减量施肥对设施黄瓜-甜瓜一年两茬栽培模式下产量及氮磷损失的影响

来源:用户上传      作者:高新昊 孙明 李彦 井永苹 薄录吉 张英鹏

　　 摘要：針对目前设施大棚生产中施肥过量、棚内生态环境差的问题，采用小区试验，保持农民习惯基肥用量不变，研究黄瓜-甜瓜一年两茬不同茬口追肥减量幅度对其产量、收益及土壤氮磷损失的影响。结果表明，黄瓜和甜瓜分别在农民习惯追肥量基础上减施10%和15%的产量和收益最高，再提高追肥的减施幅度，产量和收益明显下降。各处理的土壤有机质、碱解氮含量在经历一年两茬作物生长后明显下降，速效钾也出现不同程度的下降，而有效磷在表层土中进一步积累;氮的淋溶量较高，两茬总淋溶量占投入肥料的比例为19.16%～36.18%，其中黄瓜种植茬口追肥减量5%处理的氮淋溶量最低，而在甜瓜种植茬口中，氮淋溶量最低的是追肥减量35%处理;磷的总淋溶量较低，在2.68～7.67 kg/hm2之间，占肥料投入比例不足0.4%。综上所述，在农民习惯追肥量基础上黄瓜追肥减施10%+甜瓜追肥减施15%的处理具有设施黄瓜-甜瓜一年两茬最高的经济收益和较高的环境效益。
　　关键词：减量施肥;黄瓜;甜瓜;氮磷损失;设施大棚
　　中图分类号：S642.206+.2+S642.606+.2  文献标识号：A  文章编号：1001-4942（2020）11-0095-06
　　Effects of Reduced Topdressing on Cucumber-Muskmelon Yield
　　and Loss of Nitrogen and Phosphorous in Greenhouse
　　under Cultivation Mode of Two Crops a Year
　　Gao Xinhao1， Sun Ming2，3，4， Li Yan2，3，4，5，
　　Jing Yongping2，3，4，5， Bo Luji2，3，4，5， Zhang Yingpeng2，3，4，5
　　（1. Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China;
　　2. Institute of Agricultural Resources and Environment， Shandong Academy of Agricultural Sciences， Jinan 250100， China;
　　3. Key Laboratory of Agro-Environment in Huanghe-Huaihe-Haihe Plain， Ministry of
　　Agriculture and Rural Affairs， Jinan 250100， China;
　　4. Shandong Provincial Key Laboratory of Agricultural Non-Point Source Pollution Control， Jinan 250100， China;
　　5. Shandong Environmental Fertilizer Engineering Technology Research Center， Jinan 250100， China）
　　Abstract In order to solve the problems of excessive fertilization and poor ecological environment in greenhouse production， field plot experiment was carried out to study the effects of reducing amount of topdressing on yield， income and soil nitrogen and phosphorus loss of cucumber-melon two crops a year. The results showed that the yield and income of cucumber and muskmelon were the highest when decreasing topdressing by 10% and 15% respectively on the basis of farmer’s conventional topdressing amount. The yield and income decreased significantly when continued increasing the reduction rate of topdressing. The content of soil organic matter and alkali hydrolyzable nitrogen