韩聪颖， 马永杰， 张雪艳

(宁夏大学农学院，宁夏银川 750021)

西瓜在我国有悠久的栽培历史，因其味美甘甜，备受人们喜爱[1]，到2020年，我国西瓜产量和面积均位列世界第一。宁夏日照充足、空气干燥、昼夜温差大，具有生产西瓜得天独厚的资源优势[2]，宁夏露地瓜栽培面积为52 317 hm2，设施西瓜栽培面积已达3 130 hm2，西瓜已然成为宁夏重要的经济作物，成为当地农民脱贫致富的重要途经[3]。

设施西瓜是实现西瓜优质高产、保证周年供应的重要途径，而设施作物生长发育的一个重要因素是肥料，科学合理的肥水管理是实现优质高产的重要途径和保障。由于我国目前设施栽培领域的不成熟，大水大肥，粗放式的肥水管理模式依然占据主体地位[4]，设施作物缺少水分淋溶，随着施用年限的增加，无机营养液施用造成土壤次生盐渍化严重、生物多样性减少[5]。有机肥替代无机肥近年来已成为主流趋势，戚嘉琦等研究发现氨基多糖水溶肥能促进西瓜生长，提高土壤酶活性，改善土壤微生物群落结构[6]。合理施用有机肥是提高瓜菜品质的措施，张长坤等研究发现无机肥减施25%以及施微生物菌肥6 000～7 500 kg/hm2可显著提高西瓜产量和品质[7]。张琼等认为长效缓释专用肥作为基肥一次性施入，整个生育期无需追肥，可提高西瓜单株坐果率，提升质量，节约成本，使效益达到最大化[8]。姜灿烂等通过长期定位试验发现，在单施化肥的基础上有机肥的施入不仅有利于红壤旱地土壤大团聚体的形成，还有利于改善土壤团聚体结构及其稳定性，有机营养液替换无机营养液可改善土壤理化性质和肥力，减少连作土壤部分养分流失和富集，对促进西瓜可持续高质量发展具有重要意义[9]。

本研究以设施西瓜黑帅为试验对象，探究有机-无机肥耦合对设施西瓜土壤肥力和品质的影响，旨在解决设施西瓜可持续高质量生产障碍，为宁夏设施西瓜高品质栽培养液提供一种新的策略。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验地点为宁夏贺兰县园艺产业园玻璃温室A5(106°33′E，38°58′N)。供试西瓜品种为黑帅，高畦栽培，双行种植，株距30 cm，行距80 cm，试验分两茬进行，第一茬定植时间为2020年4月22日至2020年7月1日，第二茬定植时间为2020年7月20日至2020年10月1日。第一茬试验共设2个处理：有机(Y)和无机营养液(W)，第二茬试验共设4个处理：无机营养液(W)、无机营养液+丰田宝(WF)、有机营养液(Y)、有机营养液+丰田宝(YF)。试验采用完全随机区组设计，每个处理3次重复，小区面积30 m2，所有处理统一底肥管理。田间施底肥二铵450 kg/hm2，复混肥(N ∶P ∶K=20 ∶20 ∶20)450 kg/hm2，丰田宝生物肥 1 000 kg/hm2，丰田宝生物肥购自山东丰田宝生物有限公司，其中N+P2O5+K2O含量≥6%，有机质含量≥20%，有效活菌数为5×107个/g，所有处理均采用滴灌，每3 d滴灌1次。有机、无机营养液配方见表1。

表1 有机营养和无机营养液配方

1.2 项目测定

1.2.1 西瓜植株长势测定 分别在第一茬和第二茬西瓜定植缓苗1周后进行生长指标测试，每2周测量1次，每个处理选取6株代表性植株，分别测量株高、茎粗、叶长、叶宽、叶片数。株高：使用卷尺测量地面至植株生长点的距离，叶长：使用卷尺测量叶片尖部至叶片底部的距离，叶宽：用卷尺测量叶片中间最宽距离，茎粗：用游标卡尺测量基部子叶下端1 cm。分别计算株高相对生长率(RGR-PH)和茎体积相对生长率(RGR-SV)、叶片数相对生长率(RGR-LN)、叶面积相对生长率(RGR-LA)：

