有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮對(duì)高砂土西瓜產(chǎn)量?品質(zhì)和土壤肥力的影響

摘要 以西瓜品種“美都”為試材，研究等氮施肥條件下單施化肥（SNF）、有機(jī)氮替代20%無(wú)機(jī)氮（SNF+OF1）和有機(jī)氮替代30%無(wú)機(jī)氮（SNF+OF2）對(duì)土壤肥力和西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)以及養(yǎng)分吸收的影響，探索最佳有機(jī)肥氮替代比例，以期為泰州市姜堰區(qū)高砂土設(shè)施西瓜栽培提供合理施肥的科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，與SNF處理相比，SNF+OF1和SNF+OF2處理提高了土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷和速效鉀含量，其中速效鉀增幅均超過(guò)50%；普遍提升了西瓜單果重和商品果率，增產(chǎn)2.33%～11.82%，增幅隨替代比例增加而增大；改善了果實(shí)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，顯著提升西瓜可溶性糖含量11%左右，降低硝酸鹽含量高達(dá)20%。主成分分析顯示SNF+OF2處理綜合得分最高。綜上，SNF+OF2處理較適合高砂土西瓜種植，與SNF處理相比，SNF+OF2處理增產(chǎn)11.82%，西瓜氮磷鉀含量和可溶性糖分別增加4.46%、6.01%、8.55%和10.86%，硝酸鹽降低21.68%。

關(guān)鍵詞 等氮替代；菇渣有機(jī)肥；西瓜；高砂土；營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)

中圖分類號(hào) S 651 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2024）23-0151-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.23.032

Effects of Partial Substitution of Chemical Nitrogen with Organic Fertilizer on Soil Fertility， Yield and Fruit Quality of Watermelon Growing in Sand-based Field

HEI Ruo-nan1，2， YAO Yi1，2， XU Ye-hong1，2 et al

（1. Institute of Agricultural Resources and Environment， Jiangsu Academy of Agricultural Sciences， Nanjing， Jiangsu 210014;2.National Agricultural Experimental Station for Agricultural Environment， Nanjing， Jiangsu 210014）

Abstract Taking the watermelon variety "Meidu" as the test material， a field polt experiment was carried out with the synthetic nitrogen fertilizer （SNF）， the substiution 20% inorganic-N with organic-N （SNF+OF1）， and the substiution 30% inorganic-N with organic-N （SNF+OF2） treatments to investigate the effects of organic replacement on soil fertility and watermelon yield， quality and nutrient uptake， in order to find out the suitable organic replacement ratio and provide a scientific basis for reasonable fertilization for watermelon cultivation in sand-based field in Jiangyan District， Taizhou. The results showed that SNF+OF1 and SNF+OF2 treatments increased soil organic matter， total N， available P and available K compared to SNF treatment， with available K increased more than 50%;generally increased weight per fruit and commercial rate and increased yield by 2.33%-11.82%， with the increase increasing with the substitution ratio. These two treatments also improved the nutritional quality of watermelon， significantly increased the soluble sugar content by 11% and reduced the nitrate content by up to 20%. The principal component analysis showed that SNF+OF2 treatment was more suitable for the local watermelon production. Compared with SNF treatment， SNF+OF2 increased yield by 11.82%， increased the NPK uptake and soluble sugar of fruit by 4.46%， 6.01%， 8.55% and 10.86%， respectively， and decreased the nitrate content by 21.68%.

Key words Equal nitrogen substitution;Mushroom residue organic fertilizer;Watermelon;Sand-based field;Nutritional quality

基金項(xiàng)目 江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目（CX（21）3098）。

作者簡(jiǎn)介 黑若楠（1994—），女，陜西綏德人，助理研究員，碩士，從事土壤改良與微生物菌劑研發(fā)。*通信作者，研究員，博士，從事土壤改良與功能肥料研究。

