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设施早熟西瓜和甜瓜的化肥施用及减施潜力

郭亚雯 崔建钊 孟延 杨爽 黄冬琳 问亚军 陈竹君 周建斌

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设施早熟西瓜和甜瓜的化肥施用及减施潜力

    作者简介: 郭亚雯E-mail:18710361997@163.com;
    通讯作者: 陈竹君, E-mail:zjchen@nwsuaf.edu.cn
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2018YFD0201302);陕西省农业专项资金(2016)。

Use of chemical fertilizer and its reduction potential for facility cultivation of early maturing watermelon and sweet melon

    Corresponding author: CHEN Zhu-jun, E-mail:zjchen@nwsuaf.edu.cn ;
  • 摘要:   【目的】  调查陕西设施栽培西瓜 (Citrullus lanatus)、甜瓜 (Cucumis melo) 施肥现状、养分输入特征和养分管理存在的问题,为实现西瓜、甜瓜化肥合理减量施用、改善品质及增加农户经济效益提供科学依据和技术支撑。  【方法】  选取西瓜、甜瓜栽培面积大的农户,且使调查农户均匀覆盖主产区,采用实地走访记录方式调研陕西设施早熟西瓜、甜瓜产量水平,农户施用有机肥、化肥种类及施用量和施肥方式等基础上,依据当地目标产量、肥料试验文献数据,推荐区域合理施肥量,并对推荐施肥量进行田间验证,根据推荐施肥量对农户施肥现状进行评价并分析化肥的减施潜力。  【结果】  设施栽培西瓜、甜瓜主产区肥料 (化肥 + 有机肥) N、P2O5、K2O养分投入量平均分别为582、412、541 kg/hm2和1059、763、842 kg/hm2,其中化肥N、P2O5、K2O平均施用量分别为266、213、304 kg/hm2和315、317、281 kg/hm2;西瓜、甜瓜化肥N、P2O5、K2O养分平均用量分别为各自推荐量的1.8、3.6、2.3和2.9、6.3、3.1倍,养分表观盈余量分别为455、369、388 kg/hm2和980、728、692 kg/hm2,养分利用率仅为4.6%~28.3%。西瓜化肥氮、磷和钾施用过量的分别占79.6%、88.9%和79.6%,化肥氮、磷和钾减施潜力分别为46%、72%、57%;甜瓜化肥氮、磷和钾施用过量的分别占74.9%、91.0%和74.9%,化肥氮、磷和钾减施潜力分别为65%、84%和68%,西瓜和甜瓜化肥总减施潜力 (N + P2O5 + K2O) 为57%和73%。西瓜、甜瓜有机肥中氮素养分占养分总用量的比例分别为40%和66%,比例总体上适宜;西瓜、甜瓜化肥N∶P2O5∶K2O投入比例分别为1.0∶0.8∶1.1和1.0∶1.0∶0.9,P2O5占比过高;水肥一体化条件下西瓜、甜瓜基施化肥 (N + P2O5 + K2O) 占化肥施用总量 (基肥 + 追肥) 的比例分别达91.2%和59.4%,基施养分比例过高。  【结论】  研究地区西瓜、甜瓜养分总投入中,有机养分比例在适宜范围,但化肥投入过量,其中磷的比例过高,水肥一体化栽培技术下,基施养分比例过高,养分盈余量大养分利用率低。生产实践中亟待建立区域合理施肥技术体系,应根据西瓜、甜瓜养分需求规律,制定区域精准施肥量、协调养分比例、调整化肥基施/追施比例,最终减少西瓜化肥氮、磷和钾总量的46%、72%、57%,甜瓜化肥总量的65%、84%和68%。
  • 图 1  西瓜和甜瓜化肥氮、磷、钾养分投入量

    Figure 1.  Chemical N,P,K nutrient inputs in watermelon and sweet melon

    图 2  西瓜不同养分投入下的产量分布

    Figure 2.  The relationship of watermelon yield and nutrient rates (n = 114)

    图 3  甜瓜不同养分投入下的产量分布

    Figure 3.  The relationship of sweet melon yield and different nutrient rates (n = 278)

    图 4  西瓜和甜瓜不同施肥等级的农户所占比例

    Figure 4.  The proportion of different fertilization grades of farmers of watermelon and melon

    表 1  主要有机肥养分含量 (%)

    Table 1.  Nutrient contents in the main organic fertilizers

    有机肥Organic fertilizerNP2O5K2O
    鸡粪Hen manure2.4 1.781.87
    牛粪Cattle manure1.710.961.31
    猪粪Pig manure1.631.321.47
    生物有机肥Bio-organic fertilizer2.562.513.01
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    表 2  单位经济产量的养分携出量 (kg/1000 kg)

    Table 2.  Nutrient uptake to produce 1000 kg economic yield

    作物
    Crop
    NP2O5K2O
    范围Range平均Average范围Range平均Average范围Range平均Average
    西瓜Watermelon1.25~3.552.50.24~1.260.851.36~4.123.0
    甜瓜Sweet melon1.36~3.913.00.43~2.371.343.29~6.805.7
    注(Note):养分利用率 = 作物养分携出量/养分投入总量 × 100%[25]
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    表 3  西瓜和甜瓜推荐化肥施肥量