RGR-PH=(lnh2-lnh1)/(t2-t1)；

(1)

RGR-SV=[ln(d2d2h2)-ln(d1d1h1)]/(t2-t1)；

(2)

RGR-LN=(Ln2-Ln1)/(t2-t1)；

(3)

RGR-LA=[ln(L2D2)-ln(L1D1)]/(t2-t1)。

(4)

式中：h1、h2为株高；d1、d2为茎直径；Ln1、Ln2为叶片数；L、D分别为叶长和叶宽；t1、t2为时间。

1.2.2 产量和生物量 采收期记录不同处理西瓜产量，按照小区面积折合成单位面积产量，采收期每个处理随机选取10个西瓜，测定平均单果质量，拉秧期取植株地上地下部分105 ℃烘0.5 h后，80 ℃ 烘干至恒质量测定其生物量，地下部干质量除以地上部干质量计算根冠比。

1.2.3 品质测量 在西瓜采收期，选取5～10个有代表性的西瓜测定品质指标。可溶性固形物含量用TD-45数字折光仪测定，硝酸盐含量用水杨酸比色法测定，可溶性糖含量用蒽酮比色法测定，维生素C含量用钼蓝比色法测定，硬度用硬度计测量，有机酸含量用酸碱中和转移法测定[11]。

1.2.4 基质养分 在西瓜采收期，采用五点取样法收集基质200 g，自然风干，测定基质养分。全氮含量采用消化-半微量凯氏定氮法测定，全磷含量采用HClO4-H2SO4消化-钼锑抗比色法测定，有机质含量采用重铬酸钾-硫酸氧化法测定，速效氮含量采用半微量凯氏定氮法测定，速效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用1 mol/L NH4Ac浸提-火焰光度法测定，pH值采用1 ∶5(质量体积比)土壤悬液电位计法测定[12]，EC值采用电导法测定[13]。

1.3 数据分析

所有数据采用Excel 2010和SPSS 25.0进行统计分析。均值通过单因素ANOVA进行分析。采用Tukey’s法进行显著性分析。采用双因素ANOVA分析茬口、有机无机营养液灌溉及两者交互作用对基质养分的影响。采用Origin 2018软件进行绘图。

2 结果与分析

2.1 不同处理对西瓜长势的影响

由图1可知，在第一茬种植中，Y处理的株高、茎体积、叶面积、叶片数相对生长率均高于W处理且差异显著，而在第二茬中除茎体积和株高相对生长速率外均为W处理显著高于Y。在第二茬中，WF处理的株高、叶面积、叶片数相对生长率均显著低于W处理，YF处理叶面积和叶片数相对生长率均显著高于Y处理， 说明在有机营养液中添加丰田宝有利于西瓜生长，而在无机营养液中添加丰田宝不利于西瓜生长。

2.2 不同处理对生物量及产量的影响

由图2可知，第一茬中Y处理的西瓜总生物量、单果质量、产量均显著高于W处理，且第二茬西瓜总生物量和单果质量显著高于W处理，第一茬中与W处理相比，Y处理的总生物量与产量分别增加30.0%和11.7%；第二茬中，分别增加23.0%和4.2%。第二茬处理的总生物量、单果质量、产量显著低于第一茬，且Y与W处理的西瓜产量高于对应添加丰田宝处理的产量。第一茬中Y处理的根冠比显著高于W处理，第二茬中各处理的根冠比均显著高于第一茬，可能是株高、茎体积相对生长率降低，地上部生长缓慢且总生物量降低所导致。第二茬中，W处理的产量显著高于WF处理，Y处理的产量高于YF处理，但无显著差异，说明添加丰田宝降低了设施西瓜的产量。

