减肥减水对温室黄瓜养分吸收、产量及土壤质量的影响

2018-03-20李丽君白光洁

中国土壤与肥料 2018年1期

唐珧,李丽君,刘平,白光洁

(1.山西大学生物工程学院,山西太原 030006；2.山西省农业科学院农业环境与资源研究所，山西省土壤环境与养分资源重点实验室，山西太原 030031)

生活水平的提高使得人们对蔬菜的需求日渐上升，同时对品质的要求也越来越高[1]，随之带动了温室蔬菜的蓬勃发展。1981年全国温室蔬菜栽培面积不足0.72万hm2，到2014年，种植面积已经达到386.2万hm2[2-3]。其中，山西省温室蔬菜面积达到12.9万hm2，年均增加1.6万hm2[4]。在温室蔬菜生产过程中，农民由于缺乏专业指导，加之过于追求蔬菜高产带来的经济效益，各地普遍存在过量施肥和过量灌水的现象[5]。当过量肥料施入土壤后不能完全被蔬菜吸收时，就会以气体或淋溶方式损失，对环境造成污染[6]。同时，大量盈余的肥料淋溶进入地下水，也会对饮用水的安全构成威胁[7]。那么，在现有基础上减多少水，减多少肥才能兼顾经济效益和环境效益成为该领域研究的重点问题。目前有很多文献报道这一领域的研究成果，包括采用减少施肥量、灌水量或采用水肥一体化等来研究减水减氮对蔬菜产量、品质及土壤理化性状的影响[8-10]，但我国不同地区生产条件差异大，施肥水平及灌溉模式也存在差异，建立符合当地土壤、气候、作物的水肥制度依然需要大量的调查和研究，本文通过在当地现有施肥灌水条件下减肥减水来研究其对蔬菜产量、氮磷淋溶量、土壤养分平衡的影响，以期为当地的温室蔬菜安全生产提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于山西省小店区孙家寨科技示范园的温室蔬菜栽培基地，该地区位于112°57′E，37°73′N，年均气温9.6℃，海拔约为760 m，年降水量495 mm左右，降水集中在7～9月。黄瓜于2015年6月17日移栽，9月22日收获。黄瓜生长期垄面覆膜，基肥撒施，追肥冲施，灌水定额用水表控制。温室内每小区土壤下1.2 m安装收集淋溶液容器，灌溉后3～7 d收集淋溶液。种植前土壤基本理化性质见表1。

1.2 试验设计

试验设施肥和灌水两个因素。施肥设中(F1)、低(F2)、高(F3)3个水平，中肥在当地农民习惯施肥量(N、P2O5、K2O分别为630～650、280～300、450～600 kg/hm2)基础上，参考蔬菜目标产量需肥量制定,在此基础上设立了高低两个对比处理，施用情况为：基肥为商品有机肥，F1、F2、F3用量分别为2.22×104、1.65×104、3.25×104kg/hm2；追肥为生物海藻钾铵肥，F1、F2、F3用量分别为244.56、164.52、324.60 kg/hm2。施肥折合N、P2O5、K2O用量如表2所示。灌水设2个水平：传统灌溉(下同)W1、滴灌(下同)W2，灌水量用水表控制。灌水分6次，定苗水和缓苗水分别为257.78、280 m3/hm2，生长期共分4次灌水，W1为每次施用444.44 m3/hm2，W2为293.33 m3/hm2。试验共6个处理，设3次重复，18个小区，各小区随机排列。每个小区面积22.5 m2，每个小区定植75株，即33 333株/hm2。试验处理设计如表2。

表1 土壤基本理化性质

表2 温室黄瓜施肥灌溉处理 (kg/hm2)

1.3 测定项目及方法

黄瓜及植株养分测定[1]：氮、磷、钾采用H2SO4-H2O2消煮，半微量凯氏法测定全氮，钒钼黄法测定全磷，火焰光度法测定全钾。

淋溶水样养分测定：淋溶水量，总氮采用半微量凯氏法；硝态氮、铵态氮采用CaCl2浸提-流动分析仪测定；总磷、溶解性总磷采用钼酸铵分光光度法测定[11]。

土样测定[12]：pH值采用pH计测定；硝态氮、铵态氮采用CaCl2浸提-流动分析仪测定；有机质采用重铬酸钾外加热法测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；速效钾采用火焰光度法测定。

