优化施肥对西瓜产量和品质的影响

王义凡，石秀良，黄玉芳*，王慢慢，岳松华，汪洋，叶优良

（1.河南农业大学资源与环境学院/河南省农业绿色发展工程技术研究中心，河南郑州 450002；2.杞县农业农村局，河南杞县 475200）

西瓜是我国重要的农产品，作为夏季重要的水果之一，深受广大消费者喜爱。西瓜具有较高的营养价值，富含人体所需要的蛋白质、糖、铁、维生素C 和氨基酸等，能防暑降温、消除热燥[1]。我国是世界西瓜生产与消费第一大国，西瓜种植面积占全球总面积的58.06%，产量占全球的76.5%[2]。随着我国经济的快速发展，劳动力成本迅速上升，未来西瓜生产一定会向着标准化、产业化、高效省工化方面发展，同时对高品质西瓜、特色功能性西瓜、反季节西瓜、观光采摘西瓜生产等提出了新的要求[3]。河南省西瓜种植面积、产量在我国占据重要地位，2018年河南西瓜种植面积为251 000 hm2，单位面积产量为54 337.57 kg[4]。河南省开封地区种植西瓜的历史悠久，尤以品质上乘闻名，享有“汴梁西瓜甜到皮”的美誉，2009年被农业部批准为农产品地理标志产品[5]。

西瓜对养分需求量大，在一定施肥范围内，西瓜产量随施肥量的上升而增加[6]。西瓜种植周期短、经济效益高，每667 m2纯利润约为3 500 元。部分瓜农为追求高经济收益，大量使用化肥、重施氮肥、盲目施肥、施肥方法不当，造成肥料利用率低下、土壤肥力下降、环境污染等问题[7-8]。如何根据土壤类型、土壤肥力水平和西瓜的养分需求规律进行科学合理施肥显得尤为重要。前人通过土壤养分测试，基于土壤养分状况和目标产量等进行推荐施肥，在一定程度上提高了西瓜产量和经济效益[9-10]。由于河南省当前依然是以小农户为主的经营单位，很难做到每户都依据土壤测试结果进行配方施用，加之土壤取样、测试成本高、时间长，在缺乏专业指导的情况下很难保障配肥准确性[11]。针对以上问题，国际植物营养研究所（IPNI）开展了基于作物产量和农学效率的养分管理和推荐施肥方法研究，应用计算机软件技术发展为养分专家系统（Nutrient expert system，NE），用于区域和田块尺度推荐施肥[12-13]。该技术原理是把土壤养分供应看作一个“黑箱”，用不施该养分地上部的产量或养分吸收来表征，利用已有作物养分吸收和产量关系，结合当地气候、环境及种植习惯等，确定施肥推荐相关参数，根据目标产量给出施肥数量和施肥方法[14]。养分专家系统只需农户回答一些简单的关于作物产量和栽培管理措施等方面的问题，系统就会利用后台的数据库给出当前农户的养分管理措施和施肥套餐方案[15]。本研究基于NE 对开封地区西瓜进行推荐施肥，研究优化施肥对西瓜产量、品质和经济效益的影响，以期为该地区西瓜科学施肥提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

材料：尿素（含N 46%）2 000 元/t、复合肥（17-17-17）3 800 元/t，河南心连心化学工业集团股份有限公司；过磷酸钙（含P2O512%）1 300 元/t、硫酸钾（含K2O 50%）3 200 元/t、硝酸钙（含N 15%，含CaO 25%）2 800 元/t，洋丰集团股份有限公司；硫酸镁1 200 元/t、硼砂8 000 元/t、硫酸锌10 000 元/t，国药集团化学试剂有限公司。

仪器：TCS 电子台称；百分天平，GL522-1SCN，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；手持式折光仪，WZB45，上海物光。

1.2 试验设计

试验于2018 年春季布置在河南省开封市杞县四个不同农户的田块上，试验前取0～30 cm 土层深度的土壤，测试土壤基本理化性状，见表1。

试验共设置五个处理，如表2 所示。其中前4 个处理施肥方式均为氮肥基施60%，在坐果期、膨瓜期各追施25%、15%；磷肥一次性基施；钾肥基施50%，在坐果期、膨瓜期各追施25%。农户习惯施肥为基肥施用三元复合肥（17-17-17），坐果期再进行追肥。硫酸镁30 kg/hm2，硼砂15 kg/hm2，硫酸锌15 kg/hm2全部一次性基施。

