基肥有機(jī)替代模式對(duì)西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

任少鵬，汪峰，姚紅燕，戴瑤璐

(寧波市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，浙江 寧波 315040)

設(shè)施農(nóng)業(yè)是世界各國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的重要標(biāo)志，是第一產(chǎn)業(yè)中具有活力的產(chǎn)業(yè)之一。設(shè)施農(nóng)業(yè)以其一整套節(jié)能、高效、簡(jiǎn)易、實(shí)用的設(shè)施栽培新體系，在農(nóng)業(yè)高新技術(shù)已初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的今天，取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，由于其符合農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整方向而不斷得到新的發(fā)展，為我國(guó)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化起到了重要作用。

西瓜是重要的園藝作物之一，深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài)，我國(guó)西瓜種植面積和產(chǎn)量均居世界第一位[1]?？茖W(xué)的水肥管理和良好的土壤微環(huán)境是作物增產(chǎn)、提高品質(zhì)的關(guān)鍵因素[2]。然而，大部分設(shè)施栽培西瓜為了追求高產(chǎn)，獲取較高的經(jīng)濟(jì)效益，仍然沿用“大水大肥”的管理模式，化肥的使用量嚴(yán)重超標(biāo)，因此導(dǎo)致一系列的問(wèn)題，包括土壤連作障礙、肥料利用率低、產(chǎn)量品質(zhì)下降及環(huán)境生態(tài)破壞等[3-4]。有機(jī)肥主要來(lái)源于植物和動(dòng)物，不僅含有植物必需的大量元素、微量元素，還含有豐富的有機(jī)養(yǎng)分，在改良土壤，保水保肥的同時(shí)，能夠促進(jìn)作物生長(zhǎng)、改善作物品質(zhì)、提高作物產(chǎn)量，是西瓜生產(chǎn)過(guò)程中綠色、安全的重要技術(shù)措施[5-7]，在肥料運(yùn)籌中大力推廣有機(jī)肥替代部分化肥是實(shí)現(xiàn)化肥減量增效的重要途徑。

本研究利用在寧紹平原地區(qū)典型土壤中設(shè)置田間小區(qū)試驗(yàn)，以當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的大面積種植的早佳西瓜為研究對(duì)象，研究不同有機(jī)替代模式對(duì)設(shè)施大棚西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以期為制定適合當(dāng)?shù)氐脑O(shè)施西瓜施肥技術(shù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

研究區(qū)域位于浙江省寧波市鄞州區(qū)姜山鎮(zhèn)，該區(qū)域?qū)儆趯幗B平原，河網(wǎng)密布，海拔2 m左右，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)氣候。土壤類(lèi)型為水稻土(黃斑青紫泥田)。試驗(yàn)選用的鋼管塑料大棚是由50年以上的水稻田改造而成，大棚使用面積為80 m×6 m，棚齡5年，前季種植作物為萵苣。試驗(yàn)前土壤表層(0～20 cm)的基本理化性質(zhì)為pH值5.85，電導(dǎo)率151 μs·cm-1，有機(jī)質(zhì)50.9 g·kg-1，全氮5.20 g·kg-1，堿解氮566 mg·kg-1，速效磷63.9 mg·kg-1，速效鉀182 mg·kg-1。

供試西瓜品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N早佳，由寧波微萌種業(yè)有限公司提供，經(jīng)嫁接后進(jìn)行種植。嫁接西瓜苗于4月10日移栽定植，5月15日人工授粉，6月16日開(kāi)始收獲第1批西瓜，7月25日開(kāi)始收獲第2批西瓜，整個(gè)作物生長(zhǎng)季只采收2批西瓜。栽培方式為傳統(tǒng)的畦栽，整個(gè)大棚種植2行，間距3.5 m，株距35 cm，栽培密度7 500株·hm-2。

