水溶肥种植模式下不同氮素含量处理对土壤养分、黄瓜品质及氮肥利用效率的影响

田素波，陈安维，国家进，丁俊洋，胡 浩，张晓丽

（1.寿光蔬菜产业控股集团有限公司，山东 潍坊 262700；2.山东省设施蔬菜技术创新中心，山东 潍坊 262700；3.上海海关动植物与食品检验检疫技术中心，中国 上海 200000；4.山东省寿光蔬菜产业集团有限公司，山东 潍坊 262700；5.潍坊科技学院，山东 潍坊 262700；6.青岛绿色硅谷科技有限公司,山东 青岛 266000）

黄瓜为葫芦科一年生草本植物，深受广大消费者喜爱，全国种植面积占蔬菜种植面积的10%以上[1]。黄瓜本身含水量在90%以上，生长过程中需水、需肥量较大，近年来，为追求产量，农户大量使用化肥，造成黄瓜品质降低、环境污染等问题。

滴灌水肥一体化是借助压力系统或外界自然地势落差，将可溶性固体或液体肥料配兑成肥液，与灌溉水一起通过可控滴灌管道系统将水分、养分定时定量按比例直接提供给作物的一种施肥新方法[2-3]。生物基水溶肥是以秸秆粉、风化煤等为原料制成的有机肥，施用生物基水溶肥相对于单独施用常规水溶肥土壤pH、EC值分别下降2.02%~2.82%与6.51%~8.12%；另外生物基水溶肥有助于改善土壤微生物数量，保持良好的生态环境[4]。生物有机肥配施氨基酸水溶肥有助于改善土壤各类速效养分含量[5]。与传统施肥相比，施用果类蔬菜专用水溶肥平均增加果类蔬菜产量18.1%，氮肥偏生产力平均提高14.96%；并能改善果实品质，使果实可溶性糖含量平均增加98%，有机酸含量平均降低38%[6]。

肥料增效剂可有效降低肥料的释放分解速度，提高养分的利用率。腐植酸钾类增效剂能够促进小麦苗期根系的生长发育，增加分蘖数[7]。营养液中添加一定的聚天冬氨酸可增加杨树幼苗地上部分鲜质量，降低杨树幼苗根冠比和硝态氮含量[8]。

目前肥料增效剂大多应用于各种粮食作物，针对于黄瓜研究较少，因此在使用水溶肥的基础上，加入聚天冬氨酸，减少氮肥的投入量，增加肥料利用率，测定土壤养分含量的变化以及对黄瓜品质的影响。虽然水溶肥使用成本会高于常规施肥，但在使用后可提高黄瓜品质，因此经济效益显著提高[9]。与普通复合肥相比，水溶性肥料具有配方灵活、见效迅速和养分利用率高等优点，更为关键的是其可以大范围的应用于滴灌等设施农业，实现水肥一体化，达到节约生产成本的目的。为设施农业水肥一体化生产条件下的水肥科学管理提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在山东省寿光市现代农业产业园内（118°40′N，36°55′E）进行，土壤pH为7.23，碱解氮含量为122.86 mg·kg-1，有效磷含量为45.28 mg·kg-1，速效钾含量为216.86 mg·kg-1，有机质含量为12.37 g·kg-1。供试品种为奥威特，种植时间2020年2月初至6月底。采用黄瓜穴盘嫁接育苗技术，通过工厂化育苗培育壮苗。嫁接黄瓜苗长到二叶一心时定植，按照行距70～75 cm进行定植，每公顷栽培37 500株。

供试肥料为寿光市燕天肥业有限公司生产的黄瓜专用水溶肥，平衡水溶肥（19-19-19）、高钾型水溶肥（15-6-35）；聚天门冬氨酸（由中科院微生物研究所、中科院合肥物质科学研究院共同研究，青岛新纳生物技术有限公司提供成品，质量分数≥98%）；重过磷酸钙（P2O546%），硫酸钾（K2O 50%），尿素（N 46%）。

