馬忠明， 杜少平， 薛 亮

(1 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，甘肅蘭州 730070; 2 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所，甘肅蘭州 730070;3 甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，甘肅蘭州 730070)

氮、 磷、 鉀是植物生長發(fā)育必需的大量營養(yǎng)元素，對西瓜的生長和產(chǎn)量、 品質(zhì)的形成不可缺少。其中西瓜生長對氮素營養(yǎng)水平反應(yīng)比較敏感，氮是構(gòu)成西瓜體內(nèi)蛋白質(zhì)、 核酸、 葉綠素和多種酶、 多種維生素的主要成分，氮素營養(yǎng)水平直接影響西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)[1-2]。磷對碳水化合物的合成、 運輸、 氮的代謝和脂肪合成以及提高西瓜對外界環(huán)境的適應(yīng)能力方面起著重要的作用[3], 增施磷肥有利于提高單株瓜的數(shù)量和單瓜重，進(jìn)而提高產(chǎn)量，且增加了西瓜可溶性糖和維生素C含量[4]。鉀素能促進(jìn)蔗糖的合成, 有利于糖分的運輸和積累。研究表明， 生長期植株鉀的含量與西瓜糖分含量呈正相關(guān)[5-6], 因此是公認(rèn)的“品質(zhì)元素”。以上研究中氮、 磷、 鉀各自在西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)的形成中起著重要的作用，而作物對氮、 磷、 鉀在不同的生育期的吸收是有差異的，這就存在3種元素平衡的問題。以往研究表明[5, 7-11]，氮、 磷、 鉀肥配施對西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的影響均顯著大于單施，但由于產(chǎn)地環(huán)境條件、 品種、 栽培模式各不相同, 對西瓜礦質(zhì)養(yǎng)分吸收量及氮、 磷、 鉀肥適宜施用比例和施用量的研究數(shù)據(jù)不盡相同。

砂田是我國西北干旱半干旱地區(qū)獨特的、 傳統(tǒng)的抗旱耕作方式，具有增溫保墑、 阻止水土流失和土壤次生鹽漬化的作用[12-16]，屬土壤覆蓋和水土保持方法之一。近年來，隨著砂田瓜菜產(chǎn)業(yè)的興起，砂田西瓜因其含糖量高、 瓤質(zhì)細(xì)嫩多汁、 甘甜爽口而種植面積逐年擴(kuò)大[17]。砂田西瓜傳統(tǒng)施肥缺乏科學(xué)性，重氮輕磷，少施甚至不施鉀肥及微肥，造成土壤養(yǎng)分比例失調(diào)，肥料利用率低，致使西瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)降低，嚴(yán)重制約著砂田西瓜產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[18]，而以往對砂田西瓜平衡施肥方面的研究較少。因此本試驗在旱砂田西瓜氮肥施用基礎(chǔ)上，設(shè)置了不同磷、 鉀肥配合處理，探討氮磷鉀肥配施對砂田西瓜產(chǎn)量、 品質(zhì)及養(yǎng)分利用率的影響，旨在探明適合旱砂田西瓜生產(chǎn)的較優(yōu)施肥配方，為實現(xiàn)旱砂田西瓜的高產(chǎn)高效提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

供試西瓜品種為甘肅省農(nóng)科院蔬菜所培育的隴抗九號。

本試驗采用磷肥(P)、 鉀肥(K)兩因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，主區(qū)為鉀肥處理，設(shè)K2O 0、 130、 260 kg/hm2三個水平，副區(qū)為磷肥處理，設(shè)P2O50、 90、 130、 170 kg/hm2四個水平，氮肥均為純N 200 kg/hm2。小區(qū)面積為32 m2，3次重復(fù)。試驗所用氮肥為尿素(N 46%)、 磷肥為普通過磷酸鈣(P2O512%)、 鉀肥為硫酸鉀(K2O 50%)，其中氮肥40%做基肥于播前瓜行條施，60%做追肥伸蔓期穴施，磷、 鉀肥做基肥于播前一次性施入瓜行。寬窄行“品”字形穴播，寬行0.9 m、 窄行0.6 m，播后進(jìn)行寬窄膜相配套的全膜覆蓋技術(shù)。4月18日播種，7月23日收獲，其他管理措施按常規(guī)。

