化肥减施对日光温室黄瓜生长和土壤肥力的影响

郑昕雨，赵昌博，智中正，孙周平

（沈阳农业大学园艺学院/设施园艺省部共建教育部重点实验室，辽宁沈阳 110866）

【研究意义】黄瓜（Cucumis sativusLinn）是我国主要设施蔬菜品种，属根敏感性作物，对养分和土壤环境要求较为严格[1]。在产量作为增加经济效益主要手段的要求下，“大肥大水”成为许多农户习惯性生产方式，导致产量虽然有所增加，品质却不断下降，加剧了肥料的损失，造成资源的浪费和农业生产成本的增加，对环境质量也构成了威胁[2−3]。研究表明：长期过量施用化肥，容易造成土壤酸化，尤其是有些便宜的肥料杂质中含有大量强酸性离子，进一步加剧了土壤pH值下降[4]。施肥量过高也导致土壤盐分的累积，形成土壤盐渍化问题，不仅危害土壤生态环境，还对作物产生毒害作用，导致蔬菜品质下降[5]。农户习惯水肥管理下表观氮素损失量占总氮施入量的82%。这表明我国设施蔬菜栽培氮素损失严重，造成了大量氮素资源的浪费[6]。通过施肥进入土壤中的氮素大约有30%～50%会发生淋溶进入地下水，造成地下水中NO3−含量严重超标[7]。过量施化肥还会造成蔬菜硝酸盐含量超标[8]。长期过量施肥还会导致土壤中养分的大量累积。根据菜地土壤有养分含量丰缺指标[9]，菜地土壤碱解N、有效磷含量在50～100 mg/kg为适宜，大于150 mg/kg为过量，速效钾适宜含量为150～250 mg/kg，大于350 mg/kg为过量。余海英等[10]对山东日光温室土壤养分进行测定发现，温室耕层土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量分别为254，248，486 mg/kg，耕层有效磷和速效钾含量均为过量，且各养分在土壤剖面存在不同程度的向下迁移现象。袁丽金等[11]对河北省设施土壤的测定结果显示，设施土壤硝态氮、有效磷和速效钾含量分别为377.2，448.8，1 405.6 mg/kg，有效磷及速效钾含量均为过量。本课题组对辽宁日光温室蔬菜土壤调查表明：土壤中碱解氮和速效磷的含量明显过量，近年来土壤速效钾的累积也越来越严重。

【前人研究进展】日光温室蔬菜土壤养分大量积累的原因在于过量施肥，曹齐卫等[12]研究表明：山东济南日光温室N、P2O5、K2O年均投入量为2 684，1 965，2 375 kg/hm2，氮、磷及钾肥的肥料利用率低，分别为18.6%、7.4%和31.4%。本研究调查表明：辽宁省凌源市日光温室黄瓜N、P2O5、K2O年平均投入量为1 020，856.95，1 336.95 kg/hm2，也明显超过蔬菜的实际需求量。因此，设施蔬菜化肥减施受到政府和研究者的广泛关注。赵娜[13]对朝阳市建平县日光温室秋茬黄瓜生产研究表明：与常规施肥（CK）相比，减施N肥、P肥、K肥和化肥总量20%时，黄瓜的产量提高。李传哲等[14]对江苏常熟日光温室秋茬黄瓜化肥减施研究表明：与常规施肥处理相比，氮肥和磷肥分别减施20%，黄瓜产量分别提高15.19%、10.95%；氮肥和磷肥同时减施20%，黄瓜品质提高。王巧云等[15]对甘肃永靖日光温室秋茬蔬菜生产研究表明：化肥减施50%，对辣椒、黄瓜、娃娃菜在肥料效益上无明显差异，产量、品质没有受到影响，且具有增产增收的效果。【本研究切入点】前人研究表明，由于不同地区气候条件、土壤类型、蔬菜种类与栽培茬口以及生产管理等不同，我国不同地区设施蔬菜化肥减施存在较大差异。【拟解决的关键问题】辽宁省凌源市是我国北方地区重要的日光温室黄瓜生产基地，年种植面积1万hm2左右。为此，本研究针对凌源市日光温室黄瓜N、P、K化肥均过量施用，而且追肥环节化肥施用量占到总化肥使用量的85%的问题，以凌源市种植14年的日光温室黄瓜生产为研究对象，开展了日光温室黄瓜追肥N、P、K化肥均衡减施研究，以明确追施化肥减量对日光温室黄瓜生长及其土壤养分利用的影响，为日光温室黄瓜科学施肥及其绿色生产提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2018年10月—2019年6月在辽宁省朝阳市凌源市凌北镇农户的日光温室进行，栽培模式为越冬一大茬栽培。到2018年该温室连续14年种植黄瓜，土壤类型为褐土，pH 6.73，EC 0.694 ms/cm，碱解氮含量406.35 mg/kg，有效磷含量293.16 mg/kg，速效钾含量215.80 mg/kg。供试黄瓜品种为津绿新星（嫁接苗）。

