減肥減水對(duì)溫室黃瓜養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量及土壤質(zhì)量的影響

唐 珧,李麗君,劉 平,白光潔

(1.山西大學(xué)生物工程學(xué)院,山西 太原 030006；2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所，山西省土壤環(huán)境與養(yǎng)分資源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西 太原 030031)

生活水平的提高使得人們對(duì)蔬菜的需求日漸上升，同時(shí)對(duì)品質(zhì)的要求也越來越高[1]，隨之帶動(dòng)了溫室蔬菜的蓬勃發(fā)展。1981年全國溫室蔬菜栽培面積不足0.72萬hm2，到2014年，種植面積已經(jīng)達(dá)到386.2萬hm2[2-3]。其中，山西省溫室蔬菜面積達(dá)到12.9萬hm2，年均增加1.6萬hm2[4]。在溫室蔬菜生產(chǎn)過程中，農(nóng)民由于缺乏專業(yè)指導(dǎo)，加之過于追求蔬菜高產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)效益，各地普遍存在過量施肥和過量灌水的現(xiàn)象[5]。當(dāng)過量肥料施入土壤后不能完全被蔬菜吸收時(shí)，就會(huì)以氣體或淋溶方式損失，對(duì)環(huán)境造成污染[6]。同時(shí)，大量盈余的肥料淋溶進(jìn)入地下水，也會(huì)對(duì)飲用水的安全構(gòu)成威脅[7]。那么，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上減多少水，減多少肥才能兼顧經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益成為該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)問題。目前有很多文獻(xiàn)報(bào)道這一領(lǐng)域的研究成果，包括采用減少施肥量、灌水量或采用水肥一體化等來研究減水減氮對(duì)蔬菜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤理化性狀的影響[8-10]，但我國不同地區(qū)生產(chǎn)條件差異大，施肥水平及灌溉模式也存在差異，建立符合當(dāng)?shù)赝寥?、氣候、作物的水肥制度依然需要大量的調(diào)查和研究，本文通過在當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有施肥灌水條件下減肥減水來研究其對(duì)蔬菜產(chǎn)量、氮磷淋溶量、土壤養(yǎng)分平衡的影響，以期為當(dāng)?shù)氐臏厥沂卟税踩a(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于山西省小店區(qū)孫家寨科技示范園的溫室蔬菜栽培基地，該地區(qū)位于112°57′E，37°73′N，年均氣溫9.6℃，海拔約為760 m，年降水量495 mm左右，降水集中在7～9月。黃瓜于2015年6月17日移栽，9月22日收獲。黃瓜生長期壟面覆膜，基肥撒施，追肥沖施，灌水定額用水表控制。溫室內(nèi)每小區(qū)土壤下1.2 m安裝收集淋溶液容器，灌溉后3～7 d收集淋溶液。種植前土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)施肥和灌水兩個(gè)因素。施肥設(shè)中(F1)、低(F2)、高(F3)3個(gè)水平，中肥在當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥量(N、P2O5、K2O分別為630～650、280～300、450～600 kg/hm2)基礎(chǔ)上，參考蔬菜目標(biāo)產(chǎn)量需肥量制定,在此基礎(chǔ)上設(shè)立了高低兩個(gè)對(duì)比處理，施用情況為：基肥為商品有機(jī)肥，F(xiàn)1、F2、F3用量分別為2.22×104、1.65×104、3.25×104kg/hm2；追肥為生物海藻鉀銨肥，F(xiàn)1、F2、F3用量分別為244.56、164.52、324.60 kg/hm2。施肥折合N、P2O5、K2O用量如表2所示。灌水設(shè)2個(gè)水平：傳統(tǒng)灌溉(下同)W1、滴灌(下同)W2，灌水量用水表控制。灌水分6次，定苗水和緩苗水分別為257.78、280 m3/hm2，生長期共分4次灌水，W1為每次施用444.44 m3/hm2，W2為293.33 m3/hm2。試驗(yàn)共6個(gè)處理，設(shè)3次重復(fù)，18個(gè)小區(qū)，各小區(qū)隨機(jī)排列。每個(gè)小區(qū)面積22.5 m2，每個(gè)小區(qū)定植75株，即33 333株/hm2。試驗(yàn)處理設(shè)計(jì)如表2。

