岳文俊，陳喜靖，王維漢，張富倉

（1 浙江水利水電學(xué)院，浙江杭州 310018；2 浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江杭州 310021；3 西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室，陜西楊凌 712100）

滴灌施肥是將灌溉和施肥二者合一，是一項農(nóng)業(yè)新技術(shù)[1]，該技術(shù)可顯著提高作物產(chǎn)量、改善作物品質(zhì)，同時具有節(jié)水、節(jié)肥、節(jié)藥、節(jié)約土地及省工的效果，能夠為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供更好的服務(wù)[2]。設(shè)施農(nóng)業(yè)有著較高的經(jīng)濟(jì)效益，農(nóng)民種植積極性很高，滴灌施肥技術(shù)開始在設(shè)施農(nóng)業(yè)中推廣，而在實際生產(chǎn)過程中，廣大農(nóng)戶仍然采用傳統(tǒng)的灌溉施肥方法，不僅肥料得不到充分利用，而且會導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量低、品質(zhì)差和土壤環(huán)境惡化等問題。一些研究者對不同區(qū)域溫室作物的灌水量、灌溉頻率、施肥量及施肥次數(shù)進(jìn)行了研究。李銀坤等[3]研究水氮供應(yīng)對溫室黃瓜光合特性的影響，葉片光合速率在盛果期達(dá)到最高值；灌水量相同條件下，增施氮肥可以提高光合作用。Sensoy等[4]提出高頻次灌溉不僅為作物提供最佳的水肥條件，而且能保持土壤良好的通氣性以便作物進(jìn)行呼吸作用。康利允等[5]提出在連棟溫室栽培條件下，氮肥、鉀肥施肥量分別為200、300 kg/hm2，可以改善品質(zhì)提高產(chǎn)量。Cook等[6]提出高頻次施肥能夠顯著增大果實，從而提高產(chǎn)量。Gaur等[7]提出成年檸檬樹一年分8次施肥，肥料利用效率最高。栗巖峰等[8]研究發(fā)現(xiàn)施肥頻率控制在1周較為適宜，能夠顯著提高番茄產(chǎn)量和品質(zhì)。研究表明，作物對鉀元素的需求量比較大，其次為氮磷[9-10]。劉冬碧等[11]研究表明作物氮磷鉀吸收量與干物質(zhì)累積量具有相同的變化趨勢，均隨著生育期的推進(jìn)而增大。祈通等[12]提出合理提高施氮量和施肥頻率可以明顯提高雜交棉花的干物質(zhì)累積量和氮素吸收量。國內(nèi)外學(xué)者開展了許多關(guān)于灌水和施肥對甜瓜養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和品質(zhì)的研究[13-15]，而關(guān)于施氮頻率對甜瓜生長、產(chǎn)量和品質(zhì)的研究相對不多，特別在灌水量相同條件下，不同施氮量及施氮頻率對甜瓜氮磷鉀吸收量、產(chǎn)量和品質(zhì)的研究甚少。本研究針對我國設(shè)施農(nóng)業(yè)肥料利用效率偏低的現(xiàn)狀，采用滴灌施肥技術(shù)，研究不同施氮量和施氮頻率對甜瓜氮磷鉀吸收量、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，為溫室栽培環(huán)境下的施肥管理提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料和方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗于2014年在陜西楊凌農(nóng)業(yè)高效節(jié)水示范園區(qū)進(jìn)行。試驗土壤質(zhì)地為沙壤土，耕作層0—20 cm土壤肥力為：堿解氮79 mg/kg、速效鉀139 mg/kg、有機(jī)質(zhì)11.9 g/kg、有效磷65.4 mg/kg，土壤容重1.45 g/cm3，田間持水量19.5%，土壤pH值7.6。甜瓜品種為早熟厚皮，品名為‘一品天下208’。一膜兩行，寬窄行起壟種植，行距配置為寬行120 cm、窄行40 cm，株距為40 cm。每壟上鋪設(shè)兩條滴灌管，一個滴頭對應(yīng)一棵植株 (圖1)，種植密度為31245株/公頃。種植方式為膜下滴灌單蔓單瓜尼龍繩繞蔓的垂直栽培方法，一株甜瓜只收獲一次。