1.2 測定項目與方法

分別于西瓜開花期和果實膨大期，每小區(qū)選取具有代表性的植株5株，使用ADC Lci光合儀測定第5、 6片功能葉的光合速率和蒸騰速率。

西瓜成熟時，每小區(qū)隨機(jī)選取具有代表性的10個瓜計算單瓜重，并統(tǒng)計每小區(qū)西瓜數(shù)，然后計算產(chǎn)量。使用手持式折光儀測定含糖量，比色法測定維生素C含量[19]，硝酸鹽含量采用紫外分光光度法(NY/T1279-2007)，蛋白質(zhì)含量采用凱式定氮法[20], 有效酸度用pH計測定，土壤基礎(chǔ)理化性狀分析及植株干物質(zhì)養(yǎng)分含量測定采用土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)常規(guī)分析方法[20]。

西瓜總的養(yǎng)分積累量(kg/hm2)=成熟期植株干重(kg/hm2)×成熟期植株含氮量(%)+成熟期果實重(kg/hm2)×成熟期果實含氮量(%);

氮肥偏生產(chǎn)力=施氮區(qū)產(chǎn)量/施氮量;

養(yǎng)分當(dāng)季利用率(%)=(施肥處理作物養(yǎng)分積累量─不施肥處理作物養(yǎng)分積累量)/肥料投入量×100。

統(tǒng)計分析和差異顯著性檢驗采用SPSS 16.0版軟件分析，用LSD法進(jìn)行顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 磷鉀肥互作對西瓜葉片光合作用的影響

西瓜的光合特性影響著其碳水化合物的合成與積累，是影響西瓜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要生理因素。由表1可知，磷鉀肥配施對西瓜不同生育期葉片光合作用的互作效應(yīng)顯著，西瓜葉片光合速率和蒸騰速率在無鉀和低鉀處理中，表現(xiàn)出隨施磷量的增加先增加后降低的趨勢; 在高鉀處理中，則隨施磷量的增加而增加，且隨著氮磷鉀肥總配施量的增加而提高。其中K260P170處理的西瓜葉片光合速率和蒸騰速率在開花期較不施磷鉀肥分別顯著提高了49.88%和30.48%， 在果實膨大期顯著提高了60.68%和49.12%。從西瓜不同生育時期葉片的光合特性來看，光合速率至果實膨大期達(dá)到最大，而蒸騰速率反而降低，這主要是由于西瓜果實在膨大期糖分和水分的大量積累。

表1 磷鉀肥配施對砂田西瓜光合作用的影響

2.2 磷鉀肥互作對西瓜產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響

圖1 磷、 鉀肥單作對西瓜單瓜重和產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of phosphorus and potassium on single fruit weight and yield of watermelon

圖2 磷、 鉀肥互作對砂田西瓜產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of interaction between phosphorus and potassium on yield of watermelon

由圖1可知，磷、 鉀肥處理均對西瓜單瓜重及產(chǎn)量影響顯著。西瓜單瓜重和產(chǎn)量先隨施磷量的增加而提高，在施磷量達(dá)到130 kg/hm2后趨于穩(wěn)定，P170處理的西瓜單瓜重和產(chǎn)量較P0分別顯著提高了13.75%和43.79%; 西瓜單瓜重和產(chǎn)量均隨施鉀量的增加而遞增，其中K260處理的西瓜單瓜重和產(chǎn)量較K0分別顯著提高了9.22%和7.54%。通過二因素方差分析表明，磷鉀肥配施對西瓜產(chǎn)量的交互效應(yīng)顯著(F=9.65)，從圖2可以看出，在主因素K0、 K130處理中，西瓜產(chǎn)量隨施磷量的增加呈先增加后降低的趨勢，而在K260處理中則隨施磷量的增加而遞增，其中K260P170處理的西瓜產(chǎn)量顯著高于其他組合，為45019 kg/hm2。