1.2 试验设计

试验共有5个处理：CK为不施加氮肥，将重过磷酸钙163.04 kg·hm-2、硫酸钾450 kg·hm-2，定植前混匀撒入土壤，只浇灌清水；T1、T2、T3、T4处理均使用黄瓜专用水溶肥，另外添加尿素作为氮元素的补充，T1、T2、T3、T4总氮含量分别为525、420、336、268 kg·hm-2。T3、T4处理的水溶肥中添加聚天门冬氨酸，含量为1 000 kg·hm-2。

在定植后直至花开期间，定植后7～10 d第1次施肥，随后每15 d施肥1次，每次水溶肥用量60 kg·hm-2。花开后直至拉秧期间，每15 d进行1次施肥，每次水溶肥用量为100 kg·hm-2。每次灌水量为270 m3·hm-2，并根据黄瓜生长状态进行水量的调节。

1.3 测定指标及方法

1.3.1 土壤指标的测定 每个处理使用S型取样法取0～20 cm的土壤，采集（采集的土样深度是多少）的土样按“四分法”缩分至2 kg，风干、研磨、过筛后，用于各项指标的测定。土壤pH值用电位法测定，有机质用油浴外加热重铬酸钾容量法测定，水解氮用碱解扩散法测定，有效磷用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定[10]。

1.3.2 黄瓜营养指标及产量 黄瓜成熟期进行采样，取小区中除边行外的任意中间行随机采10株进行测定，亚硝酸盐采用盐酸萘乙二胺法测定，VC采用2,6-二氯酚靛酚法滴定法测定，可溶性糖采用蒽酮比色法测定。收获时期测定产量以及全株的氮、磷、钾含量。分别采用半微量蒸馏法测定氮(N)含量，钒钼黄吸光光度法测定磷(P2O5)含量，火焰光度计法测定钾(K2O)含量。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS17.0软件对试验数据进行统计分析，采用LSD法检验处理间差异显著性。

计算肥料偏生产力及氮肥农学利用效率，方法如下:

2 结果与分析

2.1 水肥一体化不同处理对土壤养分的影响

由表1可知，在不同处理下，土壤的养分含量由不同的变化。不同处理下土壤pH值变化呈显著差异，水溶肥可让土壤酸碱度保持稳定在中性。随着氮素的减少，土壤养分含量先上升后下降，原因可能是过多的氮素施加后，作物无法吸收，土壤无法转化，只能流失。其中，T2、T3处理土壤养分含量较高，T2的碱解氮、有效磷、速效钾与T1相比分别提高了27.50%、28.29%、38.63%。另外，T3与T2处理显著性差异不明显，T4处理养分含量略有下降。

表1 不同施肥处理对土壤养分的影响

2.2 水肥一体化对黄瓜营养品质的影响

由图1可知，水溶肥搭配有机肥明显提高黄瓜的营养品质。T3、T4处理的VC含量较高，但处理之间无显著差异。可溶性糖含量随着养分的减少而上升，T3处理的可溶性糖含量最高，与CK相比提高了12.83%，T4处理略有下降。水肥一体化种植黄瓜，亚硝酸盐的含量下降，各处理之间差异显著，T3、T4亚硝酸盐均值为449.84 mg·kg-1与T1相比降低了29.08%。

图1 不同处理对黄瓜营养品质的影响

2.3 水肥一体化黄瓜植株中N、P、K含量的影响

由图2可知，水肥一体化可有效促进黄瓜对养分的吸收。黄瓜所含的全氮最多，其次是全钾，对磷元素的吸收最少。T2、T3、T4随着氮素施加量的减少，黄瓜吸收的全氮增加，T2、T3与T1相比全氮含量分别增加了18.93%、27.11%，说明适当的氮素量可有效提高利用率，降低流失量。T2、T3、T4之间无显著性差异，在农业生产中可适当减少氮素的添加，防止土壤酸化等问题的出现。各处理全钾含量的变化与全氮相似，T4与T2、T3有显著性差异，T4较T3全钾降低了10.15%，在减少养分后，可能会影响钾元素的吸收量。