    Table 3.  Recommended rates of fertilizer for watermelon and sweet melon

    作物
    Crop
    推荐方法
    Recommendation method
    产量水平 (t/hm2)
    Yield level
    推荐量 Recommendation (kg/hm2)
    NP2O5K2O
    西瓜Watermelon目标产量法Target yield method6115352 92
    文献推荐量[11, 24, 28]Recommendation rates from literatures5014075162
    综合推荐量Summary6114560130
    田间验证试验Field test7014560130
    甜瓜Sweet melon目标产量法Target yield method32 9542 90
    文献推荐量[14]Recommendation rates from literatures4111664129
    综合推荐量Summary3211050 90
    田间验证试验Field test4911050 90
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    表 4  田间试验供试土壤基本理化性质

    Table 4.  Basic physicochemical properties of soil in field experiment

    试验地点
    Trail place
    pH有机质 (g/kg)
    Organic matter
    全氮 (g/kg)
    Total N
    矿质态氮 (mg/kg)
    Mineral N
    有效磷 (mg/kg)
    Available P
    速效钾 (mg/kg)
    Available K
    杨凌Yangling8.44 ± 0.0719.75 ± 3.080.64 ± 0.22 24.11 ± 16.72 34.51 ± 16.27180.88 ± 2.08
    蒲城Pucheng8.29 ± 0.0912.47 ± 1.130.81 ± 0.0342.28 ± 5.3468.85 ± 8.27266.35 ± 3.18
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    表 5  试验处理具体品种、化肥施用量和产量

    Table 5.  Detailed cultivars, chemical fertilizer application rates and fruit yield in each treatment of the experiments

    作物
    Crop
    品种
    Cultivar
    施肥状况
    Fertilization method
    化肥Fertilizer (kg/hm2)产量 (t/hm2)
    Yield
    NP2O5K2O
    西瓜Watermelon华欣Huaxin不施肥No fertilizer 0 0 056 ± 5
    安生康庄Anshengkangzhuang常规化肥Conventional266213304 66 ± 12
    推荐优化施肥Optimized145 60132 70 ± 13
    甜瓜Sweet melon千玉六号Qianyu 6不施肥No fertilizer 0 0 046 ± 6
    西农小籽早蜜Xinong xiaozi zaomi常规化肥Conventional31531728148 ± 7
    西州蜜25号Xizhoumi 25推荐优化施肥Optimized110 50 9049 ± 7
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    表 6  有机肥养分投入量及在中投中的占比

    Table 6.  Nutrient input from manure and the percentage in total input

    作物
    Crop
    样本数
    Sample No
    投入量Input (kg/hm2)占比Percentage (%)
    NP2O5K2ONP2O5K2O
    西瓜Watermelon114316 ± 330199 ± 211237 ± 25539.537.234.2
    甜瓜Sweet melon278744 ± 458446 ± 282561 ± 34865.859.064.0
    注(Note):结果为平均值 ± 标准差 Data are mean ± SD.
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    表 7  西瓜、甜瓜基施化肥量及其占化肥养分总量比例

    Table 7.  Basal rates and the percentage in total chemical fertilizer application of watermelon and melon

    作物
    Crop
    样本数
    Sample No
    基肥Basal rate (kg/hm2)占比Proportion (%)
    NP2O5K2O总量TotalNP2O5K2O平均Mean
    西瓜Watermelon114246 ± 128202 ± 126263 ± 161711 ± 37093.493.986.591.2
    甜瓜Sweet melon278178 ± 301219 ± 255139 ± 304536 ± 78956.569.049.459.4
    注(Note):结果为平均值 ± 标准差Data are mean ± Sd.
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    表 8  西瓜和甜瓜养分表观平衡

    Table 8.  Apparent nutrient balances of watermelon and melon

    作物
    Crop
    样本数
    SampleNo.
    养分
    Nutrient
    总投入量 (kg/hm2)
    Total input
    作物携带量 (kg/hm2)
    Crop removal
    表观盈余 (kg/hm2)
    Balances
    投入/携出
    Input/ Removal
    利用率 (%)
    Use efficiency
    西瓜Watermelon114N582 ± 355127 ± 22455 ± 3562.121.8
    P2O5412 ± 234 43 ± 7.6369 ± 2355.010.4
    K2O541 ± 286153 ± 27388 ± 2882.028.3
    甜瓜Sweet melon278N1059 ± 489 79 ± 34980 ± 4914.0 7.6
    P2O5763 ± 413 35 ± 15728 ± 4139.1 4.6
    K2O842 ± 393150 ± 65692 ± 3991.917.8
    注(Note):结果为平均值 ± 标准差 Data are mean ± SD.
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    表 9  西瓜和甜瓜施肥量分级标准

    Table 9.  Grade of fertilization rates for watermelon and melon

    作物
    Crop
    养分
    Nutrient
    施肥量Fertilizer rate (kg/hm2)
    过低Low偏低Slightly low合理Rational偏高Slightly high过高High
    西瓜WatermelonN < 70 70~100100~185185~230 > 230
    P2O5 < 3030~4040~80 80~100 > 100
    K2O < 6565~90 90~170170~225 > 225
    甜瓜Sweet melonN < 5555~75 75~145145~185 > 185
    P2O5 < 2525~3535~6565~85 > 85
    K2O < 4545~65 65~115115~150 > 150
    注(Note):结果为平均值 ± 标准差 Data are mean ± SD.
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    表 10  西瓜和甜瓜化肥减施潜力

