有機(jī)肥料與化肥配施在黃瓜上減氮增效效應(yīng)

喻華 秦魚生 陳琨 曾祥忠

摘要：通過田間小區(qū)試驗(yàn)，研究不同氮肥水平下有機(jī)肥替代不同比例的化學(xué)肥對黃瓜的產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收及效率、營養(yǎng)和品質(zhì)等的影響。結(jié)果表明，有機(jī)肥替代部分化肥顯著增加黃瓜的產(chǎn)量，以施用75%化肥氮配施25%有機(jī)肥氮處理最佳，其氮素農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力以及氮肥表觀利用率最高，品質(zhì)指標(biāo)（維生素C、氨基酸含量）明顯提高，硝酸鹽含量顯著降低。因此，適量有機(jī)肥與化學(xué)肥配施既能減少化肥用量、節(jié)約生產(chǎn)成本，又能提高黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)畜禽養(yǎng)殖廢棄物循環(huán)利用，減少對環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān)鍵詞：有機(jī)肥;化肥;黃瓜;氮肥利用率;氮素農(nóng)學(xué)效率;氮肥偏生產(chǎn)力;農(nóng)藝性狀;產(chǎn)量;品質(zhì)

中圖分類號： S147.3;S147.5;S642.206? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）14-0158-05

黃瓜是成都平原蔬菜主產(chǎn)區(qū)夏季露地栽培的主要瓜類蔬菜，生長期短，產(chǎn)量高，需肥量大。由于種植黃瓜經(jīng)濟(jì)效益高，使得種植戶大量用肥現(xiàn)象非常普遍，特別是偏施氮肥且過量施用。由此造成氮肥利用率偏低，增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本[1]，同時(shí)還通過各種途徑造成土壤中硝酸鹽快速累積[2]。長期大量施肥還會(huì)引起氮素在土壤中無效累積，加大環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)。黃瓜果實(shí)中硝酸鹽含量也隨施氮量增加而增加，品質(zhì)下降，食用后對人體健康不利。因此，如何把施肥量降下來，提高氮肥利用率，保證黃瓜高產(chǎn)的同時(shí)提高品質(zhì)，已成為當(dāng)前亟待解決的問題。大量研究認(rèn)為，有機(jī)肥料不僅可以促進(jìn)作物產(chǎn)量的提高，更重要的是還能改善作物品質(zhì)，特別是能顯著降低蔬菜可食部位硝酸鹽含量。除此之外，有機(jī)肥料施入土壤后，不僅能為作物提供一定量的氮、磷、鉀等元素，還能提高土壤活性有機(jī)碳含量，增加纖維素、多糖、腐殖酸等，特別是對補(bǔ)充土壤中、微量元素、改善蔬菜品質(zhì)能起到重要作用，同時(shí)也能促進(jìn)植株對無機(jī)氮的吸收，提高化肥利用率[3-9]。因此，為降低不合理施肥對農(nóng)產(chǎn)品和環(huán)境的污染風(fēng)險(xiǎn)，[JP+1]施肥措施上提倡以有機(jī)肥替代部分化肥。目前的研究主要集中在設(shè)施蔬菜氮肥施用上[10-11]，對于露地種植的黃瓜，氮肥如何減量增效、替代量為多少合適等方面研究較少。本試驗(yàn)針對露地黃瓜種植過程中過量施用氮肥、有機(jī)肥缺乏等問題，研究露地黃瓜優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的氮肥用量以及適宜的有機(jī)肥替代量，以期為四川省黃瓜產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)中增產(chǎn)提質(zhì)及化肥減量增效提供理論依據(jù)，研究結(jié)果可為科學(xué)施肥和解決可持續(xù)生產(chǎn)問題提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)田塊位于四川省彭州市麗春鎮(zhèn)，土壤為河流沖積物發(fā)育而來的灰潮土。試驗(yàn)前采集土壤樣品，參照文獻(xiàn)[12]測定理化性質(zhì)（表1）。試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為沙壤土，土壤pH值為4.78，有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀含量中等。