1.2 试验设计

以凌源市日光温室黄瓜越冬长季节栽培年目标产量37.5万kg/hm2，确定黄瓜整个生育期施肥量。由于设施果菜类蔬菜的化肥施用主要在追肥环节，因此，本研究进行了N、P、K化肥均衡减施研究，共设6个处理：CK（常规施肥，对照）、T80（减肥20%）、T70（减肥30%）、T60（减肥40%）、T50（减肥50%）和T0（不追肥，只浇水；该处理只用于化肥氮农学利用效率的计算）。所有处理基肥的化肥和有机肥使用量一致。试验在两个日光温室中进行，一个温室为农户常规施肥，共70垄；另一个温室进行化肥减施处理，每个处理14垄，不追肥处理3垄。各个处理的化肥施用量如表1所示。

表1 不同处理追肥化肥施用量Tab.1 Application amount of topdressing fertilizer under different treatments

1.3 栽培管理

两个温室的结构和日常管理一致。每667 m2基肥施用量为牛粪和羊粪共12 m3，N、P、K复合肥25 kg。2018年10月20日定植黄瓜嫁接秧苗，采取1 m高畦大垄、膜下滴灌的栽培方式。常规水肥管理：冬季低温期每10～15 d灌水施肥1次，灌水量10 t/次，追施化肥5～7 kg/次，以有机型水溶肥为主；春季温度适宜季节，每10 d左右灌水施肥1次，灌水15 t/次，追施N、P、K水溶肥7～10 kg/次；夏季温度较高季节，每5～7 d灌水施肥1次，灌水15～20 t/次，追施N、P、K水溶肥6～8 kg/次。2019年6月30日拉秧。其它温室环境、植株管理和病虫害防治同常规生产。

1.4 测定项目与方法

各处理随机选取3株长势一致的黄瓜植株，每隔2个月测量1次株高（用卷尺测量子叶到生长点的距离），3次重复。

开始坐果后进行产量测定，在摘瓜当日用电子天平称质量并记录，拉秧后统计总产量。在盛瓜期取果实，测定品质指标（可溶性糖、Vc和可溶性固形物含量），3次重复。具体测定方法为：可溶性糖采用蒽酮比色法；维生素C采用钼蓝比色法；可溶性固形物用RHBO−90型号手持折射仪（LINK，Co.Ltd.，中国台湾）测量。

拉秧之后按5点取样法取0～20 cm耕层土样，于室内风干后过20目筛，分别测定各个处理的pH、EC、碱解N、速效P、速效K含量。土壤pH用2.5∶1水土比，酸度计测定；土壤电导率采用DDS−11A型电导仪测定，水土比为5∶1；碱解N采用碱解扩散法；土壤速效P采用NaHCO3浸提−钼锑抗比色法；土壤速效K采用NH4OAC浸提−火焰光度法。

拉秧期对植株进行破坏性取样，每处理随机选取3株，调查每棵植株的叶片数，将植株根、茎、叶、果实分开，单独称质量；然后分别装入纸袋中，105 ℃杀青30 min，85 ℃烘干48 h至恒质量，分别称干质量；将植株干样粉碎研磨过100目筛，采用H2SO4−H2O2方法进行消煮，然后用凯氏定氮仪测定其氮含量。

1.5 数据处理

采用WPS软件对试验数据进行统计分析和作图；采用DPS软件进行方差分析，采用Duncan新复极差法进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同化肥减施处理对黄瓜植株生长的影响

