硅鈣鉀鎂肥對減氮后水果黃瓜產(chǎn)量和氮肥利用率的影響

黃奇?zhèn)?，盧惠敏，吳伊鑫，梁永超，彭紅云

（浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，教育部污染環(huán)境修復(fù)與生態(tài)健康重點實驗室，浙江 杭州 310058）

硅鈣鉀鎂肥料由高溫煅燒磷石膏、鉀長石制成，是一種常見的酸性土壤調(diào)理劑，含有硅、鈣、鉀、鎂、磷等作物所需的大中量元素。與石灰相比，硅鈣鉀鎂肥具有養(yǎng)分充足多元優(yōu)勢，能夠提高酸性水稻土pH 值，增加耕層土壤鹽基離子含量，降低土壤交換性鋁含量［1］。硅元素有利于植物生長和作物高產(chǎn)，并能抵抗不同環(huán)境下的生物或非生物脅迫［2］。硅元素可通過增加小麥根系分泌的有機酸來活化根際磷，從而上調(diào)根系中磷轉(zhuǎn)運體的表達(dá)［3］；顯著降低生姜瘟病的發(fā)病率，提高生姜產(chǎn)量［4］。硅鈣鉀鎂對改良土壤、作物增量和抗病性有明顯效果。

水果黃瓜外形美觀、口感好、營養(yǎng)品質(zhì)高，是我國新開發(fā)的設(shè)施栽培蔬菜。水果黃瓜是一種根系敏感作物［5］。在設(shè)施蔬菜生產(chǎn)中，沿襲過去高肥高產(chǎn)的生產(chǎn)經(jīng)驗，種植戶為了獲得高產(chǎn)和高經(jīng)濟(jì)效益而大量施用化肥［6］。不合理的施肥導(dǎo)致土壤次生鹽漬化，尤其是硝酸鹽含量的增加，從而抑制設(shè)施蔬菜的生長發(fā)育［7-8］。張維理等［9］認(rèn)為溫室內(nèi)蔬菜、花卉等經(jīng)濟(jì)作物的化肥施用量要高于水稻等低施肥量作物，這是農(nóng)田氮排放的主要來源之一，因此有必要減少溫室作物的化肥施用量，提高其利用效率。到目前為止，硅鈣鉀鎂肥料應(yīng)用于減少集約化溫室蔬菜種植中肥料用量的報道較少，本研究選擇兩種不同品種的水果黃瓜為試驗材料，通過田間試驗研究施硅減氮后對氮肥利用率、水果黃瓜產(chǎn)量和硝酸鹽含量的影響，探討減氮條件下施硅鈣鉀鎂肥對水果的增產(chǎn)增效作用。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)狀況

試驗地點位于浙江省嘉興市八福生態(tài)農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司農(nóng)場，土壤基本化學(xué)性質(zhì)如表1 所示，為中等肥力菜園土。

1.2 試驗材料

供試水果黃瓜：品種Ⅰ“碧禧”，購自嘉興先豐種業(yè)有限公司。品種Ⅱ“夏之光”，購自瑞克斯旺出口公司。供試肥料：粉狀硅鈣鉀鎂肥，有效硅（SiO2）31.0%、鈣（CaO）28.7%、鉀（K2O）4.8%、鎂（MgO）4.1%，由中材鼎原生態(tài)肥業(yè)有限公司提供，平均粒徑為6.319μm，比表面積0.95 m2·g-1；有機肥干羊糞（含氮量1.6%）；緩控釋復(fù)合肥愛果利豐（N-P2O5-K2O 為16-10-16）。

表1 試驗區(qū)基礎(chǔ)土壤化學(xué)性質(zhì)

1.3 試驗設(shè)計

采用王頎等［10］施肥方案結(jié)合當(dāng)?shù)厥┓柿?xí)慣，確定小區(qū)常規(guī)肥料量與氮肥減施量。施用有機肥干羊糞（68 kg）、緩控釋復(fù)合肥愛果利豐（1.1 kg），小區(qū)總施氮量為有機肥+復(fù)合肥（1.26 kg）。有機肥與復(fù)合肥同時減少30%氮施入量即為減施30%氮肥。

對黃瓜品種Ⅰ（碧禧）和黃瓜品種Ⅱ（夏之光），設(shè)計如下4 組施肥方式（全文以“+Si”代表施入硅鈣鉀鎂肥）（表2）：對照組（CK），常規(guī)施肥；減氮組（-N），減施30%氮肥（有機肥、復(fù)合肥同時減少30%施入量）；施硅鈣鉀鎂組（+Si），常規(guī)施肥+硅鈣鉀鎂組（Si 1.46 kg）；減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si），減施30%氮肥+Si 1.46 kg。具體施肥方式與施肥量見表2。