1.2 供試材料

供試作物品種為燕白黃瓜。育苗時(shí)間為2017年4月12日，移栽時(shí)間為4月28日。供試化肥包括氮肥[尿素（46%N）]，磷肥[過磷酸鈣（12%P2O5）]，鉀肥[硫酸鉀（50%K2O）]。供試有機(jī)肥料以豬糞為原料，N含量為34 g/kg、P2O5含量為 24 g/kg、K2O含量為18 g/kg、有機(jī)質(zhì)含量為 690 g/kg、含水量為25%，購自四川東環(huán)綠寶生物科技股份有限公司。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)2個(gè)施氮水平，即低氮水平{N1～N5處理，純氮總用量[包括有機(jī)肥氮（ON）和化肥氮的用量之和]為 150 kg/hm2}和高氮水平（N6～N10處理，純氮總用量為 225 kg/hm2），共11個(gè)處理（表2）：CK（無N）、N1（單施化肥氮）、N2[75% CN+25% ON（有機(jī)肥氮）]、N3（50% CN+50% ON）、N4（25% CN+75% ON）、N5（100% ON）、N6（全CN）、N7（75% CN+25% ON）、N8（50% CN+50% ON）、N9（25% CN+75% ON）、N10（100% ON）。每個(gè)處理重復(fù)3次，共33個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為20 m2。磷、鉀用量分別為 105 kg/hm2、300 kg/hm2（包含有機(jī)肥中磷、鉀用量，有機(jī)肥一次施完，磷、鉀肥不足的量用化肥補(bǔ)），有機(jī)肥和過磷酸鈣作底肥一次施用，氮肥、鉀肥底追比為1 ∶1。種植黃瓜的廂面為1.5 m寬，每廂2行，株距為40 cm，其他田間管理措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培一致。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

1.4.1 果實(shí)形態(tài)與產(chǎn)量測定 黃瓜結(jié)瓜盛期，每小區(qū)采5根黃瓜調(diào)查測量瓜長、瓜橫徑、單瓜質(zhì)量。黃瓜每次采收時(shí)，按照小區(qū)實(shí)際測產(chǎn)，最后進(jìn)行每個(gè)小區(qū)產(chǎn)量匯總。

1.4.2 果實(shí)品質(zhì)與養(yǎng)分測定 用2，4-二硝基苯肼比色法測定黃瓜維生素C含量，氨基酸水解后用自動(dòng)分析法測定其含量，用比色法測定硝酸鹽含量。果實(shí)和植株樣品烘干粉碎后采用凱氏定氮法測定全氮含量。

1.4.3 氮肥利用率與氮效率 根據(jù)氮的投入量和黃瓜對氮的吸收量，計(jì)算氮肥表觀利用率、氮素農(nóng)學(xué)效率與氮肥偏生產(chǎn)力。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)肥配施化學(xué)氮肥對黃瓜農(nóng)藝性狀的影響

由表3可見，該品種黃瓜長約20 cm，施用氮肥的各處理比無氮處理下黃瓜的各項(xiàng)農(nóng)藝性狀都有不同程度提升，在相同氮水平下有明顯的規(guī)律性：低氮水平下（N1～N5處理），瓜長隨施用化肥氮比例減少、有機(jī)肥氮比例增加呈先增后減的趨勢，瓜長以N2處理最高;當(dāng)?shù)教岣叩?25 kg/hm2時(shí)，瓜長的平均增幅比低氮水平時(shí)略大。無論在低氮水平還是高氮水平下，單施化學(xué)氮肥或者有機(jī)肥處理的瓜長都比有機(jī)肥和化學(xué)氮肥配施的短。施氮后黃瓜橫徑比無氮處理大，當(dāng)?shù)綖?50 kg/hm2時(shí)，仍然以N2處理最大，與CK相比，增幅為751%;當(dāng)?shù)綖?25 kg/hm2時(shí)，處理N8達(dá)最大值，增幅為9.54%。單瓜質(zhì)量在不同氮水平下分別也是這2個(gè)處理表現(xiàn)最佳。然而，對于氮的施用水平來說，綜合這3項(xiàng)農(nóng)藝性狀看，以處理N2最優(yōu)，既不影響黃瓜的果形大小和單瓜質(zhì)量，又節(jié)省了肥料用量。

