不同施氮量对设施甜瓜生长发育、养分吸收利用的影响

刘志刚，任红松，李海峰，张以和，买买提·艾合买提，胡西旦·买买提，努尔孜叶古丽·马合木提，阿木提·库尔班，王瑞华，甘付华

(1.新疆农业科学院吐鲁番农业科学研究所，新疆吐鲁番 838000 ; 2.新疆吐鲁番市农业技术推广中心，新疆吐鲁番 838000；3.托克逊县伊拉湖镇农业技术推广站，新疆托克逊 838103；4.托克逊县农产品质量安全检测中心，新疆托克逊 838100)

0 引 言

【研究意义】甜瓜属于喜肥作物[1]，也是需氮较多的作物[2]，施氮是甜瓜生产过程中重要环节[3,4]，科学合理的使用氮肥，不仅可以起到提高抗逆性、增强生长势、延缓早衰、促进高产、提升品质等作用，而且对植物生长发育的促进是多方面协同作用[4,5]。在设施甜瓜生产中，常常施用过量的氮素肥料，使养分利用率降低、甜瓜品质变劣、土壤环境受到影响[6-8]。筛选出适宜的氮肥施用量和优化施肥配比，对提高甜瓜产量、品质及氮肥利用率有重要意义。【前人研究进展】适期适量施用氮肥可促进作物生长，延缓早衰[4]；李立昆等[9]得出施氮越多株高增加速率越大；氮肥水平的高低可直接影响甜瓜茎粗的生长，提高氮肥水平将有利于茎粗生长[10,11]；许如意等[12]研究表明，在2个甜瓜品种果实成熟期果实纵径和果形指数在不同氮素浓度分段管理下差异不显著；胡国智等[8]的研究认为，施氮处理的氮肥利用率为 11%～29%，随着施氮量的不断增加，氮肥利用率逐步降低。【本研究切入点】甜瓜的生长发育受氮肥种类、氮肥用量、施肥方式等影响，氮肥利用率受甜瓜品种、种植方式、生态环境、土壤养分、栽培管理等影响。研究不同施氮量对设施甜瓜株高、茎粗、果实纵径和横径、氮素吸收利用率的影响。【拟解决的关键问题】以吐鲁番设施甜瓜为研究对象，研究不同施氮量对设施甜瓜植株、果实的生长发育特性、不同时期的需肥规律及养分吸收利用的影响，为促进化肥减量增效，提高设施甜瓜种植氮肥利用率提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为甜瓜地方品种西开心，中早熟品种，全生育期75～80 d，果实长圆形，幼果青皮，表面覆有深绿色条带，全瓜布有细网纹，青白瓤，风味极佳，由新疆吉丰种业有限责任公司生产。

所施用的氮肥为尿素(含N≥ 46.4%)，磷肥为重过磷酸钙(含 P2O5≥ 46%)，钾肥为硫酸钾(含 K2O ≥ 51%)，磷酸二铵(含 P2O5≥ 64%)，三元复合肥(总养分≥ 51%)。试验地土壤为砂壤土，0～20 cm耕作层肥力中等，土壤养分含量中有机质为16.082 g/kg、碱解氮为94.5 mg/kg、速效磷为19.6 mg/kg、速效钾为 415 mg/kg，pH值为7.88。

1.2 方 法

1.2.1 试验设计

田间试验在2018年、2019年2～5月新疆吐鲁番市高昌区新疆哈密瓜研究中心设施基地进行(N 42°56' 21″，E 89°11'41″)，海拔56 m。试验设5个处理，其中以处理5(常规施肥)为CK1，以处理1(无氮区)为CK2，处理2(70%优化施氮量)、处理3(优化施氮量)、处理4(130%优化施氮量)。试验每个处理3次重复，共15个小区，每次重复小区随机排列，四周设保护行，小区面积为30 m2，单灌单排，避免水肥互相渗透，各处理基肥均为撒施，追肥为穴施，每次肥后滴水。表1