圖 1 滴灌管布置及栽培方式Fig. 1 Layout of drip irrigation pipe and planting pattern

試驗設(shè)施氮量和施氮頻率2個因素，試驗中氮肥處理設(shè)置3個水平，分別為N 85、125、160 kg/hm2(具體施氮量見表1，其中160 kg/hm2為常規(guī)施氮量)，記為N1、N2、N3。施氮頻率設(shè)置3個水平，施氮間隔分別是5 d、10 d和15 d，記為F5、F10、F15。試驗采用二因素完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，一共九個處理，每個處理三次重復(fù)，總共有27個試驗小區(qū)，為了防止小區(qū)之間水分和養(yǎng)分橫向遷移，相鄰小區(qū)之間設(shè)置60 cm塑料膜，同時試驗地四周都布置有保護(hù)行。磷肥選用過磷酸鈣 (含P2O516%)，每公頃施用量為60 kg (P2O5)；鉀肥選用硫酸鉀 (含K2O 48%)，每公頃施用量為130 kg (K2O)，磷肥和鉀肥全部用作基肥，起壟時一次性均勻撒施到試驗地。

甜瓜整個生育期內(nèi)，灌溉從4月6日開始，6月20日拉秧結(jié)束。每個處理灌水總量相同 (圖2)，每次灌水量采用彭曼修正公式確定[16]，灌溉周期為5 d，每個處理的灌水定額通過安裝在支路上的水表進(jìn)行精確控制。所有氮肥進(jìn)行追肥，在甜瓜全生育期用尿素溶于水中進(jìn)行滴灌施肥。在追肥過程中，各處理的施氮量根據(jù)試驗設(shè)計進(jìn)行計算，之后使用單獨的施肥器施肥。

1.2 測定項目及方法

1.2.1 氣象資料監(jiān)測 溫室中央放置1臺微型氣象站 (HOBO，Onset Computer Corporation，USA)，每隔15分鐘自動記錄1次溫室內(nèi)的環(huán)境參數(shù)：室內(nèi)大氣壓強(qiáng)、有效輻射、溫度和相對濕度。

圖 2 甜瓜全生育期內(nèi)累積灌水總量以及5日內(nèi)參考作物蒸發(fā)蒸騰量（ETo）Fig. 2 Cumulative irrigation water amount and reference crop ETo of 5 days during the whole growth period of muskmelon

1.2.2 光合特性、干物質(zhì)、氮磷鉀養(yǎng)分的測定

光合特性測定：甜瓜進(jìn)入果實膨大期，選擇晴天上午9:00—11:00用Li-6400便攜式光合測定儀測定葉片的凈光合速率 [Pn，μmol/(m2·s)]，測定時選擇從生長點向下數(shù)第四片生長正常的功能葉，每個處理測定3株。

地上部干物質(zhì)量測定：甜瓜收獲后采集植物樣，將莖、葉片、葉柄和果實分別裝入檔案袋，稱過鮮重后放入烘箱，在105℃下殺青二十分鐘，然后將烘箱溫度調(diào)為75℃恒溫烘干至質(zhì)量無變化，測定莖、葉片、葉柄和果實的干物質(zhì)量，每個處理選3株。

氮磷鉀養(yǎng)分測定：地上部干物質(zhì)量測定后將植物干樣 (莖、葉片、葉柄和果實) 粉碎，過0.5 mm篩，用濃硫酸 + 雙氧水消煮，消煮液用于氮、磷、鉀的測定[17]。

1.2.3 產(chǎn)量、品質(zhì)和氮肥偏生產(chǎn)力的測定

產(chǎn)量測定：甜瓜成熟后，將各個重復(fù)的產(chǎn)量 (單壟) 求和再取平均值，各處理產(chǎn)量為三個重復(fù)的平均值，折算為t/hm2。

品質(zhì)測定：各個處理選取第十二節(jié)位、相同授粉日期的3個果實測定其品質(zhì)，取其平均值作為最終結(jié)果。品質(zhì)指標(biāo)分別為：可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、維生素C、粗纖維，測定方法參考文獻(xiàn)[18]。

