不同施肥模式对微润灌黄瓜土壤养分及产量、品质的影响

续佳浩，申丽霞，杨 玫

（太原理工大学水利科学与工程学院，太原 030024）

0 引 言

黄瓜（学名：Cucumis sativus L.）葫芦科蔓生或攀援草本植物，在我国各地普遍栽培。黄瓜清脆可口，富含维生素C、维生素E、纤维素、丙醇二酸等营养成分，是我国重要的蔬菜作物之一。随着人民日益增长物质需要，黄瓜的需求量越来越多，在黄瓜生产中为了追求产量而大水大肥的现象较为严重，不仅导致种植成本增加、水资源浪费，而且因无机肥的大量使用还会导致生态环境遭受严重污染[1]。

微润灌溉作为一种新型的节水灌溉技术，它是通过微润管地埋的方式，利用半透膜管的膜内外水势差作为驱动力，将灌溉水以发汗状形式输送到作物根系区，达到慢速、长久润土的效果，有利于作物根部持续保持相同的土壤水分状态，满足作物需水要求，在作物整个生长周期起到持续灌溉的作用[2]。微润灌溉技术可以很好的和水肥一体化技术结合，达到节水减肥增产的效果。微润灌溉下土壤水分运移已有较多的研究揭示[3-5]。但结合施肥（尤其是无机肥减施+水溶性生物有机肥一体化施用）下土壤肥料的运移规律研究较少。

生物有机肥是一种新型肥料兼具有机肥料和微生物肥料的性质，可以培肥土壤、调控土壤微生态平衡、改善农产品品质、控制土壤中重金属的有效性[6]。梁嘉伟等[7]研究表明生物有机肥可提高土壤肥力，改良土壤环境，提高白瓜产量。茹朝等[8]研究表明配施生物有机肥可以提高大白菜的产量与品质。目前生产研究中一般将生物有机肥作为基肥施用，生物有机肥和无机肥配合作为追肥施用相对较少。

综上所述，本试验针对无机肥减施加水溶性生物有机肥配合追施，研究其在微润灌溉模式下各种速效养分在土层中的运移分布规律，揭示微润灌溉下各种速效养分在土层中的运移分布规律；并研究其产量和品质筛选出适宜设施黄瓜种植的施肥模式。为微润灌溉技术推广、肥料高效利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验于2022 年6-9 月在山西省太原市小店区刘家堡乡日光温室中进行。试验区属于温带大陆性季风干旱气候，四季分明。年均气温11 ℃，年降雨量520 mm 左右，无霜期170 d。试验前0～20 cm 土层土壤的理化性状为：pH 值7.36，硝态氮16.87 mg/kg，速效磷7.13 mg/kg，速效钾193.41 mg/kg，有机质25.8 g/kg，田间持水量26.1%，土壤容重1.52 g/㎝3。

1.2 试验设计

试验采用随机区组设计，共7 个处理：低浓度无机肥（T1）、中浓度无机肥（T2）、高浓度无机肥（T3）、低浓度无机肥+低浓度生物有机肥（T4）、低浓度无机肥+中浓度生物有机肥（T5）、低浓度无机肥+高浓度生物有机肥（T6）和不施肥（CK），各处理施肥量见表1。所有肥料均在整个生育期内随水追施，每隔15 d 追施一次，总共追施5 次。各组处理设3组重复试验，小区面积为36 m2。黄瓜采取一垄双行种植，株距30 cm，行距40 cm。微润管采取一垄双管布置，埋深15 cm，压力水头为1.5～1.8 m。在黄瓜生长期间其余各项田间管理由专人负责，严格把控，确保试验数据准确有效。

表1 不同施肥模式的施肥量Tab.1 Fertilization amount of different fertilization modes

1.3 试验材料

生物有机肥选用施地佳水溶性生物有机肥（有效活菌数≥2 亿/g，有机质≥40%，氨基酸≥10%，黄腐酸≥5%），无机肥选用国光磷酸二氢钾（水溶性五氧化二磷≥51%，氧化钾≥33.8%），全水溶农用硫酸钾（氧化钾≥52%），尿素（N≥46%），国光磷酸二氢钾与全水溶农用硫酸钾中都含有氧化钾，先通过五氧化二磷的用量计算国光磷酸二氢钾的用量，然后用氧化钾的用量减去国光磷酸二氢钾中氧化钾的含量，从而计算全水溶农用硫酸钾的用量。