    Table 10.  The reducing potential of chemical fertilization for watermelon and melon

    作物
    Crop
    养分
    Nutrient
    平均施肥量 (kg/hm2)
    Application rate
    推荐量 (kg/hm2)
    Recommendation
    减施量 (kg/hm2)
    Reduction
    减施潜力 (%)
    Reducing potential
    西瓜WatermelonN26614412246
    P2O5213 6015372
    K2O30413217257
    甜瓜Sweet melonN31511020565
    P2O5317 5026784
    K2O281 9019168
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-08-07

设施早熟西瓜和甜瓜的化肥施用及减施潜力

    作者简介:郭亚雯E-mail:18710361997@163.com
    通讯作者: 陈竹君, zjchen@nwsuaf.edu.cn
  • 1. 西北农林科技大学资源环境学院/农业部西北植物营养与农业环境重点实验室,陕西杨凌 712100
  • 2. 渭南市农业科学研究所,陕西渭南 714000
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2018YFD0201302);陕西省农业专项资金(2016)。
  • 摘要:   【目的】  调查陕西设施栽培西瓜 (Citrullus lanatus)、甜瓜 (Cucumis melo) 施肥现状、养分输入特征和养分管理存在的问题,为实现西瓜、甜瓜化肥合理减量施用、改善品质及增加农户经济效益提供科学依据和技术支撑。  【方法】  选取西瓜、甜瓜栽培面积大的农户,且使调查农户均匀覆盖主产区,采用实地走访记录方式调研陕西设施早熟西瓜、甜瓜产量水平,农户施用有机肥、化肥种类及施用量和施肥方式等基础上,依据当地目标产量、肥料试验文献数据,推荐区域合理施肥量,并对推荐施肥量进行田间验证,根据推荐施肥量对农户施肥现状进行评价并分析化肥的减施潜力。  【结果】  设施栽培西瓜、甜瓜主产区肥料 (化肥 + 有机肥) N、P2O5、K2O养分投入量平均分别为582、412、541 kg/hm2和1059、763、842 kg/hm2,其中化肥N、P2O5、K2O平均施用量分别为266、213、304 kg/hm2和315、317、281 kg/hm2;西瓜、甜瓜化肥N、P2O5、K2O养分平均用量分别为各自推荐量的1.8、3.6、2.3和2.9、6.3、3.1倍,养分表观盈余量分别为455、369、388 kg/hm2和980、728、692 kg/hm2,养分利用率仅为4.6%~28.3%。西瓜化肥氮、磷和钾施用过量的分别占79.6%、88.9%和79.6%,化肥氮、磷和钾减施潜力分别为46%、72%、57%;甜瓜化肥氮、磷和钾施用过量的分别占74.9%、91.0%和74.9%,化肥氮、磷和钾减施潜力分别为65%、84%和68%,西瓜和甜瓜化肥总减施潜力 (N + P2O5 + K2O) 为57%和73%。西瓜、甜瓜有机肥中氮素养分占养分总用量的比例分别为40%和66%,比例总体上适宜;西瓜、甜瓜化肥N∶P2O5∶K2O投入比例分别为1.0∶0.8∶1.1和1.0∶1.0∶0.9,P2O5占比过高;水肥一体化条件下西瓜、甜瓜基施化肥 (N + P2O5 + K2O) 占化肥施用总量 (基肥 + 追肥) 的比例分别达91.2%和59.4%,基施养分比例过高。  【结论】  研究地区西瓜、甜瓜养分总投入中,有机养分比例在适宜范围,但化肥投入过量,其中磷的比例过高,水肥一体化栽培技术下,基施养分比例过高,养分盈余量大养分利用率低。生产实践中亟待建立区域合理施肥技术体系,应根据西瓜、甜瓜养分需求规律,制定区域精准施肥量、协调养分比例、调整化肥基施/追施比例,最终减少西瓜化肥氮、磷和钾总量的46%、72%、57%,甜瓜化肥总量的65%、84%和68%。

    English Abstract

    • 西瓜和甜瓜种植效益较高,其单位面积产值约是我国种植业单位面积平均产值的四倍[1]。2017年我国西瓜、甜瓜栽培面积为185.9万hm2和49.0万hm2[2],总产量分别达7949万t和1715万t,总产量分别占世界总产量的67.1%和53.7%,面积和产量均居世界第一。然而,随着近年来西瓜、甜瓜产业的迅猛发展,而瓜农普遍缺乏科学施肥知识和资源环境保护意识,为了追求更高的经济收益,往往盲目增加养分投入量,不仅对西瓜、甜瓜产量和品质产生了不利的影响[3-4],而且造成了潜在的环境风险。调查研究西瓜、甜瓜的施肥现状、养分输入特征、养分管理存在的问题、分析减肥潜力,是实现化肥减施、提高产品质量和增加瓜农收益的重要前提。

