密度、氮肥互作对旱砂田西瓜产量、品质及氮肥利用率的影响

杜少平，马忠明，薛亮

(1甘肃省农业科学院蔬菜研究所，甘肃兰州730070;2甘肃省农业科学院，甘肃兰州730070;3甘肃省农业科学院土壤肥料与节水农业研究所，甘肃兰州730070)

西瓜产量的高低和品质的优劣主要取决于品种的遗传特性、栽培条件和环境条件。在各种栽培措施中，种植密度与氮素营养是影响西瓜产量和品质的主要因素［1］。密度主要是通过对西瓜群体结构的调整，进而影响西瓜地上的叶面积指数、光合强度、透光率及地下养分竞争。研究表明种植密度越高，西瓜个体发育进程推迟，单株产量降低，养分消耗越多，但由于单位面积坐瓜数增多而产量增加［2－3］。氮是构成西瓜体内蛋白质、核酸、叶绿素和多种酶、多种维生素的主要成分，氮素营养水平直接影响西瓜的产量和品质［4］。已有研究表明，西瓜生长对氮素营养水平反应比较敏感，适量的氮素营养可以合成较多的蛋白质和叶绿素含量，加速植株茎和叶片的生长，提高西瓜进行光合作用的能力，有利于干物质的积累和果实的膨大，提高产量［5－6］。若氮素供应过多，则光合产物多用于生长，营养生长过旺，不利于营养生长向生殖生长的转化，且西瓜的大部分糖分被迫用于蛋白质合成，同时还促进西瓜蔗糖分解，使苦味酸的含量增加，降低了含糖量，严重影响西瓜的产量和品质［6－7］;若氮肥不足，将造成植株矮小，生长缓慢，发育受到阻碍［6］。就目前西瓜生产施肥现状看，盲目、超量和施肥不足的问题仍然严重，氮肥过量施用普遍存在［8］。

砂田作为西瓜生产的特殊环境条件，主要集中分布在我国降雨偏少的甘肃中部，以及宁夏、青海和新疆的部分地区，是我国西北干旱、半干旱地区独特的、传统的抗旱耕作方式，属土壤覆盖和水土保持方法之一［9－11］。砂田较土田具有减少蒸发和径流、提高土壤温度、增加水分入渗、阻止水土流失和土壤次生盐渍化的作用［12－16］。近年来，随着砂田瓜菜产业的兴起，西瓜种植面积逐年扩大［17］。以往研究主要集中在施肥或者种植密度单个因子对西瓜生长发育、产量品质调控效应方面，而对于两者的互作效应对产量、品质及氮肥利用率的研究还鲜见报道，特别是在砂田方面。本试验设置了不同种植密度和施氮量，探讨氮密互作条件下西瓜高效吸收利用氮素的特性，旨在探明产量、品质和氮素资源利用效率同步提高的最佳施氮量和种植密度的平衡点，为制定砂田西瓜合理的栽培措施，实现高产高效提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2011年在甘肃省农业科学院皋兰试验站进行，试验地位于皋兰县中心乡三坪村(36°13'N，103°42'E)，平均海拔 1830 m 左右，属温带半干旱气候区，降水少且变率大，季节分配不均，多年平均降水量260 mm，多集中在7～9月份，占全年降水的60%以上，年平均气温7.0℃，≥10℃的活动积温为2798℃，无霜期142 d。土壤质地为砂土，土壤肥力偏低，播前土壤基础养分含量(0—20 cm土层):有机质5.80 g/kg、全氮0.43 g/kg、碱解氮为27.15 mg/kg、速效磷2.66 mg/kg、速效钾91.70 mg/kg、有效硼 0.50 mg/kg、有效锌 0.80 mg/kg、pH 8.5。