1.4 试验指标及测定方法

定值后每15 d按照“S”曲线分别采取0～20、20～40、40～60 cm 处土壤的混合土样。采集的土壤按“四分法”缩分至2 kg，风干、研磨、过筛后分别测定各土层土壤中速效磷、速效钾和硝态氮的含量。速效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定，速效钾采用火焰光度计法测定，硝态氮采用紫外分光光度计法测定[9]。

从初瓜期开始至末瓜期，在黄瓜各处理的小区里选取6株具有代表性的黄瓜植株做标记并对其黄瓜的鲜果重进行累计测产，按种植面积折合产量。

在盛瓜期，在每个小区标记的植株里随机取成熟度相似的5～6 个果实，测定果实品质。维生素C 含量采用2，6-二氯靛酚测定法测定；可溶性糖含量采用蒽酮比色法测定；可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法测定；硝酸盐含量采用紫外分光光度法测定[10]。

氮（磷、钾） 肥偏生产力（Fertilizer partial factor productivity，PFP，kg/kg）的计算公式为：

式中：Y为作物产量，kg/hm²；FT为投入的N、P2O5和K2O 的总量，kg/hm²。

氮（磷、钾） 肥农学效率（Agronomy fertilizer use efficiency，AFUE，kg/kg）的计算公式为：

式中：YO为不施肥处理的产量，kg/hm²。

1.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2019 进行数据的处理，运用Origin 2021 进行相关图表绘制，使用SPSS 27.0 软件（LSD）进行显著性检验，显著水平为0.05。

2 结果与分析

2.1 不同施肥模式对黄瓜根区土壤硝态氮时空分布的影响

图1 为不同施肥模式不同土层硝态氮含量随时间的动态变化曲线，硝态氮是土壤速效养分的一种，可以被黄瓜植株直接吸收利用。由图1（a）和图1（b）可知，整个生育期内0～20 cm 及20～40 cm 土层各处理硝态氮含量随着时间的推移表现出先增加后降低的趋势，0～20 cm 及20～40 cm 土层各处理硝态氮含量的动态变化与黄瓜植株的生长发育息息相关，黄瓜植株生育前期生长缓慢，对硝态氮需求量较少，硝态氮逐渐在土壤中累积，0～20 cm 及20～40 cm 土层各处理硝态氮含量的峰值均在45 d 时出现；0～20 cm 土层45 d 时硝态氮含量从高到底依次为：T3、T6、T2、T5、T4、T1，T2、T5 无显著差异，生物有机肥与低浓度无机肥配施的T4、T5、T6 处理相较于T1 处理分别增长了9.6%、22.92%、35.97%；20～40 cm土层45 d 时硝态氮含量从高到底依次为：T3、T2、T6、T5、T4、T1，生物有机肥与低浓度无机肥配施的T4、T5、T6 处理相较于T1 处理分别增长了4.3%、13.32%、20.62%；0～20 cm及20～40 cm 土层在90 d 时硝态氮含量除T3 处理外均低于15 d时的硝态氮含量。由图1（c）可知，40～60 cm 土层硝态氮含量受黄瓜植株生长发育的影响较小，T3 处理的硝态氮含量呈现累积趋势，T1、T2、T4、T5、T6 硝态氮含量表现为下降趋势。

