硅钙钾镁肥对减氮后水果黄瓜产量和氮肥利用率的影响

黄奇伟，卢惠敏，吴伊鑫，梁永超，彭红云

（浙江大学环境与资源学院，教育部污染环境修复与生态健康重点实验室，浙江 杭州 310058）

硅钙钾镁肥料由高温煅烧磷石膏、钾长石制成，是一种常见的酸性土壤调理剂，含有硅、钙、钾、镁、磷等作物所需的大中量元素。与石灰相比，硅钙钾镁肥具有养分充足多元优势，能够提高酸性水稻土pH 值，增加耕层土壤盐基离子含量，降低土壤交换性铝含量［1］。硅元素有利于植物生长和作物高产，并能抵抗不同环境下的生物或非生物胁迫［2］。硅元素可通过增加小麦根系分泌的有机酸来活化根际磷，从而上调根系中磷转运体的表达［3］；显著降低生姜瘟病的发病率，提高生姜产量［4］。硅钙钾镁对改良土壤、作物增量和抗病性有明显效果。

水果黄瓜外形美观、口感好、营养品质高，是我国新开发的设施栽培蔬菜。水果黄瓜是一种根系敏感作物［5］。在设施蔬菜生产中，沿袭过去高肥高产的生产经验，种植户为了获得高产和高经济效益而大量施用化肥［6］。不合理的施肥导致土壤次生盐渍化，尤其是硝酸盐含量的增加，从而抑制设施蔬菜的生长发育［7-8］。张维理等［9］认为温室内蔬菜、花卉等经济作物的化肥施用量要高于水稻等低施肥量作物，这是农田氮排放的主要来源之一，因此有必要减少温室作物的化肥施用量，提高其利用效率。到目前为止，硅钙钾镁肥料应用于减少集约化温室蔬菜种植中肥料用量的报道较少，本研究选择两种不同品种的水果黄瓜为试验材料，通过田间试验研究施硅减氮后对氮肥利用率、水果黄瓜产量和硝酸盐含量的影响，探讨减氮条件下施硅钙钾镁肥对水果的增产增效作用。

1 材料与方法

1.1 试验区状况

试验地点位于浙江省嘉兴市八福生态农业开发有限公司农场，土壤基本化学性质如表1 所示，为中等肥力菜园土。

1.2 试验材料

供试水果黄瓜：品种Ⅰ“碧禧”，购自嘉兴先丰种业有限公司。品种Ⅱ“夏之光”，购自瑞克斯旺出口公司。供试肥料：粉状硅钙钾镁肥，有效硅（SiO2）31.0%、钙（CaO）28.7%、钾（K2O）4.8%、镁（MgO）4.1%，由中材鼎原生态肥业有限公司提供，平均粒径为6.319μm，比表面积0.95 m2·g-1；有机肥干羊粪（含氮量1.6%）；缓控释复合肥爱果利丰（N-P2O5-K2O 为16-10-16）。

表1 试验区基础土壤化学性质

1.3 试验设计

采用王颀等［10］施肥方案结合当地施肥习惯，确定小区常规肥料量与氮肥减施量。施用有机肥干羊粪（68 kg）、缓控释复合肥爱果利丰（1.1 kg），小区总施氮量为有机肥+复合肥（1.26 kg）。有机肥与复合肥同时减少30%氮施入量即为减施30%氮肥。

对黄瓜品种Ⅰ（碧禧）和黄瓜品种Ⅱ（夏之光），设计如下4 组施肥方式（全文以“+Si”代表施入硅钙钾镁肥）（表2）：对照组（CK），常规施肥；减氮组（-N），减施30%氮肥（有机肥、复合肥同时减少30%施入量）；施硅钙钾镁组（+Si），常规施肥+硅钙钾镁组（Si 1.46 kg）；减氮施硅钙钾镁组（-N+Si），减施30%氮肥+Si 1.46 kg。具体施肥方式与施肥量见表2。