表1 甜瓜不同施氮量田间试验处理及施肥方案

1.2.2 测定指标

植株生长性状测定，每小区分别在温室前、中、后部各随机选取3株，共9株挂牌标记，每6 d测定1次主蔓长、茎粗、果实纵径、果实横径等指标。其中用卷尺测量主蔓长度；茎粗用电子数显游标卡尺测量主蔓子叶部粗度；种植前取基础混合土壤样本，收获时避开施肥处，每个处理各取一个土壤耕层混合样本分析pH值、总盐、有机质、速效氮、速效磷、速效钾。

吸氮量(g/plant)=氮含量×干重；氮收获指数(NHI)=果实吸氮量/植株吸氮量×100%；氮肥利用率(NFUE)=(施氮区地上部分吸氮量-不施氮区地上部分吸氮量)/施氮量×100%；氮肥生理利用率(kg/kg)=(处理区产量-对照区产量)/(处理区地上部植株吸氮量-对照区地上部植株吸氮量)；氮肥农学效率(AE)=(处理区产量-对照区产量)/施用氮肥纯量；氮肥对产量贡献率(FCR)=(处理区产量-对照区产量)/处理区产量×100%；氮肥偏生产力(PFPN)=处理区产量/施用氮肥纯量；氮产投比 =[(处理区产量-对照区产量)×平均价格-处理区氮肥成本]/处理区氮肥成本。

1.3 数据处理

采用Excel 2003软件对数据进行处理和作图，采用DPS14.5统计软件Duncan新复极差法进行数据方差分析，不同大小写字母分别表示在(P≥0.01)和(P≥0.05)水平上差异显著。

2 结果与分析

2.1 不同施氮处理对甜瓜主蔓长度的影响

研究表明，2月20日甜瓜定植后，随着外界气温的升高，棚内温度逐渐升高，地温也随之升高，促进了根系的生长和养分的吸收，植株主蔓生长主要分为“慢-快-慢”3个阶段。随着甜瓜苗木根系向纵深发展和氮肥施用量的增加，甜瓜主蔓长度也随之增长，定植后24～36 d，各处理主蔓长度生长速度在整个生育期内较慢，这可能与追肥时间也有一定关系，各处理主蔓生长量处理4 > 处理3 > 处理2 > 处理1 > 处理5，各处理之间呈显著差异(P<0.05)；定植后36～54 d，各处理主蔓生长进入快速生长期，可能由于施氮量和温度的原因，处理1主蔓生长速度居中，但因为前期主蔓生长缓慢，主蔓长度始终低于其他各处理，而处理4主蔓生长速度较快，各处理主蔓生长量处理4 > 处理3 > 处理5> 处理2 > 处理1，各处理之间呈显著差异(P<0.05)；定植后54～66 d，各处理主蔓生长进入缓慢生长期，各处理主蔓生长量处理4 > 处理3 > 处理2 > 处理5> 处理1，除处理5以外，其他各处理之间呈极显著差异(P<0.01)。图1

注：P<0.05差异显著，用小写字母表示；P<0.01差异极显著，用大写字母表示，下同

2.2 不同施氮处理甜瓜主蔓茎粗的影响

研究表明，在整个生育期内，各处理主蔓茎粗生长变化模型基本呈“S”型生长曲线，茎粗生长分3个阶段，对于处理3来说“S”型生长曲线表现较为明显，第1阶段为定植后36～48 d，为缓慢生长期，第2阶段为定植后48～60 d，为快速生长期，茎粗增长速率较快，第3阶段为定植后60～78 d，为茎粗增长缓慢期；处理1、处理2的生长曲线较相似，第1阶段为定植后36～42 d，为快速生长期，之后为2个慢速生长期，第2阶段为定植后42～54 d，第3阶段为定植后54～78 d；而处理4、处理5的生长曲线较相似，第1阶段为定植后36～48 d，为快速生长期，之后为2个慢速生长期，第2阶段为定植后48～66 d，第3阶段为定植后66～78 d。在定植后78 d比较，处理3与其他处理呈极显著差异(P<0.01)，主蔓茎粗比较为处理3>处理2>处理4>处理1>处理5。图2