1.2 處理設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)在等氮量的條件下設(shè)置了4個(gè)有機(jī)替代施肥處理：1)HM，基肥完全施用有機(jī)肥7.5 t·hm-2，不施用復(fù)合肥；2)MM，基肥施用有機(jī)肥3.75 t·hm-2+復(fù)合肥375 kg·hm-2；3)LM，基肥施用有機(jī)肥1.88 t·hm-2+復(fù)合肥563 kg·hm-2；4)CK，基肥不施有機(jī)肥，僅施復(fù)合肥750 kg·hm-2。西瓜生長(zhǎng)后期每隔7～10 d追施1次復(fù)合肥，利用肥水一體化設(shè)備隨灌溉施入，控制追施復(fù)合肥總量為750 kg·hm-2。小區(qū)面積為6 m×6 m，重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。供試復(fù)合肥選用氮、磷、鉀養(yǎng)分含量均為15%的三元復(fù)合肥(深圳市芭田生態(tài)工程股份有限公司)，有機(jī)肥由慈溪市中慈生態(tài)肥料有限公司提供的商品有機(jī)肥。田間水分和病蟲(chóng)草害防治等田間管理措施與當(dāng)?shù)卮笈镌耘喾椒ㄏ嗤?/p>

1.3 樣品采集

土壤樣品采集。西瓜收獲期結(jié)束后，用不銹鋼土鉆(2 cm)按“S”形多點(diǎn)采集表層15 cm耕層土壤，混勻后用四分法留取1 kg左右，裝入密封塑料袋中帶回實(shí)驗(yàn)室。去除石塊和根系，部分土樣放入4 ℃冰箱，用于硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的測(cè)定。另一部分土樣風(fēng)干后研磨裝袋用于其他理化性質(zhì)分析。

植物樣品采集。分別在西瓜前2批采瓜期采集成熟西瓜，詳細(xì)記錄小區(qū)果實(shí)的鮮重，每個(gè)小區(qū)分別稱(chēng)重計(jì)產(chǎn)，并選取具有代表性的4個(gè)西瓜測(cè)定其品質(zhì)。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤理化性質(zhì)測(cè)定[8]。土壤pH采用玻璃電極測(cè)定，水土比2.5∶1；土壤電導(dǎo)率采用電導(dǎo)法，水土比5∶1；土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定；全氮測(cè)定采用半微量開(kāi)氏法；速效磷測(cè)定采用Olsen-P法，鉬銻抗比色測(cè)定；速效鉀用醋酸銨浸提，火焰光度法測(cè)定；土壤堿解氮采用擴(kuò)散法測(cè)定；銨態(tài)氮和硝態(tài)氮用KCl溶液浸提，分光光度法測(cè)定。

果實(shí)品質(zhì)測(cè)定。用手持式折光儀(日本ATAGO)測(cè)定西瓜果實(shí)中心糖度；抗壞血酸(Vc)含量采用2，6-二氯靛酚滴定法測(cè)定；硝酸鹽含量用水楊酸比色法測(cè)定。每項(xiàng)測(cè)定重復(fù)3次，取平均值。

苗情測(cè)定。在西瓜移栽后15和30 d分別測(cè)定植株的蔓長(zhǎng)，每處理取10個(gè)單株進(jìn)行測(cè)定，重復(fù)3次。蔓長(zhǎng)(主蔓長(zhǎng))用鋼卷尺測(cè)定，從主莖靠近地表處起測(cè)量；在膨果期用葉綠素含量測(cè)定儀(SPAD-502，KONICA)進(jìn)行葉綠素含量的測(cè)定，每處理測(cè)定5株，重復(fù)3次。

單因素方差分析(ANOVA)和相關(guān)分析使用SPSS 19.0軟件，差異顯著性采用Duncan’s新復(fù)極差法進(jìn)行檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)替代模式對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