2.2 有機(jī)氮肥配施化學(xué)氮肥對黃瓜產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，與無氮處理相比，各施氮處理的黃瓜產(chǎn)量均有所提高。當(dāng)?shù)视昧繛?225 kg/hm2 時(shí)，N10處理產(chǎn)量最高，顯著高于單施化學(xué)氮肥處理;不同比例有機(jī)肥和化學(xué)氮肥配施處理產(chǎn)量無顯著差異。當(dāng)純氮用量為150 kg/hm2時(shí)，N2處理產(chǎn)量最高，較其他處理增產(chǎn)明顯。因此，在 150 kg/hm2 施氮水平下，有機(jī)肥氮替代25%化肥氮能夠保證黃瓜的產(chǎn)量，不會(huì)降低其經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)化肥氮總量可以減少約1/4。

2.3 有機(jī)肥配施化學(xué)氮肥對黃瓜品質(zhì)的影響

從表4可以看出，在同一施氮水平下，全量化肥處理的維生素C含量都是最低的，甚至低于無氮處理;最高的處理為25% CN+75% ON。氨基酸含量也單施化學(xué)氮肥處理較低?？傮w趨勢是：有機(jī)肥替代部分化學(xué)氮肥處理提高了黃瓜維生素C、氨基酸含量，降低了硝酸鹽含量。由此可見，有機(jī)肥與化學(xué)氮肥配施不僅可以增加作物產(chǎn)量，而且還能改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。各處理中，以N4處理維生素C含量最高，而氨基酸含量有隨著有機(jī)肥氮比例增加而提高的趨勢，但差異不顯著。高氮水平下硝酸鹽含量普遍高于低氮水平各處理，這表明氮肥施用過量顯著增加了黃瓜硝酸鹽含量。氮用量為150 kg/hm2時(shí)，隨著有機(jī)肥氮比例的增加黃瓜硝酸鹽含量逐步下降;而氮用量為225 kg/hm2水平時(shí)無此規(guī)律。

2.4 有機(jī)氮肥配施化學(xué)氮肥對黃瓜氮肥利用率的影響

對于氮的吸收量來說，無氮處理由于氮素供應(yīng)不足，不論是植株還是果實(shí)，對氮的吸收量都顯著低于其余各施氮處理，僅為各施氮處理的一半左右。低氮水平下，植株吸氮量、果實(shí)吸氮量以及氮吸收總量均以N2處理最高，但各施氮處理間差異不顯著;高氮水平下，則以N9處理最高，各施氮處理間差異也不顯著。與單施化學(xué)氮肥相比，配施有機(jī)肥氮能夠提高黃瓜的氮肥表觀利用率。低氮水平下，N2處理的氮肥表觀利用率最高，達(dá)40.05%，與高氮水平下N6處理差異達(dá)顯著;高氮水平下，N9處理的氮肥表觀利用率最高。在高氮水平下，各處理氮肥表觀利用率均低于30%;而低氮水平下，除N1處理外，其他各處理均高于30%。由此可見，低氮水平各處理較高氮水平各處理的氮肥表觀利用率更高。

2.5 有機(jī)肥素配施化學(xué)氮肥對黃瓜氮肥效率的影響

低氮水平下，N2處理黃瓜氮素農(nóng)學(xué)效率和偏生產(chǎn)力最高，氮素農(nóng)學(xué)效率達(dá)到121.89 kg/kg，偏生產(chǎn)力高達(dá)645.3 kg/kg，顯著高于該氮水平下N5（單施有機(jī)氮肥）處理;在該氮水平下，N5處理氮素的農(nóng)學(xué)效率最低，僅41.44 kg/kg。高氮水平下，N6處理的氮素農(nóng)學(xué)效率和氮肥偏生產(chǎn)力最低。低氮水平下的氮肥偏生產(chǎn)力普遍高于高氮水平各處理，差異達(dá)顯著水平。相同比例的有機(jī)肥與化肥配施下，低氮處理的氮素農(nóng)學(xué)效率普遍高于高氮處理，說明增加氮肥用量，氮素農(nóng)學(xué)效率反而會(huì)降低，高氮水平施氮量已顯得過量。氮肥偏生產(chǎn)力也是高氮處理普遍低于低氮處理。