收稿日期 2024-01-30

江蘇省西瓜種植歷史悠久，主產(chǎn)區(qū)集中在蘇中和蘇北。江蘇省泰州市姜堰區(qū)是蘇中西瓜優(yōu)勢(shì)產(chǎn)區(qū)之一，目前全區(qū)種植面積約280.11 hm2，產(chǎn)量36 540 kg/hm2［1］，其中顧高鎮(zhèn)是該區(qū)西瓜主要的生產(chǎn)基地，近年基地西瓜產(chǎn)值近億元。顧高鎮(zhèn)土種以高砂土為主，土壤有機(jī)質(zhì)及其他養(yǎng)分含量較低，而西瓜是喜肥作物，為獲得較高經(jīng)濟(jì)收益，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶往往會(huì)大量施用化肥，尤其是化學(xué)氮肥，少施或不施有機(jī)肥。不合理的施肥方式不僅易引起土壤板結(jié)酸化、次生鹽漬化、肥力下降等問(wèn)題，還會(huì)導(dǎo)致西瓜營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量的下降等。設(shè)施栽培條件下，土壤質(zhì)量問(wèn)題更加突出［2］。

有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮可減緩?fù)寥浪峄M(jìn)程，改善土壤物理結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤微生物活力和酶活性，培肥土壤，進(jìn)而提高作物營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)［3-5］。但有機(jī)氮替代比例過(guò)高會(huì)影響作物生長(zhǎng)，特別是產(chǎn)量，適宜的替代比例才能實(shí)現(xiàn)作物穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和果實(shí)品質(zhì)提升。而適宜有機(jī)氮替代比例受土壤肥力、氮肥施用量和有機(jī)肥種類等因素的影響［6-7］，需要“因地制宜”地研究確定。譚軍利等［8］、李羽佳［9］和杜少平等［10］分別在寧夏壓砂產(chǎn)區(qū)、西南重慶地區(qū)和黃土高原砂田研究了不同有機(jī)氮替代比例對(duì)西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，結(jié)果顯示，適宜替代水平集中在35% ～ 100%，地區(qū)間跨度較大。而關(guān)于泰州市姜堰區(qū)高砂土設(shè)施西瓜最適有機(jī)氮替代比例的研究，目前未見(jiàn)報(bào)道。

筆者以泰州市姜堰區(qū)廣泛種植的西瓜品種“美都”為試材，研究有機(jī)氮替代不同比例無(wú)機(jī)氮對(duì)西瓜產(chǎn)量、品質(zhì)、養(yǎng)分吸收及土壤肥力的影響，提出適合當(dāng)?shù)卦O(shè)施西瓜種植的有機(jī)氮最佳替代比例，以期為泰州市姜堰區(qū)高砂土優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)西瓜種植中減施化肥、科學(xué)配施有機(jī)肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于江蘇省泰州市姜堰區(qū)顧高鎮(zhèn)顧高村（120°10′E，32°22′N），屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫14.5 ℃；年降水量991.7 mm，無(wú)霜期215 d。試驗(yàn)地土壤為高砂土，試驗(yàn)前土壤pH 7.35，電導(dǎo)率884 μS/cm，有機(jī)質(zhì)10.53 g/kg，全氮0.83 g/kg，速效鉀92 mg/kg，有效磷24.80 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試西瓜品種為“美都”。

供試有機(jī)肥為菇渣有機(jī)肥，有機(jī)肥pH ThIJZztzHfKZGGxwU0S1+Q==7.66，電導(dǎo)率8.16 mS/cm，有機(jī)質(zhì)365 mg/kg，N、P2O5和K2O 含量分別為14.9、12.6和31.8 mg/kg。其他化學(xué)肥料：復(fù)合肥（15-15-15）、尿素（N 46%）、磷酸一銨（N 12%、P2O5 61%）和硫酸鉀（K2O 50%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

基于高砂土有機(jī)質(zhì)含量偏低和農(nóng)戶常規(guī)施肥習(xí)慣，設(shè)置3個(gè)處理，處理①單施化肥（SNF），即農(nóng)戶常規(guī)施肥模式作為常規(guī)對(duì)照；處理②20%有機(jī)氮+80%無(wú)機(jī)氮（SNF+OF1）；處理③30%有機(jī)氮+70%無(wú)機(jī)氮（SNF+OF2）。各處理總氮投入量均為67.5 kg/hm2，處理①單施450 kg/hm2復(fù)合肥，處理②和③分別施2 490和3 450 kg/hm2有機(jī)肥等氮替代化肥，再對(duì)照處理①施尿素、磷酸一銨和硫酸鉀補(bǔ)足養(yǎng)分。