表1 供试土壤基本理化性状Table 1 Physical and chemical properties of tested soil

表2 试验处理及肥料用量Table 2 Experimental treatment and fertilizer dosage

前3 个处理是在OPT 施肥基础上不施氮肥、磷肥、钾肥。每个小区面积100 m2，供试品种选择当地主栽品种黑美人，种植密度为8 400 株/hm2。4 月1 日前后播种，7月5 日左右收获。除施肥外，处理1～4 处理的其它田间管理与农户习惯组一致。

1.3 样品采集与测定

收获期，各小区采收30 个西瓜（九分熟），测鲜质量。从30 个西瓜中再选取5 个样品，分为瓜皮和果肉（瓜中心10 cm 直径范围内为果肉心，剩余部分为果肉边）测鲜质量，果肉与整瓜的比值为可食率。VC 含量以2,6-二氯淀粉蓝滴定法测定[15]，可溶性固形物含量用手持式折光仪测定。

1.4 数据处理与分析

农学利用率和肥料偏生产力的计算公式见式（1）（2）。

试验数据用SPSS 22.0 进行统计分析，不同施肥处理间差异采用单因素方差分析，用LSD 法进行多重比较，采用OriginPro 2016 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对西瓜产量的影响

不同施肥处理对西瓜产量的影响见图1。由图可知，4 个试验点，均以OPT 处理的产量最高，且显著高于其他处理，分别增产5.94、4.96、8.15、15.54 t/hm2，增幅分别为12.8%、13.8%、23.1%、39.6%。OPT 处理基础上不施用氮、磷或钾肥后产量都会出现明显下降，以OPT-K 处理的产量降幅最小，4 个试验点（除田块1）都以OPT-N 处理的产量降幅最大。田块4 的OPT-K 处理产量显著高于FP，而其它3 个田块中OPT-K 的产量与FP 处理基本一致。

2.2 不同施肥处理对西瓜可食率的影响

不同施肥处理对西瓜可食率的影响见图2。由图2可知，与产量变化趋势一样，4 个试验点均以OPT 处理的西瓜可食率最大，相比FP 处理，4 个试验点分别提高了4.2%、8.5%、8.0%、3.4%，仅田块3 增幅达显著水平。OPT处理基础上不施用氮、磷或者钾肥都会影响西瓜可食率，4 个试验点OPT-N、OPT-P、OPT-K 处理的可食率都显著低于OPT 处理，不施钾处理在田块2 上的可食率表现为与OPT 间无明显差异。

2.3 不同施肥处理对西瓜营养品质的影响

表3 不同施肥处理对西瓜营养品质的影响Table 3 Effects of different fertilization treatments on nutritional quality of watermelon

优化施肥提高了西瓜的VC 含量，同时降低了可滴定酸的含量，但不是4 个田块都达到显著水平（见表3）。相比OPT 处理，减少氮、磷、钾肥均会降低VC 含量，不同田块降幅不同，其中OPT-N 处理平均下降21.4%，OPT-P 处理平均下降13.5%，OPT-K 处理平均下降19.4%。可见，相比OPT 处理，减少氮、磷、钾肥均会提高可滴定酸含量，不同田块增幅不同，其中OPT-N 处理平均上升26.3%，OPT-P 处理平均上升31.2%，OPT-K 处理平均上升15.3%。果肉中心可溶性固形物含量明显高于边缘，OPT 与FP 处理间在果肉中心和边缘的可溶性固形物含量没有明显差异。与OPT 处理相比，不施氮肥显著降低了果肉中心的可溶性固形物含量，而OPT-P 仅发生在田块1 上，OPT-K 仅发生在田块4 上。不施氮同样显著降低了全部试验点西瓜的果肉边缘可溶性固形物含量，而OPT-K 仅在田块2 和田块4 上表现为显著低于OPT，OPT-P 的固形物显著降低也只发生在田块4 上。

2.4 不同施肥处理对西瓜养分利用效率的影响

表4 优化施肥的肥料利用效率Table 4 Fertilizer use efficiency of optimized fertilization

表4 显示OPT 处理化肥偏生产力显著高于FP 处理，优化施肥提高了化肥效率。优化施肥下，磷肥农学效率最高，为136.0 kg/kg；其次是氮肥、钾肥，分别为59.6、31.7 kg/kg。