表2 各处理具体施肥方式与施肥量

每个黄瓜品种各处理重复3 次，随机布置小区。每个小区面积为19.5 m2（1 垄，1.5 m×13 m），每垄两行，小区间横向间隔0.6 m，纵向间隔1 m。2020 年5 月15 日育苗，5 月31 日在各试验小区分别施入有机肥、复合肥和硅钙钾镁肥，翻耕与土壤拌匀作为基肥，6 月4 日移苗定植，7 月14 日盛果期取土、收获果实，分别测定硝酸盐含量、土壤碱解氮含量。采用滴灌方式浇水，在产量测定周期内每3 日收获一次，各小区分别称重测产，测产周期30 日。

1.4 项目测定、方法及分析

1.4.1 指标测定

盛果期取样，每个处理取4 ～5 个果型、大小、成熟度一致的果实；同时，在小区内按照五点取样法取耕层土壤（0 ～20 cm）。采用紫外分光光度法测定果实中的硝酸盐含量（GB 5009.33-2016）。土样风干混匀后，采用碱解扩散法测定土壤碱解氮含量［11］。

1.4.2 氮肥利用率

氮肥偏生产力（kg·kg-1）=施氮区产量/施氮量［12］。

1.4.3 数据分析

用Origin 2017 进行单因素方差分析、相关性分析和作图，用最小显著性差异法（LSD）比较，检验在P ≤0.05 情况下平均值之间差异的显著性。

2 结果与分析

2.1 硅钙钾镁肥对水果黄瓜生长的影响

由表3 可知，与常规施肥的对照组（CK）相比较，两种水果黄瓜的减氮组（-N）均显著减产，品种Ⅰ和品种II 的减产率分别为13.87%和14.22%；增施硅钙钾镁肥后，两种水果黄瓜均显著增产，施硅钙钾镁组（+Si）的品种Ⅰ和品种Ⅱ的小区产量最高，分别为61.24 和61.75 kg，平均增产率分别为14.10%和16.51%。减氮施硅钙钾镁组（-N+Si）的品种Ⅰ和品种II 小区产量分别为57.60和55.29 kg，均显著高于其对照组。由两个品种间对比可知，除品种Ⅰ的减氮施硅钙钾镁组（-N+Si）小区产量显著大于品种II 外，其余处理组的小区产量无显著差异。

施硅钙钾镁组（+Si）的水果黄瓜单果重最大，品种Ⅰ和品种II 分别为128.60 和125.37 g，均显著高于相应的减氮施硅钙钾镁组（-N+Si），两种处理的单果重显著高于其对照组（CK）和减氮组（-N）。由两个品种间对比可知，除品种Ⅰ的施硅钙钾镁组（+Si）单果重显著大于品种II 外，其余处理组的单果重无显著差异。

因此，施硅钙钾镁组、减氮施硅钙钾镁组均能显著提高水果黄瓜的产量和单果重，且效果显著。

2.2 施硅钙钾镁肥对水果黄瓜氮肥利用率的影响

氮肥偏生产力是指施肥后的作物产量与施氮肥量的比值，反映作物吸收肥料氮和土壤氮后所产生的边际效应［12］。由表4 可知，施硅钙钾镁组（+Si）和减氮施硅钙钾镁组（-N+Si），品种Ⅰ的氮肥偏生产力分别为48.31 和64.92 kg·kg-1，品种Ⅱ的氮肥偏生产力分别为48.71 和62.31 kg·kg-1，组间无显著差异且均大于对照组（CK）。品种Ⅰ和品种Ⅱ的氮肥偏生产力均表现为减氮施硅钙钾镁组（-N+Si）＞减氮组（-N）＞施硅钙钾镁组（+Si）＞对照组（CK）。

此外，对比两种水果黄瓜的对照组（CK）与施硅钙钾镁组（+Si），施硅钙钾镁肥后土壤碱解氮含量显著变低，提高了土壤氮素利用效率。对比两种水果黄瓜的减氮组（-N）与减氮施硅钙钾镁组（-N+Si）组，同样可得到相同结论。