供试西瓜品种为甘肃省农科院蔬菜所培育的陇抗九号。

本试验采用密度(D)、氮肥(N)两因素完全随机区组设计，主区为密度处理，设高(16680株/hm2，以D1表示)、中(12120株/hm2，以 D2表示)、低(9525株/hm2，以D3表示)3个水平;副区为氮肥处理，设 N 0、100、200、300 kg/hm24个水平，分别用 N0、N100、N200、N300 表示，磷、钾肥均为 P2O590 kg/hm2、K2O 150 kg/hm2。小区面积为 24 m2，3 次重复。试验所用氮肥为尿素(N 46%)、磷肥为普过磷酸钙(P2O512%)、钾肥为硫酸钾(K2O 50%)，其中氮肥60%做基肥于播前瓜行条施，40%做追肥伸蔓期穴施，磷、钾肥做基肥于播前一次性施入瓜行。宽窄行“品”字形穴播，宽行0.9 m、窄行0.6 m，播后进行宽窄膜相配套的全膜覆盖技术。4月15日播种，7月20日收获，其他管理措施按常规。

1.2 测定项目与方法

西瓜成熟时，每小区随机选取具有代表性的10个瓜计算单瓜重，并统计每小区西瓜数，然后计算产量。使用手持式折光仪测定含糖量，比色法测定维生素C含量［18］，硝酸盐含量采用紫外分光光度法(NY/T 1279－2007)，有效酸度用pH计测定，土壤基础理化性状分析及植株干物质养分含量测定采用土壤农业化学常规分析方法［19］。

氮肥偏生产力=施氮区产量/施氮量;

氮肥当季利用率(%)=(施肥处理植株氮积累量－不施肥处理植株氮积累量)/氮肥投入量×100。

统计分析和差异显著性检验采用SPSS16.0版软件分析，用LSD法进行显著性检验。

2 结果与分析

2.1 氮肥与密度互作对西瓜单瓜重及产量的影响

单瓜重是影响西瓜产量的一项基本因素。通过双因素方差分析表明(表1)，施氮量和种植密度均能显著影响西瓜单瓜重(F=27.58和27.83)，单瓜重表现出随氮肥施用量增加、种植密度降低而增加的变化趋势。施氮处理的西瓜单瓜重均极显著高于不施氮肥处理，N100、N200、N300处理的平均单瓜重较N0分别提高了19.64%、27.65%和24.55%，其中以N200处理的平均单瓜重最高，较N100显著提高了6.70%，而N300与N100处理之间差异不显著。不同种植密度间的平均单瓜重表现出低密度＞中密度＞高密度，且差异达到了极显著水平，D3处理较D2和D1分别提高了8.04%和20.34%。氮肥和密度之间的互作效应不显著(F=0.86)。

表1 不同肥密处理的单瓜重(kg/fruit)Table 1 Average fruit weight as affected by different density and nitrogen treatments

由表2可知，西瓜产量受氮肥、密度因素影响均达到显著水平(F=27.03和107.41)，而其互作效应不显著(F=1.75)。产量表现出随施氮量和种植密度的增加而增加的变化趋势，施氮处理的平均西瓜产量极显著高于无氮处理，N100、N200、N300处理的平均产量较N0分别提高了20.25%、29.41%和25.24%，N200处理的较 N100又显著提高了7.62%，而N300与N100处理间差异不显著。不同种植密度间的平均西瓜产量表现出高密度＞中密度＞低密度，且差异达到了极显著水平，D1处理较D2和D3分别提高了23.46%和45.58%。

表2 不同肥密处理的西瓜产量(kg/hm2)Table 1 The yields of watermelon under different density and nitrogen treatments

2.2 氮肥与密度互作对西瓜品质的影响

2.2.1对西瓜含糖量及酸度的影响 含糖量和酸度是影响西瓜品质的重要指标之一，在西瓜所有品质指标中，含糖量和酸度与西瓜感官鉴定的相关系数最高［20］。由表3可知，西瓜含糖量受氮肥、密度影响差异显著(F=6.40和4.83)，糖分含量表现出随施氮量的增加先增加后降低的变化趋势，在N100时最高，显著高于无氮和高氮处理，较N0和N300分别提高了2.68%和3.17%，N0和N300处理间差异不显著;另外，西瓜平均含糖量随着种植密度的降低而增加，其中D3处理显著高于D1处理。西瓜有效酸度主要受氮肥影响显著(F=7.18)，其变化趋势和含糖量相似，中氮处理(N100和N200)显著高于无氮(N0)和高氮(N300)处理。从表3不同密度下氮肥处理间西瓜的糖酸比来看，总体表现出也是在N100处理下最大，之后随着施氮量的增加而逐渐下降。经两因素方差分析表明，密度与氮肥的互作效应对西瓜含糖量和有效酸度影响均不显著(F=1.11和0.50)。