表2 各處理具體施肥方式與施肥量

每個黃瓜品種各處理重復(fù)3 次，隨機布置小區(qū)。每個小區(qū)面積為19.5 m2（1 壟，1.5 m×13 m），每壟兩行，小區(qū)間橫向間隔0.6 m，縱向間隔1 m。2020 年5 月15 日育苗，5 月31 日在各試驗小區(qū)分別施入有機肥、復(fù)合肥和硅鈣鉀鎂肥，翻耕與土壤拌勻作為基肥，6 月4 日移苗定植，7 月14 日盛果期取土、收獲果實，分別測定硝酸鹽含量、土壤堿解氮含量。采用滴灌方式澆水，在產(chǎn)量測定周期內(nèi)每3 日收獲一次，各小區(qū)分別稱重測產(chǎn)，測產(chǎn)周期30 日。

1.4 項目測定、方法及分析

1.4.1 指標(biāo)測定

盛果期取樣，每個處理取4 ～5 個果型、大小、成熟度一致的果實；同時，在小區(qū)內(nèi)按照五點取樣法取耕層土壤（0 ～20 cm）。采用紫外分光光度法測定果實中的硝酸鹽含量（GB 5009.33-2016）。土樣風(fēng)干混勻后，采用堿解擴(kuò)散法測定土壤堿解氮含量［11］。

1.4.2 氮肥利用率

氮肥偏生產(chǎn)力（kg·kg-1）=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量［12］。

1.4.3 數(shù)據(jù)分析

用Origin 2017 進(jìn)行單因素方差分析、相關(guān)性分析和作圖，用最小顯著性差異法（LSD）比較，檢驗在P ≤0.05 情況下平均值之間差異的顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 硅鈣鉀鎂肥對水果黃瓜生長的影響

由表3 可知，與常規(guī)施肥的對照組（CK）相比較，兩種水果黃瓜的減氮組（-N）均顯著減產(chǎn)，品種Ⅰ和品種II 的減產(chǎn)率分別為13.87%和14.22%；增施硅鈣鉀鎂肥后，兩種水果黃瓜均顯著增產(chǎn)，施硅鈣鉀鎂組（+Si）的品種Ⅰ和品種Ⅱ的小區(qū)產(chǎn)量最高，分別為61.24 和61.75 kg，平均增產(chǎn)率分別為14.10%和16.51%。減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si）的品種Ⅰ和品種II 小區(qū)產(chǎn)量分別為57.60和55.29 kg，均顯著高于其對照組。由兩個品種間對比可知，除品種Ⅰ的減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si）小區(qū)產(chǎn)量顯著大于品種II 外，其余處理組的小區(qū)產(chǎn)量無顯著差異。

施硅鈣鉀鎂組（+Si）的水果黃瓜單果重最大，品種Ⅰ和品種II 分別為128.60 和125.37 g，均顯著高于相應(yīng)的減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si），兩種處理的單果重顯著高于其對照組（CK）和減氮組（-N）。由兩個品種間對比可知，除品種Ⅰ的施硅鈣鉀鎂組（+Si）單果重顯著大于品種II 外，其余處理組的單果重?zé)o顯著差異。

因此，施硅鈣鉀鎂組、減氮施硅鈣鉀鎂組均能顯著提高水果黃瓜的產(chǎn)量和單果重，且效果顯著。

2.2 施硅鈣鉀鎂肥對水果黃瓜氮肥利用率的影響

氮肥偏生產(chǎn)力是指施肥后的作物產(chǎn)量與施氮肥量的比值，反映作物吸收肥料氮和土壤氮后所產(chǎn)生的邊際效應(yīng)［12］。由表4 可知，施硅鈣鉀鎂組（+Si）和減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si），品種Ⅰ的氮肥偏生產(chǎn)力分別為48.31 和64.92 kg·kg-1，品種Ⅱ的氮肥偏生產(chǎn)力分別為48.71 和62.31 kg·kg-1，組間無顯著差異且均大于對照組（CK）。品種Ⅰ和品種Ⅱ的氮肥偏生產(chǎn)力均表現(xiàn)為減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si）＞減氮組（-N）＞施硅鈣鉀鎂組（+Si）＞對照組（CK）。

此外，對比兩種水果黃瓜的對照組（CK）與施硅鈣鉀鎂組（+Si），施硅鈣鉀鎂肥后土壤堿解氮含量顯著變低，提高了土壤氮素利用效率。對比兩種水果黃瓜的減氮組（-N）與減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si）組，同樣可得到相同結(jié)論。