1.4 数据处理

灌溉水生产率[13][IWP(irrigation water productivity)](kg/m3)按下式计算：IWP=Y/I，式中，Y为黄瓜产量(kg)；I为黄瓜全生育期灌水量(m3)。

氮肥偏生产力[13][PNP(partial factor productivity of nitrogen)](kg/kg)按下式计算：PNP=Y/N，式中，N为施入的纯氮量(kg/hm2)。

养分盈余量[14]=养分投入量-作物携出量。其中，养分的投入量只考虑施肥(包括有机肥和化肥)；养分产出量只考虑作物的消耗(包括经济产量和废弃物产量)。

采用Excel 2003软件进行数据处理、绘图；采用SPSS 20进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 施肥灌溉对黄瓜养分含量和积累量的影响

由图1可知，黄瓜不同部位养分含量存在差异。全氮、全磷、全钾养分含量差异分别为：地上部>地下部>果实、果实>地下部>地上部、果实>地下部>地上部。不同处理黄瓜不同部位的养分含量受施肥量的影响无明显规律，不同处理黄瓜果实的养分含量受灌溉的影响无明显规律，但地上部和地下部，除全氮含量T1>T2，其他不同处理的养分含量均为滴灌大于传统灌溉，但未达显著水平(P>0.05)。此外，黄瓜养分积累量不同部位存在差异，果实、地上部、地下部分别为全钾>全氮>全磷、全氮>全钾>全磷、全钾>全氮>全磷。黄瓜果实中的养分积累量与施肥量无明显关系，在低肥和中肥下，滴灌大于传统灌溉，但差异未达显著水平(P>0.05)；地上部的养分积累量与施肥量无明显关系，不同灌溉方式下，滴灌大于传统灌溉，但差异未达显著水平(P>0.05)；地下部的养分积累量与施肥灌水无明显相关关系。

图1 不同处理黄瓜不同部位养分浓度及养分累积量注：同一部位或养分下不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平。

2.2 施肥灌水对土壤pH值、有机质及养分的影响

由表3可知，相同施肥量下，土壤pH值为T1>T2、T3>T4、T5>T6，分别高出3.87%、2.46%、3.99%，且T1和T2、T5和T6差异显著(P<0.05)；硝态氮为T2>T1、T4>T3、T6>T5，分别高出32.27%、46.65%、51.44%，差异均达显著水平(P<0.05)，且硝态氮含量与pH值成反比；速效钾为T2>T1、T4>T3、T6>T5，分别高36.48%、42.89%、19.00%，T1和T2、T3和T4差异显著(P<0.05)；即滴灌较传统灌溉能降低土壤的pH值，增加硝态氮、速效钾含量，对pH值的影响在中高肥处理显著，对速效钾的影响在中低肥处理显著。此外，铵态氮为T2>T1、T4>T3、T5>T6；有效磷为T1>T2、T4>T3、T5>T6，有机质为T2>T1、T3>T4、T6>T5，各处理间差异不显著(P>0.05)，即灌水对其影响无显著规律。与基础土样相比，硝态氮含量大幅增加，是其的2.67～4.34倍，0～20 cm的硝态氮严重累积。土壤中有机质含量是基础土样的1.74～1.85倍，其他土壤养分无明显变化规律。

2.3 施肥灌溉对黄瓜产量、灌溉水生产率及氮肥偏生产力的影响

由表4可知，黄瓜产量受到施肥、灌水影响。传统灌溉条件下，T5>T3>T1，即黄瓜产量与施肥量无显著相关关系；滴灌条件下，黄瓜产量随施肥量增加而减少，即T4>T2>T6，各处理间差异不显著(P>0.05)；相同施肥条件下，T2>T1，T4>T3，T60.05)。不同施肥灌水对黄瓜IWP和PNP影响显著。对于IWP，施肥量相同，滴灌高于传统灌溉，即T2>T1，T4>T3，T6>T5，T2、T4、T6较T1、T3、T5分别提高81.53%、62.93%、30.31%，T1与T2、T3与T4差异显著(P<0.05)；对于PNP，传统灌溉下，T3>T1>T5，T3较T1提高69.24%，T5较T1降低12.61%，T3与T1、T5差异显著(P<0.05)；滴灌下T4>T2>T6，T4较T2提高51.97%，T6较T2降低37.25%，T4与T2、T6差异显著(P<0.05)。