為了更好地分析磷鉀肥互作效應(yīng)，獲得施磷量和施鉀量的最佳平衡點，以施磷量和施鉀量為自變量，西瓜產(chǎn)量為因變量，進(jìn)行二次多項式回歸分析，得出西瓜產(chǎn)量(Y)與磷(X1)、 鉀(X2)肥之間的回歸方程Y=27078+89.566X1+30.110X2-0.277X12+0.181X1X2-0.068X22(R2=0.824), 對該效應(yīng)方程進(jìn)行F檢驗，F(xiàn)=6.62>F0.05(5, 6)=4.39, 回歸關(guān)系顯著，說明該方程能夠反映施肥量與產(chǎn)量之間的關(guān)系。從磷、 鉀肥與西瓜產(chǎn)量回歸模型的一次項可以看出，磷的偏回歸系數(shù)大于鉀，說明在本試驗條件下，磷對西瓜產(chǎn)量的影響較大。將西瓜產(chǎn)量回歸模型中兩個自變量中的任意一個固定為0值，可得到磷、 鉀與西瓜產(chǎn)量的單因子效應(yīng)方程(表2)。通過對這些一元二次方程求導(dǎo)數(shù)以及采用當(dāng)年當(dāng)?shù)匚鞴掀骄N售價及肥料的價格，在砂田西瓜栽培模式下，分別求得了磷、 鉀肥的最高產(chǎn)量施用量為162 kg/hm2和221 kg/hm2; 最佳經(jīng)濟(jì)施肥量為150 kg/hm2和185 kg/hm2。

2.3 磷鉀肥互作對西瓜品質(zhì)的影響

2.3.1 磷鉀互作對西瓜含糖量及酸度的影響 含糖量和有效酸度是衡量西瓜品質(zhì)的主要指標(biāo)。由圖3可知，磷、 鉀肥單因素均對西瓜含糖量及酸度影響顯著，西瓜含糖量隨施鉀量的增加而提高，在施鉀130 kg/hm2后趨于穩(wěn)定，K260處理的西瓜中心和邊緣含糖量較K0顯著提高了4.81%和6.90%， K0、 K130、 K260處理的西瓜糖分梯度分別為1.7、 2.1和1.6，因此K260處理的西瓜糖分梯度最低。不同施鉀量對西瓜有效酸度影響不顯著。施磷處理西瓜含糖量及有效酸度均顯著高于不施磷處理，且隨著施磷量的增加而提高，在施磷 130 kg/hm2時達(dá)到最高之后趨于穩(wěn)定，P90、 P130、 P170處理的西瓜中心含糖量較P0分別顯著提高了4.85%、 7.77%和8.74%，邊緣含糖量顯著提高了11.25%、 17.50%和18.75%。P90、 P130、 P170有效酸度較P0分別顯著提高了1.52%、 3.04%和3.61%，P0、 P90、 P130、 P170處理的西瓜糖分梯度分別為2.3、 1.9、 1.7和1.7，由此可見隨著施磷量的增加，西瓜糖分梯度逐漸降低。磷鉀肥配施對西瓜糖分含量及有效酸度的互作效應(yīng)不顯著。

表2 磷、 鉀肥處理的西瓜產(chǎn)量效應(yīng)方程

圖3 磷、 鉀肥單作對西瓜含糖量和酸度的影響Fig.3 Effects of phosphorus and potassium on sugar content and acidity of watermelon

2.3.2 磷鉀互作對西瓜Vc、 蛋白質(zhì)及硝酸鹽含量的影響 由表3可知，施磷量對西瓜維生素C含量影響顯著，施磷處理的西瓜Vc含量顯著高于無磷處理，在施磷130 kg/hm2時達(dá)到最大后有下降趨勢，P90、 P130、 P170處理的西瓜Vc含量較P0分別顯著提高了13.07%、 13.73%和9.48%; 施鉀處理及磷鉀肥配施的交互效應(yīng)均不顯著(F=2.90&0.72)。磷、 鉀處理對西瓜蛋白質(zhì)含量均產(chǎn)生了顯著影響，K130處理西瓜蛋白質(zhì)含量較K0和K260處理顯著提高了7.87%和9.09%; P90、 P130、 P170處理西瓜蛋白質(zhì)含量較P0分別顯著提高了7.14%、 11.90%和11.90%; 但磷鉀肥配施交互效應(yīng)不顯著(F=1.73)。