表3 不同肥密处理对西瓜糖、酸度的影响Table 3 Effects of different density and nitrogen treatments on sugar content and acidity of watermelon

2.2.2对西瓜维生素C和硝酸盐含量的影响 由图1可知，氮肥极显著地影响西瓜Vc含量，西瓜Vc含量随施氮量的增加呈先上升后下降的趋势，施氮量在100～200 kg/hm2时西瓜Vc含量为35.06～35.67 g/kg，极显著地高于N0和N300处理，N200处理的西瓜Vc含量较N0和N300处理分别提高了13.09%和8.42%，而密度、密度和氮肥的交互作用均不显著(F=0.76和1.07)。西瓜硝酸盐含量随着施氮量的增加而提高，且差异达极显著水平，N100、N200和N300处理的西瓜硝酸盐含量较N0分别极显著提高8.11%、21.56%和36.98%，但密度、密度和氮肥的交互作用均不显著(F=1.37和1.04)。

图1 不同肥密处理对西瓜Vc和硝酸盐含量的影响Fig．1 Effects of different density and nitrogen treatments on Vc content and nitrate content of watermelon

2.3 氮肥与密度互作对西瓜氮素积累及利用的影响

从不同密度、氮肥处理下砂田西瓜营养器官及果实中氮素的积累量(表4)可以看出，西瓜蔓叶中氮积累量较少，果实较多，蔓叶氮积累量约占西瓜总吸氮量的35%～39%左右，而果实氮积累量约占西瓜总吸氮量的61%～65%左右。在不同种植密度下，施氮处理的西瓜地上部营养器官、果实中氮素积累量及氮素积累总量均显著高于无氮处理，且随着施氮量的增加而增加，当施氮量大于200 kg/hm2时趋于稳定，甚至有下降趋势，氮素积累量最大值均出现在D1N200处理;在施氮量相同条件下，受作物生物量的影响，氮积累量总体表现出随种植密度的增加而增加。氮肥偏生产力和吸收利用率均随着施氮量的增加呈现逐渐降低的趋势，而随着种植密度的增大而增大，其在D1N100处理中达到最大，分别为551.83 kg/kg和24.58%。由此可见，种植密度相同条件下，增施氮肥显著提高了单位面积植株中氮素积累量，但显著降低了氮肥偏生产力和氮肥吸收利用率指标，在D1N100和D1N200条件下，能够实现产量与氮素利用率的同步改善。

表4 不同肥密处理对西瓜氮积累和利用率的影响Table 4 Effects of different density and nitrogen treatments on nitrogen accumulation and utilization efficiency of watermelon

2.4 氮肥的西瓜产量、品质效应曲线

为了更好地分析氮密互作效应，获得施氮量和密度的最佳平衡点，根据表2和表3中的西瓜产量、含糖量结果，将不同种植密度下的西瓜产量、含糖量与施氮量的关系进行回归分析，分别建立了施氮量与产量和含糖量的数学关系(表5)。发现施氮量与产量和含糖量效应均呈抛物线关系，经显著性检验以上方程与实际情况拟合较好，并且具有一定的代表性。通过对这些一元二次方程求导数以及采用当年当地西瓜平均销售价及氮肥的价格，分别求得了不同种植密度下西瓜的最高产量施氮量、最佳经济及品质施氮量以及对应的最高产量、最佳经济产量和最佳含糖量。不同密度间的西瓜最高产量及最佳经济产量差异较大，以D1密度处理的最高，其西瓜最高产量及最佳经济产量分别为60514 kg/hm2和60511 kg/hm2，且对应的最高产量施氮量和最佳经济产量施氮量为最低，分别为210 kg/hm2和206 kg/hm2，而其最佳糖分含量对应的施氮量为158 kg/hm2，由表3可知，N100与N200处理间西瓜糖分含量差异不显著，因此，D1N200为适合砂田西瓜生产的较优处理。

表5 不同种植密度下氮肥的西瓜产量、品质效应方程Table 5 Effect equation of yield and quality with nitrogen under different planting densities