      与其他作物相比,西瓜、甜瓜施肥现状和养分管理研究相对较少,不同地区养分用量差异很大。如山东省西瓜种植户化肥N、P2O5和K2O的传统施用量分别为375~525、420~482和300~375 kg/hm2,西瓜田间试验减施氮磷肥后产量未降低[5]。江苏省西瓜主产区化肥N、P2O5和K2O平均施用量分别为295、158、109 kg/hm2[6]。由于土壤肥力、区域气候、栽培方式等的不同,各地推荐施肥量也具有较大差异。同样在甘肃,杜少平等[7]对露地西瓜的化肥量推荐为N 271 kg/hm2、P2O5 187 kg/hm2、K2O 214 kg/hm2,而李云祥等[8]在砂田西瓜推荐的N、P2O5、K2O经济合理施用量分别为135、90~135、150 kg/hm2。孙兴祥等[9]在江苏东台设施栽培西瓜肥料试验得出推荐的N、P2O5、K2O施用量分别为300、127.5、225 kg/hm2;而褚海焘等[10]在上海浦东设施西瓜N、P2O5、K2O推荐施用量则为101、105、240 kg/hm2;李姍荣等[11]提出陕西设施西瓜推荐量分别为130、54、159 kg/hm2;在华北[12]西瓜产量为45000 kg/hm2时,N、P2O5、K2O施用量分别为113、36、129 kg/hm2。上海[13]设施甜瓜哈密红N、P2O5、K2O推荐量分别为118、77、260 kg/hm2;陕西设施甜瓜N、P2O5、K2O推荐施肥量分别为116、64、129 kg/hm2[14]。由此可见,不同地区推荐施肥量具有较大差异,施肥现状也缺乏评价。我们以陕西设施西瓜、甜瓜主产区渭南市蒲城县和西安市阎良区为对象,调查了西瓜、甜瓜产量水平和施肥现状,根据推荐施肥量对施肥现状进行评价,并剖析西瓜、甜瓜生产中养分管理存在的问题,为研究区西瓜、甜瓜化肥减施增效提供科学依据和技术策略。

      • 研究区为陕西省渭南市蒲城县和西安市阎良区,为陕西设施西瓜、甜瓜主产区,该区自上世纪八十年代开始传统的西瓜、甜瓜栽培,到2017年阎良区甜瓜种植面积4426 hm2,蒲城县西瓜种植面积7200 hm2,甜瓜种植面积4133 hm2[15-16]。种植区气候属暖温带大陆性季风气候,年平均气温13.4℃、降水560 mm左右。种植方式均以设施中、小棚早熟栽培为主。

      • 在2017年和2018年的5月20日—6月10日当地设施西瓜、甜瓜成熟收获期,选取栽培面积大的农户,且使调查农户均匀覆盖主产区,采用实地走访问卷记录方式进行调查。其中在甜瓜主产区调查了30个村获得有效访问记录表278份,西瓜主产区15个村获得有效访问记录表114份,调查内容包括设施种瓜年限、面积、品种、轮作方式、肥料种类、施肥量、施肥时期、施肥方法、产量、灌溉方式和灌溉量。

      • 表观养分平衡值[17] (即表观养分盈余量) = 养分投入总量 – 作物养分携出量

        养分投入总量主要计算化肥和有机肥施用的总折纯量。化肥养分投入量根据实际调查的当季各化肥施用量和肥料产品中标注的养分含量计算获得;畜禽粪有机肥养分含量综合近年来文献[18-20]数据取其平均值,生物有机肥养分含量为分析测定了当地主要施用的5种生物有机肥氮磷钾含量取其平均值,再分别依据各种有机肥养分含量 (表1) 及调查获得的施用量计算养分投入量。

        表 1  主要有机肥养分含量 (%)

        Table 1.  Nutrient contents in the main organic fertilizers

        有机肥Organic fertilizerNP2O5K2O
        鸡粪Hen manure2.4 1.781.87
        牛粪Cattle manure1.710.961.31
        猪粪Pig manure1.631.321.47
        生物有机肥Bio-organic fertilizer2.562.513.01

        养分携出量依据每形成1000 kg西瓜、甜瓜的单位经济产量养分吸收量计算。单位经济产量养分吸收量根据汇总文献 (西瓜21篇、甜瓜13篇) [21-24]及我们的测定结果 (西瓜6个试验、甜瓜5个试验) 取其平均值计算而得 (表2)。

        表 2  单位经济产量的养分携出量 (kg/1000 kg)

        Table 2.  Nutrient uptake to produce 1000 kg economic yield

        作物
        Crop
        NP2O5K2O
        范围Range平均Average范围Range平均Average范围Range平均Average
        西瓜Watermelon1.25~3.552.50.24~1.260.851.36~4.123.0
        甜瓜Sweet melon1.36~3.913.00.43~2.371.343.29~6.805.7
        注(Note):养分利用率 = 作物养分携出量/养分投入总量 × 100%[25]
      • 推荐施肥量综合了目标产量养分携出量和土壤养分状况校正系数计算[26-27]及当地肥料试验文献结果[1, 14]。西瓜、甜瓜属农业种植业高经济收益作物,受经济利益驱使农户养分投入普遍较高,且有机肥在设施栽培瓜类施用较为普遍,土壤养分累积明显。因此,在研究地区,不同田块土壤肥力和养分供应水平虽有所差异,但施肥的目标除了提高或维持产量和培肥地力相结合外,还需要根据土壤养分状况,充分利用或消减土壤养分累积,逐渐实现土壤养分的平衡。因此,确定当地产量合理施肥量,需在土壤养分平衡和维持肥力水平的基础上考虑目标产量形成对养分的需求。本研究推荐施肥量的确定依据了以下三种方法综合确定 (表3)。