從表1可以看出，HM處理的pH顯著高于CK，有機(jī)肥施用在一定程度上抑制了土壤酸化，而不同處理的土壤電導(dǎo)率無(wú)顯著性差異。對(duì)于土壤養(yǎng)分，HM處理下的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、硝態(tài)氮和速效鉀含量相比CK均顯著提高；MM處理下的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、銨態(tài)氮和有效磷相比CK也顯著增加；LM處理下的土壤有機(jī)質(zhì)、全氮和速效鉀等養(yǎng)分含量有一定提升，但差異不顯著。因此，不同有機(jī)替代處理改變了土壤理化性質(zhì)，HM和MM處理對(duì)土壤肥力提升的效果較好。

表1 不同處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響

注：同列中無(wú)相同字母表示差異達(dá)顯著水平(P=0.05)，表2和4同。

2.2 不同有機(jī)替代模式對(duì)西瓜生長(zhǎng)的影響

由表2可知，在不同有機(jī)肥處理下，移栽后15 d的西瓜蔓長(zhǎng)表現(xiàn)為CK>MM>LM>HM，其中HM處理顯著低于CK和MM；移栽后30 d的西瓜蔓長(zhǎng)表現(xiàn)為MM>LM>CK>HM，各處理間無(wú)顯著性差異，可知純施有機(jī)肥的基肥處理降低了瓜蔓的生長(zhǎng)速度。葉綠素是光合作用的基礎(chǔ)，其含量直接影響到光合速率。西瓜生長(zhǎng)前期(移栽后15 d)，各處理西瓜葉片SPAD為48.9～52.6，處理間無(wú)顯著性差異，表明不同有機(jī)替代模式下葉片葉綠素含量較適宜，土壤氮素供應(yīng)充足。

表2 不同處理對(duì)西瓜生長(zhǎng)的影響

2.3 不同有機(jī)替代模式對(duì)西瓜產(chǎn)量的影響

由表3可知，施用有機(jī)肥處理中第1批西瓜產(chǎn)量大致相當(dāng)，而第2批瓜產(chǎn)量在HM和MM處理中較高。相比對(duì)照，有機(jī)替代處理西瓜總產(chǎn)量增加2.0～11.2 t·hm-2，增產(chǎn)率達(dá)4.1%～23.1%，可見(jiàn)處理西瓜產(chǎn)量隨著有機(jī)肥投入量的提高而增加，表明在試驗(yàn)區(qū)域進(jìn)行基肥有機(jī)替代對(duì)提高大棚西瓜產(chǎn)量有較大潛力。在經(jīng)濟(jì)效益方面，有機(jī)替代處理并未大幅增加肥料成本，較CK僅增加188～750元·hm-2，而增產(chǎn)效益則顯著提升，其中HM和MM處理的增產(chǎn)效益分別達(dá)4.40和3.59萬(wàn)元·hm-2。

表3 不同處理對(duì)西瓜產(chǎn)量的影響

注：西瓜市售4元·kg-1，有機(jī)肥600元·t-1，復(fù)合肥5元·kg-1計(jì)。

2.4 不同有機(jī)替代模式對(duì)西瓜品質(zhì)的影響

由表4可知，測(cè)定西瓜的外觀、營(yíng)養(yǎng)和安全等品質(zhì)后發(fā)現(xiàn)，第1批不同處理的糖度、果皮厚度、大小(橫徑和縱徑)均無(wú)顯著性差異。在第2批西瓜中，HM和MM的西瓜大小顯著高于CK和LM處理，但果實(shí)糖度同樣未表現(xiàn)出顯著差異，作為營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)指標(biāo)的果實(shí)Vc含量隨著有機(jī)肥用量的增加而增加，而作為安全品質(zhì)指標(biāo)的西瓜果實(shí)硝酸鹽含量在8.4～20.9 mg·kg-1，遠(yuǎn)低于中國(guó)制定的硝酸鹽限量標(biāo)準(zhǔn)(< 432 mg·kg-1)。上述結(jié)果表明，基肥有機(jī)替代處理可在一定程度上提高西瓜果實(shí)品質(zhì)。