图2 不同处理对黄瓜植株N、P、K含量的影响

2.4 水肥一体化对黄瓜产量和氮素利用率的影响

由表2可知，水溶肥可明显提高黄瓜产量和氮肥农学效率。T3产量最高，较CK相比增加了25.29%，T2、T3之间无显著差异，因此可减少肥料的投入，降低成本。养分投入减少，氮肥农学效率上升，T3处理较T2提高了33.01%，效果明显。

表2 不同处理氮肥利用率的变化

3 讨论与结论

水肥一体化可有效改善土壤养分含量，调节土壤酸碱平衡。水溶肥配方能够不同程度的提高土壤氮、磷的含量，改善土壤pH值和电导率，试验中T1处理中过多的养分施加不会增加土壤养分，反而会导致土壤呈现酸性，有机质含量较CK相比减少了8.14%，因此水溶肥的使用在一定程度上有利于土壤酸碱度和土壤肥力的改善，提高土壤的生产能力[11]。另外，在添加聚天门冬氨酸后，T3处理的土壤养分与T2相比没有显著差异，聚天门冬氨酸会与养分离子络合，形成有机共聚物类活性物质，提高根际养分浓度，减少流失，从而提高肥料利用率[12]。

因此，在减少养分的条件下，土壤中含有的速效养分含量依然可以保证黄瓜生长所需。水肥一体化虽然有一定成本，但可显著提高农民的效率，起到省时省工的作用。

水肥一体化栽培模式在减肥的种植过程中，可提高黄瓜品质和氮肥利用效率。

水溶肥有提高蔬菜产量和改善品质的作用[6,13]。水溶性肥料处理的黄瓜可溶性糖含量分别较复合肥处理和清水（CK）处理高3、5 mg·kg-1、VC含量分别高0.02、0.03 mg·kg-1[9]。在减少肥料的使用量后，黄瓜各生长指标良好。高氮的处理中黄瓜中亚硝酸盐含量较高，随着氮施加量的减少，亚硝酸盐随之下降。随着施氮量的增加黄瓜的产量呈现出先升后降的趋势[14]，符合不同蔬菜对氮素的需求都有一个最适范围，低于或超过这个范围不仅不利于生长且产量会降低这一理论[15]。聚天门冬氨酸使用在黄瓜生长过程中可使黄瓜单株产量、单株果数和总产量分别比对照显著增加17.85%、20.92%、17.85%[16]。T4与T3产量相比，仅相差了6.42%，通过依次降低养分含量，黄瓜氮肥利用率可明显上升，T3处理与高养分的T1相比，氮肥利用效率提高了近2倍。聚天门冬氨酸能够活化土壤中固定态的养分元素，保持土壤水分，进而提高水肥利用率，促进黄瓜生长、增加产量[19]。由此可见，黄瓜种植过程中，使用肥料增效剂后，可适当减少肥料使用量，黄瓜产量保持甚至有所提高，肥料利用率上升，从而避免了土壤污染等农业污染问题。

水溶肥种植模式搭配聚天门冬氨酸可增加土壤中的养分含量，当氮素施加量为336 kg·hm-2（T3）与常规施肥（T1）比较，土壤耕层中的有机质增加了20.55%，碱解氮增加了17.06%。另外，聚天门冬氨酸可以促进黄瓜对氮磷钾营养的吸收，提高黄瓜产量，比常规施肥增产25.30%。这样可明显提高肥料偏生产力和氮肥农学利用效率，减少氮肥损失。因此，减少氮素的施加量的同时，添加聚天门冬氨酸既可提高改善黄瓜品质，又可改善土壤养分。