        表 3  西瓜和甜瓜推荐化肥施肥量

        Table 3.  Recommended rates of fertilizer for watermelon and sweet melon

        作物
        Crop
        推荐方法
        Recommendation method
        产量水平 (t/hm2)
        Yield level
        推荐量 Recommendation (kg/hm2)
        NP2O5K2O
        西瓜Watermelon目标产量法Target yield method6115352 92
        文献推荐量[11, 24, 28]Recommendation rates from literatures5014075162
        综合推荐量Summary6114560130
        田间验证试验Field test7014560130
        甜瓜Sweet melon目标产量法Target yield method32 9542 90
        文献推荐量[14]Recommendation rates from literatures4111664129
        综合推荐量Summary3211050 90
        田间验证试验Field test4911050 90

        1) 目标产量法。计算式[26]:推荐施肥量 = 目标产量 × 单位经济产量养分携出量 × 调整系数。目标产量为调查当地生产条件下农户近3年的平均产量乘以系数1.2,单位经济产量养分携出量见表2;调整系数是根据调查区域土壤养分供应能力后所确定,研究区西瓜土壤养分状况分析表明,耕层土壤矿质态氮平均含量为99.3 mg/kg,有效磷平均含量为91.2 mg/kg,速效钾平均为404.4 mg/kg;甜瓜耕层土壤矿质态氮平均为149.6 mg/kg,有效磷平均为95.9 mg/kg,速效钾平均为392.8 mg/kg。巨晓棠[27]认为推荐施氮量是目标产量的唯一函数,因此本研究区氮磷钾的调整系数分别确定为1.0、1.0、0.5。

        2) 文献推荐量。依据与陕西蒲城西瓜栽培和自然条件相近的蓝田县[11, 24, 28] (N 150、P2O5 95、K2O 165 kg/hm2) 和杨凌区 (N 130、P2O5 54、K2O 159 kg/hm2) 肥料试验推荐施肥量[14]平均。

        综合1) 和2) 得出,当地西瓜目标产量61000 kg/hm2,推荐化肥施用量为:N 145 kg/hm2、P2O5 60 kg/hm2、K2O 130 kg/hm2。甜瓜目标产量32000 kg/hm2,推荐化肥施用量为:N 110 kg/hm2、P2O5 50 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2

        3) 田间验证试验。依据综合推荐施肥量,于2019年3月 (3月15日定植苗) 分别在陕西杨凌区和蒲城县龙池镇主产区设施栽培条件下,选择肥力中等的地块 (试验田土壤基本理化性质见表4) 进行田间试验验证后确定。试验分别设不施肥、常规化肥 (调查平均施肥量) 以及推荐优化施肥3个处理,每个处理重复3次,每小区面积52 m2,除不施肥外,每试验小区统一施鸡粪有机肥30 t/hm2 (调查平均施用量),试验处理及试验结果产量见表5。其中杨凌试验点均为吊蔓栽培,27000株/hm2,西瓜品种为华欣,甜瓜品种分别为千玉六号 (绿肉薄皮)、厚皮甜瓜西农小籽早蜜及西州蜜25号;蒲城西瓜为趴地栽培,9525株/hm2,品种为安生康庄。

        表 4  田间试验供试土壤基本理化性质

        Table 4.  Basic physicochemical properties of soil in field experiment

        试验地点
        Trail place
        pH有机质 (g/kg)
        Organic matter
        全氮 (g/kg)
        Total N
        矿质态氮 (mg/kg)
        Mineral N
        有效磷 (mg/kg)
        Available P
        速效钾 (mg/kg)
        Available K
        杨凌Yangling8.44 ± 0.0719.75 ± 3.080.64 ± 0.22 24.11 ± 16.72 34.51 ± 16.27180.88 ± 2.08
        蒲城Pucheng8.29 ± 0.0912.47 ± 1.130.81 ± 0.0342.28 ± 5.3468.85 ± 8.27266.35 ± 3.18

        表 5  试验处理具体品种、化肥施用量和产量

        Table 5.  Detailed cultivars, chemical fertilizer application rates and fruit yield in each treatment of the experiments

        作物
        Crop
        品种
        Cultivar
        施肥状况
        Fertilization method
        化肥Fertilizer (kg/hm2)产量 (t/hm2)
        Yield
        NP2O5K2O
        西瓜Watermelon华欣Huaxin不施肥No fertilizer 0 0 056 ± 5
        安生康庄Anshengkangzhuang常规化肥Conventional266213304 66 ± 12
        推荐优化施肥Optimized145 60132 70 ± 13
        甜瓜Sweet melon千玉六号Qianyu 6不施肥No fertilizer 0 0 046 ± 6
        西农小籽早蜜Xinong xiaozi zaomi常规化肥Conventional31531728148 ± 7
        西州蜜25号Xizhoumi 25推荐优化施肥Optimized110 50 9049 ± 7
      • 化肥减施潜力 (%) = (农户平均化肥施用量–推荐施肥量)/平均化肥施用量 × 100