表4 不同處理對(duì)西瓜品質(zhì)的影響

3 小結(jié)與討論

提高農(nóng)田土壤的肥力，藏糧于地是確保我們國(guó)家糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全的重要基礎(chǔ)和戰(zhàn)略選擇[9]。肥料的增產(chǎn)貢獻(xiàn)率達(dá)50%左右，但化肥過(guò)量使用導(dǎo)致環(huán)境問(wèn)題、土壤退化等問(wèn)題已嚴(yán)重影響到國(guó)家生態(tài)環(huán)境安全、農(nóng)產(chǎn)品安全及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，2015年農(nóng)業(yè)部初提出了到2020化肥零增長(zhǎng)的行動(dòng)方案。

有機(jī)替代是化肥減量增效的主要技術(shù)之一。經(jīng)測(cè)算[10]，有機(jī)肥替代化肥潛力可達(dá)10%，增加有機(jī)肥施用在保護(hù)地蔬菜上潛力更高，有機(jī)替代也逐漸被農(nóng)民接受。然而，有機(jī)替代比例如何界定？有機(jī)化肥替代的基本原則就是要根據(jù)土壤肥力來(lái)替代，肥力低的時(shí)候，替代的比例低一些，肥力高的時(shí)候，替代的多一些，培肥土壤是減肥增效的最有效措施。徐明崗[10]研究證實(shí)，當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量高于30 g·kg-1時(shí)，有機(jī)肥完全替代化肥而保持高產(chǎn)。本研究區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)高達(dá)50 g·kg-1，不同處理西瓜產(chǎn)量隨著有機(jī)肥投入量的提高而增加，基肥有機(jī)肥全量替代(HM)處理的西瓜產(chǎn)量比對(duì)照提高23.1%，增產(chǎn)效益達(dá)4.40萬(wàn)元·hm-2，表明在寧紹平原地區(qū)大棚西瓜種植可實(shí)行基肥有機(jī)全量替代，即化肥總量減少50%，基肥施用有機(jī)肥7.5 t·hm-2。針對(duì)江蘇省西瓜主產(chǎn)區(qū)的施肥情況調(diào)查[11]也同樣表明，當(dāng)施用量在30 t·hm-2以下時(shí)，隨著有機(jī)肥施用量的提高，西瓜平均產(chǎn)量提高。

在一定施肥量條件下，有機(jī)無(wú)機(jī)肥配合施用可以促進(jìn)養(yǎng)分吸收[12]。有機(jī)肥的施用可以顯著提高土壤的保水、保肥能力，協(xié)調(diào)土壤水、肥、氣、熱，為根系生長(zhǎng)提供良好的土壤環(huán)境，從而促進(jìn)植物的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)，提高西瓜果實(shí)中可溶性固形物的含量[13]。有機(jī)無(wú)機(jī)相結(jié)合施用時(shí)，土壤速效有機(jī)質(zhì)和速效養(yǎng)分含量均高于單施化肥，土壤有機(jī)質(zhì)含量比單施無(wú)機(jī)肥提高25.1%[14]。本研究中，HM處理有機(jī)質(zhì)較CK提高15%，與上述研究結(jié)果一致。寧波市保護(hù)地土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量以中高量為主，這可能與近年來(lái)寧波市大力推廣有機(jī)肥的舉措有關(guān)，尤其是農(nóng)民在大棚中增施有機(jī)肥的積極性有極大地提高。有機(jī)肥的適量利用可改良土壤[15]，但過(guò)量施用也會(huì)導(dǎo)致氮素淋失[16]和抗生素污染[17]，應(yīng)引起重視。

本研究在寧紹平原地區(qū)設(shè)施大棚中設(shè)置田間小區(qū)試驗(yàn)，探明基肥有機(jī)替代模式對(duì)西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果表明，在該地區(qū)大棚西瓜種植可以實(shí)行基肥有機(jī)全量替代，即基肥施用有機(jī)肥7.5 t·hm-2，化肥總量可減少50%，該模式有利于快速提升土壤肥力，大幅提高西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)，經(jīng)濟(jì)效益顯著。