3 結(jié)論與討論

黃瓜生物量大，開花結(jié)果期長，屬于多次采收作物，因此需要長效肥料持續(xù)供應(yīng)養(yǎng)分。有機(jī)肥與化肥搭配施用，才能充分發(fā)揮肥料緩效與速效相結(jié)合的優(yōu)點(diǎn)，調(diào)控蔬菜的生長與品質(zhì)[12]。有機(jī)肥與化肥配施對提高氮肥利用率十分有利，但不同原料的有機(jī)肥養(yǎng)分含量差異較大，且適宜用量不易準(zhǔn)確把握，施用過多會(huì)導(dǎo)致當(dāng)季作物減產(chǎn)，施用過少對提升蔬菜品質(zhì)和改良土壤結(jié)構(gòu)的作用又不明顯。因此，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，可以按照當(dāng)季黃瓜施用氮總量的25%左右折算為有機(jī)肥氮用量來施用。有機(jī)氮肥與化學(xué)氮肥的最佳組合為75% CN+25% ON，使有機(jī)肥氮替代量約25%化肥氮，既能夠保證黃瓜的產(chǎn)量，氮素農(nóng)學(xué)效率、氮肥偏生產(chǎn)力以及氮肥表觀利用率最高，品質(zhì)指標(biāo)維生素C和氨基酸含量也較高，硝酸鹽含量較低;還能使化肥氮用量減少約1/4，在節(jié)約生產(chǎn)成本的同時(shí)，大大減少了對環(huán)境的氮排放。以禽畜糞便為主要原料的有機(jī)肥氮含量較其他種類有機(jī)肥高，施用量可相應(yīng)減少。

在該試驗(yàn)區(qū)域，由于連續(xù)種植蔬菜，土壤有效氮、磷、鉀較高，因此，特別要控制氮的用量。氮素過多易造成落花、落果現(xiàn)象嚴(yán)重，有時(shí)也會(huì)導(dǎo)致其他營養(yǎng)元素缺乏癥[13]。閔炬等指出，隨著施肥量的增加，蔬菜從土壤中吸收的NO-3也增加，而NO-3還原的速度趕不上吸收的速度，從而造成NO-3大量積累[14-15]。在本試驗(yàn)中，適量的化學(xué)氮肥與有機(jī)氮肥配施即使在低氮水平下也并未使黃瓜減產(chǎn)，同時(shí)，還可以降低果實(shí)中硝酸鹽累積的風(fēng)險(xiǎn)。由此可見，肥料的平衡施用以及有機(jī)肥和化學(xué)氮肥配施不僅能減少氮用量，而且能提高作物對氮的利用效率。在試驗(yàn)區(qū)相當(dāng)肥力水平土壤上種植露地黃瓜，從試驗(yàn)設(shè)計(jì)的2個(gè)施氮水平來看，最佳氮總用量為 150 kg/hm2。氮肥用量由225 kg/hm2減量為 150 kg/hm2 后，氮的利用率顯著提高。選擇適宜的氮肥用量以及有機(jī)肥和化學(xué)氮肥配施是蔬菜生產(chǎn)中減肥增效的重要措施。

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收稿日期：2019-08-15

基金項(xiàng)目：四川省科技計(jì)劃（編號：2017NZ0080）;四川省財(cái)政專項(xiàng)資金（編號：2017CYTS-014）;國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（編號：2018YFD0201210-3）;四川省財(cái)政創(chuàng)新能力提升工程專項(xiàng)（編號：2019QNJJ-016）。

作者簡介：喻 華（1981—），女，重慶人，碩士，副研究員，主要從事植物營養(yǎng)與蔬菜高效施肥研究。E-mail：348017117@qq.com。

通信作者：秦魚生，博士，研究員，主要從事植物營養(yǎng)與施肥研究。E-mail：shengyuq@126.com。