表1 土壤基本理化性質(zhì)

表2 溫室黃瓜施肥灌溉處理 (kg/hm2)

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

黃瓜及植株養(yǎng)分測(cè)定[1]：氮、磷、鉀采用H2SO4-H2O2消煮，半微量凱氏法測(cè)定全氮，釩鉬黃法測(cè)定全磷，火焰光度法測(cè)定全鉀。

淋溶水樣養(yǎng)分測(cè)定：淋溶水量，總氮采用半微量凱氏法；硝態(tài)氮、銨態(tài)氮采用CaCl2浸提-流動(dòng)分析儀測(cè)定；總磷、溶解性總磷采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定[11]。

土樣測(cè)定[12]：pH值采用pH計(jì)測(cè)定；硝態(tài)氮、銨態(tài)氮采用CaCl2浸提-流動(dòng)分析儀測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀外加熱法測(cè)定；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀采用火焰光度法測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

灌溉水生產(chǎn)率[13][IWP(irrigation water productivity)](kg/m3)按下式計(jì)算：IWP=Y/I，式中，Y為黃瓜產(chǎn)量(kg)；I為黃瓜全生育期灌水量(m3)。

氮肥偏生產(chǎn)力[13][PNP(partial factor productivity of nitrogen)](kg/kg)按下式計(jì)算：PNP=Y/N，式中，N為施入的純氮量(kg/hm2)。

養(yǎng)分盈余量[14]=養(yǎng)分投入量-作物攜出量。其中，養(yǎng)分的投入量只考慮施肥(包括有機(jī)肥和化肥)；養(yǎng)分產(chǎn)出量只考慮作物的消耗(包括經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和廢棄物產(chǎn)量)。

采用Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、繪圖；采用SPSS 20進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥灌溉對(duì)黃瓜養(yǎng)分含量和積累量的影響

由圖1可知，黃瓜不同部位養(yǎng)分含量存在差異。全氮、全磷、全鉀養(yǎng)分含量差異分別為：地上部>地下部>果實(shí)、果實(shí)>地下部>地上部、果實(shí)>地下部>地上部。不同處理黃瓜不同部位的養(yǎng)分含量受施肥量的影響無明顯規(guī)律，不同處理黃瓜果實(shí)的養(yǎng)分含量受灌溉的影響無明顯規(guī)律，但地上部和地下部，除全氮含量T1>T2，其他不同處理的養(yǎng)分含量均為滴灌大于傳統(tǒng)灌溉，但未達(dá)顯著水平(P>0.05)。此外，黃瓜養(yǎng)分積累量不同部位存在差異，果實(shí)、地上部、地下部分別為全鉀>全氮>全磷、全氮>全鉀>全磷、全鉀>全氮>全磷。黃瓜果實(shí)中的養(yǎng)分積累量與施肥量無明顯關(guān)系，在低肥和中肥下，滴灌大于傳統(tǒng)灌溉，但差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)；地上部的養(yǎng)分積累量與施肥量無明顯關(guān)系，不同灌溉方式下，滴灌大于傳統(tǒng)灌溉，但差異未達(dá)顯著水平(P>0.05)；地下部的養(yǎng)分積累量與施肥灌水無明顯相關(guān)關(guān)系。

圖1 不同處理黃瓜不同部位養(yǎng)分濃度及養(yǎng)分累積量注：同一部位或養(yǎng)分下不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平。