decreased significantly after the two crops growth in one year， and the available potassium content also decreased in different degrees; the available phosphorus further accumulated in the surface soil. The leaching amount of nitrogen was higher， and the proportion of total leaching amount of the two crops accounted for 19.16%～36.18% of the input fertilizer， among which， the leaching amount of nitrogen was the lowest under the treatment of reducing 5% of topdressing fertilizer in cucumber stubble， while that was the lowest under reducing 35% of topdressing in muskmelon stubble. The amount of total phosphorus leaching was lower as 2.68～7.67 kg/hm2， which accounted for less than 0.4% of fertilizer input. In conclusion， the treatment of 10% reduction of cucumber topdressing and 15% reduction of muskmelon topdressing based on farmer’s conventional topdressing had the highest economic benefits and higher environmental benefits for the two crops a year. 　　Keywords Reducing topdressing; Cucumber; Muskmelon; Loss of nitrogen and phosphorous; Greenhouse
　　设施栽培是我国蔬菜生产的主要方式之一。山东省是中国蔬菜主产区，常年蔬菜种植面积占全国10%以上，设施蔬菜面积占全国设施蔬菜种植面积的近50%[1]。由于蔬菜作物具有根系浅、根系吸收能力弱、喜高肥水、奢侈吸收等营养特性[2]，种植户为了追求高产，往往大量施用氮肥，造成氮肥施用过量的现象普遍存在[3， 4]。黄绍文等研究表明，我国设施蔬菜化肥用量平均为1 354.5 kg/hm2，是全国农作物平均化肥用量的4.1倍[5]。肥料过量和不合理施用所带来的经济损失和环境风险已经成为限制我国设施蔬菜生产可持续发展的重要因素[6]，化肥减施潜力很大[5]，因此，研发设施蔬菜化肥减施增效技术，成为蔬菜产业绿色发展急需解决的重要问题[7]。
　　山东省德州市设施蔬菜面积11万hm2，其中平原县是其重要的设施黄瓜产区，黄瓜-甜瓜一年两茬栽培模式也已初具规模，且收益明显高于常规黄瓜单茬种植模式;但许多大棚的种植年限在10年以上，由于常年有机、无机肥料大量投入，导致土壤养分失衡，微生态平衡遭到破坏，盐分含量显著升高，存在明显的环境风险[8]。
　　目前有关设施黄瓜-甜瓜一年两茬模式如何科学合理地施肥，以减少养分在土层中过量积累及降低淋溶风险等的研究尚未见报道。本研究在保持农民习惯基施肥料量不变的情况下，设置不同的农民习惯追肥减量幅度，探究适宜黄瓜-甜瓜一年两茬种植模式的追肥降低量，以期在不影响产量及收益的前提下提高肥料养分利用率，降低氮磷淋溶风险，旨在为设施生产减少环境污染、实现可持续发展提供理论依据。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验设计
　　试验于2017—2018年在山东省德州市平原县王杲铺镇董路口村黄瓜-甜瓜一年两茬温室大棚区进行，供试土壤理化性状见表1。