表3 土壤中pH值、有机质及养分含量

注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平，下同。

表4 不同处理黄瓜产量、灌溉水生产率、氮肥偏生产力

2.4 施肥灌溉对土壤氮淋溶及磷淋溶的影响

由表5可知，淋溶液中总氮含量占施入量的2.47%～5.07%，总磷含量占施入量的0.03%～0.12%。淋溶液中的总氮含量大于总磷，且硝态氮含量大于铵态氮。不同处理间淋溶液的养分浓度与施肥量无显著相关关系，而相同施肥量下，除硝态氮T5>T6，淋溶液中的总磷、溶解性总磷、总氮以及硝态氮浓度均为滴灌>传统灌溉，但差异不显著(P>0.05),而铵态氮无明显规律。淋溶量为T2>T1，T4>T3，T6>T5，各处理之间存在较大差异。

表5 不同处理淋溶液养分浓度及淋溶量

2.5 养分表观平衡

由表6可知，不同处理的黄瓜养分均存在盈余，且养分投入量远远大于黄瓜带走的养分量，N、P2O5、K2O的盈余量分别达投入量的80.38%～91.51%、91.84%～96.51%、72.73%～89.50%。不同处理养分盈余量存在差异，传统灌溉方式下，T3>T1>T5，N、P2O5、K2O的盈余量，T3较T1分别减少29.78%、27.13%、32.47%，T5较T1分别增加51.17%、46.73%、52.24%；滴灌方式下，T4>T2>T6，N、P2O5、K2O的盈余量，T4较T2分别减少30.71%、26.94%、32.50%，T6较T2分别增加53.90%、48.98%、61.37%，差异分别达显著水平(P<0.05)，即施肥量越高，养分表观盈余量越高；不同灌水方式下，T1>T2，T3>T4，T5>T6，N、P2O5、K2O的盈余量，T2较T1分别减少3.02%、1.95%、6.52%，T4较T3分别减少4.31%、1.70%、6.55%,T6较T5分别减少1.27%、0.45%、0.91%，即滴灌较传统灌溉养分盈余量减少。

表6 温室黄瓜养分表观平衡 (kg/hm2)

3 讨论

试验表明，在现有施肥灌水条件下，减少肥料的用量并不会导致产量下降，这是因为农民习惯施肥量大，减少用量之后还能满足作物的生长需求。邢英英等[8]在温室番茄滴灌试验中肥料施用量N、P2O5、K2O为240、120、150 kg/hm2，罗勤等[1]是在番茄N、P2O5、K2O施用量为525、375、510 kg/hm2的基础上进行减量处理试验，方栋平等[9]在研究中采用西北地区温室黄瓜推荐施肥量N、P2O5、K2O为360、180、540 kg/hm2,分8次施入，试验结果均证明减肥减水及水肥一体化可有效提高肥料的利用率。与此相比，虽然应考虑不同地区气候和土壤养分的因素，但也可看出当地农民习惯肥料施用量偏高，尤其是底肥施用量偏高。同时，采用滴灌能提高黄瓜的产量，这是因为滴灌较传统灌溉可以减少土壤表面蒸发，使土壤中水分分布更均匀，增大了植株对水分的吸收和利用，从而促进黄瓜的生长[8]。邢英英等[8]的研究结果显示番茄产量与施肥量和灌水量正相关，而杨慧等[13]研究表明番茄单株产量与水氮供应量之间呈较好的二元二次关系，原因可能是过量施肥和过量灌水会造成植株的“徒长”，降低产量[9,17]。此外，试验范围内，减肥滴灌可以提高IWP及PNP,这与王军等[18]和吕丽华等[19]的研究结果一致，原因在于减肥滴灌既降低了肥料和灌溉水用量，又提高了产量，这就使得IWP及PNP被提高。更重要的是，减肥滴灌可以显著降低养分表观盈余量，降低对环境造成的威胁。因此在生产中，要控制肥料的施用，尽量减少养分的盈余，使施入的肥料更好的被植物吸收利用。试验范围内T4(低肥+滴灌)的产量、灌溉水生产力、氮肥偏生产力最高，表观盈余量最少，效果最佳。