      • 数据整理和统计分析采用Excel 2013。

      • 调查结果显示 (表6),蒲城县西瓜种植户中61.8%施用有机肥,主要种类为鸡粪和生物有机肥,二者施用比例占到有机肥种类87.6%,其中鸡粪施用量为30~45 t/hm2,平均31 t/hm2,生物有机肥施用量为0.6~2.1 t/hm2,平均1.2 t/hm2。有机肥N、P2O5和K2O养分投入量分别为316、199、237 kg/hm2,有机肥养分占总养分 (有机肥 + 化肥) 投入比例为39.5%、37.2%和34.2%。

        表 6  有机肥养分投入量及在中投中的占比

        Table 6.  Nutrient input from manure and the percentage in total input

        作物
        Crop
        样本数
        Sample No
        投入量Input (kg/hm2)占比Percentage (%)
        NP2O5K2ONP2O5K2O
        西瓜Watermelon114316 ± 330199 ± 211237 ± 25539.537.234.2
        甜瓜Sweet melon278744 ± 458446 ± 282561 ± 34865.859.064.0
        注(Note):结果为平均值 ± 标准差 Data are mean ± SD.

        甜瓜种植户中89.1%施用有机肥,主要种类为鸡粪和牛粪,二者施用比例占85.7%,其中鸡粪施用量为30~75 t/hm2,平均44.9 t/hm2,牛粪施用量45~90 t/hm2,平均58.9 t/hm2。有机肥N、P2O5和K2O的养分投入量分别为744、446、561 kg/hm2,占总养分投入比例为65.8%、59.0%和64.0%。

      • 西瓜和甜瓜化肥投入量在不同农户间差异较大 (图1),其化肥氮施用量平均分别为265.9、315.4 kg/hm2,磷肥平均分别为212.8、316.7 kg/hm2,钾肥平均分别为303.6 kg/hm2、280.9 kg/hm2。西瓜、甜瓜化肥N∶P2O5∶K2O投入比例分别为1∶0.8∶1.1和1∶1∶0.9。西瓜、甜瓜基施化肥养分用量 (N + P2O5 + K2O) 占化肥 (基肥 + 追肥) 养分总量的比例分别为91.2%和59.4% (表7),基施化肥氮占化肥氮养分投入总量的比例亦分别达到93.4%和56.5%。

        图  1  西瓜和甜瓜化肥氮、磷、钾养分投入量

        Figure 1.  Chemical N,P,K nutrient inputs in watermelon and sweet melon

        表 7  西瓜、甜瓜基施化肥量及其占化肥养分总量比例

        Table 7.  Basal rates and the percentage in total chemical fertilizer application of watermelon and melon

        作物
        Crop
        样本数
        Sample No
        基肥Basal rate (kg/hm2)占比Proportion (%)
        NP2O5K2O总量TotalNP2O5K2O平均Mean
        西瓜Watermelon114246 ± 128202 ± 126263 ± 161711 ± 37093.493.986.591.2
        甜瓜Sweet melon278178 ± 301219 ± 255139 ± 304536 ± 78956.569.049.459.4
        注(Note):结果为平均值 ± 标准差Data are mean ± Sd.
      • 当地生产条件下西瓜产量在26.25~90 t/hm2,平均产量为50.9 t/hm2;氮、磷、钾养分投入量 (有机肥养分 + 化肥养分) 分别为112~1837 kg/hm2、60~1255 kg/hm2,112~1668 kg/hm2,变异系数依次为61.1%、56.8%和53.0%。甜瓜产量13.5~48.2 t/hm2,平均26.3 t/hm2,氮磷钾养分投入量范围分别为127~3810 kg/hm2、60~2854 kg/hm2、42~2703 kg/hm2,变异系数为46.2%、54.2 %和46.7 %。西瓜、甜瓜产量和养分投入量的关系 (图2图3) 均表明,产量和养分投入间无显著相关性,说明相同的养分投入下,西瓜和甜瓜的产量可能很高,也可能很低,养分投入不是产量的限制因子。

        图  2  西瓜不同养分投入下的产量分布

        Figure 2.  The relationship of watermelon yield and nutrient rates (n = 114)

        图  3  甜瓜不同养分投入下的产量分布

        Figure 3.  The relationship of sweet melon yield and different nutrient rates (n = 278)

      • 表8可以看出,西瓜平均产量下N、P2O5、K2O养分平均携出量分别为127 kg/hm2、43 kg/hm2、153 kg/hm2,当季养分表观盈余量分别为455、369和388 kg/hm2,化肥氮磷钾养分投入量分别为西瓜携出量的2.1、5.0和2.0倍,氮磷钾养分利用率分别为21.8%、10.4%、28.3%。甜瓜平均产量下N、P2O5、K2O养分携出量为79、35、150 kg/hm2,当季氮磷钾养分盈余量高达980、728和692 kg/hm2,化肥氮磷钾养分投入量为携出量的4.0、9.1和1.9倍.,养分利用率分别仅为7.6%、4.6%、17.8%。