2.2 施肥灌水對(duì)土壤pH值、有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分的影響

由表3可知，相同施肥量下，土壤pH值為T1>T2、T3>T4、T5>T6，分別高出3.87%、2.46%、3.99%，且T1和T2、T5和T6差異顯著(P<0.05)；硝態(tài)氮為T2>T1、T4>T3、T6>T5，分別高出32.27%、46.65%、51.44%，差異均達(dá)顯著水平(P<0.05)，且硝態(tài)氮含量與pH值成反比；速效鉀為T2>T1、T4>T3、T6>T5，分別高36.48%、42.89%、19.00%，T1和T2、T3和T4差異顯著(P<0.05)；即滴灌較傳統(tǒng)灌溉能降低土壤的pH值，增加硝態(tài)氮、速效鉀含量，對(duì)pH值的影響在中高肥處理顯著，對(duì)速效鉀的影響在中低肥處理顯著。此外，銨態(tài)氮為T2>T1、T4>T3、T5>T6；有效磷為T1>T2、T4>T3、T5>T6，有機(jī)質(zhì)為T2>T1、T3>T4、T6>T5，各處理間差異不顯著(P>0.05)，即灌水對(duì)其影響無顯著規(guī)律。與基礎(chǔ)土樣相比，硝態(tài)氮含量大幅增加，是其的2.67～4.34倍，0～20 cm的硝態(tài)氮嚴(yán)重累積。土壤中有機(jī)質(zhì)含量是基礎(chǔ)土樣的1.74～1.85倍，其他土壤養(yǎng)分無明顯變化規(guī)律。

2.3 施肥灌溉對(duì)黃瓜產(chǎn)量、灌溉水生產(chǎn)率及氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由表4可知，黃瓜產(chǎn)量受到施肥、灌水影響。傳統(tǒng)灌溉條件下，T5>T3>T1，即黃瓜產(chǎn)量與施肥量無顯著相關(guān)關(guān)系；滴灌條件下，黃瓜產(chǎn)量隨施肥量增加而減少，即T4>T2>T6，各處理間差異不顯著(P>0.05)；相同施肥條件下，T2>T1，T4>T3，T60.05)。不同施肥灌水對(duì)黃瓜IWP和PNP影響顯著。對(duì)于IWP，施肥量相同，滴灌高于傳統(tǒng)灌溉，即T2>T1，T4>T3，T6>T5，T2、T4、T6較T1、T3、T5分別提高81.53%、62.93%、30.31%，T1與T2、T3與T4差異顯著(P<0.05)；對(duì)于PNP，傳統(tǒng)灌溉下，T3>T1>T5，T3較T1提高69.24%，T5較T1降低12.61%，T3與T1、T5差異顯著(P<0.05)；滴灌下T4>T2>T6，T4較T2提高51.97%，T6較T2降低37.25%，T4與T2、T6差異顯著(P<0.05)。

表3 土壤中pH值、有機(jī)質(zhì)及養(yǎng)分含量

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示處理間差異達(dá)5%顯著水平，下同。

表4 不同處理黃瓜產(chǎn)量、灌溉水生產(chǎn)率、氮肥偏生產(chǎn)力

2.4 施肥灌溉對(duì)土壤氮淋溶及磷淋溶的影響

由表5可知，淋溶液中總氮含量占施入量的2.47%～5.07%，總磷含量占施入量的0.03%～0.12%。淋溶液中的總氮含量大于總磷，且硝態(tài)氮含量大于銨態(tài)氮。不同處理間淋溶液的養(yǎng)分濃度與施肥量無顯著相關(guān)關(guān)系，而相同施肥量下，除硝態(tài)氮T5>T6，淋溶液中的總磷、溶解性總磷、總氮以及硝態(tài)氮濃度均為滴灌>傳統(tǒng)灌溉，但差異不顯著(P>0.05),而銨態(tài)氮無明顯規(guī)律。淋溶量為T2>T1，T4>T3，T6>T5，各處理之間存在較大差異。

