果基本一致。合理施肥是提高肥料利用率的重要手段之一，本研究结果显示，2年氮肥利用率从大到小依次为MF3>MF2>CF>MF1>M，表明有机肥氮替代25%～50%化肥氮能提高氮肥利用率，这与前人[1, 22]对玉米、水稻等作物的研究结果一致。单施有机肥(M)处理氮肥利用率表现最低，这可能由于单施有机肥，土壤有效氮素前期不足，降低了植株对氮素积累量，使氮素利用率下降[23]。

不同施肥方式对甜瓜品质有一定影响，本试验中，CK、M和MF1处理可溶性固形物较其它施肥处理2年平均低0.37%～1.15%，其原因可能是营养元素缺失或有机肥施用量过大，影响了植株对营养元素的吸收利用，导致果实营养吸收特性发生变化，尤其是抑制了脱落酸(ABA)和赤霉素(GA3)的产生，进而影响了果实中糖分的代谢和积累，使得甜瓜果实可溶性固形物含量降低[24–25]。

4 结论

在新疆甜瓜生产中，与单施化肥相比，有机肥氮超过总氮量的75%时不能满足甜瓜对氮磷钾养分的吸收和积累，因而不同程度地降低甜瓜产量和品质。施用25%～50%的有机肥氮(羊粪)替代化肥氮，其养分的供应与甜瓜氮磷钾养分的吸收积累规律吻合，既保证了甜瓜营养生长期对磷钾的需要，还促进了果实膨大期后对氮素的吸收积累，因而提高了甜瓜的产量和品质。