图2 不同处理下甜瓜茎粗变化

2.3 不同施氮处理对甜瓜果实纵径的影响

研究表明，随着施氮量的增加，果实纵径总体表现为先增加后减小的趋势，处理3(优化施肥处理)的甜瓜果实纵径最大，处理3施氮量有效的促进了果实的纵向生长发育，处理3在结果初期果实的纵径就表现出了一定的优势，随着时间的推移，在定植后84 d，处理3的果实纵径长度与其他处理表现出较大的差异，处理3纵径最大，为28.4 cm，而处理5(常规施肥区)最小，为22.0 cm，其次为处理1，为23.4 cm，处理3相比其他处理呈极显著差异(P<0.01)；而处理1(无氮区)在结果初期，从定植后48～60 d表现为纵径大于处理2(70%氮区)，定植后66 d后与处理2差异不明显。图3

图3 不同处理下甜瓜果实纵径变化

2.4 不同施氮处理对甜瓜果实横径的影响

研究表明，随着施氮量的增加，果实横径总体也表现为先增加后减小的趋势，处理3(优化施肥处理)的甜瓜果实横径最大，为16.2 cm，在整个生育期处理3的果实横径长度与其处理表现出一定的差异，处理3相比其他处理差异显著(P<0.05)。而处理1(无氮区)在结果初期，虽然没有施用氮素，从定植后48～66 d表现为横径始终大于处理2，在定植后54～60 d甚至横径大于除处理3的其他处理，这可能与果实生长发育初期氮素浓度较低有关，低浓度的氮素有利于果实发育的充分吸收；在定植66 d之后，处理1开始表现出氮素缺乏的现象，果实横径生长比其他处理缓慢；从定植后72 d开始，果实横经大小始终为处理3>处理2>处理1>处理4，而处理5在定植后42～54 d，果实横径在各处理中较小。图4

图4 不同处理下甜瓜果实横径变化

2.5 不同施氮处理对甜瓜氮素吸收利用的影响

研究表明，在磷钾肥施入量相同的基础上，对氮素吸收量随施氮量的增加表现为先增加后减少的趋势，其中处理3对氮素吸收量最高，为5.67 g/株，其次是处理4，最低为处理1，为3.73 g/株，处理3、处理4与其他各处理呈极显著差异(P<0.01)；但果实中全氮含量随施氮量的增加而增加，在处理4达到最高，为2.69 g/株，各处理间差异不显著；而处理3植株氮素吸收量最高，为2.98 g/株，在处理4时植株氮素吸收量开始降低，处理3、处理4与其他各处理呈极显著差异(P<0.01)；处理5常规施肥氮素吸收量为4.27 g/株，相比处理3氮素吸收率提高32.79%。图5,图6

图5 不同处理下甜瓜氮素吸收变化

图6 不同处理下氮素施入量

2.6 不同施氮处理对土壤养分含量的影响

研究表明，施用一定量的磷钾素前提下，过量的氮素对甜瓜植株钾素的吸收有一定的抑制作用，植株主蔓长度与施氮量、根际速效氮含量成正比。处理4速效氮含量最高，330.3 mg/kg，速效钾含量最高，为428 mg/kg，处理4主蔓长度最长，各处理主蔓生长量排序为：处理4 > 处理3 > 处理2 > 处理1，这与各处理施氮量、根际速效氮含量排序相同；一定范围内，随氮素施入量的增加，促进了甜瓜植株对磷素的吸收，在处理3氮素施入量时磷素吸收最高，而主蔓茎粗比较中，表现为处理3>处理2>处理4>处理1，与根际磷素吸收量排序相同，植株对磷素的吸收量与根茎粗度有一定关系。表2