因此，減氮后施硅鈣鉀鎂肥，可顯著提高氮肥偏生產(chǎn)力和土壤氮素利用效率，且在兩種黃瓜品種的處理中均有顯著效果。

表4 施用硅鈣鉀鎂肥對水果黃瓜氮肥利用率的影響

2.3 施硅鈣鉀鎂肥對水果黃瓜硝酸鹽含量影響

由圖1 可知，品種I 的對照組（CK）硝酸鹽含量最高為360.96 mg·kg-1，其處理組均比對照組（CK）顯著降低，減氮組（-N）、施硅鈣鉀鎂組（+Si）和減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si）的降幅分別為27.78%、37.68%和42.52%。施硅鈣鉀鎂組（+Si）和減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si）對比，減施氮量顯著降低硝酸鹽含量。品種Ⅱ硝酸鹽變化規(guī)律與品種I 完全一致。

品種Ⅱ和品種I 對比，品種Ⅱ的對照組（CK）、施硅鈣鉀鎂組（+Si）和減氮施硅鈣鉀鎂組（-N+Si）硝酸鹽含量顯著小于品種I，而兩個品種的減氮組（-N）間無顯著差異。

因此，減少施氮量和施用硅鈣鉀鎂肥，均能顯著降低水果黃瓜果實中的硝酸鹽含量，且品種Ⅱ的硝酸鹽含量低于品種I。

圖1 施用硅鈣鉀鎂肥對水果黃瓜硝酸鹽含量的影響

3 討論

試驗結(jié)果表明，在減少氮肥施用量的條件下，施用硅鈣鉀鎂肥可提高產(chǎn)量和氮肥利用率。提高產(chǎn)量的原因很多，首先是硅導(dǎo)致表皮細(xì)胞硅質(zhì)化，莖稈挺直并減少葉片遮陰，葉片中的硅質(zhì)化細(xì)胞對日光的透散射量較其他類型的細(xì)胞將近大10 倍，可增強葉片的光合作用，促進(jìn)水果黃瓜前中期的生長［13］，為增產(chǎn)奠定了良好基礎(chǔ)。另外，可能與硅能促進(jìn)植物根系生長、提高作物對水分的吸收效率、增加植物葉片中酶活性、增加植物根系和葉片ATP 酶活性等有關(guān)［14-15］；還可能是由于硅能提高土壤中微量元素（如鈣、鉬、硼等）活性、增加作物對其的吸收，而且硅能提高超氧化物歧化酶、過氧化物酶、硝酸還原酶活性，促進(jìn)作物生長［16-17］。同時，硅鈣協(xié)同效應(yīng)可以提高水分利用率和光合效率，促進(jìn)干物質(zhì)積累亦是可能原因之一［18］。

根據(jù)歐洲食品安全局調(diào)查顯示，人類通過膳食攝入硝酸鹽，其中有50%～70%來自果蔬［19］，過量攝入硝酸鹽會導(dǎo)致嬰兒患上高鐵血紅蛋白血癥［20］；通過外源性硝酸鹽攝入使內(nèi)源性N-亞硝基化合物合成增加，導(dǎo)致動物癌變、畸變和糖尿病的風(fēng)險增加［21］。在本試驗中，硅鈣鉀鎂肥顯著提高了水果黃瓜的氮肥利用率，且降低了水果黃瓜中的硝酸鹽含量。例如施硅鈣鉀鎂并減少氮肥施用量的處理組，其水果黃瓜中的硝酸鹽含量較對照組降低了42.52%，這可能是由多方面因素引起：其一可能是硅使植物細(xì)胞中葉綠體增大、基粒增多，提高ATP 酶活性，促進(jìn)光合作用的同時，為硝酸鹽還原酶和亞硝酸鹽還原酶提供充足的能量，用于還原成銨，最后為蛋白質(zhì)合成提供原料，從而降低了植株體內(nèi)硝酸鹽含量［14，22］；其二有可能是施硅提高了植株體內(nèi)硝酸鹽還原酶活性，提高了硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化率，降低植株中的硝酸鹽含量［23］，從而降低了果實中硝酸鹽含量；其三可能是施硅可以增加土壤和植物體內(nèi)的鉬含量，降低果蔬中的硝酸鹽積累［17，24］。

4 結(jié)論

在本試驗條件下，減少氮肥施用量后施用硅鈣鉀鎂肥，可提高水果黃瓜產(chǎn)量和氮肥利用率，顯著降低水果黃瓜的硝酸鹽含量。