2.2 不同施肥模式对黄瓜根区土壤速效磷时空分布的影响

图2 为不同施肥模式不同土层速效磷含量随时间的动态变化曲线，速效磷又称有效磷，易被土壤固定不易随水分移动，图2 可以看出土壤中速效磷主要分布在0～40 cm 土层，40～60 cm 土层有效磷含量受黄瓜植株生长发育和施肥模式影响较小。由图2（a）和图2（b）可知，整个生育期内0～20 cm 及20～40 cm 土层各处理速效磷含量随着时间的推移表现出先减少后增的趋势；0～20 cm 土层在45 d 时土壤中速效磷含量与15 d 时土壤中速效磷含量相比，T1 处理降低了12.42%、T2 处理降低了7.3%、T3 处理提升了4.2%、T4 处理降低了19.94%、T5 处理降低了22.09%、T6 处理降低了13.27%；90d 时土壤中速效磷含量与45 d 时土壤中速效磷含量相比，T1 处理提升了31.56%、T2 处理提升了58.03%、T3 处理提升了50.08%、T4 处理提升了40.78%、T5 处理提升了48.51%、T6 处理提升了60.8%；20～40 ㎝土层在45 d 时土壤中速效磷含量从大到小依次为：T3、T2、T6、T1、T5、T4，在75 d 时土壤中速效磷含量从大到小依次为： T3、T6、T2、T5、T1、T4。

图2 不同施肥模式土壤速效磷含量Fig.2 Soil available phosphorus content under different fertilization modes

2.3 不同施肥模式对黄瓜根区土壤速效钾时空分布的影响

图3为不同施肥模式不同土层速效钾含量随时间的动态变化曲线，速效钾在土壤中易随水运移，并且黄瓜对速效钾的需求量比较大，整个生育期需要吸收大量的速效钾。由图3(a)和图3(b)可知0～20 cm 和20～40 cm 土层90 d 时速效钾含量各处理均低于15 d 时的速效钾含量；90 d 时0～20 cm 土层速效钾含量从大到小依次为：T3、T6、T2、T5、T4、T1，20～40 cm 土层90 d时速效钾含量从大到小依次为：T3、T2、T6、T1、T5、T4。由图3(c)可知40～60 cm土层速效钾含量呈现先减少后增加的趋势，30 d后速效钾逐渐在土壤中积累；90 d时速效钾含量与15 d 时速效钾含量相比，T1 处理基本没有变化、T2 处理增加了32.73%、T3 处理增加了61.47%、T4 处理降低了16.22%、T5处理增加了8.3%、T6处理增加了20.56%。

图3 不同施肥模式土壤速效钾含量Fig.3 Soil available potassium content under different fertilization modes

2.4 不同施肥模式对黄瓜产量的影响

表2为不同施肥模式对黄瓜产量、氮（磷、钾）肥偏生产及农学效率的影响。施肥模式对设施黄瓜产量有显著影响，各处理产量与不施肥处理CK 产量相比，T1 处理增产27.51%、T2 处理增产66.78%、T3 处理增产71.06%、T4 处理增产41.94%、T5 处理增产60.35%、T6 处理增产69.27%；T4、T5、T6处理与T1处理相比分别增产11.31%、25.75%、32.75%。表2 可以看出单施无机肥的T1、T2、T3 处理氮（磷、钾）肥偏生产力随着施肥量的增加而降低；T5、T6 处理的氮肥偏生产力无显著差异，T1、T4 处理的氮肥偏生产力无显著差异，T5处理的氮肥偏生产力最高，为309.38 kg/kg；T4、T5 处理的磷肥偏生产力无显著差异，各处理磷肥偏生产力从大到小依次为：T1、T5、T4、T6、T2、T3；T5、T6 处理的钾肥偏生产力无显著差异，T6 处理的钾肥偏生产力最高，为220.33 kg/kg。由表2 可知无机肥与生物有机肥配施的T4、T5、T6 处理的氮（磷、钾）肥农学效率显著大与单施无机肥的T1、T2、T3处理。

表2 不同施肥模式下黄瓜的产量、氮（磷、钾）肥偏生产及农学效率Tab.2 Yield，nitrogen（P，K）fertilizer yield and agronomic efficiency of cucumber under different fertilization modes