2.5 不同施肥处理对西瓜经济效益的影响

表5 不同施肥处理对西瓜经济效益的影响Table 5 Effects of different fertilization treatments on economic benefits of watermelon

不考虑西瓜品质的差异，且西瓜单价都按1.6 元/kg计算，4 个田块OPT 处理的西瓜产值相比FP 处理分别升高12.8%、13.7%、23.2%、39.5%。除产值外，肥料投入方面两种施肥处理间相差约0.11 万元/hm2。各处理其它投入（包含农药、水电、地膜、人工）一致，均为18 375 元/hm2。产值减去肥料和其它投入得到经济效益，从表5 可以看出，OPT 处理的经济效益明显高于FP 处理，增收0.90～2.59 万元/hm2，增幅为20.9%～65.9%，平均为39.1%。

3 讨论

3.1 农户习惯施肥存在的问题

河南是我国重要的西瓜主产区，西瓜常年栽培面积达16 万hm2以上，但在化肥施用上仍停留在靠经验施肥阶段，导致缺素或土壤中某种营养元素过剩等现象的发生，既影响西瓜产量、品质和经济效益，又造成肥料浪费和环境污染[10]。西瓜经济效益远高于常规粮油作物，受经济效益影响，农户习惯投入大量肥料以获取高产[16]。本研究中，农户习惯氮、磷、钾肥用量都为229.5 kg/hm2，N、P2O5、K2O 投入比例为1:1:1。前人研究发现，西瓜在整个生育期吸收钾最多，氮次之，磷最少[17]。也有学者发现，西瓜整个生育期投入的N:P2O5:K2O 养分最佳比例应为1:(0.41～0.85):(1.28～1.3)[6,18]。在本研究中，基于养分专家系统得出的施肥量为氮肥174 kg/hm2，磷肥为63 kg/hm2，钾肥为200 kg/hm2，其N:P2O5:K2O 比例为1:0.36:1.15，这与本研究推荐的养分比例十分接近。

本研究中，农户习惯处理的西瓜肥料偏生产力显著低于专家系统推荐施肥处理，过高的施肥量和不适宜的肥料配比是其化肥利用率不高的主要原因。邓云等[19]报道，河南西瓜氮、磷、钾肥农学效率分别为23.6、38.1、64.7 kg/kg，相较于此，本试验条件下的氮、磷肥农学效率明显提高，而钾肥农学效率有所下降。

3.2 优化施肥在西瓜上的应用效果

将前期调研得到的农户生产数据输入计算机软件中，养分专家系统则会根据目标产量计算出施肥数量和施肥方法，但肥料效果仍需进行田间验证。本研究，相比农户习惯施肥，优化施肥处理产量在4 个田块都有显著提高，平均增产22.3%。此外，本研究发现优化施肥与农户习惯处理间可食率差异并不明显，这就说明优化施肥引起的增产是西瓜整体质量的增加，并没有增加瓜皮（非可食部位）的质量。

西瓜作为经济作物，除产量外，品质因素更受人们的重视。肥料用量和配比对西瓜的品质有很大影响，本研究中，相比农户习惯处理，优化施肥显著提高了果肉的VC含量，降低了可滴定酸含量，有效改善了西瓜的口感和营养品质。优化施肥与农户习惯施肥处理间可溶性固形物含量差异不明显，结果显示只有氮肥不足时才会造成果肉中心和边缘可溶性固形物的显著降低。前人研究认为一定范围内随着施肥水平的增加而提高，但在施肥过量的条件下，果实品质又呈下降趋势[20]。因此，过量的肥料和不平衡的养分比例是农户习惯生产中产出西瓜品质不高的重要原因。

西瓜产值高，除肥料外，其它成本投入占产值的22.0%～31.9%。肥料价格并不作为农户考虑的首要因素，他们往往更关心肥料的效果。本研究中，相比习惯处理，优化施肥处理的肥料价格每公顷节约了1 100 元，产值提高了12.8%～39.5%，最终帮助农户提高了20.9%～65.9%的经济收益。本研究结果表明该优化施肥方案在西瓜上有良好的应用效果，可以用于开封地区的西瓜施肥指导。此外，可以联合化肥企业，将优化施肥方案进一步物化和简化，结合缓控释技术生产出适合该区域的西瓜专用肥产品。

总之，优化施肥能提高西瓜产量，改善西瓜口感和营养品质，同时能够增加农民收入，是能够兼顾产量、养分高效利用和环境保护的一项科学施肥方案。