        表 8  西瓜和甜瓜养分表观平衡

        Table 8.  Apparent nutrient balances of watermelon and melon

        作物
        Crop
        样本数
        SampleNo.
        养分
        Nutrient
        总投入量 (kg/hm2)
        Total input
        作物携带量 (kg/hm2)
        Crop removal
        表观盈余 (kg/hm2)
        Balances
        投入/携出
        Input/ Removal
        利用率 (%)
        Use efficiency
        西瓜Watermelon114N582 ± 355127 ± 22455 ± 3562.121.8
        P2O5412 ± 234 43 ± 7.6369 ± 2355.010.4
        K2O541 ± 286153 ± 27388 ± 2882.028.3
        甜瓜Sweet melon278N1059 ± 489 79 ± 34980 ± 4914.0 7.6
        P2O5763 ± 413 35 ± 15728 ± 4139.1 4.6
        K2O842 ± 393150 ± 65692 ± 3991.917.8
        注(Note):结果为平均值 ± 标准差 Data are mean ± SD.
      • 在西瓜和甜瓜推荐施肥量的基础上 (表3),根据养分投入量的分级方法和原则[29],分级标准按推荐量上下浮动30%计算,化肥施肥量分合理、偏低、过低和偏高、过高5个等级 (表9)。

        表 9  西瓜和甜瓜施肥量分级标准

        Table 9.  Grade of fertilization rates for watermelon and melon

        作物
        Crop
        养分
        Nutrient
        施肥量Fertilizer rate (kg/hm2)
        过低Low偏低Slightly low合理Rational偏高Slightly high过高High
        西瓜WatermelonN < 70 70~100100~185185~230 > 230
        P2O5 < 3030~4040~80 80~100 > 100
        K2O < 6565~90 90~170170~225 > 225
        甜瓜Sweet melonN < 5555~75 75~145145~185 > 185
        P2O5 < 2525~3535~6565~85 > 85
        K2O < 4545~65 65~115115~150 > 150
        注(Note):结果为平均值 ± 标准差 Data are mean ± SD.

        根据确定的施肥量分级标准,对西瓜、甜瓜化肥氮、磷和钾的投入量进行评价 (图4)。西瓜氮、磷、钾肥投入不足的农户 (偏低 + 过低) 分别仅占0.9%、1.8%、1.8%,过量的 (偏高 + 过高) 占79.6%、88.9%和79.6%,特别是磷和钾过高的比例分别达到88.0%和75.0%;甜瓜氮磷钾肥投入不足的分别占8.0%、3.5%、11.5%,过量的占74.9%、91.0%、74.9%,过高的比例分别达到62.8%、84.9%和63.8%。

        图  4  西瓜和甜瓜不同施肥等级的农户所占比例

        Figure 4.  The proportion of different fertilization grades of farmers of watermelon and melon

      • 比较农户平均化肥施用量和当地目标产量推荐施肥量发现 (表10),虽然减少化肥投入的潜力因农户实际的产量和施肥水平而异,但总体来看,西瓜种植农户平均可减少化肥N、P2O5、K2O为122、153、172 kg/hm2,即可减少46%的氮肥、72%的磷肥和57%的钾肥投入;甜瓜种植农户平均可减少化肥205、267、191 kg/hm2,即可减少65%的氮肥、84%的磷肥以及68%的钾肥投入。西瓜和甜瓜化肥总减施潜力分别为57%和73%。

        表 10  西瓜和甜瓜化肥减施潜力

        Table 10.  The reducing potential of chemical fertilization for watermelon and melon

        作物
        Crop
        养分
        Nutrient
        平均施肥量 (kg/hm2)
        Application rate
        推荐量 (kg/hm2)
        Recommendation
        减施量 (kg/hm2)
        Reduction
        减施潜力 (%)
        Reducing potential
        西瓜WatermelonN26614412246
        P2O5213 6015372
        K2O30413217257
        甜瓜Sweet melonN31511020565
        P2O5317 5026784
        K2O281 9019168
      • 区域合理施肥量的确定要依据作物、气候、土壤性质及作物的管理措施等,通常来自地区多点田间肥效试验[29]或区域平均产量对应的养分需求量[30-31],两种方法获得的施肥标准均被认为具有区域代表性。本研究调查数据显示,陕西设施早熟西瓜平均产量50.9 t/hm2,设施早熟甜瓜平均产量26.3 t/hm2,与全国西瓜、甜瓜平均产量41.5、33.1 t/hm2相比较[2],西瓜平均产量高于全国平均水平,甜瓜则低于全国平均水平。

        正常情况下,作物产量与施肥量呈二次模型或线性加平台模型关系[32-33],且产量与施肥量的关系一般遵循报酬递减律[34],但本调研结果发现,农户产量和氮、磷、钾施用量均不相关。施肥量虽然不高但可获得高产,与长期过量施肥造成残留养分在土壤累积有关,甚至土壤提供的养分就可以满足作物对养分的需求,此外,在土壤累积大量养分的情况下继续过量施肥,造成养分失衡使作物减产,施肥高而产量低。调查结果也表明,西瓜和甜瓜肥料 (化肥 + 有机肥) 中N、P2O5、K2O养分投入量均大幅超过各自推荐量,农户西瓜平均化肥N、P2O5、K2O施用量分别是推荐量的1.8、3.6、2.3倍,甜瓜平均化肥施用量分别是推荐量的2.9、6.3和3.1倍,土壤中养分表观盈余量大。过量施肥不仅未提高作物产量,还造成了肥料的大量浪费,使得农产品品质下降。有研究报道[14],西瓜如果氮肥施用太多,植株营养生长过于旺盛,茎粗、叶片肥大、茎叶重叠,就会使光合作用减弱,导致营养生长和生殖生长失调,进而导致坐果不良,影响西瓜产量。