表2 甜瓜不同施氮量田间试验处理前后土壤养分含量

2.7 不同施氮处理对氮肥利用效率的影响

研究表明，在磷钾肥施入量一定的前提下，随氮素施入量的增加氮肥利用率、产量的贡献率和氮收获指数先升高后降低，氮肥利用率、产量的贡献率在处理3均达到最高，分别为19.34%和22.76%，处理2氮肥利用率最低，为12.42%，与处理3差异显著(P<0.05)，处理4对产量的贡献率最低，为10.15%，与各处理氮肥对产量贡献率呈极显著差异(P<0.01)，氮收获指数则是在处理2达到最高，为90.15%，与其他处理差异显著(P<0.05)；处理2氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮产投比均为最高，分别为23.73、108.08、9.97，其次是处理3，处理4氮肥对产量的贡献率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮产投比均最低，分别为10.15、5.13、50.55、2.54，除处理2与处理3、处理4间均呈极显著差异(P<0.01)；氮肥生理利用率随氮素施入量的增加而降低，处理4最低，为50.04，处理2最高，为327.66，处理2与其他处理间呈极显著差异(P<0.01)。表3

表3 不同处理下氮肥利用效率变化

3 讨 论

有研究认为，适宜的氮、钾肥施用量既能促进地上部植株生长[13]，又改善了根系的形态结构和分布[14-15]，过量的氮、钾肥使产量、品质和经济效益降低，且氮肥的抑制作用更为明显[16]。而氮素过量可能会降低根际土壤微生物氮含量[17]，使大部分光合同化产物与氮形成蛋白质，影响光合产物的转化和输出[18]，且导致根系活力下降，不利于对矿质养分的吸收利用和植株吸收养分的效率[19]。试验中甜瓜的氮素利用率仅为12.42%～19.34%，氮素过量对甜瓜果实生长的影响甚至比不施氮肥更严重，这与胡国智等[8]的研究结果基本一致。

研究表明，适量的钾能促进植株对氮、磷、钾的吸收[20]，钾素累积到一定浓度时则会抑制对氮、磷的吸收[21]。磷、钾间，氮、钾间，氮、磷间也表现出交互作用[22,23]。研究显示，在一定范围内增加氮素施用量有利于磷、钾素的吸收与利用，氮素过量会降低磷素和钾素的吸收量，这与孙永健[5]的研究结论一致；研究还发现过量的磷素会抑制地上部氮、磷、钾素的吸收，不利于甜瓜植株和果实生长。

相关研究认为，氮素在植株体内的吸收积累量与施氮量、氮肥利用率等因素有关[24]，甜瓜氮肥利用效率与施氮量呈负相关关系[8,13]，岳文俊等[25]得出在较低施氮量时，氮素被甜瓜植株充分吸收的机会较大，氮肥施入量大时供应的养分超出甜瓜吸收能力，造成吸收利用率低，每株甜瓜对氮、磷、钾的吸收量为 2.32～3.80、0.76～1.20、2.68～3.95 g/株；而陈波浪等[26]得出：不同肥力水平下的立架栽培甜瓜，氮、磷、钾的吸收量分别为3.81～5.38 g、1.40～1.64 g、12.89～16.66 g/株；研究结果得出，每株甜瓜对氮、磷、钾的吸收量分别为 3.73～5.67、0.39～0.79、10.45～13.15 g/株，主要原因可能与土壤基础养分含量、栽培方式、施肥量、品种等因素有关。

4 结 论

4.1 在磷钾肥一定的基础上，甜瓜主蔓长度与氮肥施用量成正比，甜瓜茎粗则呈现先增加后减少的趋势。

4.2 当优化施肥处理N、P2O5、K2O分别为300 kg/hm2、150 kg/hm2、180 kg/hm2时，促进了甜瓜对磷、钾元素的吸收，对甜瓜果实生长和产量形成效果明显。

4.3 在磷钾肥一定的基础上，随氮素施入量的增加氮肥利用率、产量的贡献率和氮收获指数先升高后降低，氮肥利用率、产量的贡献率在优化施肥处理均达到最高，分别为19.34和22.76。

4.4 氮收获指数、氮肥生理利用率、氮肥农学效率、氮肥偏生产力、氮产投比在70%优化施氮量处理均为最高，分别为114.95%、327.66 kg/kg、23.73 kg/kg、108.08 kg/kg和9.97kg/kg。

4.5 植株对氮素吸收量随施氮量的增加表现为先升高后降低的趋势，果实对氮素的吸收量表现出随施氮量的增加而增加的趋势；优化施肥与常规施肥相比，氮素吸收率提高32.79%，氮肥利用率提高11.63%。