表5 不同處理淋溶液養(yǎng)分濃度及淋溶量

2.5 養(yǎng)分表觀平衡

由表6可知，不同處理的黃瓜養(yǎng)分均存在盈余，且養(yǎng)分投入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于黃瓜帶走的養(yǎng)分量，N、P2O5、K2O的盈余量分別達(dá)投入量的80.38%～91.51%、91.84%～96.51%、72.73%～89.50%。不同處理養(yǎng)分盈余量存在差異，傳統(tǒng)灌溉方式下，T3>T1>T5，N、P2O5、K2O的盈余量，T3較T1分別減少29.78%、27.13%、32.47%，T5較T1分別增加51.17%、46.73%、52.24%；滴灌方式下，T4>T2>T6，N、P2O5、K2O的盈余量，T4較T2分別減少30.71%、26.94%、32.50%，T6較T2分別增加53.90%、48.98%、61.37%，差異分別達(dá)顯著水平(P<0.05)，即施肥量越高，養(yǎng)分表觀盈余量越高；不同灌水方式下，T1>T2，T3>T4，T5>T6，N、P2O5、K2O的盈余量，T2較T1分別減少3.02%、1.95%、6.52%，T4較T3分別減少4.31%、1.70%、6.55%,T6較T5分別減少1.27%、0.45%、0.91%，即滴灌較傳統(tǒng)灌溉養(yǎng)分盈余量減少。

表6 溫室黃瓜養(yǎng)分表觀平衡 (kg/hm2)

3 討論

試驗(yàn)表明，在現(xiàn)有施肥灌水條件下，減少肥料的用量并不會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量下降，這是因?yàn)檗r(nóng)民習(xí)慣施肥量大，減少用量之后還能滿足作物的生長需求。邢英英等[8]在溫室番茄滴灌試驗(yàn)中肥料施用量N、P2O5、K2O為240、120、150 kg/hm2，羅勤等[1]是在番茄N、P2O5、K2O施用量為525、375、510 kg/hm2的基礎(chǔ)上進(jìn)行減量處理試驗(yàn)，方棟平等[9]在研究中采用西北地區(qū)溫室黃瓜推薦施肥量N、P2O5、K2O為360、180、540 kg/hm2,分8次施入，試驗(yàn)結(jié)果均證明減肥減水及水肥一體化可有效提高肥料的利用率。與此相比，雖然應(yīng)考慮不同地區(qū)氣候和土壤養(yǎng)分的因素，但也可看出當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣肥料施用量偏高，尤其是底肥施用量偏高。同時(shí)，采用滴灌能提高黃瓜的產(chǎn)量，這是因?yàn)榈喂噍^傳統(tǒng)灌溉可以減少土壤表面蒸發(fā)，使土壤中水分分布更均勻，增大了植株對(duì)水分的吸收和利用，從而促進(jìn)黃瓜的生長[8]。邢英英等[8]的研究結(jié)果顯示番茄產(chǎn)量與施肥量和灌水量正相關(guān)，而楊慧等[13]研究表明番茄單株產(chǎn)量與水氮供應(yīng)量之間呈較好的二元二次關(guān)系，原因可能是過量施肥和過量灌水會(huì)造成植株的“徒長”，降低產(chǎn)量[9,17]。此外，試驗(yàn)范圍內(nèi)，減肥滴灌可以提高IWP及PNP,這與王軍等[18]和呂麗華等[19]的研究結(jié)果一致，原因在于減肥滴灌既降低了肥料和灌溉水用量，又提高了產(chǎn)量，這就使得IWP及PNP被提高。更重要的是，減肥滴灌可以顯著降低養(yǎng)分表觀盈余量，降低對(duì)環(huán)境造成的威脅。因此在生產(chǎn)中，要控制肥料的施用，盡量減少養(yǎng)分的盈余，使施入的肥料更好的被植物吸收利用。試驗(yàn)范圍內(nèi)T4(低肥+滴灌)的產(chǎn)量、灌溉水生產(chǎn)力、氮肥偏生產(chǎn)力最高，表觀盈余量最少，效果最佳。

4 結(jié)論

在農(nóng)民現(xiàn)有習(xí)慣施肥模式下，減少施肥量并采用滴灌方式可以增加黃瓜的產(chǎn)量，提高IWP及PNP，降低土壤pH值，減少硝態(tài)氮和速效鉀的淋溶，對(duì)土壤其它養(yǎng)分含量影響不大。

在農(nóng)民現(xiàn)有習(xí)慣施肥模式下，減少施肥量并采用滴灌方式較傳統(tǒng)灌溉能增加黃瓜地上部和地下部的養(yǎng)分含量，但對(duì)果實(shí)養(yǎng)分含量及累積量的影響無明顯規(guī)律。