2.5 不同施肥模式对黄瓜品质的影响

从表3 可以看出T6 处理的黄瓜果实中维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量均高于其他处理，分别为13.37 mg/100g、1.45%、2.65 mg/g，T3处理的硝酸盐含量最高，高达81.27 mg/kg。生物有机肥与无机肥配施的T4、T5、T6 处理维C 含量与T1 处理对比分别增长4.45%、12.47%、19.06%，可溶性糖含量与T1 处理对比分别增长了6.84%、17.09%、23.93%，可溶性蛋白含量与T1 处理对比分别增长了2.61%、10%、15.22%。各处理硝酸盐含量由高到低依次为：T3、T2、T6、T5、T4、T1，无论是单施有机肥处理还是生物有机肥与无机肥配施的处理硝酸盐含量均随施肥量的增加而增加。

表3 不同施肥模式下黄瓜的品质Tab.3 Quality of cucumber under different fertilization modes

3 讨 论

以设施黄瓜丰产、高品质为目标，以保护生态环境为基础，本研究系统分析了不同施肥模式下微润溉设施黄瓜整个生育期土壤速效养分（硝态氮、速效磷、速效钾）的时空分布特征，以及微润灌设施黄瓜的产量、氮（磷、钾）肥偏生产力、氮（磷、钾）肥农学效率及品质对不同施肥模式的响应特征。结果显示无机肥减施配施生物有机肥在获得黄瓜高产的同时，还可以降低土壤中速效养分的累积与淋失，这与刘晓彤[11]等研究结果类似；增施生物有机肥减施无机肥的T4、T5、T6 处理土壤中速效养分的含量随生物有机肥浓度的增加而增加，与T1（低浓度有机肥）处理相比土壤中速效养分显著提高，这与马祥[12]等的研究结果基本一致。在果实品质方面，增施生物有机肥的处理与T1（低浓度无机肥）处理相比可以显著提高黄瓜的维生素C 以及可溶性糖的含量，与李建欣[13]等的研究结果基本一致。在肥料利用方面，单施无机肥的处理氮（磷、钾）肥偏生产力均随施肥量的增加而降低，与马新超[14]的研究结果基本一致；同时，本研究发现增施生物有机肥后可显著提高氮（钾）肥偏生产力以及氮（磷、钾）肥农学效率，但是增施生物有机肥的T4、T5、T6 处理与T1（低浓度无机肥）处理相比磷肥偏生产力有显著下降，这可能是因为黄瓜植株对磷肥的需求量较少。综合速效养分时空分布与产量及品质，本研究发现单施无机肥的处理随着耕层（0～40 cm）土壤中速效养分的增加黄瓜产量及品质均有显著提高，同时硝酸盐含量也有显著提高；增施生物有机肥减施无机肥的处理也随着耕层（0～40 cm）土壤中速效养分的增加黄瓜产量及品质均有显著提高，同时硝酸盐含量也有显著提高；而将单施无机肥的处理与增施生物有机肥减施无机肥的处理对比并无此规律，究其原因可能是生物有机肥中含有大量微生物，从而促进了植物对养分的吸收利用[15]。

4 结 论

（1）微润灌溉模式下可溶性生物有机肥配施无机肥可以显著提高可供黄瓜利用的0～40 cm 土壤中速效养分的含量，并且促进黄瓜植株对速效养分的吸收；降低40～60 cm 土壤中的硝态氮和速效钾含量，对40～60 cm 土壤中速效磷含量无显著影响。

（2）与CK 处理相比各处理均促进了黄瓜产量的增加，综合黄瓜果实的产量和品质，T6（低浓度无机肥+高浓度生物有机肥）处理为最适宜微润灌设施黄瓜种植的施肥模式，对比CK 处理增产69.27%，维生素C 含量增加了29.68%，可溶性糖含量提升了55.91%，可溶性蛋白含量提高了32.5%；与T3（高浓度无机肥）处理相比产量无显著性差异，但是硝酸盐含量降低了15.97%。

（3）T6（低浓度无机肥+高浓度生物有机肥）处理与同为高产的T3（高浓度无机肥）处理相比，氮（磷、钾）肥偏生产力以及氮（磷、钾）肥农学效率均有显著提高；与T1（低浓度无机肥）处理相比氮肥偏生产力提高了6.2%，钾肥偏生产力增加了13.78%，磷肥偏生产力降低了11.5%，氮（磷、钾）肥农学效率有显著提高。