各處理設(shè)3個(gè)重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)，在同一個(gè)棚內(nèi)，小區(qū)長(zhǎng)6 m，寬4 m，隨機(jī)區(qū)組排列。2021年4月16日一次性施肥后覆土旋耕，4月19日移栽定植，株距25 cm，6月7—9日授粉，7月12日采收。期間各小區(qū)田間管理相同。

1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤養(yǎng)分。

西瓜收獲后每個(gè)小區(qū)采集3個(gè)土壤樣品，采樣深度為0～20 cm，每個(gè)樣品均為多點(diǎn)混合，剔根風(fēng)干后，過(guò)20目和100目篩保存，后續(xù)土壤理化指標(biāo)測(cè)定方法參考《土壤農(nóng)化分析》［14］。取20目土樣，土液比1∶5，振蕩5 min，靜置30 min后測(cè)定pH；采用NaHCO3浸提-鉬藍(lán)比色法測(cè)定有效磷，采用醋酸銨浸提-火焰光度法測(cè)定速效鉀。取100目土樣，采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定有機(jī)質(zhì)，采用開(kāi)氏法-定氮儀測(cè)定全氮。

1.4.2 西瓜生物量、產(chǎn)量、單瓜重以及商品果率。

實(shí)測(cè)各小區(qū)西瓜總產(chǎn)量與5條瓜藤重，后根據(jù)總藤數(shù)估算各小區(qū)地上部分生物量（后稱生物量）。統(tǒng)計(jì)各小區(qū)西瓜數(shù)和商品果（單瓜重>3.5 kg）數(shù)，計(jì)算各小區(qū)商品果單瓜重（后稱單瓜重）和商品果率，商品果率=小區(qū)商品果個(gè)數(shù)/小區(qū)西瓜個(gè)數(shù)×100%。

1.4.3 西瓜品質(zhì)與養(yǎng)分含量。

選擇每個(gè)小區(qū)同一天授粉、大小相近的3個(gè)西瓜進(jìn)行品質(zhì)測(cè)定，測(cè)定方法參考《土壤農(nóng)化分析》［11］。取每個(gè)瓜中間相同位置的果肉，研磨勻漿后，可溶性糖含量用蒽酮-硫酸比色法測(cè)定，硝酸鹽含量用水楊酸-硫酸比色法測(cè)定，維生素C含量用2，6-二氯酚靛酚染色法測(cè)定。西瓜果實(shí)殺青烘干粉碎后，H2SO4-H2O2消煮，分別測(cè)定果實(shí)氮磷鉀含量。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用 Microsoft Excel 2016整理數(shù)據(jù)與制表，Graphpad prism 9制圖，SPSS 25.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮對(duì)土壤肥力的影響

由表1可知，有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮對(duì)土壤速效鉀影響顯著，各處理土壤速效鉀含量在108.67～191.33 mg/kg，SNF+OF2處理顯著高于SNF處理，增幅為76.06%。除速效鉀外，各處理土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全氮和有效磷均無(wú)顯著差異。各處理土壤的pH為7.34～7.44，SNF+OF2處理比SNF處理增加了0.07。有機(jī)質(zhì)和全氮表現(xiàn)為SNF+OF2 >SNF+OF1 >SNF，較SNF處理，SNF+OF1和SNF+OF2處理有機(jī)質(zhì)增幅為1.41%和14.56%，全氮增幅為4.88%和6.10%。對(duì)于有效磷，SNF+OF1和SNF+OF2處理比SNF處理分別增加了20.80%和25.73%。

通過(guò)與試驗(yàn)前土壤各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮處理土壤的養(yǎng)分含量有所提升，具體表現(xiàn)為SNF+OF1和SNF+OF2處理有機(jī)質(zhì)由試驗(yàn)前基礎(chǔ)土的10.53 g/kg分別提高至12.26和13.85 g/kg，提升幅度為16.43%和31.53%；土壤全氮較試驗(yàn)前也略有增加，增幅均在4%左右；速效鉀較試驗(yàn)前均大幅增加，這可能與菇渣有機(jī)肥有效形態(tài)鉀含量較高有關(guān)。