2.3 不同处理对西瓜品质的影响

硝酸盐、维生素C、可溶性固形物、有机酸含量等是衡量瓜菜品质的重要指标。由表2可知，第一茬中Y处理的硝酸盐含量显著高于W处理，其他各项指标间无显著性差异。第二茬中Y处理的维生素C含量显著高于其他处理，与W处理相比提高10.8%，W和WF处理的有机酸含量显著高于Y和YF处理。与第一茬中W处理相比，第二茬中W处理的维生素C含量、可溶性糖含量均增加。果实硬度第一茬显著高于第二茬，果实含水量第一茬显著低于第二茬。在无机营养液中添加丰田宝能够显著提高可溶性糖含量，在有机营养液中添加丰田宝降低了西瓜有机酸与可溶性糖含量，显著提高了硝酸盐含量。

表2 不同处理对西瓜品质的影响

2.4 不同处理对土壤养分特性的影响

pH值、EC值是土壤的基本性质，是土壤肥力的重要影响因子，也是影响植物生长的必要因素。由图3可知，在第一茬中，Y处理的EC值显著低于W处理，其EC值仅为0.774 mS/cm，而Y处理的pH值显著高于W处理。在第二茬中，各处理间差异显著，WF处理的EC值最大，其次是W处理，YF的EC值最小，Y处理的EC值显著高于YF处理；pH值最大的为YF处理，其次Y处理，最低的为W处理。WF处理可增大土壤的EC值和pH值，YF可增大土壤pH值，降低土壤的EC值。

土壤速效养分是土壤中最活跃的部分，是衡量土壤肥力的重要指标，与作物生长关系密切。由图4可以看出，第一茬中，W和Y处理的速效氮、速效磷、速效钾含量差异不显著。第二茬中，W处理的速效氮含量显著高于其他3个处理，速效钾的含量在不同处理之间无显著差异，W处理的速效磷含量均显著高于Y处理，WF处理的速效磷的显著高于Y与YF处理，说明丰田宝的添加对各处理速效养分的影响不显著。

全氮、全磷和有机质含量是衡量土壤养分供应的基本指标，受土壤母质、成土作用和耕作施肥的影响很大。由图5可以看出，第一茬中，Y处理的有机质、全氮含量显著低于W处理，全磷含量无显著差异。第二茬中，W和WF处理的有机质含量显著高于Y和YF处理，W处理的全氮含量显著高于其他3个处理，而全磷含量各处理间差异显著，Y处理的全磷含量最高，W处理的全磷含量最低。整体上与第一茬相比，第二茬的有机质含量与全氮、全磷含量呈现显著降低的趋势。

2.5 不同处理各指标相关性分析

对不同营养液灌溉和茬口及两者交互作用对各指标的影响进行了双因素方差分析，结果(表3)表明，不同茬口除了对叶片数相对生长率、可溶性固形物无显著影响，对株高相对生长率、全磷含量、硝酸盐含量有显著影响外，对其他指标均有极显著影响。不同营养液对土壤速效氮、速效磷含量有显著影响，对茎体积相对生长率、pH值、EC值、有机质含量、全氮含量、有机酸含量、可溶性糖含量、总生物量、单果质量有极显著影响，而对其他指标均没有显著影响，说明在有机无机不同营养液灌溉下，对西瓜主要土壤特性、果实品质、生物量指标产生了影响。茬口和不同营养液灌溉两者交互作用除了对可溶性固形物含量有极显著影响外，对其他指标均无显著影响。

表3 不同营养液灌溉和茬口及两者交互作用对各指标的影响

对各指标之间进行主成分分析，PC1、PC2和PC3分别解释了68.00%、14.62%、11.98%的方差。从图6观察到，有机处理分布在一、二象限，无机处理分布X轴下方的三、四象限。有机处理有较高的叶面积相对生长速率、可溶性固形物含量、速效氮含量、EC值、有机质含量和全氮含量。无机处理有较高的可溶性糖含量、pH值、茎粗相对生长速率、全磷含量和总生物量。有机质含量和pH值及全氮含量密切相关，产量和速效钾含量、株高相对生长速率、硝酸盐含量密切相关。对各处理进行综合得分评价，第一茬和第二茬有机处理得分高于无机处理，第二茬中添加丰田宝增加了无机处理得分，但降低了有机处理得分。