氮肥偏生產(chǎn)力是作物產(chǎn)量和施氮量的比值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SAS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，多重比較采用LSD法 (P＜ 0.05顯著性水平)，用origin軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施氮量和施氮頻率對膨大期甜瓜葉片凈光合速率的影響

圖3 表明，同一施氮水平下甜瓜凈光合速率值隨施氮頻率的增加而增大，F(xiàn)5的凈光合速率較F10和F15平均增加了17.4%和56.1%；在同一施氮頻率水平下，甜瓜凈光合速率隨施氮量的增加而增加，N3水平凈光合速率值較N1和N2處理平均增加了22.6%和9.8%。

2.2 不同施氮量和施氮頻率對甜瓜地上部干物質(zhì)累積量的影響

圖4顯示，在同一施氮量水平下，F(xiàn)5處理的地上部干物質(zhì)累積量較F10和F15處理分別增加1.7%和9.9%； F5處理的地上部總干物質(zhì)累積量顯著大于F15處理。高頻次施氮能夠提升養(yǎng)分的供給效率，使作物根系時常處在最佳的生長環(huán)境中，有利于根系充分吸收養(yǎng)分，進(jìn)而提高生物量。

圖 3 不同施氮量和施氮頻率對甜瓜膨大期葉片凈光合速率的影響Fig. 3 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on leaf net photosynthetic rate of muskmelon during the fruit enlargement period

圖 4 不同施氮量和施氮頻率對甜瓜成熟期各器官干物質(zhì)累積量的影響Fig. 4 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on dry matter accumulation of muskmelon in ripening period

在同一施氮頻率條件下，N3水平的地上部干生物總量較N1和N2水平平均增加12.7%和1.0%，但是N3與N2沒有產(chǎn)生顯著性差異。地上部干生物總量隨著施氮量和施氮頻率的增加而增大，表明增大施氮量或者提高施氮頻率都可以促進(jìn)甜瓜地上部生物量累積。

2.3 不同施氮量和施氮頻率對成熟期甜瓜各器官氮、磷、鉀累積量的影響

由表2得知，在同一施氮水平下，地上部各個器官的氮素累積量均隨施氮頻率的增大而增大。與F15處理相比，F(xiàn)5和F10處理在低氮 (N1)、中氮 (N2)、高氮 (N3) 3種施氮水平下，氮素累積總量分別增加了27.5%、26.3%、27.3%和16.7%、17.0%、19.0%。在同一施氮頻率下，地上部氮素累積總量隨施氮量的增大而增大。與N1水平相比，中氮 (N2) 和高氮(N3) 水平在F5、F10和F153種施氮頻率下，地上部氮素累積總量分別增加了21.7%、23.3%、23.0%和27.6%、27.6%、22.9%。當(dāng)施氮量從低氮 (N1) 增加至中氮 (N2)時，果實內(nèi)氮素累積量增加了20.3%；當(dāng)施氮量從中氮 (N2) 增加至高氮 (N3)時，果實內(nèi)氮素累積量只增加了7.2%。在不同施氮水平下，地上部各器官氮素累積量的增長率不一樣。

表 2 不同施氮量和施氮頻率對甜瓜成熟期各器官氮、磷、鉀累積量的影響 (g/plant)Table 2 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on the amounts of N, P, K accumulation and distribution in plant organs of muskmelon at ripening period

移栽之前各小區(qū)都撒施了相同且等量的磷肥與鉀肥，各個處理每次的灌水量也一樣。所以，溫室內(nèi)試驗地養(yǎng)分含量主要取決于施氮量和施氮頻率。在同一施氮水平下，增加施氮頻率能夠增加植物對磷的吸收，與F15處理相比，F(xiàn)5和F10處理在低氮(N1)、中氮 (N2)、高氮 (N3) 3種氮肥水平下，磷素累積總量分別增加了22.0%、17.6%、19.3%和8.0%、7.9%、13.3%。在同一施氮頻率下，提高施氮量可以促進(jìn)作物對磷元素的吸收。與低氮 (N1) 相比較，中氮 (N2) 和高氮 (N3) 在 F5、F10和 F15三種施氮頻率下，磷素累積總量分別增加了20.5%、24.9%、25.0%和29.7%、39.2%、32.7%。