2.2 有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮對(duì)西瓜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由圖1可知，SNF、SNF+OF1和SNF+OF2處理的生物量分別為34 040.62、34 468.85和37 111.64 kg/hm2，產(chǎn)量分別為31 010.81、31 733.07和34 677.66 kg/hm2，與SNF處理相比，SNF+OF1和SNF+OF2處理產(chǎn)量分別增加2.33%和11.82%，處理間差異不顯著。SNF、SNF+OF1和SNF+OF2處理的單瓜重分別為3.77、4.13和4.30 kg，商品果率分別為73%、76%、78%，SNF+OF1和SNF+OF2處理單瓜重和商品果率均高于SNF處理，但差異不顯著，其中SNF+OF2處理單瓜重較SNF處理增幅最大，為14.06%?？傮w來(lái)看，有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮處理不同程度地提高了西瓜生物量和產(chǎn)量、商品果率和單瓜重，SNF+OF2處理表現(xiàn)優(yōu)于SNF+OF1處理。

2.3 有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮對(duì)西瓜養(yǎng)分吸收的影響

由圖2可知，在等氮條件下，有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮處理可提升西瓜鉀含量，與SNF處理相比9Ho4VcMmxm3w4A3C8EtfzkMrvouwhW0+ndTCs5XatxE=，SNF+OF1和SNF+OF2處理西瓜鉀含量分別增加6.18%和8.55%，處理間差異不顯著。3個(gè)處理西瓜氮和磷含量均為SNF+OF2 > SNF > SNF+OF1，SNF+OF2處理西瓜氮和磷含量較SNF處理分別增加4.46%和6.01%。綜合來(lái)看，SNF+OF2處理在養(yǎng)分吸收方面的表現(xiàn)稍優(yōu)于SNF+OF1處理。

2.4 有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮對(duì)西瓜品質(zhì)的影響

由表2可知，與SNF處理相比，有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮處理可顯著增加西瓜可溶性糖含量，大幅降低硝酸鹽含量，SNF+OF1和SNF+OF2處理的西瓜可溶性糖含量較SNF處理分別增加11.76%和10.87%，硝酸鹽含量較SNF處理分別降低8.47%和21.68%。在維生素C和中心可溶性固形物含量方面，SNF+OF1和SNF+OF2處理較SNF處理均有所增加，但差異不顯著，其中維生素C含量增幅較大，均在7%左右。3個(gè)處理中，SNF+OF1處理西瓜中心和邊際可溶性固形物含量最高，中邊差最小，為0.33%，說(shuō)明該處理提升了果實(shí)整體營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

2.5 有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮對(duì)西瓜影響的綜合評(píng)價(jià)

不同處理的西瓜產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和品質(zhì)不同，采用主成分分析進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。首先利用SPSS 25.0將產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收和品質(zhì)3個(gè)方面的13個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，然后進(jìn)行主成分分析。結(jié)果見(jiàn)表3，前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率即達(dá)69.40%。具體來(lái)看，主成分1代表性指標(biāo)為生物量、產(chǎn)量、果實(shí)鉀含量；主成分2的代表性指標(biāo)為商品果率；主成分3的代表性指標(biāo)為果實(shí)可溶性糖和可溶性固形物。

根據(jù)主成分各指標(biāo)的特征系數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化后的值得到3個(gè)線性組合，將方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，通過(guò)每個(gè)線性組合乘以各自權(quán)重值得到各處理綜合得分，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。不同施肥處理的綜合排名為SNF+OF2 > SNF+OF1 > SNF，綜合得分越高說(shuō)明該處理效果越優(yōu)，SNF+OF2處理綜合得分為0.61，排名最高，表明有機(jī)氮替代30%無(wú)機(jī)氮處理施肥效果最好。