　　 基肥保持农民习惯施肥方式和施肥量，采用鸭粪和少量复合肥，合计用量为N 952 kg/hm2、P2O5 1 337 kg/hm2、K2O 720 kg/hm2。追肥选用农民常用的大量水溶肥料（N-P2O5-K2O养分含量20-20-20），追肥量各茬口均在农民习惯用量基础上设置不同的减量幅度，共设置6个处理：T1，黄瓜、甜瓜均为农民习惯追肥量（FP）;T2，黄瓜、甜瓜均为农民习惯追肥减量5%（95%FP）;T3，黄瓜为农民习惯追肥减量10%（90%FP），甜瓜为农民习惯追肥减量15%（85%FP）;T4，黄瓜为农民习惯追肥减量15%（85%FP），甜瓜为农民习惯追肥减量35%（65%FP）;T5，黄瓜为农民习惯追肥减量20%（80%FP），甜瓜为农民习惯追肥减量55%（45%FP）;T6，黄瓜为农民习惯追肥减量35%（65%FP），甜瓜为农民习惯追肥减量75%（25%FP）。小区面积为43.2 m2，各设3个重复。2017年9月10日施肥整地，9月15日定植黄瓜，12月20日拔秧;不需额外施用基肥，翻地整畦后2018年1月1日定植甜瓜，6月26日拔秧。具体的施肥方案见表2。1.2 测定指标与方法
　　各处理采取单采单收的方法分别测定产量，并根据市场行情计算经济效益。黄瓜、甜瓜收获后分别取表层土样进行有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量测定，同时测定不同土层土壤的硝态氮含量。试验开始前每个小区都安装淋溶液收集装置，每灌水施肥两次后收集一次淋溶液，测定氮和磷的淋溶量。
　　土壤硝态氮测定：鲜土用1 mol/L KCl浸提，取滤液，用全自动间断化学分析仪（Smartchem 200）测定硝态氮含量。土壤样品的碱解氮、有效磷、速效钾和有机质含量测定采用常规方法[9];淋溶液中总磷（TP） 和总氮（TN）的测定方法参照文献[10]。
　　1.3 数据处理与统计
　　采用DPS 2000 软件[11]进行数据处理与统计分析，Duncan’s 新复极差法进行多重比较，显著性水平为0.05。
　　2 结果与分析
　　2.1 不同追肥减量幅度对设施黄瓜和甜瓜产量的影响
　　由图1可知，与农民习惯追肥量（FP）处理相比，追肥减量10%（90%FP）时黄瓜产量最高，显著高于其它处理，而后随追肥减量幅度加大，黄瓜产量显著下降。
　　与农民习惯追肥量（FP）处理相比，随着追肥减量幅度的提高，甜瓜产量呈先升高后显著降低的趋势，追肥减量15%（85%FP）时甜瓜产量最高，比FP处理增产20.4%（图2）。
　　2.2 不同追肥减量幅度对设施黄瓜-甜瓜一年两茬经济收益的影响
　　由表3可知， T3（90%FP）处理的黄瓜收益最高，显著高于T1（农民习惯追肥，FP）处理;其次是T2（95%FP）和T4（85%FP）处理，但与T1处理相比增收效果不显著;之后随着追肥减量幅度增大，黄瓜收益显著下降，降幅为4.9%～13.6%。
　　T3（85%FP）處理的甜瓜经济收益最高，比T1（FP）处理高出21.5%;其次是T2（95%FP）和T4（65%FP）处理，收益也高于T1（FP），但差异不显著;随着追肥减量幅度继续增大，甜瓜的经济收益显著下降。
　　两茬模式整体收益最高的是T3处理（黄瓜90%FP+甜瓜85%FP），比T1（FP）处理高18%;其次是T2处理，与T1相比也达到显著水平;T4处理的总收益与T1处理相比未达到显著水平;再增大追肥减量幅度，两茬总收益与T1处理相比明显下降。
　　2.3 不同追肥减量幅度对设施黄瓜和甜瓜收获后土壤养分含量的影响
　　由表4可知，黄瓜、甜瓜收获后土壤有机质含量相对种植前明显下降。黄瓜收获后，T6处理有机质含量最低，显著低于T4处理，其余各处理之间没有显著差异;甜瓜收获后，各处理间的变化趋势与黄瓜收获后一致，除T6处理有机质含量显著低于T1、T4处理外，其他处理之间的有机质含量差异不显著。 　　黄瓜收获后各处理的碱解氮含量显著下降，其中T5处理的碱解氮含量下降最少，其次是T1和T3处理，T2和T6处理碱解氮含量下降较大;除T6处理外，甜瓜收获后各处理的碱解氮含量进一步下降，其中T4、T3和T5处理的碱解氮含量下降较多。
　　黄瓜收获后各处理的土壤有效磷含量较种植前显著升高，平均含量为种植前的2倍左右，其中T4处理有效磷含量最高;甜瓜收获后有效磷含量较黄瓜收获后下降显著，但仍明显高于黄瓜种植前的含量，各处理之间的含量差异不显著。
　　黄瓜收获后的土壤速效钾含量较种植前下降显著，而甜瓜收获后速效钾含量较黄瓜收获后明显上升，但均明显低于黄瓜种植前的含量。
　　2.4 不同追肥减量幅度对黄瓜-甜瓜一年两茬种植模式养分淋溶的影响
　　由表5可知，黄瓜-甜瓜一年两茬种植模式中氮的淋溶量较高，两茬总淋溶量占肥料投入的比例为19.16%～36.18%;磷的总淋溶量较低，为2.68～7.67 kg/hm2，占肥料投入的比例不足0.4%。在黄瓜种植茬口，T2的氮淋溶量最低，其次是T5处理，而磷淋溶量为T5处理最低;在甜瓜种植茬口，氮、磷淋溶量最低的均是T4处理，分别为88.8、0.97 kg/hm2，分别仅占其它处理的39.66%～53.27%、18.65%～30.03%。可见，各处理之间的两茬氮磷总淋溶量相差显著，其中以T4处理最低，占施肥量的比例分别为19.16%和0.14%。[FL）]
　　3 讨论