2.1.1 对黄瓜株高的影响 从图1可知，随着种植时间，各处理黄瓜植株的株高增加。在定植初期，各处理之间差异不显著。随着时间的推移，各处理之间的差异渐渐显示出来。定植8个月后，各施肥处理的株高随着施肥量的减少呈先升高后下降的趋势，黄瓜株高由大到小依次为：T70处理、T80处理、CK处理、T60处理和T50处理。

图1 不同化肥减施处理对日光温室黄瓜株高的影响Fig.1 Effects of different fertilizer reduction application treatment on plant height of cucumber in solar greenhouse

2.1.2 对黄瓜叶片数的影响 从图2可知，随着追肥量的减少，黄瓜叶片数呈先升高后降低的趋势。T70处理的叶片数最多，为85片，且显著高于其他处理。T50处理的叶片数最少，为71片，显著低于其他处理。

2.1.3 对植株生物量的影响 从表2可以看出，随着施肥量的减少，各处理的生物量呈先升高后降低的趋势，T70处理的生物量最高，为7 511.74 g/株显著高于CK和T60、T50处理；各处理的果实生物量也呈先升高后降低的趋势；各处理的根生物量随着施肥量的减少呈逐渐降低的趋势，根生物量的变化范围为23.13～13.24 g/株；各处理茎和叶的生物量没有明显的趋势，茎和叶生物量的变化范围分别为400.10～442.82 g/株和935.21～1 027.75 g/株。

图2 不同化肥减施处理对日光温室黄瓜叶片数的影响Fig.2 Effects of different fertilizer reduction application treatment on leafs number of cucumber in solar greenhouse

表2 不同化肥减施处理对日光温室黄瓜鲜质量生物量的影响Tab.2 Effects of different fertilizer reduction application treatment on fresh weight of cucumber in solar greenhouseg/株

2.2 不同化肥减施处理对日光温室黄瓜果实产量和品质的影响

2.2.1 对黄瓜果实的影响 图3是各个处理黄瓜的单株产量，从图3可以看出，随着追肥量的减少，单株产量呈先升高后降低的趋势，T70处理的单株产量最高，为6.09 kg/株，比常规施肥CK处理高出10.12%，且差异显著；T50处理的单株产量最低，仅为4.79 kg/株，显著低于CK常规施肥处理。

2.2.2 对黄瓜果实品质的影响 从表3可以看出，T70处理果实可溶性糖含量最高，T60处理最低，各个处理的可溶性糖含量没有显著性差异；CK处理的果实Vc含量最低，仅为0.087 2 mg/gFW，T50和T70处理的果实Vc含量显著高于CK处理；各处理的可溶性固形物含量没有显著性差异，CK处理和T50处理的可溶性固形物含量略低于各减量施肥处理。

图3 不同化肥减施处理对日光温室黄瓜单株产量的影响Fig.3 Effects of different fertilizer reduction application treatment on yield per plant of cucumber in solar greenhouse

表3 不同化肥减施处理对日光温室黄瓜果实品质的影响Tab.3 Effects of different fertilizer reduction application treatment on fruit quality of cucumber in solar greenhouse

2.3 不同化肥减施处理对黄瓜土壤及养分利用的影响

2.3.1 日光温室黄瓜施肥养分供应分析 如表4所示，随着化肥施用量的减少，有机肥施用所占的比例逐渐升高。CK处理的N肥每667 m2总施用量为162.93 kg，其中有机肥提供的N占65.63%，化肥提供的N占34.37%。各减肥处理的化肥N施用量按照梯度逐渐减少，总施N量随之减少，化肥N占比也随之降低，而有机肥提供的N占比随之升高。P肥和K肥的养分供应趋势和N肥相似。

表4 日光温室黄瓜施肥养分供应分析Tab.4 Nutrient supply analysis of cucumber in solar greenhouse

2.3.2 对土壤速效养分的影响 从表5可以看出，各处理之间土壤pH无显著性差异；T80、T70和T60处理与CK常规施肥处理相比电导率显著降低；各处理间的碱解氮、速效磷和速效钾含量均随施肥量的降低而减少，各减肥处理的碱解氮、速效磷和速效钾含量均与常规施肥处理相比显著降低，T50处理最低，分别为271.76，190.3，551.02 mg/kg。

表5 不同追肥减量处理对日光温室土壤养分指标的影响Tab.5 Effects of different topdressing reduce treatment on nutrient indicators of soil in solar greenhouse