本季溫室黃瓜的表觀平衡為盈余，盈余量與施肥量成正相關(guān)，不同灌溉方式下，滴灌較傳統(tǒng)灌溉能顯著減少養(yǎng)分的盈余。試驗(yàn)范圍內(nèi)，T4(低肥+滴灌)黃瓜產(chǎn)量、IWP、PNP最高，養(yǎng)分盈余量最少，綜合比較，效果最優(yōu)。

[1] 羅勤,陳竹君,閆波,等.水肥減量對(duì)日光溫室土壤水分狀況及番茄產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2015,21(2):449-457.

[2] 劉兆輝,江麗華,張文君,等.山東省溫室蔬菜施肥量演變及土壤養(yǎng)分變化規(guī)律[J].土壤學(xué)報(bào),2008,45(2):296-303.

[3] 關(guān)桂峰.我國設(shè)施蔬菜面積達(dá)5 700余萬畝,大城市蔬菜自給率仍不足30%[EB/OL].http://news.xinhuanet. com/fortune/2014-04/01/c_1110051027.htm,2016-10-21/2014-04-01.

[4] 裴云峰.山西溫室蔬菜發(fā)展調(diào)查[N].發(fā)展導(dǎo)報(bào),2015-02-06(18).

[5] 吳雪玲,左強(qiáng),吳建新,等.保護(hù)地菜田土壤氮素淋溶阻控措施及其效果研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2011,25(3):59-62.

[6] 安江勇,肖厚軍,秦松,等.不同施肥量對(duì)貴州高產(chǎn)玉米養(yǎng)分吸收、生物性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].中國土壤與肥料,2016，(3):73-79.

[7] 左海軍,張奇,徐力剛.農(nóng)田氮素淋溶損失影響因素及防治對(duì)策研究[J].環(huán)境污染與防治,2008,30(12):83-89.

[8] 邢英英,張富倉,張燕,等.滴灌施肥水肥耦合對(duì)溫室番茄產(chǎn)量、品質(zhì)和水氮利用的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,48(4):713-726.

[9] 方棟平,張富倉,李靜,等.灌水量和節(jié)水灌溉施肥方式對(duì)溫室黃瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2015,26(6):1735-1742.

[10] 王麗英,張彥才,翟彩霞,等.平衡施肥對(duì)連作日光溫室黃瓜產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤理化性狀的影響[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2008,16(6):1375-1383.

[11] 李卓瑞,韋高玲.不同生物炭添加量對(duì)土壤中氮磷淋溶損失的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2016,25(2):333-338.

[12] 楊治平,張建杰,張強(qiáng),等.山西省保護(hù)地蔬菜長期施肥對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26(2):667-671.

[13] 楊慧,曹紅霞,李紅崢,等.基于空間分析法研究溫室番茄優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的水氮模式[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,49(5):896-905.

[14] 許仙菊,張維理,張永春,等.不同輪作模式農(nóng)田磷養(yǎng)分表觀平衡及其對(duì)土壤Olsen-P含量的影響[J].中國土壤與肥料,2015，(6):28-33.

[15] 沈靈鳳,白玲玉,曾希柏,等.施肥對(duì)溫室菜地土壤硝態(tài)氮累積及pH的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2012,31(7):1350-1356.

[16] 王肖娟,危常州,張君,等.灌溉方式和施氮量對(duì)棉田氮肥利用率及損失的影響[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào),2012,23(10):2751-2758.

[17] 曹慶杰.銀川平原設(shè)施黃瓜合理施肥技術(shù)研究[D].銀川：寧夏大學(xué),2010.

[18] 王軍,黃冠華,鄭建華.西北內(nèi)陸旱區(qū)不同溝灌水肥對(duì)甜瓜水分利用效率和品質(zhì)的影響[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(15):3168-3175.

[19] 呂麗華,董志強(qiáng),張經(jīng)廷,等.水氮對(duì)冬小麥-夏玉米產(chǎn)量及氮利用效應(yīng)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2014,47(19):3839-3849.