3 讨论与结论

种植密度要根据品种特性、立地环境条件和栽培管理条件而定，合理密植，可以充分利用光照、空间和地力，迅速提高叶面积指数，增加植株光合效率和光合产物的积累，提高作物的产量和效益。以往对西瓜密度试验研究较少，林燚等［2］通过对‘丽芳’西瓜的适宜密度研究表明，在同一生育期，西瓜功能叶叶绿素含量随种植密度增加而降低，种植密度越低叶片氮含量降幅越大，而磷钾反之，随着密度的增加西瓜雌花着生节位提高0.2～0.7节，单株坐瓜数减少 1.73～3.10个，单株产量减少 29.1% ～55.4%，而由于单位面积坐瓜数增加，产量提高了11.6%;耿玉华等［3］对西瓜新品种‘抗病948’的肥密互作效应研究表明，在适宜栽培密度下，西瓜坐果性好，抗病性强，产量高，但对西瓜品质影响不大。本试验通过对旱砂田全膜覆盖下的中晚熟西瓜品种肥密效应的研究表明，西瓜单株指标如单瓜重、含糖量随种植密度的降低而增加，D3处理的西瓜平均单瓜重较D2和D1分别提高了8.04%和20.34%，含糖量分别提高了2.20%和1.33%;而群体的如产量、氮肥利用率等指标，主要受单位面积植株数量的影响，则随密度增大而升高，D1处理平均产量较D2和D3分别提高了23.46%和45.58%，氮肥利用率分别提高了11.51%和73.66%。

氮缺乏或过量会导致叶绿素含量、酶含量和活性下降，进一步导致作物叶面积降低和光合同化产物的减少及加速生殖生长进程，降低产量和品质［21］。李冬梅等［22］研究表明，增加氮素的用量和配比，黄瓜蔗糖合成酶、蔗糖磷酸合成酶活性先升后降;鲁运江［5］通过不同施氮量对西瓜产量、品质的影响研究表明，施氮区的西瓜产量均优于无氮区，在135～180 kg/hm2的施氮范围内，西瓜产量、含糖量及维生素C含量随施氮量的递增而提高，再增加施氮量，则呈下降趋势;陈钢等［8］也研究表明，西瓜施氮量在0～240 kg/hm2范围内，单瓜重、产量随着氮肥用量的上升而增加，继续增加氮肥用量，西瓜产量开始呈下降趋势 ，施氮有利于提高西瓜含糖量、维生素C含量，但硝酸盐含量也随着增加;朱洪勋等［23］研究表明，西瓜产量与施氮量呈抛物线关系，施氮量在0～240 kg/hm2范围内时，西瓜产量随施氮量的增加而提高，当施氮量超过240 kg/hm2时则会造成减产，西瓜施氮量与可溶性糖和Vc含量呈负相关，与酸度呈正相关。本研究也表明，西瓜单瓜重、产量、含糖量及Vc含量等指标均与施氮量呈抛物线关系，当施氮量在0～200 kg/hm2时，均随施氮量的增加而提高，在200 kg/hm2时达到最高，之后随施氮量的增加而呈下降趋势，这与前人研究结果基本一致。已有研究表明，在一定阈值范围内，植株氮素吸收总量与施氮量呈正相关［24－25］，本试验中，西瓜地上部营养器官、果实及总氮素积累量均随施氮量的增加而提高，而氮素偏生产力和吸收利用率却显著降低，不利于氮素的有效利用，但由于适宜的密度处理显著提高了氮素利用率，使得氮密二者的互作效应表现为协同作用，使D1N200处理保持了较高的氮素利用率水平。

耿玉华等［3］研究表明，肥密对西瓜增产的互作效应显著。而本试验条件下施氮量和种植密度虽对西瓜产量、品质的调控作用十分显著，但氮密效应不具交互作用，这可能与西瓜的品种特性、生长环境及栽培管理条件有关。本研究结果表明，密度和氮肥处理均对西瓜产量产生显著影响，但密度处理的增产幅度大于氮肥处理，而密度对西瓜品质的调控效应却不如氮肥处理显著，因此“以苗保产、以肥提质”是西瓜高产优质的有效途径之一。综合考虑密度、氮肥互作对西瓜产量、品质及氮肥利用率等因素的影响，在旱砂田西瓜全膜覆盖栽培模式下，密度为16680株/hm2和施氮量为200 kg/hm2较为适宜。

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