從表2可知，不同施氮量和施氮頻率對甜瓜地上部各個器官鉀素和磷素累積量的影響效應(yīng)一致。在同一施氮水平下，增加施氮頻率能夠提高植物對鉀素的吸收，與F15處理相比，F(xiàn)5和F10處理在低氮(N1)、中氮 (N2)、高氮 (N3) 3種氮肥水平下，鉀素累積總量分別增加了14.2%、17.1%、18.6%和11.7%、12.5%、14.2%。在同一施氮頻率水平下，提高施氮量可以促進(jìn)作物對鉀素的吸收。和低氮 (N1) 相比，中氮 (N2) 和高氮 (N3) 在F5、F10和F153種施氮頻率水平下，鉀素累積總量分別增加了22.6%、20.3%、19.5%和29.2%、27.2%、24.4%。

2.4 不同施氮量和施氮頻率對甜瓜產(chǎn)量及氮肥偏生產(chǎn)力的影響

由表3可知，在同一施氮水平下，提高施氮頻率能夠提高甜瓜的產(chǎn)量，但是F5和F10兩個處理的甜瓜產(chǎn)量有差異但不顯著。與F15處理相比，F(xiàn)5和F10處理在低氮 (N1)、中氮 (N2)、高氮 (N3) 3種氮肥水平下，甜瓜產(chǎn)量分別增加了1.5%、2.7%、2.6%和1.2%、1.9%、1.7%。在同一施氮頻率下，甜瓜產(chǎn)量隨著施氮量的增大而增大，但是N2和N3水平的產(chǎn)量沒有形成顯著性差異。與低氮 (N1) 處理相比，中氮 (N2) 和高氮 (N3) 處理在F5、F10和F153種施氮頻率下，產(chǎn)量分別增加了8.1%、7.6%、6.8%和8.4%、7.8%、7.2%。

從表3中可知，隨施氮量的增加，氮肥偏生產(chǎn)力逐漸減小。在同一施氮水平下，F(xiàn)5處理的氮肥偏生產(chǎn)力大于F10和F15處理，但是與F10處理沒有產(chǎn)生顯著性差異，F(xiàn)5處理的氮肥偏生產(chǎn)力比F15處理平均高2.1%。表明通過提高施氮頻率有助于氮肥利用效率的提升。

2.5 不同施氮量和施氮頻率對甜瓜品質(zhì)的影響

由表4可知，果肉品質(zhì)指標(biāo)在不同施氮量和施氮頻率條件下變化趨勢基本一致，隨著施氮量和施氮頻率的增加，果肉品質(zhì)指標(biāo)呈先增加后減少的趨勢。以Vc指標(biāo)為例，在同一施氮水平下，果實中Vc含量隨施氮頻率的增加呈先增加后減少的趨勢。F10處理的Vc含量均大于F5和F15處理，平均增加15.1%和5.3%。當(dāng)施氮量為N2水平，施氮頻率為10天時，Vc含量達(dá)到最大值，為17.15 mg/kg。在F5處理下，Vc含量有所下降，表明在中頻次施氮處理 (F10) 下，有利于Vc合成，施氮頻次過高不利于果肉中Vc的形成。在同一施氮頻率水平下，N2水平的Vc含量均大于N1和N3水平，平均增加6.5%和2.8%。說明適當(dāng)增加施氮量有利于果肉中Vc合成，過量施氮會抑制Vc的形成，從而降低果肉品質(zhì)。甜瓜的Vc含量范圍為14.01～17.15 mg/kg，可溶性糖含量范圍為7.57%～10.67%，粗纖維含量范圍為4.68～5.11 g/kg，可溶性固形物含量范圍為9.40～12.40%，可溶性蛋白含量范圍為12.34%～15.95%。

表 3 不同施氮量和施氮頻率對甜瓜產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力的影響Table 3 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on the yield and PFPN of muskmelon