施鉀處理西瓜硝酸鹽含量顯著高于不施鉀處理，K130、 K260處理較K0分別顯著提高了11.14%和11.24%。西瓜硝酸鹽含量隨施磷量增加而提高，在P130后有下降趨勢，但處理間差異不顯著; 磷鉀肥配施對西瓜硝酸鹽含量具有顯著的交互效應(yīng)，不施鉀西瓜硝酸鹽含量隨施磷量的增加而降低，施鉀則隨著施磷量的增加而提高。

2.4 磷鉀肥互作對西瓜礦質(zhì)養(yǎng)分積累和利用的影響

通過對磷鉀肥配施各處理條件下砂田西瓜氮磷鉀養(yǎng)分的積累、 利用進(jìn)行二因素方差分析表明，磷鉀肥配施對砂田西瓜氮、 磷、 鉀養(yǎng)分的總積累量及利用率的交互效應(yīng)均達(dá)到顯著水平，總體而言，氮、 磷、 鉀積累總量在K0和K130處理中隨著施磷量的增加而提高，到P130時達(dá)到最高，之后有下降趨勢; 在K260處理中則隨著施磷量的增加而增加，且在P170處理時達(dá)到最高，顯著高于其他處理，氮肥偏生產(chǎn)力也表現(xiàn)出相似趨勢。磷肥利用率在K0和K130處理中隨著施磷量的增加而降低，在K260處理中則隨著施磷量的增加而提高; 鉀肥利用率則隨著施鉀量的增加而降低，而隨著施磷量的增加而提高。在以上所有磷鉀肥配施處理中，K260P170處理的西瓜氮、 磷、 鉀素總積累量和利用率均達(dá)到了較高水平。

表3 磷、 鉀肥處理對砂田西瓜品質(zhì)的影響

表4 磷鉀肥配施對砂田西瓜養(yǎng)分積累和利用的影響

3 討論與結(jié)論

以往對西瓜最佳施肥量和施肥比例的研究結(jié)果都不盡相同，張玉鳳等[29]研究表明，西瓜優(yōu)化施肥的氮、 磷、 鉀用量分別為280 kg/hm2、 114 kg/hm2、 360 kg/hm2，相應(yīng)N、 P2O5、 K2O比例為1 ∶0.41 ∶1.28; 陳丁紅等[30]研究表明，西瓜“科農(nóng)9號”的適宜施肥量N、 P2O5、 K2O分別為207 kg/hm2、 52.5 kg/hm2和187.5 kg/hm2，相應(yīng)的施肥比例為1 ∶0.25 ∶0.91; 葉林等[31]通過對日光溫室西瓜的適宜施肥量研究表明，當(dāng)?shù)?磷、 鉀用量分別為717 kg/hm2、 225 kg/hm2、 717 kg/hm2，N、 P2O5、 K2O比例為1 ∶0.31 ∶1時，西瓜產(chǎn)量最高，這主要與土壤基礎(chǔ)肥力、 試驗品種、 栽培模式等不同有密切關(guān)系。本試驗結(jié)果表明，在旱砂田低肥力條件下，氮、 磷、 鉀肥配施對西瓜光合、 產(chǎn)量、 品質(zhì)和養(yǎng)分積累利用均有顯著影響，且均以磷肥的影響較大，鉀肥次之，表現(xiàn)出在低鉀條件下，各指標(biāo)隨施磷量的增加呈現(xiàn)先增加后降低趨勢; 在高鉀條件下，西瓜產(chǎn)量則隨施磷量的增加而增加，西瓜“隴抗9號”品種的最優(yōu)施肥量為N 200 kg/hm2、 P2O5170 kg/hm2、 K2O 260 kg/hm2, N ∶P2O5∶K2O=1 ∶0.85 ∶1.3, 磷所占施肥比例高于其他研究，這主要是由于試驗區(qū)土壤基礎(chǔ)肥力較低，尤其速效磷含量偏低，按我國現(xiàn)行土壤肥力標(biāo)準(zhǔn)來劃分，本試驗土壤中磷已經(jīng)成為了產(chǎn)量的限制因素，故西瓜的磷肥效應(yīng)大于鉀肥，而氮、 磷、 鉀肥合理配施是西瓜高產(chǎn)、 優(yōu)質(zhì)的基礎(chǔ)。

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