表6 不同追肥减量处理对化肥氮养分投入与利用率影响Tab.6 Effects of different topdressing reduce treatment on fertilizer nitrogen nutrient input and utilization

2.3.3 对化肥养分利用率的影响 从表6可以看出，氮肥偏生产力随施化肥氮量的减少而升高，CK处理的化肥氮利用率为262.68 kg/kg，而T50处理的氮肥偏生产力达到了513.69 kg/kg，与CK处理相比提高了95.5%；T60、T70、T80处理分别提高了67.54%、51.5%、33.1%。化肥氮的农学利用率也随施化肥氮量的减少而升高，CK处理的农学利用率仅为7.7%，而T50处理的化肥氮利用率达到了19.2%，与CK处理相比提高了11.5%；T60、T70、T80处理的化肥氮农学利用率分别为16.0%、15.2%、12.9%。

3 讨论

本试验结果表明，在黄瓜生长前期，各处理的黄瓜长势没有显著性差别，分析原因可能是由于黄瓜种植前的土壤养分含量较高，而且本试验施用的基肥占到总施肥量的60%，所以各处理黄瓜前期的养分供应充足，长势没有显著性差别。而在黄瓜生长后期，随着化肥施用量的减少，黄瓜长势呈现上升后下降的趋势，在T70处理处出现拐点，说明适量减少化肥施用（减少20%或30%），在黄瓜生长后期能增强黄瓜的长势，但化肥施用量过少（减少40%或50%），黄瓜生长后期就会因为养分不足而长势变弱。各处理的生物量和产量也都遵循这个规律，可以说明在化肥零增长的观念下，栽培黄瓜时施用常规施肥量70%的化肥就可以满足黄瓜的生长需要，并且可以避免过量施肥对黄瓜生长的抑制作用。

各施肥处理黄瓜果实的可溶性糖含量及可溶性固形物含量并没有随着追肥量的减少而降低，而且各施肥处理果实的维生素C含量随着追肥量的减少呈逐渐上升的趋势，说明在常规施肥的基础上适量减肥不会造成黄瓜果实品质的下降，还可以促进黄瓜果实维生素C含量的增加。

在本试验中，与土壤初始理化性质相比，进行化肥减施处理后土壤碱解氮和速效磷的含量下降，说明减施化肥可以降低土壤中碱解氮和速效磷的累积。但是速效钾的含量却升高，周婷[16]研究结果表明，减施化肥可以降低土壤中过量累积的速效养分，使土壤养分趋于平衡。本试验结果与这一结论不一致，可能是由两个原因造成的：第一是有机肥的大量施用，本试验中有机肥施用量占肥料总施用量的52.32%～95.53%，而且有机肥中的钾是缓慢释放的，有机肥大量施用也会造成土壤中养分含量尤其是速效钾含量的升高，所以有机肥的施用也要适量，不是越多越好。唐继伟等[17]研究也发现土壤中速效钾含量的升高，这主要是由于有机肥的钾含量较高，导致有机肥和化肥钾素施用量增加，土壤中钾素积累量随之升高。周晓芬等[18]研究表明有机肥施入土壤可明显增加土壤速效钾和缓效钾含量，供K能力显著。说明化肥钾的减施还存在很大的潜力，以后可以对此进行近一步的研究。

随着化肥施氮量的减少，各处理的氮肥偏生产力和化肥氮农学利用效率也呈现上升的趋势，这说明常规施肥的情况下，化肥氮的施用是过量的，植株吸收利用的化肥氮所占比例较小，剩余的氮都会残留在土壤中和随着灌水淋失掉[19]。减少化肥氮的施用量，可以提高黄瓜的氮肥偏生产力和化肥氮农学利用效率，降低化肥氮的土中残留和随水淋失。

4 结论

本试验结果表明：不同化肥减施处理对日光温室黄瓜的生长、产量及品质有显著影响，其中与常规追肥相比减肥30%（T70）处理有利于黄瓜植株的生长，植株生物量和单株果实产量均显著高于其他处理，且单株产量达到6.09 kg，较CK处理显著提高10.12%，果实Vc含量较CK处理提高了57.45%，化肥氮农学利用效率提高了7.5%，减少土壤中碱解氮和速效磷的累积，为本试验条件下日光温室黄瓜栽培的最推荐施肥方案。