3 討論

氮肥施用量和施氮頻率是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中非常重要的兩個因素。因此研究不同施氮量和施氮頻率對溫室甜瓜養(yǎng)分吸收、產(chǎn)量和品質(zhì)的效應(yīng)，能夠為建立合理的施肥規(guī)程提供理論依據(jù)。關(guān)于甜瓜生長以及養(yǎng)分吸收等方面的研究已有報道[19-20]，林多等[21]在溫室內(nèi)對網(wǎng)紋甜瓜進(jìn)行無土栽培試驗，結(jié)果表明成熟期甜瓜總的干物質(zhì)量大概為136 g，單株甜瓜總的氮磷鉀養(yǎng)分之和約為11.09 g。胡國智等[22]研究在不同施氮量條件下甜瓜的產(chǎn)量，試驗表明合理施氮對甜瓜生長以及產(chǎn)量產(chǎn)生正效應(yīng)，氮肥施用過多會降低產(chǎn)量。許俊香等[23]在無土栽培種植中研究顯示甜瓜在成熟期干物質(zhì)累積量大約為140 g/株。Sanchez等[24]研究發(fā)現(xiàn)溫室立體栽培條件下甜瓜單株氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收量大概為40.48 g、6.78 g和82.62 g。甜瓜在全生育期需不間斷地吸收各種營養(yǎng)元素。本研究發(fā)現(xiàn)，每株甜瓜對氮、磷、鉀的吸收量為2.32～3.80、0.76～1.20、2.68～3.95 g/株，試驗結(jié)果不盡相同，主要原因可能與甜瓜栽培方式、種植密度、品種和取樣時間有關(guān)。

表 4 不同施氮量和施氮頻率對甜瓜品質(zhì)的影響Table 4 Effects of different nitrogen rate and nitrogen application frequency on the quality of muskmelon

光合作用是自然界植物所具有的最基本生理特征，植物體總生物量的90%～95%是通過光合作用合成的[25-26]。本試驗驗證了作物產(chǎn)量與光合作用形成的生物量呈正相關(guān)關(guān)系。在以前的研究中，一些學(xué)者對不同作物研究的結(jié)果不盡相同[27-29]。這是由于光合作用是一個動態(tài)的過程，測定過程中會受到諸多因素的影響，比如葉片所處的位置，作物不同生育階段，所處的氣候環(huán)境和測量儀器等。

Locascio等[30]研究認(rèn)為施氮頻率對番茄產(chǎn)量與品質(zhì)都沒有形成顯著性差異，這可能與試驗地土壤的質(zhì)地和理化性質(zhì)有關(guān)，在不同土壤條件下水肥的遷移特性有較大差異。陳平等[31]研究發(fā)現(xiàn)高頻次施氮可以使作物吸收到足夠氮肥，同時又不影響其它養(yǎng)分的吸收。周艷等[32]研究發(fā)現(xiàn)在春小麥營養(yǎng)生長期，施肥量的影響效應(yīng)大于施肥頻率；在春小麥生殖期，增加施肥頻率對其生長的促進(jìn)作用大于施肥量。本次試驗研究發(fā)現(xiàn)，在中氮處理 (N2) 下，施氮間隔控制在十天更有利于后期產(chǎn)量的形成和品質(zhì)的提升，這充分說明對于不同作物或者在不同種植條件下，作物對肥料的需求量和施肥頻率都不盡相同。

研究發(fā)現(xiàn)蔬菜瓜果的品質(zhì)和施氮量有一定關(guān)系，Vc和可溶性糖的含量隨施氮量的增大而增大，但是施氮量過多時品質(zhì)會下降[33-34]。本試驗結(jié)果表明，在同一施氮頻率下，以N2水平的果肉品質(zhì)最佳，施肥量不足或者過量都不利于甜瓜品質(zhì)的改善。在同一施氮水平下，F(xiàn)10處理的果肉品質(zhì)高于F5和F15處理。因此，在保證產(chǎn)量沒有大幅度減產(chǎn)情況下，N2F10組合為溫室甜瓜滴灌水肥一體化優(yōu)質(zhì)增產(chǎn)的第一選擇。

4 結(jié)論

綜合不同施氮量和施氮頻率在甜瓜生產(chǎn)中的節(jié)肥、增產(chǎn)效果及其在甜瓜品質(zhì)和氮磷鉀養(yǎng)分吸收量等指標(biāo)的表現(xiàn)來看，施氮量為125 kg/nm2，施氮頻率為10天的N2F10處理組合比較合理。