3 討論與結(jié)論

江蘇省泰州市姜堰區(qū)的高砂土土質(zhì)松軟，適合西瓜生長(zhǎng)，但土壤肥力不足，保水保肥性差。為保證產(chǎn)量，近年來(lái)農(nóng)戶在種植西瓜時(shí)大量使用化肥，尤其是化學(xué)氮肥，導(dǎo)致土壤質(zhì)量明顯下降。有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮是實(shí)現(xiàn)化肥減量、土壤培肥的重要措施。該研究結(jié)果顯示，SNF+OF1與SNF+OF2處理較SNF處理相比，土壤pH處理間無(wú)顯著差異；有機(jī)質(zhì)和全氮含量略有增加，且增幅隨替代比例的增加而增大；有效磷和速效鉀含量均增高，其中速效鉀增幅均超過(guò)50%。這與任少鵬等［7］和張慶等［12］研究結(jié)果基本一致。速效鉀大幅增加一方面可能是因?yàn)楣皆锈浐扛?，另一方可能是因?yàn)橄噍^化肥，有機(jī)肥鉀素在土壤中固定程度低，因此其有效性更高［13］。

適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)氮替代比例才可使作物增產(chǎn)［3］。胡國(guó)智等［14］與任少鵬等［7］研究表明，25%有機(jī)氮替代一茬，西甜瓜產(chǎn)量較單施化肥可增加4%左右。該研究結(jié)果顯示，SNF+OF1與SNF+OF2處理的地上部生物量、產(chǎn)量、單瓜重和商品果率與SNF處理相比雖差異不顯著，但均有所增加，且增幅隨替代比例的增加而增大；其中SNF+OF2處理較SNF處理的產(chǎn)量和單瓜重增幅分別為11.82%、14.09%，商品果率增加4.13%。SNF+OF2處理增產(chǎn)與該處理西瓜氮磷鉀含量的增加密切相關(guān)。與SNF處理相比，SNF+OF2處理西瓜氮磷鉀含量均增加，增幅分別為4.46%、6.01%和8.55%。

研究顯示，有機(jī)氮部分替代無(wú)機(jī)氮可改善果蔬風(fēng)味、提高果蔬品質(zhì)［15-16］。劉璐等［17］發(fā)現(xiàn)雙孢菇渣有機(jī)肥可提升西瓜品質(zhì)，特別是西瓜可溶性蛋白含量。該研究結(jié)果表明，與SNF處理相比，SNF+OF1和SNF+OF2處理的西瓜硝酸鹽含量大幅降低，降幅分別為8.47%和21.68%；可溶性糖含量顯著增加，增幅均為11%左右；維生素C和中心可溶性固形物含量略微增加，中邊差均有提升。而西瓜硝酸鹽含量大幅降低，一方面可能是有機(jī)肥中的有機(jī)質(zhì)促進(jìn)了土壤反硝化過(guò)程，減少了土壤中硝態(tài)氮濃度，降低了西瓜對(duì)硝酸鹽的積累［18］，另一方面可能是含有豐富氨基酸的菇渣有機(jī)肥向西瓜提供了大量氨基酸形態(tài)的氮，抑制了西瓜吸收NO3-［19-20］。

有機(jī)氮替代無(wú)機(jī)氮存在最佳比例。研究表明，對(duì)于水稻、小麥等大田作物，有機(jī)氮的最佳替代比例在20%～ 45%［3，6］，而西瓜、芒果等水果類經(jīng)濟(jì)作物，其最佳替代比例為10%～ 100%［7-8，16］，范圍較寬。為確定最適合高砂土西瓜的有機(jī)氮替代比例，該研究采用主成分分析法對(duì)3個(gè)處理西瓜的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，SNF+OF2處理在提

升產(chǎn)量，商品果率、單瓜重、果實(shí)氮磷鉀含量以及降低果實(shí)硝酸鹽等方面表現(xiàn)最優(yōu)，綜合得分最高。

綜上所述，有機(jī)氮替代30%無(wú)機(jī)氮更適合高砂土設(shè)施西瓜種植，該處理在培肥土壤、提高西瓜氮磷鉀含量和改善品質(zhì)的基礎(chǔ)上，還能實(shí)現(xiàn)11.82%的增產(chǎn)（與單施化肥相比），有較大的推廣潛力。

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