      • 有研究认为[35-36],氮素投入中有机肥养分量占养分总用量 (化肥 + 有机肥) 40%~50%为适宜比例,既可培肥土壤又使当季作物增产效果最好。本调查表明,西瓜有机肥中氮素养分占养分总用量的40%,甜瓜有机肥则占到66%,说明研究区设施西瓜、甜瓜种植中有机肥养分比例总体上较为适宜,农户重视有机肥的施用。有机肥提供的养分也是作物吸收养分的重要来源,英国将有机肥中全磷全钾含量的60%和90%作为有效养分在推荐施肥时予以考虑[37],而我国目前推荐施肥量很少考虑有机肥提供养分的具体数量。本研究化肥推荐量确定考虑到农户有机肥施用维持和提高土壤肥力作用以及提供部分养分,因此氮磷化肥推荐量等于养分携出量 (调整系数为1),钾肥调整系数为0.5。推荐施肥验证结果也表明,实际产量高于目标产量,且土壤养分与种植前相比未下降,说明有机肥对当季作物养分吸收的贡献不可忽略,但推荐施肥时有机肥可提供的养分数量需要考虑并值得进一步研究。

        黄绍文[38]提出设施蔬菜适宜的基施化肥养分用量 (N + P2O5 + K2O) 占化肥 (基肥 + 追肥) 养分总量的适宜比例为15%~20%。本调查显示,设施西瓜、甜瓜基施化肥养分占比普遍过高,西瓜占比91.2%,基施化肥氮的占比高达93.4%;甜瓜基肥占比为59.4%,氮肥基施比例56.5%。基施化肥养分比例过高增加了养分损失风险,特别是设施栽培中没有发挥水肥一体化设备的应有作用,依然沿用旧的施肥灌水制度和生产管理模式。因此,生产实践中要提高化肥利用率,肥料运筹应重视调整化肥基追比例。

      • 作物对矿质营养元素的吸收比例主要与其本身特性有关,同时一定程度上也受养分供应、栽培方式等环境条件的影响。有研究表明[39-41],西瓜N∶P2O5∶K2O吸收比例为1∶0.2~0.5∶1.1~2.1,平均为1∶0.3∶1.2;甜瓜N∶P2O5∶K2O吸收比例为1∶0.2~0.5∶1.6~2.6,平均为1∶0.4∶1.9。本调查区农户西瓜、甜瓜化肥N∶P2O5∶K2O投入比例分别为1.0∶0.8∶1.1和1.0∶1.0∶0.9,总体看P2O5比例过高问题突出。调查发现,化肥磷的过量主要与农户基施化肥占比高且普遍选用15-15-15或17-17-17的复合肥有关,这一结果与余海英对温室蔬菜施肥调查结果一致[42]。磷肥过量施用不仅造成磷利用率低,还可能导致作物Mg、Zn和Fe元素的缺乏。张银花[43]研究认为,磷过量可引起甜瓜早衰,还可间接抑制甜瓜对锌、铁、钙等元素的吸收,造成生理病害。

        施肥的主要目的是补充作物从土壤中吸收带走的养分,维持土壤肥力和养分平衡,但我国设施栽培养分盈余问题严重[44-45]。本研究区西瓜施氮、磷、钾化肥过量的分别占79.6%、88.9%和79.6%,甜瓜过量的占74.9%、91.0%、74.9%,投入不足均占10%以下,如果加上有机肥投入的养分量,养分的总投入均过量。因此,总体而言,西瓜和甜瓜化肥总减施潜力 (N + P2O5 + K2O) 分别为57%和73%,与黄绍文研究设施蔬菜番茄、黄瓜、辣椒化肥减施潜力在50%以上的结果相近。本研究还表明,氮、磷和钾养分中磷的减施潜力最大,均达到70%以上,仅有机肥中磷含量超出西瓜、甜瓜推荐量的3.3和8.9倍,因此,当有机肥施用30 t/hm2时,建议基施化肥慎选氮磷钾等养分或磷酸二铵等高磷含量化肥。

        设施西瓜、甜瓜是农业种植中高收益作物,农户普遍重视有机肥施用,虽然不同地块肥力水平存在较大差异,但土壤肥力多在中等及较高水平,因此鼓励农户依据当地栽培方式下西瓜和甜瓜的产量潜力对养分的需求量进行区域合理精准施肥。

      • 陕西省蒲城县和阎良区设施栽培西瓜、甜瓜主产区养分总投入中,有机肥施用在适宜范围,但化肥投入过量,化肥氮磷钾养分投入中磷的比例过高,水肥一体化栽培技术下,基施化肥养分占总比例过高,养分盈余量大、利用率低。针对研究区施肥现状和存在的主要问题,生产实践中亟待建立区域合理精准施肥技术体系,应根据西瓜、甜瓜养分需求规律,制定区域精准施肥量、施用西瓜甜瓜专用新型化肥协调养分比例、调整化肥基施/追施比例合理肥料运筹,推广水肥一体化精准控制制度和措施等并进行技术的集成,建立技术、模式和相应规程进行示范,使化肥减量增效技术在生产实践中落地生根。最终减少西瓜化肥氮、磷和钾施用总量的46%、72%、57%,甜瓜化肥施用总量的65%、84%和68%。

    参考文献 (45)
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