3 讨论

长势强弱是施肥效果的重要指标，在第一茬种植中，有机营养液处理的株高、茎体积、叶面积、叶片数相对生长率均高于无机营养液处理且差异显著，这可能是有机营养液中有机物较多，可以活化土壤，促进有益微生物增生，提高作物肥料利用率，这与赵晓美的研究结果[14]一致。添加丰田宝后，无机营养液+丰田宝处理的株高、叶面积、叶片数相对生长率均显著低于无机处理，有机营养液+丰田宝处理均显著高于有机处理，说明在有机营养液中添加丰田宝有利于西瓜生长，这可能是因为在有机营养液中添加丰田宝可以促进微生物繁殖，促进植株生长。而在无机营养液中添加丰田宝不利于西瓜生长，这可能是因为丰田宝对大量元素水溶肥的促进随着肥量的增多会降低，付爱平在茄子上研究发现施用大量元素水溶肥超过2.5 kg/667 m2后对植株长势影响降低[15]。

产量是西瓜经济价值重要指标之一，本试验中第一茬和第二茬中有机营养液处理的西瓜总生物量、单果质量、产量均显著高于无机营养液处理，第一茬中与无机营养液相比，有机营养液的总生物量与产量分别增加30.0%和11.7%；第二茬中，分别增加23.0%和4.2%，哈雪姣等的研究表明施用生物有机肥能提高西瓜产量和品质[16]，杜少平等研究发现有机肥代替化肥，砂田西瓜可增产74%以上[4]，本试验结果与之一致。无机营养液处理的产量显著高于无机营养液+丰田宝处理，有机营养液的产量高于有机营养液+丰田宝处理，但没有显著影响，添加丰田宝降低了设施西瓜的产量，这可能是无机营养液本身含有较高浓度的氮磷钾元素，致使丰田宝生物肥中活菌周围盐浓度过高，降低生物肥微生物活性，同时混合使用降低了无机营养液的肥效，进而造成产量降低。

品质是衡量瓜菜商品性的重要指标。张凤英等的研究表明，生物有机肥能有效调节西瓜体内营养物质代谢，提高果实维生素C含量，最终改善西瓜品质[17]。本试验中有机营养液的维生素C含量与可溶性糖含量显著高于其他处理，与无机营养液相比，分别提高10.8%和44.3%。有机酸广泛存在于植物体中，一定的酸度可增加瓜菜的风味，过酸会影响西瓜口感[18]，本试验中有机营养液处理有机酸含量显著低于无机营养液，有机营养液可显著提升设施西瓜品质。

土壤速效养分是土壤中最活跃的部分，是衡量土壤肥力的重要指标，与作物生长关系密切。本试验中有机营养液与无机营养液处理的速效氮、磷、钾含量差异均不显著，这可能是施入有机营养液后促进了土壤中微生物活性，有利于土壤中速效养分的释放，这与郑镁钰等的研究结论[19]一致。全氮、全磷含量是衡量土壤基本肥力的重要指标。无机营养液的全氮含量显著高于有机营养液处理，这可能是因为无机营养液中氮素更易吸收，土壤全氮利用较少，有机营养液全氮释放较慢，这与张爽的等研究结论[20]一致。整体上与第一茬相比，第二茬的有机质、全氮、全磷含量呈现显著降低，可能是第一茬中全效养分消耗较多。

4 结论

相比无机营养液灌溉，有机营养液利于西瓜植株生长，降低土壤EC值，增加pH值，生物量与产量分别提高30.0%和11.7%，而在有机营养液中添加丰田宝有利于西瓜生长，在无机营养液中添加丰田宝能显著提升西瓜可溶性糖含量，达到与有机营养栽培相同的品质效果。无机营养液中添加丰田宝可增加土壤全效养分，但是连续种植西瓜会导致土壤中有机质、全氮、速效钾含量的显著降低。对各处理进行综合得分评价，表明有机营养液处理得分高于无机营养液处理，添加丰田宝可以增加无机营养液处理得分，降低有机营养液处理得分。双因素方差分析结果表明，茬口和不同营养液灌溉两者交互作用对西瓜可溶性固形物含量有显著影响。综上所述，有机营养液能增加设施西瓜的土壤肥力和西瓜品质及产量，添加丰田宝可改善无机营养液灌溉设施西瓜土壤肥力和西瓜品质，不利于有机营养液。