　　化肥在农作物生产中的作用明显，适量施用可以增加产量，而过量施用时不仅不会增产，甚至会减产[12]。王冰清等[13]报道与传统完全施用化肥相比，化肥减量20%对黄瓜、苦瓜和甘蓝等蔬菜的产量均无明显影响;采用有机、无机肥料配合施用，黄瓜产量平均增加12.1%，经济收益增加7.1%，其中低量氮肥配合有机肥处理的增产和增收效果最佳[14]。与常规施肥（CK）相比，减施N、P、K肥及化肥总量的20%时，黄瓜产量增加顺序表现为减施P>减施K>减施N>减施NPK;减施化肥和有机肥都能提高棚栽黄瓜的经济效益，增加顺序为减施P>减施K>减施N>减施NPK>减施有机肥[15]。李传哲等[16]研究发现，氮磷减施20%与常规氮磷钾处理相比黄瓜增产15.19%。本研究黄瓜-甜瓜一年两茬种植模式中，黄瓜和甜瓜分别在农民习惯追肥量基础上减施10%和15%时产量和经济收益均最高，继续提高追肥的减施幅度则产量和收益明显下降，与汪峰等[17]报道的在东部沿海丘陵区大棚生产条件下氮肥施用量减少50%可以保证黄瓜产量的结论差异较大，这可能是因为本试验条件下，尽管氮、磷、钾的总用量平均也高达1 578.2、1 990.2、1 373.2 kg/hm2，但基肥的投入量就占一半以上，追肥减量幅度增大，引起土壤养分供应强度满足不了黄瓜快速生長的需要，导致采摘周期变长进而单位时间内产量下降。
　　蔬菜种植过程中大量施用氮肥和不合理施用有机肥，易导致土壤C/N值下降，使土壤环境恶化[18]。目前我国主要菜区的土壤有机质含量普遍较低，仅10.0%的菜田达到肥沃菜田土壤有机质含量40～50 g/kg的标准，这与有机肥尤其是秸秆施用不足、蔬菜复种指数高、化肥用量大等密切相关[19]。本试验中，经历一年两茬作物生长后，土壤有机质含量明显下降，可能与施用的鸭粪含速效养分多、纤维素较少、分解速度快，对土壤腐殖质的形成贡献有限有关。碱解氮含量明显下降，可能是因为减量追肥引起土壤中速效养分在黄瓜与甜瓜快速生长过程中消耗较大，造成表层土壤中的氮积累明显下降。而基施有机肥带入的磷养分高于氮素，且黄瓜、甜瓜生育期对磷的吸收要远远低于氮，造成磷在表层土中大量积累，因此，降低有机肥的投入量，进而减少磷的带入量，将是我们今后关注研究的重点。速效钾含量在黄瓜收获后下降十分显著，而在后茬甜瓜收获后，含量又整体上升，这是由于黄瓜产量高，收获时带走了大量钾营养，造成土壤中的钾养分含量显著下降，而甜瓜对钾的吸收量远低于黄瓜对钾的吸收量，追肥中的钾营养供过于求，导致其又在土壤中累积;但整体由于两茬作物对钾的吸收量较高，各处理的速效钾含量较种植前均出现不同程度的下降。
　　 在设施蔬菜种植过程中，氮肥的过量和不合理施用将引起作物中硝酸盐累积以及土壤中硝态氮的累积和淋溶，对食品安全及土壤和地下水质量造成影响[14]。氮素淋溶损失以硝态氮为主，占淋溶总氮比例70%以上[20]。高伟等[14]报道在化学氮肥施用量相同的条件下，采用有机、无机肥配合施用，硝态氮的淋溶量可减少26.6%。前期研究对设施蔬菜氮淋溶的研究主要关注硝态氮的淋溶，但是近年来我国大力提倡有机肥替代化肥，特别是设施蔬菜生产体系，有机肥投入可占到肥料总投入的60%～80%[21]，有机氮的淋溶损失量已不容忽视。因此，本研究以淋溶的总氮量作为监测指标更有实际意义。在本试验黄瓜-甜瓜一年两茬条件下，总氮的淋溶量较高，两茬的总淋溶量占投入肥料的比例为19.16%～36.18%，其中黄瓜种植茬口T2处理的氮淋溶量最低，而甜瓜种植茬口中T4处理的氮淋溶量最低。
　　目前，磷素累积是设施蔬菜土壤的普遍现象。有研究表明有机肥能够提高土壤磷素有效性，并且有机肥带入的有机态和胶体态磷在土壤中更易发生移动[22]，因此，大量有机肥的施用势必造成更高的磷淋失风险。刘蕾等[21]报道西红柿-甜瓜轮作周年磷素淋失量可达4.91 kg/hm2;刘建霞[23]测得的设施黄瓜磷素淋溶量0.24～4.60 kg/hm2;而在本试验条件下，磷淋溶量在2.68～7.67 kg/hm2之间，与上述研究结果存在差异的原因可能与土壤磷的本底值及土壤类型有关。
　　4 结论
　　（1）在本试验条件下，分别在农民习惯追肥量基础上减施10%和15%的幅度下设施黄瓜和甜瓜产量最高，同时经济收益也最高。
　　（2）各处理的土壤有机质、碱解氮含量在经历一年两茬作物生长后明显下降，速效钾含量也出现不同程度的下降，而磷则在表层土中进一步积累。 　　（3）设施黄瓜-甜瓜一年两茬生产中，总氮的淋溶量较高，两茬总淋溶量占投入肥料的比例19.16%～36.18%;磷的总淋溶量较低，占肥料投入的比例不足0.4%。其中，氮淋溶量在黄瓜种植茬口以T2处理最低，在甜瓜种植茬口以T4处理最低，而磷淋溶量两茬口均以T4处理最低，显著低于其它处理。
　　综合考虑经济和环境因素，在农民习惯追肥量基础上，黄瓜追肥减施10%+甜瓜追肥减施15%是黄瓜-甜瓜一年两茬生产模式的适宜追肥量，具有最高经济收益和较好的环境效益。
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