因此，减氮后施硅钙钾镁肥，可显著提高氮肥偏生产力和土壤氮素利用效率，且在两种黄瓜品种的处理中均有显著效果。

表4 施用硅钙钾镁肥对水果黄瓜氮肥利用率的影响

2.3 施硅钙钾镁肥对水果黄瓜硝酸盐含量影响

由图1 可知，品种I 的对照组（CK）硝酸盐含量最高为360.96 mg·kg-1，其处理组均比对照组（CK）显著降低，减氮组（-N）、施硅钙钾镁组（+Si）和减氮施硅钙钾镁组（-N+Si）的降幅分别为27.78%、37.68%和42.52%。施硅钙钾镁组（+Si）和减氮施硅钙钾镁组（-N+Si）对比，减施氮量显著降低硝酸盐含量。品种Ⅱ硝酸盐变化规律与品种I 完全一致。

品种Ⅱ和品种I 对比，品种Ⅱ的对照组（CK）、施硅钙钾镁组（+Si）和减氮施硅钙钾镁组（-N+Si）硝酸盐含量显著小于品种I，而两个品种的减氮组（-N）间无显著差异。

因此，减少施氮量和施用硅钙钾镁肥，均能显著降低水果黄瓜果实中的硝酸盐含量，且品种Ⅱ的硝酸盐含量低于品种I。

图1 施用硅钙钾镁肥对水果黄瓜硝酸盐含量的影响

3 讨论

试验结果表明，在减少氮肥施用量的条件下，施用硅钙钾镁肥可提高产量和氮肥利用率。提高产量的原因很多，首先是硅导致表皮细胞硅质化，茎秆挺直并减少叶片遮阴，叶片中的硅质化细胞对日光的透散射量较其他类型的细胞将近大10 倍，可增强叶片的光合作用，促进水果黄瓜前中期的生长［13］，为增产奠定了良好基础。另外，可能与硅能促进植物根系生长、提高作物对水分的吸收效率、增加植物叶片中酶活性、增加植物根系和叶片ATP 酶活性等有关［14-15］；还可能是由于硅能提高土壤中微量元素（如钙、钼、硼等）活性、增加作物对其的吸收，而且硅能提高超氧化物歧化酶、过氧化物酶、硝酸还原酶活性，促进作物生长［16-17］。同时，硅钙协同效应可以提高水分利用率和光合效率，促进干物质积累亦是可能原因之一［18］。

根据欧洲食品安全局调查显示，人类通过膳食摄入硝酸盐，其中有50%～70%来自果蔬［19］，过量摄入硝酸盐会导致婴儿患上高铁血红蛋白血症［20］；通过外源性硝酸盐摄入使内源性N-亚硝基化合物合成增加，导致动物癌变、畸变和糖尿病的风险增加［21］。在本试验中，硅钙钾镁肥显著提高了水果黄瓜的氮肥利用率，且降低了水果黄瓜中的硝酸盐含量。例如施硅钙钾镁并减少氮肥施用量的处理组，其水果黄瓜中的硝酸盐含量较对照组降低了42.52%，这可能是由多方面因素引起：其一可能是硅使植物细胞中叶绿体增大、基粒增多，提高ATP 酶活性，促进光合作用的同时，为硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶提供充足的能量，用于还原成铵，最后为蛋白质合成提供原料，从而降低了植株体内硝酸盐含量［14，22］；其二有可能是施硅提高了植株体内硝酸盐还原酶活性，提高了硝态氮转化率，降低植株中的硝酸盐含量［23］，从而降低了果实中硝酸盐含量；其三可能是施硅可以增加土壤和植物体内的钼含量，降低果蔬中的硝酸盐积累［17，24］。

4 结论

在本试验条件下，减少氮肥施用量后施用硅钙钾镁肥，可提高水果黄瓜产量和氮肥利用率，显著降低水果黄瓜的硝酸盐含量。